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
- Préparation : choix des profondeurs d'essai, vérification du matériel, étalonnage du capteur de couple.
- Insertion : le moulinet est enfoncé dans le sol, à partir de la surface ou d'un avant-trou, jusqu'à la profondeur testée.
- Cisaillement : rotation lente et régulière ; on enregistre la courbe du couple en fonction de l'angle de rotation jusqu'au pic.
- 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.
- 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.
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 cu | Consistance courante de l'argile |
|---|---|
| Inférieure à 20 kPa | Très molle |
| 20 à 40 kPa | Molle |
| 40 à 75 kPa | Moyenne |
| 75 à 150 kPa | Raide (au-delà d'environ 100 kPa, l'essai devient difficile) |
| Supérieure à 150 kPa | Très 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 place | Essai de laboratoire (triaxial, compression simple) | Pénétromètre statique (CPTU) | |
|---|---|---|---|
| Nature de la mesure | Directe, en place | Directe, sur échantillon | Indirecte, par corrélation |
| Risque de remaniement | Faible à l'insertion | Élevé au prélèvement | Faible |
| Continuité en profondeur | Point par point | Échantillons choisis | Profil continu |
| Sensibilité | Mesurée directement | Difficile | Estimée |
| Coût et délai | Modérés | Élevés, plus longs | Modérés |
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).