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Manuel technique - v1.1IntroductionNotationsQuantification de l'aléa liquéfactionRappels phénoménologiquesSensibilité des sols vis-à-vis de la liquéfactionProcédure simplifiée "NCEER"Domaine de validitéPrincipes de calculContrainte de cisaillement cyclique équivalente normaliséeRésistance au cisaillement cyclique normaliséeHypothèses générales de calculEtats de contraintes dans le solPrise en compte des magnitudes sismiques réellesCorrections complémentairesFacteur pour NCEER-SPT pour NCEER-CPTFacteur Evaluation de la résistance au cisaillement cyclique normaliséeExploitation à partir d'essais au carottier battu (SPT) Principe de l'essai SPTParamètres d'entrée - SPTFormulation de à partir de l'exploitation d'essais SPTEtape n°1 : Normalisation du nombre de coups Etape n°2 : Correction de fines pour obtenir un équivalent "sable propre"Etape n°3 : Expression de la résistance au cisaillement cyclique normaliséeExploitation à partir d'essais de pénétration statique (CPT et CPTu)Principe de l'essai CPT(u)Paramètres d'entrée - CPT(u)Formulation de à partir de l'exploitation d'essais CPT(u)Etape n°1 : Normalisation des paramètres CPT(u)Etape n°2 : Correction de fines pour obtenir un équivalent "sable propre"Etape n°3 : Expression de la résistance au cisaillement cyclique normaliséeRemarques complémentaires sur l'indice de comportement de sol Evaluation des tassements sismo-induitsPrincipes de calculEstimation des déformations volumiques Corrélations de Zhang, Robertson et Brachman (2002)A partir de l'exploitation d'essais CPT(u)A partir de l'exploitation d'essais SPTCorrélations Idriss et Boulanger (2008)A partir de l'exploitation d'essais CPT(u)A partir de l'exploitation d'essais SPTIndicateurs complémentairesEpaisseurs liquéfiables cumuléesIndice de potentiel de liquéfaction LPIRéférences bibliographiques

Manuel technique - v1.1

Introduction

Slake est destiné à la conduite complète d'analyses de quantification de l'aléa liquéfaction des sols soumis à des sollicitations sismiques en champ libre par la méthode semi-empirique directe dite "NCEER" (Youd et Idriss, 2001)(1), à partir de l'exploitation de sondages de type SPT (carottier battu) et/ou CPT(u) (pénétromètre statique avec ou sans mesure de pression interstitielle). Par simplification, ces analyses sont appelées NCEER-SPT et NCEER-CPT dans la suite.

(1) La version 1.1 de Slake intègre également une option de calcul complémentaire dérivée de la procédure simplifiée “NCEER” en tenant compte de certaines adaptations issues des recommandations du Cahier Technique n°45 de l’AFPS “Evaluation du risque de liquéfaction des sols sous l’effet des séismes - Connaissances pratiques et applications aux projets géotechniques” (option de calcul NCEER/CT45-AFPS(2020)).

La détermination de facteurs de sécurité vis-à-vis de l'aléa est couplée à une analyse en déformation, permettant l'estimation des tassements post-liquéfaction sous nappe selon les corrélations proposées par différents auteurs et dérivées des courbes de Ishihara et Yoshimine (1992).

Notations

Dans toute la suite, les notations suivantes sont adoptées :

