Etude numérique d’un mur de soutènement en sol stabilse et renforce avec fibres et geogrilles

(1)

FACULTE DES SCIENCES DE L’INGENIEUR DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL

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Présentée en vue de l’obtention du diplôme de

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Option :

Géotechnique

Par

Melle HAOUAM HOUDA

Année 2010

DIRECTEUR DE MEMOIRE : Dr N. CHELGHOUM M.C Université de Annaba

DEVANT LE JURY

PRESIDENT : EXAMINATEUR : EXAMINATEUR : Pr F.HABITA Pr M.MEKSSAOUINE Dr S. MESSAST

Prof. Université de Annaba Prof. Université de Annaba M.C Université de Skikda

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BADJI MOKHTAR-ANNABA UNIVERSITY

UNIVERSITE BADJI MOKHTAR-ANNABA

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DEDICACE

Je dédie ce modeste travail

À

Ceux que j’aime jusqu’à la frontière de l’imagination mes

parents

À

Mes frères et sœurs

À

SAMIRA, HADJER et mon oncle ZOUHIR

À

Toute la famille HAOUAM et CHACHOUI

À

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REMERCIEMENT

Je remercie dieu le tout puissant qui ma donné le courage et la

volonté afin de poursuivre mes études

Je tiens à remercier Dr N. CHELGHOUM mon encadreur non

pas par simple courtoise mais pour ses précieux conseils et son

orientation qui a permis de mener à bien ce travail

J’adresse mes vifs remerciements à messieurs Pr M.HABITA,

Pr. M.MEKSAOUINE et Dr. S.MESSAST qui voulu accepté

de participer au jury de ma thèse

Une précieuse pensée est adressé à la mémoire de monsieur

HAMAMI MOUNIR

(4)

RESUME

Le présent travail a pour objectif la modélisation numérique d’un mur de soutènement de la ligne de chemin de fer, réalisée en sol stabilisé aux fibres et renforcé avec des géogrilles en Corée du sud, par le logiciel de calcul Plaxis. Les résultats obtenus lors de la modélisation sont très rapprochés de celles obtenues par les essais sur modèle réduit au laboratoire. L’inclusion des fibres pour stabiliser la partie avant de l’ouvrage réduit les déplacements horizontaux. Ces derniers sont encore de magnitude moindre lorsque le remblai de sol compacté est renforcé par des inclusions linéaires. La stabilisation du sol aux fibres synthétiques améliore la stabilité de l’ouvrage en réduisant le coefficient de sécurité global de l’ouvrage. Le renforcement du remblai de sol aux géogrilles augmente beaucoup plus ce coefficient de sécurité. La stabilisation de sol aux fibres combinées avec un renforcement de sol aux géogrilles a donné le meilleur coefficient de sécurité et par conséquent la meilleure stabilité de l’ouvrage.

Mots clés : Renforcement, stabilisation, géogrille, polymère, géosynthétique,

ABSTRACT

This work aims at the numerical modeling of a retaining wall of the railway line, carried out in ground stabilized with fibers and reinforced with géogrilles in South Korea, by computation software Plaxis. The results obtained at the time of modeling are very bring closer those obtained by the model experiments reduced to the laboratory. The inclusion of fibers to stabilize the part before structure reduces horizontal displacements. The latter are still less magnitude when the embankment of compacted ground is reinforced by linear inclusions. The stabilization of the ground to synthetic fibers improves the stability of the structure by reducing the total safety coefficient of the work. The reinforcement of the embankment of ground to the géogrids increases much more this coefficient safety. The stabilization of ground to fibers combined with a reinforcement of ground with the géogrids gave the best safety coefficient and consequently the best stability of the structure.

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SOMMAIRE

Dédicace ……… Remerciement ……….……….. Résume ………...………... Abstract ………. ﺺﺨﻠﻣ ……….. Notations et abréviations ……….. Liste des figures ……… Liste des tableaux ………. Sommaire ……….. Introduction ………. Chapitre I : Recherche bibliographique ………... 1.1 Historique ……… 1.2 Définition des sols stabilisés ………... 1.3 Type de stabilisation ………... 1.3.1 Stabilisation chimique ……… 1.3.1.1 Les sels ……….. 1.3.1.2 Les liants ……… 1.3.2 Stabilisation thermique ……….. 1.3.3 Stabilisation mécanique ………. 1.3.3.1 Le compactage ……….. 1.3. 3.2 Addition des matériaux ……… 1.3.3.3 Remédiassions mécanique ……… 1.4 Domaine d’application ……… 1.5 Avantages de stabilisation du sol ……… 1.6 Définition des sols renforcés ……….. 1.7 Types de renforcement ……… 1.7.1 La technique Pneusol ………..………... 1.7.2 Le renforcement par grillages ou par treillis métalliques ………. 1.7.3 Le renforcement par ancrages ………... 1.7.4 Le renforcement par géotextiles ……… 1.7.5 Le renforcement par géogrilles ………. 1.8 Les composants de la terre armée ……….. 1.8.1 Assise du premier rang ……….… 1.8.2 Terres pour remblai ……….. 1.8.3 Le parement ……….. 1.9 Les armatures ……….. 1.9.1 Acier ………... 1.9.2 Géosynthétiques ……….…... 1.10 Avantages des ouvrages en terre armée ……… 1.11 Domaines d’emploi ………... i ii iii iii iv v vi x xi 1 4 4 5 6 6 6 6 7 7 7 7 7 8 8 8 8 9 10 10 11 11 12 12 12 12 14 14 15 19 21

