2 – Étude géotechnique

1. Étude géotechnique et reconnaissance des sols et roc

Juul Hvorslev, auteur de Subsurface exploration and sampling of soils for civil engineering purposes, est l’autorité reconnue en géotechnique pour le développement des techniques de forages, d’essais de laboratoire (sondage) et de piézomètre.

 

Il est admis que les sols ou les rocs peuvent être classés en des groupes distincts où les sols ou rocs classés dans le même groupe ont un comportement plus ou moins similaire. Compte tenu de ce principe géotechnique, la classification des sols ou du roc constitue l’élément de base de toute étude géotechnique. Pour Fondasol, la classification des sols constitue la base de toute étude d’ingénierie des fondations. Les études géotechniques préparées par Fondasol ont pour objectifs d’étudier les propriétés révélatrices des sols en place (index properties) au moyen d’essais de laboratoire appropriés et d’essais in-situ. La description d’un sol composé de plusieurs unités (gravier, sable, silt, argile et matières organiques) permet d’identifier le sol par l’unité dominant suivie des adjectifs en relation avec les unités secondaires ou les structures primaires et secondaires des sols ou du roc échantillonné. Par ailleurs, la description de sol préparée par Fondasol fait référence aux propriétés des grains et aux propriétés des agrégats de grains (structure de sol).

Toute étude géotechnique réalisée par Fondasol a pour objectif de chiffrer la réponse des sols ou du roc au moyen d’instruments ou d’essais de laboratoire. Fondasol croit que la pratique de géotechnique et d’ingénierie des fondation doit refléter l’état de connaissance actuelle dans le domaine de reconnaissance géotechnique.

Fondasol est d’avis, comme a écrit Casagrande en 1947, que la description des sols constitue le chapitre le plus controversé et le plus confus en mécanique des sols. Compte tenu de cette réalité, la description de sol de tout projet réalisé par Fondasol a une importance capitale; d’où notre effort pour décrire les sols en conformité avec le document intitulé ‘The Unified soil classification System, Technical Memorandum 3-357’, 1953, préparé par Corps of Engineers, U.S. Army.

Les études géotechniques réalisées par Fondasol s’inspirent des exigences de ASCE (manual and reports on engineering practice). Elles ont pour objectifs de répondre aux normes recommandées pour la présentation de données géotechniques dans les contrats de construction préparées par l’association canadienne de la construction et l’association des ingénieurs-conseils du Canada (1993). Conscient de la différence entre un forage et un sondage, les études géotechniques préparées par Fondasol tiennent compte de l’influence des méthodes de forages et d’échantillonnage sur les résultats obtenus. Fondasol choisit la méthode de forage et la méthode d’échantillonnage la plus compatible avec les conditions des sols et de la nappe phréatique, ce qui permet de distinguer la différence en un forage et un sondage géotechnique. Fondasol suit une méthode souple pour ses études géotechniques.

Fondasol dispose des équipements suivants pour réaliser des sondages :

  1. tarières manuelles pour les sites d’accès difficile ou pour les expertises dans le cas d’une construction existante;
  2. Sondage par trépied motorisé pour des sites d’accès difficile;
  3. Sondages par une foreuse équipée de tarières évidées;
  4. Sondages par une foreuse équipés pour forage Rotary;
  5. Sondages par scissomètre de marque Nilcon;
  6. Sondages pressiométriques par pressiomètre Texam.

2.            Les objectifs d’une étude géotechnique :

Déterminer les propriétés physiques, mécaniques et hydrauliques (compressibilité, résistance et perméabilité) des sols et du roc en place ainsi que le niveau de la nappe phréatique pour la conception et la construction des ouvrages projetés et ce en suivant les règles de l’art établies dans ce domaine (voir le cours de reconnaissance des sols et du roc).

Une étude géotechnique et reconnaissance des sols et du roc comprend la réalisation des sondages pour obtenir des échantillons remaniés et intacts pour des essais de laboratoire, la réalisation d’ essais sur place, l’installation de piézomètres pour connaître le niveau d’eau souterraine et d’autres mesures pour obtenir le maximum d’informations géotechniques pour la conception et la construction des ouvrages projetés. Ces informations sont requises pour préciser la nature du sous-sol, déterminer les caractéristiques mécaniques du milieu, définir ou vérifier certaines propriétés des sols (résistance au cisaillement, capacités portantes, tassements, perméabilité, etc.) en relation avec la conception et la construction de l’ouvrage envisagé.

Tout rapport géotechnique préparé par Fondasol comporte les informations suivantes:

  1. Données factuelles (localisation des sondages, rapports des sondages, niveau d’eau de la nappe phréatique, résultats des essais de laboratoire et in-situ, etc.);
  2. Données non-factuelles interprétées (stratigraphie des sols entre les échantillons du même sondage ou forage, stratigraphie des sols entre les forages, propriétés physiques et mécaniques des sols utilisées pour les calculs);
  3. Opinions professionnelles basées sur l’interprétation des données géotechniques obtenues concernant l’objet du mandat de l’étude géotechnique. Ces opinions peuvent être sur les sujets suivants en fonction du mandat de l’étude géotechnique:
    1.                       I.        Excavabilité des sols ou du roc;
    2.                     II.        Débit d’eau vers une excavation;
    3.                    III.        Stabilité du fond d’excavation (capacité portante des sols d’excavation);
    4.                   IV.        Capacité portante admissible des sols de fondation;
    5.                     V.        Tassement des sols de fondation suite aux charges apportées par les semelles de fondation projetées;
    6.                   VI.        Choix de type de fondation (semelles conventionnelles, radier, pieux);
    7.                  VII.        Type de pieux suggérés en cas de pieux;
    8.                 VIII.        Techniques d’amélioration des sols en place;
    9.                   IX.        Méthodes de soutènement temporaire des excavations;
    10.                     X.        Méthode de drainage;
    11.                   XI.        Conception de chaussée;
    12.                  XII.        Conception des surfaces pavées;
    13.                 XIII.        Interaction des travaux projetés sur les immeubles existants.

