Etude expérmentale et mdélsatn de l élargssement des remblas sur sls cmpressbles Yasmna Aku T cte ths versn: Yasmna Aku. Etude expérmentale et mdélsatn de l élargssement des remblas sur sls cmpressbles. Mechancs. Ecle Natnale des Pnts et Chaussées, 995. French. <tel- 00523302> HAL Id: tel-00523302 https://tel.archves-uvertes.fr/tel-00523302 Submtted n 4 Oct 200 HAL s a mult-dscplnary pen access archve fr the depst and dssemnatn f scentfc research dcuments, whether they are publshed r nt. The dcuments may cme frm teachng and research nsttutns n France r abrad, r frm publc r prvate research centers. L archve uverte plurdscplnare HAL, est destnée au dépôt et à la dffusn de dcuments scentfques de nveau recherche, publés u nn, émanant des établssements d ensegnement et de recherche franças u étrangers, des labratres publcs u prvés.
es /s? f (4j THESE DE DOCTORA TDEL 'ECOLE NA TIONALE DES PONTS ET CHA USSEES spécalté : gétechnque présentée par Yasmna Aku pur btenr le grade de Dcteur de l'ecle Natnale des Pnts et Chaussées sur le sujet ETUDE EXPERIMENTALE ET MODELISATION DE L'ELARGISSEMENT DES REMBLAIS SUE SOLS COMPRESSIBLES sutenue le 9 Décembre 995 devant le jury cmpsé de MM. Perre-Yves HICHER, Mnn Phng LUONG, Jacques GARNIER, Claude MIEUSSENS, M. Jean-Perre MAGNAN, Rapprteur Rapprteur Examnateur Invté Drecteur de thèse Pars Ë.NP.C. \0 INV03260
À LA MÉMOIRE DE MA MÈRE ET À MA SOEUR MA6HNA
[ REMERCIEMENTS Ce traval a été réalsé au Labratre Central des Pnts et Chaussées (LCPC) sus la drectn de Mnseur Jean Perre Magnan, Prfesseur à l'ecle Natnale des Pnts et Chaussées et drecteur technque au Labratre Central des Pnts et Chaussées. Je tens à lu exprmer ma prfnde grattude pur sa patence, pur les préceux cnsels qu m'nt perms de mener à ben ce traval et auss pur ses encuragements dans les passages dffcles. Je lu adresse mes remercements respectueux pur m'avr fat l'hnneur de présder le jury. Je remerce tut spécalement Mnseur Phlppe Mestat, chef de la sectn rhélge et mdélsatn des sls, qu m'a accuelle au sen de sn équpe et pur sn ade préceuse dans la réalsatn de la parte numérque. Je tens à remercer tut partculèrement Mnseur Gérard Rault, Techncen Supéreur à la sectn centrfugeuse et mécanque des sls du LCPC à Nantes, qu m'a assstée dans la réalsatn de la parte expérmentale avec une benvellante attentn et une parfate maîtrse. Qu'l veulle ben accepter ma sncère recnnassance et le témgnage de ma prfnde admratn. Je présente mes remercements au même ttre à Mnseur Therry Dubreucq, Ingéneur à la sectn centrfugeuse et mécanque des sls du LCPC pur l'ade qu'l m'a apprtée et pur m'avr fat bénéfcer de sn expérence dans le dmane. Qu'l veulle ben accepter ma sncère recnnassance. Je remerce également Mnseur Mchel Pehsser, pur sn ngéneuse cpératn dans la réalsatn du flm vdé qu a faclté l'expstn de ce traval lrs de la sutenance. Qu'l veulle ben accepter ma sncère recnnassance. Je remerce Mnseur Françs Derkx, chef du Servce d'étude et de la cnstructn de prttypes (SECP) du LCPC et, Mnseur Erc Merlt, Techncen Supéreur dans la même sectn pur la cnceptn de la tréme que j'a utlsée pur les essas en centrfugeuse. Je remerce auss Mnseur Perre Hrnych, Ingéneur et Mnseur Gérard Alan, Techncen Supéreur dans le grupe gétechnque rutère du pôle gétechnque, qu m'nt adée dans la réalsatn des essas en labratre. Je tens à exprmer mes sncères remercements et ma prfnde recnnassance à Mnseur Mnh Phng LUONG, Drecteur de Recherche au Labratre de Mécanque des Sldes, et à Mnseur Perre-Yves HIGHER, Maître de Cnférences à l'ecle Centrale de Pars, qu nt ben vulu accepter d'être les rapprteurs de cette thèse malgré leurs lurdes tâches. Je remerce partculèrement Mnseur Jacques Gamer, chef de la sectn centrfugeuse et mécanque des sls au LCPC, qu m'a accuelle au sen de sn équpe et m'a dnné les myens nécessares à la réalsatn des essas en centrfugeuse. J'exprme auss mes chaleureux I
remercements à Messeurs C. Favraud, L.M. Cttneau, J.M. Mlard et S. Pau, qu m'nt apprté leur cmpétence technque. Je remerce Mnseur Claude Meussens, chef de la sectn de mécanque des sls du LRPC de Tuluse, pur sn ade dans l'étude du rembla de la plane de l'aude et pur avr accepté de partcper au jury de sutenance. Mes remercements vnt également à Mnseur Jean-Françs Cste, Drecteur du LCPC, à Mnseur Alan Bnnet, Drecteur des actns scentfques et technques et à Madame Ncle TCHANG, pur avr ms à ma dspstn tus les myens nécessares au bn dérulement de cette thèse. Je remerce auss Madame Rejane Cquelle et Messeurs Jean Claude Berche, Jacques Ocz-kwsk, Jean-Lus Salh, Jean LeGuguec pur les servces qu'ls m'nt rendus en matère d'nfrmatque. Enfn, que tutes les persnnes qu m'nt perms, de près u de ln, de mener à ben cette thèse et partculèrement mes cllègues dctrants, truvent c l'expressn de ma prfnde recnnassance. n
RÉSUMÉ J Deux apprches nt été utlsées pur étuder le cmprtement des sls cmpressbles lrs de l'élargssement d'un rembla : étude sur mdèles réduts centrfugés et analyse numérque en éléments fns. Pur l'étude en centrfugeuse, la cnstructn des remblas pendant la rtatn du mdèle a été effectuée grâce à une tréme dévelppée pur cette recherche. Sept cnteneurs d'argle Speswhte recnsttuée nt été préparés et équpés de capteurs de tassements de surface, de pressns ntersttelles et de déplacements hrzntaux. Sept essas nt été réalsés, les premers pur mettre au pnt les prcédures d'essa et les quatre derners pur cmparer deux varantes d'élargssement d'un rembla. L'analyse des résultats des mesures et des bservatns fates sur les mdèles a mntré l'mprtance des cndtns de préparatn des massfs d'argle et d'un suv détallé de tute l'hstre des sls depus leur mse en place dans le cnteneur jusqu'à la fn de l'essa. Le cmprtement des argües pendant la centrfugatn dépend d'une cmbnasn de cnsldatn et de fluage qu dépend de leur état de surcnsldatn ntale et cmplque l'nterprétatn des mesures effectuées sur le mdèle. La mdélsatn numérque a été effectuée au myen de CESAR-LCPC. Elle a prté sur les mdèles testés en centrfugeuse et sur le cmprtement d'un rembla autruter élarg vngt-cnq ans après sa cnstructn. Le calcul en éléments fns, de type élastplastque cuplé, nécesstat des dnnées gétechnques qu n'étaent pas tutes dspnbles et les cmparasns effectuées avec les mesures snt restées pur cette rasn ncmplètes, ben que les phénmènes sent reprduts qualtatvement de façn acceptable. Ces recherches mntrent qu'l est ndspensable de meux défnr les prprétés mécanques des sls pur débucher sur des résultats d'applcatn pratque. Mts-clés Mdélsatn - Rembla - Elargssement - Sl mu - Mdèle rédut - Centrfugeuse - Tréme - Argle "Speswhte" (argle recnsttuée) - Mdèle (rhélgque, Melane) - Eléments fns (méthde) - CESAR-LCPC (cde d'éléments fns) -Expérmentatn en vrae grandeur - Essa (de labratre). m
