Phase de chargement de surface

Pour provoquer la rupture de la couche de sol pontant la cavité, une surcharge a été

appliquée en surface au centre de la cavité. La mode de chargement est similaire à celui

adopté pour le cas d’un sol granulaire (cf. Figure 3.30, Chapitre 3), c’est-à-dire l’utilisation

d’une dalle de chargement de section carrée de 15 cm de côté. La procédure de chargement

consiste à mettre en place la dalle de chargement en acier de 5 kg, sur laquelle des plaques en

acier respectivement de 10 kg, 20 kg et 20 kg sont appliquées successivement.

• Description de la rupture d’une couche de sol cohésif

La rupture de la couche de sol cohésif est survenue pour une charge de 55 kg, soit une

contrainte de 24,5 kPa. La rupture est brutale, elle engendre un affaissement localisé restreint

à la surface de chargement. Les tassements de surface sont respectivement de 35 et 46 mm

pour SK1 et SK2 (Figure 5.25).

132

Figure 5.25. Zone d’effondrement de la couche de sol cohésif suite à un chargement de surface

Après un déblayage soigné, les observations montrent que le volume de sol effondré est

approximativement une pyramide tronquée de hauteur H ayant une base égale à la dimension

de la cavité (50 cm x 50 cm) et dont la partie supérieure est une surface carrée de 15 cm de

côté (Figure 5.26).

Figure 5.26. Géométrie de la zone effondrée de la couche de sol cohésif après application d’une surcharge de 55 kg en surface

• Evolution de la déformée du RG

La rupture brutale de la couche de sol sous chargement, entraine une chute immédiate de la

distance entre les vérins et le RG, la flèche du RG au centre de la cavité augmente

respectivement de 6,3 et 5,3 mm (flèche sous poids propre du RG après abaissement des

vérins), à 54,6 et 58,6 mm pour les deux essais SK1 et SK2 (Figure 5.27). On note que le

glissement horizontal moyen aux bords de la cavité pour SK1 et SK2 est respectivement de 2

mm (des deux côtés de la cavité) et 0,75 mm (0,5 et 1 mm pour chaque côté de la cavité).

Figure 5.27. Evolution : (à gauche) de la distance radar R4/ géosynthétique, (à droite) de la déformée du géosynthétique après la rupture de la couche de sol cohésif sous chargement de surface

133

Après effondrement, la surcharge appliquée en surface est ôtée. Lors de cette phase de

déchargement, une diminution significative de la flèche maximale du géosynthétique est

observée (de 7,6 et 6,0 mm pour SK1 et SK2 respectivement). La déformée du RG sous le

seul poids de la partie de sol effondré est présentée sur la Figure 5.28.

Figure 5.28. Déformée au droit de la cavité du RG après déchargement du sol cohésif

La comparaison entre les déformées du RG lors des essais avec le sable de Fontainebleau

et le mélange sable-kaolin (réalisés dans les mêmes conditions géométriques et de chargement

soit 55 kg), montre que les deux profils n’ont pas la même allure générale (Figure 5.27 et

Figure 5.14). La déformée aplanie du géosynthétique dans le cas du sol cohésif correspond

bien au développement d’une rupture par blocs qui viennent solliciter de manière ponctuelle

le géosynthétique.

L’évolution de la déformée maximale au centre de la cavité du géosynthétique dans le cas

d’un sol granulaire et d’un sol cohésif est comparée, pour les différentes étapes de

l’expérimentation sur la Figure 5.29. Il est bon de noter que les évolutions de la déformée ne

sont pas les mêmes pour les deux essais : une évolution progressive de la flèche est observée

pour l’essai avec le sable alors qu’elle est brutale dans le cas du sol cohésif. De plus les

déformées au centre du géosynthétique dans le cas du matériau cohésif sont toujours

inférieures à celles obtenues avec le sable, même après déchargement.

134

Figure 5.29. Comparaison de la flèche maximale du géosynthétique pendant les différentes phases des essais de chargement dans le cas d’un sol granulaire (SF) et cohésif (SK)

• Evolution de l’état de contrainte

L’évolution de l’état de contrainte dans les zones d’ancrage pendant la phase de

chargement est présentée sur la Figure 5.30. Pour une surcharge inférieure à celle de la

rupture (moins de 55 kg), les capteurs C2, C3 et C4, les plus éloignés de la cavité, à une

distance X = 57, 62 et 46 cm respectivement, n’ont pratiquement pas détecté d’augmentation

de contrainte. Le chargement appliqué au centre de la cavité, se reporte principalement sur le

pourtour de la cavité.

Les capteurs C7, C8, C10 et C13, les plus proches de la cavité, ont mesuré une

augmentation relativement progressive et constante de la contrainte verticale, jusqu’à

atteindre une valeur limite.

Le report de charge le plus important (donné par rapport à l’état initial de contrainte

théorique) a été mesuré par le capteur C8, situé au milieu du bord de la cavité à une distance

X= 25 cm. Une augmentation de contrainte de 720 % a été constatée. Les deux capteurs C7 et

C13, symétriques par rapport au bord de la cavité, ont pratiquement mesuré le même

accroissement de charge, correspondant au triple de la valeur initiale après l’abaissement des

vérins, soit 331% et 301% respectivement.

