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BRGM
BURFÂU DE RECHERCHES
GEOLOGIQUES ET MINIERES
DIRECTION SCIENTIFIQUE
B.E.R.G.A.
74, rue de la Fédération
PARIS 15e S.G . A , G . C .
MESURES PRATIQUES DE LA DENSITE ET
DE L'HUMIDITE DES TERRAINS PAR LES METHODES NUCLEAIRES
B. DEGOT - P. LEVEQUE
DS.65.A94 5 Novembre 1965
SOMMAI RE
Pages
BUT DU RAPPORT 1
CHAPITRE I - GENERALITES ET DESCRIPTION DES APPAREILLAGES 2
I - DETERMINATION DE LA DENSITE 4
A/ Méthodes classiques
\° / densitomètre à membrane 4
2°/ densitomètre à sable 5
30/ Standard Pentration Test 5
4°/ Congélation 6
5°/ Densitomètre à rayons X 6
6**/ Avantages et défauts des méthodes
classiques 6
b/ Méthodes nucléaires
1°/ historique 7
2°/ Quelques notions de radioactivité 7
a) le rayonnement gamma 7
b) interaction des rayons gamma
avec la matière 8
c) détection des rayons gamma 10
détecteurs électriques 11
détecteurs à scintillations 12
d) utilisation de rayons gamma
pour la mesure de la densité 13
transmission directe 13
rét rediffusion 14
/
- 2 -
Pages
14
14
15
15
16
3**/ Description de l'appareillage
a) j auge de surface
b) sonde de profondeur
c) échelle portative de comptage
d) utilisation de l'appareillage
II.- DETERMINATION DE LA TENEUR EN EAU
a/ Méthodes classiques 18
- étuve 18
- tensiomètre 18
- méthodes électriques 18
- cellule hygrométrique à corde vibrante 19
b/ Méthodes nucléaires
1°/ historique 19
2°/ Principe 19
- les neutrons 20
- interaction des neutrons avec la
matière 21
- détection des neutrons lents 22
3°/ Description de l'appareillage
utilisé pour la mesure de la
teneur en eau 23
a) j auge de surface 23
b) sonde de profondeur 23
c) utilisation de l'appareillage 24
/ «
- 3 -
Pages
III.- PRECISION DES MESURES 26
\° / nature du phénomène 26
2°/ les appareils de mesure 28
3°/ l'échantillon 28
IV.- PROTECTION CONTRE LES RADIATIONS 29
CHAPITRE II - ETALONNAGE DES APPAREILS 31
I.- ETUDES EN LABORATOIRE
a/ Détermination des caractéristiques
d'emploi de l'appareillage 32
1°/ Tension d'utilisation 32
2°/ Vérification des abaques fournies
par le constructeur 32
b/ Etudes des limites d'utilisation 34
\°I Sphère d'influence des jauges de
surface 34
Défini tion 34
Mode opératoire 35
Matériau 36
a) sable d'Etampes 36
b) craie 40
c) dolomie 42
d) sable et dolomie 45
2°/ Etude de l'influence du diamètre du
tube d'accès sur la réponse des
sondes 45
Mode qDératoire et matériau utilisé 46
Résultats 48
Interprétation des résultats 55
/ e
_ 4 -
Pages
II.- ETUDES SUR LE TERRAIN 57
a/ Centre expérimental de St-Rémy-les-
Ghevreuses 57
b/ Aire de compactage d'un barrage en terre
et enrochements 60
Etalonnage des appareils 60
Résultats des mesures sur les aires
de compactage 61
Examen des résultats 65
C/ Digue de Notre Dame de Gommiers 66
la Mesures de surface 66
II. Mesures de profondeur 67
d/ Digue de St Cassien 68
Description des essais 68
Résultats des mesures 69
Remarques sur ces résultats 74
CHAPITRE III - EXEMPLES D'APPLICATIONS EN GEOLOGIE
APPLIQUEE 77
I,- F0NDATK3NS DE BATIMENT 77
a/ Mesures dans les sondages 77
1°/ Sondage A 77
2°/ Sondage B 79
3°/ Sondage G 80
4°/ Sondage D 81
5°/ Synthèse de résultats 82
b/ Mesures de surface 82
» /
- 5 -
Pages
II.- AIRE D'ESSAI DE COMPACTAGE DU BARRAGE DU
MONT CENIS 83
1**/ Mesures de densité 84
2°/ Mesures d'humidité 85
3"*/ Interprétation des mesures 86
a) causes d'erreur 86
b) interprétation des résultats 88
CONCLUSIONS - 90
BIBLIOGRAPHIE - 91 à 138
BUT DU RAPPORT
Le but de ce rapport est de rendre compte du résultat
de deux années d'utilisation d'un appareillage nucléaire destiné
à la mesure en place de la densité et de la teneur en eau des
sols o
Il y a lieu de noter que notre point de vue est celui
de 1 'utilisateur. Il n'était donc pas de notre ressort ni de notre
competence de modifier l'outil mis entre nos mains, mais d'en
tirer le maximum de possibilités et d'en chercher les limites
d emploi .
Enfin, notre optique est, encore plus précisément,
celle de l'utilisateur géologue, s'adressant à des géologues ayant
à traiter des problèmes de géologie appliquée, proches de la
Mécanique des Sols.
Nous nous proposons, dans ce qui suit :
- de rappeler quelques généralités concernant les caractéris¬
tiques des sols.
- de décrire les différents appareils de mesure de densité
utilisés, aussi bien traditionnels que nucléaires.
- de décrire, de 1 a mone manière, les appareils de mesure de
la teneur en eau.
- d'exposer plus en détail les résultats que nous avons
obtenus .
- de donner une bibliographie sur les appareils de mesure
in situ de la densité et de la teneur en eau des sols.
V..
- 2 -
CHAPITRE
GENERALITES ET DESCRIPTION DES APPAREILLAGES
Rappelons les définitions des caractéristiques physiques
que nous nous proposons de considérer :
- le poids spécifique, ^ , est le poids de l'unité de volume
d'un (grain i solide.
- la densité "humide", dh ou poids spécifique apparent d'un
sol, est le poids de l'unité de volume d'un sol, eau comprise.
- la densité "sèche" ds ou poids spécifique apparent sec d'un
sol, est le poids de l'unité de volume d'un sol sans eau intersti-
cielle .
Á , djj et dg s'expriment en gr/cm3.
- la teneur en eau pondérale, est le rapport du poids de
l'eau contenue dans le sol au poids sec de l'échantillon. Elle
est généralement exprimée en grammes d'eau pour 100 gr de terre
sèche, c'est-à-dire en pour cent :
^ = P - P' X 100
en appelant P et P' respectiveaent les poids de terre humide et
sèche ,
- la teneur en eau volumique , o^' est le rapport du volume
d'eau au volume du sol en place. On l'exprime en grammes d'eau
par cm3 de sol en place, c'est-à-dire en gr/cra3.
o^ et o^'sont liées par la relation :
o^'= ds.-C
par ailleurs, on a :
dh = dg (l + c=4 )
- 3
Les appareils nucléaires donnent les deux valeurs oC
et dj^, d'où l'on tire :
et
ds =dh - o<'
c< =
dh - «¿'
f 9 9
- 4 -
I.- DETERMINATION DE LA DENSITE -
a/ Exposé des différentes méthodes
Passons rapidement en revue les méthodes dites
classiques ou traditionnelles de mesure de la densité des sols
en place. Nous serons appelés ultérieurement à les mentionner à
titre d'étalonnage ou de comparaison. Certaines méthodes , peu
utilisées, sont également mentionnées.
1°/ Densitomètre à membrane ( Fig. l),,
Il permet, en mesurant le volume d'un trou creusé dans
le sol, et connaissant le poids des matériaux prélevés, d'en
déterminer la densité.
.n [ 227JLe "Manuel du laboratoire routier" en ( 227 ] donne
la description :
"Le densitomètre à membrane est constitué principalement
d'un cylindre de 100 cm2 de section intérieure et de 30 cm de
hauteur, rempli d'eau distillée, fermé à sa base par une membrane
de caoutchouc mince et dqns lequel peut se mouvoir un piston
muni d'un joint d'étanchéité. Ce cylindre est rempli d'eau, sans
bulles d'air. Le piston permet de refouler l'eau du cylindre dans
la membrane de caoutchouc qui se gonfle et s'applique, grâce à
la pression de l'eau, contre la paroi du trou à mesurer.
"La tige servant à manoeuvrer ce piston est graduée en
millimètres et un vernier au l/lO permet de mesurer l'enfoncement
du piston ; chaque millimètre d'enfoncement correspond à l'intro¬
duction dans la membrane de 10 cm3 d'eau.
"Lors des essais, l'appareil est placé sur une plaque
de référence. Le matériau prélevé est pesé, puis passé à l'étuve
pendant 18 h, à une température de lOS^C.
Cet appareil, couramment utilisé, s'emploie dans des
sols exempts de gros éléments. En effet, si ceux-ci sont abondant;
ils rendent difficile et pratiquement impossible le creusement
d'un trou dans lequel s'adaptera le densitomètre".
./.
u Bouchon de purge
Poignée de manouvre
Graduation volumétrique par 10 cm^
Index permettant d'apprécier le cm^
Poignée de transport
Piston
Réservoir cylindrique
Joint
Membrane élastique
Couronne de protection
Base amovible pour fixation
au sol par clous et valets
Fig. 1 - Densitomètre à membrane.
(D'après Peltier)
- 5 -
2° / Densitomètre à sable
Une surface carrée, de 0,80 x 0,80 m par exemple, est
aplanie, puis creusée sur 0,50 m environ de profondeur. Le volume
approximatif, ainsi déterminé est précisé par la mise en place,
dans le trou, d'un poids connu de sable sec, de densité détermi¬
née. Le matériau prélevé est pesé, puis passé à l'étuve ou à la
plaque chauffante.
Cette méthode utilisée quand les gros éléments sont
abondants, exige un sable soigneusement calibré.
Lorsque la quantité de sable nécessaire à la mesure
est trop grande en raison de la présence trop importante de gros
éléments, une variante peut être pratiquée, qui consiste à
"placer sur le sol, à l'emplacement de la mesure ("374^ un cadre
rigide de 1 m2 , comportant des tiges verticales graduées.
La lecture de 1 'enfoncement initial des tiges est faite
puis on creuse un trou de 0,50 cm de profondeur sur une surface
égale à celle du cadre. Une nouvelle lecture des tiges permet
d'évaluer le volunte du trou"»
Cette méthode est appliquée couramment aux mesures de
densité des matériaux alluviaux d'un barrage en terre. Les bureaux
d'études conseillent alors de"lier les deux mesures de densité
et de granulométrie, lorsque les matériaux comportent d'assez
gros éléments"
3°/ Standard Pentration Test (fig. 2)
Cette méthode de subsurface donne indirectement une
valeur de densité par l'intermédiaire de la résistance à la
pénétration. Elle est surtout utilisée en terrains sableux et
argileux en l'absence d'éléments caillouteux. L'appareil est
formé d'un tube qui s'enfonce dans le sol par la chute libre
d'un mouton de 63 kg tombant d'une hauteur de 76 cm. La résistance
à la pénétration est mesurée par le nombre de coups nécessaires
à une pénétration de 30 cm. Cette méthode a été utilisée par de
nombreux ingénieurs qui lui ont apporté diverses variantes.
Pour être comparables, les mesures devraient être
faites avec un matériel et un mode opératoire silimaires.
> /
813
^ 178
¡Méplat pour le serrage
<.
559
Méplat pour le serrage
- -yA- iti'>"*^-r TliiSi'liiiiii^ini ID
T^^r^ri . ^n I Poids total 7kg o . . . ...Filetage pour Orifices pour I ^ Sabot de battagassemolage l'eau 0 9/5 \ en acierassemblageavec les tigesde curage
l'eau 0 9/5 \ en acier
Partie centrale fenduelongitudinalement
Fig. 2 _ Standard Pénétration Test.
r^
iiiiiiiiiiin-rr
a -Tube à rayon X
b- Container en bois
c -Protection de plomb
d-Film à rayons X
e- Paroi de séparation ajustable
f- Echantillon de sol
g-Distance du tube à rayons X au film
h-Echelle verticale
i- Cellule de pression différentielle
k- Feuille d'aluminium
Fig. 3- Densitomètre à rayons X : montage expérimental de Berdan et Bernhard .
r
N'À20 mm
-Fil
Chambre dé
Fig. 4_Chambre d' ionisation, type "chambre-dé.
- 6 -
Des mesures d'étalonnage ont permis, en faisant varier
les différents paramètres, de tracer des abaques pour plusieurs
pressions de surcharge qui donnent les corrélations entre la
résistance à la pénétration, la densité relative et la pression
de surcharge [ 90 V
Durante et al,, utilisant une simple tige de sondage,
principalement de sa densité structurale et de la résistance qui
dépend elle-même de la structure. Pour des sables remaniés, la
résistance à la pénétration dépend seulement de la compacité.
Cette méthode présente l'inconvénient de donner des
résultats dont la dispersion est en général importante, en sorte
qu'un étalonnage préalable est nécessaire. A cette fin, une
fenêtre en fente longitudinale, permet de prélever le matériau
testé.
4°/ Congél ation
Cette méthode est basée sur le fait que les sables
saturés d'eau, à la différence dessols argileux, ne changent
pratiquement pas de densité et de porosité quand ils sont gelés
dans des conditions de drainage. Les volumes des échantillons
gelés sont déterminés par immersion dans de l'eau à 0°C,f 90^
5°/ Densitomètre à rayons X (fig. 3)
Avant d'étudier plus en détails la méthode nucléaire
à rayonnement gamma, certains auteurs ont essayé d'utiliser les
radiographies par rayonnements X T 21 j pour mesurer quantita¬tivement et qualitativement les variations de densité d'échan¬
tillons de sol. Ils ont obtenu des résultats satisfaisants en
laboratoire.
6°/ Avantages et défauts des méthodes "classiques"
Nous ne ferons que les énumérer, car ils sont bien
connus :
- Avantages : Les appareillages sont peu coûteux et donnent
une précision satisfaisante, principalement en ce qui concerne
le densitomètre à membrane, avec lequel, pour un opérateur bien
entraîné, elle peut atteindre 2 à 3 ^,
« / « e o
7 -
- Inconvéni ents : Le matériau testé est remanié et la
mesure n'est pas reproductible.
Le résultat est obtenu assez longtemps après la
mesure, étant donné le passage à l'étuve.
Le transport et certaines conditions climatiques
peuvent introduire des erreurs dès le prélèvement.
Il est bon que les mesures soient faites par un même
opérateur pour un problème donné, afin d'éliminer de trop grandes
variations dues à la manipulation et d'une manière plus générale,
au coefficient personnel.
B/ Méthodes Nucléaires
1°/ Historique
Le principe de cette technique, connue depuis le début
du XXè siècle, ne se développe et ne propose d'appareillages
qu'à la fin de la deuxième guerre mondiale J 195^ .
C'est la géophysique appliquée aux exploitations pétro¬
lières qui utilise la première ces méthodes (1941), d'abord de
façon uniquement qualitative, c'est-à-dire par détermination des
variations des carac téris t iques des terrains traversés.
Au cours des années 1950 à 1955, plusieurs chercheurs
mirent ces procédés au point de façon précise et souvent en se
référant à la mécanique des sols. Dès lors, deux directions prin¬
cipales de recherches se dessinent : recherche fondamentale de
physique nucléaire et adaptation pratique du procédé.
2**/ Quelques notions de radioactivité
La méthode de mesure en place de la densité des sols
dont il est question ici a pour principe de base 1 ' interac ti on
des rayons gamma avec la matière.
Il ne parait pas inutile de rappeler quelques notions
de radioactivité,
a) Le rayonnement gamma, identifié en 1903, est consti¬
tué d'ondes électromagnétiques semblables aux rayons^X, mais de
plus courte longueur d'onde, de l'ordre de 1 à 10"** A. Il corres¬
pond à une énergie comprise entre 0,01 et plusieurs centaines de
/
- 8 -
Mev (l), et traverse facilement des épaisseurs de plomb de
plusieurs centimètres. Il n'est dévié ni par un champ électrique,
ni par un champ magnétique,
b) Interaction des rayons gamma avec la matière
Au cours de la propagation des rayons gamma dans la
matière, 3 effets peuvent se produire ( 1^ ] '
- l'effet photoélectrique i un électron est éjecté de son
orbite par le photon incident qui disparaît. L'énergie cinétique
de l'électron est alors égale à celle du photon incident, dimi¬
nuée de l'énergie de liaison de l'électron.
L'effet photoélectrique est la cause la plus importante
de l'absorption des rayons gamma de basse énergie par les éléments
lourds .
Atome
- la diffusion Compton : le photon transfère une partie de
son énergie à un électron qui est projeté hors de son orbite. Il
demeure un photon d'énergie inférieure qui peut encore provoquer
une interaction photoélectrique ou Compton,
h
Electron
^Ov^ choqué
L'effet Compton est la cause essentielle de perte
d'énergie des photons de 0,1 à 10 MeV environ, c'est-à-dire
d'énergie moyenne. Par contre, il contribue peu à l'absorption
des photons d'énergie élevée.
> /
(l) L'électron volt eV est l'énergie d'un électron soumis à une
différence de potentiel de 1 vol» 1 MeV = 1 million d'eV.
- 9 -
- La production de paires ou matérialisation
Le photon disparaît et est remplacé par la paire
électron-positon dont les énergies cinétiques respectives Ee et
Ep sont reliées à l'énergie du photon incident E par l'équation :
E = Ee + Ep + 2 me
2 f ,dans laquelle 2 mc représente l'énergie à fournir pour créer les
particules. Cette énergie est égale à 1,02 MeV. L'importance de
ce processus croît lentement pour les énergies de photon
supérieures à 1,02 MeV et environ comme le carré du nombre
atomique du matériau absorbant. Pour les éléments lourds et à
énergie élevée, il est beaucoup plus important que les deux
effets précédents. De là vient l'emploi de plomb ou de béton
lourd pour arrêter les rayonnements gamma par absorption.
hV
Noyau
© .O"
+
Dans le cas des appareillages utilisés ici, comme nous
le verrons par la suite, la source du rayonnement gamma est cons-
-tituée de cesium 137,
Cet élément dont la période est de 30 années environ,
émet des gammas de 0,662 MeV qui correspondent au domaine de
la diffusion Compton. Il en est de même lorsque le "^Co estemployé f jpuisque l'énergie des rayonnements gamma est de
1,17 et 1,33 MeVo
Les trois effets dont il vient d'être question inter¬
viennent plus ou moins dans l'absorption des rayonnements gamma
par la matière. Nous avons dit que la diffusion Compton joue un
rôle prépondérant pour les énergies qui nous intéressent ici.
Mais d'une façon générale, les rayonnements sont absorbés selon
la loi exponentielle suivante :
/
- 10 -
I ^ I,.e-"/" I
dans laquelle : I = intensité initiale du faisceauo
I = intensité après la traversée de la matière
X a épaisseur traversée (cm)
y" ~ coefficient d'absorption linéaire (donné
par des tables). Si x est exprimé en gr/cm2 et non en gr, le
coef f icient^/*^ devi ent le coefficient d'absorption massique :
/^(massique) = y^ ( linéai re) ^^ cm2D gr
où D est la densité du matériau absorbant d'épaisseur x.
Le coefficient d'absorption massique est la somme des
coefficients massiques partiels dus aux 3 modes d'interaction :
effet photoélectrique, effet Compton, production de paires. Il
varie avec la nature de la matière absorbante, avec l'énergie
du rayonnement gamma et avec la position et la dimension de la
source. Il est donc constant pour des conditions données.
gamma.
