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Expertise Technique7 min de lecture

Essai scissométrique : principe, résultats et limites pour les argiles molles

Dans une argile molle, prélever sans remanier est presque impossible. Le scissomètre fait tourner un moulinet dans le sol et mesure directement sa résistance non drainée.

FondaTerre — Ingénierie géotechnique

Le scissomètre de chantier donne une mesure directe de la cohésion non drainée cu des argiles molles, et de leur sensibilité au remaniement. Il alimente les calculs de portance, de remblai et de stabilité ; il a aussi ses limites, qu'il faut connaître avant d'en interpréter les valeurs.

Quand recourir au scissomètre

  • Fondations sur sol mou : vérifier la capacité portante et estimer le risque de rupture ou de tassement excessif ;
  • Remblais sur argile molle : contrôler la stabilité et phaser le chargement ;
  • Talus et pentes : caractériser la couche sensible dans un calcul de stabilité (stabilité de pente) ;
  • Terrassements et soutènements : dimensionner les poussées et les butées (mur de soutènement étude de sol) ;
  • Suivi de consolidation : mesurer le gain de résistance après préchargement.

Comment fonctionne l'essai

Le scissomètre se compose d'un train de tiges terminé par un moulinet de quatre pales rectangulaires, d'un dispositif de rotation et d'un capteur de couple. Une fois enfoncé à la profondeur choisie, le moulinet est mis en rotation à vitesse lente et constante. Le sol oppose une résistance : le couple monte, atteint un maximum lorsque le sol cisaille selon un cylindre de mêmes dimensions que les pales, puis diminue.

La cohésion non drainée se déduit du couple maximal T, de la hauteur H et du diamètre D des pales. Pour un moulinet dont la hauteur vaut deux fois le diamètre, et en supposant une résistance uniforme sur toute la surface du cylindre, on obtient :

cu = 6 T / (7 π D³)

La rotation étant rapide par rapport au drainage de l'eau du sol, l'essai correspond à un comportement non drainé : c'est la résistance mobilisée à court terme, par exemple à la fin d'un terrassement ou d'un remblaiement.

Une mesure, étape par étape

  1. Préparation : choix des profondeurs d'essai, vérification du matériel, étalonnage du capteur de couple.
  2. Insertion : le moulinet est enfoncé dans le sol, à partir de la surface ou d'un avant-trou, jusqu'à la profondeur testée.
  3. Cisaillement : rotation lente et régulière ; on enregistre la courbe du couple en fonction de l'angle de rotation jusqu'au pic.
  4. Remaniement : après le pic, on impose plusieurs tours rapides pour détruire la structure du sol, puis on mesure à nouveau le couple : c'est la résistance remaniée.
  5. Retrait et essais suivants : on remonte ou on descend à la profondeur suivante, tous les 0,5 m ou 1 m selon le programme, pour obtenir un profil.

L'essai est normalisé (NF EN ISO 22476-9, essai au scissomètre de chantier) ; le rapport précise la norme, les dimensions du moulinet, la vitesse de rotation et les conditions de mesure.

Couple maximal → cu (état intact) Après remaniement : cu remanié Angle de rotation du moulinet Couple T rapport des deux pics : sensibilité St
Courbe type d'un essai scissométrique : pic intact, puis résistance remaniée.

Lire la courbe et les valeurs de cu

Trois informations principales

  • cu : cohésion non drainée à chaque profondeur ;
  • cu remanié : résistance après destruction de la structure ;
  • Sensibilité St = cu / cu remanié : elle mesure la perte de résistance au remaniement (cohésion des sols).

Profil de cu en profondeur

Le géotechnicien trace cu en fonction de la profondeur. Un profil qui croît linéairement traduit une argile normalement consolidée ; une croûte superficielle plus résistante puis un minimum indique une dessiccation de surface ; des sauts brutaux signalent des changements de faciès. Ces profils servent à choisir la profondeur d'ancrage, à évaluer la portance et à calculer la stabilité.

Ordre de grandeur de cuConsistance courante de l'argile
Inférieure à 20 kPaTrès molle
20 à 40 kPaMolle
40 à 75 kPaMoyenne
75 à 150 kPaRaide (au-delà d'environ 100 kPa, l'essai devient difficile)
Supérieure à 150 kPaTrès raide, hors du domaine usuel du scissomètre

Ces bornes suivent la classification usuelle des sols fins ; ce sont des repères, non des seuils réglementaires : le rapport interprète les valeurs au regard du projet.

Cas : un remblai sur argile molle

Un projet d'aménagement prévoit un remblai de plusieurs mètres sur une plaine argileuse. Quatre essais au scissomètre, tous les 50 cm jusqu'à 8 m, donnent des profils de cu croissant de 15 kPa en surface à 40 kPa à 8 m, avec une sensibilité de l'ordre de 5 à 8 dans les trois premiers mètres. Ces résultats sont illustratifs. Que peut en conclure le géotechnicien ?

  • Les valeurs de cu faibles en surface classent la couche comme molle : un remblai chargé d'un coup risque une rupture.
  • La sensibilité modérée à élevée signale une argile qui perd de sa résistance si elle est remaniée : les engins et le battage sont à limiter.
  • L'augmentation régulière de cu avec la profondeur suggère une argile normalement consolidée : elle gagnera en résistance au fil de la consolidation.

La stratégie qui en découle : remblayer par phases, avec des temps d'attente pour laisser l'argile se consolider et gagner en résistance, éventuellement accélérée par des drains verticaux, et suivre les tassements et les pressions d'eau. Le scissomètre, à nouveau, sert à vérifier le gain de résistance entre deux phases.

