Synthèse des résultats globaux

L’essai à la colonne résonnante permet une mesure directe de la déformation de cisaillement et du module de cisaillement. Comme nous le détaillons dans les annexes 1.4.1.4 et 2.3 du présent manuscrit, ce n’est pas le cas de tous les essais, et afin de pouvoir procéder à la présentation des résultats globaux sous un diagramme (γ, G) des transformations ont été nécessaires. Ces dernières visent à obtenir la déformation de cisaillement et le module de cisaillement à partir d’essais courants comme l’essai triaxial monotone et l’essai pressiométrique.

Les figures 3.30, 3.32 et 3.33 montrent la variation du module de cisaillement, entre les faibles et les grandes déformations, obtenue lors des essais employés dans ce programme expérimental, à l’exception des résultats d’essais de propagation d’ondes, qui seront traités dans la section 5.1.1 du manuscrit. Les essais de laboratoire présentés (colonne résonnante, triaxial cyclique et triaxial monotone) ne concernent que les éprouvettes de sol soumises à la même pression de confinement effectif (60 kPa pour les sols limoneux et argileux et 100 kPa pour le sol sableux).

Afin d’identifier les essais, la légende est :

- CR : Module de cisaillement obtenu à l’essai de colonne résonnante,

- TC : Module de cisaillement obtenu à l’essai triaxial cyclique pour le dixième cycle d’une séquence,

- TXT : Module de cisaillement sécant obtenu à l’essai triaxial non-drainé avec mesure de la pression interstitielle (soit CU+u),

- PMT : Module de cisaillement sécant obtenu à l’essai pressiométrique pour la profondeur indiquée correspondant à la profondeur de l’échantillon prélevé pour les essais de laboratoire,

- PMTr : Module de cisaillement de rechargement (tangent) obtenu l’essai pressiométrique pour la profondeur indiquée correspondant à la profondeur de l’échantillon prélevé pour les essais de laboratoire.

La figure 3.30 présente les résultats obtenus pour le sol limoneux sous un digramme (γ, G) :

Figure 3.30 Ensemble des résultats obtenus pour le sol limoneux de Bussy-Saint-Georges (Ip=19) présentés sous le diagramme (γ, G). Les essais de laboratoire (CR, TC et TXT) sont réalisés sous un confinement effectif σ’c = 60 kPa. Les modules obtenus des essais in situ au pressiomètre standard (PMT) et au pressiomètre avec cycle (PMTr) concernent les

profondeurs 1 et 2m (conformément à la profondeur de prélèvement des échantillons pour les essais de laboratoire). 0 5 10 15 20 25

1E-06 1E-05 1E-04 1E-03 1E-02 1E-01 1E+00

G ( M P a ) γ(-) Sol limoneux cr_Limon TC_Limon_1 TC_Limon_2 TXT PMT_1m PMT_2m PMTr_SP2_1m PMTr_SP2_2m PMTr_SP3_1m PMTr_SP3_2m PMTr_SP4_1m

89

Nous constatons que dans l’ensemble, les résultats des essais mettent en évidence un comportement non-linéaire du sol (sauf dans le cas des modules de rechargement lesquels sont ponctuels). Le module de cisaillement obtenu à la colonne résonnante

diminue rapidement après une déformation supérieure à 10-4. Le développement du

comportement très non linéaire du sol limoneux est observé entre 10-4 et 10-2, domaine

de déformations qui concerne l’essai à l’appareil triaxial cyclique et dans laquelle le module diminue rapidement. A grandes déformations, nous constatons une concordance globale entre l’essai triaxial monotone et les essais in situ au pressiomètre. Les modules de rechargement obtenus par l’essai pressiométrique avec cycle semblent se superposer aux modules obtenus à l’appareil triaxial cyclique pour une déformation inférieure à 10-2.

Cependant, la figure 3.31 ci-dessous, illustrant le comportement du module uniquement à grandes déformations pour l’essai triaxial et au pressiomètre, met en évidence une variation des résultats entre les différents essais.

