Les modèles physiques en centrifugeuse présentent l’intérêt de permettre une étude para-métrique difficilement réalisable sur ouvrages réels. Par ailleurs, ils peuvent être chargés à la rupture alors que cette opération serait coûteuse sur un ouvrage expérimental en grandeur réelle et même impossible sur un ouvrage réel. Ils rencontrent tout de même certaines limites qu’il s’agit de bien connaître.
Toutefois, outre les limites de la similitude présentées en section précédente, la modé-lisation physique à échelle réduite de murs cloués présente des difficultés spécifiques. Le clouage des sols, à la différence des remblais renforcés du type de la terre armée R, implique de travailler avec le sol en place et non avec un sol remanié. Les sols reconstitués employés en centrifugeuse représentent assez mal le sol en place. Cependant on peut en contrôler la densité par les paramètres de pluviation. La cohésion est également modélisable par l’ajout d’argile. L’utilisation de sol reconstitué permet néanmoins la répétabilité des expériences.
Par ailleurs, le comportement d’ouvrages en sol cloué dépend du phasage de construc-tion et en particulier des passes successives d’excavaconstruc-tion qui devront être représentées le plus fidèlement possible. Cette difficulté explique le faible nombre d’expérimentations en centrifu-geuse concernant les ouvrages de soutènement dans la littérature. De même, la construction progressive du parement à chaque passe d’excavation a une influence sur le chemin de solli-citation dans les sols au-dessous du fond de fouille en cours.
La suite de cette section présente les approches utilisées dans les essais sur modèles réduits centrifugés réalisés dans cette thèse pour simuler l’excavation par passes successives et la construction progressive du parement.
3.2.1 Excavation
Pour certaines expérimentations, il est possible d’arrêter le vol (c’est-à-dire de stopper la centrifugation) pour intervenir sur le modèle. Cependant, le comportement des ouvrages en
3.2. SPÉCIFICITÉS LIÉES AU CLOUAGE 39
sol cloué dépendant du chemin de sollicitations, une telle intervention est impossible car elle impliquerait un déchargement du sol sans proportion avec le déconfinement naturel observé lors d’une excavation. La reprise du vol aurait certes tendance à réduire partiellement les effets de ce déconfinement artificiel mais l’évolution de l’état du sol et du parement ne seraient pas pour autant réversibles.
Dans cette étude, trois solutions ont été envisagées : vidange d’un fluide, utilisation d’un excavateur embarqué et emploi de feuillets de géotextile. Dans la suite de cette section, ces trois techniques sont décrites pour expliquer le choix de la méthode retenue.
Vidange d’un fluide
La plus ancienne technique d’excavation en vol consiste à remplacer le sol à excaver par des poches en caoutchouc remplies d’un fluide de poids volumique proche de celui du sol (chlorure de sodium ou chlorure de zinc en solution par exemple) et à les vidanger ensuite progressivement, simulant ainsi l’excavation. Cette technique a été utilisée par Tei [97] pour ses modèles de mur en sol cloué.
La limitation principale de cette méthode est liée au comportement du fluide qui ne peut représenter que des sols dont le rapport K0 entre contraintes verticales et horizontales au repos est égal à 1 et constant au cours du temps, négligeant donc la mobilisation progressive des effets de poussée et butée. Dans la littérature, de l’eau a parfois été employée pour réduire les poussées horizontales et s’approcher d’une valeur plus courante de la poussée des terres au repos, mais dans ce cas cependant, le confinement initial du fond de fouille est sous-estimé.
Le deuxième inconvénient réside dans le fait que le système de pompage doit être placé sous les poches de fluide et induit une perturbation du sol sous fond de fouille, zone où peuvent de se développer les mécanismes les plus critiques.
Excavateur embarqué
Cette solution est celle qui reproduit au mieux les conditions réelles : un téléopérateur embarqué est muni d’un outil qui excave les terres [39]. Cette méthode permet d’une part d’utiliser le sol étudié (et donc d’obtenir un K0 cohérent) et d’autre part de représenter un
phasage plus réaliste, la passe de sol n’étant pas excavée instantanément mais de manière progressive. En particulier, elle permet d’étudier l’influence d’un terrassement par plots ou par bandes.
