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Mécanismes de transfert de charges dans les remblais sur cavités renforcés par
géotextiles : approches expérimentales et numériques
Load transfer mechanisms in geotextile-reinforced embankments overlying voids: experimental and
numerical approaches
Huckert A., Garcin P.
Egis Géotechnique, Grenoble, France
Villard P., Briançon L.
Laboratoire 3SR, Grenoble, France
Auray G.
Texinov, La Tour-du-Pin, France
RÉSUMÉ : Le dimensionnement des remblais renforcés par géosynthétiques sujets à cavités potentielles reste problématique dans la
mesure où il fait appel à des mécanismes encore peu compris ou quantifiés, tels que les transferts de charge au sein de l’ouvrage. Des
expérimentations en vraie grandeur ont ainsi été menées sur des remblais granulaires non cohésifs afin de compléter les connaissances
actuelles sur le sujet. Les grandeurs mesurées sont ici confrontées aux résultats de simulations numériques obtenus à partir d’un
modèle couplant les méthodes finies et discrètes. Ainsi, les mesures expérimentales de déflexion et de déformation du géosynthétique
valident le modèle numérique. Ce modèle numérique permet alors d’appréhender avec pertinence les mécanismes de report de charge
vers les bords de la cavité.
ABSTRACT : The design of geosynthetic-reinforced embankments prone to sinkholes raises questions linked to the complexity of
various mechanisms that remain still not well understood or quantified, like load transfers inside the structure. Hence full-scale
experiments were led on non-cohesive granular embankments in order to complete the current knowledge on the subject.
Measurements are then confronted to the results of numerical simulations obtained thanks to a numerical model coupling both finite
and discrete elements methods. Experimental deflexions and strains of the geosynthetic thus validate the numerical model, which is
then used to get a better understanding of the load transfers towards the edges of the cavity.
MOTS-CLÉS: cavités, renforcements géosynthétiques, remblai, simulations numériques, expérimentations en vraie grandeur
KEYWORDS: sinkholes, geosynthetic reinforcement, embankment, numerical simulations, full scale experiment
1 INTRODUCTION
L’aménagement de nouvelles infrastructures de transport routier
et ferroviaire est contraint lors de la traversée de régions où les
terrains présentent de faibles caractéristiques mécaniques ou
sont sujets à la formation de cavités remontant vers la surface.
C’est particulièrement le cas des régions karstiques, ou sur les
emplacements d’anciennes exploitations minières. Parmi les
solutions de renforcement possibles, l’utilisation de
géosynthétiques est une technique économique, à la mise en
œuvre relativement simple. Cette solution permet de limiter les
tassements en surface du remblai à des valeurs acceptables lors
de la formation d’une cavité à sa base. Le dimensionnement de
tels ouvrages reste néanmoins problématique car leur
comportement est régi par des mécanismes complexes
combinés tels que : comportement en membrane, effet voûte et
transferts de charge au sein du remblai.
Les premiers travaux français effectués sur le sujet font
partie intégrante du projet de recherche R.A.F.A.E.L
(Renforcement des Assises Ferroviaires et Autoroutières contre
les Effondrements Localisés) (Gourc et al. 1999). Ils ont donné
lieu à une méthode de dimensionnement largement répandue
(Blivet at al. 2001), reformulée et complétée (Villard et al.
2002, Briançon et al. 2006, Villard et al. 2008). Malgré tout,
différents mécanismes tels que la répartition des charges sur la
nappe géosynthétique, le foisonnement du matériau de remblai
ou l’influence d’un renforcement au comportement non linéaire
restent peu compris.
Afin de compléter les connaissances sur le sujet, des études
expérimentales et numériques sur des remblais granulaires ou
des couches de sols traitées à la chaux ont été menées dans le
cadre d’un projet de recherche FUI GéoInov. Ce projet, intitulé
« Conception de géosynthétiques hautes performances sous
contraintes environnementales » regroupe des industriels, des
géotechniciens et des chercheurs dans l’optique d’optimiser le
dimensionnement et les propriétés mécaniques des renforts
géosynthétiques sur cavités. Il est co-labellisé par les pôles de
compétitivité Techtera (Technical Textiles Rhône Alpes) et
Fibres dans le cadre du 10
e
appel à projets de la DGIS
(Direction Générale de la Compétitivité, de l’Industrie et des
Services). Seule une synthèse des principaux résultats se
référant aux matériaux de remblais granulaires est présentée ici.
2 EXPÉRIMENTATION EN VRAIE GRANDEUR
2.1
Principe et présentation des expérimentations
Afin de prendre en considération le caractère évolutif des
remontées de fontis en surface (INERIS 2007) nous avons
réalisé des expérimentations en vraie grandeur simulant
l’ouverture progressive et concentrique d’une cavité circulaire
sous un remblai renforcé à sa base par un géosynthétique. Pour
ce faire, un dispositif expérimental composé d’une buse, d’une
trappe, de chambres à air de grandes dimensions et de billes
d’argiles, est implanté sous le remblai renforcé (Figure 1). La
vidange progressive des billes d’argile et des chambres à air
depuis un regard de visite permet l’ouverture de la cavité à des
diamètres croissants. Une fois le dispositif mis en place, la
plateforme de travail est nivelée. Le géosynthétique est alors
posé et un remblai de grave roulée lavée 20/40 mm est élevé à
une hauteur de 1,2 m environ.
La cavité est alors ouverte de manière concentrique en trois
étapes : 0,5 m, 1 m puis 2,2 m de diamètre. Seul le diamètre