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1.11.1 Ouvrages routiers ………... 1.11.2 Ouvrages ferroviaires …….……… 1.11.3 Ouvrages industriels et de protection ………. 1.11.4 Ouvrages hydrauliques ………...………... 1.12 Autres exemples d’ouvrages en terre armée dans le domaine des soutènements …. 1.13 Les différentes étapes de l'installation ……….. 1.14 Principe de dimensionnement des terres armées ……….. 1.15 Présentation du problème ………. 1.15.1 Les propriétés des matériaux ………. 1.15.2 Les caractéristiques du sol stabilisé avec des fibres et renforcé avec des géogrilles ………... 1.15.3 Essai à échelle ……… 1.15.4 Les résultats obtenus ………...………... 1.16 Autre travaux sur la terre armée ………... Chapitre 2 : Code Plaxis ………. 2.1 Introduction ………. 2.2 Définition ……… 2.2.1 Input ………..………. 2.2.2 Calculs ………... 2.2.3 Résultats ………. 2.2.4 Courbes charge déplacement et chemins de contrainte ………. 2.3 Les modèles de comportements intégrés dans Plaxis ………. 2.3.1 Modèle élastique linéaire ……….. 2.3.2 Modèle de Mohr-Coulomb ……… 2.3.3 Modèle pour les roches fracturées (Jointed Rock model) ………. 2.3.4 Modèle de sol avec écrouissage (Hardening Soil Model) ………. 2.3.5 Modèle pour les sols mous (Soft Soil model) ……… 2.3.6 Modèle pour les sols mous avec fluage (Soft Soil creep model) ……….. 2.3.7 Modèle défini par l’utilisateur ……….. Chapitre 3 : La méthode des éléments finis en géotechnique ………. 3.1 Introduction ……… 3.2 Définition ……… 3.3 Description générale de la méthode des éléments finis ……….. 3.4 formulations de la méthode des éléments finis ……….. Chapitre 4 : modélisation numérique ………... 4.1 Introduction ……… 4.2 Caractéristiques ……….. 4.3 Saisie des données ……….. 4.4 Phase de calcul ……… 4.5 Validation des modèles de calcul ……… 4.5.1 Modèle -sol+fibre- ………. 4.5.2 Modèle -sol+fibre+géogrille- ……… 4.6 Conclusion ……….. 21 22 23 24 25 27 27 28 29 30 30 33 36 42 42 42 42 43 43 44 44 44 44 46 47 47 47 47 48 48 48 48 49 51 51 52 53 56 57 59 62 65

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Chapitre 4 : ETUDE PARAMETRIQUE ……… 5.1 Paramètres inclusions ………. 5.2 Paramètre espacement des géogrilles ………. 5.3 Influence de la rigidité de géogrille ……… 5.4 Influence du coefficient de poisson ……….... 5.5 Influence des paramètres de résistance du sol ……… 5.6 Influence du maillage ……….. Conclusions et recommandations ……….………. Annexe ……….. Références ……….……… 66 66 70 73 76 82 86 92 94 101

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NOTATIONS ET ABREVIATIONS

: La section de l’élément : La cohésion du sol

: Le module d’élasticité de Young du sol f : Vecteur forces de volume

: Facteur de sécurité

: Module tangent maximum

: La hauteur de l’emplacement de la jauge mesuré : La hauteur du mur de soutènement

: Inertie de l’élément

: Coefficient des poussées des terres au repos : Espacement entre géogrilles

Le frottement latéral unitaire

: Vecteur contrainte ou forces de surface Vecteur déplacement virtuelle

: Teneur en eau optimum

: L’angle de frottement interne du sol : Angle de frottement à volume constant : Angle de frottement non drainé

: Angle de frottement sol-inclusion : Coefficient de frottement réel

Contrainte verticale due au poids des terres : Angle de dilatance

: Pseudo vecteur contrainte (réel) : Pseudo vecteur déformation (réelle)

: Pseudo vecteur vitesse de déformation virtuelle : Le poids volumique du sol ;

: Le poids volumique du sol sature : Coefficient de poisson du sol.

Abréviations

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: Méthode des éléments finis : La teneur en eau optimum

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LISTE DES FIGURES

Fig.1.1 Rampes de pyramides (D’après les bâtisseurs des grandes pyramides, G.Goyon, pygmalion, 1990) Fig.1.2 Vue d’un mur d’un Soutènement en terre armée

Fig.1.3 Technique Pneusol

Fig.1.4 Renforcement par ancrages Fig.1.5 Bande en polymère

Fig.1.6 Exemple de géogrille uniaxial Fig.1.7 Principe d’un massif en terre armé Fig.1.8 Parement en écaille de béton Fig.1.9 Parement Terratrel

Fig.1.10 Coefficient de frottement (terre armature) Fig.1.11 Rôles principaux des Matériaux géosynthétiques

Fig.1.12 Mécanisme de mise en tension des treillis et géogrilles durant le compactage Fig.1.13 Quelques ouvrages routiers dans le monde

Fig.1.14 Quelques ouvrages ferroviaires dans le monde Fig.1.15 Quelques ouvrages ferroviaires dans le monde Fig.1.16 Quelques ouvrages hydrauliques dans le monde Fig.1.17 Les étapes d’installation du mur en terre armée

Fig.1.18 Dimensionnement à la rupture des massifs en sol renforcé : stabilité externe : a), b), c) ; stabilité interne : d), e), f) ; stabilité du parement : g), h), i).

Fig.1.19 Analyse de la stabilité générale du mur en terre armée Fig.1.20 La cohésion et l’angle de frottement

Fig.1.21 Essai à échelle : (a) équipement de l’essai à l’échelle, (b) système de chargement, (c) les jauges, (d) géogrille {la distance entre les grilles 28.9 mm, épaisseur des grilles 4 mm}.

Fig.1.22 Coupe transversale de l’ouvrage de chemin de fer

Fig.1.23 Coupe transversale de l’essai et l’emplacement des jauges : (a) cas , (b) cas

Fig.1.24 Déplacement horizontal après chargement Fig.1.25 Contrainte verticale après chargement Fig.1.26 Contrainte verticale avant chargement Fig.1.27 Contrainte horizontale après chargement Fig.1.28 Contrainte horizontale avant chargement Fig.1.29 Déplacement horizontal après chargement

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Fig.1.31 Contrainte verticale après chargement Fig.1.32 Contrainte horizontale après chargement Fig.1.33 Contrainte horizontale avant chargement Fig.1.34 Représentation schématique du modèle

Fig.1.35 Champ des déplacements verticaux (a, b, c) et effort axiaux dans les géogrilles (a, b) Fig.1.36 Champ des déplacements horizontaux (a, b, c) et effort axiaux dans les géogrilles (a, b) Fig.2.1 Définition du modèle à 50% de la rupture

Fig.3.1 Le principe des puissances virtuelles les actions sur le domaine Fig.3.2 Domaine discrétisé

Fig.4.1 Coupe transversale de l’ouvrage de chemin de fer Fig.4.2 Menu « General settings »

Fig.4.3 Les modèles de référence « sol+fibre » et « sol+fibre+géogrille » Fig.4.4 Le maillage des modèles

Fig.4.5 Pression interstitiel phase initiale Fig.4.6 Contrainte effective - phase initiale Fig.4.7 Les phases de calcul

Fig.4.8 Emplacement des jauges dans le modèle réduit (Sol stabilisé aux fibres)

Fig.4.9 Emplacement des jauges dans le modèle réduit (Sol stabilisé aux fibres et renforcé aux géogrilles) Fig.4.10 Déplacement horizontal après chargement

