Reconnaissance Les étapes critiques d’un projet : Préparation du site, Aménagement des fondations. La conception de fondations : Requiert une excellente connaissance du milieu, Se fondent sur les résultats d’études planifiées à l’intérieur d’un programme de reconnaissance géotechnique. Succès de tout projet requiert une : Bonne planification des travaux Juste estimation des difficultés et des coûts. Dans les travaux  la Préparation du site et l’aménagement des Fondations  Étapes critiques car elles représentent une grande part du cout global.

Objectifs Révéler la présence actuelle ou potentielle de tout accident géologique présentant des dangers pour l’ouvrage. Décrire la stratigraphie du sol. Déterminer la nature, la profondeur et la pression des diverses nappes d’eau souterraine. Mesurer les caractéristiques physiques, les propriétés mécaniques et hydrauliques du sol et du roc. Globalement, la reconnaissance a pour but de révéler la présence de tout facteur environnemental lié au sol ou au roc susceptible d’influencer le comportement de l’ouvrage. Les renseignements qu’elle procure doivent garantir que l’ouvrage ne provoquera pas le tassement du sol – quelle que soit l’évolution des conditions hydrauliques (eau). Objectifs: Accidents géologiques: faille, sismicité, zone de glissement, Stratigraphie: nature et épaisseur des couches de sol et de roc sous l’ouvrage. La mesure des propriétés: en labo, a partir d’échantillon prélevé sur le site. par des essais sur le terrain.

Contenu d’un programme de reconnaissance La planification, La recherche, La cueillette, et La communication des données relatives aux propriétés du sol. Les $$$ allouées a la reconnaissance sont proportionnelles a l’ampleur du projet. Plus $$$ : plus les investigations sont poussées, plus les sondages sont nombreux et variés. La qualité et la sureté d’une reconnaissance dépendent donc des sommes qui y sont consacrées.

La planification La collecte de données globales La visite du site La planification – détermination: Du type, Du nombre, De la localisation, et De la profondeur des sondages et essais qu’il faudra effectuer sur le terrain. 1) La collecte de données  pour les projets d’envergure  collecte de documents existants sur la région et le site du projet : rapports existants, cartes topographiques, hydrographiques et géologiques, photographies aériennes et télédetection par satellite. Ces sources mettent en évidence: les accidents géologiques majeurs et anciennes zones de glissement, évolution de l’érosion et les relations entre le relief, le ruissellement et le drainage. 2) Visite du site  afin de bien connaître le terrain. On y inspectera: les pentes du terrain (afin de détecter des signe d’instabilité) le type de végétation (témoigne des conditions de drainage) la présence de gros blocs erratiques l’occupation du site (par les gens) Cette visite  permet de prévoir les difficultés potentielles d’acces pour l’équipement de reconnaissance. 3) Avec ces informations, on planifie la reconnaissance en tenant compte de : la nature, des dimensions et de la structure de l’ouvrage projeté.

Sondages et essais Permettent de brosser un portrait précis des propriétés : Physiques, Mécaniques, et Hydrauliques du sol et du roc. L’étendue de la reconnaissance dépend: Du type de projet, De l’homogénéité des conditions du sol. La profondeur des sondages dépend: Du poids de l’ouvrage. Profondeur: (selon le Manuel Canadien d’ingénierie des fondations) au moins 6 metres ou 4 fois la largeur de la fondation sous son propre niveau dans le cas des ouvrages légers (batiments a ossature de bois). 1x1/2 la largeur de la construction dans le cas des ouvrages lourds et des batiments massifs a plusieurs étages. En tout temps : il est recommandé de vérifier le niveau du roc au moins une fois. Si forage dans le roc est nécessaire : devra atteindre 3 metres ou plus. Important de distinguer la nature des échantillons: Remanié : lorsque la structure est bouleversée et que la compacité est modifiée. Intact ou non remanié : reflete les propriétés intégrales du sol en place (prélever comme les cylindres de cire au labo).

Les méthodes de reconnaissance des sols Méthodes géophysiques Méthodes sismiques Fouilles et forages Reconnaissance à la tarière Les tranchées et les puits d’observation Le forage par battage et lavage Le forage par rotation Essais sur le terrain Le choix des méthodes et la fréquence des sondages dépend: de la nature des renseignements que l’on cherche $$$ alloué a l’étude géotechnique

Méthodes géophysiques Efficaces à l’étape des études préliminaires et des avant-projets. Surtout utilisées pour des projets couvrant de grandes surfaces (ex: barrage) car permettent d’obtenir rapidement et à faible coût une évaluation générale du sol et roc.

Méthodes sismiques Chacune des méthodes  mesure une propriété physique. Pour déterminer la statigraphie d’un sol : méthode sismique Émissions d’ondes sismiques qui seront réfléchies et réfractées suivant les variations de densité des sols. La mesure du décalage des temps de réception des ondes, leurs vitesses, et la distance de la source permettent de déduire la nature et l’épaisseur des couches. Les autres méthodes  surtout utilisées en prospection miniere.

