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Maîtrisez l'Essai au Pénétromètre Dynamique Lourd

Un laboratoire virtuel haute fidélité pour les futurs ingénieurs géotechniciens.

Qu'est-ce que l'essai PDL ?

Interagissez : Rotation, Zoom, Pan

L'essai au Pénétromètre Dynamique Lourd (PDL) consiste à enfoncer dans le sol un train de tiges muni d'une pointe standard par battage continu, afin de mesurer la résistance dynamique du terrain et d'identifier la succession des couches.

Domaines d'application

Sols fins

L'essai est applicable aux sols fins Il permet de détecter les couches de faible consistance. dans les sols fins saturés l'eau interstitielle peut absorber l'énergie de battage, ce qui conduit à une surestimation importante de la résistance de pointe

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Sols grenus (pulvérulents)

La norme stipule impérativement que la dimension moyenne des éléments ne doit pas dépasser 60 mm, Il est particulièrement adapté aux sables de densité faible à moyenne

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Dépôts alluvionnaires

L'essai est très utile dans ces dépôts où l'éboulement des parois ou la présence de cailloux rendent les autres essais in situ (comme le CPT) plus délicats>

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Remblais

Le pénétromètre est un outil standard pour le contrôle du compactage des remblais, des tranchées ou des digues

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Sols hétérogènes

Ils sont à éviter ou demandent une grande prudence car les cailloux créent des "points durs"

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COMPRENDRE L'ESSAI

Caractéristique Type A (PDA - NF P 94-114) Type B (PDB - NF P 94-115)
Frottement latéral Éliminé par injection de boue de forage ou tubage. Non éliminé mais estimé par rotation des tiges.
Profondeur max Jusqu'à 30 m. Limitée à 15 m (souvent moins à cause du frottement).
Masse du mouton Variable : 32, 63.5, 96 ou 128 kg. Standard : 64 kg.
Usage principal Calcul de portance. Caractériser les couches de sol.

Limites de l'essai PDL

1. Sols inadaptés

(Cliquez pour développer)

  • Sols fins saturés (argiles sous nappe) : Le battage provoque une surpression de l’eau interstitielle, ce qui absorbe une partie de l’énergie transmise.
    Résultat : résistance mesurée surestimée, pouvant conduire à des erreurs de dimensionnement.
  • Sols très hétérogènes : La présence de blocs ou de gros éléments peut entraîner des refus ponctuels (points durs isolés).
    Conséquence : fausse interprétation de la stratigraphie.

2. Limites techniques de l’essai

(Cliquez pour développer)

  • Limite de validité de la formule des Hollandais PDA : l'essai s'arrête si l'enfoncement sous 30 coups de mouton est inférieur ou égal à 10 cm (soit environ 3,3 mm par coup) avec la masse la plus lourde de 128 kg
  • Influence du frottement latéral PDB : Au-delà d’environ 15 m de profondeur, le frottement sur les tiges devient important. Difficile de distinguer la résistance de pointe de celle due aux frottements latéraux.
  • Limitation de profondeur : PDA : jusqu’à environ 30 m / PDB : limité à environ 15 m, souvent moins en pratique.

3. Limites d’interprétation et d’utilisation

(Cliquez pour développer)

  • Caractère aveugle de l’essai : Le PDL ne permet aucun prélèvement de sol. Seule une résistance mécanique est mesurée, la nature réelle du terrain n’est pas observée.
  • Biais lié à l’énergie de battage : Le refus dépend de la puissance de l’appareil (masse du mouton). Un sol peut apparaître dur avec un appareil léger mais pénétrable avec un appareil plus puissant.
  • Dimensions de la pointe : L'aire de la section droite de la pointe est de 30 cm² pour le PDA (diamètre 62 mm) et la pointe du PDB a un diamètre de 51 mm

4. Critères d'arrêt définitifs

(Cliquez pour développer)

  1. Profondeur cible atteinte : L’objectif fixé par l’étude géotechnique est rempli.
  2. Enfoncement négligeable :
      PDA : si l'enfoncement est inférieur ou égal à 10 cm pour 30 coups de mouton, spécifiquement avec la masse de 128 kg
      PDB : si l'enfoncement est inférieur ou égal à 20 cm pour 100 coups, ou s'il est inférieur à 10 cm pour 50 coups
  3. Refus net : Le mouton rebondit de plus de 5 cm après l’impact.
  4. Frottements excessifs : le sondage s'arrête si la mesure du couple effectuée à la clef dynamométrique dépasse 200 N.m

Prêt à passer à la pratique ?

