Projets d amélioration des sols

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1 Projets d amélioration des sols Problème: Construction décidée.. sol à problèmes But: Solution de fondation à coût et temps d exécution raisonnables Avantages escomptés Technique d amélioration envisagée Amélioration des sols 1

2 Campagne géotechnique: à compléter Dimensionnement: conformément avec les recommandations de la technique décidée Plots d essais: Zone limitrophe au projet: - Faisabilité de la technique sur le site; - exécution possible? - vérifier les avantages de l amélioration : avant et après le traitement - valider les méthodes de dimensionnement Amélioration des sols 2

3 Suivi dans le temps: avant et après la construction Essais de chargement Mesures enregistrées Comportement observé : évolution au cours du temps; exploitation du projet de construction Amélioration des sols 3

4 Techniques en fonction de la granulométrie du sol à améliorer Amélioration des sols 4

5 Usage combiné de Techniques d amélioration des sols Amélioration des sols 5

6 Programme: Chapitre 1. Pré chargement et drains verticaux Chapitre 2. Le renforcement par colonnes Références bibliographiques: M. Bouassida. Cours «Techniques d amélioration des sols». Polycopié ENIT, Bouassida M., Hazzar L. & de Buhan P. (2009). A software for the design of reinforced soils by columns. Proc. 2nd Int. Workshop on Geotechnics of Soft Soils- Focus on Ground Improvement- Karstunen & Leoni (Editors), September 03rd-05th 2008, Glasgow, pp Bergado D.T., Anderson L.R., Miura N., Balasubramaniuam A.S. (1996). Soft Ground Improvement in lowland and other Environments. ASCE Press. New York. Amélioration des sols 6

7 Pré chargement & Drains verticaux Essentiellement dédiés à l amélioration des sols mous très compressibles 1. Pré chargement 2. Drains verticaux (DV): sable & drains préfabriqués, matériau constitutif, exécution 3. Dimensionnement des réseaux de drains verticaux 4. Projets de drains verticaux en Tunisie 5. Contrôle et suivi de projets Amélioration des sols, MB 1

8 Pré chargement Sols compressibles saturés: capacité portante faible Remblai de chargement: simple Buts Augmenter la cohésion non drainée (C u ): consolidation primaire partielle Réduction du tassement Prédiction: à partir d un essai triaxial CU Contrainte Temps (consolidation verticale très longue) Amélioration des sols, MB 2

9 Principe du pré chargement P 0 : fondation projetée P 1 : chargement admissible C 1 u = C 0 u + U ( C f u C 0 u ) Amélioration des sols, MB 3

10 Limitation du pré chargement: Construction par étapes: argiles molles & (ou) remblais de grande hauteur, consolidation prolongée Besoin réel: accélérer la consolidation primaire L usage de drains verticaux : consolidation horizontale plus efficace pour réduire le temps de consolidation Distance de drainage bien réduite & perméabilité élevée (k h > k v ) du matériau drainant Amélioration des sols, MB 4

11 Consolidation d un sol mou avec drains verticaux L Q Couche drainante H Substratum rigide Amélioration des sols, MB 5

12 Drains Verticaux associés à un pré chargement Drains de sable: peuvent contribuer à la réduction du tassement; Une meilleure option pour la profondeur. Géo drains = Drains Verticaux Préfabriqués (DVP): exécution rapide & propriétés de drainage Profondeur limitée (équipement) Centre d intérêt: Exécution des drains, dimensionner les réseaux de drains Critère essentiel: Espacement entre les drains Réseaux, Cas d étude: projets réalisés. Amélioration des sols, MB 6

13 Drains de sable Efficacité: assurer le drainage Matériau constitutif : Sable Obéit à la condition de filtre qui conditionne sa granulométrie: éviter le colmatage. Courbe granulométrique Méthode d exécution: Plusieurs procédés; nécessite parfois de substituer le sol initial Amélioration des sols, MB 7

14 Condition de Filtre : expérimentale Barrages en terre (Terzaghi) : Matériaux cohérents minimum de 15 % d argile Non colmatage du filtre D 15 0,1 mm. Matériau purement frottant : Kérisel : Condition complémentaire (forme de la courbe granulométrique) D 100 : Diamètre maximum des grains du filtre Particules de diamètre D : Validité condition de filtre (Terzaghi) : Essais en laboratoire (Bertram, 1940) D15( filter) D ( soil) 85 ( D15) filter ( D ) soil 85 3 D D 100 (%) = 9 D ( filter) 4to5 p D ( soil) p Amélioration des sols, MB 8