Reconnaissance à la tarière Répandue car très économique. Fournit des échantillons remaniés, servant à : Identifier les couches de sol sur une faible profondeur (jusqu’à 2 mètres), Localiser le niveau de la nappe souterraine. Les échantillons sont destinés : Aux analyses granulométriques, Aux limites de consistance, À la mesure de la teneur en eau, À la détermination de la teneur en MO Consiste a : introduire une tariere dans le sol meuble par un mouvement de rotation tout en appliquant une certaine pression, et recueillir l’échantillon en remontant la tariere.

Types de tarières Si sol tres dense, raide ou peu plastique  tres difficile, voir impossible de faire pénétrer la tariere dans le sol  utilisation de tariere mécanique qui creuse plus en profondeur et plus rapidement. Si sous la nappe d’eau  difficile de recueillir des échantillons, surtout si argiles molles  utilisation de tarieres évidées (hélicoidale ou creuse)  les débris remontent dans le pas de vis.

Tranchées et puits Méthodes rapides et économiques. Profondeur de la tranchée est limité par : La flèche de la rétrocaveuse Le niveau du roc La proximité de la nappe d’eau La tranchée met en évidence: La stratigraphie du dépôt Le niveau et la nature du roc La profondeur de la nappe d’eau libre. Lorsque la nature du sol et les conditions hydrauliques le permettent  approfondir la fouille en tranchée au moyen d’une tariere. Attention particuliere aux pentes des parois de l’excavation. Si la tranchée est au-dessus de la nappe d’eau : Possible de retirer des parois des échantillons remaniés ou non, Possible de réaliser des essais de masse volumique en place au fond des tranchées. En raison de la faible profondeur, ce mode convient a l’exploration de sites susceptibles de servir de banc d’emprunt pour le remblayage.

Le forage Forage : opération mécanique de perçage du sol et du roc. Requis lorsque la conception des fondations exige des données sur les couches profondes de sol. Objectifs du forage: Échantillonnage du sol*, Niveau de la nappe d’eau, Essais de perméabilité, Essais scissométriques et pressiométriques. Forage = Sondage * Échantillonnage  objectif principal. ** Habituellement, on interrompt le forage a tous les 1.5 m afin de procéder a l’échantillonnage du sol. Méthode de forage  dépend de: La nature du sol, La grosseur des particules, La compacité, et Le type de renseignements recherchés.

Forage par battage et lavage Économique car requiert appareillage léger. Ne convient qu’aux sols meubles, exempts de cailloux. Méthodologie: Martele le sol a l’intérieur d’un tubage au moyen d’un trépan fixé a l’extrémité d’un train de tiges (actionné par un moteur). Les débris sont évacués par la circulation de l’eau sous pression. Si forage continu  identification visuelle des débris  définit les strates de sol. Si besoin d’échantillon moins remanié  arret du forage et substition du trépan par un tube d’échantillonnage qui sera enfoncé par battage.

Forage par rotation Convient aux sols contenant de gros cailloux et des blocs. Requiert une énergie de forage supérieure, donc un équipement plus lourd (et un moteur plus puissant). Méthode : sol et roc désagrégés par la rotation rapide sous pression d’un outil de coupe (et non un martelement comme dans l’autre méthode). les débris de forage sont éliminés par la circulation d’une eau de lavage. Pour l’échantillonnage : arret de forage et utilisation d’échantillonneur pour le roc.

Récupération des échantillons Habituellement : On interrompt le forage a tous les 1.5 m afin de procéder a l’échantillonnage du sol. Dans les sols meubles, on enfonce les tubes d’échantillonnage a 450mm par battage ou sous pression constante. Dans le roc, on procede plutot a un carottage continu par rotation d’un tube muni d’une couronne a diamants. Une fois remonté, les échantillons doivent etre manipulés avec soin pour avoir un minimum de remaniement. Important de conserver la teneur en eau naturelle du sol. Avantageux de procéder aux essais sans délais (car il n’y a plus de pression latérale due aux parois de sol  donc toujours un certain remaniement)

Matériel de forage et d’échantillonnage Les tubages Les tiges de forage Les tubes d’échantillonnage Le carottier fendu Le tube à paroi mince Les échantillonneurs à piston Les échantillonneurs de roc

Les tubages Enfoncer par battage ou rotation Essentiel pour : Éviter que les parois du trou ne s’affaissent pendant le forage et lors du lavage et de l’évacuation des débris, Diriger l’outil de forage et prévenir le gauchissement des tiges de forage. Enfoncer par battage ou rotation Diamètre varie de 60 à 105 mm. Tubage de forage : donc descendu a la meme profondeur que le forage. enfoncé par : battage (sol meuble), ou rotation (si roc et gros graviers). Diametre : +, +$$$ Tubage télescopique  tubage de calibre inférieur est + facile a enfoncer qu’un tubage de calibre supérieur car surface de friction est + petite. Donc on début avec un tube + gros jusqu’au refus d’enfoncement, et poursuit avec un tube + petit. refus d’enfoncement = + de 50 coups requis pour enfoncer de 15 cm.