Fig.4.11 Contrainte horizontale avant chargement Fig.4.12 Contrainte horizontale après chargement Fig.4.13 Contrainte verticale avant chargement Fig.4.14 Contrainte verticale après chargement Fig.4.15 Déplacement horizontal après chargement Fig.4.16 Contrainte horizontale avant chargement Fig.4.17 Contrainte horizontale après chargement Fig. 4.18 Contrainte verticale avant chargement Fig.4.19 Contrainte verticale après chargement

Fig.4.20 Déplacement horizontal après chargement cas « sol » Fig.4.21 Déplacement horizontal avant chargement cas « sol » Fig.4.22 Contrainte horizontale après chargement cas « sol » Fig.4.23 Contrainte verticale avant chargement cas « sol » Fig.4.24 Contrainte verticale après chargement cas « sol »

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Fig.4.28 Contrainte verticale avant chargement cas « sol+fibre » Fig.4.29 Contrainte verticale après chargement cas « sol+fibre »

Fig.4.30 Déplacement horizontal après chargement cas « sol+géogrille » Fig.4.31 Contrainte horizontale avant chargement cas « sol+géogrille » Fig.4.32 Contrainte horizontale après chargement cas « sol+géogrille » Fig.4.33 Contrainte verticale avant chargement cas « sol+géogrille » Fig.4.34 Contrainte verticale après chargement cas « sol+géogrille »

Fig.4.35 Déplacement vertical après chargement cas « sol+fibre+géogrille » Fig.4.36 Contrainte horizontale avant chargement cas « sol+fibre+géogrille » Fig.4.37 Contrainte horizontale après chargement cas « sol+fibre+géogrille » Fig.4.38 Contrainte verticale avant chargement cas « sol+fibre+géogrille » Fig.4.39 Contrainte verticale après chargement cas « sol+fibre+géogrille » Fig. 5.1 Comparaison des contraintes verticales avant chargement

Fig. 5.2 Comparaison des contraintes verticales après chargement Fig. 5.3 Comparaison des contraintes horizontales avant chargement Fig. 5.4 Comparaison des contraintes horizontales après chargement Fig. 5.5 Comparaison des déplacements horizontaux après chargement

Fig. 5.6 Comparaison des coefficients de sécurité pour les quatre configurations

Fig. 5.7 Influence du paramètre d’espacement des nappes sur la contrainte verticale cas «sol+fibre+géogrille» avant chargement

Fig. 5.8 Influence du nombre des nappes sur la contrainte verticale cas «sol+fibre+géogrille» après chargement

Fig. 5.9 Influence du nombre des nappes sur la contrainte horizontale cas «sol+fibre+géogrille» avant chargement

Fig. 5.10 Influence du nombre des nappes sur la contrainte horizontale cas «sol+fibre+géogrille» après chargement

Fig. 5.11 Influence du nombre des nappes sur le déplacement horizontal cas «sol+fibre+géogrille» après chargement

Fig. 5.12 Influence de la rigidité de géogrille sur la contrainte verticale cas «sol+fibre+géogrille» avant chargement

Fig. 5.13 Influence de la rigidité de géogrille sur la contrainte verticale cas «sol+fibre+géogrille» après chargement

Fig. 5.14 Influence de la rigidité de géogrille sur la contrainte horizontale cas «sol+fibre+géogrille» avant chargement

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Fig. 5.16 Influence de la rigidité de géogrille sur le déplacement horizontal cas «sol+fibre+géogrille» après chargement

Fig. 5.17 Influence du coefficient de poisson sur la contrainte verticale cas «sol+fibre» avant chargement Fig. 5.18 Influence du coefficient de poisson sur la contrainte verticale cas «sol+fibre» après chargement Fig. 5.19 Influence du coefficient de poisson sur la contrainte horizontale cas «sol+fibre» avant chargement

Fig. 5.20 Influence du coefficient de poisson sur la contrainte horizontale cas «sol+fibre» après chargement

Fig. 5.21 Influence du coefficient de poisson sur le déplacement horizontal cas «sol+fibre» après chargement

Fig. 5.22 Influence du coefficient de poisson sur la contrainte verticale cas «sol+fibre+géogrille» avant chargement

Fig. 5.23 Influence du coefficient de poisson sur la contrainte verticale cas «sol+fibre+géogrille» après chargement

Fig. 5.24 Influence du coefficient de poisson sur la contrainte horizontale cas «sol+fibre+géogrille» avant chargement

Fig. 5.25 Influence du coefficient de poisson sur la contrainte horizontale cas «sol+fibre+géogrille» après chargement

Fig. 5.26 Influence du coefficient de poisson sur le déplacement horizontal cas «sol+fibre+géogrille» après chargement

Fig. 5.27 Influence des paramètres de résistance sur la contrainte verticale cas avant chargement Fig. 5.28 Influence des paramètres de résistance sur la contrainte verticale cas après chargement Fig. 5.29 Influence des paramètres de résistance sur la contrainte horizontale cas avant chargement Fig. 5.30 Influence des paramètres de résistance sur la contrainte horizontale cas après chargement Fig. 5.31 Influence des paramètres de résistance sur le déplacement horizontale cas après chargement Fig. 5.32 Influence du maillage sur la contrainte verticale cas avant chargement

Fig. 5.33 Influence du maillage sur la contrainte verticale cas après chargement Fig. 5.34 Influence du maillage sur la contrainte horizontale cas avant chargement Fig. 5.35 Influence du maillage sur la contrainte horizontale cas après chargement Fig. 5.36 Influence du maillage sur le déplacement horizontal cas après chargement Fig. 5.37 Influence du maillage sur la contrainte verticale cas avant chargement Fig. 5.38 Influence du maillage sur la contrainte verticale cas après chargement Fig. 5.39 Influence du maillage sur la contrainte horizontale cas avant chargement Fig. 5.40 Influence du maillage sur la contrainte horizontale cas après chargement Fig. 5.41 Influence du maillage sur le déplacement horizontale cas après chargement

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LISTE DES TABLEAUX

Tab 1.1 Classification des techniques de renforcement suivant les éléments de renforcement utilisés Tab.1.2 : Exemples d’ouvrages en terre armée dans le domaine des soutènements

Tab.1.3 : Propriétés du sol limon sableux Tab.1.4 : Les propriétés physiques des fibres Tab 4.1 Caractéristiques géotechniques des sols Tab 4.2 Propriétés des éléments de construction Tab 4.3 Coordonnées de la fenêtre

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INTRODUCTION

INTRODUCTION GENERAL

Le sol a toujours été un matériau utilisé dans la construction à cause de sa disponibilité et son coût qui représentent ses principaux avantages, Cependant ses propriétés mécaniques ne sont pas toujours satisfaisantes et cela peut mener à de nombreux problèmes pendant la construction des grandes structures. Le sol résiste bien à la compression mais très mal à la traction. Le premier objectif est donc de modifier ses propriétés mécaniques et améliorer sa résistance à la traction tout en gardant ses avantages.

