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• Les collections du LCPC, Techniques et méthodes des laboratoires des ponts et chaussées, Méthode
d'essai
www.ifsttar.fr
Institut Français des Sciences et Techniques des Réseaux,
de l'Aménagement et des Transports
14-20 Boulevard Newton, Cité Descartes, Champs sur Marne
F-77447 Marne la Vallée Cedex 2
Contact : [email protected]
La mesure des dé r:rnat~-,ns
" 1 .
aiae des extenmomètres
a
'
*
hode d'essai no 34
nouvelle édition
janvier 2001
Laboratoire central des Ponts et Chaussées
58, boulevard Lefebvre - 75732 Paris Cedex 15
Ce document est disponible au :
Laboratoire central des Ponts et Chaussées
IST-Diffusion
58, boulevard Lefebvre
F-75732 Paris Cedex 15
Téléphone : 01 40 43 52 26
Télécopie : 01 40 43 54 95
lnternet : http:l/www.lcpc.fr
Prix : 80 F HT
En couverture :
Mise en place de I'extensomètre dans un pieu foré.
Site de la gare de Liège-Guillemins (Belgique).
Ce document est propriété du Laboratoire central des Ponts et Chaussées
et ne peut être reproduit, même partiellement, sans l'autorisation de son Directeur général
(ou de ses représentants autorisés).
Appareillage spécifique
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
Le ruban porteur de jauge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Les jauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
Les bloqueurs
.......
Appareillage complémentaire
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.
Matériels de mise en oeuvre des extensomètres . . . . . . . .8
Matériels de mesure extensométrique
i
. . . . . . . . . . . . . .8
@ PRÉPAWTION DES MESURES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Les tubes-logements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Installation de I'extensomètre.
Mise à zéro des jauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Ce document a été rédigé par :
MM. MICHEL BUSTANIANTE.
Directeur de recherche DR2 et
LUIGI GIAMESELLI.
Technicien supérieur
Section du Comportement des sols
et des ouvrages géotechniques
Laboratoire central
des Ponts et Chaussées
9 RÉALISATION DES MESURES
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Mesures en cours de palier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
i
PR~SENTATIION
DES R&SUL~[.ATS. . . . . . . . . . . . . . . . . .13
MCTHODE D'ESSAI no 34
Rappel sur les essais
de chargement de pieux
Cette nouvelle version de la méthode d'essai
o
n 34, complétée et mise à jour en fonction de
l'évolution du matériel, remplace l'édition
d'octobre 1990 tirée en 1 000 exemplaires et
qui est actuellement épuisée [l].
Un essai de pieu consiste à appliquer sur la tête
du pieu une charge Q et à mesurer les déplacements correspondants S, de sa tête. Les
modes opératoires régissant cet essai recommandent en général d'appliquer la charge Q
par paliers croissants, d'égale durée [3] à [SI.
O n rappellera que ce document concerne
uniquement la mise en place des extensomètres
amovibles LPC dans les fondations profondes
et la mesure des déformations uniaxiales que
ceux-ci permettent de réaliser. Les recommandations pour la préparation d'un essai de chargement utilisant cet appareillage est décrit dans
la méthode d'essai n o 45 [2].
Rappel sur la détermination
des dhoformations et des efforts
dans %espieux
La fondation profonde de la figure 1, soumise à
une charge en tête Q à laquelle correspond un
déplacement S,, peut être considérée comme une
succession de tronçons fictifs 1, 2, ...i, i + 1, .. de
longueurs 11,12...!,,f i+ ...... subissant des déformations longitudinales A,! A
,,! ..Ali, A t i +
Les mesures extensométriques sont intimement
liées à l'essai statique de chargement de pieu
ou de tirant d'ancrage, o n se reportera donc
aux modes opératoires établis pour ces essais
P l , P l , F I , F I , VI, P l .
,,
,.
La méthode s'applique à tous les types de
fondations profondes, battues ou forées, injectées ou non, de tous diamètres, soumis à des
efforts statiques de compression ou d'arrachement. Pour des raisons de commodité, o n désignera dans la suite d u texte sous l'appellation
de pie% tout type de fondation profonde ou de
tirant.