Paramètre ou acronymeUnitéDescription
-Facteur géométrique pour la prise en compte de la pression interstitielle dans les essais au piézocône
Accélération maximum en surface, également appellée PGA (Peak Ground Acceleration)
Teneur en argile ; définie comme le pourcentage de passant en poids au tamis de 2 µm (NF P 11-300)
Teneur en silts ; définie comme le pourcentage de passant en poids au tamis de 63 µm (NF P 11-300)
-Cone Penetration Test, essai de pénétration statique
-Essai de pénétration statique au cône électrique avec mesure de la pression interstitielle (piézocône)
Densité relative d'un matériau pulvérulent
Fines Content, fraction fine. Définie comme le pourcentage de passant en poids au tamis de 75 µm par la classification américaine USCS (dont le tamis le plus proche en France est celui à 80 µm)
-Facteur de sécurité vis à vis de l'aléa liquéfaction des sols
Accélération normale de la pesanteur terrestre
Poids volumique des matériaux de remblai le cas échéant
Poids volumique saturé du matériau
Poids volumique non saturé du matériau
-Soil Behavior Type Index, Indice de comportement (Robertson)
-Seuil au-delà duquel les sols testés au pénétromètre statique CPT(u) et qualifiés par l'indice de comportement de sol sont réputés trop fins ou trop plastiques pour liquéfier
Indice de plasticité ; déterminé à partir des indices de consistance :
-Magnitude conventionnelle indiquée dans l’Eurocode 8 (correspond à la magnitude d’ondes de surface )
-Magnitude de moment sismique
-Magnitude des ondes de surface
-Magnitude Scaling Factor, facteur correcteur sur la magnitude réelle de moment sismique comparée à la magnitude 7,5
-Facteur correcteur sur la magnitude réelle de moment sismique déterminé à partir de la borne basse du fuseau proposé par la procédure "NCEER"
-Facteur correcteur sur la magnitude réelle de moment sismique déterminé à partir de la borne haute du fuseau proposé par la procédure "NCEER"
-Facteur correcteur sur la magnitude réelle de moment sismique correspondant à la moyenne entre la borne haute et la borne basse du fuseau proposé par la procédure "NCEER"
Pression de référence prise égale à la pression atmosphérique (1 atm ~ 100 kPa)
-Système de coordonnées de référence (par exemple : NGF, NVP, ...) ; permet de rattacher les profondeurs d'investigations (relatives) à des cotes (absolues)
Contrainte verticale totale en condition de projet
Contrainte verticale effective en condition de projet
Contrainte verticale totale en condition de site vierge lors des essais
Contrainte verticale effective en condition de site vierge lors des essais
-Standard Penetration Test, essai de pénétration au carottier battu standard
Pression interstitielle mesurée au niveau du capteur de pression u2 (sur le manchon à l'arrière du cône) dans le cas d'essais au piézocône
Cote de la nappe en condition de site vierge au moment des essais exprimée dans le système choisi de référencement des coordonnées
Cote de la nappe en condition de projet (concomitante avec le séisme) exprimée dans le système choisi de référencement des coordonnées
Cote du terrain naturel initial (condition de site vierge)
Cote finale du terrain (condition de projet)

Quantification de l'aléa liquéfaction

Rappels phénoménologiques

La liquéfaction est une instabilité caractéristique des sables saturés contractants (matériaux pulvérulents à l'état très lâche à lâche) susceptibles de développer des surpressions interstitielles élevées sous l'effet de sollicitations cycliques en conditions non drainées. Ces surpressions sont à l'origine de la perte de résistance par diminution - voire annulation - de la contrainte effective dans le sol. Dans certaines conditions, ce phénomène peut également se dérouler sous chargement monotone, on parle alors de liquéfaction statique.

Le phénomène de liquéfaction est à distinguer de la "mobilité cyclique", également caractérisée par un comportement à volume constant ou pratiquement constant (matériaux saturés en conditions non drainées) et qui affecte les sables dilatants (matériaux pulvérulents à l'état moyennement dense à très dense). Pour ces derniers, la génération de surpressions interstitielles au cours de la sollicitation conduit à des pertes temporaires de résistance et à des déformations cycliques importantes, mais la tendance à la dilatance qui se produit au cours du cisaillement empêche une perte de résistance globale et des déformations permanentes importantes.

Les argiles molles sont pour leur part sujettes à un autre phénomène, le “radoucissement cyclique”, à l'origine d'une perte de rigidité du fait de l'accumulation potentiellement importante de déformations irréversibles sous chargement cyclique.

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La méthode de calcul semi-empirique simplifiée implémentée dans Slake ne permet en toute rigueur la quantification de l'aléa que dans le cadre strict du phénomène de liquéfaction tel que défini ci-après, en dehors des instabilités liées à la mobilité cyclique et au radoucissement cyclique.

Sensibilité des sols vis-à-vis de la liquéfaction

Les propriétés physiques des sols ont été les premières caractéristiques utilisées pour estimer leur susceptibilité à se liquéfier. Différents critères d’analyse de la sensibilité des sols à la liquéfaction ont été proposés, historiquement développés autour des limites de consistance, des propriétés granulométriques et de la teneur en eau, ou de combinaisons de ces propriétés.