Les propriétés mécaniques du sol peuvent être améliorées chimiquement ou physiquement en liant les particules ensemble de telle sorte que sa résistance augmente. Il s’agit d’ajouter la chaux, le ciment, le bitume ou autres liants. Ces méthodes sont appelées "techniques de stabilisation des sols." Toutefois, dans le cas des grandes constructions tel que les constructions linéaires et les ouvrages de soutènement, ces méthodes ne semblent pas être des solutions économiques (Holtz, 2001 et Vidal, 1969). La terre renforcée est une autre technique dans laquelle la résistance du sol est rehaussée par l'addition des inclusions linéaires disposée horizontalement.

Le mécanisme de transmettre les efforts du sol aux éléments de renforcement dépend des propriétés géométriques des inclusions, (Holtz, 2001 et al d'et McGown., 1984), il est obtenu par le frottement, l’adhésion à l’interaction sol-inclusion.

La qualité de base de ce système est la facilité de construction et la réduction du coût, puisque les inclusions sont placées seulement dans la direction de la contrainte de traction (McGown et Andrawes, 1978).

L’idée du sol renforcé n’est pas récente (Haeri, 2000 et Jones, 1985). Cette technique existe depuis le 4ème et 5ème siècle avant J-C, les constructeurs employaient plusieurs matériaux tels que les racines et les branches des arbres, les plantes, le gazon, le bambou, la paille et les roseaux.

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Deux structures en sol renforcé peuvent être visitées aujourd’hui dans le monde, il s’agit la Ziggourat situées dans la cité antique d’Agar Quf en Iraq et la Grande Muraille de Chine.

La conception de la terre renforcée a été réintroduite par Arthur Casagrand quand il a présenté un sol composé de couches de sols mous et rigides alternées. Cependant, la forme de cette technique employant le renforcement en inclusions métalliques a été publié pour la première fois par l'architecte et l'ingénieur français Henry Vidal, 1966 (Holtz, 2001 et Haeri, 2000), où il a énoncé en détail le principe de cette technique et qui est aujourd’hui un brevet sous le nom de la terre armée.

En premier temps, Vidal à utilisé des bandes en acier lisse dans le remblai granulaire. Elles s’étendent jusqu’au parement pour former un mur de soutènement, ou autres structures porteuses. Par la suite en 1979, le renforcement du sol a été assuré par des bandes en acier galvanisées et des bandes nervurées avec une adhérence très élevée par rapport aux autres inclusions cité auparavant (Holtz, 2001).

Les éléments de renforcement métalliques présentent une raideur satisfaisante, mais leur principal inconvénient est la corrosion. À long terme, cette dernière reste un souci majeur pour la stabilité des ouvrages réalisés.

Pendant les dernières décennies, plusieurs développements se sont concentrés sur le développement de nouveaux types de renforcement non métallique avec l'espoir de surmonter le problème de corrosion. Beaucoup de progrès ont été publié par Andraws et McGown (1977) qui ont prouvé que des matériaux avec des modules de rigidité inférieurs à celle de l'acier pourraient améliorer le comportement du sol. Ils ont utilisé les résidus de pétrole pour confectionner des inclusions en polymère.

Aujourd'hui une grande gamme de renforcements en polymères est disponible. Ces matériaux sont non-corrosible, peu coûteux et légers, mais restent exposés quand même aux dégradations dans le temps. ces problèmes peuvent être surmontés par des techniques de conception appropriées et un choix du polymère correct.

Tous ces types de renforcements a savoir les inclusions en métal, en polymères ou en fibres de verres sont utilisés dans la réalisation des ouvrages en terre. Ces derniers necessitent une certaine compréhension en ce qui concerne leur comportement mécanique. Des essai au laboratoire sur des modèles réduits sont ainsi necéssaires ce qui augmente leurs coût.

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La dernière décennie a vue un développement considérable dans le domaine de l’informatique ou des logiciels de calcul performant ont été mis à la disposition des géotechniciens. Parmi ces derniers le package Plaxis, un logiciel mis à jour par l’Université Technique de Delft au pays bas. Il permet la modélisation de n’importe quelle structure en remblai de sol et les ouvrages de fondation et de soutènement en étudiant plusieurs paramètres sans avoir recours à de nombreux essais au laboratoire et par conséquent réduire le prix de revient des projet à réaliser.

OBJECTIF

Le présent travail a pour objectif la modélisation numérique d’un mur de soutènement de la ligne de chemin de fer, réalisée en sol stabilisé aux fibres et renforcé avec des géogrilles en Corée du sud, par ce logiciel de calcul Plaxis. Les travaux de recherche et les résultats obtenus ont été présentés sous forme de 5 chapitres dont l’introduction et la conclusion.

Le chapitre 1 expose une revue bibliographique concernant la stabilisation et le renforcement des sols, leurs domaines d’application, leurs avantages ainsi que les différents types de matériaux utilisés.

Le chapitre 2 présente le code de calcul Plaxis et les lois de comportements intégrés.

La description générale de la méthode des éléments finis est expliquée dans le troisième chapitre 3.

La modélisation numérique de l’ouvrage de chemin de fer ainsi que l’analyse des différents résultats obtenus sont présentés au chapitre 4.

L’influence de la variation de certains paramètres sur le comportement mécanique de l’ouvrage est étudiée et les résultats présentés et commentés au chapitre 5.

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CHAPITRE 1:

RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE

1.1 HISTORIQUE

Le renforcement des sols par inclusion est connu depuis l’ancien Egypte, les bâtisseurs des grandes pyramides utilisaient des rampes en remblais de 20 mètres de hauteur, renforcées par des lits de roseaux et des poutres en bois de palmier. La figure 1.1 montre le principe du renforcement dans une rampe d’après les bâtisseurs des pyramides.

Fig.1.1 Rampes de pyramides

(D’après les bâtisseurs des grandes pyramides, G.Goyon, pygmalion, 1990)

Au début de 20ème siècle, la technique de renforcement des sols a été développé, dont les inclusions de poutre, tirants, ancres en bois ou en métal et grillage ont été employé.

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Depuis 1965, cette technique a été le sujet de nombreuses évolutions en France, les efforts se sont concentrés sur le développement et l’optimisation des éléments de renforcements dans les diverses formes et matériaux. En effet plusieurs travaux de recherches expérimentales et théoriques ont été entrepris dans les laboratoires et les universités pour atteindre une meilleure compréhension de la conduite de la terre armée.

