Comportement sous chargement cyclique des massifs de sol renforcés par inclusions rigides : expérimentations en laboratoire et modélisation numérique

Behaviour under cyclic load of soils improved by rigid piles : experimentations and numerical modelling.

• Auteur / Autrice : Moustafa Houda
• Direction : Fabrice Emeriault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Soutenance le 22/01/2016
• 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 : Richard Kastner
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Orianne Jenck, Philippe Gotteland, Laurent Briançon, Stéphane Brûlé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Thorel, Olivier Deck

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des sols

Sols -- Consolidation

Mots clés libres

Géotechnique

Sols renforcés

Chargement cyclique

Corrélation des images

Modélisation physique

Modélisation numérique

Geotechnics

Improved soils

Cyclic loading

Digital image correlation

Physical modelling

Numerical modelling

Résumé

Une des méthodes les plus populaires et largement utilisée pour l’amélioration des sols compressibles est la technique d'inclusions rigides verticales qui constitue une alternative intéressante aux techniques plus traditionnelles telles que le pré-chargement, la mise en place de drains verticaux, le remplacement du sol en place, etc.Le Projet National ASIRI (Amélioration du Sol par Inclusions Rigides) a permis d’apporter des réponses sur le comportement de cette technique de renforcement et d’établir des recommandations de dimensionnement et de réalisation. Celui-ci comprend un volet expérimental (expérimentations en vraie grandeur, modèles physiques réduits à 1g, études en chambre d’étalonnage) et un volet numérique. Cependant, les recommandations publiées par ASIRI sont limitées aux cas de chargement monotone. Pourtant, différents cas de structures sous chargement cyclique sont couramment rencontrés dans la pratique: chargement des vagues sur les structures offshore, force du vent, charge sismique, la charge de trafic, remplissage et vidange de réservoirs, chargement et déchargement des zones de stockage… Cela nécessite alors de comprendre le comportement sous chargement cyclique et/ou dynamique de ces ouvrages.Ce travail de thèse constitue une contribution à la compréhension du comportement de ce type d’ouvrage, et s’intéresse plus particulièrement à la modélisation des mécanismes qui se développent dans le matelas de transfert de charge lors d’un chargement cyclique vertical quasi-statique. Il se fait suivant deux approches complémentaires : Expérimentale : par des essais sur un nouveau modèle physique réduit tridimensionnel à 1g et à l’échelle 1/10ème, Numérique : par la modélisation numérique tridimensionnelle en milieu continu utilisant le logiciel FLAC3D.Dans un premier temps, le travail expérimental réalisé nous a permis d’étudier le comportement de cette technique de renforcement sous chargement monotone et cyclique mettant en œuvre la méthode de corrélations d’images. La modélisation physique réalisée nous a permis d’étudier l’influence de l’épaisseur de la plateforme de transfert de charge granulaire et des conditions aux limites (cas remblai/cas dallage).Dans un deuxième temps, les résultats expérimentaux nous ont servi comme une base de données pour la validation d’un modèle numérique en milieu continu. La première étape de la modélisation numérique consiste à valider un modèle numérique à la même échelle réduite du modèle physique. La validation de l’approche de modélisation numérique à échelle réduite nous a permis, dans une deuxième étape, de réaliser une étude paramétrique afin de déterminer l’influence des différents paramètres sur le comportement du système.

One of the most popular and widely used methods for soft soil improvement is the reinforcement using vertical rigid inclusions. It constitutes an interesting alternative to the other traditional techniques such as preloading, vertical drains, replacing soil etc...The national French project ASIRI (Amélioration du Sol par Inclusions Rigides) allowed to provide answers about the behavior of this technique and to establish recommendations for design and construction. It included an experimental part (full-scale, 1g physical model experiments and calibration chamber studies) and a numerical part. However, the recommendations established by ASIRI are limited to the case of monotonic loading. Yet, various cases of structures under cyclic loading are commonly encountered in practice: waves loading on offshore structures, wind strength, seismic load, traffic load, filling and emptying of tanks, loading and unloading of storage areas... This then requires the understanding of the behavior of this technique under cyclic and/or dynamic loading.The work done in this thesis constitutes a contribution to understanding the behavior of this type of structures, and is particularly interested in modeling the mechanisms that develop in the load transfer mattress under a quasi-static vertical cyclic loading . Two complementary approaches have been followed: Experimental: by performing experimental tests using a new 1g tridimensional physical model with a scale factor of 1/10, Numerical: by performing numerical tridimensional simulations in a continuous media using the software FLAC3D.At first, the experimental work has allowed us to study the behavior of this reinforcement technique under monotonic and cyclic loading implementing the digital image correlation method. A parametric study performed with the physical modeling allowed us to study the influence of the granular load transfer platform (LTP) and the boundary conditions (presence of a rigid slab at the surface of the LTP).Secondly, the experimental results have served as a database for the validation of a numerical model in continuous medium. The first step of the numerical modeling is to validate a numerical model at the same reduced scale of the physical model. The validation of the numerical modeling approach at the reduced scale allowed us in a second step to perform a parametric study in order to determine the influence of different parameters on the behavior of the system.