Sous certaines conditions, les extensomètres
amovibles peuvent être installés dans des
fondations soumises à des charges cycliques.
.
i
i
~ ~ ~ ~des iextensomètres
l i ~ ~amovibles
~ i ~est ~ Lorsqu'on veut vérifier la validité des hyporéservée aux essais dits de courte durée ,,, 4 thèses prises en compte dans les calculs de capacité portante, o n cherche à déterminer les
aux essais dont la durée
pas 48 heures. Toutefois, une utilisation
efforts
Qz,...QQ+1agissant sur chaque
et
Qp
agissant en pointeprolongée de plusieurs mois peut être envisagée
suite aux récentes expérimentations effectuées
L~ détermination de la distribution des efforts
au LCPC, mais doit toutefois faire l'objet
Q 1, long du fût s'effectue à partir d
~
~
d'une préparation particulière.
% mesurant directement des efforts (dynamomè-
;
i
~
~
La mesure des déformations à l'aide des extensomètres amovibles LPC
tre et capteur de pression) ou indirectement,
des déplacements ou des déformations. Ce sont
ces dernières que les extensomètres amovibles
permettent de mesurer.
Appareillage spécifique
O n a alors, par application de la loi de Hooke,
au tronçon i :
Q = E,, Si
Principe [9]
( aV,)
L'extensomètre amovible consiste essentiellement en une succession de rubans métalliques
porteurs de jauges de déformations collées, et
qui sont mis en tension entre les extrémités de
chaque tronçon fictif du pieu.
ti
avec :
+ E,,, le module équivalent du matériau du
pieu,
+ Si, la section du tronçon i,
+ ti et A l i les grandeurs définies
Des dispositifs particuliers, appelés bloqueurs,
assurent la fixation des rubans aux extrémités
des tronçons, ainsi que le maintien de la tension
des rubans pendant toute la durée de l'essai de
chargement. Une fois assemblés, bloqueurs et
rubans forment un chapelet d'une longueur
correspondant sensiblement à celle du pieu.
précédem-
ment.
Le frottement latéral unitaire q,, agissant sur le
tronçon i est égal à:
Lorsque le pieu est sollicité, les raccourcissements ou les allongements (cas de la fondation
soumise à un effort d'arrachement) qu'il subit
sont donnés directement par la jauge. Ces
déformations doivent être corrigées par un
coefficient tenant compte à la fois du coefficient d'étalonnage du ruban a et de la longueur
du câble K. Le principe d'utilisation de l'extensomètre amovible est schématisé sur la figure 3.
avec S,,, , la surface latérale du tronçon i.
Ayant calculé le déplacement y; du tronGon
considéré i d'après :
yi = S, - (At, +A!,
+
... + At;...)
o n obtient la loi de mobilisation du frottement
latéral unitaire q,, en fonction du déplacement
y, telle que représentée sur la figure 2.
Une fois l'essai terminé, les bloqueurs sont mis
hors pression et l'ensemble des extensomètres
amovibles, récupéré et démonté.
i Le ruban porteur de jauge
i
i
Le support de jauge est un ruban constitué d'un
alliage spécial (cupro-béryllium) d o n t la
% section est égale à 8 x 0,4 m m pour le modèle
i courant d'extensomètre, o u égale à
% 5 x 0,25 m m pour le modèle miniaturisé.
déplacement
Yi
Fig. 2 - Loi de mobilisat~on
du frottement ktéral unitaire pour un tronçon i
i
i
i
i
i
i
La longueur minimale entre chaque bloqueur
est de 1 mètre. La liaison entre le ruban et le
bloqueur est assurée par un embout spécial
(fig. 4). Pour les tronçons de grande longueur,
le raccordement de deux rubans s'effectue au
moyen d'un dé de serrage (fig. 5) qui interdit
tout glissement.
t.:
L
QB
L
{A
1. Confection du pieu avec son tube-logement
4. Mise en tension des rubans
2. Insertion de i'extensomètre amovible
dans son tube-logement
5. Mise en pression des autres bloqueurs
3. Mise en pression du bloqueur du fond
6. Chargement du pieu
La mesure des déformations à l'aide des extensomètres amovibles LPC
Les jazlges
i
mètres et les matériels nécessaires à la réalisa% tion des mesures des jauges.