I ABSTRACT Tw appraches were used t study the behavur f cmpressble sls durng the wdenng f an embankment : the testng f small scale mdels n a centrfuge and numercal analyses by thefnteelement methd. In the centrfuge, the embankments were bult n flght by usng a new hpper, whch was desgned fr ths test. Seven cntaners f recnsttuted Speswhte clay were prepared and equpped wth surface settlement, pre water pressure and hrzntal dsplacement sensrs. Seven tests were made. The frst three tests were used t defne the test prcedure and the last fur nes t cmpare tw types f embankment wdenng. The analyss f the measurements and bservatns made n the mdels shwed the mprtance f the sl preparatn cndtns and f the detaled hstry f the sl frm ts purng nt the cntaner untl the end f the test. The clay behavur n the centrfuge depends n a cmbnatn f cnsldatn and creep, whch n turn depends n the ntal vercnsldatn state f the clay and makes the nterpretatn f the expermental results mre cmplcated. The numercal analyses were made by usng CESAR-LCPC. They cncerned the centrfuge small scale mdels and the behavur f a mtrway wdenng embankment, bult 25 years after the mtrway cnstructn. Fr the fnte element cupled elast-plastc analyses, sme f the necessary getechncal data were nt avalable; the cmparsn f numercal and expermental data was therefre nt cnclusve, despte ther qualtatve agreement. In rder t get mre useful results fr practce better nfrmatn abut the mechancal prpertes f the sls s thus needed. Keywrds Mdellng - Embankment - Wdenng - Sft sls - Mdel test - Centrfuge - Hpper - "Speswhte" (clay) - Mdel (cnsttutve law, Melane) - Fnte element (methd) - CESAR- LCPC (fnte element general prgram) - Full scale testng - Test (labratry). IV
SOMMAIRE INTRODUCTION GENERALE Pages Chaptre : REMBLAIS SUR SOLS MOUS : DIMENSIONNEMENT ET ELARGISSEMENT (ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE).. Intrductn,...3.2. Remblas sur sls mus : Méthdes de calcul...3.2.. Etude de stablté.3.2... Stablté au pnçnnement 5.2..2. Stablté en rupture rtatnnelle 6.2.2. Etude des tassements 7.2.2.. Calcul de l'ampltude des tassements...7 a - Tassement mmédat 9 b - Tassement de cnsldatn prmare c - Tassement de fluage 3 d - Tassement dû aux déplacements latéraux 4.2.2.2. Calcul de la vtesse des tassements 8.3. Elargssement des remblas 2.3.. Technques d'élargssement...22.3... Empl du plystyrène expansé 22.3..2. Le prcédé Pneusl 25.3..3. Utlsatn de la "méthde d'élargssement vers l'ntéreur" 26.3.2. Méthdes de calcul 27.4. Cnclusn 27 V
Chaptre 2 : METHODES D'ETUDE DE L'ELARGISSEMENT DES REMBLAIS SUR SOLS MOUS (ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE) 2.. Intrductn 28 2.2. Expérmentatn en vrae grandeur 28 2.2.. Chanter expérmental de Mandeleu (990) 28 2.2.2. Ste de la plane de l'aude (994) 30 2.3. Mdélsatn par centrfugarn 39 2.3.. Prncpe de smltude dans la mdélsatn par centrfugatn 39 2.3.2. Travaux antéreurs 4 2.3.2.. Technque de cnstructn du mdèle 4 2.3.2.2. Mdèles de rembla sur sl renfrcé 43 2.3.2.3. Elargssement de remblas 44 2.4. Mdélsatn numérque 45 2.4.. Travaux antéreurs 45 2.4.2. Cde de calcul CESAR-LCPC...47 2.4.2.. Prgramme de cnsldatn "CSNL"... 50 2.4.2.2. Mdèle de calcul "Melane" 5 a - Descrptn du mdèle "MELANIE" 5 b - Détermnatn des paramètres du mdèle "MELANIE"..57 2.5. Cnclusn 59 Chaptre 3 ELARGISSEMENT DES REMBLAIS EN CENTRIFUGEUSE 3.. Intrductn 60 3.2. Etudes paramétrques sur mdèles réduts centrfugés 60 3.2.. Tréme embarquée du LCPC 6 3.2... Descrptn....6 3.2..2. Remplssage de la tréme 65 VI
3.2.2. Réalsatn des essas 67 3.2.2.. Préparatn du sl de fndatn,..67 a-malaxage 67 b - Cnsldatn... 68 3.2.2.2. Caractérsatn de l'argle et du sable 75 a. -Argüe 75 b - Rembla de sable 87 3.2.2.3. Instrumentatn du mdèle... 90 a-défntn 90 b. - Suv vsuel pendant la rtatn 9 c. -Mesures de pressn ntersttelle... 93 d. - Mesure des déplacements vertcaux..94 e. - Mesures nclnmétrques... 95 3.2.2.4. Dérulement de l'essa 96 3.2.3. Résultats desmesures et nterprétatn 00 3.2.3.. Prfls du rembla 00 3.2.3.2. Décupage du massf 02 3.2.3.3. Chargement 04 3.2.3.4. Pressns ntersttelles 04 3.2.3.5. Tassements 3.2.3.6. Déplacements hrzntaux 20 3.3.Calculs manuels et cmparasn avec les mesures...25 3.3.. Ampltude des tassements...25 3.3... Tassement mmédat 25 3.3..2. Tassement de cnsldatn prmare 26 3.3.2.Déplacements hrzntaux...27 3.4. Cnclusn 33 Chaptre 4 : CALCULS EN ELEMENTS FINIS (CESAR-LCPC) 4.. Intrductn... 34 4.2. Valdatn de l'adaptatn du mdule "CSNL" dans CESAR-LCPC 34 4.3. Mdélsatn des essas centrfugés 38 4.3.. Premère varante 39 4.3.2. Deuxème varante......4
4.3.3. Analyse des résultats 4 4.3.3.. Cmparasn entre calcul numérque et essas 42 a - Surpressns ntersttelles 42 b -Tassements.42 c - Déplacements hrzntaux 46 4.3.3.2. Cmparasn des calculs numérques 48 a- Surpressns ntersttelles.. 48 b-tassements 49 c - Déplacements hrzntaux 5 4.4. Mdélsatn du ste expérmental de la plane de l'aude 5 4.4.. Mdélsatn 5 4.4.2. Mdèle de cmprtement et caractérstques mécanques et hydraulques 52 4.4.3. Chargement 54 4.4.4. Cndtns aux lmtes 55 4.4.5. Résultats des calculs et analyse 56 4.4.5.. Surpressns ntersttelles... 56 4.4.5.2. Tassements 58 4.4.5.3. Déplacements hrzntaux...6 4.5. Cnclusn... 63 CONCLUSION GENERALE 64 ANNEXE m-a : Test du fnctnnement de la tréme 68 ANNEXE n-b : Palers de chargement à g 72 ANNEXE m-c : Caractérsatn de l'argle et du sable 74 ANNEXE TJ-D : Etalnnage des apparels de mesure 85 ANNEXE m-e : Instrumentatn des mdèles 89 ANNEXE ffl-f : Essas 2 et 3 : Rupture du sl de fndatn 94 ANNEXE UJ-G : Résultats des essas et calculs manuels.204 ANNEXE m-h : Pressns ntersttelles négatves 235 ANNEXE IV : Descrptn et mde d'empl du mdule CSNL 242 RFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 248 DC