Cette formule montre comment l'intensité du rayonnement
après la traversée de la matière, est fonction de la
densité du matériau, lorsque l'on connaît l'intensité du rayonne¬
ment incident. C'est cette propriété qui est utilisée ici.
c ) Détection des rayons gamma
Plusieurs types de détecteur peuvent être utilisés à
cet usage, que
pales :
l'on peut diviser en deux catégories princi-
Les détecteurs électriques : chambres d'ionisation,
compteurs proportionnels et compteurs Geiger-Muller . Ils sont
basés sur l'ionisation des gaz par les rayonnements : si une
différence de potentiel est appliquée entre deux électrodes
séparées par un gaz ionisé, les ions de signes opposés seront
collectés séparément. La tension de l'électrode varie alors
avec l'apport de charge, d'une valeur dite impulsion et dont
l'amplitude dépend de la nature et de l'énergie du rayonnemeni
ainsi que de la tension offerte.
V.
- II -
D'autres détecteurs dits "à scintillation" exploitent
le fait que dans certains matériaux organiques et inorganiques,
le passage d'une particule ou d'un rayonnement gamma produit un
état atomique "excité" qui disparaît avec une émission lumineuse
située dans ou au voisinage de la partie visible du spectre.
Dans ces détecteurs, cette énergie lumineuse est convertie par
un photomultiplicateur en impulsions électriques par l'intermé¬
diaire desquelles sont comptées les particules incidentes.
Nous parlerons rapidement de quelques-uns de ces
systèmes de détection, sans toutefois rentrer dans les multiples
adaptations auxquels ils donnent lieu.
- Détecteurs électriques
Les différents types de détecteurs électriques corres¬
pondent à des zones à valeurs croissantes de la tension d'utilisa
tion appliquée entre les électrodes.
Chambres d'ionisation : tous les ions primaires fournis
par le rayonnement sont recueillis par les électrodes. Le
courant d'ionisation est mesuré par un électromètre. Ces chambres
adaptées surtout au comptage des particules alpha très ionisantes
ne donnent, pour les rayonnements gamma qui nous intéressent ici?
qu'un résultat d'ensemble.
Il existe plusieurs dispositions de ces chambres.
SKOPEK [ 271 ^ a utilisé pour la mesure de la densité parrayonnement gamma une "chambre-dé" ( thimble-chamber ) , dont le
volume de 1 cm3 était limité par des parois en graphite et
bakélite d'un diamètre extérieur de 1,5 cm et longues de 2,5 cm.
Les chambres étaient chargées à 200 V et les mesures toujours
faites simultanément avec 2 chambres insérées dans un étui
plastique (fig. 4). Pour déterminer la charge, dans ce cas,
un électromètre de Wulf a été utilisé.
Compteurs proportionnels : le fil central du compteur
est porté à une tension assez élevée, de l'ordre de 1000 volts,
en sorte que les ions accélérés provoquent l'ionisation d'un gaz
rare très pur qui emplit l'appareil. De cette façon, une
véritable avalanche d'ionisation a lieu sur le fil (fig. 5).
L ' impl antation ainsi créée est proportionnelle à l'impulsion
primai re . "Tï est nécessaire que la haute tension soit très bien
stabilisée afin que l'amplification gazeuse reste constante.
I /
+ 1000 volts
Electron
primaire
Fig. 5 -Schema de l'avalanche d'ionisation au voisinage
du fil d'un compteur proportionnel.
(d'après Harvey!
Nal(TI)
f;; Parcours de
Enveloppe de verre
/f."Vf^r^VT"' Anode
Fenêtre à fine
feuille d'Al
N
Photo-cathode
Fig. 6 -Vue schématique d'un cristal de Mal ( Tl ) et
de l'assemblage photomultiplicateur.
(d'après Harvey)
- 12 -
Compteurs de Geiger-Muller : pour une tension encore
plus élevée, l'impulsion plus grande n'est plus proportionnelle
à l'énergie des particules, mais est une constante caractéris¬
tique du dispositifs
L'appareil est formé d'un tube comprenant un fil
métallique axial» Tube et fil sont les deux électrodes. Le tube
est rempli d'un mélange gazeux, spécialement mis au point pour
stopper l'avalanche électronique et permettre la détection des
particules incidentes successives. Généralement, le mélange
gazeux est formé de 90 fo d'argon et 10 fo d'alcool.
La tension d'utilisation du compteur est déterminée
par l'établissement de sa courbe caractéristique représentant
le nombre de coups enregistrés par minute en fonction de la
tension appliquée. L'examen de cette courbe montre qu'aucun
comptage n'est enregistré jusqu'à un seuil à partir duquel le
nombre d'impulsions par minute augmente en même temps que le
voltage. Puis la courbe présente un "plateau", c'est-à-dire que
pour un accroissement de la tension, le nombre de coups est
sensiblement constant. Ce plateau a généralement une étendue de
200 à 300 volts et une pente d'autant plus faible que le compteur
est en bon état de fonctionnement. Enfin, à partir d'une certaiuf
tension, la courbe croît de nouveau brutalement.
La tension d'utilisation du compteur est fixée à la
valeur correspondant au premier tiers du plateau.
Par rapport aux précédents, ces compteurs ont une
réaction plus lente, mais ils ont l'avantage, d'une part de
donner des impulsions dont l'amplitude est indépendante de la
nature de la radiation incidente, d'autre part, d'être simples
et bon marché. Ils sont souvent utilisés comme instruments
portatifs,
- Détecteurs à scintillations
Compteurs à scintillation (fig. 6) : ils sont formés
d'un scintil 1 ateur organique ou non, soit en plastique, soit en
Nal activé à 0,5 fa de Thallium. La radiation ionisante provoque
l'émission d'un court éclair de lumière dont la longueur d'onde
est de l'ordre de 3300 à 5000 Â. Cette lumière est transforméeen courant par la photocathode d'un tube photomultiplicateur qui
par émission d'électrons secondaires, fournit une impulsion élec
trique de plusieurs volts d'amplitude. Le nombre final d'élec¬
trons est ainsi bien supérieur au nombre initial. Le gain d'élec
irons résultant dépend de l'importance du photomultiplicateur
et de la haute tension appliquée ainsi que de l'énergie incident
du rayonnement.
Transmission directe Rétrodiffusion
Mesures en
surface
Détecteur
Cl
Source Détecteur
Mesures en
profondeur
Soîjrce Détecteur
Source
Fig. 7- Principes de mesures radioactives de la densité et de la teneuren eau des sols.
(d'après B.Wack
- 13 -
Les compteurs à scintillation sont très sensibles au
rayonnement gamma, ce qui, dans le cas qui nous intéresse, est
à considérer. Pourtant, leur utilisation est relativement
réduite dans les appareils portatifs car ils sont assez fragiles,
d) Utilisation des rayons gamma pour la mesure de la densité
Les appareillages actuellement utilisés peuvent être
rangés en 2 catégories suivant qu'ils utilisent l'un ou l'autre
des deux phénomènes suivants : transmission directe ou rétrodif¬
fusion,
- Transmission directe (fig. 7a) : la source émettrice du
rayonnement gamma est indépendante du détecteur qui mesure alors
le rayonnement direct et primaire transrais par le matériau
testé .
Décrivons rapidement quelques-uns des dispositifs qui
ont été construits ainsi.
SKOPEK [ 271Ja mis au point, pour la mesure de densitédu sable, une sonde en forme de fourchette (fig. 8) fcjrmée de2 tubes de cuivre longs d'un mètre, d'un diamètre extérieur de
3 cm et dont les parois ont 0,2 cm d'épaisseur. Les tubes sont
reliés par une lame d'acier à arête vive qui assure une
distance de 30 cm entre les tubes. Lorsque la "sonde fourchette"
a été enfoncée dans le sable, la source de "^Co est descendue
dans un des tubes et les chambres d'ionisation dans l'autre.
Après un certain temps d'exposition, la charge est mesurée et en
fonction de la perte de charge de la chambre, la dose de rayonne¬
ment transmis est établie. Elle indique la densité du sable.
Un des inconvénients de cette méthode est la durée
d'exposition qui, pour une source de 2 mc de 60co et pour unedistance entre les tubes de 30 cm, est de 16 à 24 heures.
DURANTE et al, I 90 J ont également réalisé une sondedu même type, avec une source de 0,5 mc de "^Co. De plus, ilsont conçu selon le même principe un appareil spécialement destiné
aux observations de consolidation dans des matériaux argileux,
à l'intérieur d'un barrage en terre en fonction du temps. Deux
tubes de 50 cm de long, reliés de façon rigide contiennent l'un
une source de 5 mc de "^Co, l'autre un compteur et un amplifica¬teur. L'intensité de la radiation est mesurée sur la crête du
barrage par l'intermédiaire d'un câble.
> / s
a_ Schema de lo fourchette radioactive et de l'appareil
enregistreur d'impulsions
(D'après Durante et al)
. Guide .
*oCo
30 cm
3c
'Arête vive
-Chambres dés
b- Schéma de la sonde à densité de Skopek
Fig. 8 -Deux types de sonde à transmission directe.
- 14 -
- Rétrodiffusion (fig. 7b) : source et détecteurs sont
contenus dans un même appareil. Un écran de plomb destiné à
arrêter les radiations directes est placé entre eux ; c'est
le rayonnement diffusé par le matériau qui est mesuré.
L'inconvénient de ce principe de mesure comme l'exposent
différents auteurs f 348 J , réside dans le fait que"la quantité de matériau mesurée n'est pas homogène".
Ce sont les radiations dont le parcours est le plus
proche de l'appareil qui inf luence"t de façon prépondérante le
comptage.
Nous reviendrons plus en détail sur les caractéristiques
de la rétrodiffusion qui est précisément le procédé utilisé par
notre appareillage.
3°/ Description de l'appareillage
Les sondages et jauges en service au S. G. A. G.C. depuis
le début de 1961, sont d'origine américaine : Nuclear Chicago,
Modèles P19, F20, P21, P22 et échelle de comptage 2800 A.
a) Jauge de surface (fig. 9)
Elle comprend :
- une source de 3 millicuries de caesium 137. Cet isotope
a une période de 33 ans, d'où une diminution d'activité et de
de
ie de
la source radioactive en position de sécurité, éliminant toute
erreur possible de manipulation qui pourrait conduire à une
irradiation accidentelle.
- un détecteur, situé à l'extrémité opposée de la jauge pa
rapport à la source. C'est un ensemble de tubes Geiger-Muller ^
cathode de bismuth et remplissage organique.
r
à
./..
Fig. 9_ Jauge à rayons gamma pour la mesure
en place de densité totale.
Cable
/F
O m
^L
Préamplificateur
Poignée
vX^
f 1
Protection
Ouverture d'étalonnagedans la protection
0.400
0.350
ce
oa.
<oc
0.300
0.250
0.200
0.150
Courbe utilisateuraprès étalonnage
Courbe du constructeur
2.2 2.6
Gramme /ce
Fig. 10- Courbe de lecture de la jauge de densité
Photo 1
Sonde à humidité - mesures de profondeur - dans sa protection
- 15 -
Comme nous l'avons dit, les compteurs GM ayant un taux
de comptage qui dépend étroitement de la haute tension, il est
nécessaire d'établir en premier lieu pour chaque jauge la
courbe d'étalonnage des compteurs GM. A cet effet, on porte en
ordonnée le taux de comptage et en abscisse la haute tension,
en maintenant constantes les conditions de mesure pendant
l'opération et en augmentant la haute tension progressivement
par stades successifs de 50 volts.
- un préamplificateur transistorisé, donnant un gain de 100
est utilise à la sortie des tubes GM et fournit une basse
impédance au câble reliant la jauge à l'échelle de comptage.
b) Sonde de profondeur (fig. H) (Photo l)
Longue de 43,15 cm et d'un diamètre de 3,75 cm, elle
comporte la même source que la jauge de surface et 3 compteurs
GM. Une dizaine de centimètres de plomb assure la protection
interne et sépare la source des détecteurs.
Une source complémentaire de 15 microcurie de
caesium 137, placée dans la protection supérieure de la sonde
permet 1' étalonnage et la correction automatique de 1* activité
en fonction de la décroissance de la source,
"> L ' amplificateur transistorisé a un 'gain uni tai_reV
c) L'échelle portative de comptage (photo 2)
Cette échelle est autonome et fonctionne sur batteries,
Elle s'adapte indifféremment aux appareils de surface ou de
profondeur.
Cinq tubes lumineux à décade indiquent le comptage
total cumulé jusqu'à 99.999 coups. Le temps de mesure peut être
déterminé soit avec un chronomètre, soit avec un compteur
automatique pour des comptages de 1 ou 2 minutes.
Le chargement des batteries est réalisé par branchement
de 1 'échelle sur le courant alternatif. La haute tension fournie
aux détecteurs peut être ajustée entre 700 et 1500 volts.
/ 9 m 9
Cable
Détecteurs
Protection de
plomb
Vis de sécurité
tjiJJu:
Source
Fig. 11 -Sonde à rayons gamma pour la mesure
en place de densité
E 1.20
Q.U
"O
(D
I 1.00
o
^ 0.80
0.Ó0
0.40
0.20
1
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I
,.
i : . 1
0.7 1.1 1.5
Courbe utilisateur
1.9 2.3
Gramme / ce
Courbe [utilisateurl
Fig. 12. Courbe de tecture de la sonde de densité
Plioto 2
Echelle de comptage autonome
- 16
d) Utilisation de l'appareillage
Les différentes opérations de routine pour l'utilisa¬
tion courante de l'appareillage sont les suivantes :
- branchement de la j auge ou de la sonde sur échelle de
comptage ;
- vérification des batteries, les appareils de mesure
restant dans leur protection ;
- mesure de l'activité de la source radioactive au moment
de la mesure. Pour cela, nous avons vu que la sonde contient
une source auxiliaire. La jauge a une source unique et la
mesure de son activité s'effectue à travers une fenêtre ménagée
dans la protection intérieure lorsque la source est en position
de sécurité. On obtient ainsi ce que l'on appelle le No ou
"standard". Il est bon de le vérifier à la fin d'une longue
série de mesures et même, parfois, en cours de mesures. Un
certain nombre de mesure de No permet d'assurer une meilleure
précision.
- préparation du terrain
Pour la jauge de surface, cette phase de l'opération
est très importante, comme nous le verrons ultérieurement au
cours de l'examen des résultats. Il est nécessaire de rendre la
surface de mesure la plus lisse possible sans remanier le ter¬
rain. La nature du matériau, et notamment sa composition granu¬
lométrique, rendent cette opération souvent délicate.
Pour la sonde, il y a lieu de connaître la hauteur de
la nappe phréatique dans le forage à tester, les raccords de
la sonde et du câble n'étant pas étanches.
Mais le paramètre important est ici le diamètre du
forage. Le diamètre optimum est de 4,10 cm environ. Pour des
diamètres supérieurs, un facteur de correction doit intervenir,
tenant compte de l'épaisseur intermédiaire d'air entre la sonde
et le terrain et il est bien évident qu'au-dessus d'un diamètre
limite, il n'est plus possible d'utiliser l'appareillage. Il
y a lieu également de centrerla sonde dans le forage le plus
soigneusement possible,
- mesures ; Elles sont généralement faites pendant 1 ou 2
minutes pour des mesures courantes.
./.
- 17 -
Enfin , étant donné sa géométrie interne, la jauge
de surface donne lieu à 2 mesures au même point après rotation
de 90 degrés.
Dans un forage, les intervalles de mesure à la sonde
peuvent être de 20 à 50 cm ou 1 m, suivant la précision désirée.
Aux niveaux indiquant des variations élevées , les mesures
peuvent être rapprochées à 10 cm l'une de l'autre, afin de
déterminer avec le maximum de soin, la profondeur du changement
dans la nature du terrain.
La détermination de ces intervalles de mesures fait
appel à la notion de "sphère d'influence" qui intervient
d'ailleurs également pour l'appareillage de surface.
En termes très généraux, nous dirons que la "sphère
d ' influence" est la "profondeur utile de mesure". Elle varie
évidemment avec la densité du matériau. Pour la sonde, à
géométrie axiale, elle est assimilée, en première approximation,
à une sphère alors qu'elle est envisagée comme une demi-sphère
pour la jauge. De nombreux chercheurs ont essayé de déterminer
ses 1 imi tes .
- Lecture de l'abaque
Elle peut être faite directement en donnant la densité
totale en fonction du taux de comptage. Mais il est préférable
de tenir compte de la décroissance de la source qui intervient
de façon sensible , la période de 33 ans étant relativement
courte. A cet effet, il suffit de faire le rapport du comptage N
dans le terrain à la mesure initiale No de la source. L'abaque
indique la densité totale en fonction de N/No (figures 10 et 12),
- Calcul de la densité sèche : le résultat donné par l'appa¬
reillage nucléaire est la densité totale ou densité humide dh du
matériau. Nous avons indiqué les formules simples permettant
d'obtenir la densité sèche dg. Il est donc nécessaire de posséder
l'appareillage de mesure de la teneur en eau pour faire une
détermination de l'humidité au même point et dans les mêmes
conditions que la mesure de densité.
De plus, il est nécessai re ,de temps à autre ,de vérifier
sur un étalon constant la fidélité de l'appareillage. Certains
auteurs ¡^ 54 j suggèrent comme étalon un bloc de dolomiteplus homogène que le béton, sur lequel 5 comptages seront
effectués. La moyenne ne devra pas s'écarter de plus de 2%
+ comptage;.de la moyenne des comptages précédents.
- 18 -
Enfin il est bon, lorsqu'une importante série de
mesure est en cours, de faire faire une analyse chimique du
sol. L'influence de la composition chimique est un problème
qui n'a pas été résolu de façon définitive.
Certains la jugent essentielle car si "pour l'effet
Compton, le coefficient d'absorption massique et pratiquement
le même pour les constituants des sols, ce n'est plus le cas
pour l'effet photoélectrique. Or après avoir subi plusieurs
chocs dans le sol, le rayonnement perd de l'énergie et entre
dans le domaine d'intervention de l'effet photoélectrique"
Í WACK J. Par cent re, d ' autres auteurs pensent que si "lacomposition chimique est différente, la densité électronique
est encore ap p^r o xijn a t i v einen t proportionnelle a~~la~^ënsTFe^ d"u
moins si le milieu ne contient que de faibles quantités
d ' hydrogène" o
re
II.- DETERMINATION DE LA TENEUR EN EAU -
A/ Méthodes "traditionnelles"
- Etuve : la méthode la plus usuelle consiste à mettre les
échantillons de sol soigneusement prélevés et entourés de plas¬
tique ou de paraffine à l'étuve pendant 18 h, à une températu
inférieure à IOS", afin de ne pas détruire les carbonates.
Connaissant le poids de l'échantillon intact et son poids sec,
L est facile de calculer la teneur en eau ; elle est générale-
m(
C<
de - -.--
tion. Aussi, de nombreux autres procédés de mesure en place ont
été étudiés.
- Tensiomètre (fig. 13) : ils mesurent la tension de l'eau
dans le sol par l'intermédiaire d'une matière poreuse ^ 60 j.Mais ils ne sont pas utilisables pour des mesures s'étendant sur
plusieurs années, dans des endroits peu accessibles.
- Méthodes électriques : par mesure de la variation de la
résistance, de la capacité ou de la conductivité thermique des
matériaux en fonction de leur teneur en eau.
/ «
Manomètre (l I^
Sphère poreuse
Fig. 13 -Schéma d'un tensiomètre.
( d'après Castany]
Collerette flexible
Corde vibrante
Electroaimant
Prismes en bois
Fig. 14- Schéma de la cellule hygrométrique à corde vibrante-
(D'après Rocha et de Castro)
19
! C'est avec du plâtre de Paris ou avec du nylon que
'BOUYOUCOS (33-34-35) a étudié les variations de la (j:¿si^tance .^
Mais, ainsi que le font remarquer ROCHA et DE CASTR0~T24Tr¡ces méthodes présentent également certains désavantages tels
que "changement des conditions de contact dû aux variations
volumétriques, changement de résistance dû aux variations de la
concentration ionique de l'eau absorbée, instabilité chimique
des substances hydroscopiques utilisées, etc."
