Détermination du module de cisaillement des sols sous faibles déformations à partir d’une sonde pressiométrique innovante : Application au dimensionnement cyclique des pieux

Determination of soil shear modulus at low strain level using an innovative pressuremeter probe : Application to cyclic pile design.

• Auteur / Autrice : Alexandre Lopes Dos Santos
• Direction : Jean-Claude Dupla
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géotechnique
• Date : Soutenance le 03/06/2020
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Géotechnique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est)
• Jury : Président / Présidente : Roger Frank
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean Canou, Alain Puech, Pierre Breul, Elisabeth Palix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrice Emeriault, Jean Benoît

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pieux

Ouvrages d'art

Pressiomètres

Fondations (construction)

Mots clés libres

Essai pressiometrique

Fondations profondes

Chargement cyclique

Pressuremeter test

Deep foundations

Cyclic loading

Résumé

De nombreux ouvrages de génie civil sont soumis à des sollicitations cycliques de type environnementales (houles, séismes) ou industrielles (routiers, ferroviaires). Une partie de ces ouvrages sont réalisés sur fondations profondes (pieux), qui doivent donc reprendre les composantes verticales ou latérales des efforts cycliques. Cela entraîne, en général, une dégradation de la capacité portante des pieux par modification des propriétés de l’interface sol-structure, phénomène qui doit être pris en compte dans le dimensionnement. En France, les méthodes actuelles de dimensionnement des fondations profondes sont basées principalement sur les résultats des essais pressiométriques et ne concernent que les sollicitations monotones. En revanche, les méthodes existantes permettant le dimensionnement des pieux sous charges cycliques, axiales ou latérales, sont basées sur des paramètres de sol obtenus par essais de laboratoire, et ce type d’approche ne s’inscrit pas dans la pratique quotidienne française. Cette thèse s‘inscrit dans le cadre du Projet National ARSCOP (« nouvelles Approches de Reconnaissance de Sols et de Conception des Ouvrages géotechniques à l’aide du Pressiomètre »). Elle a pour principal objectif le développement d’une nouvelle méthodologie de dimensionnement des fondations profondes sous chargement cyclique à partir du pressiomètre. Cependant, il a été constaté que l’obtention des paramètres du sol significatifs pour le dimensionnement de ce type d’ouvrage, notamment les modules de cisaillement sous faibles taux de distorsion, n’est pas possible avec le matériel d’essai pressiométrique et les procédures actuellement disponibles. Dans ce travail, nous proposons l’utilisation d’une sonde pressiométrique innovante, développée par un partenaire, ainsi que la réalisation de procédures d’essai spécifiques, nécessaires pour atteindre l’objectif proposé. Dans une première partie, nous avons défini un programme d’essais en laboratoire pour la validation des capacités de mesure de ce nouveau dispositif. Des essais ont été réalisés en chambre d’étalonnage, sur des massifs de sable de Fontainebleau sec, reconstitués à différents indices de densité. L’accent a été mis sur la détermination du module de cisaillement dans une plage de faibles déformations, comprise entre 10-4 et 10-2. Des essais ont également été menés pour l’évaluation du comportement du sol sous chargement cyclique répété. Une deuxième partie a consisté à valider les capacités de mesure de cette sonde à partir d’essais in situ. Deux sites d’essai ont été choisis, Dunkerque et Merville (sables denses et argiles surconsolidées, respectivement), sur lesquels les caractéristiques du sol, évaluées à partir de différentes méthodes d’investigation, étaient connues. Des essais de chargements cycliques axiaux de pieux à échelle réelle avaient également été réalisés sur ces sites. Les résultats obtenus avec le nouveau dispositif pressiométrique suivant la méthodologie développée dans cette thèse ont ensuite été utilisés pour illustrer les possibles applications à l’ingénierie, en particulier pour le dimensionnement des pieux sous chargement cyclique axial. La validation a été faite par comparaison avec le comportement mesuré dans les essais de chargement de pieux disponibles sur les sites de référence

Many civil engineering structures are subjected to cyclic loading of environmental types (e.g. waves or earthquakes) or industrial types (e.g. rails or roads). Some of these constructions are supported by deep foundations (piles), which must resist the vertical or lateral components of the cyclical efforts. In general, this results in degradation of the bearing capacity of the piles by modifying the properties of the soil-structure interface, which should be considered for design. In France, current design methods of deep foundations are based primarily on the results of pressuremeter tests and concern only the monotonous loads. On the other hand, the existing methods enabling the design of piles under axial or lateral cyclic loads are based on soil parameters obtained from laboratory tests, and this approach does not fit in the French daily practice. This thesis is inserted in the context of the National Project ARSCOP (“improvement of the ground investigation and the design of geotechnical structures with the use of pressuremeter”). Its main objective is the development of a new methodology for the design of deep foundations under cyclic loads using the pressuremeter test. However, it has been found that it is not possible to obtain significant soil parameters for the design of this type of structure, namely soil shear moduli at small strain levels, using the pressuremeter testing equipment and the procedures currently available. In this work, we propose the use of an innovative pressuremeter probe, developed by a partner, as well as the testing procedures necessary to reach the proposed goal. As a first step, we defined a laboratory testing program for the validation of the measurement capabilities of this new device. Tests were carried out in a calibration chamber, in dry Fontainebleau sand specimens, reconstituted at different density indices. Emphasis was placed on determining the shear modulus in a range of small strains, between 10-4 and 10-2. Tests have also been carried out to assess the behavior of the soil under repeated cyclic loading. The second part consisted in validating the measurement capabilities of this probe from in situ tests. Two reference test sites were chosen, Dunkirk and Merville (dense sands and overconsolidated clays, respectively), on which the soil characteristics, assessed using different ground investigation methods, were previously known. Results of full-scale cyclic axial pile load tests carried out at these sites were also available. The results obtained with the new pressuremeter device according to the methodology developed in this thesis were then used to illustrate possible engineering applications, with emphasis on the design of piles under axial cyclic loading. The validation was made by comparison with the behavior measured in the pile loading tests available on the reference sites