Toutefois, cette technique présente des limites de mise en oeuvre : l’outil excavateur doit exercer des efforts considérables du fait de la macro-gravité. Le couple d’efforts maximum mobilisable avec le téléopérateur actuel de la centrifugeuse de l’IFSTTAR est relativement faible. Cette méthode sera difficilement utilisable avec des sols cohérents. Enfin, la disponi-bilité de ce téléopérateur n’étant pas garantie dans la période d’essai, une autre solution a été recherchée.
Feuillets de géotextile
Une autre solution est basée sur l’utilisation de feuillets de géotextiles placés entre les différentes passes de sol à excaver, comme représenté en figure 3.1. Pour simuler l’excavation du sol par passes successives, le géotextile est progressivement enroulé autour de l’arbre d’un moteur électrique télécommandé. Pour les sols pulvérulents, des faces latérales en géotextile doivent être ajoutées pour retenir le matériau aux extrémités du modèle réduit, formant ainsi des "paniers" géotextiles superposés.
Le principal problème posé par cette méthode est le renforcement du sol à excaver par les nappes de géotextile. Toutefois, si la hauteur des passes d’excavations est suffisamment importante, cet effet sera mineur. Dans le but de se rapprocher autant que possible d’un com-portement réaliste au repos ou en butée, le géotextile doit être posé de manière relativement lâche.
Dans le programme d’essais, cette méthode, qui s’est avérée efficace lors des essais préli-minaires, a été retenue pour simuler la construction des murs cloués par passes d’excavation successives.
3.2.2 Construction du mur cloué
Comme expliqué précédemment, l’étude des parois clouées en centrifugeuse nécessite un respect du phasage de construction. Pour les mêmes raisons, en toute rigueur, les renfor-cements et le parement devraient également être construits progressivement pour ne pas
3.2. SPÉCIFICITÉS LIÉES AU CLOUAGE 41 Massif support Panier 1 Panier n Panier 6 Moteur P aroi
Figure 3.1 – Excavation du sol par enroulement de nappes de géotextiles [38]
interagir avec le sol au-dessous du fond de fouille à chaque étape d’excavation. Ce critère est difficilement respecté et dans les expériences de Tei [97], la paroi était mise en place avant l’excavation.
Clous
Dans les ouvrages réels, les déplacements causés par l’excavation d’une passe produisent la mobilisation d’efforts dans les clous installés au-dessus du fond de fouille, les déplacements dans les sols au-dessous restant toutefois modérés. Par conséquent, il peut être considéré que l’influence sur le comportement physique du modèle de clous placés ab initio représente un défaut peu important puisqu’ils ne sont effectivement mobilisés qu’après excavation. Pour les essais réalisés dans le cadre de ce travail, il a donc été décidé de placer les clous dans le sol pendant la fabrication du profil géotechnique initial.
Toutefois, la présence des clous pendant la pluviation est susceptible d’induire un effet d’écran et de perturber la densité du sol au voisinnage des renforcements. Afin de quantifier cette perturbation, des mesures de densité du sol entre inclusions ont été effectuées. Elles
sont présentées en annexe A.2. Il en résulte que, pour le matériau employé et la densité de renforcement du prototype, l’influence des renforcements pendant la fabrication du massif de sol est limitée.
Parement
Dans ses expériences, Tei [97] utilisait une paroi continue. Sa mise en place avant exca-vation limitait donc, à chaque passe, les déplacements latéraux et induisait un moment non nul dans le parement au niveau du fond de fouille.
En fait il peut être observé que les parements de murs cloués réalisés par béton projeté ne sont pas homogènes sur leur hauteur, car la reprise de bétonnage entre deux passes de terrassement induit une faiblesse mécanique. En pratique, le parement n’est pas considéré continu pour le calcul du ferraillage. Dans le cas des parois clouées avec parement en écailles préfabriquées, la liaison entre les passes est de fait articulée.
Articulation horizontale
cellules de garde
28 mm
40 mm
2.5 mm
Figure 3.2 – Réalisation de la paroi - écailles d’aluminium collées sur géotextile
Afin de limiter les effets de la présence de la paroi avant excavation, un parement articulé est préférable. À chaque passe d’excavation, la continuité de la paroi limite toujours le déplacement latéral, réduisant le déconfinement des terres, mais une rotation est possible, favorisant le déplacement des sols au-dessus, le moment fléchissant dans le parement étant effectivement nul.
La figure 3.2 représente une telle paroi articulée, composée d’écailles d’aluminium collées sur un géotextile identique à celui présenté en 3.3.2. Ce principe d’articulation a également