- Cellule hygrométrique à corde vibrante (fig. 14)
Mise au point au laboratoire de Génie Civil de Lisbonne
(245), cette cellule mesure l'humidité relative d'une cavité
d'un matériau poreux, qui est elle-même fonction de la teneur
en eau de son voisinage. Le rapport de l'humidité relative à
la teneur en eau du matériau doit être au préalable déterminé
en laboratoire pour les différents matériaux.
Plusieurs types d'hygromètres à cheveux ou électriques ont
été réalisés. Celui étudié par le laboratoire de Lisbonne est
basé sur le principe de la déformation d'une corde vibrante due
seulement à l'humidité. "La cellule hygrométrique consiste en
une corde vibrante excitée par un électro-aimant et fixée sur
des prismes de bois à bases rectangulaires. Les variations
d'humidité relative de l'air en contact avec la cellule amènent
des var iat ipn_s._de longueur^u bois et, en conséquence, des va¬
riations de tension de la corde", -»
B/ Méthodes Nucléaires
1°/ His tor ique
Cette méthode a été développée de façon assez parallèle
à celle de la mesure de la d e n s i té par voie nucléaire, depuis
une quinzaine d'années environ,
2°/ Principe
Une source émet des neutrons rapides dans le sol. Ces neu¬
trons rapides sont transformés en neutrons lents, essentiellement
par leurs chocs sur Tes atomes d'hydrogène, en sorte que ce ra¬
lentissement est, en première approximation, directement propor¬
tionnel à la teneur en atomes d'hydrogène du sol.
.///
- 20 -
A titre indicatif, signalons que certains auteurs
ont cherché à utiliser l'intensité du faisceau de neutrons ra¬
pides non ralentis , après son passage à travers une epâ^ i s Sëu r
de matéfTaïïT Cette intensité est inversement proportionnelle à
la teneur en eau du terrain.
Au début des déterminations de l'humidité des sols par
voie nucléaire, des sources émettrices de rayonnements gamma
ont été utilisées, comme le 60Co
Rappelons quelques éléments de radioactivité neutronique»
- les neutrons , constituants du noyau atomique, découverts
en 1932 par CHADWICK, ne portent aucune charge électrique, d*oii
leur nom. Leur masse est presque égale à celle du proton» Ils
ne sont pas ionisants et sont très pénétrants.
Il n'y a pas d'émission naturelle de neutrons. On les
obtient par bombardement du noyau atomique. Suivant leur énergie
cinétique, comprise entre 0,05 MeV et plusieurs MeV, ils sont des
neutrons lents, intermédiaires ou rapides.
On utilise comme source le radium.-,et le beryllium, le ra¬
don ou le polonium. Nous éliminerons le radon de notre sujet,
étant donné la brièveté de sa vie : 5,4 jours. Les particules o^
émises par le radium bombardent du béryllium intimement mélangé
et on obtient des neutrons suivant la réaction :
Be +
Une source de 1 curie de radium mélangée à 6 à 7 gr de Be dans
un récipient au plomb bien scellé peut ainsi fournir près de
neutrons par seconde.
10
Le polonium a été utilisé dans les sondes de mesure d'humi¬
dité. Mais sa pié ri ode de 200 jours et son rendement en neutrons
de 3.10 " neutrons par curie et par seconde, inférieur à celui du
radium, font qu'il n'est plus guère employé.
* / * Q
- 21 -
- Interaction des neutrons avec la matière
Nous parlerons seulement ici des interactions neutrons
noyaux, laissant de côté les interactions neutrons-électrons
qui ne donnent lieu qu'à de faibles échanges d'énergie. Les
neutrons émis par bombardement possèdent une énergie et une
vitesse variable et importante. C'est aux collisions avec les
noyaux atomiques environnant qu'est presqu ' entièrement dû le
ralentissement des neutrons rapides, lors de leur traversée
de la matière. Les neutrons perdent très peu d'énergie par
collision avec des noyaux très lourds. Au contraire, c'est
avec des matériaux riches en hydrogène de masse 1, tels que
paraffine ou eau, que les neutrons sont le plus rapidement
ralentis .
En effet, s'il heurte un noyau de masse bien supé¬
rieure à la sienne, le neutron rebondit sans prendre ni donner
d'énergie, alors que pour un noyau de masse voisine de la
sienne, il y a partage d'énergie. Il eniésulte que, plus un
corps est léger, plus les neutrons sont ralentis. De plus,
parmi ces corps ralentisseurs , certains plus rue d'autres ab¬
sorbent les neutrons ralentis. Cette capaci té d ' absorption
dépend de la surface d'arrêt que représente le noyau pour le
projectile. Cette surface est la "section efficace" du corps
ou "section de capture" (l). Elle varie considérablement avec
la nature et l'énergie du projectile, ainsi qu'avec la nature
de la cible. Ainsi, pour des neutrons de 0,025/|eV, les sections
de capture sont les suivantes :
u ~ d, V
Hydrogène 0,382
Li thium 71
Bore 795
Carbone 373.10"^
Azote 1,88
Oxygène 20.10"^->
i/s^
Chlore 33,8
Potassium 2 , 07
Calcium 0,44
Titane 5,8
Chrome 3, 1
Manganèse 13,2
V.
(l) En réalité, il y a lieu de distinguer plusieurs sections
efficaces suivant le processus de disparition des neutrons
fission, capture sans fission et diffusion. La section
efficace totale est la somme : c~ = o f + c c + <5~" d
- 22 -
Sodium 0,525
Magnésium 0,069
Aluminium 0,241
Silicium 0,16
Phosphore 0,20
Soufre 0,52
Fer 2,62
Nickel 4,6
Cuivre 3,85
Cadmium 24,50
Eau 0,9
La liste ci-dessus met en évidence l'influence de
certains corps chimiquesqui arrêtent fortement les neutrons i
lithium, bore, chlore, manganèse et surtout, cadmium, qui, de
ce fait, est employé dans les plaques de régla^gê de puissance
des réacteurs.
Cette notion de "section efficace" intervient dans
notre sujet. En effet, en présence d'une faible détection de
neutrons ralentis, il conviendra de s'assurer que les matériaux
testés ne contiennent pas de teneur élevée de ces corps absor¬
bants .
- Détection des neutrons lentg
N'ayant pas de charge, les neutrons n'ionisent pas la
matière et n'émettent pas de protons, c'est pourquoi d'autres
phénomènes sont utilisés pour les détecter. Nous ne parlerons
ici que d'un seul type de compteur correspondant à celui de
notre appareillage, le compteur à BF3.
Ce compteur utilise l'émission spontanée suivante :
r ^% + ini ^Li + ^ c<+ 2,5 MeV5 0 ' ¿
Le bore est utilisé sous forme de BF3 en gaz de
remplissage dans un compteur proportionnel. L'énergie en excès
de 2,5 MeV communiquée à la particule o<C lui permet d'ioniserfortement le gaz et, par conséquent, de provoquer une décharge
dans le compteur donc de compter les neutrons. L'isotope ^^Bn'étant que pour 19 fo environ dans le bore naturel, l'efficacité
de la détection est obtenue par "enrichissement" jusqu'à 95 fo
du bore.
I /
- 23 -
Il faut signaler toutefois un autre procédé de mise
en évidence des neutrons lents, car il a été employé par
plusieurs utilisateurs, au cours de la mise au point des appa¬
reillages. Il semble maintenant abandonné. Dans ce procédé,
les neutrons lents rétrodif fuses par réaction nucléaire sur de
l'or ou de l'indium, donnent un produit radioactif à rayonne¬
ment beta qui permettra de les compter. Par exemple :
151^ / N/ X 116, , 116 04lln (n, ^ ) ^gln ^ ^^Sn + e
3"/ Description de l'appareillage utilisé pour la mesure
de la teneur en eau
Les appareils de surface et de profondeur (l) peuvent
être branchés sur la même échelle de comptage, type 2800 A,
que l'ensemble de mesure de la densité.
a) Jauge de surface (fig, 15) : d'une dimension de
30 X 25 cm elle est composée de :
- une source de 4,5 millicuries de radium-béryllium
dont la période est de 1620 années. Elle est située au centre
de l'appareil qui est pourvu d'une poignée de transport assurant
automatiquement la mise en position de sécurité.
- détecteurs : 10 tubes àes à ^ ^rt montés en parallèle
, La haute tension d'utilisationde part et d'autre de la source,
est à déterminer par un étalonnage préalable. Le préamplifi¬
cateur transistorisé donne un gain stabilisé de 100,
- un bloc de paraffine qui donne le No ou mesure ini¬
tiale de référence. De même dimension que la jauge qui s'adapte
étroitement sur lui, il fournit une valeur de teneur en hydro¬
gène constante.
b) Sonde de profondeur (fig, 17) : la source de
radium béryllium consistant en une capsule de 7,5 x 7,5 mm est
considérée comme ponctuelle. La période assez longue rend moins
nécessaire la correction de décroissance de la radioactivité.
L'émission neutronique est environ de 1,2,10'* neutrons parseconde, par millicurie. Elle est donc de 6.10** neutrons par
seconde pour 5 millicuries.
/ «
(1) Nuclear Chicago P 21 et P 19.
Cable de l'échelle
de comptage
Protection
Poignée de manipulation
Détecteurs | Détecteurs
Source de Ra-Be
en position d'utilisation
Fig. 15_Sonde à neutrons rapides pour la mesure en
place de l'humidité volumique.
oc
oQ.
a.
<
1.00
0.80 ---'
-
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,^<' !
0.60/ ^
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J
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0.40 / /r
L/---l/
0.20Ù/
Á'/
¿'>f
rt«f
Courbe utilisateur
Courbe constructeur
Fig- 16- Courbe de lecture de la jauge d'humidité.
- 24 -
Chaque neutron émis est accompagné d'un rayonnement
gamma d'une énergie moyenne de 0,8 MeV. Ce rayonnement indési¬
rable n'est pas détecté par les compteurs à BF3 uniquement
sensibles aux neutrons lents.
Un détecteur à B Fo fonctionne normalement entre
1400 et 1550 volts et le taux de comptage augmente de 2 à 3 ^
quand la tension croît de 100 volts.
Un préamplificateur transistorisé, monté au sommet
de la sonde juste au-dessus du détecteur, donne un gain stabi¬
lisé de 100.
c) Utilisation de l'appareillage
L'ensemble des opérations successives est le même que
pour les mesures de densité (figures 16 et 18), à quelques
détails près :
- la détermination du No de la jauge se fait, comme nous
l'avons dit plus haut, sur un bloc de paraffine,
- le temps de comptage est, pour des mesures courantes, de
2 minutes. A ce sujet, une étude a été fait par MERRIAM et
KNOERR r 198 J pour savoir si le temps de comptage doit êtreaugmente lorsque la teneur en eau du sol diminue. Ils concluent
que ce temps peut être constant , après avoir discuté des résultats
statistiques et estiment qu'un comptage de 2 minutes donne une
précision suffisante de 0,80 % pour toutes les teneurs en eau
volumiques inférieures à 50 fc
- l'influence du diamètre du forage sur la réponse de la
jauge, tout en n'étant pas nulle, est beaucoup moins importante
que dans le cas de la densité,
- la sphère d'influence est supérieure, étant donné le
pouvoir pénétrant très grand des neutrons rapides. Elle dépend
évidemment de la teneur en eau du terrain.
> / e «
Plomb
Parafine
Source
Fig. 17
Sonde à neutrons rapides pour la mesure en
profondeur de la teneur en eau volumique.
u
CD
Co
ce
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11
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0.40l
//
yf
n /0 20
Courbe utilisateur
40 60 80
Teneur en eau volumique %
Courbe du constructeur
Fig. 18- Courbe de lecture de la sonde d'humidité.
- 25 -
Une loi a été déterminée expérimentalement par
plusieurs auteurs pour le rayon de cette sphère d'influence.
On trouve ainsi différentes expressions de cette loi î
R = 15100
c^'d'après ANDRIEUX et al. ¡^ 8 j
ou R = 10 d'après WACK ^344 ] .
Nous verrons, à l'examen de nos résultats, de quelle
forme de cette loi en racine cubique de ^' , nous nous rappro¬
chons le plus.
- la teneur en eau, obtenue par lecture de l'abaque est
o^' volumique d'où l'on déduit oxi, pondéral.
- 26 -
III,- PRECISION DES MESURES -
On considère généralement trois causes d'erreur affec¬
tant les mesures de la radioactivité : la nature du phénomène,
les appareils de mesure et l'échantillon mesuré,
1<*/ - Nature du phénomène
La désintégration d'un corps radioactif, quel qu'il
soit, est un processus de hasard dont la variation est d'autant
plus importante que le temps de comptage est plus court et que
les quantités de rayonnement mesurées sont plus faibles.
Le plus souvent, la précision des mesures est calculée
à partir de l'une des formules suivantes :
- la déviation standard
= + yr
N étant le nombre de coups/minute enregistré par l'échelle de
comptage.
Dans ce cas on a une probabilité de 68 f que la lecture
soit comprise entre N + n et N - ^ ,
- l'erreur probable :
P = + 0,6 75 /T
Dans 50 % des cas les lectures seront comprises entre
N + P et N - P.
- l'erreur à 90 % ou "reliable error"
R = + 1,645 YT
*/{»
Dans 90 % des cas l'erreur sera inférieure
auteurs Í 31permet de retenir comme valables des
gnées de la moyenne.
LO j préfè
retenir c
erent cette expression de l'erreur car
- 27 -
R, Certains
elle
valeurs de lecture plus éloi-
Pratiquement c'est le pourcentage de probabilité d'une
erreur qui est calculé. En reprenant les expressions définis
précédemment il viendra alors ;
+
N
.100 = + 100
\/Tfo
p = 67,5 ^^
\[T
R = 164,5 ^^
Le nombre de coups par minute nécessaire pour obtenir un
degré de certitude donné peut être aussi déterminé à l'avance et
en conséquence la durée du temps de comptage pour un rayonnement
donné .
En effet, les diverses expressions de l'erreur indiquées
ci-dessus sont des fonctions de N seul, sans intervention du temps
de comptage. Donc, comme le note "Nuclear Geology" T 377 1 l'erreurprobable peut être maintenue constante dans une seVie de mesures
radioactives en mesurant le temps nécessaire pour obtenir un
nombre donne de coups, plutôt que le nombre de coups par unité de
temps .
Dans le cas des sondes et jauges nucléaires qui nous
intéressent ici, un degré de certitude de 95 fo est le plus généra¬
lement désiré par les chercheurs et utilisateurs. La précision
de la mesure est alors donnée par s
+
TS
ou T est le temps de comptage en minutes
et S le nombre de coups/minute correspondant à une variation de
la mesure d'un gramme.
/
- 28
Le calcul de la probabilité d'erreur doit être également
fait pour les mesures du bruit de fond dû aux rayonnements
cosmiques ou sur le terrain a une radioactivité ambiante plus ou
moins élevée. Il est bon de rappeler que le rayonnemeni cosmique
augmentant avec l'altitude, le bruit de fond est plus élevé en
région montagneuse»
2° I - Les appareils de mesure
Les causes d'erreur sont alors les suivantes s
~ 'ËPPâ£Ëili^2® ' ®^ particulierdes tubes de Geiger-Muller, qui peut également intervenir dans
les variations du bruit de fond. Cette courbe d'erreur s'élimine
généralement en faisant systématiquement le rapport N/No de la
mesure in-situ à la mesure d'étalonnage puisqu'elle intervient
dans les deux termes.
~ ^®_i,ËÏÏ|P^_î22£i_Ë^^ ^Êi,£^^ËH£^2. daJis le cas des compteursG.M.
L'influence de la température est surtout sensible dans
le cas des compteurs à BF3r318J. Cependant le respect des limitesd'utilisation, entre les températures de -30®C et 60 signalées
par le constructeur permet de ne pas le faire intervenir tout en
permettant un large champ de mesures dans le cas des sols»
3°/ - L'échantillon
Dans le cas qui nous intéresse, une cause d'erreurs qui
se manifeste d'une façon très nette et atteint des valeurs
importantes réside dans l'application des jauges à la surface de
l'échantillon ou au diamètre des forages pour les sondes de
profondeur, ainsi qu'à leur position par rapport à l'axe ou à la
paroi d'un sondage»
En effet, dans tous ces cas, l'introduction d'air sous
une forme ou une autre est enregistrée par les appareils. Comme
nous le verrons plus en détail, c'est surtout la mesure de la
densité qui est alors perturbée.
» / . .
- 29
CAREY et alaf54J suggèrent d'évaluer la grandeur del'erreur introduite par I^air sous la source ou le compteur, enplaçant une jauge de densité ayant une de ses extrémités soulevée
par une cale de bois de 8 mm, sur un étalon de dolomite par
exemple, et de comparer le comptage obtenu avec celui donné dans
des conditions normales. Ils estiment que, sur des matériaux
rugueux, une fine couche de sable peut être quelquefois efficace
sous la j auge .
En ce qui concerne l'appareillage nucléaire de mesure
des densités et humidité des sols en place certains auteurs
C304J estiment que la reproductibi lité peut, pour des mesures de
ne minute, être de j- 0,024 gr/cm3 pour la densité totale et de
0,00064 gr/cm3 pour la teneur en eau.
IV.- PROTECTION CONTRE LES RADIATIONS -
Des précautions sont à prendre en raison de la nature
radioactive des sources utilisées.
Une circulaire du 8 juin 1961 émanant de la Commission
interministérielle des radioéléments artificiels "règle les condi¬
tions particulières d'emploi des radioéléments artificiels
destinés à des appareils portatifs". Cette circulaire donne des
astreintes concernant successivement :
- la source doit être scellée et autant que possible
composée d'un radioisotope incorporé dans un composé insoluble,
le tout étant en capsule métallique étanchec
- 1 ' appareil doit avoir un blindage tel que le
rayonnement gamma ne dépasse pas 50 milliroentgens (l)/heure au
contact et 2 milliroentgens à un mètre de la surface.
Les appareils doivent, de plus, être bien signalés,
. / . . .
(l) Le roentgen est la quantité de rayons X ou j produisant dans
1 cm3 d'air à 760 mm de mercure et CC un degré de conductibi¬
lité tel qu'une unité électrostatique de charge soit mesurée.
- 30 -
Les doses de radioactivité en différents endroits
autour de nos appareils ne dépassent pas 45 mi lliroentgens/heure.
- 1 'utilisateur doit se conformer à la circulaire du
3 juin 1957 : porter un dosimètre individuel, ne pas être soumis
à un rayonnement supérieur à 5 rems (l) par an, enfermer après
emploi l'appareillage dans un local fermant à clef et suffisamment
isolé pour que la dose soit inférieure à 2 milliroentgens/heure,
à l'extérieur du local.
Par ailleurs, on considère que le temps de travail en
transport et mesures peut être de 40 à 50 heures par semaines,
- le contrôle administratif
(l) Le rem (roentgen équivalent man) est la quantité de rayonne¬
ment qui lorsqu'elle est absorbée par l'homme, produit un
effet équivalent à l'absorption de 1 roentgen de rayonnement
X ou y .
31
CHAPITRE II
ETALONNAGE DES APPAREILS
Dans cette partie sont rassemblés les résultats des
différents étalonnages et vérifications de notre appareillage.
Ils sont subdivisés en études en laboratoire et études sur le
terrain.
a / a m
32
I,- ETUDES EN LABORATOIRE -
Ces études concernent d'une part les vérifications et
étalonnages classiques de l'appareillage, d'autre part, la déter¬
mination de certaines limites d'emploi.
a/ - Détermination des caractéristiques d'emploi de
1 ' apparei liage
1°/ - Tension d'utilisation
Au moment de leur mise en service, puis à différentes
époques, les compteurs de chaque appareil ont donné lieu à un
nouvel établissement de courbe caractéristique indiquant le
voltage d'utilisation, ainsi que nous l'avons déjà signalé,
A titre indicatif, les figures 19 à 22 montrent ces courbes à
plusieurs moments de leur fonctionnement. On y remarque que la
tension d'utilisation, prise au milieu de la partie rectiligne de
la courbe, est constante. Elle est de '.