15 Fuseau granulométrique des filtres D 15, filtre 85% 15% Amélioration des sols, MB 9

16 Exécution: méthode du tube fermé à pointe récupérable, Magnan (1983) Amélioration des sols, MB 10

17 A retenir : Drain de sable: durée de vie limitée. risque de colmatage par le sol environnant: Drain de sable «bien exécuté»: fonctionne correctement lors de la consolidation primaire du sol à améliorer.. Usage, de nos jours, très réduit (les géodrains sont plus avantageux) Amélioration des sols, MB 11

18 Drains Verticaux Préfabriqués (DVP) Un DVP est défini comme tout matériau (or produit) constitué d une enveloppe en filtre synthétique entourant une âme en plastique qui possède les caractéristiques suivantes: 1. Capacité de drainage de l eau à partir du sol jusqu à atteindre le noyau du drain; 2. Rôle de filtre: empêche la migration des fines du sol à améliorer; 3. L eau collectée au sein du drain s achemine le long du drain, via l'âme, vers un niveau drainant. Amélioration des sols, MB 12

19 Exécution des Géodrains Drain en mèche de carton, Magnan (1983) Amélioration des sols, MB 13

20 Formes de sabots d ancrage Amélioration des sols, MB 14

21 Caractéristiques d un DVP illustration de l équivalence entre un DVP et un Validation du diamètre équivalent d un DVP drain circulaire (Indraratna et al., 2005) (Indraratna et al., 2005) Amélioration des sols, MB 15

22 Effets d exécution des DVP 1) Remaniement: Pénétration du géodrain: Expansion latérale du sol (zone perturbée). * Remaniement du sol autour du drain * Déplacement engendrant un cisaillement * Création de surpressions interstitielles: augmetation des contraintes totales. Performance du géodrain: affectée. 2) Capacité de décharge: relie le degré de consolidation horizontale à la longueur du drain. Perte d efficacité de consolidation en profondeur Amélioration des sols, MB 16

23 Expérience de projets Taux de consolidation Mandrin Zone perturbée Rapide Section réduite Réduite Lent Section grande Significative Amélioration des sols, MB 17

24 Dimensionnement de drains verticaux: accélération de consolidation 1) Théorie de Barron (1948): cellule élémentaire: Diamètre équivalent: Hypothèses: D e (maillage régulier de drains) Drainage horizontal (consolidation uni dimensionelle) : Charge appliquée: assimilée à contrainte verticale constante Déformation verticale uniforme. t r r r 2 u u 1 u = Ch + 2 u: excès de pression interstitielle Amélioration des sols, MB 18

25 ZONE D INFLUENCE D UN DRAIN Relation entre l espacement entre drains (S) et le diamètre de la zone d influence(d e ) (Rixner et al, 1986) Amélioration des sols, MB 19

26 Consolidation horizontale ke C h oed h Coefficient de consolidation horizontale: C 1 5 h = γ C Facteur Temps T h Ct = D h 2 e Abaques : U = f( T, n) d h h D Diamètre du drain (équivalent pour DVP) Dimensionnement: temps nécessaire pour atteindre un degré fixé de consolidation horizontale? n; C r and D e : Données (Paramètres) Méthode applicable pour tous types de drains verticaux n = d e w v Amélioration des sols, MB 20

27 Théorie de Carillo (1942): même cadre Consolidation 3D (C h et C v ) Solutions de Terzaghi & Barron combinées: (3 abaques) [ ][ ] 1 U = 1 U 1 U h v U et t U v et U h Se donner «n» (d fixé) Type de maillage Espacement entre drains Vérifier la convergence de «n»: procédure itérative Amélioration des sols, MB 21

28 Abaque de consolidation horizontale, Barron (1947). 0 Degré de consolidation radiale U z et U r (%) Ecoulement vertical Ecoulement radial n = 5 n = 6 n = 7 n = 8 n = 9 n = 10 n = 20 n = 30 n = 40 n = 50 n = E-3 0,01 0,1 1 Facteur temps T r Amélioration des sols, MB 22

29 Consolidation 3D Amélioration des sols, MB 23

30 Dimensionnement d'un réseau de DV (Barron, 1948) c r = (m 2 /s) mois 2 mois 4 mois 8 mois 18 mois 3 ans 5 ans 10 ans Tem ps de consolidation, t ,9 Diam ètre des drains (cm ) U r (%) ,5 0,7 0,91 1,25 1,75 0,6 0,8 1, Diamètre d'influence des drains D (m) Amélioration des sols, MB 24

31 Dimensionnement des Drains Verticaux Préfabriqués (Hansbo, 1979) F = F(n) + F s + F r U h 8T h = 1 exp F Barron Perturbation Capacité de décharge F(n): U = f(t h, n) :U h et n T h Calculer temps de consolidation Amélioration des sols, MB 25

