Caractérisation améliorée des sols par l'essai de chargement de pointe au piézocone. Application au calcul des fondations profondes

Hassan Ali

Description

Sous la direction de Philippe Reiffsteck
Thèse soutenue le 07 octobre 2010: Clermont Ferrand 2
L’essai de chargement d’une pointe pénétrométrique (Cone Loading Test, essai CLT) est un nouvel essai de reconnaissance des sols in situ, qui constitue une amélioration majeure de l’essai de pénétration statique avec une pointe piézocône (CPTu). L’essai de chargement de pointe consiste à interrompre la pénétration classique (EN ISO 22476-1) à une cote souhaitée et à réaliser un chargement par paliers successifs de la pointe jusqu’à la rupture du sol.La courbe de chargement, reliant la pression appliquée sur la pointe au tassement de celle-ci,est riche en renseignements sur la déformabilité des sols. L’essai permet donc une caractérisation améliorée des sols en fournissant des paramètres de déformabilité aussi bien que les paramètres de résistance obtenus lors d’un essai de pénétration statique classique.La validation de la méthode d’essai et de son protocole expérimental, a été effectuée selon trois voies complémentaires : expérimentale, numérique et physique. Au niveau expérimental, plusieurs campagnes d’essais ont été réalisées en choisissant des sites intéressants pour le projet et contenants une importante base de données (essais in situ,au laboratoire, essais de pieux, essais sismiques…) comme le site des argiles des Flandres de Merville, un site sableux à Utrecht aux Pays-Bas, et un site sableux à Limelette en Belgique.Les résultats des différentes campagnes ont montré qu’il est possible d’avoir des courbes de chargement exploitables pour le calcul d’un module de déformation, utilisable et comparable en tout point aux modules obtenus par d’autres types d’essais. L’essai est adapté à un panel de sol très varié. Il est plus représentatif de l’état initial dans le sol que d’autres types d’essais.Par ailleurs les conditions aux limites sont bien maîtrisées.Au niveau numérique, une large étude paramétrique a été menée avec le logiciel Plaxis, pour tester l’influence de la géométrie de la pointe, du type de chargement, du modèle de comportement, des paramètres du sol, ainsi que des conditions initiales et au limite du problème. Des essais CLT ont été également réalisés sur des modèles réduits en centrifugeuse, pour tester l’influence de quelques paramètres comme la vitesse de chargement, la géométrie de l’embout de la pointe, la densité du massif ainsi que le niveau de g. Ces essais ont été associés à des essais de chargement de pieu instrumenté et des essais de fondations superficielles et profondes afin de pouvoir relier les paramètres mécaniques de l’essai CLT au comportement des ouvrages. En considérant que la pointe du pénétromètre est un modèle réduit de pieu, une retombée directe de l’essai CLT est sa capacité d’être un outil de dimensionnement de fondations. A cet effet, une méthode directe utilisant la résistance de pointe et le frottement latéral limite de l’essai CLT a été proposée pour calculer la capacité portante et prédire le tassement d’un pieu.Cette méthode consiste en une nouvelle approche transformant les courbes de chargement et celles de mobilisation de frottement d’un essai CLT point par point en courbe charge-déplacement d’un pieu (courbes t-z).
-Module de déformation
-Essai in situ
-Chargement de pointe
-Modélisation numérique et physique
-Pieu
The Cone Loading Test (CLT) is a new in situ test, which constitutes a major improvement to the piezocone penetration test (CPTu). The cone loading test consists in stopping the penetration (EN ISO 22476-1) at a desired depth, and carrying out a loading of the cone by successive load steps until the ground failure.The obtained loading curve, which relates the pressure applied on the cone in each step, to the cone settlement, is rich in information regarding soil deformability. Therefore, the test allows improved soil characterization by providing deformability parameters as well as the strength parameters obtained during a CPT test.The validation of the cone loading test method was conducted by three complementary approaches: experimental, numerical and physical.Several test campaigns were conducted on different sites such as the Merville site (Flanders clay), and two sandy sites in Utrecht (The Netherlands), and Limelette (Belgium). The results of these campaigns have shown that loading curves can be obtained for a modulus calculation, which is comparable to the other investigation tests moduli. The test is suitable for varied soil types. It is more representative of the initial soil state than other test types. Furthermore the boundary conditions are well controlled.In the numerical approach performed with Plaxis finite element modelling software, an important parametric study was done, in order to test the influence of cone geometry, loading type, behaviour model, soil parameters, initial conditions and boundary problem. CLT tests were also performed on reduced scale models in a geotechnical centrifuge. The objective was to test the influence of some parameters such as the loading rate, the cone geometry, the soil density and the level of g. These tests were associated with instrumented pile loading tests as well as shallow and deep foundation tests in order to link the mechanical parameters of the CLT test to the structures’ behaviour. By considering that the cone penetrometer is a reduced pile model, a very practical and interesting outcome is the potential of the cone loading test to be a foundations dimensioning tool. For this purpose, a direct method using the cone resistance and limit side friction of the CLT was proposed to calculate the bearing capacity, and predict the pile settlement. Thismethod is a new approach transforming the loading curves and those of friction mobilization of a CLT, point by point to a load-settlement curve of a pile (t-z curves).
-Deformation
-Soil tests
-Cone loading
-Numerical and physical modelling
-Pile
Source: http://www.theses.fr/2010CLF22059/document