Jauge de densité ) ,^oí^ i 4.c J _. J 4. ' ( 1030 voltsSonde de densité j
Jauge d'humidité ) , , c:^ i.o A Aiu ^ + ' ^ 11^0 voltsSonde d'humidite j
2°/ - Vérification des abaques fournies par le construc¬
teur
Elle a été faite au Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay
de la façon suivante ; (l)=
- pour les sondes de profondeur, les mesures ont eu lieu dans
des fûts de 200 litres assurant des conditions géométriques
toujours identiques : dimension des fûts et diamètres des tubes
d'accès, position de la sonde au centre du fût.
/
(1) Nous remercions MM, LALLEMAND et MARCESSE d'avoir bien
voulu nous permettre ces mesures sur leurs matériaux étalons.
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7500
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Tsnáoii A' utilJsialiiHi
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500
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700 800 900 1000 1100 1200 Haute tension
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700 800 900 1000 1100 1200 Haute tension(volts)
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20000
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900 1000 1100 1200 1300 Haute tension
(volts)
- 33 -
Le remplissage du fût était, pour l'appareil de mesure
de la teneur en eau, un mélange de sable et d'alun, en pourcen¬
tage variable et pour la sonde de densité, des matériaux de nature
diverse : sable, granulat de laitier, diorite et sable, silice
et calcaire. La mise en place de ces matériaux a permis, par
établissement du volume du fût et du poids de matériaux nécessaires
la détermination précise de la densité. La granulométrie des
éléments était également connue. Il semble que, pour la sonde P19
de teneur en eau, il y ait déplacement de la courbe vers la
droite et pour la sonde P20 de densité, relèvement de l'abaque.
Les caractéristiques des fûts sont les suivantes :
Fûts destinés à la
mesure de la teneur
en eau
Alun fo oC %
100
60
40
20
55,2
40,8
28,7
14,7
Fûts destint à la mesure de la
densité
Matériau Granulomét ri e ds
gr/cc
Sable de Fontainebleau 0,1 mm 1,69
Diorite et sable de
Fontainebleau
25/40 mmO/l mm
2,36
Silice calcaire
(mélange à proportions
connues)
25/40 mm 1,46
Les mesures faites sur le terrain simultanément avec
les appareils nucléaires et les appareils traditionnels donneront
des éléments d'étalonnage qui viendront s'ajouter à ceux obtenus
en laboratoire.
La vérification des abaques des appareils de surface a
été faite par mesures sur des bacs dont les caractéristiques de
densité et de teneur en eau étaient connues de façon précise.
C'est ainsi que pour la jauge de mesure de la teneur en eau P21,
les bacs contenaient des pourcentages d'alun correspondant à des
teneurs en eau volumiques «c'de 58, 52, 43, 28 et 15 fo» Le rapportdes points de mesure ainsi obtenus, sur l'abaque fournie par le
constructeur, nous a conduit à tracer une courbe sensiblement
./.
- 34 -
parallèle à la sienne, mais légèrement décalée vers des valeurs
plus élevées de la teneur en eau, jusqu'à o(^ - 25^, puis la cour¬
be ainsi définie s'infléchit nettement et s'écarte de 1 ' abaqiie ini t
tiale .
Au sujet de l'étalonnage des appareils nucléaires, l'em¬
ploi d'une courbe unique pour les différents types de sol a été
discuté, (lîomme le fait judicieusement remarquer TEMPLEMAN (304),
cette particularité peut provenir non seulement d'une réponse
différente de certains sols aux radiations, mais aussi de ce que
cette méthode a été vérifiée par rapport aux méthodes convention¬
nelles qui ne sont pas reproductibles pour un même échantillon et
qui peuvent avoir des dispersions pour certains types de matériaux
ou certaines conditions d'essai,
b/ - Etudes de certaines limites d'utilisation -
Nous allons reprendre ici, plus en détail et avec des
résultats expérimentaux à l'appui, quelques-uns des points si¬
gnalés dans la première partie.
Des comparaisons systématiques nombreuses entre essais
classiques et nucléaires ont été réalisés dont les méthodes et
les résultats ont été rapportés. Nous n'y reviendrons donc pas
et nous contenterons de compléter les abaques des appareils à
l'aide des résultats acquis ci-dessous,
1**/ - Sphère d'influence des jauges de'Qurface -
Cette sphère a été définie comme "la profondeur utile
de mesure". En d'autres termes, elle représente le volume de
terrain "vu" par les appareils.
Cette profondeur peut être déterminée de plusieurs fa¬
çons. Pour la jauge de densité, LACHAUD (l75) a "empilé des
épaisseurs croissantes d'un matériau connu et mesuré l'intensité
diffusée". Il a noté qu'"elle croit puis tend vers une limite qui
correspond à la profondeur maximum de la mesure". Il obtient les
résultats montrés par la fig. 23 et remarque que "80^ de l'inten¬
sité reçue a son origine dans les 8 premiers centimètres".
Nous avons réalisé la deuxième méthode indiquée par
LACHAUD : les mesures sont faites sur des épaisseurs croissantes
de matériau homogène de densité et teneur en eau connues.
On détermine ainsi, à partir de quelle épaisseur pour
un matériau donné, d'une part, les caractéristiques calculées et
mesurées sont les mènes, d'autre part deux mesures successives
donnent le mène résultat.
o / o
i
100
EQ. _
O 80
a; 60c
40
20
I'M^10 20 cm
Epaisseur de diffusant p = 2,4
D'après M. R. Lachaud
i
100
\
5^ 90/^^
/
transmise o/
/
/
Energie/
/60
50
/
/
40
30
20
//
II10
0
\
Í0 10 20 30 40 50 100 150
Profondeur intéressée ( mm )
D après M.J. Brocard
Fig. 23- Profondeur utile de mesure d 'une jauge de densité.
35
Bien entendu, cette épaisseur dépend directement des
densités et humidités des matériaux et il est nécessaire d'en
essayer-la plus grande variété possible. Au terme des essais, il
devrait être possible de connaître la variation des sphères
d'influence des jauges en fonction des variations de la densité
et de l'humidité. Une simple lecture permettrait de connaître
ces phères pour un matériau donné.
En fait, les expériences dont les résultats sont donnés
ci-dessous, se rapportent essentiellement à la densité, les
teneurs en eau étant toujours trop faibles par rapport aux
épaisseurs utilisées pour atteindre les limites de la sphère d'in¬
fluence correspondante.
Mode opératoire
- des couches successives de matériau d'une épaisseur de
6 cm, sont mises en place à la main dans des portoirs en bois de
47 X 63 cm, dont le fond a été enlevé. Ainsi, l'uniformité des
couches est assurée aussi bien dans leurs dimensions en plan et
à leur nature minéralogique et chimique que dans la régularité
des couches superposées.
La pesée du matériau permet de connaître sa densité
à la mise en place. La teneur en eau est déterminée par séchage
à l'étuve (105° pendant 18h),
Pour chaque couche de 6 cm, les mesures ont été faites
au centre et en tournant la jauge de densité 3 fois de 90° et
celle d'humidité une fois à 180°, afin de tenir compte de la
géométrie des détecteurs,
- les mesures ont toutes été de deux fois 2 minutes pour
chaque position, ainsi que pour les mesures standard avant et
après chaque série,
- L'augmentation d'épaisseur du matériau a été réalisée
successivement sur le sol du laboratoire, sur 10 cm de plomb et
sur une caisse en bois de 30 cm de hauteur, renversée, afin de
ménager une épaisse couche d'air.
La composition chimique et la granulométrie des
matériaux utilisés sont connues.
D'une façon générale, tous les résultats donnés dans
les pages qui suivent correspondent à des mesures dont la
précision statistique est inférieur à 1 ^,
36 -
Matériau
Les premiers essais ont été réalisés avec du sable
d'Etampes, de la craie et de la dolomite.
Les principales caractéristiques de chaque matériau
sont indiquées pour chaque essai.
Il a été prévu de les compléter par 1 'utilisation de
dolomite, de gypse, de pyrite, de minerais de fer, etc, ce qui
permettra d'essayer une gamme assez étendue de résultats, en
fonction des caractéristiques chimiques et minéralogiques.
Il a également été prévu de faire une série de mesures
avec un matériau de même composition chimique, sable siliceux
mais de granulométrie variable, afin d'étudier l'influence de
l'indice des vides.
a) Sable d'Etampes
Caractéristiques du matériau : Le sable a été prélevé
dans une carrière d'Etampes.
Ce sable, très pur, contient environ 95 % de SiO^. Sa
granulométrie est assez uniforme puisque son coefficient d^uni-formité est de 1,41 avec djQ - 0,085 mm et d^Q = 0,12 mm.
Des mesures en laboratoire ont déterminé la teneur en
eau des échantillons, qui est en moyenne de : o^ = 0,025 % donctrès faible.
./.
- 37
L'analyse chimique de ce sable est la suivante, les
résultats étant donnés en pour cent :
SÍO2
AI2O3
Fe^Og
CaO
MgO
95,50
2,60
0,30
0,60
indosable
K^O
Na^O
H^O
co
1,07
0,24
0,16
0,34
Le premier essai réalisé a servi, outre ses données
propres, à mettre au point la marche des opérations.
C'est ainsi que l'on a cherché à savoir s'il était
intéressant de rapprocher progressivement la jauge du bord du
portoir et cela jusqu'à être au contact, afin de déterminer
d'une autre manière la sphère d'influence. Cette tentative n'a
pas été poursuivie ultérieurement.
Pour le reste, les manipulations se sont déroulées
toujours de la même façon et suivant le procédé indiqué précédem¬
ment.
Résultats
Les tabi eaux ,ci- aprèSj corresopndent aux figures. Ils
rassemblent les données obtenues avec le sable d'Etampes en
épaisseurs croissantes, mis en place successivement sur le sol
du laboratoire, sur 10 cm de plomb et sur l'air.
I / . . *
- 38 -
- sur le sol (Fig. 24a)
Port oirDensité t
calculée
otale
gr/cm3
Densité totale
mesurée gr/cm3Teneur en eau volumique %
n» cm du portoir cumulée étuve j auge nucléaire
1 6 1,438 1,438 1,653 0,025 6,5
2 12 1,471 1,454 1,443 3,30
3 18 1,343 1,436 1,349 1,90
4 24 1,340 1,412 1,360 1,2
5 30 1,401 1,410 1,305 0,95
6 36 1,452 1,417 1,376 0,70
- sur 10 cm de plomb (fg. 24b)
1 6 1,403 1,403 2,241 0,025 1,50
2 12 1,409 1,406 1,60 1,10
3 18 1,407 1,407 1,425 0,92
4 24 1,418 1,409 1,425 0,85
5 30 1,454 1,418 1,425 0,80
6 36 1,418 1,418 1,420 0,70
- sur l'air (fg. 25a)
1 6 1,407 1,407 2,04 0,025 1,55
2 12 1,401 1,404 1,57 1,10
3 18 1,413 1,407 1,441 0,8
4 24 1,401 1,406 1,42 0,65
5 30 1,413 1,407 1,435 0,60
6 36 1,418 1,409 1,395 0,50
7 42 1,435 1,413 1,405 0,45
Remarques sur les résultats
L'examen des graphiques donne à penser que. /
1.70
ou
c»
O)
ta*-*
o
+-<
(fí
c
il
Q
1.60
1.40
12 18 24 30
a- Sur le sol du laboratoire-
36 Epaisseur de
sable (cm)
2.30
o
o
tj>
il
ta
O
.
.t; 1
2.10
r 1.90(fí
c
û
1.70
1.50
1.30
-:^.
b_ Sur 10cm de plornb
\\\^s\
tt^rse^^Mi
Densité calculée des portoirs cumulésJ
Densité calculée de chaque portoir
Densité mesurée des portoirs cumulés
12 18 24 30 36 Epaisseur de
sable (cm)
Fig. 24- Etalonnage de la jauge de densité sur du sable d'Etampes accumulé
en épaisseurs croissantes sur des supports variables.
- 39 -
- pour un matériau comme le sable utilisé, dont les
caractéristiques sont celles définies plus haut, c'est à partir
d'une épaisseur de 18 cm qu'il ne semble plus y avoir d'influence
du support des portoirs : sol, plomb, air, sur la mesure de la
densité ,
- pour le même matériau, la profondeur de mesure de la
jauge de teneur en eau est supérieure. Nous n'avons pas ici obte¬
nu deux valeurs successives identiques de o¿^ 3 ce qui paraît nor¬
mal, la teneur en eau étant trop faible.
Cette grande profondeur de mesure est due à la très
basse teneur en eau du matériau qui ralentit très faiblement les
neutrons rapides. Si nous calculons le rayon de la sphère d'in¬
fluence en appliquant les formules données page 25, nous obtenons,
avec une teneur en eau de 0,025^, des rayons de 110 cm.
Ces essais confirment que ce sont bien les premiers cen¬
timètres qui sont prépondérants dans la mesure de la jauge. Comme
nous l'avons déjà signalé, LACHAUD évalue à 80^ la réponse due aux
8 cm les plus proches de la source. Et en effet, 1 'examen, d 'une
part de la courbe de densité totale mesurée, d'autre part de celle
de densité totale calculée, soit pour chaque 6 cm de matériau mis
en place, soit pour l'épaisseur cumulée, met en évidence que la
courbe de mesure est parallèle à la courbe des couches successives
et non à celle des épaisseurs cumulées. Il est donc permis de pen¬
ser que la dernière couche mise en place a bien une influence essen¬
tielle, du moins lorsque l'on reste dans le même ordre de grandeur
des dens ités .
- on aurait pu s'attendre, lorsque le sable était placé
sur 30 cm d'air (Fig. 25a), à ce que les premières couches donnent
n'est pas aberrant car, dans les deux cas, le faible comptage,
c'est-à-dire, la valeur élevée de la densité mesurée pour les pre¬
miers portoirs, vient de l'absorption par le plomb et de la diminu¬
tion de la rétrodiffusion.
Pour le support d'air, les rayons gamma non absorbés ne
peuvent revenir qu'en petit nombre aux détecteurs par rétrodiffu¬
sion, en raison de la faible densité de matière.
4 / , »
k
2.10
1.90
ou
O)
Clea+-*
o+-<
-QJ
(fí
S 1.70Q
1.50
1.30
\Densité mesurée
-V
\
A.\\
-V\
Densité calculée
'^
\
-^-
12 18 24 30 36 42 Epaisseur
de sable (cm)
a -Sur 30 cm dbir
12.00
(J
0,11.00
o
(fí
c
o»
Q
4.00
3.00
2.00
1.00
b-18cm de
24cm de
sable- 2 cm
sable
de plomb
\ Dehsité calculée
6 12 18 24 30 36
Fig. 25 -Etalonnage de la jauge de densité sur du sable d'Etampes accumulé
en épaisseurs croissantes sur des supports variables-
^-
42 Epaisseur
de sable (cm"
40
L'intérêt de la détermination exacte du phénomène est
d'établir une hypothèse importante sur l'influence de la forme
de l'indice des vides pour des matériaux de même densité, mais
de granulométries différentes.
Un autre essai a été réalisé en intercalant une couche
de plomb de 2 cm entre 18 cm de sable d'Etampes et les portoirs
supérieurs également constitués de sable par couches de 6 cm.
Les résultats ont été les suivants (Fig, 25b) :
PortoirDensité totale
calculée, gr/cm3
Densité totale
mesurée, gr/cm3Teneur en eau volumique fo
n° cm étuve j auge nucléaire
1 )2 )3 )
Pb
4
5
6
7
18
24
30
36
42
1,315
11,4
1,347
1,404
1,396
1,370
1,665
1,40
1,385
0,025 2,22
1,35
0,95
0,75
0,65
Nous voyons que c'est à une profondeur de mesure d.e
16 cm que l'influence de la plaque de plomb n'est plus sensible,
Les résultats des essais précédents sont confirmés.
b) Crai e
Caractères généraux ; La craie employée, dite "craie de
Paris", est lavée et séchée.
vérulent ,
Sa teneur en CO^Ca est de 99 fo> C^est un matériau pul-
) / 0 «
41
Son passage à l'étuve à 105° pendant 18 heures,
indique une teneur en eau de 0,047 % + 0,002. La densité de
cette craie non tassée, après séchage, est de 0,647 gr/cm3.
Le mode opératoire des essais est le même que pour le
sable d'Etampes, Ils ont seulement été réalisés sur un support
de plomb de 10 cm, sucessivement avec craie non tassée et après
tassement aussi régulier que possible»
Les résultats sont (Fig. 26a et 26b) donnés ci-dessous
- Craie non tassée
Por toi rDensité t
calculée.
otale
gr/cm3
Densité totale
mesurée, gr/cm3Teneur en eau volumique
f
n° cm du portoir c umu lée étuve j auge nucléaire
1 6 0,555 0,555 2,28 0,047 1,55
2 12 0,624 0,590 1,660 1,15
3 18 0,665 0,615 1,424 0,95
4 24 0,686 0,633 1,28 0,80
5 30 0,692 0,644 1,227 0,62
6 36 0,697 0,653 1,227 0,60
7 42 0,712 0,662 1,230 0,50
On peut considérer qu'ici, pour la "sphère d'influence"
de 26 cm indiquée par la courbe, on a la vraie valeur de la
densité, soit 1,224 gr/cm3. Cette valeur est différente de celle
calculée par d = M/V, du fait que la craie étant mise en place
non tassée . Ls poids des jauges suffit à produire leur enfonce¬
ment sur environ 1 cm , d'où un tassement et une augmentation
sensiblede la densité.
Pour cette raison, les mesures des caractéristiques
de la craie sur le même support de 10 cm de plomb ont été
refaites avec la craie tassée.
./.
9 50
k
oo
totalegr/
roO
\ Densité mesurée
\\\
tfí
S 1 70
\\
V
Q>
\^
1 30 -
^v»,_^
^^"^
1
0.90
Densité cale jlée
0.50
12 18 24
a - Croie non tassée
30 36 42 Epaisseur
de craie (cm)
2.50
u
re
o
-Q,
il
û
2.10
1.30
0.90
0.50
\ Densité mesirée
X^\\"X"\A-
V
Densité calcjlée
6 12 18 24 30 36
b- Craie tassée
Fig. 26 Etalonnage de la jauge de densité sur de la craie accumulée enépaisseurs croissantes sur un support de plomb de 10cm.
42 Epaisseu
de craie (cm)
_ 42 -
- Craie tassée
PortoirDensité totale
calculée, gr/cm3
Densité totale
mesurée , gr/cm3Teneur en eau volumique
n° cm du portoir cumulée étuve j auge nucléai re
1
2
3
4
5
6
7
6
12
18
24
30
36
42
0,760
0,710
0,760
0,760
0,774
0,797
0,844
0,760
0,734
0,743
0,747
0,753
0,760
0,772
2,171
1,66
1,42
1,31
1,25
1,14
1,30
0,047 1,48
1,05
0,80
0,70
0,65
0,60
0,55
C'est le même rayon de la sphère d'influence, égal à
26 cm qui est observé au terme de ces essais, mais sans déter¬
mination même approchée de la densité réelle.
- Remarques
- L'influence du plomb dans les mesures cesse pour ce
matériau à partir de 26 cm.
- La craie tassée ou non donne sensiblement les mêmes
résultats dans les mesures par les jauges nucléaires. La valeur
de la densité réelle sort largement de la limite inférieure de
1 ' apparei 1 .