Maintenant que vous comprenez les principes de base, découvrez la procédure technique rigoureuse.

Matériel PDL : Type A et Type B

Type A (PDA - NF P94-114)

Prof. max 30 m | Frottement éliminé (boue) | Sols durs/granulaires | Énergie variable (32-128 kg)

Mouton

32, 63.5, 96 ou 128 kg (acier). Soulever via chèvre, chute libre 75 cm.

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Pointe débordante

Cône 90° / ~10-30 cm². Récupérable ou perdue ; nettoie argile.

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Train de tiges

Ø36 mm / 1 m acier, vissage serré (200 Nm).

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Enclume

Transmet choc ; vérifie usure.

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Chèvre (Trépied)

4-5 m haut ; assure verticalité.

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Dispositif de guidage

Niveau bulle ±1° ; critique pour précision.

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Système d'injection

Pompe boue forage (2 bars) : ÉLIMINE frottement latéral (spécifique A).

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Clé dynamométrique

Mesure couple rotation (<200 Nm).

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Matériel marquage

Craie / ruban tous 10 cm.

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Extracteur tiges

Hydraulique (profondeur 30 m).

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Type B (PDB - NF P94-115)

Prof. max 15 m | Frottement estimé (rotation) | Sols tendres/cohésifs | Mouton fixe 63.5 kg

Mouton

63.5 kg standard (béton/acier). Chute 75 cm régulière.

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Pointe débordante

Cône 90° / 20 cm². Perdue souvent ; apex 90°.

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Train de tiges

Ø36 mm / 1 m acier, vissage + rotation anti-frottement.

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Enclume

Transmet énergie ; graisse anti-choc.

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Chèvre (Trépied)

4 m haut ; stable sur sol meuble.

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Dispositif de guidage

Bulle niveau ; verticalité essentielle.

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Système injection

ABSENT (frottement géré par rotation).

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Clé dynamométrique

Couple rotation pour ESTIMER frottement (>200 Nm = stop).

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Matériel marquage

Ruban tous 20 cm.

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Extracteur tiges

Manuel / hydraulique (15 m max).

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Mode Opératoire de l'Essai

Étapes de réalisation

1. Contrôles et vérifications préalables

Avant le démarrage de l’essai, effectuer les vérifications suivantes :

  • Contrôles périodiques : vérifier la conformité des masses, la hauteur de chute (0,75 m), la cadence de battage (15 à 30 coups/min) ainsi que la rectitude des tiges.
  • Sur site (avant l’essai) :
    • Localiser précisément le point d’essai sur le plan.
    • Vérifier l’état de la pointe et le bon fonctionnement du système de comptage.
    • Pour le PDA : contrôler le système d’injection de boue.
    • Pour le PDB : vérifier l’état de la clé dynamométrique.
    • Réaliser un avant-trou si nécessaire (obligatoire si la distance entre la base du pénétromètre et le sol dépasse 3 m).

2. Réalisation de l’essai (phase de battage)

L’essai consiste à enfoncer les tiges par battage continu :

  • Verticalité : l’axe des tiges doit rester aligné avec l’effort de battage (inclinaison maximale de 2 %).
  • Cadence : maintenir une vitesse de 15 à 30 coups par minute.
  • Cas du PDA (type A) :
    • Injection d’une boue de forage sous pression dans l’espace annulaire afin de réduire les frottements latéraux.
    • La masse du mouton (32, 64, 96 ou 128 kg) doit être ajustée pour obtenir entre 2 et 30 coups pour 10 cm d’enfoncement.
  • Cas du PDB (type B) :
    • À chaque ajout de tige (et au minimum tous les mètres), effectuer une rotation des tiges à l’aide d’une clé dynamométrique afin de mesurer le couple et détecter d’éventuels frottements parasites.

3. Mesures et enregistrements

Durant l’essai, enregistrer systématiquement :

  • Le nombre de coups :
    • Nd10 pour un enfoncement de 10 cm (PDA)
    • Nd20 pour un enfoncement de 20 cm (PDB)
  • La longueur totale des tiges enfoncées
  • Les incidents éventuels : arrêt supérieur à 5 minutes, perte de boue, rupture, etc.

