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LA VIE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE CHAPITRE PAGE

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LA VIE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE / CHAPITRE 2 - PAGE 65 Comportement des sols gonflants et dimensionnement des ouvrages géotechniques Pour les seules constructions de surface, les dégâts provoqués par le gonflement des sols se soldent par de fortes dépenses pour les collectivités. Une opération de recherche visant à compléter les connaissances expérimentales sur le comportement des matériaux gonflants rencontrés dans les travaux de génie civil et à mieux tenir compte de ce comportement dans les méthodes de calcul a été menée de 1998 à 2002. Elle a associé le LCPC et les CETE, les LRPC d'Aix-en- Provence, de Rouen, de Toulouse, le Laboratoire de l'Est Parisien (LREP) et le Centre d'Expérimentation Routière (CER) de Rouen, ainsi que l'université de Lille, l'EUDIL, Scétauroute et le Laboratoire Public d'Essais et d'Études du Maroc (LPEE). Les nombreuses expérimentations menées sur divers sols naturels ou compactés (LRPC d'Aix-en-Provence, Toulouse, Eudil) ont révélé l'intérêt de réaliser des essais oedométriques pour caractériser le potentiel et la cinétique de gonflement des sols pour des niveaux de chargement équivalents au chargement des ouvrages (ouvrages superficiels ou tunnels). Elles ont montré aussi l'évolution du comportement du sol pendant le gonflement, avec des pertes de rigidité et de résistance pouvant être très importantes et la naissance de fortes réactions latérales pendant le gonflement oedométrique, ce qui souligne le caractère tridimensionnel du phénomène et l'influence des conditions d'essai et des modalités de chargement.

  • comportement dans les méthodes de calcul

  • développement des outils de modélisation numérique

  • nguyen modélisation numérique des soutènements d'excavation

  • calcul d'ouvrages

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  • comportement mécanique des remblais

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  • connaissances expérimentales sur le comportement des matériaux gonflants