- La limite de mesure de la jauge de teneur en eau n'a
pas été atteinte, la teneur en eau étant bien trop faible comme
il était facilement prévisible,
c ) Dol omie
Sa granulométrie s'étend de 0 à 10 mm et ses caractéris¬
tiques chimiques sont les suivantes :
I / a e s
43 -
CaO 29,8
MgO 21,3
CO2 45,4
^«2^ 1,5
S 0,03
B néant
Cd néant
Insolubles 1,9
Les mesures ont été réalisées avec des portoirs conte¬
nant des couches de matériau de 6 cm d'épaisseur, comme précé¬
demment et reposant sur 10 cm de plomb. Les résultats sont groupés
ci-dessous et dans la figure 27,
PortoirDensité totale
calculée, gr/cm3
Densité totale
mesurée , gr/cm3
Teneur en eau volumique
fo mesurée par
n° cm du portoir cumulée j auge nucléai re
1
2
3
4
5
6
12
18
24
30
1,497
1,582
1,582
1,582
1,882
1,497
1,539
1,554
1,560
1,565
2,25
1,595
1,585
1,490
1,460
1,80
1,30
1,10
0,88
0,85
Remarques
Ces résultats ne permettent pas d'avoir une idée très
précise sur la "sphère d'influence" des jauges pour ce matériau.
L'hétérogénéité des mesures peut provenir de la granulo¬
métrie étendue des grains.
Par ailleurs, au cours de cette série de mesures avec la
dolomie, on a essayé de déterminer de façon différente, la pro¬
fondeur de la mesure : à la partie inférieure du 1er portoir, un
compteur GM du type GMT3T SRAT et un autre compteur GM associé à
une échelle portative ECP - SRAT ont été mis en place. Des mesures
/
Epaisseur de
dolomie (cm)
Fig. 27- Etalonnage de la jauge de densité sur de la dolomie en épaisseurscroissantes sur un support de plomb de 10cm.
_ 44
d'activité ont été faites en l'absence de matériau sus-j acent
et de sources environnantes. Puis, des portoirs successifs de
dolomie ont été remplis suivant le processus habituel avec, pour
chacun d'eux, non seulement des mesures par les jauges de densit
et de teneur en eau, mais aussi des mesures avec les compteurs
GMT 3T et ECP (échelle de comptage portative).
Les résultats ne sont pas très nets. Ils semblent
indiquer une baisse de comptage pour une épaisseur de matériau
comprise entre 18 et 24 cm, ce qui recoupe les mesures des jauges,
Nous les donnons à titre indicatif dans le tableau suivant. A
chaque portoir et pour chacun des appareils les deux valeurs in¬
diquées correspondent à ce que les jauges ont été mises en place
successivement aux deux extrémités des portoirs, donc successive¬
ment à l'aplomb du GMP 3T ou de l'ECP. Dans chacun des cas la
réponse de ces appareils a été relevée.
Portoir
Irradiation par la
jauge de densité
i
Irradiation par la
j auge de teneur en eau
(rayonnement )^ auradium)
n° cmGMT 3T
cps/sec
ECP
cps/min
GMT 3T
cps/sec
ECP
cps/min
1 6
5,5 - 220
saturation
208
250 - 300 saturation
2 12
13 - 300
saturation
338,5
200 - 300 saturation
3 18
18 - 210 5760 - 448
230 - 310 5376-7296
4 24
18 - 100 3600 - 536
150 - 180 4416-6240
5 30
11 - 78 1976 - 332
110 - 120 3104-3592
4 / «
45 -
d) Un essai a été réaliséjde superposition de deux
matériaux différents, sable et dolomie , Une première mesure a été
faite sur 4 portoirs remplis de sable d'Etampes, soit 24 cm, puis
sur un 5e de portoir de dolomie, soit 6 cm, dont nous avons vu
les caractéristiques, enfin, sur un portoir contenant de nouveau
du sable.
Nous avons obtenu ce qui suit :
Portoi rDensité totale calculée
du portoir gr/cm3Densité totale mesurée
gr/cm3
n° cm
il24 (sable) 1,404 1,416
5 30 (Dolomie) 1,520 1,449
6 36 (Sable) 1,455 1,411
Cette fois encore , 1 ' inf luence essentielle des centimètres
de matériau les plus proches de la source est nettement mise en
évidence.
2/ - Etude de l'influence du diamètre du tube d'accès sur
la réponse des sondes -
Les notices du constructeur indiquent que les étalonnages
des appareils, donc les courbes de lecture, ont été réalisés avec
un type bien défini de tube d'accès. C'est un tube en acier étiré,
sans soudure, d'un diamètre extérieur de 3,75 cm. Aucun facteur
de correction, tenant compte de l'influence du diamètre du tube
d'accès n'est fourni.
/
46 -
Or, il est bien évident que pour une utilisation pratique
et courante des sondes, il est nécessaire de s'adapter aux condi¬
tions rencontrées sur les chantiers qui ne sont qu'exceptionnelle¬
ment celles exigées par le constructeur. Et, comme nous l'avons vu
précédemment, l'influence des premiers centimètres concentriques
à la source étant prépondérante > si la sonde à densité est descendue
dans un forage de diamètre bien supérieur au sien, elle comptera
la couche d'air qui l'entoure, plutôt que le terrain, ce qui n'est
évideimnent pas son but. Plus le diamètre du tube d'accès est
grand, plus la densité indiquée par s oncfe est faible. Cette influence
se fait également sentir, quoique de façon moins sensible, sur la
sonde à humidité.
Pour mettre ces variations en évidence, mais surtout en
vue de déterminer le facteur correctif à utiliser dans la pratique,
nous avons réalisé la manipulation décrite dans les pages
suivantes .
Matériau utilisé
C'est du sable d'Etampes, très pur à 99 ^ de SiO^, iden¬
tique à celui défini page 37 .
Des mesures en laboratoire pour déterminer la teneur en
eau d'échantillons prélevés dans les deux fûts d'essai, donnent :
es. = 2,14 fo + 0,15 pour le premier fût
oL= 2,42 fo + 0,09 pour le deuxième fût
Mode opératoire
Les volumes de ces fiits mesurés par remplissage d'eau
sont respectivement :
1er fût : 208.625 cm3
2ème fût : 208.355 cm3
Pour chaque essai, un tube de diamètre différent a été
placé au centre du fût et le sable mis en place à la main, afin,
le cas échéant, d'éliminer quelques silex ou nodules ferrugineux.
Le sable a été pesé au fur et à mesure, ce qui a permis le calcul
des densités.
« / «
47
Pour chaque tube, la première mesure était faite la
sonde au fond du fût, puis par intervalles de 10 cm, cela pour
les deux sondes.
Les mesures ont été de 3 à 5 minutes, avec de fréquentes
références à la mesure standard dans la protection.
Les tubes utilisés, en matière plastique, avaient les
caractéristiques suivantes :
n° 1 ji extérieur
intérieur
14,1 cm
12,5 cm
n° 2
n° 3
n° 4
n° 5
0 extérieur
intérieur
0 extérieur
intérieur
0 extérieur
int éri eur
0 extérieur
intéri eur
11,2 cm
10,2 cm
10,05 cm
8,8 cm
9 cm
8,3 cm
7 cm
6,6 cm
Dans chacun des fûts, une dernière série de mesures, avec
les deux sondes, a été faite avec un tube métallique (0 intérieur
4,1 cm - 0 extérieur 4,55 cm), dont les caractéristiques se rappro¬
chent le plus de celles utilisées par le constructeur pour l'éta¬
blissement des courbes d'étalonnage livrées avec l'appareillage.
Le calcul de la densité à partir des volumes et des poids
de sable donne des densités totales de l'ordre de 1,05 g/cm3.
En marge de ces mesures, une détermination de la densité
a été faite sur le tas de sable avec la sonde de surface P 22. Elle
donne une densité totale de 1,15 gr/cm3 d'après la courbe du
constructeur.
Enfin, dans le premier fût, une deuxième série de mesures
a été faite avec le tube métallique de référence en tassant le
sable pour obtenir une densité de 1,28 gr/cm3.
Nous donnons les résultats des mesures faites en essayant
d'en tirer des enseignements.
./.
48
RESULTATS -
l) Tube 1 ; 0 extérieur 14,1 cm.
Fût n° 1 :
Volume : 196,576 litres
Poids s 208,800 Kg
Densité ; 1,061
No « 24 000 cps/min N/Nodensité totale
mesurée gr/cm3
Fond du fût N = 31 826 cps/min 1,326 0,30
10 cm du fond 30 670 1,279 0,26
20 " " " 30 472 1,270 0,28
30 " " " 30 411 1,267 0,29
40 " " " 29 666 1,238 0,355
50 " " " 25 531 1,112 0,64
2) Tube 2 : 0 extérieur 11,2 cm
Fût n° 1 :
Volume
Poids
Densité
200,988 litres
211,500 Kg
1,052
Densité
No = 24 456 cps/min N/No Densité totale
mesurée gr/cm3
Fond du fût N = 30 074 cps/min 1,231 0,37
10 cm du fond 29 549 lt 1,206 0,425
20 " " " 29 569 1? 1,207 0,425
30 " " " 29 572 lt 1,207 0,425
35 " " " 29 277 II 1,197 0,45
Teneur en eau
No = 6 000 cps/min
Fond du fût
10 cm du fond
20 cm " "
30 " " "
N = 383 cps/min
200 "
148 "
132
N/No
0,063
0,033
0,024
0,022
Teneur en eau
volumique me-
surée f,
2,50
1,50
1,12
1, 10
- 49
3) Tube 4 ; 0 extérieur 9 cm
Fut n° 1 :
Volume
Poids
Densi té
203,694 litres
215,000 Kg
1,057
Densi té
Densité totale
No : 24 787 cps/min N/No mesurée
gr/cm3
Fond du fût N - 29 390 cps/min 1,186 0,47
10 cm du fond 28 400 II 1,147 0,56
20 " " " 28 256 II 1,142 0,575
30 " " " 27 969 II 1,128 0,60
40 " " " 27 639 !I 1,117 0,63
Teneur en eau
No : 5 813 cps/min N/NoTeneur en eau
volumique mesurée
Fond du fût N = 381 cps/min
10 cm du fond 217 "
20 " " " 146 "
30 " " " 127 "
0,0655
0,0374
0,0251
0,0219
2,20
1,65
1,12
1,0
/ «
4) Tube 5 : 0 extérieur 7 cm
Fût n° 1
_ 50 -
Volume
Poids
Densité
205,643 litres
216,850 Kg
1,056
Densité :
(a) 24 027 cp/min Densité totale
'° = (b) 23 659 cp/minN/No mesurée
gr/cm3
(a) (b) (a) (b) (a) (b)
Fond du fût N=27 353 N=27 041cpjéiin 1,136 ]L,142 0,585 0,57
10 cm du fond 27 047 27 176 1,140 ]L,147 0,575 0,56
20 " " " 26 770 26 785 1,112 1,130 0,64 0,60
30 " " " 26 855 26 618 1,117 ]1,125 0,63 0,61
40 " " " 27 115 26 731 1,126 11,128 0,605 0,605
Les mesures a et b correspondent à des séries de comptage
effectuées dans le même fût à plusieurs jours d'intervalles.
Teneur en eau
No : 6 059 cp/min N/NoTeneur en eau
volumique
mesurée
%
Fond du fût N = 388 cp/min 0,0640 2,65
10 cm du fond 233 II 0,0384 1,6
20 cm du fond 167 II 0,0275 1,25
30 " " " 136 II 0,0224 1, 10
40 " " " 136 II 0,0224 1,10
,/...
- 51 -
5) Tube iitél.:'J..!..'z' ''' " *" ;. idur 4. on cii
5) Tube métallique 6 : 0 extérieur 4,55 cm
: 2 0 , :;> 7 2 1 i t. ! .Fût n»>. l
fdïiilife .
Densité
litres
r^;'230 Kg1,057
Densité
No : 23 000 cps/min N/No
Densité totale
mesurée
gr/cm3
Fond du fût N= 21 733cps/feán
10 cm du fond 21 467 "
20 cm " " 21 278 "
30 cm " " 21 117 "
40 cm " " 21 254 "
0,932
0,921
0,912
0,905
0,912
1,05
1,075
1,095
1,112
1,095
Teneur en eau
Teneur en eau
No : 5 927 cps/min N/Novolumique
mesurée
Fond du fût N = 462 cps/min 0,0762 3,0
10 cm du fond 234 " 0,0395 1,60
20 cm " " 156 0,0263 1,25
30 cm " 132 0,0223 1,10
40 cm " 124 " 0,0209 1,0
/
- 52
6) Tube métallique 6 : 0 extérieur 4,55 cm
Fût n° 1
Volume
Poids
Densi té
207,372 litres
260,530 Kg
1,28
Densité
No : 22 705 cp/min N/No
Densité totale
mesurée
fc
Fond du fût N=-- 20 412 cp/min 0,9 1,12
10 cm du fond 20 114 11 0,886 1,15
20 cm " " 19 979 II 0,879 1,14
30 cm " " 19 482 II 0,858 1,215
40 cm " " 18 393 II 0,810 1,325
/ *
- 53 -
7) Tube 3 : 0 extérieur 10,05 cm
Fût n° 2
Volume
Poids
Densité
202,204 litres
216,200 Kg
1,069
Densité
No : 24 483 cp/min N/Nodensité totale
mesurée
gr/cm3
Fond du fût N= 28 041 cp/min 1,45
10 cm du fond 26 715 M 1,090 0,69
20 cm " " 26 737 II 1,090 0,69
30 cm " " 26 525 II 1,082 0,705
40 cm " " 25 716 11 1,049 0,78
Teneur en eau
Teneur en eau
No = 5 993 cp/min N/Novolumique
mesurée
%
Fondu du fût N == 405 cp/min 0,0676 2,70
10 cm du fond 252 0,0421 1,75
20 cm " II 208 0,0347 1,50
30 cm " II 189 0,0316 1,40
40 cm " II 175 " 0,0292 1,30
./..
8) Tube métallique 6 : 0 extérieur 4,55 cm
Fût n° 2
- 54 -
Volume
Poids
Densi té
207,100 litres
221,900 Kg
1,071
Densité
No : 24 027 cp/min N/NoDensité totale
mesurée
gr/cm3
Fond du fût N = 20 92ir cp/min 0,870 1,19
10 cm du fond 21 021 II 0,875 1,18
20 cm " 26 205 ? " 1,09 ?
30 cm " " 21 200 II 0,883 1,163
40 cm " 21 234 II 0,884 1,161
Teneur en eau
Teneur en eau
No : 6 045 cp/min N/Novolumique
mesurée
Í0
Fond du fOt Nî= 489 cp/min 0,081 3,1
10 cm du fond 281 II 0,0465 2,0
20 cm " " 175 II 0,0290 1,3
30 cm " " 152 II 0,0252 1,2
40 cm " " 124 II 0,0205 1,0
a / *
55 -
INTERPRETATION DES RESULTATS -
La figure 28 a été établie en portant en abscisse les
diamètres extérieures des tubes et en ordonnée les densités
totales mesurées pour les différentes profondeurs.
L'ensemble des courbes est assez groupé à première vue.
Cependant, quelques points sont aberrants et il est difficile
d'en tirer des conclusions.
Les mesures faites dans le deuxième fût aussi bien avec
le tube 3 qu'avec le tube métallique, ne s'intègrent pas dans
les autres résultats. Cela peut provenir d'une densité moyenne
de 1,056 dans le premier fût et de 1,070 dans le deuxième fût.
L'inflexion de la courbe entre les diamètre 7 et 9 cm
devrait être confirmée par des points intermédiaires de
diamètres de 8 cm et inférieurs à 7 cm. Ce point devra être
précisé car ce diamètre de 7 cm peut également être une dimension
critique pour la diffusion des rayonnements.
Afin de voir, s'il est possible de réaliser des mesures
en place avec un diamètre quelconque des tubes, mais en faisant
intervenir un coefficient déterminé, on a calculé pour chaque
diamètre le rapport de la densité totale calculée du fût, à la
densité totale mesurée par la sonde au centre du fût»
0 = 14, 1 cm : 1 ,061
0,285
11,2 cm : 1 ,052
0,425
3,73
2,48
9 cm i 1 ,057 , Q-
0^58-" ^'^2
7 cm : 1 , 056 _ , ^^
0,62
4,55 cm : 1,057 _ ^ q6
1,10 ' "'^^
En portant en abscisse le diamètre des tubes et en
ordonnée les coefficients, il est possible de tracer une courbe
de détermination de ces coefficients pour un diamètre quelconque
du tube d'accès»
o / . 9 .
Fig. 28- Courbe de détermination du coefficient de correction de lecture en
fonction du diamètre du tube d'accès pour la sonde à densité.
1
'.
'
; 1¡
.1
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1
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1
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i Mi?'/
!
1
1 -1 . .
!
1 ,
'
¡ i .
Í : ' , " ' ' '
10 15
Diamètre des tubes d'accès (cm)
- 56 -
Une des conditions d'expérimentation qui nous paraît
avoir introduit la plus grande dispersion dans les comptages,
est la position de la sonde par rapport à l'axe du tube. Il
nous paraît indispensable d'envisager un système-guide pour
les sondes.
On remarquera enfin que l'influence des tubes de dia¬
mètres différents sur les sondes à humidité est beaucoup moins
importante. Elle a été étudiée parallèlement et les résultats
ont été donnés ci-dessus groupés avec ceux de la densité.
./.
- 57 -
II.- ETUDES SUR LE TERRAIN -
Ces études ont consisté essentiellement en une compa¬
raison des résultats donnés par les méthodes traditionnelles et
les méthodes nucléaires de mesure de la densité et de la teneur
en eau.
Comme beaucoup de techniciens l'ont signalé, il est bon
d'insister sur le fait que "il y a au moins autant de chances
pour que l'erreur vienne de l'essai classique que de l'essai
nucléaire ,
a/ - Centre expérimental de St-Rémy les Chevreuse
L'Institut de Recherches Appliquées du Béton Armé a mis
en place à St-Rémy les Chevreuse une station d'essais, dans le
but d'étudier l'influence de la dimension d'un pieu sur le milieu
constituant le terrain de fondation et la recherche du comporte¬
ment réciproque du milieu et de la fondation. Dans un premier
stade, les essais ont été réalisés avec un pieu unique (Fig, 29)
foncé dans une cuve de 10,25 m de hauteur et de 6,40 m de diamè¬
tre, remplie de sable de Loire compacté par couche de 40 cm. MM.
KERISEL et ADAM (375) ont exposé le résultat des nombreuses mesu¬
res réalisées d'une part sur le sable : densité avant et après
enfoncement, déformations volumiques, contraintes, d'autre part
sur le pieu : effort à la pointe, en fonction de la profondeur,
effort au vérin, frottement latéral, vitesse de pénétration,
A la demande duC une étude comparative des
méthodes de mesure de densité in situ a été faite.
Lors de la mise en place du sable, la densité variant
de 1,76 à 1,79, a été contrôlée par prélèvements et mesure du
poids du sable échelonnés tous les 20 cm en hauteur et selon les
rayons de la cuve par des mesures parallèles à celle de la mé¬
thode traditionnelle et également par couche de 20 cm.
Les mesures obtenues par les deux procédés sont réunies
dans le tableau suivant s
./.
Dispositif expérimental du pieu de Saint-Remy les Chevreuse
Fig. 29
2x 4 0 SOnnm
CONES D'ANCRAGE
VERIN 2001
2 I PN 840
DYNAMOMETRE
PENETROMETRE
0 216
SABLE COMPACTÉ
COTE 9,25
Coupe de la cuve d'essai et du dispositif
de fonçage
0 216mm
COTE2,15
0.55
Z = 0 r z 1,10 * 5,5 O
Z r 0,60 *30
r ; 0,55
Zones de plus faibles densités après enfoncement
du 0 216 jusqu'à 7,10m de profondeur.