INTRODUCTION GENERALE L'augmentatn du trafc sur le réseau ruter et autruter a cndut dans de nmbreux cas les prjeteurs à envsager un élargssement des ves exstantes. Lrs de l'élargssement d'un rembla sur un sl cmpressble, les tassements sus le nuveau rembla ndusent la plupart du temps des désrdres affectant e crps de l'ancen rembla sur une pérde de temps prlngée. Par exemple, le raccrdement d'un nuveau tracé à une rute exstante pse ce type de prblème. Ces désrdres snt dus à la fable résstance du sl et sa frte cmpressblté, qu peuvent entraîner des tassements et défrmatns mprtants. Dfférentes technques nt été dévelppées pur lmter ces désrdres : remblas en matéraux légers (emplement de buses, argle expansée, pneus usagés, plystyrène), tratement du sl de fndatn, slement du rembla ancen et du rembla nuveau...). Mas tutes fs ces technques ne peuvent être emplyées à bn escent que s l'n peut prévr précsément l'effet d'un rembla nuveau sur le rembla ancen. C'est à cette amélratn des utls de prévsn qu'est cnsacré ce mémre. Les myens de calcul dspnbles actuellement snt lmtés au calcul des tassements par détermnatn de l'accrssement de cntrante ttale prdut par le rembla dans un massf de fndatn sem-nfn élastque strpe (abaque d'osterberg, 957) et un calcul undmensnnel du tassement (méthde edmétrque). Cette méthde de calcul ne tradut pas la réalté des phénmènes bservés lrs de l'élargssement des plates-frmes rutères en rembla. Le prgramme de recherche lancé par le réseau des Labratres des Pnts et Chaussées sur ce thème cmprte une expérmentatn en vrae grandeur, des essas sur mdèles réduts en centrfugeuse et des études numérques par éléments fns. Les travaux présentés dans ce mémre cncernent les deux derners vlets du prgramme et nt pur bjectf de cntrbuer à la cmpréhensn de ce phénmène cmplexe. Ils nt nécessté des dévelppements nnvants pur les études en centrfugeuse. Ce mémre cmprte quatre chaptres : Le chaptre présente une synthèse bblgraphque des méthdes d'étude et de cnstructn des remblas sur sls mus et des technques utlsées pur les élargr. Le chaptre 2 passe en revue les travaux antéreurs sur l'élargssement des remblas sur ste réel, les études en centrfugeuse et les calculs numérques. Il se termne par la descrptn de la structure du cde de calcul CESAR-LCPC et de la nuvelle versn du mdule CSNL, au myen duquel les calculs par éléments fns du chaptre 4 nt été effectués. Le chaptre 3 est cnsacré à ns études sur mdèles réduts centrfugés. Il décrt les deux varantes d'élargssement, la prcédure expérmentale (recnsttutn des massfs argleux, nstrumentatn des mdèles, réalsatn des essas) et l'analyse des résultats. La réalsatn de ces essas a nécessté le dévelppement d'une tréme de pluvatn du sable en curs de rtatn sus une accélératn de 70 g. En parallèle, des essas de caractérsatn de l'argle et du sable (essas de cmpressn et de fluage edmétrques, essas traxaux et de I
perméablté) nt été réalsés afn de détermner les paramètres nécessares aux calculs numérques. Le chaptre 4 est cnsacré aux calculs par éléments fns et trate successvement de la valdatn de la nuvelle versn du mdule CSNL, de l'analyse des essas en centrfugeuse et de la mdélsatn du rembla de la plane de l'aude. 2
CHAPITRE REMBLAIS SUE SOLS MOUS : DIMENSIONNEMENT ET ÉLARGISSEMENT (ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE).. INTRODUCTION La cnstructn de remblas sur sls cmpressbles pse de nmbreux prblèmes, qu snt asscés d'une part à la fable résstance de ces sls, qu entraîne des dffcultés à assurer la stablté des remblas, et d'autre part à leur frte cmpressblté, qu se tradut par des tassements et défrmatns mprtants des uvrages. Pur cnstrure tut de même les uvrages désrés, n peut prcéder au renfrcement u à l'amélratn du sl de fndatn u du rembla. Les technques emplyées permettent st d'amélrer la stablté du rembla, st d'accélérer le prcessus de cnsldatn, u encre de dmnuer le tassement fnal u de résudre les deux prblèmes à la fs. Les prncpales technques utlsées pur cntrôler les ampltudes et les vtesses de tassement, ans que la stablté du rembla snt le préchargement du sl mu, le préchargement avec des drans vertcaux, la substtutn partelle u ttale du sl de fndatn, le renfrcement du sl par des clnnes ballastées u des clnnes de sl traté à la chaux u au cment, l'allégement du rembla... Le lecteur désrant plus de détals sur ces technques purra se reprter à l'uvrage de Leruel et al. (985). Les prblèmes de tassement résultant de l'nteractn entre remblas et uvrages d'art snt également dffcles à résudre. En général, dans les stes de sls cmpressbles, les structures snt cnstrutes sur peux. La présence, par exemple, de remblas d'accès à prxmté des peux entraîne le dévelppement d'effrts mprtants de frttement négatf et de pussée hrzntale sur les peux. Nus nus ntéressns dans ce mémre à l'nteractn entre deux remblas (prncpal et adjacent) dans le cas de l'élargssement d'un rembla exstant. Dfférentes slutns nt été envsagées pur résudre ce type de prblème : mse en place d'un rdeau de palplanches pur sler les massfs de fndatn des deux remblas, allégement du rembla qu cnsttue l'élargssement, utlsatn de la "gap-méthde" lrs de l'exécutn du rembla d'élargssement (Cuvreur et al., 993)... Ce premer chaptre décrt les méthdes d'étude des remblas sur sls mus et les technques d'élargssement..2. Remblas sur sls mus : Méthdes de calcul.2.. Etude de stablté La plupart des dépôts argleux présentent une crûte superfcelle altérée et fssurée, dnt le rôle est prépndérant dans la défntn du mde de rupture. Plt (972) et Bjerrum (972) nt nté cette partcularté qu est lée à la frte résstance au csallement de cette crûte u du matérau de rembla lrsqu'l est chérent. Seln l'mprtance de cette cuche, les 3
ruptures de rembla bservées nt été classées en deux grandes catégres crrespndant à des mdèles de calcul dfférents. Dans le cas ù la crûte superfcelle surmntant le sl mu est nexstante, le cmprtement du rembla est smlare à celu d'une putre enflexn.desfssuresde tractn peuvent se prdure dans la parte nféreure du rembla, prvquant ans sn affassement et par la sute le pnçnnement de îa cuche mlle. D s'ensut la frmatn de burrelets de part et d'autre du talus. C'est une rupture générale par pnçnnement (fg. l.a). (c'est un cas très rare en ste terrestre) Lrsque la cuche est mnce (fg. l.b), elle peut transmettre au rembla des déplacements hrzntaux prvqués par le chargement de la cuche mlle, d'ù l'appartn d'une fssure vertcale dans le crps du rembla annulant tute résstance au csallement : l s'agt là d'une rupture par glssement avecfssuratndu rembla qu'n rencntre dans le cas d'un rembla chérent. S, au cntrare, la crûte superfcelle est épasse (fg. l.c), elle ne transmettra pas les déplacements hrzntaux de la cuche mlle et le rembla ne sera pas fssuré : l s'agt d'une rupture par glssement sans fssuratn du rembla qu'n rencntre dans le cas d'un rembla purement frttant. ^wrw^wnkwrw^rwrk^wwr~\ a - Rupture par pnçnnement. ^TK^rww^rw^r^^rwrKK^: b - Glssement avec fssuratn. c - Glssement sans fssuratn. Fgure.. : Schémas types de rupture de rembla sur sls mus flagnan et al, 984). 4