Figure 3.31 Résultats des essais au triaxial monotone et essais in situ au pressiomètre standard et avec cycle réalisés sur le sol limoneux de Bussy-Saint-Georges

L’essai triaxial, aussi comme les essais spéciaux, a été réalisé à une pression de confinement effectif proche de la pression estimée in situ (grâce à l’essai à l’œdomètre fournissant la pression de préconsolidation). Et nous pensons que l’hypothèse de réaliser ces essais en dessous de la préconsolidation pour reproduire les conditions de contraintes in situ permet un meilleur calage avec les essais in situ. Néanmoins ces variations peuvent trouver aussi leur origine dans :

- la ponctualité d’un essai au pressiomètre, - le volume de sol sollicité par l’essai, - la représentativité de l’éprouvette,

- la création de l’état de contraintes du sol in situ en conditions de laboratoire (section 2.2.3).

La figure 3.32 présente les résultats de l’ensemble des essais réalisés sur le sol argileux.

0 2 4 6

1E-03 1E-02 1E-01 1E+00

G ( M P a ) γ(-) Sol limoneux TXT PMT_1m PMT_2m PMTr_SP2_1m PMTr_SP2_2m PMTr_SP3_1m PMTr_SP3_2m PMTr_SP4_1m

90

Figure 3.32 Ensemble des résultats obtenus pour le sol argileux de Bussy-Saint-Georges (Ip=40) présentés sous le diagramme (γ, G). Les essais de laboratoire (CR, TC et TXT) sont réalisés sous un confinement effectif σ’c = 60 kPa. Les modules obtenus des essais in situ au pressiomètre standard (PMT) et au pressiomètre avec cycle (PMTr) concernent les profondeurs 4 et 5m

(conformément à la profondeur de prélèvement des échantillons pour les essais de laboratoire).

Nous constatons une adéquation quasiment parfaite entre les résultats des différents essais entre les faibles et les grandes déformations sur la figure 3.32. Toutefois comme mentionné précédemment des variations subsistent entre les essais du même type comme les essais à la colonne résonante le montrent. La différence des valeurs est faible, mais existante. Cette différence se répète également dans les limites de mesure de chaque appareil (par exemple le triaxial cyclique et le triaxial monotone). Nous pensons que les différences de résultats qui existent entre les mêmes types d’essais et entre les essais en général sont dues aux conditions de réalisation des essais et liées aux :

- Profondeurs des échantillons, même si elles varient de très peu,

- Conditions de préparation des éprouvettes, même si une méthodologie identique a été utilisée pour la préparation des éprouvettes,

- Différences entre la contrainte effective de confinement in situ et la contrainte appliquée en laboratoire.

La section 3.1.1.2 concernant les sondages destructifs réalisés sur le site de Bussy-Saint-Georges, met en évidence que le sondage destructif SP4 montre une compacité plus élevée en comparaison aux autres sondages (SP1, SP2 et SP3) pour les mêmes profondeurs. Comme vérifié par la variation de l’indice de Somerton (Sd) avec la profondeur cette compacité élevée est certainement due à la présence du calcaire de Brie, ce qui explique les valeurs importantes obtenues pour les modules de rechargement au pressiomètre, PMTr_4 à 4 m et PMTr_4 à 5 m.

La figure 3.33 présente l’ensemble des résultats obtenus par les essais réalisés sur le sol sableux de Bussy-Saint-Georges.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

1E-05 1E-04 1E-03 1E-02 1E-01 1E+00

G ( M P a ) γ(-)

Sol argileux CR_Argile_1

CR_Argile_2 TC_Argile_2 TC_Argile_3 TXT PMT_4m PMTr_SP2_4m PMTr_SP2_5m PMTr_SP3_4m PMTr_SP4_4m PMTr_SP4_5m

91

Figure 3.33 Ensemble des résultats obtenus pour le sol sableux de Bussy-Saint-Georges (Ip=4) présentés sous le diagramme (γ, G). Les essais de laboratoire (CR, TC et TXT) sont réalisés sous un confinement effectif σ’c = 100 kPa. Les modules obtenus des essais in situ au pressiomètre standard (PMT) et au pressiomètre avec cycle (PMTr) concernent les profondeurs 6 et 7m

(conformément à la profondeur de prélèvement des échantillons pour les essais de laboratoire).