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Langue Français

PROGRAMME
LA VIE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE / CHAPITRE 2 - PAGE 65
Conception et exécution Jdes ouvrages géotechniques
et souterrains
CE PROGRAMME SECTORIEL VIENT COMPLÉTER LES PROGRAMMES DIRECTEMENT DÉCLINÉS À PARTIR DES
ORIENTATIONS PRIORITAIRES DU LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSÉES. ORIENTÉ VERS LE
DÉVELOPPEMENT D’OUTILS COMMUNS AUX RECHERCHES DU DOMAINE GÉOTECHNIQUE ET VERS DES ÉTUDES
FINALISÉES RELATIVES À CERTAINS PROBLÈMES DE “CONCEPTION ET D’EXÉCUTION”, IL SE DÉVELOPPE SELON
CINQ AXES :
L’ANALYSE DU COMPORTEMENT MÉCANIQUE DES SOLS ET DES ROCHES, AVEC DES RECHERCHES
SUR LE PRÉLÈVEMENT DES SOLS, LA MESURE EN PLACE DES PROPRIÉTÉS DES SOLS, LES MATÉRIELS
ET PROCÉDURES D’ESSAI SUR LES SOLS ET DES ROCHES EN LABORATOIRE ET LES LOIS DE COMPORTEMENT
DES SOLS ET DES ROCHES ;
LE DÉVELOPPEMENT DES OUTILS DE MODÉLISATION NUMÉRIQUE OU PHYSIQUE (EN CENTRIFUGEUSE)
DES SOLS ET DES OUVRAGES ;
L’ANALYSE THÉORIQUE ET EXPÉRIMENTALE DES INTERACTIONS ENTRE LES SOLS ET LES STRUCTURES
OU LEURS FONDATIONS ;
DES RECHERCHES SUR LES TERRASSEMENTS ET LE COMPORTEMENT MÉCANIQUE DES REMBLAIS ;
L’ÉTUDE DES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES, GÉOMÉTRIQUES ET MÉCANIQUES DES GRANULATS ET DE LEURS
SPÉCIFICITÉS D’EMPLOI.
Les nombreuses expérimentations menées sur divers
Comportement des sols gonflants
sols naturels ou compactés (LRPC d’Aix-en-Provence,
et dimensionnement des ouvrages Toulouse, Eudil) ont révélé l’intérêt de réaliser des essais
géotechniques oedométriques pour caractériser le potentiel et la cinétique
Pour les seules constructions de surface, les dégâts de gonflement des sols pour des niveaux de chargement
provoqués par le gonflement des sols se soldent par de équivalents au chargement des ouvrages (ouvrages
fortes dépenses pour les collectivités. Une opération de superficiels ou tunnels). Elles ont montré aussi l’évolution
recherche visant à compléter les connaissances du comportement du sol pendant le gonflement, avec des
expérimentales sur le comportement des matériaux pertes de rigidité et de résistance pouvant être très
gonflants rencontrés dans les travaux de génie civil et à importantes et la naissance de fortes réactions latérales
mieux tenir compte de ce comportement dans les pendant le gonflement oedométrique, ce qui souligne le
méthodes de calcul a été menée de 1998 à 2002. Elle caractère tridimensionnel du phénomène et l’influence des
a associé le LCPC et les CETE, les LRPC d’Aix-en- conditions d’essai et des modalités de chargement. Par
Provence, de Rouen, de Toulouse, le Laboratoire de l’Est ailleurs, un remblai instrumenté a été construit en semi-
Parisien (LREP) et le Centre d’Expérimentation Routière grandeur au CER de Rouen, en vue d’observer la
(CER) de Rouen, ainsi que l’université de Lille, l’EUDIL, propagation d’un front d’imbibition dans un massif
Scétauroute et le Laboratoire Public d’Essais et d’Études compacté.Cette expérimentation de longue durée a
du Maroc (LPEE). permis de recueillir en continu des mesures de déformation
et d’état du sol pendant les phases d’imbibition et deséchage du massif compacté. L’ensemble de ces résultats pour le calcul d’ouvrages proviennent de l’identification
a permis d’affiner les procédures d’essais en laboratoire in situ des valeurs des paramètres des sols et, notamment,
et sera très utile pour l’élaboration des modèles, leur de la caractérisation de l’état initial d’un massif de sol non
validation et leur application au dimensionnement des saturé.
ouvrages en terrains gonflants.
Parmi les autres productions, l’opération compte un bilan
Deux approches théoriques ont été développées pour des observations et des réflexions recueillies par le LRPC
modéliser le gonflement : d’une part, un modèle de Toulouse pendant plus de vingt années d’études du
élastoplastique et élastique non linéaire représentant comportement des remblais édifiés avec des sols argileux
seulement l’effet mécanique du gonflement a été mis au ou marneux, sensibles à l’eau. Les enquêtes menées ont
point, introduit dans CESAR-LCPC et validé dans le cas aussi montré le fort caractère régional des problèmes de
d’ouvrages souterrains (tunnel de Chamoise) et, d’autre gonflement, tant du point de vue des terrains concernés
part, une approche en mécanique des sols non saturés que des pratiques pour lutter contre ses effets.
a été élaborée pour simuler le gonflement et les interactions
hydro-mécaniques. Les principales difficultés rencontrées Contact philippe.mestat@lcpc.fr
Sondeuse du LREP.
Trixial in situ.LA VIE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE / CHAPITRE 2 - PAGE 67
Caractérisation de la déformabilité
des sols au moyen d’essais en place
Les interrogations des professionnels sur le comportement
des ouvrages à de faibles taux de déformation ont conduit
le LCPC à mener de 1999 à 2002, avec le réseau des
LPC et des partenaires externes (Fugro, BRGM, LERMES
CUST, etc.), des travaux de recherche dont l’objectif était
de “définir des méthodes fiables pour la détermination des
paramètres de calcul des déformations des sols et des
ouvrages géotechniques”. Il s’agissait de déduire ces
paramètres d’essais en place (réalisés au moyen des