Un chx judceux de la gémétre du talus de rembla lrs de sn édfcatn permet d'évter que l'argue st en état de rupture sus reffet des cntrantes de csallement ndutes dans le massf de fndatn. La vérfcatn de ce chx se fat au myen du calcul de l'équlbre suvant une surface de rupture prbable, généralement de frme crculare. Cet équlbre est caractérsé par un ceffcent de sécurté.,2,, Stablté au pnçnnement Le schéma de rupture du sl de fndatn est suppsé analgue à celu qu se prdut sus une fndatn superfcelle. Matar et Salençn (979) nt prpsé des abaques (fg..2) pur évaluer la pressn lmte sur un sl dnt la résstance crît lnéarement avec la prfndeur. Dans ce cas, le sl de fndatn est suppsé hmgène, d'épasseur D. La résstance x f = c u, crît avec la prfndeur z, avec une valeur en surface x 0 et un gradent de chésn g. La pressn lmte s'exprme alrs par : B D X f= T +g z /Xs rx\ /Xs, / f. /»s frs. /H\ /fa. /^ /&> fxs. /K\ /Äs SK\ /As B/D 25 20 5 Ne.2' 0 ' 0' 0 5 Qß/r 0 H ) V I0 2 O 3,72 Fgure.2. : Abaque de calcul du ceffcent de sécurté seln la méthde de Matar et Salençn (979). 5
Le ceffcent de sécurté est dnné par : 7 "max ù y^ axe. est a cntrante apprtée par le rembla de pds vlumque y r et de hauteur h,, sur sn.2..2 Stablté en rupture rtatnnelle L'analyse de stablté en rupture rtatnnelle se fat tradtnnellement au myen de méthdes de calcul à la rupture qu dnnent, par l'ntermédare du ceffcent de sécurté F, une dée de l'état d'équlbre du massf par rapprt à l'équlbre lmte, caractérsé par F =. La cnstance du ceffcent de sécurté le lng de la surface de rupture et les hypthèses smplfcatrces utlsées dans ces méthdes rendent l'analyse glbale et apprchée. Skemptn (964) s'est penché sur le prblème de la mblsatn de la résstance du sl. Il a dédut de l'étude de dfférents glssements que n le ceffcent de sécurté calculé à partr des caractérstques résduelles, n celu calculé à partr des caractérstques de pc ne crrespndent à la réalté. D en a cnclu que la mblsatn de la résstance au csallement n'est pas unfrme. Des recherches nt été engagées pur essayer de décrre la prpagatn des cndtns "pstrupture" (résduelles) dans le sl. Ans, Athanasu (980) a utlsé la méthde des perturbatns, qu permet de défnr un ceffcent de sécurté lcal en chaque pnt de la surface de glssement et de puvr ans suvre la prpagatn de la rupture. Cependant, les méthdes de calcul qu admettent la smultanété de la rupture en tut pnt restent l'utl le plus utlsé par l'ngéneur gétechncen. Pur les sls à la fs frttants et chérents, ces méthdes subdvsent en tranches vertcales la parte du massf lmtée par la surface de glssement ptentelle, d'ù le nm de "méthde des tranches" (Fellenus, 936; Bshp, 955). La détermnatn du ceffcent de sécurté d'un rembla se fat généralement au myen d'abaques (Plt et Mreau, 973), u par un calcul cmplet seln la méthde des tranches de Bshp (955), u la méthde des perturbatns utlsées dans le lgcel PETAL du LCPC. L'utlsatn de la méthde des éléments fns avec des ls rhélgques adaptées a furn dans certans cas des estmatns satsfasantes des défrmatns des sls mus jusqu'au vsnage de la rupture, mas elle ne fat pas parte des méthdes curantes des ngéneurs..2.2. Etude des tassements Un rembla édfé sur sls mus peut être le sège de ruptures spectaculares mas les prblèmes que psent les défrmatns et les tassements dfférés snt tut auss préccupants pur détermner les délas, les méthdes de cnstructn et les cûts. Dans certanes cndtns, ces défrmatns peuvent avr un caractère catastrphque, cndusant à la rupture de l'uvrage. Il est dnc nécessare de fare une prévsn crrecte de l'ampltude et de la vtesse des tassements. 6
.2.2.. Calcul de l'ampltude des tassements La cnnassance du chemn des cntrantes effectves u plus smplement des cntrantes effectves vertcales sus l'axe d'un rembla est suffsante en pratque pur l'analyse smplfée du cmprtement de la fndatn argleuse. Dans la zne stuée sus le centre du rembla, les drectns prncpales des cntrantes restent vertcales et hrzntales en tut temps et le chemn des cntrantes effectves suv pendant et après la cnstructn d'un rembla stable est représenté par QFATBT)' (fgure.3). Fgure.3. Chemn de cntrantes effectves sus un rembla (Leruel et al, 985). X 'r"nc 0 H K s  s * * M : p s> Y ~~~~~^~~ -_. ' Fgure.4. : Varatnstypquesde la charge de rembla et du tassement en fnctn du temps (Leruel et al, 985). 7
Le tassement d'un massf de fndatn durant la cnstructn et à lng terme évlue en fnctn de la charge applquée et du temps (fgure.4). Pendant la phase de cnstructn (OT'A), l'argle de fndatn est en état surcnsîdé et présente un cmprtement quas-élastque avec une grande rgdté (chemn OT') : les tassements restent fables et augmentent lnéarement avec la charge du rembla. Lrsque les cntrantes effectves attegnent la surface d'état lmte en F, c'est à dre a v =, l'argle devent nrmalement cnsldée et plus cmpressble ; n bserve alrs un cmprtement nn drané de la fndatn suvant le chemn des cntrantes effectves (FA') sur la surface d'état lmte de l'argle : les tassements reflètent une plus grande défrmablté de la fndatn. De la smmatn de ces deux quanttés résulte le tassement appelé "tassement mmédat". L'état de cntrante effectve en A' marque la fn de la cnstructn et le début du prcessus de cnsldatn, qu se tradut par une augmentatn des cntrantes effectves suvant le chemn de cntrantes (A*B'). Le tassement résultant est le "tassement de cnsldatn prmare" qu se fat avec une vtesse décrssant régulèrement avec le temps, en fnctn des caractérstques de cnsldatn et defluagede l'argle. La thére de la cnsldatn undmensnnelle et le prncpe des cntrantes effectves établs par K. Terzagh (923, 925) snt ncnturnables pur tute analyse de la cnsldatn des sls argleux. Cette thére repse sur l'hypthèse que "en un curt nstant, le sl ne peut tasser plus qu'l ne peut évacuer d'eau seln la l de Darcy (856)". Pur un sl saturé, matérau à deux phases, la cnsldatn crrespnd à la dsspatn des surpressns ntersttelles et à la dmnutn du vlume de sl au curs du temps sus les charges qu lu snt applquées. Seln le prncpe des cntrantes effectves, l y a transfert prgressf des effrts, au fur à mesure de l'élmnatn de l'eau, de la phase lqude sur la phase slde. La cnsldatn du sl ans défne est un phénmène de cuplage hydr-mécanque, dnt les cmprtements mécanque et hydraulque snt asscés respectvement au squelette du sl et aufludecntenu dans les pres de ce derner. Le caractère vsqueux de l'argle crée une cmpsante de tassement defluagemse par la thére de la cnsldatn undmensnnelle de K. Terzagh (920), qu rele les défrmatns du s aux seules varatns des cntrantes effectves. En réalté, la cnsldatn et lefluagesnt effectvement cncmtants, cmme le représentent par exemple Gbsn et L (96) en décrvant le cmprtement du sl à l'ade du mdèle rhélgque de Kelvn (fgure.5). Cependant, dans la pratque, le gétechncen sépare suvent les calculs de tassement prmare et secndare. 8