En 1966, au cours d’une conférence, l’inventeur de la terre armée Henri Vidal, a présenté pour la première fois ce nouveau matériau, devant la Comité Française de Mécanique des sols

A cette occasion, le Laboratoire Central de Ponts et Chaussée, a pris connaissance de cette technique et des possibilités qu’elle pouvait offrir pour la solution de problèmes difficiles, la construction des remblais de grande hauteur sur des pentes naturelles instables a été propagée

En 1972, Cette procédure est généralisée dans le monde entier. Des ouvrages ont été construits dans trente-deux pays, et il existe actuellement plusieurs spécifications d’organisme De 1978 jusqu’à l’an 2000, le nombre d’ouvrages construits dans le monde, dont un peu moins de la moitie est réalisé en France, concorde à 1 500 000 m2 de surface des parements. La plus part de ces ouvrages sont des murs de soutènement et des culées de pont. La figure 1.2 illustre une vue d’un mur en terre armée.

Fig.1.2 Vue d’un mur d’un Soutènement en terre armée

1.2 DEFINITION DES SOLS STABILISES

(21)

utilisé pour minimiser la sensibilité du sol aux variations de la teneur en eau comme dans le cas des sols expansifs.

Les techniques de stabilisation les plus utilisées sont :  la stabilisation mécanique ;

 la stabilisation thermique ;  la stabilisation chimique.

Le choix de l’une de ces méthodes dépend de plusieurs paramètres tels que ; les considérations économiques, la nature du sol à traiter, la durée de l’opération, la disponibilité des matériaux à utiliser ainsi que les conditions d’environnement.

1.3 TYPE DE STABILISATION

1.3.1 STABILISATION CHIMIQUE

Les additifs permettant d’améliorer les caractéristiques des sols sont classés en deux grandes familles : les sels et les liants

1.3.1.1 LES SELS

Plusieurs sels minéraux à différentes concentrations (Chlorure de potassium , Chlorure de sodium , Chlorure de calcium , Sulfate d’ammonium sont utilisés dans la stabilisation chimique des sols surtout pour les sols gonflants dont il augmente la concentration ionique de l’eau libre.

1.3.1.2 LES LIANTS

A. LA CHAUX

La stabilisation par ajout de chaux est la technique de traitement des sols la plus répandue. L’utilisation de cette technique permet :

 D’éviter des volumes de terrassement importants dans le cas de substitution des sols médiocres

 De diminuer la plasticité et la densité sèche ainsi d’augmenter la résistance du sol et

(22)

 De donner aux sols argileux d’une manière assez rapide une consistance pour des dosages compris entre 1% et 2%. Ceci montre aussi l’intérêt économique de ce procédé

B. LE CIMENT

Le ciment est un additif qui peut être utilisé pour la stabilisation du sol dont il augmente la résistance, la limite de retrait, il diminue la plasticité et réduit le potentiel de variation de volume

1.3.2 STABILISATION THERMIQUE

Le principe de cette procédure est d’augmenter la température du sol dans le but de réduire la répulsion électrique entre les particules, mais cette technique est très couteuse.

1.3.3 STABILISATION MECANIQUE

1.3.3.1 LE COMPACTAGE

Le compactage est une méthode la plus simple et économique, il est employé typiquement pour augmenter la densité du sol et réduit le potentiel expansif. Les conducteurs des machines doivent faire attention lors du compactage du sol, parce que trop de pression peut écraser les agrégats et le sol perde leur propriété de résistance.

1.3. 3.2 ADDITION DES MATERIAUX

C’est une méthode économique, elle améliore les caractéristiques du sol, il s’agit d’augmenter la résistance du sol ou diminuer son plasticité en ajoutant des agrégats ou des fibres.

1.3.3.3 REMEDIASSIONS MECANIQUE

Généralement, le remédiassions mécanique a été la méthode la plus admise pour traiter la contamination du sol. Au lieu de transporter le sol contaminé à la décharge public et le remplacé par un autre bon sol, la technique bio remédiassions s’avère la meilleure solution pour ce cas

(23)

1.4 DOMAINE D’APPLICATION

La stabilisation du sol est utilisée dans beaucoup de secteurs de la construction :

 Routes ;

 Les parkings d’avions et pistes d’envol ;

 Les chantiers ;

 Décharges d'ordures ;

 Voie navigable ;

 Miner.

1.5 AVANTAGES DE STABILISATION DU SOL

 Améliore la résistance du sol

 La durabilité

 Réduit le potentiel de variation de volume  Imperméabilise le sol

 Diminuer la teneur en eau  Solution économique

1.6 DEFINITION DES SOLS RENFORCES

Le renforcement des sols consiste, dans son principe, à associer un sol à des éléments résistants de manière à former un matériau composite.

Les sols renforcés (terres armées) sont fréquemment utilisés à présent pour différentes structures tel les talus, les murs de soutènement et les fondations réalisées sur des sols de très faible portance.

1.7 TYPES DE RENFORCEMENT

Il existe une très grande variété d’éléments de renforcement utilisés dans la pratique et que l’on classe généralement suivant leur forme géométrique ; unidimensionnelle (linéaire), bidimensionnelle ou tridimensionnelle. En outre, un grand nombre de matériaux constitutifs sont possibles : acier, fibres de verre, géotextiles et produits apparentés (matières plastiques), etc. Le tableau 1.1 donne une classification des principales techniques de sol renforcé en fonction de la géométrie des renforcements et du type de sol (sol rapporté ou en place).

(24)

Techniques de renforcement des sols Type de sol Renforcements unidimensionnels (linéaires) Renforcements bidimensionnels Renforcements tridimensionnels

Terre Armée (armatures

métalliques) Treillis métalliques horizontaux

Micro renforcements (disquettes, plaquettes) Procédé Freyssisol ‘armatures en

matière synthétique : Paraweb Mur Tervoile (treillis verticaux)

Fibres (métalliques, géosynthétiques) Murs VSL (bandes de treillis

métalliques)

Nappes en géosynthétiques (géotextiles, géogrilles, géocomposites)

Texsol (fil continu)

Sols rapportés

/ Procédés utilisant des Pneusol,

Arma-Pneusol, Pneu-Tex) /

Micropieux (groupes ou réseaux) / /

Sols en

place Clouage en soutènement et en

pente / /

Tab 1.1 Classification des techniques de renforcement suivant les éléments de renforcement utilisés

Citant quelque type de renforcement :

1.7.1 LA TECHNIQUE PNEUSOL

Cette technique est assuré par des niveaux pneumatiques usagés de véhicules légers, reliés entre eux par sangles polyester ou attaches métalliques et dont les flancs sont entièrement découpés comme le montre la figure 1.3

(25)

1.7.2 LE RENFORCEMENT PAR GRILLAGES OU PAR TREILLIS

METALLIQUES

Le renforcement par treillis métalliques s’apparente à la technique Pneutex, les géotextiles étant remplacés par des treillis. Cette technique est appelée Armapneusol et a l’avantage d’être utilisable avec des sols contenant de très gros éléments.