Slake propose un assistant de vérification de la sensibilité à la liquéfaction conforme aux prescriptions normatives actuellement en vigueur de l’Eurocode 8 partie 5 (EC8-5). Cet assistant est indépendant de l’analyse quantitative de l’aléa, qui peut être examinée localement à partir de l’exploitation de sondages SPT et/ou CPT(u) selon différentes méthodes. En un point de mesure, et à partir de l’analyse des critères de l’Eurocode détaillés ci-après, l’assistant détermine “la necessité de mener une analyse quantitative de l’aléa”, ou bien au contraire “la possibilité d’écarter le risque de liquéfaction”.

Cette vérification repose sur l’examen d’une condition principale concernant les hypothèses sismiques de projet, à laquelle s’ajoutent trois critères supplémentaires dérivés de résultats d’essais pratiqués en laboratoire et in situ : granulométrie, plasticité, résultats normalisés d’essais SPT. La vérification de la condition principale et, simultanément, d’au moins un des trois critères supplémentaires, permet de négliger le risque de liquéfaction au sens de l’EC8-5. Dans la négative, le risque de liquéfaction doit être analysé.

Condition principale : le coefficient d’accélération horizontale en surface () est inférieur strictement à 0,15
Critère additionnel [1] : les sables contiennent de l’argile en proportion strictement supérieure à 20%, avec un indice de plasticité strictement supérieur à 10% et
Critère additionnel [2] : les sables contiennent des silts en proportion strictement supérieure à 35% et, simultanément le nombre de coups SPT, normalisé pour l’effet de surcharge due au terrain et du rapport d’énergie, est strictement supérieure à 20 et
Critère additionnel [3] : les sables sont propres, avec la valeur du nombre de coups SPT, normalisé pour l’effet de surcharge due au terrain et du rapport d’énergie, est strictement supérieure à 30 et

Nota : actuellement, l'usage des critères de sensibilité ne fait pas l’objet d’un concensus, en particulier en ce qui concerne les critères d'exclusion du risque. Néanmoins, les critères offrent un point d'entrée pratique, au moins qualitatif, d'analyse de la sensibilité du sol à la liquéfaction.

Procédure simplifiée "NCEER"

Slake est basé sur l'implémentation de la procédure d'analyse simplifiée formalisée par Youd et Idriss en 2001 à la suite des consensus obtenus lors des séminaires de travail sur la résistance des sols à la liquéfaction organisés par les instituts de recherche américains NCEER en 1996 et conjointement NCEER/NSF en 1998 (publication dans la revue JGGE de l'ASCE en avril 2001). Par simplification, cette méthodologie est désignée sous l'appellation de procédure "NCEER" dans la suite.

A la date (2021), la procédure "NCEER" est toujours considérée comme la référence internationale en matière de quantification de l'aléa liquéfaction des sols. Elle est la seule faisant l'objet d'un consensus. Les méthodes proposées par Idriss et Boulanger en particulier en sont des déclinaisons, mais ne font pas consensus.

Remarque : dans sa version actuelle (v1.1) , Slake propose une option de calcul complémentaire : NCEER/CT45-AFPS(2020).

Celle-ci reprend les principes généraux de la procédure “NCEER” (détaillée dans les paragraphes suivants) en apportant de légères adaptations/modifications sur certains paramètres de calcul, clairement identifiés, conformément aux recommandations formulées dans les annexes du Cahier Technique n°45 “Evaluation du risque de liquéfaction des sols sous l’effet des séismes - Connaissances pratiques et applications aux projets géotechniques” (ouvrage à paraître au courant de l’année 2021) rédigé par le Sous Groupe de Travail “Liquéfaction” de l’Association Française de génie Parasismique (AFPS).

Lorsqu’applicables, ces modifications sont détaillées dans les paragraphes concernés. Partout où cela n’est pas expressement signalé, la méthode de calcul “NCEER/CT45-AFPS(2020)” reprend de façon stricte les hypothèses de calcul de la méthode “NCEER”.

Domaine de validité

La procédure "NCEER" relève d'une approche déterministe, en contraintes totales, et considérant l'hypothèse de conditions de site en champ libre, c'est à dire en supposant la/les couche(s) liquéfiable(s) non contrainte(s) spatialement et susceptible(s) d'être librement mise(s) en mouvement (calcul unidimensionnel).

