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Développement d’un modèle réduit tridimensionnel du renforcement des sols par
inclusions rigides
Development of a three-dimensional small scale model to simulate soil improvement by rigid piles
Houda M., Jenck O., Emeriault F.
Laboratoire 3SR (Université Joseph Fourier, Grenoble INP, CNRS), Saint-Martin d’Hères, France
Briançon L.
CNAM, Paris, France et Laboratoire 3SR, Saint-Martin d’Hères, France
Gotteland Ph.
Fédération Nationale des Travaux Publics, DTR Recherche, Paris, France
RÉSUMÉ: Un modèle réduit tridimensionnel à l’échelle 1/10 a été développé en laboratoire, simulant le renforcement des sols par
inclusions rigides verticales, mettant éventuellement en œuvre un renforcement supplémentaire par géosynthétique. Des sollicitations
monotones ou cycliques peuvent être appliquées en surface, via une membrane sous pression. Des campagnes expérimentales ont été
entreprises sur ce modèle de laboratoire, portant sur l’analyse du comportement sous chargement cyclique et sur l’étude de l’impact
d’un renforcement par géosynthétique en base du matelas granulaire. L’objectif de ces études préliminaires est la validation du
dispositif expérimental. La modularité de ce modèle en termes de géométrie, de mise en œuvre de matériaux et d’instrumentation
permettra l’étude d’autres problématiques géotechniques.
ABSTRACT: A three-dimensional model in 1/10th scale was developed in the laboratory, simulating the soil reinforcement by
vertical rigid inclusions, with the possibility to add reinforcement by geosynthetic. Monotonic or cyclic loading can be applied on
surface via a membrane under pressure. Experimental campaigns have been conducted on this model, studying the behaviour under
cyclic loading and the impact of geosynthetic reinforcement in granular base of the mattress. The main objective of these studies was
to validate the experimental device. The modularity of this model in terms of geometry, materials and instrumentation allow the study
of other geotechnical problems.
MOTS-CLES: Modèle réduit de laboratoire, chargement cyclique, renforcement des sols, inclusions rigides, géosynthétique.
KEYWORDS: Laboratory Model, cyclic loading, soil reinforcement, rigid piles, geosynthetic.
1 INTRODUCTION.
L’étude du comportement des ouvrages renforcés par inclusions
rigides est un sujet d’actualité en France : le projet national
ASIRI a donné lieu en juillet 2012 à des recommandations de
dimensionnement et de mise en œuvre (IREX 2012). Cependant
ce projet a été limité en général à des cas de chargement statique
(Chevalier
et al.
2010) et ces recommandations ne traitent pas
suffisamment des cas où la plateforme de transfert de charge est
renforcée par des nappes géosynthétiques (Briançon et Simon
2011), applications cependant en plein essor.
Des modèles physiques en laboratoire ont été développés
depuis les années 1970 pour étudier ce type d’ouvrages.
Certains sont en deux dimensions (Hewlett et Randolph 1988,
Low
et al
. 1994, Van Eekelen
et al.
2003, Jenck
et al
. 2005,
Chen
et al.
2008) permettant de visualiser les phénomènes dans
le sol. D’autres modèles sont en deux dimensions à symétrie
axiale (Dinh
et al.
2009). La plupart des modèles à trois
dimensions (Demerdash 1996, Heitz
et al
. 2008, Van Eekelen
et al.
2011) ne permettent pas la visualisation du champ de
déplacements et contiennent un nombre d’inclusions rigides
réduit, ce qui ne permet pas l’élimination des effets de bord.
Le comportement des sols compressibles renforcés par
inclusions rigides verticales est également étudié par des
expérimentations sur modèles centrifugés 3D à échelle réduite.
Ces essais permettent d’appliquer des niveaux de contraintes du
même ordre que dans les cas réels, cependant ils présentent
d’autres limitations telles que la difficulté de représenter tous
les matériaux explicitement (Baudoin
et al.
2008).
Un modèle réduit tridimensionnel sous gravité normale a
ainsi été développé au laboratoire 3SR de Grenoble, sur la base
d’un modèle préliminaire initialement développé au Cnam de
Paris et simulant le renforcement des sols par inclusions rigides
verticales, sous chargement monotone et également cyclique,
mettant éventuellement en œuvre un renforcement
supplémentaire par géosynthétique. Ce modèle comporte 16 à
20 inclusions rigides verticales. Une nappe de géosynthétique
peut être placée en surface du sol renforcé. Des sollicitations
sont appliquées en surface du massif par une membrane sous
pression. Une instrumentation permet d’analyser le
comportement du système. L’objectif de ce modèle n’est pas de
simuler quantitativement le comportement d’un ouvrage réel
(les règles de similitude n’étant pas toutes strictement
respectées), mais vise à mieux comprendre les mécanismes qui
se développent au sein du massif et plus précisément dans le
matelas granulaire de transfert de charge, d’analyser l’effet du
renforcement par géosynthétique et de mieux appréhender les
mécanismes d’interaction entre ces diverses parties de
l’ouvrage.
2 MODELE REDUIT
2.1 Dispositif expérimental
Le modèle réduit a été développé pour étudier les mécanismes
qui se produisent plus spécifiquement dans la plate-forme de
transfert de charge et dans le géosynthétique sous des charges
monotones mais également cycliques. Il se compose d’une cuve
de section carrée de dimension interne 1m x 1m, constituée de
châssis en acier. La hauteur de la cuve peut être ajustée en
ajoutant ou en supprimant des cadres, tandis qu’un espace vide
en fond de cuve de 20 cm de hauteur est alloué à
l'instrumentation (Fig. 1 et 2). Le modèle comporte seize
inclusions en aluminium de 35 mm de diamètre et de hauteur
60 cm avec un espacement entre elles de 20 cm comme le
montrent les figures 3 et 4. Le taux de recouvrement (proportion
de la surface couverte par les inclusions) est ainsi de 2,4%.