TAMISAGE SEDIMENTATION
CAILLOUX GRAVIER SABLE SILT ARGILE
^^^ DISTANCE A
EN cm
30
u PIE U
vN \
G
T
RANULOMET
YPE D 1 <^ ARI:'^>\\ -^ 15
\^?7 2àjV. ' 1 b2
\^ \X^Oà'
\ C;^::^
- -
\.^
1
- - - '^^ * * «
l\*.^^S^
ulOO»/)
co
<90
<80
V«70
Q
560
UJ
ui40
O
<30
^20-u
§10
100 50 20 10 5 2 1 0.5ni m
5049 47 46 43 40 39 3V' ''3V 's'o '2'?O. . .a J- t i- 11- 1-1.1 - -, -
mm 10080 50 30 20 108 5 2 1 05
0.2 0,1 0,05 0,02 0,01 5
' ' ' ' ' ' MODULES AFNOR23 20
02 01
Analyse granulométrique d'échantillons de sable pris à des distances croissantes du pieu-pénétromètre 0 216 après fonçage /., - .^ ,
(d après Adam et Kerisel
- 58 -
NiveauRayon
Valeurs maxima M Valeurs minima m M/m
cmNucl. Trad. Nucl. Trad. Nucl, Trad.
1,85 1,88 1,71 1,98
145 1,86 1,76 1,057
126 1,936 1,802 1,073
1,80115 1,85 1,79 1,033
86-80 1,88 1,907 1,79 1,74 1,051 1,073
55-50 1,87 1,889 1,81 1,806 1,032 1,045
185 1,74 1,57 1,108
145 1,78 1,665 1,070
125 1,85 1,767 1,045
2,0105 1,78 1,68 1,060
97 1,876 1,73 1,083
80-78 1,76 1,85 1,72 1,755 1,022 1,052
55-50 1,78 1,86 1,715 1,728 1,037 1,076
185 1,84 1,70 1,081
145 1,84 1,71 1,076
115 1,85 1,915 1,75 1,79 1,056 1,070
2,2086,4 1,86 1,915 1,80 1,805 1,032 1,060
170 1,92 1,84 1,042
55-50 1,83 1,90 1,79 1,835 1,022 1,046
m f % m m
- 59 -
Les remarques suivantes s'en déduisent ;
- les densités "nucléaires" donnent des valeurs, qui,
à peu d'exceptions près, sont légèrement inférieures aux densi¬
tés "traditionnelles". Ce fait confirme bien la nécessité de
courbes d'étalonnage très précises et établies pour les différents
matériaux ,
- les densités varient dans des limites relativement
étendues d'un point à un autre. Pour chacune des circonférences,
plus ou moins éloignées du pieu et pour les niveaux 1,80 - 2,0
et 2,20, le tableau des rapports des valeurs maxima et minima
obtenues par les deux méthodes montre que les dispersions ne sont
pas plus grandes pour l'une ou l'autre des deux méthodes.
A la suite de ces mesures au pieu expérimental de
St-Rémy les Chevreuse, nous pensons qu'il y a lieu de distinguer
entre :
- la possibilité d'emploi et la validité des résultats
acquis par la méthode nucléaire pour lesquelles les données ci-
dessus ne laissent pas de doute : les dispersions sont du même
ordre de grandeur par la méthode des prélèvements et de plus, la
rapidité du procédé, ainsi que la reproduction de toutes les me¬
sures, sont des caractéristiques d'un intérêt certain pour une
étude de recherche. Il convient seulement de procéder à un étalon¬
nage minutieux de l'appareillage.
- des renseignements très précis sur les densités au
voisinage immédiat du pieu ne doivent pas être attendus à la
suite des quelques mesures trop peu nombreuses, réalisées ici.
Le but de cette participation était d'une part d'étudier la va¬
lidité du procédé utilisant la jauge nucléaire de densité in
situ, d'autre part d'établir des interpolations entre points de
mesures traditionnelles. Nous estimons les résultats satisfai¬
sants, contrairement à l'opinion émise dans la publication de
I'I, T. B.T.P. qui reprend l'ensemble des observations sur cet
essai d'enfoncement de pieu isolé (375),
./.
- 60
b/ Aire de compactage d'un barrage en terre et
enrochements (octobre 1963)
Plusieurs aires de compactage des matériaux de confec¬
tion du noyau et des terrains semi-perméables du barrage, c'est-
à-dire, du gore et des grès feldspathiques altérés ont été cons¬
tituées, afin de déterminer le nombre optimum de passages du rou¬
leau compacteur, en fonction des caractéristiques physiques et
minéralogiques de ces matériaux et, en particulier, de leur te¬
neur en argile .
A cet effet, le gore ou le grès ont été déversés sur
une surface de 30 x 10 m environ, en couches d'épaisseur initiale
de 30 ou 40 cm. Après chaque aller-retour du rouleau à pneu, type
Isopactor de 22 tonnes, deux mesures de teneur en eau et de den¬
sité par prélèvement étaient faites en deux points de l'axe de
roulement à la surface du matériau, et, auparavant, deux mesures
"nucléaires" étaient effectuées à l'emplacement des prélèvements.
Ces mêmes mesures étaient également faites à 20 cm
sous la surface de la couche, au même endroit que la mesure pré¬
cédente, soit» après chaque passage du rouleau, un total de 4 me¬
sures pour chacune des méthodes. La pression de gonflage des
pneus du rouleau a été modifiée à plusieurs reprises.
- Etalonnage des appareils
Sur l'emplacement même du barrage et avec les mêmes
matériaux, gore et grès feldspathiques, des cuves d'étalonnage
ont été spécialement réalisées avec les caractéristiques optima
déterminées par essais Proctor, De plus, d*autres cuves avec des
matériaux différents, sable et graviers, prélevés dans la région
et fournissant des valeurs supplémentaires dans la gamme des den¬
sités ont également été préparées.
La mise en place a été faite dans des buses en béton
de 1,20m de diamètre sur Im de hauteur et enterrées dans le sol,
afin de maintenir constantes dans la mesure du possible les ca¬
ractéristiques initiales.
» / , , *
- 61 -
- Résultats des mesures sur les aires de compactage
GORE
l) Couche initiale : 50 cm
Pression des pneus du rouleau : 3,6 bars
Teneur en eau du sol : 9,8 fo
Nombre de
passages du
rouleau
Profondeur
de la mesure
(cm)
dh. gr/cm3 ds. gr/cm3 U! fo < fo
Nucl. Trad. Nucl. Trad, Nucl. Trad, Nucl , Trad.
4 surface
II
1,97
2,04 1,86 9,8
II 2,01 1,683 32,75 16,30
II 2,04 1
8 2,02
10 1,76 1,54 22 12,50 8,6
18 1,84
20 2,00 1,62 1,75 37,75 18,86
35 1,63 1,395 23,5 14,41
8 surface 2,07 1,89 1,91 18 8,70 10,2
20 2,06 1,845 1,82 21,5 10,44 10,65
10 surface 2,04 1,865 17,50 8,58 9,50
II 2,04 1,855 18,50 9,17 10,3
II 1,97
12 surface 2,08
II 2,16 1,98 18 8,34 9
II 2,14 1,97 17,25 9,06
18 1,91
2,03
1,67
1,82
1,865 34,25
21,50
12,70
10,60
10,6
2) Couche initiale : 40 cm
Pression des pneus du rouleau : 3,6 bars
Teneur en eau du sol : 10,0 fo
- 62
Nombre de
passages du
rouleau
Profondeur
delà
mesure
dh. gr/cm3 Ds, gr/cra3 cL'fo c^fo
Nucl. Trad, Nucl, Trad. Nucl, Trad. Nucl, Trad.
6 surface
15 cm
2,07
1,77
1,85
1,523
1,89
1,79
21,44
24,75 ce
3
fl
fl
O
Ü
m
^->
iti
^J
rt
3
CO
NOJ
St
eo
11,6
16,25 CO
3
fl
flO
o
co
cti
rt
3co
N(D
U
T3
co
cd
CL
8 surface
15 cm
2,05
1,905
1,841
1,643
1,91
1,81
20,80
26,25
11,32
15,97
10 surface
15 cm
2,09
1,905
1,884 20,62 10,95
14 surface
15 cm
2,03
1,98
1,845
1,78
1,92
1,87
18,5
20
10,03
11,25
18 surface
15 cm
2,10
2,0
1,91
1,79
1,92
1,88
19
21
m
cd 9,95
11,72
3) Couche initiale : 40 cm
Pression des pneus du rouleau : 6 bars
- 63
Nombre de
lassages du
rouleau
Profondeur
de la mesure
(cm)
Dh. g r/cm3 Ds. gi [ ^' fo o¿ %
Nucl, Trad, Nucl, Trad. Nucl. Trad. Nucl. Trad,
6 surface W 1,995 1,665 1,805 19 19,00 9,53 10,25
E 2,06 1,698 1,8551 ,855
18,5 15,75 9,0 8,50
15 cm W 1,97 1,634 1,735 23,5 19,60 11,92 10,70
E 1,96 1,675 1,7431,83
21,75 15,55 11,09 8,50
10 surface W 2,03 1,675 1,848 18,20 23,25 8.', 97 8,20
E 2,14 1,666 1,9881,907
15,2 24,10 7,10 9,50
15 cm W 1,85 1,651 1,625 22,5 16,93 12,17 9,30
E 1,87 1,636 1,6631,82
20,75 18,40 11,10 10,10
12 surface W 2,05 1,700 1,85 20 20,70 9,75 10,85
E 2,04 1,770 1,8851,907
15,50 13,74 7,60 7,20
15 cm 1Y 1,88 1,647 1,635 24,50 20,35 13,02 11,00
E 1,875 1,68 1,6781,85
19,75 17 10,52 9,20
14 surface W 2,06 1,738 1,868 19,25 15,90 9,35 8,40
E 1,97 1,708 1,7651,897
20,50 18,97 10,40 10,00
15 cm W 2,02 1,652 1,783 23,75 17,85 11,75 9,75
E 2,03 1,62 1,8231 ,83
20,75 21,05 10,22 11,50
16 surface W 2,16 1,736 1,965 19,50 18,42 9,03 9,60
- E 2,01 1,747 1,8151,92
19,50 17,30 9,70 9,00
15 cm W 2,07 1,677 1,845 22,5 19,04 10,87 10,20
E 1,855 1,480 1,6381,867
21,75 18,70 11,71 10,00
GRES FELDSPATHIQUE ALTERE64
4) Couche initiale : 40 cm
Pression des pneus du rouleau ; 6 bars
Nombre de Profondeur
de la mesure
Dh. g]r/cm3 Ds. gr/cm3 J} % o4 %p as s ages "*
du rouleau (cm) Nucl. Trad, Nucl. Trad. Nucl , Trad. Nucl, Trad.
4 surface W 1,97 1,858 11,25 6,06
E 2,042, 161
1,9082,03
13,2513,9
6,956,5
15 2,155 2,257 1,943 2,12 21,25 13,78 10,92
6 surface 1,975 2,17 1,855 2,07 12 10,097 5,3
15 2,18 2,25 1,99 2,13 19 12,133 9,55 5,7
8 surface 1,945 2,174 1,823 2,085 12,25 8,95 6,72 4,3
15 2,08 1,903 1,913 17,75 9,34
10 surface 1,91 2,22 1,793 1,808 11,75 13,58 6,65 6,5 ¡
15 1,90 2,23 1,775 1,785 12,50 13,63 7,05
5) Couche initiale î 30 cm
Pression des pneus du rouleau % 6 bars
Nombre de Profondeur
de la mesure
(cm)
Dh, gr/cm3 Ds. gr/cm3 J.' fo t^- fopas s ages
du rouleau Nucl. Trad, Nucl, Trad. Nucl. Trad. Nucl, Trad. \
4 surface
15
2,35
2,131,946
2,48
1,915
2,16
2,16
20,25
21,5021,4
9,43
11,29,9
6 surface
15
2,24
2,15
1,924
1,98
2,053
1,958
2,8
2,20
18,75
19,25
25,65
22
9,15
9,825
8,5
9
10 surface
15
2,27
2,32
2,042
1,944
2,065
2,113
2,22
2,16
20,50
20,75
17,82
21,6
9,95
9,83
8
10
- 65 -
- Examen des résultats
La dispersion des résultats est assez grande. Elle
vient d'une part, de l'hétérogénéité effective de la couche,
due à la présence d'éléments caillouteux atteignant jusqu'à 8cm
et dont la répartition est imprévisible, d'autre part, de la
difficulté de mise en place des appareils nucléaires. Le serrage
du matériau après les passage successifs du rouleau donne des
surfaces de couches où les éléments les moins altérés font légè¬
rement saillie. Cela suffit pour que l'adhérence des jauges soit
insuffisante et donne presque toujours des valeurs de densité
inférieures à celles du densitomètre à membrane, mais, surtout,
cette absence de planéité rend assez imprécis le tracé de la
courbe de variation de la densité en fonction du nombre de passa¬
ges du rouleau.
De plus, et en confirmation de ce que nous venons de
dire, il semble que les mesures faites sur les grès feldspathi¬
ques altérés donnent des résultats peu exploitables, car il ne
se produit alors pas d'écrasement des fragments les plus impor¬
tants sous le compacteur comme c'est le cas pour le gore.
Les façons de remédier à cet état de chose nous pa¬
raissent être de 2 sortes : soit l'emploi d*un sable fin pour
rendre plane la surface de contact, soit l'emploi d'une sonde
de profondeur après un étalonnage tenant compte de la proximité
de la surface (l5 à 20 cm) et de son intersection par la sphère
d'influence de la sonde.
En outre, toutes les mesures indiquées dans les ta¬
bleaux précédents et se rapportant à une profondeur de 10 à 35
cm, sont faussées par l'utilisation des jauges de surface dans
des conditions impropres. En effet, après la mesure de surface,
le sol était creusé sur une profondeur de quelques décimètres
pour loger la jauge. Dans ce cas, on constate une influence très
nette des parois de la cavité qui entrent en jeu dans le parcours
des rayonnements : c*est le phénomène d'encastrement qui doit
être évité en agrandissant le trou jusqu'à lui donner une section
de 0,60 X 0,60 au minimum.
Enfin, en ce qui concerne les teneurs en eau, il est
bien évident que les atomes d'hydrogène entrant dans la contri¬
bution des minéraux argileux influent, au même titre que ceux de
l'eau non liée et augmentent légèrement la valeur moyenne des
teneurs en eau, ainsi que la méthode de mesure traditionnelle qui
s'effectue par chauffage à t°/105° et qui laisse la plus grande
partie de l'eau du réseau descargues dans le matériau.
- 66 -
c/ - Digue de Notre-Dame et Gommiers
En relation avec la Région d'Equipement Hydraulique
Alpes I d'E.d.F,, des mesures en place ont été faites au mois
de Novembre 1962 sur la digue en cours de construction de
Notre-Dame de Gommiers (Isère).
Une première série de mesures réparties en 5 points
espacés de 2 mètres a été suivie de prélèvements aux mêmes
points, pour des mesures traditionnelles effectuées par le
laboratoire du chantier, par la méthode du sable.
Ensuite, deux trous forés à la tarière ont été testés
par les sondes de profondeur à des intervalles de 5 ou 10 cm.
Chaque mesure a été faite avec un comptage de 2 minutes.
I , - Mesur es de su rf ace
Points de mesure
Dh. g r/cm3 Cx('gr/cm3 Ds . gr/cm3 o< fo
Nucl. Trad. Nucl. Trad. Nucl. Trad, Nucl, Trad.
1 2,295 2,279 0,208 2,087 2,009 9,97 13,5
2
2»
(10 à 15cm plus bas)
2,190 1 0,219 1,971 11,11
2,180 2,304 0,209 1,971 2,076 10,60 11,0
3 2,277 2,284 0,216 2,061 2,051 10,48 11,4
4 2,305 2,218 0,223 2,082 1,976 10,71 13,3
5 2,270 2,257 0,255 2,015 1,976 12,43 14,2
» /
- 67 -
II ,- Mesures en profondeur
a) Forage correspondant au point de surface n«'5 (97 cm)
Profondeur à partir
du sommet (cm)
Dh, gr/cm3 o¿'gr/cm3 Ds. gr/cm3 d^fo
40 2,23 0,257 1,973 13,03
50 2,25 0,256 1,994 12,84
60 2,19 0,255 1,935 13,18
70 2,18 0,230 1,950 11,80
80 2,30 0,20 2,10 9,53
b) Forage correspondant au point de surface n*> 3
Profondeur à partir
du sommet (cm)Dh, gr/cm3 o^'gr/cm3 Ds. gr/cm3 ^%
36 2,19 0,264 1,926 23,71
40 2,18 0,261 1,919 13,60
45 2,20 0,267 1,933 13,81
50 2,175 0,269 1,906 14,11
55 2,18 0,259 1,921 13,48
On peut constater ,dans ce cas ,1 ' homogénéité des
densités totales dont les valeurs extrêmes sont : 2,175 et
2,305 gr/cm3, dans ce qui était le futur noyau étanche de l'ou¬
vrage .
De plus, la comparaison des mesures de surface faites
par deux méthodes différentes est satisfaisante. Ce résultat
doit être attribué aux caractéristiques du matériau silto-argi-
leux, très homogène, comportant peu d'éléments grossiers»
./.
- 68 -
L'ensemble des prélèvements effectués montre que la
carrière ne comporte que 1 à 5 f, d'éléments supérieurs à 100 mm
et 5 à 10 ^ supérieurs à 50 mm.
Les quelques mesures de Not re-Dame-de-Commiers consti¬
tuent un des cas les plus intéressants où les méthodes nucléaires
de densité et teneur en eau peuvent être utilisées dans des
conditions particulièrement favorables,
d/ - Digue de Saint-Cassien
C'est avec l'accord de la région hydraulique d'Alpes III
d'EdF et sur la demande du Bureau d'Etudes Coyne et Bellier, que
les essais décrits ci-dessous ont eu lieu, au cours de la période
d'études préliminaires des matériaux devant servir à la digue,
- Description des essais
Les mesures sur le terrain ont été faites systématique¬
ment avec des comptages de deux minutes. Par ailleurs, aux mêmes
points, des mesures traditionnelles par densitomètre à membrane
notamment et par séchage en étuve, ont fourni des recoupements.
Ces dernières mesures ont été effectuées et nous ont été communi¬
quées par le laboratoire E,D,F, de l'aménagement de St-Cassien.
Une première série de mesures a été faite dans la future
zone de prélèvements du noyau étanche de l'ouvrage proj été, donc dans
une zone particulièrement intéressante. Cette série d'essais
comprend :
- des mesures de surface, après décapage sur
quelques centimètres. Six mesures ont été réalisées avec les
jauges de surface nucléaires et par méthodes classiques,
- des mesures de profondeur avec les sondes nuclé¬
aires» Ces mesures effectuées dans un trou d'une profondeur de
1,65 m foré à la tarrière, de diamètre 45 mm, ont été faites en
remontant les sondes de profondeur tous les 10 cm à partir du
fond du forage,
- un profil vertical réalisé avec jauges de surface
et prélèvements d'échantillons à proximité du trou sondé précé¬
demment. Les mesures "nucléaires" ont été faites tous les 10 cm
et les prélèvements tous les 20 cm.
o /
- 69 -
Sur le bord de la digue d'essai compactée au rouleau
"pieds de mouton", de 12,6 T, un forage de 1,72 m, réalisé dans
les mêmes conditions que précédemment, a été étudié avec les
jauges de profondeur suivant des intervalles de 10 cm.
Résultats des mesures -
Soit : Y' , la densité total
^y' , la teneur en eau volumétrique
On tire V^ , la densité sèche et
\jj , la teneur en eau pondérale, par les
formules suivantes :
V d = ¡f" - U/' et IV = IV ' = C^>^Y- (^' Y^
ou
ou y- i-c^' u__uj'.^
J
E étant l'équivalent - eau.
- 70 -
a) Zone de prélèvement (de Patarelle)
- mesures de surface
Points
de
Mesure
Mesures nucléaires {")Mesures 1
traditionnelles
Densité
totale
Y gr/cc
Teneur en
eau volu¬
mique
4/' gr/cc
Densité
sèche
yd gr/cc
Teneur en
eau pondé¬
rale
U/ fo
Densité
totale
gr/cc
Teneur en
eau fo
1 2,08 0,265 1,823 14,54 2,035 15,25
2 2,08 0,312 1,756
1,852
17,77
11,62
2,12 14,8
3 1,83 0,258 1,572
1.644
16,41
15,72
1,93 15,2
4 1,763 0,332 1,431
1,486
23,20
16,80
2,025 17,25
5 1,975 0,315 1,660
1,766
18,98
16,90
2,112 17,25
6 1,741 0,225 1,516 14,84 1,84 13,9
( * ) Les chiffres soulignés tiennent compte de
l'équivalent - eau E des échantillons prélevés.
