Renforcement de sols compressibles par inclusions rigides :

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1 Renforcement de ol compreible par incluion rigide : dipoitif pour la modéliation en centrifugeue d une maille élémentaire Gaëlle Baudouin, Luc Thorel, Gérard Rault, Jacque Garnier Laboratoire de Pont et Chauée, Centre de Nante Route de Bouaye, BP 4129, Bouguenai cedex gaelle.baudouin@lcpc.fr, luc.thorel@lcpc.fr, gerard.rault@lcpc.fr, jacque.garnier@lcpc.fr Supprimé : RÉSUMÉ. Le renforcement de ol compreible par incluion rigide verticale et une technique dont le mécanime de fonctionnement ne ont pa encore bien compri. Par de expérimentation ur modèle réduit centrifugé intrumenté, le comportement d une maille élémentaire va être étudié dan différente configuration géométrique. On pourra imuler le comportement oit d un remblai oit d un dallage upporté par un ol renforcé par incluion rigide verticale. On e propoe de préenter ici le dipoitif expérimental en cour de conception au LCPC. ABSTRACT. The mechanim of reinforced oft oil by tiff vertical pile are not yet well undertood. By experiment on reduced cale centrifuged model, the behaviour of an elementary area will be tudied for different geometrical configuration. We will imulate the behaviour either of embankment or floor lab upported by reinforced oft oil. An original experimental device, which i developed at LCPC, i preented here. MOTS-CLÉS : modèle réduit, ol compreible, incluion rigide verticale, maille élémentaire. KEYWORDS: reduced cale model, oft oil, tiff vertical pile, elementary area. 25 e rencontre de l AUGC, mai 2007, Bordeaux

2 2 25 e rencontre de l AUGC, mai 2007, Bordeaux 1. Introduction Le renforcement de ol par incluion rigide verticale et une technique de renforcement de plu en plu utiliée. Elle permet de réalier de ouvrage tel que de remblai routier ou ferroviaire, de dallage indutriel ur de ol de qualité médiocre. Un exemple fameux et le pont Rion-Antirion en Grèce dont le pile ont fondée ur un matela de tranfert de charge poé ur le fond marin lui-même renforcé par un réeau d incluion métallique (Garnier & Pecker, 1999 ; Pecker, 2000 ; Rault et al., 2006). Dan le cadre du Projet National ASIRI (Amélioration de Sol par Incluion RIgide verticale, ), une érie d expérimentation ur modèle centrifugé et mie en place. Elle vie d abord à modélier le comportement d une maille élémentaire enuite d étudier le comportement du matela granulaire notamment le développement de l effet voûte (report de charge par ciaillement). Cette étude expérimentale en troi dimenion nou permettra d identifier et de quantifier l influence de différent paramètre géométrique comme la hauteur de matela en rapport avec la longueur de incluion, l inter ditance entre le incluion ; paramètre phyique comme la granulométrie du matela. Le phénomène de report de charge eront évalué à l aide de différent indicateur. Le comportement d une maille élémentaire era étudié à l aide d un dipoitif expérimental capable de meurer la répartition de effort ur le incluion aini que de quantifier le effet du taement du ol compreible le long de incluion. Une étude paramétrique era menée pour évaluer l influence de 3 paramètre : la nature du chargement (remblai ou dallage), l épaieur du matela et l inter ditance entre incluion. Supprimé : 25 ème Rencontre univeritaire de Génie Civil, Bordeaux, mai 200 Supprimé : 7 Mi en forme : Police :Italique 2. Géométrie et évaluation du report de charge 2.1. Géométrie du problème Le incluion rigide ont mie en place elon un maillage qui peut être rectangulaire ou triangulaire. Dan notre ca, le maillage et carré et la maille élémentaire et contituée de 9 incluion. Une cellule élémentaire et contituée d une incluion et du volume de ol itué autour. Le taux de couverture et défini comme le rapport entre l aire d une incluion et l aire totale de la cellule élémentaire. H M : hauteur du matela Taux de couverture α = A P / A A : Aire d'une cellule élémentaire. : entre-axe entre 2 incluion adjacente A P : Aire de la tête d'incluion (dallette). a : longueur caractéritique de la dallette A S : Aire du ol compreible, A =A - A p