L’étude géotechnique peut comporter certains ou tous les éléments suivants:  reconnaissance par sondages et essais sur place, puits d’exploration avec échantillonnage et essais au scissomètre pour les dépôts d’argile, essais pressiométriques, reconnaissance géophysique, observation du niveau de la nappe, description et classification des échantillons, essais de laboratoire sur échantillons, caractérisation environnementale si nécessaire et finalement calculs.

L’étude géotechnique rassemble les informations disponibles sur le site (cartes géologiques, cartes de sols, photos aériennes, études de sols existantes sur les sites adjacents). Une visite du site, effectuée pour préparer la proposition d’offre géotechnique, permet d’observer les conditions générales de celui-ci (topographie, affleurements, présence d’obstacles, d’arbres, de remblai et de structures, etc.) et d’obtenir des informations sur le comportement des structures existantes.  Fondasol obtient les informations suivantes au sujet des ouvrages projetés: type de structure envisagé, utilisation prévue, méthode de construction prévue, date de début des travaux et durée estimée. L’ensemble de ces informations permet de mettre en évidence les difficultés qui peuvent être rencontrées lors des phases ultérieures et de déterminer le type des sondages envisagés (forages, sondages, puits d’exploration, tranchées d’exploration, etc.), leur nombre, profondeurs ainsi que leur localisation.

L’organigramme suivant résume les étapes d’une étude géotechnique.

Un rapport géotechnique préparé par Fondasol traite les sujets suivants:

–       Introduction et mandat;

–       Géologie régionale et données géotechniques consultées;

–       Description du site avec visite des lieux;

–       Travaux de chantier;

–       Travaux de laboratoire;

–       Stratigraphie des sols échantillonnés et profondeur de roc si rencontré;

–       Interprétation des données géotechniques obtenues;

–       Niveau de la nappe phréatique;

–       Capacité portante des sols (ÉLUL et ÉLUT) en place et type de fondation proposée;

–       Calcul des tassements des sols de fondation;

–       Perméabilité empirique des sols et venues d’eau en cas d’excavation;

–       Type de fondation proposé (semelle conventionnelle, radier, pieux);

–       Technique d’amélioration des sols en place, si nécessaire;

–       Construction des dalles sur sol;

–       Présence de sols difficiles et solution proposée;

–       Catégorie d’emplacement sismique du site;

–       Méthode d’étançonnement temporaire des excavations projetées;

–       Problèmes géotechniques prévisibles et solutions proposées;

–       Recommandations géotechniques d’ordres divers.

–       Annexes de rapports (plan de localisation de site, plan de localisation des sondages, rapports des sondages, résultats des essais de laboratoire, photographie de site et des travaux de reconnaissance, extraits des documents consultés)

 

Première carte de sol du Québec, Logan, CGC

Terminologie de forage  Un forage Rotary (extrait de Mabillot, 1971)

 

Foreuse conventionnelle avec utilisation de tarières évidées

Échantillonnage remanié d’argile pour essais de laboratoire

Scissomètre Nilcon avec un bâti spécial pour profil scissométrique

Équipements pour réaliser un sondage au Nilcon

 

Appareil Nilcon en place pour réaliser un profil scissométrique

 

Échantillonnage représentatif par cuillère fendue, avec la structure de sol

 

Utilisation de scissomètre d’inspection pour des sites d’accès difficile

 

Scissomètre portatif pour l’argile

 

Échantillonneur de type Shelby pour échantillonnage intact d’argile

Tarière manuelle avec un échantillon prélevé par la cuillère fendue

Utilisation de trépied motorisé

Forage par tarières évidées suivies du tubage NW

 


Échantillonneur de calibre H

 

Échantillonneur de calibre N

Effets de l’assèchement sur le détail de varves d’une argile (Lambe, 1991)

 

Essais de limite de liquidité sur l’argile

 

Structure secondaire d’un dépôt d’argile


Tarières manuelles

 

Essais Packer dans le roc

Utilisation de pénétromètre poche sur un échantillon d’argile représentatif

 

Forage sur les plans d’eau

 

Mini-foreuse sur chenilles

 

Foreuse sur camion

 

Tarières évidées

 

Essai pen test

 

Carottier double pour le carottage de roc

Carottes de roc prélevés par carottage avec un carottier de calibre NQ

 

Charte de granulométrie

Travaux de battage de pieux dans le till, comportant de blocs

 

Till avec blocs

 

Blocs dans le till

 

Pieu déformé par sur-battage dans le till avec blocs

 

Extrémité de pieu déformé


 

 

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