Sujets

• Pieu
• Déformation

Informations

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• Nombre de lectures: 327
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 26 Mo

Extrait

N° d’ordre : D.U 2059
EDSPIC : 491

UNIVERSITE BLAISE PASCAL - CLERMONT II

ECOLE DOCTORALE
SCIENCES POUR L’INGENIEUR DE CLERMONT-FERRAND


THÈSE

Présentée par

HASSAN ALI
Ingénieur civil


pour obtenir le grade de

DOCTEUR D’UNIVERSITE

SPECIALITE : GENIE CIVIL


CARACTERISATION AMELIOREE DES SOLS PAR L’ESSAI
DE CHARGEMENT DE POINTE AU PIEZOCONE -
APPLICATION AU CALCUL
DES FONDATIONS PROFONDES


Soutenue publiquement le 07 octobre 2010 devant le jury composé de :

MM R. Frank Rapporteur
A. Van der Stoel Rapporteur
Ph. Reiffsteck Directeur de thèse
D. Boissier Examinateur
C. Bacconnet Examinateur
R. Gourvès Examinateur
H. Van de Graaf Examinateur
F. Baguelin Examinateur




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tel-00629642, version 1 - 6 Oct 2011Remerciements

Je suis intimement convaincu que ce sont les échanges et les contacts humains qui font de
nous ce que nous sommes. Ce travail est le fruit d’une succession de rencontres scientifiques
mais surtout humaines. A ce titre, j’aimerais remercier toutes les personnes qui, de près ou de
loin, ont contribué au bon déroulement de cette thèse.

J’ai eu la chance d’évoluer dans le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC-Paris):
une structure de recherche performante et conviviale. J’aimerais sur ce point remercier
vivement Monsieur Philippe Reiffsteck, directeur de recherche au LCPC. Je lui suis
reconnaissant pour sa participation dans ce travail en tant que directeur de thèse. Je remercie
également toutes les personnes de la division MSRGI (Mécanique des Sols, des Roches et de
Géologie de l'Ingénieur) pour leur accueil et leur soutien. Je pense surtout à Mathilde,
Cristina, Lamis, Jean-Louis, Emmanuel, Françoise et Fabien.

L’aboutissement de ce travail est le fruit de nombreuses rencontres et échanges scientifiques
qui ont fortement influencé ma vision des choses sur les sujets abordés dans cette dissertation.
Je pense, tout particulièrement, à Monsieur Roger Frank, professeur et directeur de recherche
de classe exceptionnelle à l’Ecole des Ponts, et Monsieur Almer Van der Stoel, professeur de
l’Université de Twente et de l’académie de défense aux Pays-Bas. Je les remercie pour
m’avoir fait l’honneur d’accepter d’évaluer ce travail en tant que rapporteurs de ce mémoire
de thèse.

Il me tient tout particulièrement à cœur de consacrer mes remerciements les plus chaleureux à
Monsieur Henk Van de Graaf, directeur technique de la société hollandaise Lankelma. Le
cheminement de ce travail a été guidé par ses conseils avisés qui m’ont permis un
épanouissement scientifique et technique propice au bon déroulement de cette thèse.
L’atmosphère stimulante dans laquelle j’ai baigné chez Lankelma a été assurée par son
directeur Ruud Verkooijen, ainsi que les personnes qui m’ont aidé et accompagné dans la
réalisation des campagnes d’essais, particulièrement Peter Goes et Raymond de Vroom. Sans
eux, ce travail n’aurait pas pu aboutir. Que toute l’équipe Lankelma trouve dans ce travail ma
reconnaissance pour tout ce qu’ils m’ont apporté tant d’un point de vue professionnel que
personnel.