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Elle a été développée empiriquement à partir de l'exploitation de données de terrain (essais in situ de différents types) et d'essais en laboratoire pratiqués sur des échantillons constitués de matériaux alluvionnaires siliceux (sables limoneux), d'âge Holocène, prélevés à faible profondeur et issus de sites majoritairement californiens, à topographie plane et horizontale (ou subhorizontale) ayant ou non liquéfié à la suite de séismes de magnitude de moment égale à 7,5.

Les résultats de toute analyse conduite en dehors des hypothèses strictes du domaine de validité de la méthode "NCEER" doivent faire l'objet d'une analyse critique par le géotechnicien.

Ces considérations sont également valables lorsque l’option de calcul “NCEER/CT45-AFPS(2020)” est sélectionnée.

Principes de calcul

Pour un séisme de magnitude de moment quelconque, la méthode consiste à évaluer un coefficient de sécurité vis-à-vis de la liquéfaction FS défini comme le rapport entre la résistance normalisée au cisaillement cyclique (Cyclic Resistance Ratio) des terrains pour un séisme de référence de magnitude de moment égale à 7,5 d’une part, et la contrainte de cisaillement normalisée équivalente générée par le séisme (Cyclic Stress Ratio) d’autre part, en tout point de la colonne de sol auscultée où l’on dispose de mesures.

Ce rapport est ensuite corrigé par le terme (Magnitude Scaling Factor) qui permet de tenir compte de la magnitude réelle du séisme considéré, et par les effets éventuellement conjugués de la pression de confinement () et de l’inclinaison des contraintes ().

Le coefficient de sécurité vis-à-vis de l’aléa de liquéfaction des sols s’exprime alors de manière suivante :

Théoriquement, il y a liquéfaction lorsque le facteur de sécurité FS est inférieur à l'unité (annulation locale de la contrainte verticale effective). L'accumulation de déformations volumiques irréversibles liées à une réduction significative de la contrainte verticale effective peut néanmoins se développer du fait de surpression interstitielles élevées pour des points de calcul présentant des facteurs de sécurité supérieurs à l'unité.

Dans Slake, le seuil du domaine de stabilité est ainsi délimité par le facteur de sécurité limite , tandis que le plancher du domaine de sécurité est délimité par le facteur de sécurité cible ou renseigné directement par l'utilisateur vis-à-vis d'un niveau de sécurité minimum prédéfini.

A titre indicatif, l'Eurocode 8 fixe actuellement le seuil de sécurité minimum à 1,25, valeur associée au développement de surpressions interstitielles de l'ordre de 60% de la contrainte verticale effective. Ce seuil peut être augmenté en fonction de la nature et de la sensibilité des ouvrages étudiés, étant implicitement entendu qu'au delà de celui-ci les déformations sismo-induites post-liquéfaction sont négligeables et donc acceptables par la structure portée.

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Slake présente les résultats de calcul des facteurs de sécurité uniquement aux points où la double condition suivante est vérifiée :

Dans le cas des analyses CTP(u), un critère supplémentaire s'applique sur la base de l'indice de comportement . Les sols dont l'indice de comportement est supérieur ou égal à une valeur seuil sont considérés trop fins et/ou plastiques pour se liquéfier :

Usuellement, est fixé à 2,6. Il est toutefois possible de changer la valeur de seuil sur l'indice de comportement dans Slake. Il convient alors de calibrer le seuil à partir d'essais cycliques en laboratoire. La modification de ce seuil est fortement déconseillée.

Le processus de détermination des facteurs de sécurité vis-à-vis de la liquéfaction est synthétisé dans le logigramme suivant.

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Contrainte de cisaillement cyclique équivalente normalisée

La contrainte de cisaillement cyclique induite par le séisme normalisée par la contrainte verticale effective est évaluée à partir de l'équation suivante (Seed & Idriss, 1971) :

Le coefficient est un coefficient de réduction des contraintes en fonction de la profondeur découlant de la souplesse des sols ; il est défini dans Slake selon la formulation de Blake (1996) :

est la profondeur. Cette formulation du terme n'est rigoureusement valable que jusqu'à 15 m de profondeur, et n'est plus applicable au-delà de 20 m. Il est implicitement admis dans Slake que l'utilisateur renseigne des résultats d'essais in situ jusqu'à des profondeurs jugées compatibles avec le développement et la propagation en surface des effets de la liquéfaction. L'attention est attirée sur le fait que le facteur n'est en conséquence pas borné et est extrapolé à toute profondeur suivant cette formulation par le logiciel.