Une autre technique consiste à mettre en œuvre des grillages sur lesquels le sol est compacté. C’est le système Terramesh dont le parement est en gabions. Une technique dérivée (Terramesh Vert) permet une revégétalisation du parement grillagé. On peut noter que pour le remplissage des gabions, les gros éléments issus de l’écrêtage des matériaux de torrent pourraient être utilisés, à condition qu’ils soient eux-mêmes écrêtés pour supprimer les très gros éléments.

1.7.3 LE RENFORCEMENT PAR ANCRAGES

Il s’agit de renforcer le sol par des barres métalliques au bout desquelles sont placés des blocs d’ancrage. Le renforcement est ainsi assuré par frottement ainsi que par contre butée. Les barres ont une section ronde pou réduire la surface soumise à la corrosion et sont liées au parement composé d’écailles en béton. La figure 1.4 montre le principe de renforcement par ancrages

Fig.1.4 Renforcement par ancrages

Une autre technique consiste à lier chaque élément préfabriqué en béton à une butée d’ancrage par l’intermédiaire d’une bande en polymère comme indiqué dans la figure 1.5

(26)

Fig.1.5 Bande en polymère

1.7.4 LE RENFORCEMENT PAR GEOTEXTILES

Les géotextiles sont des produits textiles à bases de fibres polymères utilisés au contact du sol dans le cadre d’applications dans le domaine de la géotechnique et du génie civil. Leurs domaines d’utilisations sont très vastes et concernent aussi bien la géotechnique routière, les centres de stockage de déchets, les aménagements hydrauliques, la stabilisation des sols et le renforcement des fondations.

1.7.5 LE RENFORCEMENT PAR GEOGRILLES

Les géogrilles sont classées parmi les produits géosynthétiques. Elles se présentent sous la forme de grilles monolithiques, tissées ou à fils soudés dont la maille peut avoir des formes diverses. En particulier, on peut distinguer les géogrilles uni axiales ayant une résistance à la traction plus élevée dans une direction que dans la direction perpendiculaire et dont la maille est allongée, et les géogrilles bi axiales ayant la même résistance dans les deux directions du maillage qui, dans ce cas, est carré.

(27)

1.8 LES COMPOSANTS DE LA TERRE ARMEE

La figure 1.8 expose les principaux composants de la terre armée :

Fig.1.7 Principe d’un massif en terre armé

1.8.1 ASSISE DU PREMIER RANG

C’est une assise réalisée sous le pied du massif pour faciliter la pose du premier rang de panneaux et assurer le bon alignement, elle est généralement constitué de grave correctement compactée ou en béton maigre.

1.8.2 TERRES POUR REMBLAI

En général les terres utilisées pour le remblai sont déterminantes pour la stabilité des structures de sol renforcé. En effet, il est possible d’utilisé n’importe quel type de terre mais il faut le traiter de tel sorte que l’angle de frottement interne soit élevé, par conséquent les sols granulaires (sable, graviers ou fragments de pierres) qui ont un angle de frottement interne élevé s'avèrent être la meilleure solution.

1.8.3 LE PAREMENT

Le parement est la face apparente du remblai renforcé.. Ses fonctions sont les suivantes :  Protéger le massif de toute agression extérieure et en particulier de l’érosion

superficielle

 Eviter les ruptures locales affectées le remblai

 D’un point de vue purement esthétique améliorer l’apparence extérieure de l’ouvrage (surtout pour les parements en écailles).

(28)

Il y a trois types de parements :

 Le parement métallique, qui aujourd’hui n’est plus employé. Il s’agissait d’éléments cylindriques à section semi-elliptique

 Le parement en écailles de béton, qui est très largement répandu. Les écailles sont des plaques de béton cruciformes, non ferraillées. Le lien entre les écailles constituant le parement est assuré par des goujons et des joints compressibles entre écailles superposées autorisent la déformabilité du parement dans un plan vertical. De plus, les écailles possèdent un certain jeu entre elles ce qui donne au parement une certaine

souplesse. Ceci permet en particulier la construction de parements courbes. La figure 1.8 montre le détail d’une écaille en béton.

Fig.1.8 Parement en écaille de béton

 Le parement Terratrel (figure 1.9) en treillis métallique auquel sont attachées les armatures de renforcement et qui permet la végétalisation du parement. Une géogrille ou un géotextile non tissé peut lui être associé.

(29)

1.9 LES ARMATURES

Les armatures se présentent sous la forme de bandes plus ou moins larges (5 à 10 cm), de faible épaisseur (quelques millimètres), souvent crénelées pour assurer un frottement plus important avec le sol à renforcer. Suivant les cas d’application, elles peuvent être constituées en :

 Acier inoxydable ou acier doux galvanisé  Fibres de verre

 Géosynthétiques

1.9.1 ACIER

Dans la plupart des cas, on utilise un acier doux galvanisé. La technique mettant en œuvre des bandes en polymère est nommée « Freyssisol ». Les armatures sont alors composées de fibres en polyester gainées d’une couverture de polyéthylène.

Il existe deux types d’armatures métalliques :

Les armatures lisses pour lesquelles l’angle de frottement sol-inclusion n’est jamais supérieur à l’angle de frottement interne du sol

Les armatures rugueuses dites « haute-adhérence » pour lesquelles l’angle peut être supérieur à . Ces armatures présentent des crénelures qui ont pour effet l’augmentation de la valeur de

(30)

1.9.2 GEOSYNTHETIQUE

Les géosynthétiques sont des produits dont le principale constituant est à base de polymère synthétique ou naturel, se présentant sous forme de nappe, de bande ou de structure tridimensionnelle, utilisé en contact avec le sol ou avec d'autres matériaux dans les domaines de la géotechnique et du génie civil. Ces produits sont utilisés dans les domaines tels que la construction routière, les travaux hydrauliques, les chemins de fer, les terrains d´aviation, etc. Les rôles principaux des géosynthétiques sont les suivants, la figure 1.11 expose ces différents rôles.

SEPARATION :

Prévention contre le mélange des deux matériaux de natures différentes par l'emploi d'un géotextile.

