Ce mémoire s!inscrit dans le cadre général de l!étude du comportement mécanique des colonnes ballastées. Plus particulièrement, l!objectif de ce travail était d!étudier, en grandeur réelle, le comportement d!une puis de trois colonnes ballastées chargées par des semelles rigides. La première partie du chapitre I était consacrée à la détermination des conditions d!utilisation des colonnes ballastées dans les différents types de sols. De nombreuses références ont permis d!élaborer des tableaux synthétisant les paramètres les plus judicieux quant à la définition de l!amélioration pour chacune des catégories de sols. La deuxième partie concernait les mécanismes de comportement ainsi que le dimensionnement d!une colonne et d!un réseau de colonnes. Ce chapitre a permis de mettre en évidence le peu d!essais de chargement de semelles rigides réalisés en grandeur réelle sur des colonnes ballastées convenablement instrumentées.
Le second chapitre a été l!occasion de présenter les moyens mis en "uvre pour la reconnaissance du site ainsi que la mise en place des dispositifs expérimentaux. Ont été présentés les essais de laboratoire ayant été réalisés sur les échantillons intacts de sols prélevés sur le site lors du carottage ainsi que ceux réalisés sur le ballast. Ont aussi été présentés l!interprétation du sondage carotté, du sondage pressiométrique, ainsi que des treize sondages de pénétration statique afin de définir in situ les paramètres mécaniques des sols avant toute intervention. La deuxième partie a fait le point sur la mise en place des dispositifs expérimentaux du site des essais.
Le troisième chapitre était consacré à l!analyse et à l!interprétation des essais de chargement en grandeur réelle. La comparaison des sondages de pénétration statique avant et après la construction des colonnes, a permis de déterminer un coefficient d!amélioration de l!argile. Dans le cas d!une colonne isolée, l!analyse permet de constater que l!amélioration n!est pas isotrope car elle dépend de la :
# position du vibreur ;
# distance à l!axe théorique de la colonne.
Dans le cas d!un groupe de trois colonnes, disposées aux sommets d!un triangle équilatéral de 1,8 m de côté, l!analyse permet de constater que l!amélioration de l!argile n!est pas isotrope car elle dépend de la :
# position du vibreur ;
! localisation par rapport au groupe.
Par ailleurs, l"ensemble de nos résultats in situ comparés à ceux de la bibliographie montrent que l"amélioration d"un sol fin (argile, limon) déterminée par l"utilisation de sondages de pénétration statique ou de sondages pressiométriques est faible (< 1,5).
Lors des phases de chargement de la semelle sur une colonne ballastée, les deux inclinomètres situés de part et d"autre de cette colonne, ont permis de constater une augmentation des déplacements du sol sur 2,5 m (de -1,5 à - 4 m). Cette profondeur correspond à environ 3 fois le diamètre moyen de la colonne dans l"argile. Ceci est conforme aux constatations de Hughes et Withers (1974), selon lesquelles une colonne ballastée peut se rompre par expansion latérale, dans un sol homogène, sur une hauteur comprise entre 3 à 4 fois le diamètre de la colonne. Toutefois, les deux inclinomètres indiquent très nettement la rupture de la colonne à - 2,5 m de profondeur, à la limite de l"argile limoneuse molle à ferme et l"argile ferme à passages sableux.
Les deux inclinomètres placés à proximité de l"une des trois colonnes ont permis de constater que, lors de la réalisation des colonnes et de leur chargement, les déplacements ne sont pas identiques, pour une même couche de sol, compte tenu de la distance respective des deux inclinomètres par rapport à l"axe théorique de la colonne, de la non homogénéité du sol, et de l"orientation du vibreur. Par ailleurs, les trois inclinomètres ont permis de mettre en évidence l"influence de la construction successive des trois colonnes sur les déplacements observés.