Résistance au cisaillement cyclique normalisée

Le terme (Cyclic Resistance Ratio), soit la résistance au cisaillement cyclique normalisée offerte par les sols auscultés, est estimé par post-traitement des résultats d'essais in situ de type SPT et/ou CPT(u). La définition du terme est détaillée dans les paragraphes relatifs à l'exploitation de chaque famille d'essais.

Hypothèses générales de calcul

Etats de contraintes dans le sol

Les analyses de liquéfaction sont conduites en définissant deux modèles géotechniques multicouches distincts permettant de distinguer le calcul des états de contraintes relatifs au terme de résistance cyclique (CRR) et à celui de l'action sismique (CSR). Le premier est représentatif du contexte régnant au moment de la réalisation des sondages, tandis que le second doit être représentatif des conditions projetées en phase d'exploitation et concomitantes aux actions sismiques étudiées.

Ces modèles tiennent compte :

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Prise en compte des magnitudes sismiques réelles

La procédure "NCEER" préconise un fuseau pour l'estimation du facteur correcteur en fonction des magnitudes de moment sismique . Ces dernières sont à distinguer des magnitudes d'ondes de surface (). A titre indicatif, nous indiquons ci-après la transformation d'une mesure de magnitude à l'autre qui peut être opérée suivant les relations bilinéaires de Scordilis (2006), valables pour des séismes peu profonds (moins de 70 km). Cette transformation est utilisée dans l’assistant de définition du couple dans SLAKE, étant alors entendu que la magnitude conventionnelle indiquée dans l’Eurocode 8 correspond à la magnitude des ondes de surfce .

Il est couramment admis qu'en deçà d'une magnitude de moment de 5,0 l'énergie libérée par les ondes sismiques n'est pas suffisante pour amorcer le phénomène de liquéfaction (absence de contre-exemples référencés à la date, 2019). A noter que Slake détermine des valeurs de MSF par extrapolation au-delà des bornes définies par la procédure "NCEER" ( et ) .

Le fuseau de MSF recommandé par la procédure "NCEER" ainsi que les équations des bornes basse () et haute () sont indiquées ci-après.

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Borne basse du fuseau "NCEER"Borne haute du fuseau "NCEER"
(Idriss corrigé 1982) (Andrus et Stokoe 1997)

Remarque 1 : Slake propose une option intermédiare pour la détermination du facteur correspondant directement à la moyenne arithmétique, pour une magnitude de moment sismique donnée, entre les valeurs associées aux bornes basse et haute du fuseau recommandé :

Remarque 2 : il est également possible d'introduire manuellement dans Slake une valeur quelconque de par la sélection “valeur libre”. Il est ici toutefois rappelé que les paramètres et sont en toute rigueur liés ; il n'est donc pas recommandé d'introduire des facteurs correcteurs situés en dehors du fuseau proposé dans le cadre d'analyses conduites strictement selon la procédure "NCEER" ou “NCEER/CT45-AFPS(2020)”.

Corrections complémentaires

L'équation (1) fait intervenir deux facteurs correcteurs complémentaires et qui sortent du cadre de la procédure simplifiée "NCEER".

Facteur

Les essais de chargement cyclique au laboratoire montrent que la résistance à la liquéfaction augmente avec la contrainte effective de confinement, mais non linéairement (la résistance normalisée CRR diminue lorsque la contrainte effective de confinement augmente). Pour pouvoir extrapoler la résistance normalisée CRR (établie par la méthode simplifiée pour une contrainte verticale de 100 kPa) à des couches où les contraintes effectives sont supérieures à 100 kPa en tenant compte de cette non linéarité, Seed (1983) a introduit un facteur correctif . Les valeurs de ont été établies à partir d'essais triaxiaux cycliques sur des sables propres à diverses densités relatives et consolidés sous des contraintes comprises entre 100kPa et 600 kPa.

Le recours à ce facteur correctif peut s'avérer justifié dans des formations sableuses potentiellement liquéfiables situées à grande profondeur, ou dans le cas d'une nappe profonde.