RENFORCEMENT :

Utilisation de la capacité de résistance d'un géotextile ou d'un produit apparenté aux géotextiles afin d'améliorer les propriétés

mécaniques des sols.

PROTECTION :

Fonction consistant à empêcher les endommagements localisés concernant un matériau donné en utilisant le géotextile, en général une géomembrane.

ETANCHEITE :

Contrôle de la migration de gaz ou de liquide.

FILTRATION :

Maintien du sol ou d'autres particules soumis à des forces hydrauliques en permettant le passage de fluides à travers ou dans un géotextile.

DRAINAGE :

Collecte et transport des eaux pluviales, souterraines ou d'autres liquides dans le plan d'un géotextile ou d'un produit apparenté aux géotextiles.

Fig.1.11 Rôles principaux des Matériaux géosynthétiques

(31)

Les géosynthétiques les plus utilisés sont:

 Les géotextiles  Les géogrilles  Les géocomposites

a- GEOTEXTILES

Sont des produits tissés, non tissés, ou tricotés, perméables, fabriqués à base de polymères (polypropylènes, polyesters, polyéthylènes) et utilisés dans les domaines de la géotechnique et du génie civil. La fonction du géotextile dans le sol peut être la séparation, la filtration, et aussi le renforcement.

Géotextiles non tissés : la fabrication consiste au filage en continu des fibres, à leur étirement,

avant de les napper et de les lies par aiguilletage ;

Géotextiles tissés : leurs bandelettes en polypropylène sont fabriquées par un procédé

d’extrusion, elles sont ensuite tissées.

b- GEOCOMPOSITE

Est un assemblage manufacturé de matériaux dont au moins l'un des composants est un produit géosynthétique, par exemple une géogrille complexée avec un géotextile non-tissé. Il peut être utilisé, soit en géotechnique (fonctions de séparation et renforcement), soit pour les couches de roulement (fonction de renforcement, particulièrement en réfection).

c- GEOGRILLES

Sont des géosynthétiques dont la fonction est le renforcement des sols. Une géogrille est une structure plane à base de polymère, constituée par un réseau ouvert et régulier d'éléments résistants à la traction et pouvant être assemblés par extrusion, par collage ou par entrelacement, dont les ouvertures ont des dimensions supérieures à celles des constituants et permettant le confinement du sol. La grandeur des mailles varie généralement de 1 et 10 cm pour permettre la pénétration des

gros éléments du sol, et la création d’un effet d´imbrication de ces constituants dans la géogrille. Pour obtenir l’effet de renforcement il est nécessaire que les gros éléments s’imbriquent de la moitié de leur volume dans la maille.

(32)

Mono-axiale: la résistance à la traction est plus importante dans un sens (longitudinal ou

transversal) que dans l´autre.

Bi-axiale: la résistance à la traction est sensiblement équivalente dans le sens longitudinal et

transversal.

 AVANTAGES DE L'UTILISATION DE GEOSYNTHETIQUES POUR

LE RENFORCEMENT:

 amélioration des caractéristiques mécaniques des sols;

 réduction de l’interpénétration des matériaux d’apport avec les sols en place et diminution des mouvements de terre;

 réduction du mélange indésirable de terres et diminution des exigences de transfert de matériau;

 modification des structures routières et ferroviaires pour en augmenter les capacités;

 diminution des emprises;

 création de merlons antibruit d’aspect naturel;

 réduction des délais de construction (possibilité de travailler pendant la période hivernale);

 augmentation de la sécurité et de la stabilité des remblais;  préservation de l’aspect naturel du paysage;

 optimisation des coûts de construction.

 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE GEOGRILLES

Les inclusions (nappes de géotextiles, grilles, etc.) ne possèdent pas en général de rigidité à la flexion. Dans le cas des géogrilles, qui sont classées comme produits apparentés aux géotextiles, l’interaction entre le sol et le renforcement est de deux types : frottement latéral le long des éléments longitudinaux, c’est-à-dire des éléments orientés dans le sens de la traction, et résistance en butée le long des éléments transversaux. Il est à noter que, la mise en place dans un remblai s’accompagne d’une mise en traction partielle sous l’effet du compactage, dont il faut tenir compte dans le dimensionnement, ce mécanisme est bien défini dans la figure 1.12

(33)

Fig.1.12 Mécanisme de mise en tension des treillis et géogrilles durant le compactage

 FROTTEMENT LATERAL ET RESISTANCE EN BUTEE

Pour les géogrilles et les treillis, les mécanismes de frottement latéral et de résistance en butée sont intimement mêlés.

Pour le dimensionnement aux états limites ultimes, ils sont le plus souvent regroupés dans le terme de frottement latéral unitaire

Dont :

Le frottement latéral unitaire : Coefficient de frottement réel

Contrainte verticale due au poids des terres

La valeur de la résistance en butée dépend de nombreux facteurs, notamment géométriques, avec une influence importante de la dimension de la maille et de l’épaisseur des éléments transversaux par rapport à la taille des grains du sol.

(34)

Par contre, aux états de service, le déplacement relatif du sol avec l’inclusion, nécessaire pour mobiliser le frottement latéral maximal le long des éléments longitudinaux, est de l’ordre de quelques millimètres. Il est très inférieur à celui nécessaire pour mobiliser la résistance en butée le long des éléments transversaux, qui peut être de plusieurs centimètres

Dans le cas des nappes en géotextile et produits apparentés (géogrilles), qui sont relativement extensibles, l’angle de frottement est le plus souvent déterminé en laboratoire dans un essai à la boîte de cisaillement, car les essais d’arrachement en place sont difficiles à réaliser et à interpréter pour de tels matériaux. Pour les treillis métalliques, par contre, on réaliser de préférence des essais d’arrachement en place.

1.10 AVANTAGES DES OUVRAGES EN TERRE ARMEE

La terre armée est un matériau simple de mise en ouvre rapide et facile

Elle est formée de deux éléments, la terre et les armatures avec un parement. Tous les éléments dont la mise en place sont faciles.

Les éléments de peau et les armatures sont fabriqués en série en usine ; le prix de leur transport ne constitue qu’un pourcentage très faible du prix de leur fabrication.

L’élément lourd, la terre, se trouve en général sur le lieu de la construction ou à proximité, de sorte qu’il n’a à être transporté que sur de faible distance, et le coût de ce transport est faible avec les engins actuels.

