L’essai de charge sur plaque, aussi appelé essai de charge statique ou essaie à la plaque, est, en construction, un essai permettant de connaître le niveau de résistance à la compression et la charge portante des sols et des matériaux.
Cette méthode évalue si les terrains sont aptes à la construction, conformément aux critères établis par les normes en vigueur en France (NF P 94-117-1), en Allemagne (DIN 1054) et en Suisse (SN 670 317b1). Elle est essentielle pour assurer la solidité des fondations et des chaussées, ainsi que pour vérifier le tassement adéquat des couches de base des constructions.
Conformément à la norme allemande DIN 18134, ce processus inclut un test de résistance par pression sur une plaque, détaillé en allemand par « Baugrund; Versuche und Versuchsgeräte – Plattendruckversuch ». Pour effectuer ce test, un dispositif spécifique est utilisé directement sur le site.
Le test se fait avec une plaque ronde normalisée qui subit des cycles de chargement et de déchargement sous une pression définie et à intervalles réguliers. Des véhicules lourds tels que des camions ou des pelleteuses sont souvent employés pour fournir le contrepoids nécessaire, influençant ainsi la charge maximale qui peut être testée.
Description
L’essai de charge sur plaque implique des mesures précises de la pression exercée et du degré d’enfoncement de la plaque. Après avoir relâché la pression, on observe et enregistre la manière dont le matériau reprend sa forme.
On trace un graphique pour illustrer la relation entre la pression imposée et le tassement du sol, créant ainsi une courbe de tassement. À partir de cette courbe, on calcule le module de déformation Ev, exprimé en MN/m².
Il est important de noter non seulement la pression nécessaire pour induire une certaine déformation, mais aussi la séquence des pressions appliquées, car cela influe sur l’évaluation de la résistance du sol.
En pratique, on utilise couramment une plaque de 30 cm de diamètre pour tester la compaction, en particulier dans les projets routiers. La pression est augmentée progressivement jusqu’à un maximum défini, puis relâchée, enregistrant le tassement à chaque étape.
Avant l’essai, il faut retirer toute couche superficielle altérée et assurer un contact complet entre la plaque et la surface testée, parfois en ajoutant une fine couche de sable ou de gypse.
Pour les tests avec une plaque de 30 cm, on élimine les particules plus grosses qu’un quart du diamètre de la plaque. On commence avec une précharge minimale, puis on augmente la pression par étapes jusqu’au maximum, avant de la réduire en trois phases.
La norme DIN 18134 dicte aussi les durées de chargement et de déchargement. Un second cycle de chargement suit le premier, mais s’arrête juste avant la dernière étape. Les modules de déformation obtenus sont différenciés selon qu’ils proviennent du premier ou du second cycle.
Pour calculer le module d’élasticité, on utilise une approximation polynomiale basée sur la méthode des moindres carrés, comme décrite dans la norme DIN 18134. Avant le calcul, on ajuste les mesures de tassement en fonction du rapport de levier de l’instrument de mesure.
Cet essai aide à classifier les sous-sols en catégories de résistance et est utilisé en Allemagne pour des normes spécifiques dans la construction routière, notamment pour évaluer indirectement la compaction.
Développement de l’essai de charge sur plaque
L’essai de charge sur plaque a été développé comme une méthode pour évaluer la capacité portante et la déformation des sols sous charge. Son origine remonte au début du 20e siècle, bien que les principes de base de la mécanique des sols et des fondations soient encore plus anciens.
Les premières formes de cet essai ont été conçues pour répondre aux besoins croissants de la construction moderne, notamment pour les routes, les pistes d’aviation et les fondations superficielles de bâtiments. Ces essais étaient alors rudimentaires, souvent réalisés avec des équipements simples et une interprétation basique des résultats.
Avec le développement de la mécanique des sols dans les années 1920 et 1930, des méthodes plus systématiques et standardisées ont été développées. L’essai de charge sur plaque a été formalisé avec des normes précises, notamment en ce qui concerne les dimensions de la plaque, la méthode d’application de la charge, et l’interprétation des résultats.
Au fil du temps, différentes normes nationales et internationales ont été établies, telles que DIN en Allemagne, ASTM aux États-Unis, et ISO au niveau international. Ces normes ont contribué à uniformiser les méthodes d’essai et à garantir la fiabilité et la comparabilité des résultats.
L’avènement des technologies numériques et de l’automatisation a permis des mesures plus précises et une meilleure analyse des données. Aujourd’hui, l’essai de charge sur plaque utilise souvent des capteurs électroniques et des logiciels d’analyse pour obtenir des résultats plus détaillés et fiables.
Comparaison avec d’autres tests de sol
L’essai de charge sur plaque est l’une des nombreuses méthodes utilisées pour évaluer les propriétés des sols. Voici une comparaison avec d’autres tests courants :
Essai au pénétromètre
Contrairement à l’essai de charge sur plaque qui mesure la déformation sous une charge appliquée, l’essai au pénétromètre évalue la résistance du sol à la pénétration d’un cône. Il est plus rapide et moins coûteux, mais fournit des informations moins complètes sur la déformation du sol.
Essai de cisaillement
L’essai de cisaillement mesure la résistance du sol au glissement le long d’un plan interne. Il est crucial pour évaluer la stabilité des pentes et des fondations. Contrairement à l’essai de charge sur plaque, qui fournit des données sur la capacité portante et la compressibilité, l’essai de cisaillement se concentre sur la résistance au cisaillement du sol.
Essai de compression uniaxiale
Cet essai mesure la résistance du sol à la compression. Il est utilisé principalement en laboratoire et est idéal pour les sols cohésifs. L’essai de charge sur plaque, en revanche, est plus adapté pour des conditions de terrain réelles et pour des sols granulaires.
Essai de percolation
Utilisé principalement pour évaluer la perméabilité du sol, l’essai de percolation est distinct de l’essai de charge sur plaque qui se concentre sur la capacité portante. Il est crucial pour les systèmes de drainage et les installations septiques.