Dans l'article de 2001, la formulation de Hynes et Olsen (1999) définit le paramètre comme la contrainte verticale effective normalisée par la pression atmosphérique (soit environ 100 kPa) puis élevée à un exposant dépendant théoriquement des conditions de site : densité relative, âge des dépôts, niveau de surconsolidation.

Pratiquement, la définition de l'exposant est réduite à une corrélation basée sur la densité relative . Les valeurs adoptées pour sont récapitulés dans le tableau ci-après.

Condition sur la densité relative des matériaux pulvérulentsExposant
0,8
variation linéaire entre 0,8 et 0,6
0,6

Précaution d'usage : la densité relative n'est une notion pertinente que pour des matériaux pulvérulents, dont la teneur en fines1 est en toute rigueur inférieure à 15%. Pour pallier cette définition problématique car non indépendante de la nature des sols, par défaut Slake ne tient pas compte du facteur correcteur (i.e. ). L'utilisateur a néanmoins la possibilité d'imposer s'il le souhaite le calcul de ce terme correcteur en activant l'option dans les paramètres avancés de calcul. Le cas échéant, le calcul de est systématiquement plafonné à une valeur unitaire :

1En toute rigueur, la fraction fine () employée pour l'établissement de ces corrélations doit être conforme aux USCS, et correspond donc au pourcentage de passant en poids au tamis de 75 µm. Ce tamis n'est pas utilisé dans la normalisation française des analyses granulométriques (dans l’ancienne norme NF P 94-056, la fraction fine est définie par le pourcentage de passant en poids au tamis de 80 µm ; dans la nouvelle norme NF P 94-512-4 elle est définie par le passant à 63 µm). Il importe donc que la définition de retenue soit compatible avec l’application stricte de la procédure NCEER-SPT, soit un passant à 75 µm, ou à défaut 80 µm.

pour NCEER-SPT

Lors d'une analyse NCEER-SPT, l'utilisateur peut choisir d'imposer le calcul du facteur correcteur en activant l'interrupteur dédié dans les paramètres avancés de calcul. Le cas échéant, il convient de renseigner les éléments suivants :

Au droit des points de calcul contenus dans l'intervalle (ou les intervalles) défini(s) par la(les) couche(s) stratigraphique(s) sélectionné(es) où la condition sur la fraction fine est vérifiée (), la densité relative est estimée d'après la corrélation de Skempton (1986) :

Aux points de calcul où aucune densité relative n'est calculée et le facteur est automatiquement pris égal à .

Le facteur correcteur est ensuite calculé à partir de l'équation (4).

Remarque importante : la corrélation de Skempton a été établie pour des sables quartzeux moyens à grossiers, propres, de densités relatives comprises entre 0.35 et 0.85, sous des contraintes comprises entre 50 kPa et 250 kPa. En dehors du domaine de validité de cette corrélation, et de manière générale, l'utilisateur est invité à contrôler les résultats de calcul. Dans les tableaux de résultat, Slake surligne les résultats de calcul où la densité relative estimée par corrélation se situe en dehors de la fourchette .

Cas de l’option de calcul “NCEER/CT45-AFPS(2020)”

Lorsque cette option de calcul est privilégiée, la définition de dans le cadre d’analyses basées sur l’exploitation d’essais SPT demeure une option de calcul “avancée” à paramétrer manuellement. Toutefois, les conditions de calcul divergent par les points suivants :

Cette approche vise à simplifier forfaitairement le calcul du paramètre sans conditions sur la densité relative des sols.

pour NCEER-CPT

Lors d'une analyse NCEER-CPT, l'utilisateur peut choisir d'imposer le calcul du facteur correcteur en activant l'interrupteur dédié dans les paramètres avancés de calcul. Le cas échéant, il convient de renseigner les éléments suivants :

Au droit des points de calcul contenus dans l'intervalle (ou les intervalles) défini(s) par la(les) couche(s) stratigraphique(s) sélectionné(es) où la condition sur l'indice de comportement est vérifiée (), la densité relative est estimée d'après la corrélation de Baldi (1986) :

Aux points de calcul où aucune densité relative n'est calculée et le facteur est automatiquement pris égal à .

Le facteur correcteur est ensuite calculé à partir de l'équation (4).