Les tiges de forage Les tiges se glissent à l’intérieur du tubage afin de relier la foreuse au trépan. Le diamètre est donc directement relié a celui du tubage.

Les tubes d’échantillonnage Dans les sols meubles et pour échantillons remaniés Tube ou carottier fendu. Pour des échantillons intacts d’argile Tube à paroi mince, Échantillonneurs à piston. Pour le roc Carottier simple ou double, mis en place par rotation. Le choix des outils d’échantillonnage dépend : nature du sol ou du roc a prélever, degré de remaniement désiré.

a) Carottier fendu et b) Tube à paroi mince Carottier fendu  cuillere fendu (split spoon) : Surtout pour les sols a gros grains dont  max est de 35mm. Ok pour sols a grains fins si pas besoin d’échantillon intact. Fendu  car le tube central s’ouvre en 2 parties pour libérer l’échantillon. Carottier enfoncé par battage, l’épaisseur des parois déplace le sol vers l’intérieur du tube. Bille d’acier  exerce une succion pour retenir l’échantillon. Tube a paroi mince  tube Shelby: Pour prélever des échantillons intacts.  de 51 a 127 mm. Enfoncer par pression hydraulique (pas de battage intensif) friction de l’argile sur les parois, et succion de la valve a bille permet de récupérer l’échantillon.

Échantillonneur à piston Pour le roc Échantillonneur muni d’une couronne diamantée pour percer le roc par rotation rapide sous pression (pression d’eau).

Échantillonneur du roc Carottier simple Eau circule entre la carotte et le tubage  favorise la fragmentation des rocs fissurés  donc recommandé pour roc dur. Carottier double Eau circule entre 2 tubages  Ok pour roc fissurés.

Détermination du niveau de la nappe phréatique Tubes piézométriques ouverts  pour déterminer rapidement la position de la nappe phréatique à partir de la surface. Systèmes piézométriques fermés  pour mesurer à distance les pressions hydrostastiques et le niveau de la nappe phréatique. Piézometre ouvert : seulement pour les sols perméables a gros grains Piézometre fermé: pour les sols fins et peu perméables.

Piézomètre de chantier Piézometre de chantier  Piézometre ouvert: Constitué d’une tige évidée Enfoncé sans ou avec forage préalable (selon les modeles) On détermine la profondeur de la nappe en descendant une sonde électrique qui émet un signal sonore ou visuel des qu’il entre en contact avec de l’eau.

Piézomètre de type Casagrande Piézometre de Casagrande  piézometre ouvert Meme principe mais s’installe a l’intérieur d’un trou de forage L’eau s’infiltre dans le tube flexible Un signal est émis lorqu’une sonde entre en contact avec l’eau.

Piézomètre fermé Systeme + couteux mais + sensible Ok pour les sols fins et peu perméable Pression que l’eau exerce sur le diaphragme qui donne des renseignements sur la présence d’eau et de sa pression. Plusieurs modeles existent, avec plusieurs modes de fonctionnement différents.

Rapports d’étude géotechnique Contenu d’un rapport type: Page titre, table des matières et introduction, Description des méthodes utilisées, Description générale du terrain, Description des sols et du roc, Niveau de la nappe phréatique, Recommandations. Page titre : noms du labo, du client et du projet, la date et le numéro de dossier. Introduction : description du mandat, la portée de l’étude et de ses limites. Méthodes de reconnaissance utilisées sur le site : nombre et types de forages, de sondages et d’essais effectués en chantier et en labo. Sols et roc ayant été identifiés aux différents forages. Description générale du terrain : relief, drainage, végétation. Recommandations : quant a la conception des fondations, sur les méthodes de construction, quant aux mesures de contrôle.

Annexe Glossaire des expressions techniques utilisées dans le rapport, Plan du site indiquant l’emplacement des ouvrages projetés, des forages et des sondages, Rapports de forage, Profil stratigraphique du sol et du roc, Graphiques et formulaires contenant les résultats d’essais en laboratoire. Pour justifier et appuyer l’ensemble des observations et recommandations du rapport, on ajoute en annexe les documents ayant servi a consigner les données des sondages et les résultats des essais.

Plan du site

Rapports d’étude géotechnique (suite) Rapports de forage : Fournissent une image immédiate de la stratigraphie, Livrent les résultats des essais menés sur le terrain et de certains essais de laboratoires.