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Interprétation d’essais d’extraction de renforcements métalliques haute adhérence
dans un massif en Terre Armée
®
soumis à un chargement dynamique cyclique
Interpretation of pullout tests of high adherence steel reinforcements in a Reinforced Earth
®
structure under a cyclic dynamic loading
Bennani Y.
Département technique et scientifique de Terre Armée Internationale, Vélizy, France
Soyez L.
Egis Structure et Environnement, Egis Géotechnique, Saint Quentin en Yvelines, France
Freitag N.
Département technique et scientifique de Terre Armée Internationale, Vélizy, France
RÉSUMÉ : Entre 2007 et 2009, l’ IFSTTAR et la SNCF ont réalisé une expérimentation en vraie grandeur d’un ouvrage en Terre
Armée soumis à un chargement ferroviaire sur un grand nombre de cycles. L’interprétation des essais d’extraction d’armatures, sous
chargements statique et dynamique cyclique, concluait en une baisse de l’ordre de 15% du coefficient de frottement apparent sol-
armature liée aux chargements dynamiques de l’ouvrage. Depuis, ces travaux ont été analysés au moyen de modélisations numériques
dynamiques aux différences finies qui ont permis de mieux comprendre les mécanismes mis en jeux. Cet article présente dans un
premier temps le phénomène de «chenille» observé. En effet une analyse fine de l’interface sol-armature indique que le déplacement
relatif serait commandé par la contrainte verticale exercée par le sol sur l’armature et que ce déplacement se produirait lorsque celle-ci
serait minimale. Dans un second temps, les essais d’extraction réalisés en 2009 ont été simulés à l’aide du modèle de l’ouvrage. Les
enseignements de cette simulation ont mené à une réinterprétation des résultats obtenus et ont montré que les mesures sur l’ouvrage
ne permettent pas de mettre en lumière une érosion de la capacité d’adhérence liée au chargement dynamique.
ABSTRACT: Between 2007 and 2009, IFSTTAR and SNCF realized a full scale instrumental Reinforced Earth structure submitted to
a high number of rail load cycles. The interpretation of reinforcing strip pullout tests under static and dynamic loads came with a loss
of 15% of the apparent friction coefficient due to the dynamic loading of the structure. In the meanwhile, these works were analyzed
thanks to finite difference dynamic numerical models that enabled to get a better understanding of the mechanisms involved. This
article first presents the “caterpillar” phenomenon that was observed. In fact, a close analysis of the soil-reinforcement interface
during a pull-out test indicates that the soil/strip relative displacement is governed by the vertical stress applied by the ground on the
reinforcement: the displacement happens when the stress is at its minimal level. Second, the pullout tests were simulated using a
numerical modelling of the structure. The teachings of this simulation enabled the authors to reinterpret the test results and to show
that the no reduction of pullout capacity due to dynamic loading can be concluded form the full scale test results.
MOTS CLES : Interaction sol – structure, remblai renforcé, adhérence, dynamique, modélisation numérique, ferroviaire
KEYWORDS: Soil-structure interaction, reinforced fill, adherence, dynamic, numerical modelling, railroad
1 INTRODUCTION.
Le fonctionnement de la Terre Armée repose sur la mobilisation
du frottement entre le remblai et les armatures. La mise en place
de renforcements dans des massifs de remblai technique fait de
l’ensemble un bloc composite auto-stable capable de supporter
des surcharges très élevées. C’est ce qui explique l’utilisation
répandue des ouvrages en Terre Armée dans diverses
applications routières, ferroviaires, hydrauliques et industrielles.
L’interaction sol-armature dépend de la nature du
renforcement (géométrie, matériau constitutif), de la nature et
de la densité du remblai, ainsi que de la pression de confinement
(Schlosser et Elias, 1978). La définition du coefficient
d’interaction μ* est principalement déterminée à partir d’essais
d’extraction d’armatures enterrées dans des ouvrages ou dans
des cuves d’extraction de laboratoire. Ce coefficient est utilisé
pour la justification du critère d’adhérence dans la stabilité
interne des ouvrages en sol renforcé.
L’utilisation d’armatures métalliques inextensibles fait de la
Terre Armée une solution d’avenir pour le développement
ferroviaire (Freitag
et
al
, 2011). L’influence des vibrations sur
le frottement sol-armature a fait l’objet de plusieurs études,
notamment les travaux de Murray
et al
. (1979) ainsi que le mur
expérimental de Millville en Virginie (1983) réalisé par la
société Terre Armée. Murray
et
al
. ont conclu que la diminution
de la force d’extraction d’armatures lisses correspond à la
diminution de la contrainte verticale instantanée et que le
coefficient d’interaction n’est pas dégradé par les vibrations.
L’expérimentation de Millville a permis aux auteurs de conclure
que les vibrations diminuent la résistance d’extraction mais que,
là encore, cette diminution correspond à l’allègement provoqué
par l’accélération verticale.
Plus récemment, entre 2007 et 2009, l’IFSTTAR et la SNCF
ont poursuivi ces études afin d’approfondir le comportement des
ouvrages en Terre Armée sous sollicitations ferroviaires. Une
expérimentation en vraie grandeur a été réalisée dans le
contexte de ce programme de recherche (Soyez, 2009). Les
résultats de l’expérimentation ont montré une très bonne
compatibilité de l’ouvrage avec les applications ferroviaires à
l’exception de l’évolution du coefficient d’interaction avec les
cycles de chargement. Cet article revient sur les essais
d’extraction en les réinterprétant à l’aide d’une étude numérique
aux différences finies.
2 LE FROTTEMENT DANS LA TERRE ARMEE
2.1
Définition du frottement apparent
Il est communément admis que la résistance d’ancrage
dR
d’une
longueur élémentaire d’armature
dl
s’exprime de la manière
suivante :
max
dlb dR
' . ..2
(1)