Remarque importante : la corrélation de Baldi n'est rigoureusement applicable que dans le cas de sables propres siliceux fins à moyens, homogènes et non cimentés, normalement consolidés et moyennement compressibles. En outre cette relation n'est pas valable à faible profondeur de pénétration : le calcul de dans Slake n'est de ce fait forfaitairement réalisé qu'au delà de 3,0 m de profondeur. En dehors du domaine de validité de cette corrélation, et de manière générale, l'utilisateur est invité à contrôler les résultats de calcul. Dans les tableaux de résultat, Slake surligne les résultats de calcul où la densité relative estimée par corrélation se situe en dehors de la fourchette .

Cas de l’option de calcul “NCEER/CT45-AFPS(2020)”

Lorsque cette option de calcul est privilégiée, la définition de dans le cadre d’analyses basées sur l’exploitation d’essais CPT(u) demeure une option de calcul “avancée” à paramétrer manuellement. Toutefois, les conditions de calcul divergent par les points suivants :

Cette approche vise à simplifier forfaitairement le calcul du paramètre sans avoir à recourrir à des corrélations sur la densité relative des sols.

Facteur

Théoriquement, le développement de contraintes de cisaillement statiques dans un massif de sol en pente influence sa capacité à résister à la liquéfaction. Cette influence - positive ou négative - dépend notamment de la nature, de la densité et de l'état de confinement des sols. Certains auteurs proposent de la traduire au moyen d'un facteur correcteur spécifique, , sans que ce dernier ne fasse à la date (2021) l'objet d'un consensus.

Slake ne permet pas actuellement la prise compte du facteur correcteur dans le cadre de la conduite d'analyses courantes de liquéfaction ().

Evaluation de la résistance au cisaillement cyclique normalisée

Exploitation à partir d'essais au carottier battu (SPT)

Principe de l'essai SPT

L'essai SPT (Standard Penetration Test) est un essai in situ de pénétration dynamique normalisé permettant en outre la récupération d'échantillons remaniés. Il est encadré par la norme américaine ASTM-D-1586-11, partiellement reprise dans la norme d'application française NF EN ISO 22476-3.

Dans un forage réalisé au préalable, l'essai consiste à enfoncer un carottier suivant un dispositif de battage normalisé et à comptabiliser par étapes successives le nombre de coups nécessaires à un enfoncement spécifique de ce dernier dans le sol. Conventionnellement, et en l'absence de refus, la "résistance SPT" correspond au nombre de coups nécessaires à l'enfoncement de 15 cm des deuxième () et troisième () incréments de battage après un premier enfoncement d'amorçage () de 15 cm :

Idéalement, l'énergie effectivement délivrée au train de tiges par le dispositif de battage est mesurée avec un analyseur, par l'intermédaire d'un élément de tige instrumenté.

Dans le cadre des analyses de liquéfaction, l'échantillon remanié prélevé à chaque essai fait l'objet d'analyses granulométriques par tamisage (NF P 94-056), ou tout au moins de la mesure du passant au tamis de 80 µm.

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Paramètres d'entrée - SPT

La conduite d'analyses de liquéfaction à partir de l'exploitation d'essais SPT nécessite de renseigner les paramètres suivants.

ParamètreDéfinitionRenseignement
Cote du terrain naturel cote du sondageGénéral
Niveau piézométrique moyen au moment de la réalisation de l'essai (de préférence mesuré dans un sondage piézométrique à proximité immédiate du sondage SPT)Général
Profondeur de l'essaiEn tout point de mesure
Comptage de coups SPT : En tout point de mesure
Fraction fine du matériau testé : pourcentage de passant (en poids) au tamis de 80 µm1En tout point de mesure
Rapport d'énergie de battageEn tout point de mesure
Diamètre de forageGénéral
Dispositif de battage (à renseigner en cas d'absence de mesures directes d'énergie de battage )Général
Méthode d'échantillonnage 2Général

1 En toute rigueur, la fraction fine (FC) renseignée pour l'implémentation de la méthode "NCEER" est conforme aux prescriptions des ASTM, et correspond donc au pourcentage de passant en poids au tamis de 75 µm. Ce tamis n'est pas utilisé dans la normalisation française des analyses granulométriques (NF P 94-056), le tamis le plus proche est le tamis de 80 µm.