L"analyse des mesures de pression interstitielle permet de montrer que la réalisation des colonnes a créé une augmentation très importante de la pression interstitielle aux profondeurs de mesure (3 et 4,5 m), ainsi qu"à proximité de celles-ci (< 1 m). Ceci est dû au mode de réalisation des colonnes par refoulement. Le nombre de jours nécessaires afin que l"excès de pression interstitielle soit dissipé varie de quelques jours à 4,5 m de profondeur, à environ 30 jours pour les capteurs à 3 m. Cependant, la forte influence de l"eau météorique sur les capteurs à 3 m n"a pas permis de définir nettement ce laps de temps pour le capteur de la zone à une colonne. Enfin, l"évolution de l"écart de pression interstitielle pendant le chargement des semelles est délicate à interpréter compte tenu des variations d"apport en eau météorique. En effet, seul le capteur situé à 4,5 m de profondeur, indique une stabilité dans les écarts lors du chargement. Cependant, compte tenu des variations dues à ces phénomènes perturbateurs, il est délicat d"attribuer toute perturbation aux conditions de chargement mécanique des semelles.
L"analyse des mesures de la pression totale verticale indique que les contraintes se concentrent sur la (les) colonne(s) au cours du chargement de la semelle. En effet, pour une contrainte appliquée d"environ 208 kPa sur la semelle avec une colonne, la contrainte sur la colonne est quatre fois plus élevée que celle sur le sol. Cependant, pour la semelle sur les trois colonnes, la contrainte varie en fonction de la position de la colonne.
Enfin, concernant les tassements et les charges de fluage, les essais ont permis de montrer que :
! les contraintes de fluage des deux semelles sur le sol naturel sont quasiment égales ; ! la charge de fluage de la semelle sur les trois colonnes n"est pas égale à trois fois celle de la semelle sur une colonne, mais seulement à 2,1 ;
! la disposition des trois colonnes sous la semelle carrée pouvait engendrer un basculement de celle-ci à partir d"une charge égale à 70 % de la charge de fluage théorique de l"ensemble sol-colonne.
Le quatrième et dernier chapitre est une interprétation comparée des modélisations numériques en deux et trois dimensions par rapport aux mesures obtenues expérimentalement. Les différentes modélisations, en deux dimensions en axisymétrie de révolution, du chargement d"une semelle sur une colonne ballastée indiquent que, compte tenu des charges appliquées, une colonne à loi de comportement élastique linéaire reproduit bien les tassements expérimentaux jusqu"à une contrainte d"environ 280 kPa. Cependant, les paramètres mécaniques des divers matériaux doivent être bien déterminés. Une colonne à loi de comportement élasto-plastique à critère de rupture Mohr-Coulomb reproduit bien, qualitativement, les tassements expérimentaux. Néanmoins, les écarts observés peuvent provenir des conditions dans lesquelles la charge a été appliquée à savoir le maintien de 150 kN pendant 77 jours puis la reprise du chargement. La prise en compte de la mise en place de la colonne ballastée dans le sol par refoulement latéral ne permet pas toutefois d"obtenir des résultats de tassements identiques à ceux obtenus expérimentalement. Les déplacements latéraux mesurés par les modèles pour lesquels la colonne est à loi de comportement élasto-plastique et pour des charges importantes, permettent une bonne corrélation entre les résultats issus de la modélisation numérique et de ceux issus des essais en grandeur réelle.
Par ailleurs, la prise en compte de la mise en place de la colonne dans le sol, soit en augmentant le K0, soit en mettant en place une procédure de refoulement latéral su sol, permet, dans une certaine mesure, de réduire les tassements déterminés. Seule une forte valeur de K0 ( 5) permet une estimation fiable des tassements élastiques. Cependant, la procédure de refoulement du sol ne permet pas d"obtenir fidèlement les tassements expérimentaux.
Enfin, les modélisations en 3D d"une semelle sur trois colonnes ont permis de montrer que la fondation subissait un tassement différentiel, vers le côté à une seule colonne, comme l"a indiqué l"essai en grandeur réelle. Ceci étant dû à la disposition des trois colonnes en triangle sous la semelle carrée.
Du point de vue de l"étude du comportement mécanique en grandeur réelle des colonnes ballastées, il serait intéressant de réaliser d"autres configurations de colonnes sous semelles rigides afin de mieux en définir les limites d"utilisation. Par exemple, l"effet de confinement des colonnes sous la semelle, par la présence d"autres colonnes avoisinantes, n"a pas été pris en compte dans ces essais. Ces essais devront nécessairement être couplés à des modélisations numériques qui tiennent compte de l"aspect tridimensionnel de ces configurations.