rbnet (perméablté) Y, ' eau amrtsseur (fluage) Fgure.5. : Mdèle rhélgque de Kelvn (Gbsn et L, 96). Dans ce mdèle, le ressrt et l'amrtsseur représentent respectvement l'élastcté et la vscsté du squelette du sl. L'ampltude du tassement fnal 5_ en cndtns de défrmatns planes est détermnée seln la frmule classque de décmpstn en quatre termes : avec a la s m =s +s c +s ß +s l la tassement mmédat ; tassement de cnsldatn ; tassement defluage ; tassement ndut par les déplacements latéraux du sl sus le rembla. a - Tassement mmédat Le chargement du terran prvque une défrmatn d'ensemble du massf avant tute cnsldatn. Le phénmène étant rapde, n peut admettre que la défrmatn s'père à vlume cnstant car î'eau n'a pas eu le temps d'être expulsée. Le tassement qu en résulte s'appelle tassement mmédat. D reste suvent assez fable (parfs néglgeable) vs à vs du tassement de cnsldatn. Le calcul de ce tassement est effectué en suppsant un cmprtement élastque lnéare strpe à vlume cnstant (v = 0,5). Seln la méthde de Skemptn et Bjerrum (957), n calcule ce tassement par l'expressn : BI s =q ' E 9
avec s tassement mmédat ; q cntrante vertcale applquée au sl de fndatn ; B largeur de la zne chargée ; I ceffcent d'nfluence dépendant de la gémétre du rembla et de l'épasseur du sl cmpressble. Dvers recuels de tables et d'abaques nt été publés pur la détermnatn des défrmatns élastques des sls de fndatn. Nus ne présenterns c que la slutn de Grud pur les sls de fndatn mncuches. Le tassement de la surface du sl au pnt M à la dstance X de l'axe du rembla se calcule cmme sut, avec les ntatns de lafgurejnte à l'abaque. Les valeurs des paramètres sans dmensn r H et r H ' snt lues sur l'abaque de la fgure.6 en fnctn de X/a et H/a pur r H et de X/a* et H/a' pur r H '. Le mdule de défrmatn E est le mdule sécant détermné dans un essa traxal nn cnsldé nn drané (E uu ). Fgure.6. : Abaque de Grud (973) pur le calcul du tassement élastque mmédat (v = 0,5). 0
L'évlutn du tassement de cnstructn (tassement mmédat) en fnctn du chemn de cntrantes suv (OT'A') tel que décrt c-dessus, a cndut Leruel et al. (985) à dvser ce tassement s c en un tassement de recnsldatn % et un tassement de dstrsn nn dranée % crrespndant respectvement aux chemns de cntrantes (0"P') et (FA'). Le tassement de recnsldatn est calculé au myen des équatns : et le tassement ttal sera : + Ö0I Ov. «*<* - S = > S = avec : Hj épasseur d'une cuche élémentare de sl ; e 0 ndce des vdes ; C s ndce de gnflement ; a' cntrante de précnsldatn ; G w cntrante effectve vertcale ntale ; Ac,, accrssement de cntrante. Le tassement de dstrsn, en l'absence d'une méthde analytque smple, peut être estmé au myen de la relatn emprque : s ù =(0.07±0 I 03)(H-K e ) ù H,,,, est la hauteur du rembla au mment ù l'argle de fndatn passe à l'état nrmalement cnsldé. h -Tassement de cnsldatn prmare Par manque de méthdes de calcul des tassements des remblas sur sls cmpressbles dans le cas bdmensnnel, le tassement prmare est dédut du tassement edmétrque s^ myennant l'applcatn d'un ceffcent crrecteur \ ntrdut par Skemptn et Bjerram (957). Ce ceffcent permet de prendre en cmpte l'nfluence des défrmatns latérales sur le tassementfnal,mse par la méthde edmétrque undmensnnelle. La méthde edmétrque se résume cmme sut : le massf cmpressble est assmlé à un assemblage de cuches hrzntales élémentares relatvement hmgènes pur lesquelles n calcule les tassements résultant des pressns applquées au nveau de chaque cuche. La smmatn des tassements partels permet d'btenr le tassement ttal du massf. Le tassement de chaque cuche d'épasseur IL est calculé au myen de l'équatn :
avec : s ed H, l+e ndce de cmpressn. C.lg-^-fC d g Gv+Áay v Les paramètres de cmpressbuté snt détermnés par un essa edmétrque cnventnnel. Le calcul de l'accrssement de la cntrante effectve (Aa^), dans l'axe du rembla est effectué dans la pratque curante au myen de l'abaque d'osterberg (957). Ce derner, établ dans le cadre de la thére de l'élastcté, à partr des frmules de Bussnesq, dnne le ceffcent d'nfluence I en fnctn des paramètres a/z et b/z (fgure.7). A tt =2IAa as b/tsm as cus t as 030 0Î5 0 20 005 0.0 2 3 4 SS78S0 2 3 4 567Í90 2 3 4 SÍ78KS0 Fgure.7. : Abque d'osterberg (957) Le ceffcent I d'nfluence peut être auss détermné par la frmule suvante, étable par Osterberg (957) avec les ntatns de lafgure.8: K a+bv x b t+aj <x 2 a y a l?,
avec :,'a+b, cc^artanl -arctan a 2 =artan ïl (!) L a. b * * f ^^-^V\^ z _*_ Fgure.8. : Ntatns utlsées dans l'abaque et la frmule d'osterberg (957). c - Tassement defluage La vscsté du squelette du sl se tradut par des défrmatns dfférées dtes de fluage. Elles snt défnes cmme étant des défrmatns du sl sus cntrante effectve cnstante. À l'échelle ntergranulare, ces défrmatns peuvent auss être attrbuées à la mdfcatn graduelle des frces defrttementau sen du matérau, à la défrmatn plastque de l'eau adsrbée et à la rérentatn de la structure granulare prvquée par les cntrantes de csallement résultant de la cnsldatn prmare. Busman (936) fut l'un des premers à établr une relatn expérmentale qu exprme la varatn de l'ndce des vdes prprtnnellement au lgarthme du temps avec un ceffcent de fluage. Sus l'nfluence des travaux de Taylr (942), Bjerrum (967) a prpsé une représentatn du fluage sus frme d'un réseau de curbes parallèles appelées "lgnes de temps". Par la sute, cette représentatn a été généralsée par Lepdas et Magnan (987) au cas des défrmatns planes en s'appuyant sur les résultats des études expérmentales de Tavenas et Leruel (977) à l'unversté Laval de Québec. L'explcatn du fluage, en lasn avec le mdèle rhélgque MELANIE (Lepdas et Magnan, 987), est précsée au paragraphe (2.4.2.2.) du chaptre 2. Seln la méthde de Busman et Kppejan (948), la plus grande parte de ce tassement se prdut après la fn de la cnsldatn, pur un temps t supéreur à t 00 (fgure.9). Cette méthde permet de calculer ce tassement par l'équatn ; 3