32 Dimensionnement DVP (Hansbo, 1979) Diamètre équivalent du drain a + b d w = 2 F = F(n) + F s + F r Influence de la zone perturbée (due à la mise en place): kh d F = s 1 Ln k s d Diamètre de la zone perturbée autour du drain s w d s Perméabilité horizontale du sol de la zone perturbée k h Perméabilité horizontale du sol non remanié k s Amélioration des sols, MB 26

33 Dimensionnement DVP (2) Influence de la capacité de décharge Drainage d'une seule extrémité du drain: L= 2 x longueur du drain Drainage des deux extrémités du drain: L= longueur du drain Capacité de décharge du drain au gradient hydraulique égal à 1: Distance de drainage à partir de l'extrémité du drain: Z F r = πz ( L z) q w k q h w Temps nécessaire pour un degré de consolidation: Abaques de Bergado et al (1991) t = D 8C 2 e h ( F( n) + F s + F r 1 ) Ln 1 U h Coefficient of horizontal consolidation: Abaques de Rixner et al (1986) k k h v C = Amélioration des sols, MB 27 h k k h v C v

34 Exécution de DVP (Tunisie) Amélioration des sols, MB 28

35 Suivi de comportement du sol mou amélioré Amélioration des sols, MB 29

36 Influence de l espacement entre DVP Amélioration des sols, MB 30

37 Suivi d'un remblai sur sol amélioré par drains verticaux Amélioration des sols, MB 31

38 Amélioration des sols, MB 32

39 Amélioration des sols, MB 33

40 Amélioration du sol initial Amélioration des sols, MB 34

41 Techniques d'amélioration des sols Exercice d'application Drains verticaux préfabriqués 13/07/2009 Amélioration des sols 1

42 Un remblai routier est à édifier sur une couche d'argile d'épaisseur 9,2 m située entre un sable limoneux en haut, et une couche de sable dense en bas. Le degré de consolidation exigé avant la construction est de 90 %, sur une durée de 9 mois. A cette fin on propose des drains de sable, de 450 mm de diamètre, à exécuter suivant un maillage carré. Calculer l'espacement optimisé des drains? 13/07/2009 Amélioration des sols 2

43 Caractéristiques de consolidation A partir d'essais de laboratoire, il a été adopté: C h = 0,288 m²/mois et C v = 0,187 m²/mois. 13/07/2009 Amélioration des sols 3

44 Solution 1. Déterminer T v T v = C v * t / H² Couches de sable: milieux drainants, H = distance de drainage = 9,2/2 = 4,6 m D'où, T v = (0.187 / 4,6²)*9 = 0,08 1. Estimer U v (abaque de Terzaghi) Uv = 0,32 13/07/2009 Amélioration des sols 4

45 Solution 3. Calcul de U h (Formule de Carillo) 1- U = (1- U h )(1- U v ) = (1- U h )( ) U h = 0,85 1. Optimisation de l'espacement n = D e /d w On suppose: n 1 = 5, T h = 0,25 (Abaque de Barron) 13/07/2009 Amélioration des sols 5

46 Méthode itérative D e = (C h *t / T h ) 1/2 = (0,288*9 / 0,25) 1/2 = m D'où: n 2 = 3,219 / 0,45 = 7 Si n 1 et n 2 ne sont pas différents, on adopte une nouvelle valeur de n et répète les calculs. Supposons n 1 = 6, T h = 0,27 (Abaque de Barron) D e = (C h *t / T h ) 1/2 = (0,288*9 / 0,27) 1/2 = 3,09 m D'où: n 2 = 3,09 / 0,45 = 6,8 Supposons n 3 = 6,5, T h = 0,29 (Abaque de Barron) D e = (C h *t / T h ) 1/2 = (0,288*9 / 0,29) 1/2 = 2,98 m D'où: n 3 = 2,98 / 0,45 = 6,6

47 Solution (conclusion) La valeur de n converge. On adopte, donc, la dernière valeur: n = 6,6 Les drains verticaux sont exécutés selon un maillage carré, d'où: L'espacement des drains est: S = 2,98 m / 1,13 = 2,63 m 13/07/2009 Amélioration des sols 7

48 Dimensionnement «GSVDrains» Hazzar L., Bouassida M. (2009). A first version software programme for designing improved soils by vertical drains. Proceed. 2nd Int. Conf. New Develop. in SMGE. Edit. Atalar et al May NEU Nicosia. pp /07/2009 Amélioration des sols 8

49 Evolution: Tassement - temps 13/07/2009 Amélioration des sols 9