Étude expérimentale de la signature d’une cavité

Après avoir examiné expérimentalement dans un premier lieu, la signature du revêtement et dans un deuxième lieu celle du ponceau, la première trappe (fig. 6.19), celle du dessus, du modèle réduit expérimental, a pu être ouverte, afin de pouvoir prélever du sol, et créer une première cavité, et ainsi pouvoir étudier la signature d’une cavité sur le front d’onde mesuré à la surface du sol. Au total, 6 prélèvements de sol ont été effectués jusqu’au moment de l’écriture de ce rapport (fig. 6.19). Le poids et la hauteur de la cavité ont été mesurés, permettant ainsi d’avoir une bonne estimation du volume de cette dernière.

La figure 6.20 présente la distribution d’énergie dans le plan vitesse de groupe – fréquence, ainsi que le mode R0 identifié (carré bleu) et un autre mode supérieur (carré rouge) pour le cas sans cavité (fig. 6.20a) et les trois cas avec cavités de différentes dimensions : 6 cm pour la figure 6.20b, 10 cm pour la figure 6.19c et 15 cm pour la figure 6.20d. Ces figures montrent que la présence d’une cavité modifie la distribution d’énergie en renvoyant une partie de l’énergie sur un mode supérieur des ondes de Rayleigh. En absence de cavité, l’énergie appartenant au mode supérieur R1 est au plus faible (fig. 6.20a).

RAPPORT GEO-12-2018 | Étude de l’effet des différentes composantes d’un remblai routier sur la propagation des ondes élastiques

104

Figure 6.20. La distribution d’énergie et la vitesse de groupe calculées à une distance de 1.6 m de la source avec le modèle physique réduit : (a) sans cavité, (b) avec une cavité de 6 cm, (c) avec une cavité de 10 cm (d) avec une cavité de 15 cm. Courbes de dispersion des vitesses (e) de groupe et (f) de phase du mode R0 identifiés.

RAPPORT GEO-12-2018 | Étude de l’effet des différentes composantes d’un remblai routier sur la propagation des ondes élastiques

105 En présence de cavité, on constate la présence d’une plus grande énergie sur le mode supérieur R1 sans toutefois voir une variation significative pour les cavités de 6 cm et de 10 cm (fig. 6.20b à fig. 6.20c). Dans le cas de la cavité de 15 cm, une bonne partie de l’énergie se retrouve sur le mode supérieur R1 des ondes de Rayleigh. Le mode R0, quant à lui, reste toujours identifiable malgré la faible quantité d’énergie (fig. 6.20d).

La signature d’une cavité est similaire à celle d’un réflecteur qui réfléchit les ondes et qui semble renvoyer l’énergie sur des modes supérieurs des ondes de Rayleigh, dépendamment de son volume et de ses dimensions. Cet effet, simulé numériquement, est illustré à la figure 6.21, où on voit une partie du front d’onde réfléchie à la surface par la cavité (fig. 6.21c et 6.21d à gauche) en comparaison à l’effet qui ressemble à une absorption de l’énergie provoquée par la zone de faible densité ou décompactée (fig. 6.21c et 6.21d à droite). La chute de vitesse de phase et de groupe observée avec les modèles N3, N4, N5 et N6, soit aux figures 6.15 et 6.16 est la signature typique d’une zone décompactée. Lorsqu’un front d’onde entre en contact avec une telle zone, il semblerait qu’une partie de son énergie est atténuée, conséquence à l’amortissement élevé (en comparaison au sol plus intact avoisinant) des zones décompactées. Les fréquences (ou les longueurs d’onde) qui subissent une atténuation sont les fréquences les plus affectées par l’anomalie donc qui se propagent à l’intérieur. Vu le contraste de rigidité entre le sol avoisinant l'anomalie et l’anomalie, des réflexions sont susceptibles d’apparaitre et accélérer ainsi la vitesse des fréquences légèrement plus élevées (donc des longueurs d’onde légèrement plus courtes) que ceux dont la vitesse est atténuée. Ce phénomène est plus visible est facilement décelable sur les courbes de dispersion des vitesses de groupe que des vitesses de phase (fig. 6.20e en comparaison à fig. 6.20 et fig. 6.15a et 6.16a en comparaison à fig. 6.15b et 6.16b, respectivement).

En présence d’un vide, l’énergie est réfléchie ce qui semble se traduire par une accélération de l’énergie aux fréquences concernées. L’effet induit par une cavité est aussi visible à travers des courbes de dispersion des vitesses de groupe à la figure 6.20e. Sur cette figure, en présence de cavité, l’énergie au voisinage de 90 Hz est accélérée et passe de 80m/s à 100 m/s.

RAPPORT GEO-12-2018 | Étude de l’effet des différentes composantes d’un remblai routier sur la propagation des ondes élastiques

106 Figure 6.21. Effet de ralentissement induit par une zone de faible densité sur un front d’onde (à gauche) en comparaison à l’effet de réflexion d’énergie induit par un vide (à droite) simulé numériquement.

Quoique concluante, l’étude de la signature d’une cavité/anomalie mérite d’être étudiée davantage sur un site expérimental à échelle réelle et à conditions contrôlées, afin de pouvoir relier l’emplacement et l’étendue géométrique d’une anomalie par rapport à l’emplacement des points auxquels ces variations typiques dans la vitesse de groupe apparaissent à la surface, surtout qu’un front d’onde réfléchit ou atténué prendrait un certain délai entre le moment de son apparition et le moment où il va atteindre la surface et être mesuré.

RAPPORT GEO-12-2018 | Étude de l’effet des différentes composantes d’un remblai routier sur la propagation des ondes élastiques

107 Certains remblais routiers du MTQ, surtout les plus anciens et donc, parfois, en absence de documentations techniques sont les plus susceptibles d’avoir besoin d’être inspectés. Ces remblais peuvent être constitués des matériaux moins uniformes que les remblais construits plus récemment. Ce genre de remblais présente déjà des variations dans la courbe de dispersion de vitesse de groupe, d’où la difficulté à déceler les variations dues à des cavités ou à des anomalies localisées dans ces remblais. Ceci met la lumière sur la nécessité d’étudier davantage la signature d’une anomalie à travers un modèle de dimensions réelles.

Cet aspect sera étudié dans les prochains chapitres notamment sur un modèle à échelle réelle.