J’ai pu bénéficier, tout au long de ce travail, de l’aide de Monsieur Claude Bacconnet, maître
de conférence à Polytech’Clermont-Ferrand, que je remercie sincèrement pour sa contribution
efficace et précieuse, pour sa présence et sa disponibilité, et surtout pour son agréable
personnalité qui m’a été toujours un support et un soutien inoubliable. Je profite de l’occasion
pour adresser mes remerciements à tous les membres du laboratoire LAMI, ainsi qu’à
Monsieur Daniel Boissier d’avoir accepté de présider mon jury de thèse.

J’aimerais remercier particulièrement Monsieur Roland Gourvès, président de la société Sol
Solution, pour ses encouragements et pour la confiance qu’il m’a témoignée tout au long de
ces trois années fructueuses. Ce n’est donc pas uniquement à un encadrant que je consacre ce
remerciement, mais plutôt à un homme et un patron qui a toujours défendu l’idée originale de
ce projet.

Bien que les domaines abordés dans ce travail de recherche soient variées et quelque peu
différents, j’ai eu la chance de pouvoir compter sur une rigueur scientifique que m’a apportée
Monsieur François Baguelin, Expert de la direction scientifique et technique de la société
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tel-00629642, version 1 - 6 Oct 2011Fondasol. Un chaleureux merci pour la conviviale émulation scientifique qui a découlé de
notre collaboration. Au même titre, j’aimerais mentionner et remercier toutes les personnes de
Fondasol, surtout, Monsieur Jean-Michel Gaboriaud en tant que président, Madame Catherine
Jacquard et Monsieur Moulay Zerhouni, membres de la direction scientifique et technique ;
Monsieur Seng Y Ung, directeur régional (Paris-Ile de Frace Ouest) et Monsieur Michel
Rispal, directeur du matériel. Je pense également à Arnaud Finiasz et Leila Ghozali que je
remercie infiniment pour leur aide précieuse.

J’ai retiré beaucoup d’enseignements dans les collaborations scientifiques qui ont agrémenté
ce travail. Je pense tout particulièrement aux membres des différentes équipes qui ont
fortement contribué au bon déroulement des campagnes expérimentales. Dans ce cadre, je
remercie les membres de l’équipe de la centrifugeuse du LCPC (centre de Nantes) ; j’ai
apprécié les contacts humains avec Luc Thorel, Gérard Rault, Philippe Audrain et Patrick
Gaudicheau, qui ont rendu possible la réalisation des essais sur les modèles réduits
centrifugés. Mes remerciements s’adressent également aux collègues du CSTC belge (Centre
Scientifique et Technique de la Construction), pour leur collaboration efficace dans la
réalisation de la campagne d’essais de chargement de pointe dans le site de Limelette en
Belgique, surtout Valérie Whenham, Noel Huybrechts, Rosario Bonsangue et Monika de Vos.

Je n’ai pas de mots assez forts pour exprimer ma reconnaissance envers le soutien inestimable
que m’a apporté ma famille dans la réalisation de ce travail. Que mon père, ma mère, mes
quatre sœurs et mon frère cadet, trouvent dans ce manuscrit, que je leur dédie, le fruit de leur
affection au quotidien. Ils sont les racines qui ont permis aux bourgeons d’éclore.

Enfin, rien n’aurait été possible sans l’amour, le soutien de tous les instants et la
compréhension de ma douce fiancée… Marwa, amoureusement, merci.




















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tel-00629642, version 1 - 6 Oct 2011Résumé

L’essai de chargement d’une pointe pénétrométrique (Cone Loading Test, essai CLT) est un
nouvel essai de reconnaissance des sols in situ, qui consitue une amélioration majeure de
l’essai de pénétration statique avec une pointe piézocône (CPTu). L’essai de chargement de
pointe consiste à interrompre la pénétration classique (EN ISO 22476-1) à une cote souhaitée
et à réaliser un chargement par paliers successifs de la pointe jusqu’à la rupture du sol.

La courbe de chargement, reliant la pression appliquée sur la pointe au tassement de celle-ci,
est riche en renseignements sur la déformabilité des sols. L’essai permet donc une
caractérisation améliorée des sols en fournissant des paramètres de déformabilité aussi bien
que les paramètres de résistance obtenus lors d’un essai de pénétration statique classique.

La validation de la méthode d’essai et de son protocole expérimental, a été effectuée selon
trois voies complémentaires : expérimentale, numérique et physique.

Au niveau expérimental, plusieurs campagnes d’essais ont été réalisées en choisissant des
sites intéressants pour le projet et contenants une importante base de données (essais in situ,
au laboratoire, essais de pieux, essais sismiques…) comme le site des argiles des Flandres de
Merville, un site sableux à Utrecht aux Pays-Bas, et un site sableux à Limelette en Belgique.
Les résultats des différentes campagnes ont montré qu’il est