Les jauges utilisées pour les extensomètres
amovibles sont des jauges à trame métallique i Matériels de mise en œuvre
de constantan, autocompensées en tempéra- % des extensomètres
ture. Pour un ruban de 8 x 0,4 mm o n peut
utiliser une jauge avec une longueur de grille i + réserve de rubans avec jauges collées et sans
active égale à 3,18 m m acceptant des déforma- i jauge pour la confection de grandes longueurs
tions maximales de 3 %. La jauge est montée en i de rubans,
demi-pont et reçoit un connecteur qui permet
de la raccorder à son câble (fig. 6). Le ruban i s réserve de gaz sous pression (N ou CO,)
i équipée d'un mano-détendeur et d'un jeu de
ainsi équipé est ensuite étalonné (fig. 7).
% deux manomètres avec plages de 0-400 et
% 0-25 bar,
Les bloqueurs [9] [IO]
C'est l'une des pièces essentielles de l'extenso- i
mètre amovible. Ils sont constitués d'une
cellule centrale dilatable par pression de gaz,
laquelle, en agissant sur des lames déformables
munies d'ergots ou de surfaces frottantes, i
assure l'accrochage à la paroi d'un tube- i
logement pendant toute la durée de l'essai. Le
gaz a été choisi en raison des avantages qu'il i
présente à la mise en œuvre : propreté et mise %
en pression instantanée.
o
e contrôleur de la pression de gaz alimentant
les bloqueurs,
4
dispositif de mise en tension des rubans,
o membranes de rechange pour les bloqueurs
de @ 48 ou @ 33 mm,
+
jeu de calibres pour la vérification des
diamètres des tubes-logements,
i + petit outillage pour le montage et le démonLes bloqueurs existent en deux modèles (fig. 8)
tage des extensomètres avec jeu de colliers de
de manière à pouvoir s'adapter aux différentes i serrage o u tubes fendus (fig. 11) pour le
fondations profondes. Le modèle le plus % contrôle des circuits d'alimentation,
couramment utilisé est un bloqueur @ 48 mm.
Pour réaliser des mesures sur des tirants ou i e réserve de connecteurs pour les câbles de
micropieux, o n peut utiliser la version minia- % jauge et dés de serrage pour les rubans,
turisée @ 33 mm.
% + réserve de produits isolants,
:
Les bloqueurs sont reliés Par deux tubes plas+ tube plastique semi-rigide (100 m environ),
tiques semi-rigides à une bouteille de gaz sous j avec embouts
pression située à la surface du sol (fig. 9). Deux %
circuits indépendants sont nécessaires, l'un "% Matériels de mesure extensométrique
pour l'alimentation d u bloqueur de fond, le :
second pour les bloqueurs restants. La concep- i o pont de mesure portatif de préférence à affition des bloqueurs interdit tout glissement par
c h age digital,
rapport au fût d u pieu, soit par translation %
dyensemble, soit par déplacements relatifs
9 nombre de boîtes de raccordement compatilocaux. La figure 10 montre un extensomètre
ble avec le nombre de rubans installés dans le
i
pieu, chaque voie étant équipée d'un réglage de
en cours d'assemblage.
% zéro,
i
:
Apparedlage c o m p ~ é m e i a t ~
i -+ réserve de
piles pour les ponts de mesure,
O n distingue les matériels propres à l'assem- g @ centrale d'acquisition automatique suivant
blage et l'installation dans le pieu des extenso- % les cas.
