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HAL Id: tel-00005992 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00005992 Submitted on 30 Apr 2004 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Étude du comportement différé des sols et ouvrages géotechniques Mohammad Alhusein To cite this version: Mohammad Alhusein. Étude du comportement différé des sols et ouvrages géotechniques. Sciences de l’ingénieur [physics]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2001. Français. tel-00005992 THESE présentée par Mohammad AL HUSEIN Ingénieur diplômé de l’Université d’Alep-Syrie Pour obtenir le titre de DOCTEUR de L’UNIVERSITE JOSEPH FOURIER – GRENOBLE I (Arrêtés ministériels du 5 juillet 1984 et du 30 mars 1992) Spécialité : Mécanique Étude du comportement différé des sols et ouvrages géotechniques Date de soutenance : 23 Octobre 2001 Composition du jury Président M. BOULON Professeur UJF – Grenoble I Rapporteurs P. YVES HICHER Professeur A L 'Ecole Centrale de Nantes R. KASTNER Professeur U.R.G.C. - Géotechnique- I.N.S.A. Lyon Examinateurs E. FLAVIGNY Maître de Conférence UJF - Grenoble I Thèse préparée au sein du Laboratoire Sols, Solides, Structures UMR 5521 : U.J.F. – I.N.P.G. – C.N.R.S., INTRODUCTION INTRODUCTION 1 GÉNÉRALITÉS La Mécanique des Sols et des Roches s’intéresse à l’étude des sols compressibles. Car, les dépôts d'argiles molles recouvrent une grande partie de la terre. C'est donc tout naturellement qu'un effort de recherche important et continu a été déployé dans le monde pour résoudre les problèmes posés par la construction d'ouvrages sur ces sols. En France, les recherches ont été liées au développement du réseau autoroutier, à partir des années 1960. Les laboratoires des Ponts et Chaussées ont été les principaux artisans de ces recherches, qui, dans un premier temps, ont porté sur la mise au point d'appareils d'auscultations des sols et des ouvrages, ainsi que sur le développement de méthodes de calcul de la stabilité et des déformations des sols sous les remblais, en utilisant principalement des observations sur ouvrages réels et des remblais expérimentaux réalisés dans le cadre de chantiers routiers. Ces premières recherches ont abouti à la publication, en 1971, d'un recueil de recommandations pour l'étude des remblais sur sols compressibles. Ce premier document a été actualisé en 1977 puis 1984, dans le cadre des activités de formation continue de l'Ecole Nationale des Ponts et Chaussées. A partir de 1970, il est apparu nécessaire d'intensifier les recherches en développant des expérimentations en site propre. Des approches semblables ont alors été développés au niveau international par le groupe de géotechnique de l’université Laval au Québec, par le Swedish Geotechnical Institute, etc.… Les observations réalisées dans des conditions parfaitement contrôlées sur les sites de Cubzac-les-Ponts en France et de Saint-Alban au Québec ont rapidement conduit à des progrès importants dans la connaissance du comportement des sols et des fondations sur sols compressibles. A partir de 1975, dans le cadre d'une coopération technique franco- québécoise entre le Laboratoire central des Ponts et Chaussées et l'université Laval, un programme de recherches coordonnées a permis l'analyse systématique de l'ensemble des aspects du problème: - étude expérimentale du comportement rhéologique des argiles molles, - analyse détaillée des observations effectuées sur les sites expérimentaux de Cubzac- les-Ponts et Saint-Alban, - compilation de nombreuses observation sur des ouvrages réels, - mise au point de méthodes d'analyse numérique. Toutes ces activités ont conduit, vers 1980, à la mise en forme d'une nouvelle méthodologie pour la conception des remblais sur argiles molles. 2 OBJET DE CETTE THÈSE La recherche exposée dans cette thèse a pour objet l’étude du comportement différé des sols mous en confrontant les résultats obtenus par modélisation numérique aux expérimentations et observations sur site. Dans ce but nous avons notamment employé un modèle élasto-viscoplastique sur différents types d’ouvrages et différents sols fins. i INTRODUCTION Notre but est donc de valider ce modèle mathématique en montrant qu’il permet de prédire avec une fiabilité acceptable le comportement des sols fins, et en particulier des sols argileux fluants. Il faut donc partir d’une base expérimentale assez vaste. Cela suppose une connaissance préalable de la structure fine des matériaux étudiés (composition minéralogique, microstructure,…) qui aide à interpréter les résultats d’essais de simulation. L’étape suivante est la détermination des paramètres du modèle retenu à partir des données expérimentales. Enfin, il reste à valider ce modèle en confrontant ses prédictions avec des résultats d’essais n’ayant pas servi à calculer ses paramètres. Cette méthodologie conduit naturellement au plan de notre recherche dont un résumé est donné ci-après. 