3 Renforcement de ol compreible par incluion rigide 3 Mi en forme : Jutifié, Tabulation : 11,99 cm, Droite Supprimé : A S a H M H T A P a H M H T a/2 a/2 Figure 1. Définition géométrique 2.2. Problème an incluion Il agit dan ce ca de définir le chargement généré par la mie en place du matela et du chargement (remblai ou dallage) ur le ol compreible. Il nou permettront enuite d identifier pui de quantifier l effet de incluion ur le ol. q 0 q 0 Q P /2 Q S Q P /2 Q q P q S q P a/2 a/2 Figure 2. Définition du chargement a/2 a/2 q 0 : urcharge appliquée par le remblai q: contrainte verticale exerçant ur le ol compreible non renforcé q=q 0 + γ H M q S : contrainte appliquée ur le ol compreible q P : contrainte appliquée à l emplacement où e trouverait la tête d'incluion i elle était en place. q = q = q p Le force reprie repectivement par la urface totale, l aire de la tête d incluion et l aire du ol compreible ont repectivement : = ( γ H + q0 ) A = q A, Q P = ( γ H M + q0 ) AP = qp. A, P Q S = ( γ H M + q0 ) AS = qs. AS Q M. Le ratio de effort exercé ur l incluion et ur le ol e réduit à un rapport de urface : Q Q = Ap A = α ( 1 α ) P S ; Aini que le rapport entre le effort

4 4 25 e rencontre de l AUGC, mai 2007, Bordeaux repri par la urface totale et ceux repri par le ol compreible : Q S Q = A A = 1 1 ( α ) Supprimé : 25 ème Rencontre univeritaire de Génie Civil, Bordeaux, mai 200 Supprimé : Problème avec incluion Dan ce ca, on définit le effort upporté d une part par le incluion : Qp + + = qp. Ap et d autre part ceux repri par le ol compreible : Q + + = qs. A ; avec q + P qui et la contrainte reprie par le incluion et q + S qui et la contrainte reprie par le ol compreible Evaluation du report de charge Pour un maif identique contitué du même matela qui upporte le même chargement. On peut écrire de relation entre la ituation an incluion et celle du maif renforcé. Le principal indicateur de report de charge et l efficacité E, + proportion de la charge totale reprie par l incluion, E = Qp Q (Hewlett et Randolph, 1988). 3. Modéliation en centrifugeue La modéliation en centrifugeue permet de repecter de relation de imilitude entre le modèle réduit placé en macro gravité et le prototype. Cette méthode préente l avantage de repecter le état de contrainte et de déformation entre deux point homologue du modèle réduit et du prototype. On peut réalier ur ce modèle phyique de étude paramétrique qui ont exploitée en comparaion aux ouvrage réel ou encore peuvent contribuer au calage de modèle numérique. Le renforcement de ol compreible par incluion rigide verticale a déjà été étudié en centrifugeue (Van Eekelen et al., 2003, Barchard, 2002) mai eule de tructure 2D ont été modéliée. On peut citer cependant d autre approche expérimentale comme de eai en vraie grandeur ou de modèle réduit 2D ou 3D avec ol analogique (Jenck, 2004, Low, 1994) Recontitution d une maille élémentaire Mi en forme : Police :Italique Le dipoitif expérimental et contitué d un conteneur cylindrique de 900 mm de diamètre (fig.3). La hauteur totale du dipoitif et de 1500 mm. Le fond du conteneur et perforé de orte à pouvoir placer deux maille élémentaire de neuf incluion rigide. Chaque incluion era fixée rigidement au fond du conteneur, permettant le paage de fil de l intrumentation par le fond. Sur chaque maille, troi incluion (incluion centrale, incluion de bord et incluion de coin) ont intrumentée. Elle comporte chacune quatre capteur de force placé en tête, en pied et deux à de cote intermédiaire pour meurer une compoante verticale de