La mesure des déformations à l'aide des extensometres amovible s LPC
PREPARATION
DES MESURES
i Les tubes-logements
i
i
L'installation des extensomètres amovibles LPC
exige que la fondation soit équipée de un ou
plusieurs tubes-logements. Ces derniers assui rent pour une bonne part le succès de la
i méthode. Le responsable des mesures doit être
% associé à leur mise en œuvre.
i
i
i
Chaque tube-logement doit satisfaire aux
conditions suivantes :
% + être lisse et propre intérieurement pour ne
% pas entraver la descente et la remontée de l'ex% tensomètre,
i + être dégraissé extérieurement pour assurer
i une meilleure adhérence au béton (cas des
i pieux forés) et intérieurement pour assurer un
i meilleur accrochage des bloqueurs,
+ être rabouté de manière à éviter tout défaut
d'alignement ou resserrement intérieur. Le
recours à un manchon constitue l'un des plus
sûrs moyens de satisfaire ces conditions
: (fig. l2a),
%
i
i
i
ne pas être déformé lors de la confection du
%
% pieu (cas des pieux forés) ou de la mise en fiche
i
(cas des pieux battus),
%
+
i
rester sec afin d'éviter le dysfonctionnement
des jauges.
b
i
i
Le tube-logement, obturé à sa base (fig. l2b),
doit être parfaitement solidaire de la fondation. Cela s'obtient par le soudage des tubes% logements aux génératrices des pieux métalliques (tubulaires fermés ou ouverts, profilés H
i ou palplanches) o u aux cages d'armature des
% fondations forées (pieux ou barrettes). Les
% tubes utilisés sont des tubes en acier, de 52 m m
i + l m m de diamètre intérieur pour les
i bloqueurs de (I 48 mm, et de 35 m m + 1 m m
i pour les bloqueurs de 33 mm. L'épaisseur de
i ces tubes varie de 2 mm pour les pieux forés à
i 4 m m pour les pieux battus [2].
:
+
sur un pieu fubulaire ouvert.
b IO 4
MÉTHODE D'ESSAI no 34
Dans le cas particulier des profilés battus P Tnsî.cnlljati6saa
de I'extensomèrree
(tubes fermés O U ouverts, pieux H, palplan- j Mise à zéro des jauges
ches), le pied d u tube-logement est protégé par i
u n sabot (fig. 12c). En partie haute, pour les i La veille de l'essai, o n procède à l'assemblage
pieux forés, le tube débouche dans une tête i des extensomètres amovibles sur u n e aire
spécialement aménagée p o u r permettre le
propre et si possible à l'abri des intempéries. Si
passage des câbles de jauges et des tubulures i les conditions s'y prêtent, et pour des lon g ueurs
n'excédant pas 20 m, u n chapelet de huit à dix
dyalimentation en gaz
ou
simplement par la mise en place d'une plaque : bloqueurs peut être assemblé en une demijournée. L'assemblage terminé, o n vérifie le
métallique pourvue de rainures (fig. 13a et i
bon fonctionnement des jauges et l'absence de
13b).
i fuites sur le circuit d'alimentation des
i bloqueurs.
Une fois la confection o u la mise en fiche d u :
pieu terminée, on vérifie par la descente d y u n Il y a lieu de repérer chaque jauge avec son câble
calibre (Q 49 ou Q 33 mm) dans le tube- i avant de débuter l'essai. La figure 14
fournit u n exemple de feuille de montage pour
logement, que celui-ci n'a subi aucun dommage
:
chaque
tube-logement équipant le pieu.
d u fait de son installation et reste sec.
i
i
.
i
L'extensomètre est descendu par gravité dans
son tube-logement (fig. 15). Lors de la descente
dans le pieu, le ruban ne doit subir aucune
déformation permanente (pliage, vrillage,
éraflure). Arrivé à la cote voulue, le bloqueur
inférieur est dilaté à l'aide d'une pression de
gaz comprise entre 1'3 et 1'5 MPa. Grâce au
dispositif de mise en tension (fig. 16a et 16b),
o n tend l'ensemble des rubans depuis la
surface. Cette opération est effectuée progressivement par l'un des opérateurs, pendant que le
second contrôle l'évolution d u signal des
rubans sur le pont de mesure. La tension appliquée aux rubans est fonction d u type d'essai
que l'on veut réaliser (compression ou arrachement), mais aussi de l'importance de la charge
d'épreuve que l'on veut appliquer au pieu. Il
suffit, dans la majorité des cas et pour chaque
ruban sollicité, de limiter celle-ci à
E = 2 000 pm/m.
