Modélisation physique du renforcement par géosynthétique des remblais granulaires et cohésifs sur cavités

Physical modeling of geosynthetic reinforced embankments over cavity in the cas of granular and cohesive soils

• Auteur / Autrice : Mouhamad Hassoun
• Direction : Pascal Villard, Fabrice Emeriault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Soutenance le 20/02/2019
• 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 : Pierre Breul
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hubert Giraud, Marwan Al-Heib
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Thorel, Olivier Deck

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sol, Mouvements du

Subsidences (géologie)

Mots clés libres

Modélisation physique

Corrélation d'images

Renforcement géosynthétique

Méthodes analytiques

Fontis

Physical modeling

Image correlation

Geosynthetic reinforcement

Analytical methods

Sinkhole

Résumé

Le sous-sol français est traversé par un nombre considérable de cavités souterraines naturelles ou anthropiques : après mine, carrières, karsts, tunnels et ouvrages civils abandonnés, etc. Ces cavités sont à l’origine de différents risques de mouvements de terrains tels que les effondrements localisés (fontis) et les affaissements qui peuvent être graves de conséquence pour les biens et les personnes. Pour réduire ce risque, un renforcement par géosynthétique des remblais sur cavités potentielles peut être mis en œuvre. C’est dans ce cadre que s’inscrit cette thèse menée au sein de l’INERIS (projet de recherche EREVAN - Evaluation et Réduction de la Vulnérabilité des biens exposés aux Aléas Naturels et miniers), en partenariat avec le laboratoire 3SR. L’un des objectifs de ces travaux est notamment de mieux appréhender, suite à l’ouverture d’une cavité sous-jacente, le comportement et les mécanismes d’effondrement des remblais renforcés par géosynthétique, en particulier cohésifs, afin d’en optimiser le dimensionnement.Dans le cadre de cette thèse, différentes expérimentations sur des modèles physiques de laboratoire et en vraie grandeur ont été réalisées. Les résultats obtenus en laboratoire ont permis de préciser le rôle mécanique des renforcements géosynthétiques dans le cas d’effondrement localisé sous un remblai granulaire ou/et cohésif, une importante base de données expérimentales a ainsi été constituée. Une expérimentation en vraie grandeur a permis de valider l’intérêt au plan technique, économique et environnemental de la technique de renforcement par géosynthétique des zones sujettes à des risques fontis.La contribution particulière de ce travail réside dans l’utilisation de modèles physiques et de techniques de mesures originales développés pour simuler l’apparition d’une cavité et suivre de manière quantitative les mécanismes induits notamment dans le cas des remblais cohésifs. En particulier, une évaluation précise des mécanismes de transferts de charge et de l’interaction sol – renforcement géosynthétique due à un effondrement localisé a été rendue possible par le développement et la validation d’une technique de traitements des résultats par photogrammétrie. L’intensité de la charge transmise par le sol sur le renforcement géosynthétique, la géométrie de sa répartition, ainsi que son évolution sous l’effet d’une surcharge éventuelle en surface ont ainsi été plus spécifiquement étudiées.Les résultats expérimentaux ont été comparés avec des formulations analytiques issues de méthodes de dimensionnement existant dans la littérature. Cette comparaison nous a permis de mieux cerner les domaines de validité des méthodes de dimensionnement analytiques actuelles du renforcement géosynthétique que ce soit pour le cas d’un remblai granulaire ou cohésif et dans certains cas de formuler certaines recommandations.

The French underground is occupied by a considerable number of natural or anthropogenic underground cavities: former mining areas, quarries, karsts, tunnels and abandoned civil structures, etc. These cavities are the source of various risks of ground movements such as sinkholes and subsidence which can have a large impact on the safety people and structures or infrastructures. In order to reduce this risk, a reinforcement of the embankments by geosynthetic in the zones of potential cavities can be implemented. In this context, the thesis has been funded and managed by INERIS (research project EREVAN - Evaluation and Reduction of the Vulnerability of the properties exposed to the natural and mining Hazards), in partnership with 3SR laboratory. One of the objectives of this research is in particular to better understand, further to the opening of an underlying cavity, the behavior and the mechanisms of collapse of reinforced embankment, especially in the case of cohesive soil, in order to optimize its design.As a part of this work, various experiments on physical models in laboratory and on site have been realized. The results obtained in laboratory allowed to determine the behavior of the geosynthetic reinforcement following the collapse of a granular or/and cohesive embankment over a cavity, an important experimental database has thus been established. Full scale experiment allowed to validate the technical, economic and environmental benefits of geosynthetic reinforcement of zones subject to sinkhole.The particular contribution of this work is in the use of original physical models and measurement techniques used to simulate the occurrence of a sinkhole and follow in an accurate quantitative way the involved mechanisms, notably in the case of a cohesive backfill. In particular, a specific evaluation of load transfer mechanisms and soil - geosynthetic reinforcement interaction due to sinkhole has been enabled by the development and the validation of an image processing technique. The intensity of the load transmitted by the ground onto the geosynthetic reinforcement, the geometry of its distribution, as well as its evolution due to possible overburden load have been specifically investigated.Experimental results have been compared with analytical formulations resulting from existing design methods in the literature. This comparison allowed us to better define the domains of validity of the current analytical methods for design of geosynthetic reinforcement whether for granular or cohesive backfill, and in certain cases to formulate some recommendations.