Sfl = C a Hlgl-±~ VMOOy avec MOO C H temps crrespndant à la fn de la cnsldatn prmare, ceffcent de fluage, épasseur de la cuche cmpressble. Fgure.9. : Evlutn des tassements au curs du temps, Le fluage d'un matérau est défn cmme sa défrmatn au curs du temps lrsqu'l est sums à un état de cntrantes cnstant. Dans e cas des sls saturés, l est généralement adms qu'l s'agt de l'état des cntrantes effectves. A la fn de la dsspatn des surpressns ntersttelles, le sl cntnue à se défrmer à cause d'un prcessus vsqueux, lé à la nature des cntacts entre les partcules adjacentes et prvquant un réarrangement entre ces partcules, tut en dmnuant lndce des vdes : c'est le phénmène de cnsldatn secndare lé au fluage du sl. Leruel et al. (985) nt explqué que, cntrarement à ce qu est écrt dans de nmbreux manuels, l y a défrmatn vlumque du sl durant la cnsldatn secndare, et dnc éculement d'eau. Par cnséquent, cnfrmément à la l de Darcy, l dt exster des surpressns ntersttelles, même s elles snt trp fables pur être mesurées dans les essas de labratre (sur le terran, des surpressns de pluseurs dzanes de klpascals nt été mesurées sur dfférents stes). d - Tassement dû aux déplacements latéraux En l'état actuel des cnnassances, l n'exste pas de méthde de calcul analytque pur la détermnatn de ce terme. Tutefs, n peut utlser les résultats de Burges et Meussens 4
(979) sur les déplacements latéraux sus les remblas, qu permettent de cnvertr le vlume crrespndant à ces déplacements en un tassement supplémentare du sl (fgure.0). 4- J- 4- r S f d D! f * 'max Jmax^l 6^; abva=jydx~0,6&dy atl[ ~0MDs Me ; S* =^=0,-8^ Fgure.0. : Méthde de calcul du tassement dû aux déplacements latéraux (Burges et Meussens, 979). Le calcul de la défrmée lbre du sl G(Z) est effectué par une méthde emprque prpsée par Burges, Meussens (979) et Tavenas et al. (979), sute à une analyse détallée des bservatns des déplacements latéraux mesurés en ped de rembla sur de nmbreux stes de sls cmpressbles. Cette méthde de prévsn, dnt le prncpe est décrt c-après, permet de détermner d'une part la gémétre de la défrmée hrzntale et d'autre part l'évlutn temprelle de l'ampltude maxmale du déplacement hrzntal (g,,^,). Indépendamment de la pstn de l'nclnmètre par rapprt au ped du rembla (fgure. La) et en fnctn de la nature des sls rencntrés, trs types de curbes nt été prpsés pur la défrmée lbre du sl (fgure.b), en fnctn des cnsdératns suvantes : curbe I lrsque l'n dspse de peu de dnnées sur le sl ; curbe II lrsque la cuche mlle est nrmalement cnsldée sans cuche surcnsldée en surface ; curbe m lrsque la cuche de surface est mns défrmable que les cuches prfndes. L'épasseur de cette cuche dt représenter 25 à 30 % de l'épasseur ttale de sl cmpressble. 5
H D c Il 'a r L Rembla S mu R P l A J S ma /K\. /K* /ÄS f&l /R>. jwt /Wv /«S, rtp^ /XS Ä\ ^»k /R», /ÄV /W flfv /K\ Substratum 4 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 : : >J..., -. - T^. - - - : - - - - : - > ^ > Î - - / >:0?T. -*"- avec G t ÍZ)=g t {z)/ gwm4 Z=z/D,0 w '.... - Í- 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8,0 G Fg LI La : Défntn des paramètres Fg LI Lb : Défrmées admensnnelles. utlsés pur la prévsn de la défrmée. Fgure.. : Méthde de calcul des déplacements hrzntaux sus les remblas sur sls cmpressbles (Burges et Meussens, 979). Les équatns de chacune de ces défrmées types snt les suvantes : curbe I G =,83 Z 3-4,69 Z 2 + 2,3 Z + 0,73 curbe H G = 3,42 Z 3-6,37 Z 2 + 2,4 Z + 0,8 curben G = -2Z 3 +,5 Z +0,5 La valeur du déplacement hrzntal maxmal en fn de cnstructn est estmée au myen de l'abaque de la fgure.2. Cnnassant le ceffcent de sécurté et le paramètre m qu caractérse la pstn du peu, n peut détermner le déplacement maxmal g mst0 -'k.d...., F>l t 2àl t 3 ' "«''«' W -W W "* /Ks / R*. /K^ flç*. /jçtt /R\ m _l+sn2 ß snß Fgure.2. : Abaque de détermnatn de X en fnctn de m et de F (Burges et Meussens, 979). 6
Par cntre, la valeur du déplacement maxmal dfféré est relée au tassement dans l'axe du rembla par la relatn : avec As. =s. ~s s, tassement à l'nstant t dans l'axe du rembla ; s 0 tassement ttal, à lafnde la cnstructn ; T ceffcent dépendant de la pente du talus et de la pstn de l'nclnmètre par rapprt au ped du talus. Le déplacement hrzntal maxmal du sl à l'nstant t, qu est la smme de ces deux termes, vaut dnc : SrnanJ ~Smax., *"" Agn»,/ V*-V La relatn (.) permet de calculer le déplacement hrzntal maxmal du sl fnal, en fasant tendre vers l'nfn le deuxème terme. C'est cette quantté qu sera utlsée pur la détermnatn de la fnctn g(z), qu sert par exemple pur le calcul des peux sums aux pussées latérales du sl : max."> Onu.«^Stnajc,"» avec A gm«.»=ras^ as =s s s., tassementfnalpur t tendant vers l'nfn. Une secnde méthde de prévsn apprchée des déplacements hrzntaux a été prpsée par Magnan et Lepdas (990). Cette méthde décule d'une étude paramétrque des déplacements hrzntaux des sls mus sus les remblas pendant la cnstructn au myen du cde de calcul par éléments fns ROSALIE - Grupe 9. Après cmparasn du fuseau myen des déplacements hrzntaux en ped et en crête de talus avec les curbes types prpsées par Burges et Meussens (979), ces auteurs nt cnstaté que l'allure générale de la défrmée btenue par l'étude paramétrque est en assez bn accrd avec les curbes types Cj et C 3. Une curbe myenne C (fgure.3) caractérsant le fuseau a été prpsée, d'équatn : ^/ >)/>, n M x=l»43(vd) 3-4,62(z/D) 2 + 2,59(2/D)+0 J 6 7
Fgure.3. : Défrmées hrzntales du sl en brd de rembla ; fuseau des calculs, curbe myenne C et curbes Cl, C2 et C3 de Burges et Meussens (979) (Magnan etlepdas, 990)..2.2.2. Calcul de la vtesse des tassements La perméablté des sls fns est fable et l'éculement de l'eau à travers les nterstces du sl ne s'effectue pas nstantanément. Par cnséquent, les cntrantes prdutes par la charge du rembla snt reprses à curt terme par l'eau qu est mse en pressn. Cette eau s'écule alrs prgressvement vers les surfaces dranantes ù la pressn de l'eau est plus fable. Smultanément, la pressn de l'eau ntersttelle dmnue et les cntrantes effectves supprtées par le squelette augmentent : c'est le phénmène de cnsldatn tel qu'l est décrt par la thére de K. Terzagh (925). L'analyse du phénmène de cnsldatn permet de calculer les vtesses de tassement. La prévsn de la vtesse de tassement peut être effectuée à l'ade d'abaques, de prgrammes de calcul u par extraplatn des mesures fates sur un rembla d'essa u un autre uvrage vsn La vtesse de tassement, seln Terzagh (925), crrespnd au temps t nécessare pur attendre le tassementfnal (s ), qu est relé au tassement St à l'nstant t par l'ntermédare d'un ceffcent dt "degré de cnsldatn" et nté U v (U v est parfs appelé degré de tassement et nté Ug) : s,=u 9 s m Le degré de cnsldatn U v est auss défn cmme le rapprt de l'augmentatn myenne de la cntrante effectve dans le massf au temps t à sa valeurfnale,égale à la valeur de la charge applquée Àa v : 8