Dès que l’on s’éloigne des bords de la cavité, l’accroissement de contrainte est beaucoup

plus faible puisqu’il a été mesuré à 164 % sur le capteur C10 à 5 cm du bord de la cavité (X

=30 cm). La surcharge appliquée au centre de la cavité, semble comme précédemment

majoritairement reportée sur les quelques centimètres des bords de la cavité.

Pour une surcharge de 55 kg, la couche de sol cohésif s’effondre. La rupture de la couche

de sol provoque une chute immédiate des contraintes sur les différents capteurs, en particulier

ceux les plus proches de la zone d’effondrement. Les capteurs les plus influencés par la

rupture du sol sont les capteurs C8 et C10 situés dans l’axe de la cavité, où la contrainte

résiduelle atteint pratiquement une valeur nulle. Ces mesures sont cohérentes avec les

observations de la forme de rupture présentées sur la Figure 5.26. La faible augmentation des

contraintes sur les capteurs C2, C3 et C4, peut s’expliquer par une réorganisation des champs

de contraintes après la rupture de sol au droit de la cavité.

135

Figure 5.30. Evolution de l’état de contrainte pendant le chargement de la couche de sol cohésif

• Analyse des mécanismes de transferts de charge au droit de la cavité : cas du sol

cohésif

Le mécanisme d’effondrement en blocs obtenu à la Figure 5.27 est assez proche de celui

proposé par Huckert (2014) qui assimile l’action du bloc effondré sur la nappe à deux forces

ponctuelles 2P, dont l’intensité est fonction du poids de sol effondré sur la nappe et de la

surcharge en surface, distantes d’une certaine longueur fonction de la géométrie du problème

et des caractéristiques mécaniques du sol de remblai (Chapitre 2).

En se basant sur les observations expérimentales lors de la rupture de la couche de sol

cohésive, une forme de pyramide tronquée a été proposée pour décrire la géométrie du

volume de sol effondré (Figure 5.31). Le bloc de sol après sa chute sur le RG se décompose

principalement, en trois parties A, B et C, dont la principale (A), présentée sur la Figure 5.26,

est située juste en dessous de la zone de chargement. Le poids des deux parties de sol B et C

sur le RG aux bords de la cavité sont supposée négligeables par rapport à l’intensité de la

sollicitation induite dans la partie centrale de la cavité par la surcharge à la rupture 𝑝 =

136

Figure 5.31. Géométrie proposée pour décrire la forme du bloc de sol cohésif effondré sur le RG

Afin de tenir compte des observations expérimentales pour l’évaluation des déformations

et des déplacements du géosynthétique, on supposera que le poids du bloc A de sol effondré

(4,5 kg) et la charge p de surface à la rupture (55 kg) sont transmis au RG sans aucun report

de charge.

On admettra également que la charge transmise au RG est reprise en totalité par une bande

de renforcement de largeur 0,15 cm (nappe ancrée dans une seule direction) soit une charge

totale par mètre de large de 59,5 x 9,81/0,15= 3,9 kN/m.

Le déplacement horizontal U

A

en bordure de cavité est supposé égal à sa valeur

expérimentale moyenne mesurée aux bords A et B de la cavité (2 et 1,5 mm respectivement).

Les valeurs des paramètres d’entrée, déduits à partir des observations et des mesures

expérimentales, nécessaires pour l’adaptation du modèle de Huckert (2014) sont résumées

dans le Tableau 5-5. Les équations d’équilibres correspondant au modèle de Huckert (2014)

sont rappelées aux Chapitres 2 et 4.

Tableau 5-5. Paramètres d’entrée nécessaires à l’application du modèle de Huckert (2014), déduits des observations et des mesures expérimentales

Paramètres ^J*

(kN/m)

𝟐𝒍

(m) 2P (KN/m) UA / UB (mm) Valeur

170 0,15 3,9 2/1,5

* RG monodirectionnel de raideur 𝐽 = 𝐽_𝑠𝑝 = 𝐽_𝑠𝑡

La solution analytique de la déformée du RG est comparée à la Figure 5.32 aux résultats

expérimentaux. Comme pour les expérimentations en 2D à la trappe, et malgré sa simplicité,

l’approche analytique de Huckert (2014), adaptée selon les observations expérimentales en

termes de longueur de diffusion et de report de charge, donne une approximation raisonnable

pour dimensionner un RG dans le cas d’un sol cohésif effondré.

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Figure 5.32. Comparaison des résultats expérimentaux et analytiques du modèle de Huckert (2014) modifié, pour la déformée du RG au droit de la cavité dans le cas d’un sol cohésif

La Figure 5.33 résume l’évolution de la flèche maximale du renforcement géosynthétique

au droit de la cavité en fonction du chargement en surface en comparaison avec les

estimations analytiques du modèle adapté de Huckert (2014).

Figure 5.33. Comparaison des résultats expérimentaux et analytiques de la flèche maximale du géosynthétique en fonction du chargement p en surface dans le cas du mélange sable - kaolin

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Dans le document Modélisation physique du renforcement par géosynthétique des remblais granulaires et cohésifs sur cavités (Page 149-156)