Le comportement du sol ne semble pas continu entre les petites, les moyennes et les grandes déformations. Nous constatons une chute plus rapide du module obtenu à la colonne résonante par rapport à celui obtenu de l’essai à l’appareil triaxial cyclique. Cela peut être dû à la texture granulaire du sable qui implique une certaine fragilité du matériau. A grandes déformations nous constatons que le module obtenu à l’essai pressiométrique (PMT_6m et PMT_7m) est très élevé en général par rapport à celui obtenu par l’essai triaxial même si les « plages de déformations usuelles » restent les mêmes que celles citées dans la littérature. Malgré cela, la tendance générale observée est que le module de cisaillement diminue avec la déformation. Néanmoins, le module pressiométrique de rechargement PMTr_4 à 7 m semble anormalement élevé, certainement dû à la présence du calcaire de Brie.

Les observations générales sur les résultats obtenus montrent une réduction du module de cisaillement avec la déformation pour les plages usuelles de déformation propres aux différents essais. De plus, les figures 3.30 à 3.33 montrent des résultats semblant se suivre entre les faibles et les grandes déformations de manière plus significative pour le sol limoneux et argileux que pour celui sableux. Les essais pressiométriques avec cycle réalisés dans le forage pressiométrique SP4 montrent constamment des valeurs supérieures aux valeurs des autres essais pressiométriques avec cycle (SP2 et SP3) pour les mêmes profondeurs à l’exception du sol limoneux. Cela est certainement dû à la présence du calcaire sur site dès 4m de profondeur. Cependant, comme nous l’avons constaté, le nombre d’essais pour les observations réalisées est assez restreint (par exemple un ou deux essais à la colonne résonante), ce qui ne permet pas une étude approfondie de la variabilité des résultats. Pour ce motif, nous encourageons toute démarche incluant un nombre élevé d’essais du même type et plus d’essais en général, permettant d’étudier les caractéristiques du matériau et son comportement avec la déformation. La synthèse générale de ces résultats ainsi que le calage du modèle hyperbolique sur ces résultats sont présentés dans le chapitre 5. 0 20 40 60 80 100 120

1E-06 1E-05 1E-04 1E-03 1E-02 1E-01 1E+00

G ( M P a ) γ(-) Sol sableux cr_2 TC_Sable_1 TC_Sable_2 TC_Sable_3 TXT PMT_6m PMT_7m PMTr_SP2_6m PMTr_SP2_7m PMTr_SP3_6m PMTr_SP4_6m PMTr_SP4_7m

92 Sous-chapitre 3.2 : Le site de Merville

Introduction

Le site de Merville (département 59) a fait l’objet dans le passé de plusieurs travaux de la part du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC). Ces derniers ont été synthétisés pour la plupart dans le GT 81 « Caractérisation de la déformabilité des

sols au moyen d’essais en place » de Borel et Reiffsteck (octobre 2006).

L’apport du présent travail sera l’étude de la propagation des ondes de surface par la méthode d’analyse multicanaux appliquée au site de Merville. Une approche comparée entre les méthodes d’inversion sera également présentée, toujours dans l’optique de mettre l’accent sur l’influence de la méthode d’inversion choisie sur les résultats obtenus, et de l’hypothèse de la vitesse croissante avec la profondeur. Le travail réalisé pour le site de Merville peut se diviser en trois parties :

• La première partie est consacrée à un état des lieux descriptif des essais qui

ont eu lieu et des résultats sur le sol argileux du site de Merville (argile de Flandres).

• La deuxième partie présente les essais de propagation d’ondes qui ont été réalisés dans le cadre de ce travail de thèse. Les résultats obtenus sont présentés sous la forme de profils verticaux 1D ou 2D et comparés aux résultats existants.

