Comment Déterminer la Capacité Portante des Sols à partir du Test de Charge des Plaques
Le test de charge de plaque ou « test de palier de plaque » est l’un des moyens les plus rapides de déterminer la capacité portante et les caractéristiques de tassement des sols sur site. Ce test est essentiellement utile en particulier pour la conception de fondations peu profondes telles que les semelles de coussinets.
Il consiste essentiellement à charger une plaque rigide au niveau de la fondation et à augmenter la charge par incréments arbitraires. Le tassement correspondant à chaque incrément de charge est enregistré à l’aide d’au moins deux ou trois jauges à cadran avec un comptage minimal de 0,02 mm. Les jauges doivent être placées séparément à 120 ° ou 90 ° respectivement. La charge d’essai est progressivement augmentée jusqu’à ce que la plaque commence à se déposer rapidement. La courbe charge-tassement est tracée à partir de laquelle le tassement et la capacité portante du sol peuvent être déterminés.
La valeur totale de la charge sur la plaque divisée par la surface de la plaque d’acier donne la valeur de la capacité portante ultime du sol. Un facteur de sécurité est appliqué pour donner la capacité portante sûre du sol.
Les appareils nécessaires pour effectuer un test de charge de plaque sont;
- Contrepoids tel qu’une boîte ou une plate-forme avec des matériaux lourds tels que le béton, l’acier, etc. Le contrepoids total doit être supérieur d’au moins 10 % à la charge d’essai maximale prévue.
- Vérin hydraulique pour l’application de la charge
- Bague d’épreuve, précision de 1 kg, pour la mesure de la charge
- Plaque d’appui, diamètre 350mm, 450mm et 600mm
- Quatre jauges à cadran
- Poutres de référence.
La procédure pour effectuer l’essai de charge de plaque selon la partie 9 de la norme BS 1377 est la suivante;
- Une plaque circulaire d’un diamètre maximal de 300 à 600 mm doit être utilisée.
- Excaver au niveau d’essai le plus rapidement possible pour minimiser les effets du soulagement des contraintes, en particulier dans les remplissages cohésifs. Une excavatrice mécanique peut être utilisée à condition que le godet de l’excavatrice ne comporte pas de dents et que la dernière profondeur d’excavation de 100 mm soit effectuée avec soin à la main. Si l’essai est effectué dans une fosse d’essai, la largeur de la fosse doit être d’au moins 4 à 5 fois le diamètre de la plaque.
- Coupez et enlevez soigneusement tous les matériaux en vrac et les fragments incrustés de manière à ce que la zone de la plaque soit généralement de niveau et aussi peu perturbée que possible.
- Protéger la zone d’essai et l’appareil des changements d’humidité, de la lumière du soleil et des effets des intempéries dès que le niveau d’essai est exposé et tout au long de l’essai.
- La plaque doit être placée sur une fine couche (de 10 à 15 mm d’épaisseur) de sable propre et sec pour obtenir une surface plane sur laquelle la plaque doit reposer.
- Mettre en place les systèmes de mesure de chargement et de déflexion de sorte que la charge soit appliquée sur la plaque sans excentricité et que le système de déflexion se trouve en dehors de la zone d’influence des fixations. Au cours de ces opérations, une faible charge d’assise peut être appliquée sur la plaque pour permettre des ajustements: cette charge d’assise doit être inférieure à 5 kN/m2.
- La charge doit être appliquée en cinq incréments. La lecture du règlement sera prise à 0.des intervalles de 50 minutes pendant les 2 premières minutes, puis de 1 minute jusqu’à l’arrêt du mouvement détectable de la plaque, c’est-à-dire jusqu’à ce que le taux de tassement moyen soit inférieur à 0,02 mm par intervalle de 5 minutes.
- À chaque incrément, la pression doit être maintenue aussi près que possible constante.
- Une fois l’incrément d’essai final terminé, la pression dans la pompe hydraulique doit alors être relâchée et le tassement de la plaque autorisé à se rétablir. Lorsque la récupération est pratiquement terminée, la valeur résiduelle de règlement est enregistrée.
Selon Venkatramiah (2006), un grand soin doit être pris lors de l’interprétation des résultats des courbes charge-tassement de l’essai de charge sur plaque. Les courbes typiques obtenues à partir des courbes de tassement de la charge des essais de charge des plaques sont illustrées dans la figure ci-dessous;
La courbe I est typique du sable dense, du gravier ou de l’argile rigide, où se produit une défaillance générale du cisaillement. Le point correspondant à la défaillance est obtenu en extrapolant vers l’arrière (comme le montre la figure), car un écart prononcé par rapport à la relation linéaire qui s’applique aux étapes initiales de chargement est observé. (Cela coïncide approximativement avec le point jusqu’auquel s’étend la gamme de proportionnalité).
