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Proceedings of the 18
th
International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
final de 2,2 m est bien maîtrisé, les diamètres d’ouvertures
intermédiaires ne sont pas parfaitement contrôlés.
Après la vidange complète de la cavité un délai de 20 jours a
été respecté pour permettre une stabilisation des mécanismes de
transferts de charge. Par la suite, la déflection de surface a été
comblée et des essais de chargement réalisés. Ceux-ci ont
consisté aux passages répétés d’une pelle mécanique permettant
d’appliquer une surcharge de 1t au droit de la cavité. Au total,
10 allers-retours ont été réalisés.
Figure 1. Installation du dispositif expérimental permettant l’ouverture
progressive et concentrique d’une cavité circulaire sous le niveau du
remblai renforcé.
2.2
Plots expérimentaux et matériaux mis en place
Deux plots expérimentaux ont été réalisés, chacun mettant en
œuvre des renforcements géosynthétiques de nature différente :
un géosynthétique au comportement linéaire sur le plot GR1 et
un géosynthétique de raideur plus faible et au comportement
non linéaire sur le plot GR2. Ces renforcements sont
volontairement sous-dimensionnés afin que des mesures
significatives de tassements de surface, de déformation, ou de
déflexion de la nappe géosynthétique, puissent être observées.
Un soin particulier a été apporté à la caractérisation en
laboratoire des matériaux utilisés (Tableau 1). Les sols ont été
caractérisés par une campagne d’essais à la grande boîte de
cisaillement (0,3 m x 0,3 m) selon la norme NF P94-071, et les
géosynthétiques ont été testés par des essais de traction selon la
norme NF EN ISO 10319.
Tableau 1. Caractéristiques des matériaux sur les plots expérimentaux
Remblai
Géosynthétique
Plot
(kN/m
3
)
C
(kPa)
φ
sol
(°)
Type
J
=3%
(kN/m)
remblai/gsy
(°)
GR1
15,5
0
36
GSY
1
2988
23
GR2
15,5
0
36
GSY
2
Non
linéaire
30*
* Valeur estimée
2.3
Instrumentation
Une instrumentation spécifique est mise en place sur les plots
expérimentaux. Une campagne de mesures topographiques
permet d’évaluer les tassements de surface au cours des
différentes étapes expérimentales. Lorsque la cavité est
totalement ouverte, ces mesures sont complétées par des
mesures manuelles de tassements de surface à la règle graduée.
La déflexion du géosynthétique est évaluée en cours de
l’ouverture des cavités par des investigations au radar
géologique. Un suivi par fibres optiques des déformations des
renforcements géosynthétiques a également été réalisé.
Ces mesures sont complétées par l’installation de capteurs de
pression totale sous les nappes géosynthétiques, en bord de
cavité, qui permettent d’appréhender les reports de charge au
sein du remblai. On note que les résultats de mesure obtenus
sont soumis à la précision des différents dispositifs de mesure,
eux-mêmes contraints par les conditions de chantier et la taille
relativement importante des particules du remblai granulaire.
3 SIMULATIONS NUMÉRIQUES: COUPLAGE ENTRE
ÉLÉMENTS DISCRETS ET ÉLÉMENTS FINIS
Le modèle numérique (Villard et al. 2009) est basé sur un
couplage entre les méthodes éléments discrets et éléments finis,
qui sont utilisées respectivement pour décrire le comportement
du sol granulaire et du renforcement géosynthétique.
Le remblai granulaire est simulé par un ensemble de 15000
clusters d’élancement 1.5 (constitués de deux sphères
enchevêtrées) qui interagissent entre eux en leurs points de
contact. Les particules du milieu granulaire sont mises en place
à une porosité donnée par une procédure d’expansion qui
garantit un contrôle très précis de leur agencement (Salot et al.
2009) et de leurs propriétés mécaniques. Les paramètres du
modèle influant sur le comportement du matériau granulaire
sont les raideurs normales et tangentielles de la loi de contact,
l’angle de frottement microscopique, l’agencement et la forme
des particules. Les paramètres micro mécaniques sont
déterminés sur la base d’essais triaxiaux numériques de sorte
que soient restituées les propriétés mécaniques de la grave
roulée utilisée pour les expérimentations (notamment l’angle de
frottement interne). L’utilisation d’éléments discrets permet de
prendre en considération des mécanismes complexes tels que les
grands déplacements, les rotations, le foisonnement et les
transferts de charge.
Les éléments finis utilisés pour décrire le comportement du
géosynthétique sont des éléments triangles à 3 nœuds de faible
épaisseur (3200 éléments) qui permettent de décrire la nature
fibreuse et les directions de renforcement de la nappe (Villard et
Giraud 1998), tout en reproduisant son comportement en
membrane et en tension. De fait, aucun effort de flexion ou de
compression n’est considéré dans les fibres. L’interaction entre
les éléments de sol et de la nappe est gérée par des lois de
contact similaires à celles utilisées entre les particules de sol et
permettent de restituer parfaitement le comportement
d’interface.
Au final, le modèle numérique illustré en Figure 2 tient
compte des caractéristiques géométriques et mécaniques des
expérimentations en vraie grandeur. Il comprend un matelas
granulaire à la base duquel est interposée une nappe
géosynthétique. Des sphères de petit diamètre positionnées sous
la nappe géosynthétique simulent l’action d’un sol support
élastique. C’est le contrôle de la position des sphères support au
niveau de la cavité qui permet de simuler son ouverture
progressive. Pour des raisons de symétrie un quart du problème
est considéré.
Figure 2. Aperçu du modèle numérique.
On notera enfin que ce modèle permet une large exploitation
des données : les déplacements, les forces de contact et les
contraintes au sein du matelas granulaire ; les tensions, les
déformations et les déplacements du renfort géosynthétique,
ainsi que les forces d’interaction entre le sol et le
géosynthétique, et ce à chaque étape d’ouverture de la cavité. La
Figure 3 permet de mettre en évidence les mécanismes de
transfert de charge et notamment les rotations des contraintes
principales au bord de la cavité.