5 Renforcement de ol compreible par incluion rigide 5 Mi en forme : Jutifié, Tabulation : 11,99 cm, Droite compreion et etimer le frottement latéral du ol compreible ur le pieux lor du chargement mécanique. Enfin, une zone dan le conteneur et réervée à la reconnaiance pour caractérier le maif de ol compreible Echelle du modèle réduit Supprimé : D aprè une étude bibliographique (Briançon, 2002), nou avon déterminé le dimenion de élément qui contituent le prototype que nou ouhaiton modélier. A partir de ce valeur et en tenant compte de l epace diponible dan le conteneur, nou avon déterminé une géométrie pour chaque maille de façon à faire varier l inter ditance et à minimier le effet de bord. prototype modèle Diamètre de l incluion 0,50 m 18 mm Ditance entre incluion 2 < < 2,50 m 72 < < 90 mm Longueur de l incluion 10 < L < 15 m 360 < L < 540 mm Hauteur du matela 0,5 < H M < 2 m 18 < H M < 72 mm Hauteur de la urcharge (remblai) 5 < H R < 10 m 180 < H R < 360 mm Tableau 1. Echelle du modèle Nou avon donc choii un niveau d accélération de 27,8 G qui correpond à l échelle de réduction 1/27.8 ème. Maille 9090 Maille 7272 Pénétromètre électrique Matela granulaire Sol compreible renforcé Figure 3. Vue en coupe d un conteneur

6 6 25 e rencontre de l AUGC, mai 2007, Bordeaux 3.3 Chargement mécanique Supprimé : 25 ème Rencontre univeritaire de Génie Civil, Bordeaux, mai 200 Supprimé : 7 Le chargement mécanique et appliqué ur le matela par l intermédiaire d un réervoir d eau à fond ouple ou rigide pour imuler oit un remblai oit un dallage. Il et contitué d une baudruche en caoutchouc qui et plaquée ur le paroi du conteneur de orte que on contour n et jamai itué à moin d une inter ditance () d une incluion. 3.4 Matériaux utilié De maif de ol argileux ont déjà été réalié en centrifugeue. L argile utiliée et de type kaolin «pewhite clay» et conduit à de profil de cohéion non drainée compri entre 1,2 kpa/m et 1,8 kpa/m. Pour notre expérimentation, on ouhaite obtenir un profil de cohéion contant de 25 à 50 kpa. C et difficile à obtenir en centrifugeue car c et intable dan le temp. En effet la cohéion non drainée d une argile aturée dépend de l état de contrainte et du coefficient de urconolidation OCR, lequel change entre le condition de préparation de maif au laboratoire (chargement de type oedométrique) et le expérimentation en centrifugeue (état de contrainte géotatique à l équilibre). La réitance du ol au niveau de première couche e réduit inévitablement. Une olution enviagée et d introduire une faible quantité de able afin de rendre le maif plu réitant. Tamiat pondéraux cumulé [%] HN38 HN34 Hotun HN31 HN.4/.8 HN.5/1.6 HN1/2.5 B-1/5 A-1/7 HN2/ Ouverture tami [µm] Figure 4. Granulométrie du able d Hotun (donnée fournieur) Pour le matela granulaire, une grave B3 et généralement utiliée in itu. Se propriété ont d max < 50 mm, tamiat à 80 µm < 12 %, tamiat à 2 mm < 70 % et une valeur au bleu : 0,1 < VBS < 0,2 (Thorel, 2006). Dan la pratique, un dmax = 31,5 mm et ouvent retenu. Pour notre modèle, on attachera à repecter un dmax emblable (oit 1,13 mm à 27,8 G). On choiit un able d Hotun dont l angularité de grain devrait favorier l effet voûte. La figure 4 préente pluieur fueaux granulométrique du able de Hotun, aini que 2 mélange de 5 ou 7 fraction permettant d obtenir une granulométrie étalée. Mi en forme : Centré