appareils classiques-pressiomètre, pressiomètre autoforeur,
pénétromètre statique, piézocône- ou à développer) et
des autres méthodes disponibles pour caractériser les
terrains : mesures des paramètres lors de l’exécution des
sondages, diagraphies réalisées dans les trous de forage, Fig. 1 : Le VDG 40.
investigations géophysiques.
Détermination du coefficient
Deux sites expérimentaux (argile des Flandres à Merville
d’aplatissement des granulats
et sable de Loire à Orléans) ont été retenus pour mettre
par méthode optique
en œuvre différentes techniques expérimentales de
caractérisation en place de la déformabilité des sols. Ces Les matériaux de construction sont constitués de
sites restent disponibles pour y réaliser des essais croisés granulats, représentant plus de 90 % de leur volume
complémentaires en bénéficiant d’une reconnaissance global, liés entre eux par différentes substances (ciments,
des sols très complète. Le site de Merville a été choisi pour liants hydrocarbonés, etc.). Pour les spécialistes de la
réaliser un important plot de comparaison entre battage formulation des bétons, la forme des particules d’un
et vibrofonçage dans le cadre d’un projet national de l’IREX. granulat est considérée comme l’un des paramètres clés
des mélanges, car elle a une incidence directe sur la
Un résultat majeur de l’opération a été le développement compacité maximale pouvant être atteinte, donc sur le
d’un prototype d’appareil triaxial en place. Cet appareil, dosage en liant et les performances mécaniques du
breveté en 1999, a été étudié par le LCPC en 2001 puis matériau.
fabriqué en 2002 par le CECP de Rouen. Il est aujourd’hui
entièrement construit et équipé. Les phases d’essai et de Généralement, la forme des particules d’un granulat est
validation sur site, entamées en 2003, se poursuivront en caractérisée globalement, soit en mesurant la proportion
2004. de passants à travers des calibres (tamis/grilles), soit en
mesurant le rapport entre les dimensions des particules,
Une autre action de développement concerne la mise à puis en comparant les résultats à un seuil d’allongement
niveau du pressiomètre autoforeur en bénéficiant des ou d’aplatissement. Ces mesures font l’objet de normes
réflexions et solutions techniques développées pour le qui diffèrent suivant le pays, mais toutes sont longues et
triaxial en place. La conception par le CECP de Rouen s’est imprécises.
achevée fin 2002. Pour améliorer la vitesse et la précision de la mesure de
la forme des granulats, un modèle basé sur une approche
Les travaux réalisés dans l’opération ont été présentés à optique bidimensionnelle a été développé dans le cadre
la communauté scientifique et professionnelle lors du d’une thèse en convention CIFRE avec le Laboratoire
symposium international Identification et détermination des Central de Recherche du Groupe Lafarge. Ce modèle
paramètres des sols et des roches pour les calculs s’applique aux résultats de mesure du vidéogranulomètre
géotechniques PARAM 2002, organisé par le LCPC et VDG 40 (fig. 1), appareil optoélectronique développé
l’ENPC. conjointement par le LCPC et le CECP de Rouen.
Contact philippe.reiffsteck@lcpc.frFig. 2 : Comparaison entre les valeurs d’applatissement mesurées (Atamis) et calculées par le modèle (Avdg).
Fig. 3 : Comparaison des résidus du modèle (Atamis - Avdg) aux valeurs de fidèlité de l’essai normalisé.LA VIE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE / CHAPITRE 2 - PAGE 69
Il permet de calculer le coefficient d’aplatissement d’un
THÈSES DU PROGRAMME Jgranulat défini dans la norme européenne EN 933-3.
Les paramètres du modèle ont été déterminés à partir
Masoud Haji Alilue Bonabd’une importante base de données expérimentales,
comprenant la caractérisation manuelle de la forme des Modélisation physique et numérique d’un pieu isolé
particules de 122 échantillons de granulats, chacun dans du sable soumis à un impact latéral en tête.
contenant environ 500 particules. Ce modèle semi- Univ. Caen, soutenue le 18 juin 2003.
empirique, qui donne des résultats satisfaisants (fig. 2 et 3),
Roger Estephana été validé par une application sur des échantillons
prélevés dans d’autres carrières. Contribution aux méthodes de calcul des réseaux
de micropieux.
Cette recherche vient donc renforcer les capacités du ENPC, soutenue le 25 juin 2003.
VDG 40, outil général de caractérisation des granulats.
Christine BetencourtÀ terme, les appareils optoélectroniques pourront
remplacer avantageusement toute une série d’essais Analyse, modélisation et surveillance de
longs à mettre en oeuvre, pénibles et peu précis, pour rescindement des tunnels (ferroviaires).
la détermination de la granularité, de l’aplatissement et ENPC, soutenue le 4 mai 2003.
de l’angularité des granulats (gravillons et sables).
Marie-Noëlle Bouquety
Contact yannick.descantes@lcpc.fr Caractérisation morphologique des granulats par
méthode optique. Lien avec la formulation des
mélanges.
EC Nantes, soutenue le 23 mai 2003.
Tarek Kormi
Modélisation numérique du gonflement des argiles
non saturées.
ENPC, soutenue le 19 décembre 2003.
Sabrina Perlo-Mevellec
étude des groupes et réseaux de micropieux.
ENPC, soutenue le 8 mars 2003.
Phuong Duy Nguyen
Modélisation numérique des soutènements
d’excavation.
ENPC, soutenue le 23 décembre 2003.