3 RÉSUMÉ DE LA RECHERCHE Le chapitre I sera consacré à l’exposé des principales recherches menés sur l’interprétation du fluage (consolidation secondaire), dans le but d’estimer les déformations différées d’ouvrages. Nous donnerons un aperçu historique de ce phénomène et nous exposerons les méthodes proposées pour l’utilisation des résultats du fluage pour la construction en géotechnique. On exposera tout d’abord une étude théorique et expérimentale du fluage unidimensionnel, où l’on distingue différents comportement rhéologiques sous des niveaux de contrainte du cisaillement variables (faibles, moyens, et forts). Ensuite, une étude détaillée de l’essai oedométrique et de la consolidation secondaire sera abordée ; cette étude montre l’influence de différents paramètres sur la compression secondaire. Puis, on présentera les résultats d’une étude expérimentale à l’oedomètre menée par Fodil et al, 1997, cette étude concerne le site du Flumet qui sera étudié en détail dans le chapitre VI. Par la suite, on s’intéressera à l’essai de fluage triaxial, alors une présentation théorique de l’essai sera présentée, ainsi que quelques résultats expérimentaux (Fodil et al 1997), sur le site du Flumet, seront présentés. Finalement, on citera en bref les essais de fluages in-situ : on s’intéressera particulièrement à l’essai pressiométrique. Dans le dernier paragraphe, on présentera quelques exemples de site où la consolidation secondaire a été observée et analysée. Le chapitre II se penchera sur les essais au pressiomètre, ainsi que les essais au Diflupress. L.D, essai pressiométrique de longue durée développé pour l’étude in-situ du fluage. Le module pressiométrique est une des caractéristiques mécaniques les plus utilisées en France. L’objectif de ce chapitre est de rappeler la complexité de la notion de module de déformation, notamment en fonction de l’amplitude des déformations. Au cours des trente dernières années, l’essai pressiométrique a largement modifié les pratiques de la mécanique des sols et des fondations . C’est pour les études de fondations que son usage s’est le plus répandu, malgré le caractère semi-empirique des méthodes de calcul correspondantes. ii INTRODUCTION Les essais pressiométriques réalisés in-situ permettent une évaluation précise des sols de fondation. L’interprétation de ces essais pour l’estimation des caractéristiques intrinsèque du comportement des sols est encore généralement un sujet ouvert comme en témoigne la littérature. Tout d’abord, nous aborderons l’essai pressiométrique d’un point de vue théorique. Ensuite, on présentera l’essai au Diflupress L.D qui a été créé en 1988 par EDF pour l’étude du fluage. Cet appareil a été utilisé sur les sites de centrales nucléaires de St-Laurent-des- Eaux (Bufi, 1990) et Nogent-sur-Seine (Bufi, 1990) et sur le site d’aménagement hydraulique du Buëch (Bufi, 1991, Catel, 1993) ainsi que sur le site du Flumet (Catel et Jourjon, 1994). On présente d’abord le principe de l’essai, ainsi que son exploitation sur les trois sites étudiés St-Laurent-des-Eaux, Nogent-sur-Seine, et le Buëch (Leidwanger, 1993). Finalement, on présentera ensuite la détermination de la relation entre la caractéristique de l’essai de fluage et de la pression appliquée. Quant au chapitre III, il sera consacré aux modèles du comportement, employés dans les simulations numériques. Tout d’abord, on présentera une étude bibliographique des modèles les plus utilisés pour l’étude des sols compressibles ; ensuite, nous présenterons en bref quelques modèles avancés utilisés dans le code Plaxis tel que le HSM (Hard Soil Model) et le SSM (Soft Soil Model). Finalement, une étude détaillée sera présentée sur le modèle de fluage connu par SSCM (Soft Soil Creep Model). Le chapitre IV, quant à lui, il sera consacré à la simulation de l’essai pressiométrique, dont nous étudierons la dépendance du module pressiométrique ‘EM’ et la pression limite ‘pl’ en fonction de: - des différents paramètres intrinsèques du sol (module de Young E ou de cisaillement G, coefficient de Poisson ν, angle de frottement φ, angle de dilatance Ψ, C cohésion, coefficient de terre au repos K0...). - des caractéristiques géométriques de la sonde (diamètre, hauteur). En connaissant des facteurs d’influence, on pourra alors à partir d’essais in situ au pressiomètre, déterminer les caractéristiques d’un sol sans avoir à effectuer un prélèvement de terrain et des essais en laboratoire. Cette démarche diminuerait les risques de modification de ces caractéristiques liées au prélèvement ainsi que le coût des études de sols. Le chapitre V présentera la validation du modèle SSCM sur des essais homogènes de laboratoire (triaxial et oedomètre). Cette phase de validation sur des essais suivant de uploads/Science et Technologie/etude-du-comportement-differe-des-sols-et-ouvrages 1 .pdf