7 Renforcement de ol compreible par incluion rigide 7 Mi en forme : Jutifié, Tabulation : 11,99 cm, Droite 4 Plan d expérience Grâce au dipoitif expérimental mi en place, on peut réalier une étude paramétrique du ol compreible renforcé par incluion rigide. On étudie pour chaque conteneur deux maille élémentaire de dimenion différente : ce ont de maille carrée d inter ditance prototype = 2.50 m pour la maille 1 et = 2 m pour la maille 2. Enuite, on fera évoluer la hauteur du matela pour vérifier on influence ur le report de charge (H1=0.5m, H2=1m, H3=2m). Enfin, pour chaque expérimentation, un rempliage progreif de la baudruche nou permettra d effectuer de meure pour différent niveaux de chargement. Supprimé : Figure 5. Vue dipoitif expérimental On réaliera pour la 1 ère érie de meure une maille non renforcée pour connaître le comportement du maif de ol (matela + ol compreible) et apprécier l effet de incluion rigide. Un total de 7 conteneur, oit 14 eai, ont programmé Concluion Le comportement d une maille élémentaire carrée de 9 incluion d un ol compreible renforcé par incluion rigide verticale va être étudié ur modèle réduit centrifugé. Pour ce faire un dipoitif d eai intrumenté et en cour de réaliation. Le expérimentation, tridimenionnelle, permettront d évaluer le report de charge ur le incluion en faiant varier la nature du chargement (remblai ou dallage), le taux de couverture et la hauteur du matela. Dan une phae

8 8 25 e rencontre de l AUGC, mai 2007, Bordeaux ultérieure, un matela doté de cohéion pourra également être étudié, aini qu un renforcement du matela par géogrille. Supprimé : 25 ème Rencontre univeritaire de Génie Civil, Bordeaux, mai 200 Supprimé : 7 Remerciement Le auteur tiennent à remercier le partenaire du Projet National ASIRI, pour le outien financier permettant la réaliation de ce expérimentation. Référence Barchard J., Centrifuge modelling of piled embankment on oft oil. Mater of Science of Engineering Thei, Univ. New Brunwick, 2002, 221 p. Briançon L., Renforcement de ol par incluion rigide. Etat de l art en France et à l étranger. Rapport de l IREX, 2002, 171 p. Garnier J., Pecker A., «Ue of centrifuge tet for the validation of innovative concept in foundation engineering», 2 nd Int. Int. Conference on Earthquake geotechnical Engineering, Libon, juin 1999, 7 p. Han J.. "Deign and contruction of embankment on geoynthetic reinforced platform upported by pile",1 ASCE/PaDOT Geotechnical Seminar in Herey, PA, USA, April Hewlett W.J., Randolph M.F., «Analyi of piled embankment», Ground Engineering, avril 1988, pp Jenck O., Katner R., «Analye du fonctionnement d un maif de fondation renforcé par incluion rigide verticale. Modéliation phyique», Acte du colloque international de géotechnique, 2004, Beyrouth. Low B.K, Tang S.K, Choa V., «Arching in piled embankment», Journal of Geotechnical Engineering, vol. 120, n 11, 1994, pp Pecker A., Pont Rion-Antirion : fiabilité et conception paraimique de fondation. La écurité de grand ouvrage, Pree ENPC, 2000, pp Rault G., Thorel L., Garnier J., «Modéliation phyique de fondation et d ouvrage maritime», Mécanique et Indutrie, 2006, ISSN vol.7, pp Thorel L., ASIRI thème 3, Cahier de charge de eai en centrifugeue, Rapport LCPC, 2006, RMS/MSC : /1-a, 15 p. Van Eekelen S.J.M., Bezuijen A., Oung A., Arching in piled embankment; experiment and deign calculation, Foundation : Innovation, obervation, deign and practice, Thoma Telford, London,