Stabilisation de mouvement de terrain par géosynthétique

géosynthétique

2.4.1 Principes et définitions

Deux principes de confortement de mouvement de terrain sont différenciés en fonction du

degré de stabilisation recherché :

- Le principe de confortement optimal suppose que la stabilité est garantie pendant

toute la durée de vie de la structure renforcée, et qu’aucune restriction d’utilisation

de la structure ne survient à la suite d’effondrements. Par conséquent, la subsidence

de terrain est très faible. Une remédiation après effondrement n’est pas planifiée.

- Le principe de confortement partiel suppose que l’affaissement local est admissible

dans l’ouvrage renforcé par géosynthétique. Cependant, il ne peut pas dépasser une

limite de subsidence maximale définie pour une durée déterminée (100 ans par

exemple). La limite d’affaissement est spécifiée en fonction du type de projet. La

durée de la charge est choisie sur une base spécifique au projet, de sorte que

l’affaissement ou l’effondrement soit détecté de manière fiable pendant cette

période par un système de surveillance installé ou lors d’inspections régulières de la

structure. Des mesures de sécurité sur la circulation et sur l’accès aux zones

d’effondrement sont prises immédiatement après la détection de la subsidence, ces

mesures étant définies préalablement.

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Figure 2.6. Représentation schématique d’un remblai renforcé et définitions (EBGEO)

Le principe de stabilisation partielle favorise l’utilisation des géosynthétiques de

renforcement, pour lesquels le rôle de renfort doit être assuré temporairement le temps que

l’ouvrage soit réparé. Les géogrilles, géotextiles ou composites à haute résistance à la traction

ou à faible fluage sont généralement utilisés en une ou plusieurs nappes superposées.

Le renforcement géosynthétique est intégré au sol après la création d’une excavation. Le

niveau d’excavation est situé à une profondeur (H) déterminée lors du dimensionnement. La

couche de renforcement forme une zone de pontage de la cavité, la région au-dessus de la

zone de renforcement correspond à la plate-forme de chargement (la route par exemple).

Dans de nombreuses applications, le renforcement géosynthétique doit être ancré dans les

directions longitudinale et transversale quand des renforts (rubans, nervures, fibres) sont

positionnés dans les sens trame et chaîne. Pour les applications aux remblais routiers ou

ferroviaires renforcés sur cavité, la nappe de renforcement est le plus souvent déroulée et

implantée longitudinalement au-dessus et de part et d’autre de la zone exposée à

l’affaissement. Dans le sens transversal, un ancrage minimal est généralement adopté soit

sous forme d’un ancrage plat lorsqu’aucune contrainte géométrique n’est requise soit sous

forme d’un ancrage en tranchée (en U ou V) pour réduire la longueur d’emprise de l’ancrage

et de l’excavation.

2.4.2 Analyse du comportement d’un renforcement

géosynthétique au-dessus d’une cavité

Suite à l’apparition de la cavité, le géosynthétique de renforcement se met en tension. La

nappe géosynthétique qui ne possède pas de résistance à la flexion, se déforme en membrane

suite aux sollicitations extérieures. La forme de parachute prise par le géosynthétique lors de

sa mise en tension a conduit initialement à considérer deux types de répartition de charge (q)

au droit de la cavité : une répartition uniforme des contraintes verticales (Delmas 1979) et une

répartition uniforme des contraintes normales (Perrier 1983).

Dans ce mémoire, nous présentons uniquement l’approche de Delmas (1979) qui reste la

plus utilisée dans les méthodes de dimensionnement des renforcements géosynthétiques sur

cavité. De nombreuses autres méthodes ont été proposées pour prendre en considération

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d’autres géométries de chargement, d’autres conditions aux limites ou pour prendre en compte

la compressibilité du sol au niveau de la cavité (Kempfert et al., 1999 ; Zaeske, 2002).

Pour étudier l’effet membrane, Delmas (1979) considère une nappe géosynthétique

monodirectionnelle, horizontale, de largeur unité, fixée à ses deux extrémités et uniformément

chargée (Figure 2.7). La nappe géosynthétique est supposée ponter une cavité ; la présence et

l’action éventuelle d’un sol compressible sous la nappe est donc dans ce cas négligée.

