Un programme d'essais se construit à partir du projet : maison, sous-sol, mur, assainissement. Ce guide présente les essais sur site et en laboratoire, ce qu'ils mesurent, comment lire leurs résultats et les erreurs d'interprétation qui coûtent cher.
Quel programme pour quel projet ?
| Projet | Essais typiques | Pourquoi |
|---|---|---|
| Maison individuelle sur terrain plat | Tarière, pénétromètres dynamiques répartis | Décrire les couches, vérifier l'homogénéité et la résistance |
| Maison sur argile | Pénétromètres, tarière, teneur en eau, limites d'Atterberg, éventuellement essais de gonflement | Évaluer la zone active et la sensibilité au retrait-gonflement |
| Extension collée à un existant | Reconnaissance de fondation, pénétromètres de part et d'autre | Comparer les fondations existantes et le sol sous l'extension |
| Immeuble ou bâtiment lourd | Sondages pressiométriques, pénétromètres, carottage, laboratoire | Déformabilité et résistance en profondeur, tassements |
| Sous-sol ou fouille profonde | Sondages pressiométriques, piézomètres, essais de perméabilité | Poussées, nappe, stabilité des parois |
| Talus, soutènement | Sondages, essais de cisaillement, scissomètre si sols mous, piézomètres | Paramètres de résistance et pression d'eau pour la stabilité |
| Assainissement, eaux pluviales | Tarière, essais Porchet ou Lefranc | Perméabilité et capacité d'accueil du sol |
Panorama : un essai, une question
| Question posée | Essai(s) usuel(s) | Résultat |
|---|---|---|
| Où sont les couches, quelle épaisseur ? | Sondage à la tarière, sondage carotté | Coupe lithologique, échantillons |
| Quelle est la résistance en profondeur ? | Pénétromètre dynamique ou statique | Résistance de pointe en fonction de la profondeur |
| Quelle déformabilité, quelle capacité portante ? | Pressiomètre Ménard | Module pressiométrique EM, pression limite pl |
| Quelle résistance d'une argile molle ? | Scissomètre | Cohésion non drainée cu |
| Quelle perméabilité ? | Porchet, Lefranc | K en mm/h ou m/s |
| Quel type de sol ? | Granulométrie, limites d'Atterberg, teneur en eau | Classification du sol |
| Combien va-t-il tasser ? | Œdomètre | Compressibilité, consolidation |
| Quelle résistance au cisaillement ? | Cisaillement direct, triaxial | Cohésion c et angle de frottement φ |
Les normes de référence sont la série NF EN ISO 22476 pour les essais in situ et NF EN ISO 17892 pour ceux de laboratoire (guide des normes NF P94).
Les essais sur site
Sondage à la tarière
Une vis hélicoïdale ramène le sol à la surface : on identifie les couches superficielles, on repère l'eau et on prélève des échantillons remaniés. Sa profondeur est limitée à quelques mètres.
Pénétromètre dynamique
Un train de tiges terminé par une pointe est enfoncé à coups de mouton normalisé ; le nombre de coups par tranche de 10 cm traduit la résistance du terrain. Il en existe des versions légère et lourde, selon l'énergie de battage. C'est un essai économique, rapide, à profil continu, très employé pour les maisons individuelles (norme NF EN ISO 22476-2). Il ne donne pas la nature du sol, seulement sa résistance.
Pénétromètre statique (CPT/CPTU)
Un cône est enfoncé à vitesse constante et l'on mesure en continu la résistance de pointe et le frottement latéral, avec, pour le CPTU, la pression interstitielle. Il fournit un profil détaillé, surtout dans les sols fins et sableux (NF EN ISO 22476-1).
Pressiomètre Ménard
Une sonde cylindrique est gonflée dans un forage : on mesure le module pressiométrique EM (déformabilité), la pression limite pl (résistance) et la pression de fluage. Ces valeurs alimentent directement le calcul des fondations selon l'Eurocode 7 et ses normes d'application (NF P 94-261, NF P 94-262). La comparaison avec le pénétromètre est détaillée dans sondage pressiométrique.
Essai de pénétration standard (SPT)
Un carottier est battu et l'on compte les coups nécessaires pour un enfoncement donné. Très répandu à l'international, il l'est moins en France pour les maisons individuelles (NF EN ISO 22476-3).
Scissomètre, perméabilité, plaque
Le essai scissométrique mesure la cohésion des argiles molles ; les essais essai Porchet la perméabilité ; l'essai à la plaque contrôle la portance d'une plateforme ou d'une couche de forme.
Piézomètres et inclinomètres
Ce sont des instruments de mesure dans le temps : niveau d'eau pour l'un, déplacements horizontaux pour l'autre (auscultation d'ouvrage).