• La troisième partie traite de la proposition de la courbe de réduction de module

pour l’argile de Flandres.

Le site

Le site d’étude se trouve dans la commune de Merville (59). Il s’agit d’une ancienne aire de parking d’aérodrome de la deuxième guerre mondiale (figure 3.34). Ce site a

déjà fait l’objet de plusieurs types d’études depuis les années 1980 :Borel S. 2000;

Canépa Y, Borel S., Deconinck J., 2002 ; Canépa Y. 2001 ; Ferber V., 2000 ; Ferber V., 2003 ; Ferber V., Abraham O., 2002; Puech et al., 2004 ; Puech et al., 2013; Reiffsteck Ph., Tacita J.-L., 2004 ; Coquillay, 2005 ; Rocher-Lacoste et al., 2006 et Ali, 2010.

93

Figure 3.34 (a) Plan de situation de la zone d’essais dans l’aérodrome de Merville (Reifsteck et al., 2006) et (b) zone d’étude de la campagne d’acquisition de 2014

Les différentes campagnes de reconnaissance des sols qui ont été réalisées sur ce site avaient pour objectif de corréler le comportement des fondations profondes réalisées sur site (figure 3.35) à des caractéristiques de résistance déduites d’essai en place et d’apporter des valeurs des paramètres du sol, comme par exemple, des modules de déformation capables de modéliser des inclusions de type palplanche.

Figure 3.35 Vue d’ensemble de l’essai de chargement sur la fondation mixte à Merville (Coquillay, 2005)

Cette parcelle a fait l’objet de nombreuses expérimentations sur pieux en vraie grandeur et de nombreuses reconnaissances géotechniques (sondages carottés, sondages destructifs, essais pressiométriques, pénétromètres SPT et CPT) réalisées dans les plots dits LCPC et CECA (figure 3.36).

94

Figure 3.36. Implantation des plots LCPC et CECA sur le site de Merville (Ali, 2010)

Le contexte géologique

Le site est caractérisé par la présence d’un limon peu plastique sur les premiers mètres. L’épaisseur de la couche limoneuse est située à des profondeurs de 1,50 m ou 3m (tableau 3.7). Cette couche limoneuse laisse la place à l’argile de Flandres sur une épaisseur de 40 m environ. On notera ici (tableau 3.7) que les publications traitant de la problématique de la propagation des ondes sur le site de Merville (Ferber et Abraham, 2002 et Puech et al., 2013) placeront la profondeur de l’argile saine au-delà de 4-5 m. Les terrains sous-jacents sont les Sables et Argiles du Landénien et puis le socle de Craie du Sénonien et du Turonien.

Tableau 3.7 Principales références bibliographiques concernant le contexte géologique du site de Merville

Source documentaires principales Profondeur de couche Limon peu plastique Argile de Flandres de l’Yprésien Sables et argiles du Landénien Socle de craie du Senonien et du Turonien Borel (2000) Canépa (2001) Canépa et al. (2002) Reiffsteck et Tacita (2004) Coquillay (2005) 0 m – 1,5 m 1,5 m – 42 m 42 m – 84 m > 84 m Ferber et Abraham (2002) Puech et al. (2004) Rocher-Lacoste et al. (2006) Ali (2010) 0 m – (2-3) m 0 m – (3,5) m 0 m – 2,2 m 0 m – (2-3) m > (4-5) m > 5 m 2,2 m – 42 m (2-3) m – (42-43) m - - 42 m – 84 m (42-43) – (82-84) m - - > 84 m > 84 m

95

Les résultats des essais déjà réalisés sur ce site sont détaillés dans l’annexe 3 du manuscrit. Nous présentons dans ce sous-chapitre les résultats des essais de propagation d’ondes issus de la campagne d’acquisition de 2014 et les courbes de réduction du module de cisaillement proposées par les travaux antérieurs (Canépa et al., 2002 ; Borel et Reiffsteck, 2006).

3.2.1 Essais de propagation d’ondes par méthodes d’ondes de surface