Etudes des mécanismes de transfert de charge dans les plateformes granulaires renforcées par géosynthétiques

GRANULAR PLATFORM REINFORCED BY GEOSYNTHETICS ABOVE CAVITIES : Laboratory experiments and numerical modeling of load transfer mechanisms

• Auteur / Autrice : Minh Tuan Pham
• Direction : Daniel Dias, Laurent Briançon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Soutenance le 04/04/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sols, solides, structures - risques (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Villard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Delmas, Claire Silvani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicola Moraci, Shijin Feng

Mots clés

Mots clés contrôlés

Trous

Géosynthétiques

Mots clés libres

Géosynthétique

Cavité

Expérience de laboratoire

Enquêtes numériques

Geosynthetic

Cavity

Laboratory experiment

Numerical models

Résumé

L’aménagement progressif du territoire conduit à l’exploitation de nouvelles zones, actuellement délaissées, car présentant des risques pour la sécurité des usagers. C’est notamment le cas des zones d’effondrements potentiels qui sont liées à la présence de cavités souterraines. Parmi les nombreuses solutions préventives, le renforcement géosynthétique permet de prévenir les risques d’effondrement localisés. Cette solution de renforcement est largement utilisée à la fois pour ses avantages économiques et environnementaux, que pour sa facilité et rapidité de mise en œuvre. Néanmoins, les méthodes de conception existantes des plateformes granulaires renforcées par géosynthétiques sont fondées sur diverses hypothèses simplificatrice et ne prennent pas en compte toute la complexité du problème. En effet, ces méthodes ne considèrent pas par exemple l’influence du mode d’ouverture de la cavité, le foisonnement du sol granulaire au droit de la cavité ou encore la distribution de charge sur le géosynthétique après ouverture de la cavité.La présente étude tente d’améliorer les méthodes de dimensionnement en analysant les mécanismes développés dans la plateforme granulaire renforcée sur la base d’une campagne expérimentale couplée à des modélisations numériques.Un dispositif expérimental a été développé pour simuler l’ouverture d’une cavité sous une plateforme renforcée par géosynthétique. Ce dispositif permet de simuler deux modes d’ouverture : une trappe qui s’abaisse ou une ouverture concentrique, pour différentes hauteurs de plateformes. Les mécanismes de renforcement sont étudiés en mesurant la déflexion du géosynthétique, le tassement en surface et la distribution de contrainte verticale qui s’applique du le géosynthétique. Un modèle numérique par éléments finis a été calibré sur les résultats expérimentaux puis utilisé pour analyser finement les mécanismes pour de nombreuses configurations.Cette étude expérimentale et numérique a permis d’améliorer la compréhension des mécanismes de transfert de charge et de foisonnement dans la zone effondrée et de valider expérimentalement l’influence du mode d’ouverture sur les mécanismes. Sur la base de ces résultats, des propositions sont formulées pour améliorer le dimensionnement des plateformes renforcées par géosynthétiques soumises à des effondrements localisés.

The progressive development of the territory leads to the exploitation of new areas, which are currently being abandoned because they come up risks to the safety of users. This is particularly the case for areas of potential collapse that are related to the presence of underground cavities. Among the many preventative solutions, geosynthetic reinforcement prevents localized collapse. This solution is widely used for both its economic and environmental benefits, as well as for its ease and speed of setting up. However, the existing design methods for granular platforms reinforced by geosynthetic are based on various simplifying assumptions and do not take the complexity of the problem into account. These methods do not consider, for example, the influence of how the cavity is opened, the expansion of granular soil above the cavity, or the stress distribution on the geosynthetic after opening the cavity.The present study tries to improve the design methods by analyzing mechanisms developed inside the reinforced granular platform on the basis of an experimental study coupled with numerical simulations.An experimental device was developed to simulate the opening of a cavity under a platform reinforced by geosynthetic. This device allows simulating two types of opening: a trapdoor or a concentric opening, for various heights of platforms. The mechanisms are studied by measuring the deflection of the geosynthetic, the settlement at the surface and the stress distribution applied of the geosynthetic. A finite element model was calibrated on the experimental results then used to analyze mechanisms finely for many configurations.This experimental and numerical study allows improving the understanding of the stress distribution, the soil expansion above the cavity and experimentally validated the influence of the opening mode on the mechanisms. Based on these results, proposals are formulated to improve the design of geosynthetic-reinforced platforms subject to localized collapse.