V.o /
71 -
- mesures de profondeur (figure 30)
Profondeur de mesures
à partir de la surface
du sol (cm)
Mesures nucléaires
If'gr/ccDensité
totale
i/J'gr/cc
Teneur en
eau volu¬
mique
Y gr/ccDensité
sèche
iAjfo
Teneur en
eau pondé¬
rale
36,5 1,77 0,264 1,506 17,53
42 1,795 0,263 1,532 17,17
52 1,89 0,259 1,631 15,88
62 1,995 0,260 1,735 14,99
70 2,025 0,255 1,770 14,41
80 2,05 0,271 1,779 15,23
90 2,04 0,274 1,766 15,52
100 2,04 0,285 1,755 16,24
110 2,03 0,303 1,727 17,55
120 2,06 0,290 1,770 16,39
130 2,12 0,292 1,828 15,97
140 2,16 0,292 1,868 15,63
150 2,18 0,285 1,895 15,04
I /
0TJC
o
O
Q.
Densité totale
100-
-150-
30)TJC
O
"oQl
^O-
^ÔO-
-450-
1.70 1.80
(
1.90
Tgr/cc-I^ H^^
2.00 2.10 2.20 f 13
ST CASSIEN - Novembre 1962
y/ Teneur en eau pondérale
i
^ - ^-
/
\\
/
/: /
U; /
/
/
-\
\
.1
t-
14
r-
15 16 1^1
18
r
19
W%I
20
H Jauges nucléaires de surface
1 Sôfiëes fwciéaires de profornleur
Densitomètre à membrane
Jauge nucléaire de surface
Sende mjcleaire de pr^fendeur
Etuve
Fig.30-Zone de prélèvement de Patarelle
- 72 -
- profil vertical (figure 30)
Réalisé avec les jauges de surface.
Profondeur
des mesures
(cm) à par¬
tir de la
surface du
sol
Mesures Nucléaires
Y gr/ccDensité
totale
UJ* gr/ccTeneur en
eau volu¬
mique
0 gr/cc
Densi t é
sèche
Teneur en
eau pondé¬
rale
Mesures
tradi tionnelles
gr/cc
Densi té
totale
Teneur en
eau %
20
30
40
50
60
70
80
85
95
105
115
125
135
145
155
1,99
1,915
1,76
1,732
1,832
1,81
1,97
1,962
2,005
1,922
1,90
1,947
1,935
1,95
0,260
0,300
0,263
0,248
0,295
0,288
0,305
0,305
0,350
0,347
0,312
0,333
0,343
0,374
1,730
1,615
1,497
1,484
1,537
1,522
1,665
1,657
1,655
1,575
1,588
1,614
1,592
1,576
15,03
18,58
17,57
16,71
19,19
18,92
18,32
18,41
21, 15
22,03
19,65
20,63
21,55
23,73
1,90
1,90
2,015
2,415
2,125
2, 115
2,095
2,3
15,05
16,40
17,95
15,10
16,65
15
15,6
16,15
./..
- 73 -
b) Digue d ' essai (figure 31)
Profondeur de mesure
(cm) à partir de la
surface du sol
Densité
totale
Y gr/cc
Teneur en
eau volu¬
mique
Ou' gr/cc
Densité
sèche
y'd gr/cc
Teneur en
eau pondé¬
rale
Cu fo
2,16 15,15
30,5 2,055 0,250 1,805 13,85
38 2,090 0,260 1,830 14,21
45 2,090 0,274 1,816 15,09
55 2,065 0,263 1,P02 14,60
65 2,015 0,250 1,765 14,16
75 2,020 0,226 1,794 12,60
85 1,985 0,220 1,765 12,47
95 2,04 0,229 1,811 12,65
105 2,045 0,227 1,818 12,49
115 2,057 0,248 1,809 13,71
125 2,070 0,230 1,840
(1,915)
12,50
135 2,070 0,230 1,840 12,50
145 2,095 0,249 1,846 13,49
155 2,080 0,227 1,853 12,25
» / «
ST CASSIEN - Novembre 1962
IS 14 lis 16 17 18 19 2C 21Surface = 0 "''''">-
0. SO
LDO
1.50-
!W%
E
011»
3tn
0
E
ro
TJ
Sorides î nucléaires de profondeur
30TJCOH
O
Q.
NV
^*-..I
/
Di^ité [tetale
-Humidité pondérate
>-^ \
/ \\\
iH1.^ 1.60 1.70 1.Í0 1.90 2.00 2.10 2.20 2.30 I Ygjr/cc
-M-
Surface = 013 14 16 Vb
î-1 ^
0.5Ô-
1.00
1.50
ij^ le li» ' 2b 2I11(11u
22 ^ 2Í4 25-Iu
W%
I r\á ,nciítp Irvtfllp
0)TJ
0-ac
OH
O
Q.
Sondes
I
> T
Humidité pondérale ' nucléaires
D<nsitoniètfe à memftrane
-t- Etjve
: i , ' ,s nuoiéoirés de^ surflace et
mlethiocjes trjaditionnelles
V
V"*
1*^-'--,.
1 I i I II I > I )( I !
1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 2.60 2.70 Y gr/cc
Fig. 31 - Zone de prélèvement de Patarelle
74 -
REMARQUES SUR CES RESULTATS -
1/ - Mesures de surface
On a porté sur un même graphique (fig, 32) les valeurs
de densités totales obtenues d'une part, avec le densitomètre
à membrane et d'autre part, avec la jauge nucléaire. Puis, les
droites à écart relatif constant ont été tracées. Un graphique
semblable a été fait pour les teneurs en eau obtenues aux mêmes
points par les méthodes traditionnelles et radioactives (fig, 33)
On constate que ;
a) la densité mesurée par le densitomètre
lembrane est légèrement supérieure à celle indiquée par la jauge
'adioactive, La majorité des points est comprise dans un écart
m(
r< -
moyen de -5 à -10 fo» Un seul point est inférieur à -10 fo et 3
sont entre -5 et +5 %,
b) les résultats de teneur en eau sont beaucoup
plus dispersés, mais indiquent presque . tous , pour la méthode
classique, une réponse inférieure à celle de la jauge nucléaire.
c) d'une façon générale, il ressort que, si elles
donnent des résultats plus groupés, les mesures où les jauges
de surface sont entourées de parois de terrain relativement
rapprochées, conduisent aux écarts les plus grands entre les deux
méthodes. Nous avons déjà signalé ce phénomène d'encastrement
plus haut. En effet, les jauges sont influencées par les parois
et intègrent, dans leurs mesures, la réponse des zones de terrains
situés au-dessus du plan moyen de la source et des compteurs.
2/ - Mesures en profondeur
Nous avons porté sur la même figure (fig, 34) les
mesures faites en profil vertical, soit avec jauges de surface
et méthodes classiques, en décapant tous les 10 ou 20 cm, soit
avec des sondes de profondeur dans un trou situé à proximité
immédiate.
On notera s
- d'une part l'homogénéité de la densité dont les
valeurs extrêmes sont, par exemple, de 1,77 en surface et 2,18
en profondeur pour les mesures faites dans le trou. Il est à
noter que de 0,55 à 1,20, on a une bonne concordance de résultats.
De même, la jauge neutronique de profondeur donne des teneurs en
eau pondérales comprises entre 16 et 18 f>»
. / » . .
I 1
! I
Í '- 1-
ST CASSIEN - Novembre 1962
Surface= OL40 \.iO 30
0.50-
I*'3
1 AftS1a.
I
t^.
..-""
:
1.50-
-Î--
I 1
2W 2j20
)X t-- 1
X
2.00J
11 1(2 n ik i|5 16 17 iè li?-i(-
.-!_Density totale |
Humidilté ponjdérale !
-r-
Mg. 3^ -; Dfgue ¡d'essai
" Sondesl nucl sdîreï 3e Í)rofoindeur
.-t
^ -
I
K gr/cc-^
' I
ST CASSIEN - Novembre 1962
2.20-
2.Ï0- .2
2.00
1.90-
1.80
1.70Densitomètre à memt)rane Y gr/cc
1.70 . 2.00 2.201
Mesures en surface
Mesures proches dts parois de terrain
Fig. 33 - Comparaison des nfiesures de densité
11
- NovfenFibre 1962
12 13 i 14 15 16 17 18 : 19 20 21 22 23 ! 24
Mesures en surface
« Mesures proches dbs parois de terrain
Fig. 34- Comporolson des mesures de teneurs en eau pohdérale
75 -
- On constate d'autre part, la conformité entre les
mesures traditionnelles et les jauges de profondeur. Les valeurs
plus éloignées des mesures par jauges de surface doivent être
dues au phénomène, mentionné plus haut, d '" encastrement " ,
La figure 31 montre le profil vertical des densités
totales et des teneurs en eau réalisé dans la digue d'essai. On
y observe une diminution de la teneur en eau, en profondeur,
avec deux points singuliers et une légère augmentation de la
densité. Aucune périodicité correspondant aux couches successives
de matériau compacté n'est mise en évidence, comme ce fut le
cas dans une autre étude de digue dressai.
3/ - Les analyse chimiques faites sur 6 échantillons et
que nous donnons ci-dessous, sont très comparables. Nous ne
pensons pas qu'il faille attribuer à une variation de la composi¬
tion chimique les dispersions trouvées dans les mesures, mais,
soit à la trop grande surface d'application des jauges de
surface, soit à des dispersions en sens inverse des mesures
traditionnelles.
On notera la présence de traces de B03 ,
A ces analyses, sont jointes les déterminations minéra¬
logiques des mêmes échantillons.
CONCLUSIONS -
Cette série de mesures réalisées dans de bonnes
conditions, nous paraît concluante pour la validité de l'appareil¬
lage nucléaire qui s*adapte particulièrement bien au matériau
homogène de l'emplacement de Saint-Cassien, exempt de gros
éléments .
RESULTATS DES ANALYSES CHIMIQUES ET MINERALOGIQUES
Profil vertical
Zone de
prélèv ements
-1,15 m
Surface
N° 1
Surface
N° 2
Surface
N" 3
Surface
N° 4
Surface
N° 5
SiOg 76,4 69,8 72,3 75,4 77,4 68,6
^^2^3 3,2 4,5 4,0 3,75 3,0 4,6
CaO 0,5 1,0 0,5 1,05 0,5 0,6
MgO 0,9 1,1 1,0 0,95 0,75 1,2
K^O 2,1 2,2 2,3 1,90 2,0 1,9
NagO 0,65 0,7 0,95 0,60 0,7 0,7
AI2O3 10,70 14,4 13,2 11,1 9,8 14,8
TÍO2 0,60 0,6 0,6 0,8 0,6 0,6
BO3 1,50 0,1 Traces Traces 1,9 1,8
H^O- 1,1 1,3 1,35 0,8 0,9 1,3
H2O+ 2,8 3,6 3,30 3,0 2,6 4,3
CO2 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5 0
PF fo 5,2 4,4 3,7 6,0
Argiles
(x)Illite Illite Illite
Chlorite
éventuelle
Illite
Traces de
Chlorite
Illite
Chlorite
éventuelle
Illite 8/40
traces de
Montmorilloni te
(x) détermination effectuée sur les fractions inférieures à 5 microns, orientées sur
support de verre.
77
CHAPITRE III
EXEMPLES D'APPLICATIONS EN GEOLOGIE APPLIQUEE
Dans ce dernier chapitre de notre exposé, figurent les
résultats des mesures effectuées sur plusieurs chantiers, pour
l'étude de certains des problèmes qui se posent aux géologues de
Génie Civil. Ces mesures ont bénéficié d'un étalonnage permanent
avec les méthodes traditionnelles. Nous aurons ainsi un aperçu
de quelques-unes des applications possibles de 1 * apparei 1 1 age
nucléaire d*étude des sols, aperçu qui sera complété par d'autres
utilisations relevées dans la littérature internationale,
I.- FONDATIONS DE BATIMENT -
Des mesures d'étalonnage comparatives avaient été faites
sur ce chantier. Par ailleurs, à plusieurs stades de la construc¬
tion, il a été nécessaire d'avoir des données précises sur les
caractéristiques des terrains, en vue, d'une part de préciser la
nature des terrains en profondeur, ce qui a donné lieu à une
série de mesures dans des sondages, d'autre part de déterminer
les caractéristiques des fondations de bâtiments lourds avec de
nombreuses mesures dans des fouilles et dans des puits de
reconnaissance.
a/ - Mesures dans les sondages
,Elles ont été faites avec les sondes de profondeur,
depuis la surface de la nappe phréatique jusqu'à 0,50 m de la
surface du sol, avec généralement des intervalles de 0,50 m
entre chaque mesure, sauf aux points de variation brusques des
caractéristiques étudiées.
Par ailleurs, le diamètre des sondages de 116 mm nous
a conduit à faire intervenir un facteur de correction^
1°/ Sondage A (Fig. 35)
Les terrains traversés sont des grès feldspathiques
diaclases sur toute la hauteur du sondage. Ces grès sont altérés
jusqu'à du sable en surface, sur environ 5 m plus bas.
I / o
Terre végétale.
Sable jaune et grés quartzeux
plus ou moins altéré en frag¬
ments et nodules plus plastiques.
Grès alteré en sable.
Gres altere .
Arq^ile .
Gres.
Grès fragmenté diaclasé ogros grains.
Grès clair tendre.
Grès plus dur.
Grès.
Argile.
Grès feldspathique dur.
Diaclases emplies d'argile.
Gres tendre verdâtre micacé
fragmenté .
o0 Le 7_7-1961
00 Le 30-8-1961
++ Le 30-8-^1961
17%
Densitc 0,5
Fig. 35
- 78 -
ils passent à une alternance de niveaux lenticulaires plus ou
moins durs, avec quelques passages assez argileux de 5 à 10 cm
de puissance.
Le sondage cité ci-dessous a été foré par percussion en
7" sur 4,60 m puis par rotation au double carrotier en 116 mm de
diamètre, de 4,60 à 14,65 m à cause de la présence d'eau, profon¬
deur au-delà de laquelle, les sondes nucléaires n'ont pas pu
descendre. Le sondage est par contre équipé d'un tube en lucoflex
de 130-140 mm depuis la surface jusqu'à 5,20 m.
Les mesures ont donné les résultats suivants :
Profondeur de Densité totale Teneur en eau
la mesure depuis gr/cc volumique fo
la surface (m) mesurée (1)
2,0 9,80
2,50 1,5 11,20
2,75 1,25 11,40 10,80
3,0 2,20 11,60 11,0
3,25 1,95 10,80 10,40
3,50 1,55 11,30 10,80
3,75 1,75 10,60 10,30
4,0 1,85 9,90 8,60
4,25 2,15 10,25 9,40
4,50 2,30 10,20 9,50
4,75 2,17 10,25 9,75
5,0 2,32 10,20 9,45
5,25 2,18 9,90 9,20
5,50 1,81 9,70 9,40
5.75 1,90 9,50 8,80
6,0 1,80 9,75 9,0
6,25 1,77 9,85 9,75
6,50 1,89 9,80 8,85
6,75 1,93 9,60 8,80
7,0 1,92 9,60 8,55
7,25 2,0 8,70 9,70
7,50 2,03 8,80 9,75
7,75 1,77 9,05 11,20
8,0 2,31 9,70 11,70
8,25 2,32 11,20 11,45
8,50 2,31 11,0 12,20
8,75 2,30 12,10
9,0 2,33 13,50
9,25 2,28 13,90
9,50 2,32 13,40
(l) Les deux colonnes de chiffres correspondent à desmesures effectuées deux jours différents.
./.
79
2®/ Sondage B (F ig, 36)
Ce sondage a réalisé également une série gréseuse à
niveaux à altération variable du sable à peine consolidé au
grès dur. Un passage argileux se trouve vers 3,50 m,
La percussion en 7" est descendue jusqu'à 2,75, puis
elle a été prolonger par la rotation en 116 mm. Le tubage en
130-140 mm de lucoflex descend jusqu'à une profondeur de 3,30 m.
Dans un but d'étude de la reproduc t i bi 1 i té ,
de mesures ont été faites qui ont donné %
deux séries
Profondeur de la
mesure depuis la
Densité t otale gr/cc Teneur
volumi
en eau
que ^_._ __ __-.
""
surface (m) 8/7/61 31/8/61 8/7/61 31/8/61
0,75 1,44 7,50
1 1,50 8,80
1,25 1,44 7,20
1,50 1,62 8,10
1,75 2,09 8,20
2,0 2,02 8,50
2,25 1,42 8,50
2,50 1,48 8,0
2,75 1,80 1,62 7,60
3,0 1,58 1,55 7,60 8,45
3,25 1,51 1,30 8,80 8,20
3,50 1,78 1,22 8,55 9,20
3,75 1,67 2,14 8,20 8,75
4,0 1,68 1,95 10,20 8,50
4,25 1,91 1,91 7,80 10,5
4,50 2,23 2,14 8,80 8,25
4,75 2,40 2,06 10,40 10,0
5,0 2,70 2,19 7,50 10,80
5,25 2,27 2,31 7n20 8,50
5,50 2,39 1,55 7,60 7,60
5,75 2,70 2,17 10,45 7,20
6,0 2,65 2,38 8,10 7,25
6,25 2,81 2,26 8,80 7,75
6,50 2,70 2,12 9,90 9,70
6,75 2,65 2,63 8,0
7,0 2,53 8,25
7,25 2,65 9,50
7,50 2,56 9,70
7,75 2,43 10^258,0 2,56 8,20
8,25 2,61 9,0
8,50 2,70 9,70
8,75 9,80
./.
-í-^R^^
Terre végétale.
Argile grise et morceaux de gres
siliceux .
Elements de schiste gris.
Grès très dur.
Schiste gris à altération. ^~
Gres tres dur en fragments
Altération.
Alteration.
Grés très fragmenté.
Grès à grain fin dur
Gres a diaclases argileuses.
série détritique à nodules de gres
-o |e 8.7.1961
-t> le 31-8.1961Humidité
++ le 8.7.1961
++ le 31.8-1961
10 11 12 13 IA 15 16 17 V.
Densité 0,5 L5 2,5
Fig. 36
- 80 -
3°/ Sondage C (Fig, 37)
Toujours dans les séries gréseuses, ce sondage a
pourtant une coupe pétrographique plus hétérogène que les
précédents, car il comporte des niveaux argileux plus abondants.
Foré en percussion de 7", jusqu'à 2,30 m, il a été poursuivi en
rotation de 116 mm. Le tubage lucoflex descend à 3,15 m. Comme le
précédent et dans le même but, il a également donné lieu à
2 séries de mesures :
Profondeur de la Densité to tale gr/cc Teneur en eau
mesure depuis la
surface (m)
volumique ^
7/7/61 30/8/61 7/7/61 30/8/61
2,0 7,50 8,80
2,25 10,50
2,50 8,0 16,40
2,75 1,80 16,50
3,0 1,34 15,75 14,90
3,25 2,67 14,75 13,10
3,50 (0,43) ? 12,80 11,5
3,75 2,20 10,5
4,0 2,56 9,0 16,20
4,25 2,77 14,25
4,50 1,82 14,25 12,40
4,75 1,41 1,46 12,50
5,0 1,0 10,20 13,50
5,25 1,05 1,64 14,40
5,50 2,0 13,0 14,0
5,75 1,32 1,62 14,10
6,0 1,90 14,25 15,10
6,25 1,76 2,20 14,80
6,50 1,76 13,85 15,25
6,75 0,79 1,66 11,80
7,0 1,52 11,40 14, 10
7,25 2,66 1,86 9,25
7,50 2,82 10,50 8,65
7,75 2,60 2,78 8,90
8,0 2,68 7,90 8,40
8,25 2,58 2,68 8,0
8,50 2,62 7,0 8,20
8,75 2,52 2,70 8,80 10,0
9,0 2,70 9,25
9,25 2,68 9,20
9,50 2,71 13,50
/
Terre végétale.