Après avoir vérifié que l'ensemble des rubans
est tendu à l'allongement désiré, o n dilate
simultanément la totalité des bloqueurs.
La pression de gaz est maintenue entre 1'3 et
1'5 MPa dans l'ensemble du circuit d'alimentation des bloqueurs et doit le rester pendant
toute la durée de l'essai. Un boîtier de contrôle
comprenant deux manomètres, permet de
surveiller en continu le maintien de la pression.
O n procède ensuite à la mise à zéro des jauges
en agissant sur les potentiomètres des boîtes de
raccordement prévues à cet effet ou sur le
commutateur de remise à zéro de la centrale
d'acquisition.
Il est impératif enfin, d'établir un schéma du
pieu indiquant :
e la position des différents bloqueurs par
rapport au niveau des comparateurs utilisés
pour mesurer les déplacements de la tête du
pieu [2] ;
s le repérage de chaque tronçon de mesure :
A, B, C, etc. ;
e les principales caractéristiques du pieu.
M~TWODED'ESSAI no 34
R~ALIISA'II'ION
DES MESURES
cation de la charge au pieu, o n fait pour chaque
:
: palier les lectures des déformations des jauges
i aux temps suivants
Généralités
%
+
*
3e et 55e minute lors du chargement,
3e minute lors des paliers de déchargement.
:
La réalisation des mesures à partir des extensomètres amovibles s'inscrit dans le cadre d'un
Tout incident (fonctionnement défectueux des
essai de chargement (ou d'arrachement) en
jauges ou du pont, dérives, chute de pression
vraie grandeur. A ce titre, les séquences de
dans le circuit d'alimentation, chocs sur les
mesure restent subordonnées au déroulement i bases fixes, interruption de lYessaide chargeet au programme de celui-ci et, en particulier,
ment), qui se produit pendant I'essai, est consiau nombre de cycles et de paliers choisis ainsi % gné dans la partie observations de la feuille
qu'à leur durée [3] à [8].
i d'essai. En cas d'incidents graves en cours
% d'essai, pouvant conduire à l'endommagement
i ou la perte des extensomètres amovibles, le
hlesu-res en cours de paliers
i responsable des mesures est en droit d'exiger
A~~~~ le l ancement de l'essai de chargement d'interrompre l'essai et de remonter les appa: reils. Il définit ensuite les conditions dans
proprement dit, o n vérifie que :
o le circuit d'alimentation des bloqueurs n'a i lesquelles sera repris l'essai. Une fois l'essai de
: chargement terminé les extensomètres sont
fait l'objet d'aucune fuite (boîtier de contrôle), :
: remontés à la surface puis démontés.
les jauges n'ont subi aucune dérive depuis la :
mise en place, dans lequel cas celles-ci doivent i
être remises à zéro avant le démarrage de l'essai.
i
;
i
a
*
'
i PRÉSENTATION
Il est recommandé de vérifier le bon fonctionnement de l'ensemble d u matériel avant le
démarrage de l'essai en effectuant un préchargement rapide pendant une durée de
quelques minutes, et sous une charge de l'ordre
de 5 010 de la charge limite.
i DES R&S$IIL$ATS
:
:: Toutes les lectures de variations relatives des
déformations E; = A t Jiieffectuées à la 3e et la
* 55e minute pour le palier de chargement et à la
:
i 3e minute pour le palier de déchargement, sont
% consignées sur des feuilles d'essai (fig. 17) ou
Lors de l'essai proprement dit et après l'applistockées dans l'unité centrale d'acquisition.
a
Laboratoire Central des Ponts et Chaussées. Paris
Responsable de i'essai:
a
:Cr<;
Date des mesures:
La mesure des déformations à l'aide des extensomètres amovibles LPC
AUL (IO")
O n établit pour chaque extensomètre u n jeu de
feuilles, la première récapitulant les valeurs des
mesures brutes E, la seconde indiquant les
valeurs correspondantes corrigées E,. La valeur
corrigée vaut :
E,= & . a
/
K
où a est le coefficient d'étalonnage d u ruban
équipé de sa jauge et K un coefficient fonction
de la longueur du câble utilisé.
Les valeurs
E
et
E,
sont exprimées en pm/m.