Les essais de laboratoire
- Teneur en eau et masse volumique : état hydrique et poids du sol, à la base de toute interprétation ;
- Granulométrie et sédimentométrie : répartition des grains, pour nommer le sol (graves, sables, limons, argiles) ;
- Limites d'Atterberg : plasticité des sols fins, sensibilité à l'eau (cohésion des sols) ;
- Valeur au bleu de méthylène : mesure de l'activité de la fraction argileuse ;
- Proctor et CBR : aptitude au compactage et portance d'un matériau de remblai ou de couche de forme ;
- Œdomètre : compressibilité, tassements et consolidation ;
- Cisaillement direct et triaxial : cohésion et angle de frottement ;
- Essais de gonflement : potentiel de retrait-gonflement d'une argile.
Sur un projet simple, ces essais ne sont pas systématiques : ils se justifient quand un paramètre précis est nécessaire. Dans le simulateur FondaTerre, une analyse de laboratoire GTR se chiffre 300 € TTC par échantillon, en complément de la mission.
Combien de sondages, à quelle profondeur ?
Il n'existe pas de nombre universel : le programme dépend de l'emprise du projet, de la variabilité du sol et du risque. Trois principes guident l'ingénieur :
- couvrir l'emprise : les sondages sont répartis pour capter les variations latérales (un seul point ne suffit pas à décrire un terrain) ;
- descendre assez bas : la profondeur de reconnaissance doit dépasser la profondeur d'influence des charges, de l'ordre d'une à deux fois la largeur des fondations en dessous du niveau d'assise, plus profond sur sol compressible ou pour des fondations profondes ;
- densifier là où c'est utile : plus de sondages aux angles, près d'un talus, au droit d'une zone suspecte.
Le programme est proposé dans le devis, avec la possibilité de compléter si la reconnaissance révèle un sol plus complexe. Les tarifs unitaires des sondages figurent dans combien coûte une étude de sol.
Lire une coupe de sondage
La coupe est la carte d'identité du terrain. Elle indique, par profondeur :
- la description de chaque couche : nature (argile, limon, sable, grave), couleur, consistance ;
- les résultats des essais : résistance de pointe, module, pression limite, teneur en eau ;
- le niveau d'eau observé, avec la date de la mesure ;
- la profondeur d'arrêt et son motif (profondeur programmée, refus) ;
- le repère d'altitude du sondage, pour comparer les coupes entre elles.
Comparer plusieurs coupes révèle les variations d'épaisseur des couches, une pente du substratum ou une poche molle. C'est cette comparaison, plus que chaque coupe seule, qui informe le choix de fondation.
Interpréter les courbes
Le pénétromètre dynamique
Le résultat se présente sous forme de courbe de résistance en fonction de la profondeur. Trois lectures sont utiles :
- la forme générale : une résistance qui augmente régulièrement traduit un sol qui se compacte avec la profondeur ; des paliers signalent des changements de couche ;
- les zones de faible résistance : une poche molle au milieu d'une couche plus résistante est un point faible, qui peut gouverner le tassement ;
- l'arrêt du sondage : un refus (impossibilité d'enfoncer davantage) indique un niveau très résistant ou un obstacle ; le rapport doit dire lequel des deux est le plus probable.
Comme le pénétromètre ne donne pas la nature du sol, on le recoupe toujours avec un sondage à la tarière ou une coupe.
Le pressiomètre Ménard
L'essai fournit, pour chaque profondeur testée, un module pressiométrique EM (déformabilité) et une pression limite pl (résistance). Ces valeurs vont de quelques dixièmes de mégapascal dans un sol mou à plusieurs mégapascals dans un sol très compact ou un rocher altéré. Le rapport des deux (EM/pl) renseigne sur la nature et l'état du sol : un rapport élevé traduit un sol surconsolidé ou raide, un rapport faible un sol mou ou remanié. L'ingénieur s'en sert pour calculer directement la capacité portante et le tassement.
La qualité des échantillons
Un résultat de laboratoire n'est fiable que si l'échantillon l'est. La norme NF EN ISO 22475-1 classe les échantillons selon leur qualité (de la classe 1, très peu remaniée, à la classe 5, simple identification). Les usages diffèrent :
| Objectif de l'essai | Qualité d'échantillon requise |
|---|---|
| Identifier la nature du sol, teneur en eau, granulométrie | Échantillons remaniés acceptables |
| Limites d'Atterberg | Échantillons remaniés acceptables |
| Compressibilité (œdomètre), résistance (triaxial, cisaillement) | Échantillons intacts, de bonne qualité |
| Potentiel de gonflement | Échantillons intacts ou soigneusement conservés |
Un échantillon mal prélevé, mal conservé (séché, exposé au soleil) ou trop remanié donne des valeurs faussées, parfois trop optimistes. Le rapport doit indiquer le mode de prélèvement et la qualité retenue.