Figure 2.7. Equilibre d’un tronçon élémentaire de la nappe géosynthétique sollicité par une répartition uniforme des contraintes verticales (Le Hello, 2007)

On note :

- B : la largeur de la cavité (m)

- q : la charge verticale répartie uniformément sur le géosynthétique (𝑁 𝑚⁄

2

)

- 𝜑 : l’angle par rapport à l’horizontale du géosynthétique en un point M (rad)

- 𝑇

_𝜑

: la tension dans le géosynthétique par unité de largeur en un point M (𝑁 𝑚⁄ )

- 𝜀

_𝜑

: la déformation dans le géosynthétique en un point M.

- 𝐽 : la raideur en traction de la nappe géosynthétique (N/m).

- 𝑓

_𝑚𝑎𝑥

: la flèche verticale maximale du renforcement au centre de la cavité (m)

- 𝑇

_𝑚𝑎𝑥

: la tension maximale par unité de largeur, au bord de la cavité (𝑁 𝑚⁄ )

- 𝑇

_ℎ

: la composante horizontale définie par unité de largeur (constante sur toute la

largeur de la cavité) de la tension dans le renforcement géosynthétique (𝑁 𝑚⁄ )

L’équilibre des efforts horizontaux et verticaux agissant sur un tronçon de nappe

élémentaire de longueur curviligne déformée ds conduit à l’équation caractéristique de la

déformée parabolique de la nappe géosynthétique :

16 𝑍(𝑥) = ^𝑞𝐵 2 8𝑇_ℎ⁻ 𝑞𝑥2 2𝑇_ℎ

^{Eq. 2-1}

La flèche maximale 𝑓

_𝑚𝑎𝑥

du renforcement est obtenue au centre de la cavité pour 𝑥 = 0,

d’où :

𝑓_𝑚𝑎𝑥 = ^𝑞𝐵

2

8𝑇_ℎ

^{Eq. 2-2}

La tension maximale 𝑇

_𝑚𝑎𝑥

aux points d’ancrage de la nappe (𝑥 = ± 𝐵 2⁄ ), a pour

composante horizontale 𝑇

_ℎ

et pour composante verticale 𝑞𝐵

2

⁄ . On en déduit :

𝑇_𝑚𝑎𝑥²= 𝑇_ℎ²+ (^𝑞𝐵 2 ⁾ 2

Eq. 2-3

En remplaçant 𝑇

₀

dans l’équation 2-3 par sa valeur issue de l’Eq. 2-2 on obtient :

𝑇_𝑚𝑎𝑥 = ^𝑞𝐵

2

8𝑓_𝑚𝑎𝑥 ^{√1 +}

16𝑓_𝑚𝑎𝑥²

𝐵2

Eq. 2-4

Pour déterminer 𝑓

_𝑚𝑎𝑥

et 𝑇

_𝑚𝑎𝑥

, il est nécessaire d’introduire une loi de comportement pour

le géosynthétique. Un comportement élastique linéaire est adopté par simplicité, donc en

chaque point M de la nappe, la tension 𝑇

_𝜑

et la déformation 𝜀

_𝜑

sont liées par la relation :

𝑇_𝜑 = 𝐽. 𝜀_𝜑

_{Eq. 2-5}

L’augmentation de la longueur initiale de la nappe peut être calculée par différence entre la

longueur déformée et la longueur initiale de la nappe, ou par sommation des déformations

définies en chaque point de la nappe. On peut donc écrire :

∫ 𝜕𝑠 𝑥=𝐵 2⁄ 𝑥=0 − ^𝐿 2^{= ∫ 𝜀𝜑𝜕𝑠} 𝑥=𝐵 2⁄ 𝑥=0

Eq. 2-6

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La résolution de l’Eq. 2-6 permet de calculer la valeur de 𝑇

₀

, à partir de laquelle on déduit

𝑓

_𝑚𝑎𝑥

et 𝑇

_𝑚𝑎𝑥

grâce aux Eq. 2-2 et Eq. 2-3.

Giroud (1995, 1996) a proposé une formule simplifiée pour déterminer les tensions, les

déformations et la flèche maximale en fonction de la charge appliquée. L’auteur a défini une

déformation moyenne sur la base de l’Eq. 2-2.

𝜀 =^{∫ 𝜕𝑠 −} 𝐵

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