1.1
Introduction
Un problème réel lié à l’industrie de la construction civile et maritime est le dimensionnement des structures qui dépend directement des propriétés géotechniques du sol de fondation. En effet, il est préférable de déterminer ces propriétés à partir d’essais in situ puisque les échantillons testés peuvent être remaniés.
Les propriétés d’un sol déterminées à partir d’un essai in-situ peuvent être affectées par plusieurs facteurs comme la conception de la sonde utilisée dans l’essai de pénétration, la technique d’essai, la fiabilité des instruments qui est y sont associés et les théories d’interprétation de l’essai basées sur des hypothèses et des modèles de comportement mécanique parfois simplificatrices.
Cette thèse examine l’essai in situ appelé essai au cône effilé instrumenté (ISCT), qui est réalisé à l’aide d’une nouvelle sonde appelée cône effilé instrumenté (ISC) mise au point par le Professeur Branko Ladanyi à L’École Polytechnique de Montréal (Ladanyi et Longtin, 2005). Le sol étudié appartient au site bien documenté de Mascouche (Longtin, 2003) et fait partie des argiles raides de la mer Champlain. Le principe de l’essai ISCT repose sur la détermination de la résistance à l’élargissement des parois d’un trou pilote lors de l’insertion de cette sonde à vitesse constante dans un trou pilote pré-foré.
1.2
Objectifs de la recherche
La recherche se fait globalement dans le domaine de la mécanique des milieux continus et a pour objectif général de contribuer à la résolution des problèmes d’expansion de cavités due à la pénétration axisymétrique d’outils rigides dans un milieu continu et déformable sans changement de volume. Les objectifs de cette recherche sont les suivants :
Développer un modèle prédictif pour évaluer les pressions de contact (CPRESS) développées sur le fût des cônes 1 et 2 lors d’un essai ISCT-1 et/ou ISCT-2 ;
Déterminer les courbes dites quasi-pressiométriques (c.-à.-d., logarithme népérien de la pression appliquée sur le trou pilote versus la déformation volumétrique de la cavité), et par suite évaluer si ces courbes peuvent servir à l’évaluation de la résistance au cisaillement non drainé (Su), tout comme dans une expansion cylindrique;
Déterminer les avantages et inconvénients des cônes ISC-1 et ISC-2 (cônes effilés instrumentés numéros 1 et 2) à partir d’une étude comparative basée sur les simulations des deux essais dans différentes conditions de modélisation ;
Évaluer les effets de la vitesse de fonçage sur les CPRESS, en simulant le processus de pénétration profond (PPP) de l’ISC-2 dans un sol dont les propriétés dépendent du taux de déformation1. Suite à cette analyse, la vitesse de fonçage privilégiée et recommandée sera celle qui fournit des valeurs des CPRESS proches de celles obtenues dans un cas statique; et;
Vérifier la fiabilité de l’essai ISCT dans le cas d’un fonçage du cône avec un léger défaut de verticalité.
1.3
Organisation des divers chapitres
Suite à l’introduction, le deuxième chapitre expose une revue de litérature sur le comportement mécanique des argiles naturelles de la mer Champlain, c.-à.-d. l’effet de la vitesse de déformation, de l’anisotropie et de la température. De même, on introduit dans ce chapitre une brève description des principales approches analytiques quasi-statiques pour le phénomène de pénétration profonde des sondes. On expose les principaux essais couramment employés basés sur la mesure de la contrainte latérale in situ dans le sol, c’est-à-dire : l’essai pressiométrique, l’essai de pénétration au cône statique, l’essai au dilatomètre, et l’essai au cône effilé instrumenté (ISC) qui est le sujet de cette thèse.
1
Le troisième chapitre explique brièvement la méthode des éléments finis (FEM) et les principales notions qui sont y rattachées. De même, on présente le code numérique ABAQUS utilisé dans cette thèse. Le modèle élastique-parfaitement plastique utilisé dans les simulations est aussi présenté.
Le quatrième chapitre est consacré à l’analyse de contact entre le pénétromètre et le sol environnant constitué d’argiles raides à forte composante plastique, c.-à.-d. la modélisation de l’intéraction au niveau de l’interface sol-sonde. Ici on présente la formulation de contact dans Abaqus/Standard, l’algorithme de contact et l’équation du glissement fini entre une sonde supposée parfaitement rigide et le sol cohérent et déformable.
Le cinquième chapitre englobe une série de simulations du processus de pénétration profond (PPP) du cône ISC-1 dans l’argile de Mascouche. On a simulé le PPP dans son aspect quasi statique avec un modèle élastique-parfaitement plastique où on a pu : a) dériver des modèles prédictifs des CPRESS versus la profondeur de foncage du ISC-1, et b) déterminer la distribution des CPRESS sur les fût des cônes 1 et 2.
Au chapitre 6, l’ISCT-2 a été simulé en gardant les mêmes conditions de modélisation de l’ISCT-1. De même, dans ce chapitre, l’analyse de l’effet de la vitesse de fonçage du ISC-2 dans un sol dont les propriétés dépendent du taux de déformations a été menée. Ici, les profils des CPRESS versus la profondeur de fonçage (D) ont été déterminés pour différentes vitesses de fonçage.
Le septième chapitre analyse le PPP dans le cas d’un cône légèrement incliné. Ici on démontre que cet essai est hautement sensible à une imperfection de verticalité.
Le dernier chapitre récapitule les résultats trouvés dans la thèse. Des recommandations sont données pour les recherches futures.