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Évaluation de la réduction du risque de liquéfaction par des colonnes ballastées
Valuation of liquefaction mitigation by stone columns
Lambert S.
Keller Fondations Spéciales
RÉSUMÉ : La densification et le drainage d’un sol sont connus pour être les moyens les plus efficaces pour réduire le risque potentiel
de liquéfaction. À ces deux actions peuvent se rajouter également d’autres actions telles que la limitation des sollicitations dans le sol
et l’augmentation du rapport de contrainte k de la contrainte horizontale sur la contrainte verticale. Cet article rappelle que la colonne
ballastée combine toutes ces actions et présente différentes méthodes pour les dimensionner vis-à-vis de la réduction du potentiel de
liquéfaction. Selon les conditions géotechniques spécifiques du site et la mise en œuvre des colonnes ballastées, certaines actions
peuvent avoir une influence plus importante que les autres. Après un descriptif de ces différentes actions, un exemple est donné pour
un sable propre et un limon liquéfiable. Il est montré que pour un limon, il est possible de réduire le risque potentiel de liquéfaction en
considérant avant tout le drainage et l’effet de concentration des contraintes alors que pour un sable, l’action prédominante est le
compactage.
ABSTRACT: Densification and drainage of the soil are known to be the most effective ways to reduce the potential risk of
liquefaction. To these two actions can also be added other actions such as limiting stresses in the soil and increased stress ratio k of
the horizontal stress on the vertical stress. This article points out that the stone column combines all these actions and presents
different methods for sizing towards the reduction of liquefaction potential. According to the site-specific geotechnical conditions and
the implementation of stone columns, some actions can have a greater impact than others. After a description of these different
actions, an example is given for a liquefiable clean sand and silt. It is shown that for silt, it is possible to reduce the potential risk of
liquefaction by primarily considering the drainage and the effect of stress concentration, whereas for sand the predominant action is
compaction.
MOTS CLES : liquéfaction, drainage, compactage, colonne ballastée.
KEYWORDS: liquefaction, drainage, densification, stone columns.
1 INTRODUCTION
Par ses capacités à intervenir sur plusieurs paramètres en même
temps (compactage, drainage, apport d’un matériau non
liquéfiable, réduction des sollicitations sismiques, modification
de l’état de contrainte dans le sol), la colonne ballastée est
particulièrement bien adaptée dans les sols hétérogènes. L'effet
stabilisateur de la colonne ballastée repose sur sa résistance
élevée au cisaillement et sur son aptitude à dissiper très
rapidement dans son environnement immédiat les pressions
interstitielles.
Les retours d’expériences ont montré que les colonnes
ballastées se sont avérées très efficaces vis-à-vis du phénomène
de liquéfaction, en jouant sur les principaux effets qui
permettent de réduire la liquéfaction, c'est-à-dire :
- augmentation du CRR (Cyclic Resistant Ratio ou taux de
résistance au cisaillement cyclique du sol) par une
augmentation de la compacité du sol,
- réduction du CSR (taux de contrainte cyclique engendré par le
séisme Cyclic Stress Ratio): réduction des sollicitations
sismiques par la concentration des contraintes de cisaillement
liées au séisme sur l’élément le plus raide, à savoir la colonne
ballastée, réduisant ainsi le CSR au niveau du sol situé en
intermaille (Priebe 1998, Girsang 2001). Ce phénomène est
accentué par l’augmentation de la rigidité du massif de sol
renforcé par l’accroissement de la contrainte latérale du sol, lié
à la mise en œuvre par refoulement du gravier de la colonne
ballastée (Nguyen NC et al. 2007),
- réduction rapide des surpressions interstitielles par la forte
perméabilité du gravier des colonnes combinée avec une
augmentation du gradient hydraulique liée au phénomène de
dilatance qui se produit dans les colonnes ballastées lors d’un
séisme (Madhav et Arlekar 2000).
Les principales méthodes de dimensionnement de ces
différentes actions sont détaillées ci-après, afin d’obtenir soit
un coefficient r
u
= u/
σ
’
≤
0,6 soit un coefficient de sécurité F
s
=
CRR/CSR
≥
1,25 (
cf.
EN 1998-5).
2 AUGMENTATION DE LA COMPACITÉ DES SOLS
Avec la colonne ballastée, la compacité du sol est augmentée
sous la combinaison de deux effets simultanés, les vibrations et
la compression latérale du sol. L’efficacité de ces deux actions
est étroitement liée à la nature du sol, au taux de substitution et
au maillage.
Des fourchettes de taux d’augmentation de caractéristiques
sont données sur la figure 1. Pour les sables propres lâches,
réputés pour être les sols les plus sensibles au phénomène de
liquéfaction, les augmentations de compacité obtenues sous
l’effet des vibrations sont les plus significatives.
Figure 1. Augmentation des caractéristiques de sol selon la nature des
sols et l’action exercée sur le sol par le procédé de renforcement.
Sur la figure 2, est représenté le chemin qui permet de sortir du
domaine de liquéfaction.
