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Proceedings of the 18
th
International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
Quatre demi-inclusions peuvent être utilisées près de la fenêtre
transparente visant à visualiser les champs de déplacement du
sol.
Figure 1. Coupe schématique du modèle réduit (coupe A-A de la figure
4)
Figure 2. Cadres empilables composant le modèle réduit
Figure 3. Photographie de l’intérieur de la cuve contenant les inclusions
Figure 4. Vue en plan schématique du modèle réduit.
2.2 Règles de similitude
Les modèles physiques à échelle réduite présentent de
nombreux avantages, comme la mise en évidence des
mécanismes, l’obtention de résultats expérimentaux pour caler
des modèles numériques, la conduite possible des essais jusqu’à
la rupture. Une des difficultés majeures est cependant de
satisfaire aux règles de similitude, afin d’appliquer les résultats
observés sur le modèle réduit au problème en grandeur réelle.
Ces règles sont établies à partir des équations générales de la
mécanique, de l’équation de conservation de la masse et des lois
de comportement des matériaux.
Dans un modèle avec une réduction d’échelle de n (ici
n = 10) sous gravité normale, l’établissement des règles de
similitude conduit au tableau 1.
Tableau 1. Facteur d’échelle pour un modèle sous gravité terrestre.
Grandeur
Notation
Unité SI
Facteur d’échelle
Longueur
L*
m
1/n
Pesanteur
g*
m/s
2
1
Contrainte
σ*
Pa
1/n
2
Déformation
ε*
---
1
Masse volumique
ρ*
kg/m
3
1
Angle de frottement
Φ*
---
1
Module Young
E*
Pa
1/n
Dans notre cas, toutes les règles de similitude ne sont pas
strictement respectées (E* et σ*). En revanche, l’utilisation de
matériaux présentant des angles de frottement équivalents à
ceux des matériaux réels, notamment pour le matelas de
transfert de charge et le remblai, où les mécanismes sont
principalement des mécanismes en cisaillement, apparaît ici
justifiée et indispensable.
Le facteur d’échelle sur les contraintes est σ* = 1/10, ce qui
indique que les contraintes appliquées dans le modèle devraient
correspondre à des contraintes 10 fois plus élevées dans le
prototype. Ceci n’est pas strictement respecté en tout point du
modèle, mais l’application de la surcharge en surface est
dimensionnée afin d’obtenir un niveau de chargement réaliste,
voire surdimensionné afin de mettre clairement en évidence le
fonctionnement de l’ouvrage.
2.3 Matériaux mis en œuvre
Les matériaux utilisés dans les essais sont le sol compressible,
la plate-forme granulaire de transfert de charge, le sol du
remblai et des géosynthétiques de renforcement. En ce qui
concerne le sol compressible le paramètre principal est la
compressibilité. Il a été simulé par un mélange de billes de
polystyrène, de sable de Fontainebleau et une teneur en eau de
10% pour éviter la ségrégation. Ce matériau a des
caractéristiques de compressibilité d’un sol compressible tout en
étant relativement facile à mettre en œuvre. Dans notre étude,
une couche de 5cm de gravier 2/4 mm (ø =55° au pic, ø = 37°
au palier et c = 0kPa) est utilisée comme plate-forme de
transfert de charge (PTC). Concernant le matériau du remblai, il
est constitué de sable gris. Deux types de géosynthétiques
(GSY) de renforcement bidirectionnel ont été utilisés : l’un (S1)
de raideur à 5% d’élongation de 170 et 220 kN/m dans chacune
des deux directions ; l’autre (S2), de raideur à 5% d’élongation
de 316 et 400 kN/m dans chacune des directions. Les résultats
d’essais avec géosynthétiques ne seront cependant pas détaillés
dans ce document.
2.4 Instrumentation
L’analyse complexe des interactions sol-structure qui se
développent dans ce modèle nécessite une instrumentation
idoine. Pour ce modèle préliminaire, les paramètres suivants ont
été mesurés dans la maille centrale :
• Tassement du sol compressible en trois points : D1, D2 et
D3 (3 capteurs de déplacement potentiométriques 50 mm),
• Force en tête de deux inclusions : Ft1 et Ft2 et force en pied
de deux autres inclusions (4 capteurs de force 10 kN)
• Contrainte à 5 cm au-dessus d’une inclusion, au niveau de
l’interface entre la PTC et le remblai : Pptc (capteur de pression
500 kPa, de diamètre 30 mm)
• Pression appliquée en surface : Pm (capteur de pression
dans la membrane 0-200 kPa).
A partir des capteurs de déplacement, des dispositifs de
mesure du tassement en surface du sol compressible ont été
confectionnés, par un système de tiges traversant le massif de
sol compressible.
Les capteurs de force et de pression permettent d’estimer les
reports de charge qui s’opèrent dans le matelas vers les
inclusions et qui sont susceptibles d’évoluer au cours d’un