Argile de surface et cailloux
Sable argileux.
Sable argileux et argile brunâtre
Sable grisâtre grès alteré et
argile .
Grès altéré argile et sable.
Gres.
Grès altéré plus dur.
Non carotte.
-o le 8.7.1961
-0 le 31.8-1961
D.Om
Echelle 1/50.- SV>^f
<i-
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S ...I.'i.;
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! 1
Humidité 8
++ le 31.8.1961 Densité 0,5 1
Fig. 38
10 11 12 13 IA 15 16 17%
-I-
1/5 2,5
82 -
50/ Synthèse des résultats
Pour les 4 sondages étudiés, le tableau ci-dessous
donne les valeurs minima, maxima et moyennes obtenues pour
chaque catégorie de terrain :
Nature du
terrain
Densité totale gr/cc Teneur en eau volumique fo
minimum maximum moyenne minimum maximum moyenne
Argile et 1,42 2,09 1,71 7,20 10,50 9,20
schiste argileux
Sable et 1,50 2,25 1,89 8,60 11,60 10,80
sable argileux
Grès altéré 1,62 2,30 1,94 8,60 15,25 11,88
Grès fragmenté 1,62 2,80 1,93 7,25 10,50 9,18
Grès sain à 1,77 2,82 2,25 7,0 15,20 9,95
grain + grossier
Grès micacé vert 1,41 2,38 1,83 12,10 14,75 11,60
(pélitique)
r
En général, ces valeurs semblent légèrement inférieures
à celles fournies par les déterminations de laboratoire sur prélè¬
vements intacts»
Par ailleurs, la précision des mesures de profondeur
n'est pas suffisante et on perçoit dans les coupes et les résultats
des figures 35 à 38 , une indétermination qui peut atteindre la
valeur de l'intervalle soit 0,50 m,
b/ - Mesures de surface (photo 3 )
Une fois réalisé le terrassement, afin de préciser les
possibilités de chargement de terrain et les types de fondations
à envisager, des mesures de densité et de teneur en eau ont été
faites dans les fonds de fouilles à différentes profondeurs. Les
emplacements de ces mesures ont été relevés au tachéomètre et
reportés sur les levés géologiques au 1/500,
Les résultats sont réunis dans le tableau ci-après :
. / . .
Photo 3a
Surface plane de grèspréparée pour lamesure par j augesnueléai res.
:•*?•-•
Photo 3b
Mesure de la teneuren eau dans unefouille de bâtimentlou rd.
Terre végétale.
Argile sableuse.
Fragments de gres.
Grès dur.
Argile .
Grès friable.
Grès altéré .
Grès feldspathique dur.
Argile jaunâtre ei grise.
Grès dur feldspathique.
Argile de décomposition ferrugineuse .
Grès altéré en sable .
Grès altéré fragmenté
Grès dur.
Grès altéré en sable .
Gres dur et carotte.
-o le 7- 7-1961
-o le 30.8.1961Humidité 7 8 9 10 11 12 13 IA 15 16 17%
+ + le 7. 7-1961
+ + le 30.8.1961Densité 0,5 1/5 2,5
Fig. 37
- 81 -
4"/ Sondage D (Fig. 38)
Jusqu'à 6 mètres, le sondage reste dans des successions
de sable argileux, grès altéré, sable et argile, puis il pénètre
dans du grès moins altéré. Après un forage à percussion de 7"
jusqu'à 4,50 m la rotation a été effectuée en 101 mm, de diamètre,
Le tubage de protection atteint 7,20 m. Il a été fait dans ce
sondage une seule coupe de densité, et deux de teneur en eau»
Profondeur de la Densité totale Teneur en eau
mesure depuis la
surface (m)
gr/cc
31/8/61volumique ^
8/7/61 31/8/61
2,0 9,0
2,25 8,60
2,50 9,20
2,75 8,60
3,0 9,50
3,25 9,30
3,50 9,50
3,75 9,30
4,0 9,10
4,25 9,25
4,50 9,10
4,75 1,20 9,30
5,0 1,44 9,20
5,25 1,50 9,50
5,50 1,62 9,30
5,75 1,74 9,0
6,0 1,82 9,75
6,25 2,64 9,60
6,50 2,41 9,50
6,75 2,30 9,80 10,50
7,0 2,54 14,40 14,30
7,25 2,44 15,20 14,9
7,50 1,55 15 15
7,75 1,81 13 13
8,0 1,66 12,20 12
8,25 1,61 14,25 14,75
8,50 1,64 13,5 13
8,75 1,66 14 13,50
9,0 1,44 13,25 12,50
9,25 1,41 12,75
9,50 1,61 12,50
9,75 1,76
10,0 1,65
./..
- 83 -
Nature du terrain Densité totale
gr/ccTeneur en eau volumique
fo
Sable
Grès
Schiste
Argile
2,16
2,20
2,05
1,87
19,68
16,37
L*intérêt principal des valeurs preceden
seulement d^énoncer des valeurs moyennes caract
terrains rencontrés, mais surtout d'avoir été o
grande quantité de mesures faites sur la surfac
1500m2. Réalisées au fur et à mesure de l*avanc
sèment et fournissant un résultat quasi-immédia
en nombre assez important, ont permis, par l'ét
surfaces géotechniques cartographiées au 1/500,
aux levés géologiques, de juger sans délai de 1
non d*approf ondir les fouilles. Elles ont permi
mie d*un cubage particulièrement important de b
tes n'est pas
éristiques des
btenues par une
e totale de
ement du terras-
t, ces mesures
ablissement de
superposables
a nécessité ou
s ainsi l*écono-
éton armé
Une telle utilisation de l'appareillage qui peut se
présenter fréquemment et fonctionner normalement "en routine",
doit amortir rapidement l'investissement relativement élevé
des jauges et des sondages.
II.- AIRE D'ESSAI DE COMPACTAGE DU BARRAGE DU MONT-CENIS -
A la demande de la Direction de l'Equipement d'Alpe II,
le B.R.G.M. a procédé, en septembre et octobre 1961, à un début
d'étude systématique des matériaux compactés des terrains en
place, ainsi que d'échantillons de terrains homogènes qui ont
servi à l'étalonnage des appareils.
» / ft
- 84 -
Nous allons examiner, dans ce qui suit, le résultat des
mesures de densité et d'humidité et tenter une interprétation et
une critique de ces résultats.
1**) Mesures de densité
Elles ont été réalisées d'abord dans 5 trous percés à
la percussion dans la future zone de prélèvements, située au Nord
de l'aire des essais de compactage.
Le graphique général des mesures donne les résultats
obtenus pour les trous Pl à P5 inclusivement, (Fig. 39)
- D'une manière générale, on constate que les variations
sont comprises entre des limites moins larges que dans les coupes
réalisées dans les zones de compactage. Dans la coupe P2 notamment,
la densité est comprise entre 2,12 et 2,195. Toutefois, dans le
cas de la coupe P5 , il est fort probable qu'à 0,65 m environ de
profondeur, le choc de la barre à mine a provoque un basculement
d'un bloc, créant un vide artificiel, d'où une forte baisse de la
densité, d'ailleurs parallèle à celle de la teneur en eau.
Les valeurs maximales de la densité dans ces zones
naturelles sont notablement inférieures à celles rencontrées dans
les aires de compactage, la plus forte valeur ayant été de 2,195
au P2.
- Dans les coupes effectuées sur les aires de compactage,
les irrégularités le long d'une coupe sont notablement plus
élevées, les variations les plus grandes étant enregistrées sur
l'aire Pl-I avec 1,82 - 2,38 et suivant la coupe D2-P3-C1-I avec
comme valeurs extrêmes 1,47 et 2,17.
Il n'est pas impossible que dans ces cas, le mode de
perforation ait apporté quelques troubles dans l'organisation
initiale des matériaux. Toutefois, on remarque que dans toutes
ces coupes, les profondeurs des plus grandes variations sont
situées sensiblement sur des niveaux correspondant aux reprises
lors du compactage.
En effet, on peut considérer que, dans certains cas, le
fond du trou représente, à 10 ou 15 cm près, le contact des
matériaux remblayés avec le sol naturel, ce dernier ayant même
été vraisemblablement traversé aux coupes Pl-I, PIA-PIB, P2B et
D2-P4-B1-I (l).
/
(l) D'après des renseignements fournis sur place.
- 85 -
On observe régulièrement une augmentation de densité à
la base des coupes, soit à une profondeur comprise entre 0,90 et
un mètre.
Le cas des coupes PIB et P2B par exemple, paraît assez
significatif, avec une constance de la densité de l'ordre de 2,23
à 2,35, depuis 0,95 jusqu'à 1,35 m.
Il est toutefois difficile de conclure avec une certi¬
tude totale à la présence d'une discontinuité due à l'action du
compactage dans les matériaux mis en place. Si, dans les coupes
PI-I , la distance entre les deux anomalies de densité est de 40 cm,
ainsi que pour P4-B et pour D2-P3-C1-I, les maxima de densité
n'obéissent pas toujours exactement à cette loi.
En effet, si l'on retrouve bien sensiblement 40 cm
pour les maxima au Pl-I, 35 au PIA, 40 au P2B, on n'a plus que
30 cm au D2-P4-B1-I Par contre, l'écartement des maxima à 40 cm
apparaît nettement suivant la coupe D2-P3-C1-I.
Il n'est donc pas impossible de penser que cet écartement
des valeurs extrêmes est en relation avec l'épaisseur moyenne des
couches mises en place, la constance de leur épaisseur pouvant
varier quelque peu, de l'ordre de 10 à 15 fo.
Par ailleurs, il convient de signaler que le remblai
de la coupe D2-P3-C1-I a fait l'objet de 7 passages au rouleau
vibrateur. Il ne semble pas que ce compactage, particulièrement
énergique ait conduit à une répartition homogène de la densité
et donc de la compacité.
2* ) Mesures d'humidité
On retrouve, d'une manière générale, des variations
analogues à celles de la densité.
Rappelons qu'il s'agit de la mesure volumétrique,
c'est-à-dire que la courbe bleue des graphiques donne la teneur
en eau en fonction du volume total (l).
. / . . .
(l) La valeur pondérale étant fonction de la densité qui est
elle-même variable, il a paru plus rationel de donner la
valeur volumétrique, le calcul étant immédiat.
- 86 -
- Dans les zones de prélèvements, c'est-à-dire dans les
terrains naturels, les variations d'humidité sont assez impor¬
tantes mais, d'une manière générale, elles se rapprochent du
caractère d'irrégularité que l'on trouve dans les aires compactées.
Ainsi dans la coupe P3, la teneur en eau volumétrique varie de
11 à 15,55 fo et dans la coupe P5 de 9,5 à 14 fo,
- Dans les terrains compactés, la variation la plus
importante a été relevée à la coupe P2B où la teneur en eau varie
de U à 16,3 %.
Des mesures comparatives ont été faites à 3 jours
d'intervalle sur une même coupe. C'est ainsi que dans l'aire
D2-P4-B1-I une première mesure a donné la courbe figurée en
pointillés sur le graphique, la seconde en trait plein ayant été
faite 3 jours plus tard. Toutes les conditions géométriques
avaient été conservées afin que les comparaisons soient valables
et le nombre d'impulsions par minute à l'étalonnage avait également
été remis à la même valeur pour les deux mesures.
On constate une baisse assez nette de l'humidité,
notamment dans les points situés à 0,40 m de profondeur où la
diminution est de l'ordre de 1 % volumétrique.
Les précautions prises rendent peu probable l'attribution
de cette différence à une erreur de manipulation ou de mesure et
il semble plus logique d'interpréter cette valeur inférieure dans
la deuxième mesure, comme une tendance à une répartition plus
homogène des points à teneur exceptionnelle en eau après les trois
passages du rouleau vibrant.
30 ) Interprétation des mesures
a) Causes d ' erreur
Il y a lieu d'insister sur le fait que l'interprétation
des résultats ne peut jamais se situer dans un domaine de certi¬
tude absolue. En effet, plusieurs facteurs interviennent dans le
comptage des impulsions,
- Facteurs_dépendant_du_milieu :
- hétérogénéité de la répartition de la densité
et de l'humidité,
- possibilité d'un aggravation de cette hétérogé¬
néité par le mode de perforation (création de poches dans les
zones sableuses, basculement de blocs),
/
87 -
- Facteurs dépendant des moyens de mesures :
- émission aléatoire des radiations ou des parti¬
cules de la source,
- réponse aléatoire du terrain aux rayonnements
gamma et aux neutrons,
- taux de réponse de l'ensemble électronique, ne
pouvant garantir, par exemple, le comptage des coïncidences,
ainsi que celui des impulsions situées dans un intervalle de
temps plus petit que le temps de résolution de l'ensemble de
l'appareillage électronique : compteur, préampli, amplifica¬
teur, inscription.
Nous avons examiné - et nous continuons actuellement
des études - l'influence de la granulométrie et de la composi¬
tion chimique du matériau. Il semble, jusqu*à maintenant, que
ces deux facteurs interviennent assez peu et que leur influence
soit minime et largement négligeable devant les facteurs d'hé¬
térogénéité du matériau qui, en définitive, sont les éléments
à mesurer
Par ailleurs, une étude rapide sur les erreurs dues
à l'ensemble de la source fait apparaître des valeurs très fai¬
bles. Etant donné le nombre N de coups par minute enregistrés
et la déviation standard Q"*} on voit que l'erreur dûe à la seule
source n'a qu'une influence minime sur le rapport du nombre de
coups dû au terrain, au nombre de coups P dans la protection.
Quelques exemples particulièrement défavorables et
choisis à dessein nous ont montré qu'en prenant la valeur ;
£jA = N - N
P + P
il n*y a pratiquement aucune influence sur la densité lue sur
les abaques et qu'en tous cas, il était très peu probable que
cette influence dépasse 1,5^.
S'il n'est guère possible, par ailleurs, de déterminer
avec certitude, l'erreur dûe à l'absence d'enregistrement des
coïncidences, par contre, les pertes de comptage dues au temps
de résolution de l'ensemble de l'appareillage qui est de l'ordre
de 15 à 35 microsecondes, sont minimes puisque, avec un nombre
élevé de 25,000 coups par minutey on est loin de la valeur maxi¬
mun de 35 microsecondes.
a / a
- 88 -
b) Interprétation des résultats
Il nous reste donc à examiner l'interprétation des
résultats obtenus en fonction de l'hétérogénéité du terrain, seul
facteur qui, en fin de compte, représente le but de la mesure.
Nous avons déjà noté que dans les aires compactées,
cette hétérogénéité de densité et de teneur en eau semblait
présenter une périodicité qui était en moyenne de 40 cm o II
nous reste à examiner le sens que l'on peut donner aux variations
simultanées de la courbe de densité (D) et celle de la teneur en
eau (h),
- Zone_de_prélèvements
- Coupe Pl : Augmentation de D et de H au fond du trou,
correspondant à une augmentation probable de
1 a compaci t é .
- Coupe P2 : Constance assez remarquable de la densité,
par contre, une certaine diminution de l'humi¬
dité en profondeur pourrait être interprétée
comme la présence ou le voisinage d'un bloc
de rocher,
- Coupe P3 : Une large augmentation de l'humidité parallè
lement à la densité, donne à penser que,
comme pour la coupe Pl, le terrain subit une
notable augmentation de la compacité à partir
de 0 , 70 m,
- Coupe P4 : Présence possible d'une poche d'air vers
0,80 m.
- Coupe P5 : Mêmes caractéristiques, encore plus nettes
pour la densité atteignant le chiffre le plus
bas de tous les essais, de l'ordre de 1,42,
- Aire de compactage
- Coupe Pl-I : Présence probable d'un bloc vers 0,45 m et
augmentation sensible de la compacité à partir
de 0, 70 m,
- Coupe Pl-A : Défaut de densité vers 0,85 m avec, toutefois,
une valeur minimum de 1,82 qui pourrait être
interprétée comme la présence d'une zone plus
argileuse.
- 89 -
- Coupe Pl-B : Cette coupe paraît représenter un
ensemble de résultats particulièrement
favorables : forte densité moyenne à
partir de 0,35 m, augmentation régulière
de la teneur en eau, avec une légère
baisse dans les dix derniers centimètres,
dûe probablement à un effet de draînage
par le terrain naturel, celui-ci devant
être atteint à cette profondeur, d'après
les renseignements fournis par le
chant ier,
- Coupe P2-B : Présence d'une hétérogénéité vers
0,65-0,75 m, un défaut de compactage ou
un bloc basculé pouvant en être l'origine
- Coupe P3-B : Le faible nombre de mesures ne permet
guère de commentaires,
- Coupe P4-B : Parallélisme moyen des deux courbes,
- Coupe D2-P4-B1-I : (3 passages de rouleau vibrant) -
Présence d'une bonne compacité vers
0,40 m, suivie 10 à 20 cm plus bas,
d'une diminution notable, avec à nouveau
une bonne compacité moyenne et une
densité assez élevée à partir de 0,70 m.
Nous avons déjà donné le sens de variation des deux
courbes d'humidité,
- Coupe D2-P3-C1-I î Grave défaut de densité vers 0,75 m et,
d'une manière générale, hétérogénéité
sensible de la compacité de l'ensemble.
L'hypothèse d'une présence de poche d'air est peu
vraisemblable, la teneur en eau variant assez peu dans cette zone,
contrairement à ce que l'on a vu aux coupes Pl-I et P2-B par
exemple ,
I / «
- 90
CONCLUSIONS :
En conclusion, les mesures de référence exécutées sur
des matériaux "préfabriqués" et dont les caractéristiques de
teneur en eau et de densité étaient particulièrement bien éta¬
lonnées par les méthodes classiques, ont permis de caler, avec une
approximation qui nous paraît satisfaisante, les courbes de
variation de ces deux paramètres en fonction de la profondeur.
Une étude rapide des facteurs pouvant intervenir dans
les variations des comptages nous ayant montré que, en mettant les
choses au pire, ces variations ne pouvaient entraîner que des
erreurs de l'ordre de 2 fo sur les résultats obtenus, nous estimons
que le procédé tenté sur ce matériau particulier était fort
valable et probablement au moins aussi précis que les méthodes de
mesures tradi ti onnel les dans certaines conditions.
Nous pensons même qu'avec des taux de comptage réalisés
sur des temps assez longs, il est fort probable que les mesures
par les sondes nucléaires peuvent donner une précision supérieure
à celle des méthodes de laboratoire qui, par la succession des
manipulations diverses donnent des valeurs qui s'éloignent parfois
sensiblement de celles du matériau en place.
Toutefois, il y a lieu d'insister sur la nécessité de
réaliser, suivant un rythme qui dépend du nombre de mesures calcu¬
lées, un étalonnage sur des milieux de référence aux caractéris¬
tiques particulièrement bien connues et constantes, afin d'éviter
une dérive possible de l'appareillage électronique dûe par exemple,
à une baisse de charge des batteries ou à un défaut progressif de
fonctionnement d'une pièce du circuit, ce que nous n'avons pj
constaté, d'ailleurs, à ce jour.
)as
Dans le cas particulier du barrage du Mont-Cenis la
mesure de la croissance de la densité en fonction de l'augmentation
de l'épaisseur du remblai doit pouvoir fournir des résultats
particulièrement intéressants.
D'un autre côté, l'étude de l'évolution de la "consoli¬
dation" et de l'équilibre des pressions interstitielles en fonction
du temps et de la charge sus-jacente, doit fournir des valeurs
précises que peu d'autres méthodes pourraient être capables de
définir avec autant de précision.
- 91 -
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