4. Fin de l’essai et contrôles après exécution

  • L’essai prend fin lorsque l’un des critères suivants est atteint : profondeur cible, refus, rebond excessif ou couple élevé (cas PDB).
  • Après extraction : contrôler de nouveau la rectitude des tiges.
  • Procès-verbal : établir un rapport final incluant toutes les données de l’essai, notamment la résistance dynamique (qd) en fonction de la profondeur pour le type A.

Mécanique de l'essai

PDA (Type A)

Image PDA

Survolez la zone précise pour explorer

PDB (Type B)

Image PDB

Survolez la zone précise pour explorer

Classification de la consistance des sols en fonction du nombre de coups

État du sol PDA (M = 32 kg) PDB (M = 64 kg)
Très mou / très lâche N < 7 N < 5
Mou / lâche 7 ≤ N < 12 5 ≤ N < 10
Moyen / peu compact 12 ≤ N < 25 10 ≤ N < 20
Compact / ferme 25 ≤ N < 40 20 ≤ N < 30
Très compact / dur 40 ≤ N < 50 30 ≤ N < 40
Très dur / quasi-roche N ≥ 50 N ≥ 40

La théorie est acquise ?

Il est temps de mettre vos connaissances à l'épreuve dans notre simulateur interactif.

Étape 1 : Paramétrage de la Mission

Avant de descendre sur le terrain, configurez les paramètres techniques de votre essai. Un bon paramétrage est le garant d'une acquisition de données de qualité.

Dossier de Configuration Technique

1. Appareillage
2. Caractéristiques de la Pointe
3. Environnement de Sondage
4. Objectif & Affichage
ISO 22476-2
Conseil : Pour un sondage profond (>15m), préférez le Type A avec injection de boue pour minimiser l'influence du frottement latéral sur les tiges.

Calculs & Résultats

Formule des Hollandais

qd = (M² · g · H) / [A · e · (M + M')]
M : Masse du mouton (kg)
g : Gravité (9.81 m/s²)
H : Hauteur de chute (m)
A : Section de la pointe (m²)
e : Enfoncement par coup (m/coup) (calculé par e = intervalle / N coups)
M' : Masse frappée (Enclume + Tiges + Pointe) (kg)

Exemples de calcul détaillés

1. Exemple PDA (Type A)

M = 63.5 kg, H = 0.75 m, Section A = 0.003 m² (30 cm²), M' = 10.7 (Enclume) + 0.63 (Pointe) + masse tiges.

  • À la profondeur Z = 5.0 m (5 tiges, dont 5 × 6kg = 30kg)
  • M' = 10.7 + 30 + 0.63 = 41.33 kg
  • Si on mesure N10 = 8 coups pour 10 cm, e = 0.1 / 8 = 0.0125 m/coup
  • Rd = (63.5 × 9.81 × 0.75) / (0.003 × 0.0125) × (63.5 / (63.5 + 41.33))
Rd = 12 461 460 / 1.0483 = 7 579 733 Pa = 7.58 MPa (ou ~75.8 Bars)

2. Exemple PDB (Type B)

M = 63.5 kg, H = 0.75 m, Section A = 0.002 m² (20 cm²), M' similaire.

  • À la profondeur Z = 5.0 m, M' = 41.33 kg
  • Si on mesure N20 = 16 coups pour 20 cm, e = 0.2 / 16 = 0.0125 m/coup
  • Rd = (63.5 × 9.81 × 0.75) / (0.002 × 0.0125) × (63.5 / (63.5 + 41.33))
Rd = 18 692 190 / 1.0483 = 11 369 599 Pa = 11.37 MPa (ou ~113.7 Bars)

Registre de Sondage Automatique

Profondeur Z (m) Nb de coups N Nb de tiges Enfoncement e (mm/c) M+M' (kg) M' (kg) Résistance Rd (MPa)

Le tableau se remplira automatiquement en temps réel.

Pénétrogramme

Profil Stratigraphique

Profondeur vs Résistance Dynamique

Normes et Références

Normes Françaises (AFNOR)

  • NF P 94-114 : Sols : Reconnaissance et essais - Essai de pénétration dynamique type A.
  • NF P 94-115 : Sols : Reconnaissance et essais - Essai de pénétration dynamique type B.

Normes Internationales

  • NF EN ISO 22476-2 : Reconnaissance et essais géotechniques - Essais en place - Essai de pénétration dynamique.

Rapport de Travaux Pratiques

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Contenu Académique

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