La varatn de la surpressn ntersttelle (au) est la slutn de l'équatn undmensnnele de Terzagh (925), qu s'écrt (Schlsser et Magnan, 984) : B{Au) d 2 (Au) dt ~ Cv dz 2 avec : v = k(l+e) k ceffcent de perméablté ; ceffcent de cmpressblté vertcale ; e ndce des vdes ; y w pds vlumque de l'eau. La valeur du ceffcent de cnsldatn est dédute des essas de cmpressblté en utlsant la méthde de Casagrande (936) u la méthde de Taylr (942). La secnde méthde est celle que recmmande le mde pératre des Labratres des Pnts et Chaussées (985). On utlse dans ces méthdes les expressns : 0 97 H 2 Cv -- *50 (méthde de Casagrande), avec : H 0,848 / 2, c v = (méthde de Taylr), '90 dstance de dranage. La relatn entre le facteur-temps T v et le degré de cnsldatn Uv permet de calculer le tassement crrespndant à une durée de cnsldatn t. Inversement, pur cnnaître le temps nécessare pur attendre une certane valeur du tassement, n calcule le degré de cnsldatn crrespndant, pus n utlse la curbe exprmant U v en fnctn du facteur-temps T v suvant la frme de la dstrbutn ntale de la surpressn ntersttelle (fgure.4), pur détermner la valeur de T v pus du temps de cnsldatn nécessare. T= V V rj2 L'analyse de la cnsldatn par la méthde de Terzagh (925) suffre tutefs de nmbreux défauts, énumérés par Leruel et al. (985). Parm les plus gênants, n peut cter : sn caractère undmensnnel, néglgeant l'effet du dranage hrzntal qu prdut une accélératn de la cnsldatn, l'ncmpressblté du flude ntersttel et l'mssn du caractère vsqueux du squelette du sl. L'hypthèse d'un sl saturé n'est pas nn plus tujurs vérfée dans la réalté. En effet, les sls mus naturels présentent en général un fable purcentage de vdes ccupés par des gaz, sus frme de pettes bulles u dssus dans l'eau, qu se tradut par une certane cmpressblté de l'eau. Cette dernère est caractérsée par un ceffcent de cmpressblté a,,, défn par Bshp et Eldn (950). Magnan et Dang (977) nt établ un abaque pur la détermnatn de a, cnnassant la pressn u^, et le degré de saturatn s r du sl (fgure.5). 9
Fgure.4. : Degré de cnsldatn U v en fnctn du fadeur temps T v pur dfférentes dstrbutns ntales des surpressns ntersttelles (Leruel et a, 98S). a_ = -(-H)s r U w +l,3.0 3 U w +.3.0 3 0 2 î 4 5 6 7 Pressn ntersttelle ^ 0 5 Pa Fgure.5. : Varatn du ceffcent de cmpressblté a w de Veau ntersttelle en fnctn de la pressn ntersttelle uetdu degré de saturatn S r (Magnan et Dang, 977). 20
Les abaques de Mécasl (Magnan et al., 987) permettent de calculer le degré de cnsldatn myen dans une cuche hmgène d'épasseur fne, dans laquelle l'éculement de l'eau ntersttelle est bdmensnnel. En cas d'anstrpe, ces abaques snt encre utlsables en ramenant le prblème à un cas strpe par transfrmatn de la largeur de la fndatn (J5 te =B M k h I k v ). L'étude de la cnsldatn des massfs de sls argleux traversés par des drans vertcaux fat appel à la thére de la cnsldatn radale de Barrn (948), dnt e dévelppement est nspré de la thére de cnsldatn undmensnnelle de Terzagh et qu décrt l'effet de l'éculement hrzntal de l'eau vers les drans sur le tassement du sl, La slutn de cette thére a été dnnée sus frme d'abaques de détermnatn du degré de cnsldatn radale U r. Carll (942) a mntré que l'n peut décmpser, dans certanes cndtns, l'étude de l'éculement trdmensnnel de l'eau entre les drans en deux études ndépendantes de l'éculement vertcal et de l'éculement hrzntal. Ces dernères années, la descrptn du cmprtement des argles mlles naturelles a été cmplétée pur meux smuler le phénmène de cnsldatn au myen de mdèles rhélgques ssus d'études thérques et expérmentales. Ces mdèles, ntrduts dans des cdes de calcul par éléments fns, snt utlsés pur la réslutn des prblèmes lés à la cnsldatn des sls fns. Parm les prgrammes de calcul dspnbles, le prgramme CONMULT 78 (Magnan et al., 979) permet de résudre par la méthde des dfférences fnes le prblème de la cnsldatn undmensnnelle d'un multcuche éventuellement nn saturé, dnt la perméablté et la cmpressblté varent et pur lequel le squelette est dué de fluage. Actuellement, tutes les lmtatns de la thére Terzagh peuvent être supprmées par l'utlsatn de prgrammes de calcul par élémentsfns,cmme le prgramme CESAR-LCPC. Ce derner permet de fare une analyse réalste du prcessus de cnsldatn en prenant en cmpte la nature bdmensnnelle u trdmensnnelle des défrmatns et de l'éculement de l'eau ntersttelle dans le sl de fndatn, l'effet dufluageans que la varatn des paramètres de défrmablté et de perméablté. Les calculs numérques nécesstent la mse en euvre de myens mprtants et snt suvent néreux, d'ù la rareté de leur utlsatn, qu peut auss s'explquer par le manque fréquent de dnnées sur les sls dans les prjets Dans la pratque curante, le gétechncen utlse l'hypthèse d'une cnsldatn undmensnnelle pur fare des calculs prévsnnels et ces calculs restent acceptables, sus réserve d'une bnne évaluatn de la gémétre et des paramètres de cmpressblté..3. Elargssement des remblas La traversée de znes de sls cmpressbles cnsttue tujurs un prblème délcat pur un tracé ruter. Mas elle est de mns en mns cnsdérée cmme un bstacle majeur avec l'évlutn des méthdes de cnstructn sur sls mus. Du fat de la nature cmpressble du sl de fndatn, l'élargssement d'un rembla exstant peut pser des prblèmes de tassements dfférentels mprtants entre les deux remblas. Les tassements mmédats qu suvent la cnstructn du rembla peuvent entraîner des désrdres dans le rembla exstant. Les tassements dfférés attegnent parfs des valeurs nadmssbles sus les ves de crculatn. Ces prblèmes snt dus, cmme déjà nté, à la fable résstance du sl et à sa frte cmpressblté. 2