L'ensemble des feuilles de mesure donnant les
valeurs E et E, est accompagné du schéma établi
avant l'essai et rappelant les principales caractéristiques du pieu ainsi que le repérage des
tronçons de mesure.
% Fis, .68 - Exemple de mesures des déformations E réalisées
Lorsque le pieu a été équipé de plusieurs exten- : sur un pieu battu moulé et montrant au droit des tronçons A,
6, C des dérives importantes traduisant une déformation
sOmètres
indue du béton laquelle résultaif d'un bétonnage défectueux.
On
calcule, pour chaque troncon, la moyenne des i site de ~
~( ~ ~~,984,
è ~i ~ , ~
i
~
déformations corrigées E,.
i
Il y a lieu toutefois, avant d'effectuer cette i L'ensemble des valeurs moyennes obtenues E,
moyenne, de vérifier si des facteurs tels que
est présenté SOUS la forme d'un tableau récapiIyexcentrement des charges, la non-verticalité i tulatif. II est conseillé de lui adjoindre un
du fût ou l'existence de
comme le
graphique montrant la variation de 8, en fonc:
tion de la profondeur, comme indiqué sur la
montre la figure 18, n'ont pas altéré la repré: figure 19a et b.
sentativité des mesures.
i
i
.
AUL (IO" )
La mesure des déformations à l'aide des extensomètres amovibles LPC
Par application des principes rappelés au paragraphe « Rappel sur la détermination des
déformations et des efforts dans les pieux D, les
valeurs E, ou E, (cas de plusieurs extensomètres) finalement obtenues, permettent de calculer les efforts Q agissant sur chaque tronçon
i, et de déterminer leur distribution le long du
fût pour chaque palier (fig. 20a et b).
O n peut obtenir en outre les courbes de mobilisation d u frottement latéral unitaire q,, en
fonction du déplacement y;. Les figures 21a, b,
c, d, montrent plusieurs exemples de ces courbes obtenues pour différents types de sols et de
pieux, après réalisation d'essais de chargement
en vraie grandeur.
[l]BUSTAMANTE M., GIANESELLI L. (1990), La
mesure des déformations à l'aide des extensométres amovibles LPC, Méthode d'essai LPC n o 34, oct.
%
%
[2] BUSTAMANTE M., GIANESELLI L. (1996),
Recommandations pour la préparation d'un essai de char- %
gement statique de pieu instrumenté à l'aide d'un extenso- :
métre LPC, Méthode d'essai LPC n o 45, nov.
[3] BUSTMANTE M., JÉZÉQUEL J.-F. (1989), Essai
statique de pieu isolé sous charge axiale, Méthode d'essai
LPC n o 31, févr.
%
:
[4] Les essais de pieux, chapitre 10 du DTU 13.2 :
Fondations profondes, cahier 1793, CSTB, sept. 1982.
%
[5] Axial pile loading test, Part 1 : Static loading
ISSMFE, Geotechnical Testing Journal, GTJODJ, vol. 8,
2, juin 1985, pp. 79-80.
%
%
[6] Norme française NF P 94-150 (1991), Essai statique de
pieu isolé sous compression axiale, oct.
%
[7] Norme française NF P 94-153 (1993), Essai statique de
tirant d'ancrage, déc.
%
[8] Tirants d'Ancrage. Recommandations concernant la
conception, le calcul, l'exécution et le contrôle.
Recommandations T.A 95, septembre 1995.
%
i
Document publié par le LCpc
sous le numéro 59023402
: Conception et réalisation
[9] BUSTAMANTE M., JÉZÉQUEL 9.-F. (1975), :
Mesure des élongations dans les pieux et tirants à l'aide : LCPC-IST, Marie-Christine Pautré
d'extensomètres amovibles, Travaux, 489, déc.
i Flashage Impression
[IO] BUSTAMANTE M., DOIX B. (1991), A nez0 : SAGER
mode1 of LPC removable extensometers, Proc. 4th Inter.
Coi$ o n P i h g and Deep Foundations, STRESA, Italy,
Dépôt IBgal
april 7-12.
: l e r trimestre 2001
-
i
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