2 La méthode d'échantillonnage dépend du type de carottier utilisé : carottiers tronconiques (diamètre intérieur variable 35 à 38 mm), carottiers cylindriques (diamètre intérieur constant de 35 ou 38 mm) qui peuvent être équipés ou non de gaines d'échantillonnage.

Formulation de à partir de l'exploitation d'essais SPT

Le terme de résistance au cisaillement cyclique normalisé est calculé de manière séquentielle. Le processus est schématisé dans le logigramme ci-après.

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Etape n°1 : Normalisation du nombre de coups

Le critère d'évaluation de la résistance au cisaillement cyclique par le biais d'analyses basées sur l'exploitation d'essais SPT repose sur une normalisation du nombre de coups :

La nature et le détail des corrections apportées sont précisés dans le tableau suivant.

Facteur correcteurParamètreType0Expression de la correction
Contrainte de confinement1Automatique ( Liao et Whitman, 1986)
Rapport d'énergie2Automatique/Manuel2é
Diamètre de forageManuel
Longueur du train de tiges3Automatique
Méthode d'échantillonnage4Manuel

0 Pour la définition du "type" de correction, "Automatique" indique qu'elle est directement appliquée par le logiciel, "Manuel" indique que la correction dépend de paramètres d'entrée spécifiques à renseigner par l'utilisateur.

1 La normalisation du nombre de coups SPT par rapport au niveau de contrainte est calculé suivant la formulation de Liao et Whitman (1986). Ce terme correctif est automatiquement plafonné à . Cette correction s'applique aux états de contrainte régnant dans le massif étudié au moment de la réalisation des essais ; ils sont normalisés par une pression de référence prise égale à la pression atmosphérique (~100 kPa).

2 L’énergie de battage est exprimée en termes de rapport d’énergie entre l’énergie effectivement transmise au train de tige (mesurée avec un analyseur, é) et l’énergie potentielle maximum théorique (), soit é. Ce rapport doit naturellement être positif et inférieur à 100% ; il dépend à la fois du type de système mouton/enclume et du dispositif de libération du mouton. Le rapport d'énergie est ramené, via le facteur , à une valeur de référence de 60%, qui représente en première approximation la valeur d'énergie restituée dans la pratique américaine :

Dans le cas où l'énergie restituée n’est pas directement mesurée avec un analyseur, c'est à dire lorsque le rapport ne constitue pas une donnée d'entrée directe dans le logiciel, des valeurs moyennes de sont proposées en fonction du dispositif de battage employé lors de la réalisation des essais (Robertson et Wride, 1998). A noter que si les rapports d'énergie sont renseignés en même temps que le dispositif de battage, Slake priorise la mesure directe.

3 La longueur totale du train de tiges doit en toute rigueur tenir compte de la profondeur de l'essai augmentée de la partie hors sol jusqu'à l'enclume du dispositif de battage :

La longueur du train de tiges hors sol est variable (elle dépend des dimensions de tiges de forage). Slake considère forfaitairement une longueur métrique hors sol : ; celle-ci peut toutefois être ajustée dans les options avancées.

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En l'absence de données précises à ce sujet, il est recommandé de négliger cette surlongueur du train de tiges et ne considérer que la profondeur de l'essai (hypothèse conservatrice). A noter qu'en toute rigueur, la profondeur de l'essai devrait être augmentée de 15 cm pour tenir compte de l'enfoncement d'amorçage.

4 Le recours à des carottiers tronconiques (diamètre intérieur variable de 35 à 38 mm) ou à des carottiers cylindriques avec réservations pour une gaine ("liner"), mais utilisés sans gaine, entraîne une diminution sensible du nombre de coups (+10/+30%). En cas de recours à l'une ou l'autre de ces méthodes d'échantillonnage, Slake applique forfaitairement une correction de +20% sur le nombre de coups SPT. A contrario, aucune correction n'est appliquée pour un échantillonnage réalisé avec carottiers cylindriques sans réservations (diamètre intérieur constant de 35 mm), ou avec réservations mais équipés de gaines.

Dispositif-échantillonage-corrigé

Cas de l’option de calcul “NCEER/CT45-AFPS(2020)”

Lorsque cette option de calcul est privilégiée, la détermination des facteurs correcteurs , et est modifiée comme suit :

Facteur correcteurParamètreType0Expression de la correction
Contrainte de confinement1Automatique