La courbe II est typique du sable meuble ou de l’argile molle, dans laquelle une défaillance de cisaillement locale se produit. On observe un raidissement continu de la courbe et il est assez difficile d’identifier la défaillance; cependant, le point où la courbe devient soudainement raide est situé et traité comme celui correspondant à la défaillance.
La courbe III est typique de nombreux sols c–φ qui présentent des caractéristiques intermédiaires entre les deux ci-dessus. Ici aussi, le point de défaillance n’est pas facile à localiser et le même critère que dans le cas de la courbe II est appliqué.
Ainsi, on voit que, sauf dans quelques cas, la localisation arbitraire du point de défaillance devient inévitable dans l’interprétation des résultats des tests de charge.
Cependant, il est important de savoir que le test de charge de la plaque présente certains inconvénients tels que les effets de taille, et ne prend pas en compte la possibilité de tassement de consolidation, en particulier dans les sols cohésifs. En outre, il est rapporté que les résultats des tests de charge reflètent les caractéristiques du sol situé seulement à une profondeur d’environ deux fois la largeur de la plaque.
Dans cet article, nous allons montrer comment effectuer des calculs à partir du test de charge de la plaque.
Exemple
Un test de charge de plaque a été réalisé sur un dépôt uniforme de sable à une profondeur de 1.5m sous le niveau naturel du sol et les données suivantes ont été obtenues;
| Pression (kPa) | 0 | 50 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
| Règlement (mm) | 0 | 2 | 4.5 | 10 | 17 | 30 | 50 |
La taille de la plaque était de 600 mm × 600 mm et celle de la fosse de 3,0 m × 3,0 m × 1,5 m.
(i) Tracer la courbe pression-tassement et déterminer la contrainte de rupture.
(ii) Un pied carré, 1,5 m × 1.5 m, doit être fondé à 1,5 m de profondeur dans ce sol.
En supposant que le facteur de sécurité contre la rupture de cisaillement soit de 3,0 et que le tassement maximal admissible soit de 25 mm, déterminez la pression d’appui admissible.
(iii) Conception de la semelle pour une charge de 600 kN, si la nappe phréatique est à une grande profondeur.
Solution
(1) La courbe pression-tassement est illustrée sur la figure ci-dessous. Le point de défaillance est obtenu comme le point correspondent à l’intersection des tangentes initiale et finale. Dans ce cas, la pression de défaillance est de 335 kN / m2.
La capacité portante ultime du test de charge de la plaque qult, bp = 335 kN / m2
Appliquer une correction pour le dépôt de sol sableux et une semelle de largeur 1,5 m;
qult, f = qult, bp x (Largeur de la fondation) / (Taille de la plaque de base) = 335 x (1,5 / 0,6) = 837,5 kN / m2
Appliquer un facteur de sécurité de 3,0 contre rupture de cisaillement;
qa = qult, f / FOS = 837,5 / 3 = 279,16 kN / m2
Alternativement;
Assimilent la valeur de qult, bp à 0,5 ybpNy
Où;
bp = taille de la plaque de base = 600 mm
γ = densité du sol (disons 18.5 kN/m3)
Ny = Facteur de capacité portante (à déterminer)
335 = 0.5 x 18,5 x 0,6 x Ny
À la résolution, Ny = 60,36
Cela se reflète à un angle de frottement interne (Φ) d’environ 36,5° en utilisant la théorie de Terzaghi. La valeur correspondante de Nq est 50,48.
Pour un pied carré de largeur (B) et de profondeur (Df) 1,5 m fondé sur du sable;
qult = qNq + 0,4yBNy = (18,5 x 50,48) + (0,4 x 18 x 1,5 x 60,36) = 1585,768 kN/m2
qa = qult/FOS = 1585,768/3 = 528,589 kN/m2
De la considération de règlement;
Sp=S2
Sp=252 = 16 mm
D’après la courbe de tassement de charge, ce tassement correspond à une pression de 290 kN/m2
Pour cette étude de cas particulière, le tassement régira la conception.
La charge maximale admissible de la colonne de service sur une semelle carrée de 1,5 m x 1,5 m sera donc de (1,5 x 1,5 x 290) = 652,5 kN. Cela montre qu’une charge de colonne de 600 kN peut être supportée en toute sécurité sur un pied de 1,5 m x 1,5 m sur le sol.