Scissomètre, laboratoire, pénétromètre : trois regards

Scissomètre en placeEssai de laboratoire (triaxial, compression simple)Pénétromètre statique (CPTU)
Nature de la mesureDirecte, en placeDirecte, sur échantillonIndirecte, par corrélation
Risque de remaniementFaible à l'insertionÉlevé au prélèvementFaible
Continuité en profondeurPoint par pointÉchantillons choisisProfil continu
SensibilitéMesurée directementDifficileEstimée
Coût et délaiModérésÉlevés, plus longsModérés

Une bonne reconnaissance d'argile molle associe souvent un pénétromètre statique (profil continu), des essais au scissomètre (calibration de cu) et quelques essais de laboratoire (consolidation, paramètres effectifs).

Un essai qui complète les autres

Le scissomètre donne une mesure directe de cu mais ne fonctionne que dans les sols fins mous. Le pénétromètre et le pressiomètre, eux, s'emploient dans presque tous les sols et donnent des grandeurs indirectes (résistance de pointe, module, pression limite). Une reconnaissance bien conçue les associe (essais géotechniques, sondage pressiométrique).

Les limites de l'essai

  • Sols concernés : argiles et limons argileux saturés, sans cailloux ni passages sableux ; en dehors, les résultats sont sans valeur ;
  • Anisotropie et vitesse : la rupture réelle n'est pas exactement cylindrique et dépend de la vitesse de rotation ; on corrige les valeurs pour les analyses de stabilité (correction de Bjerrum selon la plasticité) ;
  • Remaniement à l'insertion : un enfoncement mal conduit perturbe le sol avant la mesure ;
  • Profondeur limitée par la résistance des tiges et du sol.

Bonnes pratiques d'exécution

  • Étalonnage du dispositif de mesure du couple avant la campagne, et vérification du frottement des tiges ;
  • Vitesse de rotation conforme à la norme, constante, pour que les résultats soient comparables ;
  • Pas de mesure dans une couche sableuse ou caillouteuse, qui fausserait le résultat ;
  • Enregistrement de la courbe complète couple-rotation, pas seulement du pic ;
  • Précision du rapport : dimensions du moulinet, profondeur de chaque essai, valeurs brutes et corrigées, date et conditions ;
  • Croisement avec les coupes de sondage pour comprendre les variations.

Cinq questions pour lire un résultat

  1. Les profondeurs d'essai couvrent-elles les couches molles concernées par le projet ?
  2. Le profil de cu est-il cohérent avec la description du sol (argile molle, croûte de dessiccation, passages sableux) ?
  3. La sensibilité est-elle donnée, et est-elle prise en compte dans les préconisations ?
  4. Les valeurs sont-elles corrigées pour les calculs de stabilité, et selon quelle méthode ?
  5. Les conditions particulières (nappe, saison) sont-elles précisées ?

Cas pratique FondaTerre : les alluvions de la Marne

Exemple illustratif : un projet d'entrepôt léger dans la vallée de la Marne, en Val-de-Marne. Les pénétromètres traversent 4 m de sols très mous ; des essais au scissomètre à chaque mètre donnent un cu de 15 à 25 kPa et une sensibilité modérée. Le remblai de plateforme est phasé en trois étapes de quatre semaines, avec des mesures de tassement entre chaque étape. Le scissomètre a servi à vérifier, avant la seconde phase, que la résistance avait bien augmenté.

Dans une étude FondaTerre

Quand la reconnaissance révèle des couches molles (vallées alluviales, anciens marais, remblais sur limons), l'ingénieur peut recommander un essai scissométrique en complément des pénétromètres ; sa réalisation est alors précisée au devis. Il s'inscrit dans une mission G2 AVP ou G2 PRO, selon le stade du projet. En Île-de-France, les vallées de la Seine, de la Marne et de l'Oise en offrent des exemples (Val-de-Marne) ; en PACA, les plaines alluviales du Rhône et de la Durance.

Pour estimer le devis de votre reconnaissance, utilisez le simulateur ; les essais complémentaires sont précisés par l'ingénieur au vu du terrain.

Questions fréquentes

Que mesure exactement l'essai scissométrique ?

La résistance au cisaillement non drainée cu d'un sol fin saturé, en place. On enfonce un moulinet à quatre pales, on le fait tourner et on relève le couple maximal qui provoque la rupture d'un cylindre de sol. Une seconde mesure après remaniement donne la résistance résiduelle.

Sur quels sols peut-on l'utiliser ?

Sur les argiles et limons argileux mous à fermes, saturés, sans cailloux. Il n'est pas adapté aux sables, aux graves, ni aux sols très durs ou très hétérogènes, où les pales ne s'enfoncent pas ou ne cisaillent pas un cylindre homogène.

Pourquoi l'utiliser pour les fondations ?

Dans une argile molle, la portance et les tassements dépendent de la cohésion non drainée. Le scissomètre en donne le profil avec la profondeur, ce qui permet de vérifier la stabilité d'un remblai ou d'une fondation superficielle sur sol mou.

Quelle est la différence avec un essai de laboratoire ?

L'essai en place évite le remaniement lié au prélèvement, mais il est moins contrôlé (drainage, vitesse). Les deux se complètent : le laboratoire précise le comportement, le scissomètre donne le profil continu en profondeur.

Faut-il corriger les valeurs mesurées ?

Pour les analyses de stabilité, on applique en pratique une correction liée à la plasticité du sol (correction de Bjerrum) : la rupture réelle n'est pas exactement celle d'un cylindre. Le bureau d'études précise dans son rapport si les valeurs sont brutes ou corrigées.

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