Dfférentes technques nt été dévelppées pur lefranchssementdes znes de sls de fable prtance, ntamment pur les travaux d'élargssement, cmme l'empl de remblas en matéraux légers (plystyrène, argle expansée, emplement de buses, pneus usagés de type Pneusl) u de remblas renfrcés par des nclusns (terre armée, gétextles...). L'utlsatn de blcs de déchets de matères plastques cmpressés et lgaturés (El Ghche et Cambu, 994) peut ffrr auss des pssbltés ntéressantes pur résudre les prblèmes de tassements des remblas, tut en valrsant des déchets cûteux à élmner. En effet, l'utlsatn de matéraux légers pur la cnstructn de remblas permet de lmter les charges applquées à la surface du sl de fndatn et d'amélrer la stablté de l'uvrage tut en dmnuant les défrmatns du sl..3a. Technques d'élargssement La slutn la plus écnmque pur la traversée de znes de sls mus cnsste à cnstrure le rembla d'élargssement à la surface de la cuche mlle sans prendre aucune mesure pur amélrer ses prprétés. Néanmns, ce genre d'apprche sans précautn crée suvent des défrmatns ufssuresnacceptables dans le rembla exstant et n cherche en général à les évter en applquant au sl de fndatn une charge auss fable que pssble, mas assurant une résstance suffsante aux sllctatns de la crculatn après la mse en servce. Les structures puvant répndre à ces exgences nt la frme de fndatns cntnues, rgdes mas suffsamment légères, en matéraux artfcels. Ces matéraux dvent psséder les qualtés suvantes : un fable pds vlumque ; une bnne résstance mécanque, chmque et au gel ; pas d'agressvté vs à vs du bétn u de l'acer ; une bnne mse en euvre ; pas d'effet plluant sur les nappes phréatques. L'dée de cnstrure des remblas en matéraux légers est ancenne en cnstructn rutère. Lea et Brawner (963) décrvent une technque de cnstructn de remblas sur sls mus cmbnant l'utlsatn de drans vertcaux en sable, d'une surcharge et de scure de bs. La turbe, les cendres vlantes, le bétn cellulare, l'argle expansée et le plystyrène nt été également utlsés dans dfférents pays. Aux Etats-Uns, n a utlsé des remblas allégés à l'ade de buses métallques u des remblas cnsttués de blcs de plastque. Mas la dffculté résde dans la recherche d'un matérau léger et écnmque. Le tableau. (extrat d'un rapprt de l'ocde, 979) dnne une lste des matéraux légers utlsés au curs des années 960 et 970, avec leurs prncpales caractérstques..3... Empl du plystyrène expansé L'utlsatn du plystyrène expansé cmme matérau d'allégement a prs un essr cnsdérable au début des années 970, à l'ntatve du Labratre de Recherches rutères de Nrvège. En France, les premers remblas ruters en plystyrène nt été cnstruts en 983 à Mandeleu et à Palavas-les-Flts (Hérault) (remblas d'accès au pnt des Quatre Canaux). Les remblas d'accès au pnt des Quatre Cannaux, qu avaent été cnstruts en 967 sur une cuche de sls cmpressbles de près de 25 m d'épasseur, cntnuaent de tasser en 983 au rythme de 7 cm par an. Pur lmter les cûts des travaux d'entreten de la chaussée au vsnage du pnt, l a été décdé d'alléger le rembla en remplaçant une parte du matérau en place par des blcs de plystyrène présentant une densté cent fs mndre que celle du rembla classque (Lassauce, 985). 22
De nmbreux autres remblas en plystyrène nt été cnstruts depus en France. On peut cter par exemple celu qu fut édfé en 987 dans le cadre de la cnstructn de l'échangeur dénmmé "échangeur de Cannes-Ouest", stué à l'est de Mandeleu dans la vallée de la Sagne. Dans la zne de cet échangeur, l a été nécessare de prcéder à l'élargssement de l'autrute A8 à 2 x 3 ves. Les remblas cnsttuant l'élargssement snt pur parte en plystyrène expansé. Cmme ces derners devaent être placés sus les nuvelles ves extéreures de l'autrute, ù la crculatn des pds lurds est très mprtante, leur cnstructn a été précédée d'études détallées, cmprtant l'édfcatn d'un rembla d'essa en 983 le lng de l'autrute A8. 23
Tableau. : Matéraux de rembla à fable densté (OCDE, 979). Matérau Ecrces (pn et sapn) Scure (pn et sapn) Turbe : séchée à l'ar, bryée balles pur l'hrtculture balles cmprmées Cendres vlantes, laters, cendres, etc. Déchets de bétn cellulare Bétn cellulare à fable densté Schstes u argle expansés (granulats légers) Plystyrène expansé Pds vlumque apprxmatf (N/m 3 ) 8-0 8-0 3-5 3-5 2 8-0 0-4 0 6 5-0 Cmmentares Déchet relatvement peu utlsé car l est dffcle à cmpacter. Le rsque de pllutn des eaux suterranes par les eaux suntant de l'écrce peut être rédut u élmné en utlsant un matérau gardé ntalement dans l'eau, pus séché à l'ar pendant quelques ms. Le rapprt du vlume cmpacté au vlume ntal est de l'rdre de 50 %. Le tassement à lng terme de l'écrce peut attendre 0 % de l'épasseur après cmpactage. Déchet nrmalement utlsé en-dessus de la nappe phréatque, mas qu a déjà été emplyé dans les remblas dnt les talus nt été scellés à l'asphalte u avec des feulles de plastque. Expérence partculèrement prftable en Irlande pur réparer les rutes en servce, en remplaçant le graver par de la turbe en balles. Les déchets tels que les cendres vlantes snt généralement placés au mns à 0,3 mm au-dessus du nveau maxmal des crues. Ces matéraux peuvent parfs fare prse, ce qu prvque un accrssement sgnfcatf du ceffcent de sécurté au curs du temps. Dans certans cas (celu des laters des hauts furneaux, par exemple), les matéraux absrbent de l'eau au curs du temps, ce qu augmente leur densté. Le vlume de ce matérau décrît cnsdérablement lrs du cmpactage. S le cmpactage est trp ntense, l se transfrme en pudre. C'est un nuveau matérau expérmental léger, fabrqué à partr de cment Prtland, d'eau et d'un agent mussant dénmmé "ElastzelT, Le matérau est culé sur place. Les prprétés physques de ce matérau (densté, résstance, cmpressblté) snt généralement excellentes pur une utlsatn cmme matérau léger, ben qu'elles varent un peu avec les prcédés de fabrcatn. Le matérau est assez néreux, mas l peut s'avérer écnmque cmparé aux autres technques de cnstructn des rutes de catégre élevée. L'épasseur mnmale de la chaussée au-dessus de l'argle est généralement de l'rdre de 0,6 m. Matérau extrêmement léger utlsé jusqu'à mantenant unquement aux Etats-Uns et en Nrvège, ù sn utlsatn s'étend de plus en plus. En Nrvège, le matérau est utlsé sus frme de blcs. L'épasseur de la chaussée vare entre 0,5 et m seln la crculatn et le chargement des véhcules. On place sus la chaussée une dalle de bétn armé, culée drectement sur le plystyrène pur rédure sa défrmatn et le prtéger cntre les prduts pétrlers, etc. Ce matérau est très néreux, mas sa très fable densté peut le rendre écnmque dan certans cas. Knutsn(973) Références Gandahl(97) Lea, Brawner (963) FlaateetRygg(964) Nelsn, Allen (974) Margasn, crss (966) Sherwd, Ryley (966) Nva (977) Nva (977) Refsdal(977) Extrat de : "Cnstructn de rutes sur sls cmpressbles". Publcatn du prgramme de recherche rutère de l'ocde (979) Ce rembla d'essa de 60 m de lngueur, 6 à 7 m de largeur et 4 m de hauteur, est dvsé en deux sectns : une sectn allégée cmprtant 500 m 3 de plystyrène et une sectn témn de mêmes dmensns. Les dfférentes expérmentatns réalsées sur les deux partes nt perms 24