Souplesse des ouvrages en terre armée

Contrairement à certains autres matériaux du génie civil (bétons), la terre armée n’est pas un matériau fragile et peut supporter des déformations importantes avant qu’il y ait rupture. Il en résulte que les ouvrages en terre armée peuvent se déformer à la suite de tassements différentiels, sans qu’il apparaisse de dommages. Cette souplesse est fonction de la flexibilité de la peau qui donc, un paramètre essentiel.

Ce sont surtout les tassements différentiels qui sont importants car les tassements globaux ne sont en fait limités que par l’utilisation que l’on veut faire de l’ouvrage.

(35)

Dans l’arsenal des matériaux utilisés à l’époque actuelle, il n’existe pratiquement qu’un seul matériau lourd, c’est la terre elle-même (sous toutes ses dimensions de granulométrie).

On utilise de plus en plus (barrages, talus de routes, digues à la mer, etc...), mais de toutes ces utilisations, on est obligé de la laisser s’étaler avec des parements à pente très douce.

Ces immenses tas de terre, qui s’étalent sur des centaines de mètres de large, sont particulièrement volumineux et encombrants, et lorsqu’on désire un matériau lourd doué de cohésion pour s’opposer à des forces très importantes, on n’a pas d’autre recours que l’utilisation du béton.

Mais dés que l’on commence à utiliser le béton, on s’aperçoit rapidement qu’il y a un intérêt économique à faire de bons bétons relativement minces avec des formes bien adaptées, ou ce qui est souvent mieux, à faire du béton armé ou précontraint, et contrairement à ce que l’on désirait au départ, on se retrouve avec des ouvrages ultralégers, s’apparentant de plus aux ouvrages métalliques, par ce que ces ouvrages sont plus économique que s’ils étaient avec du béton en grosse masse. Il ne reste ainsi aucune place entre l’ouvrage ultraléger, comme le béton précontraint, et l’ouvrage anormalement lourd comme l’ouvrage en terre.

La nécessité d’ouvrages massifs peut se faire également sentir des raisons d’architecture. Les architectes aimeraient beaucoup disposer, dans certains cas, d’un matériau lourd permettant de réaliser des murs épais. Un mur épais, en maçonnerie ou en béton, est en effet devenu d’un prix prohibitif à l’époque actuelle. La terre armée répond à ce désir architectural.

La terre armée est un matériau économique

Le coût total de chaque ouvrage en terre armée peut se décomposer en trois coûts élémentaires:

 Le coût des armatures, pose comprise.  Le coût de la peau, pose comprise.  Le coût de mise en place de la terre.

Comme la mise en place des éléments préfabriqués, peau et armature, est très simple, le prix de l’ouvrage correspond en première approximation au prix des matériaux et au prix de la fabrication des éléments préfabriqués.

On comprend facilement pourquoi le prix de la terre armée est inférieur à celui du béton puisque dans le premier cas les armatures sont disposées suivant une ou plusieurs directions choisies, alors que dans le béton, le ciment est réparti uniformément dans toute la masse. Si on

(36)

prend comme valeur de référence égale à 1 le prix d’un mètre cube de terre en place, le prix des armatures est environ 1,5 celui du mètre cube de terre armée : 1 + 1,5 = 2,5 et celui du béton 10.

Cette grande différence de prix est réduite par l’incidence relativement forte de la peau dont le prix est sensiblement 10 par m2. Pour les petits ouvrages inférieurs à 3 mètre de hauteur, la différence de prix est faible à causse de l’incidence de la peau ; mais pour de gros ouvrages, cette différence est notable.

Outre les avantages liés à ce type de structure :

résistance aux sollicitations statiques et dynamiques,

réduction des pressions sous le massif qui permet la réalisation d’ouvrages sur sols compressibles,

possibilités illimitées d’implantations et de géométries,

1.11 DOMAINES D’EMPLOI

Cette technique peut être appliquée dans tous les ouvrages :  Routiers

 Ferroviaires

 Maritimes et fluviaux  Industriels et de protection

1.11.1 OUVRAGES ROUTIERS

L’application la plus fréquente est la construction de soutènements supportant des chaussées en terrain dénivelé ou dans les sites urbains.

La souplesse d’utilisation permet une grande liberté d’implantation. Le parement peut être traité avec une large variété d’aspects.

Les principales utilisations concernent :

 Les murs sous chaussées, simples ou étagés ;  Les culées porteuses

 Les culées mixtes  Les murs de rampes

(37)

 Les talus raidis  Les merlons antibruit

La figure 1.13 montre quelques exemples des ouvrages routiers dans le monde :

1. Culées porteuses pour ouvrages d’art sur voies ferrées à Werzon, France 2. Rocade Est d’Umages, France

3. Culées porteuses à Pozo Canada Espagne 4. Murs de rampe à Kuala Lumpur, Malaisie

5. Voute Tech Span sous le trace du train a grande vitesse à Torromocha, Espagne

1 2 3 4 5

Fig.1.13 Quelques ouvrages routiers dans le monde

1.11.2 OUVRAGES FERROVIAIRES

Des massifs de soutènement en Terre Armée sont utilisés dans de nombreux pays pour le chemin de fer ou le métro. Ces applications font appel à la même technologie qu’en infrastructure routière, à l’exception de quelques dispositions constructives spécifiques.

Les structures en Terre Armée résistent remarquablement bien aux vibrations engendrées par le passage des rames.

La construction de soutènements le long des voies ferrées ne nécessite pas d’échafaudages ni de fondations dépassant du parement et peut, par conséquent, être réalisée sans interrompre la circulation. La figure 1.14 montre quelques ouvrages ferroviaires

1. Tunnel de Home bush Bay, Austalie 2. Tunnel de Chenton Avenue, Australie

3. Mur de soutènement ferroviaire à Lisbonne, Portugale 4. Metro Leger de portland, Etats-Unis

(38)

1 2 3 4 5

Fig.1.14 Quelques ouvrages ferroviaires dans le monde

1.11.3 OUVRAGES INDUSTRIELS ET DE PROTECTION

Outre le mur de soutènement classique pour stabiliser des terrains, des solutions spécifiques ont été développées pour la construction de silos de stockage de charbon ou de minerai et de murs de déchargement des postes de criblage et de concassage. On compte aujourd’hui plus d’une centaine de murs de déchargement en service dans le monde parmi les plus hauts ouvrages en Terre Armée.

Les applications industrielles présentent plusieurs caractéristiques :

• capacité d’adaptation de la technique qui permet, quels que soient la hauteur et l’aspect (écaille de béton, peau métallique, parement treillis), de s’accommoder des contraintes liées aux formes (inclinaison des parois, forme rectiligne ou circulaire) ;

• résistance aux vibrations (criblage et concassage) ; • excellente tenue aux variations thermiques.

La Terre Armée est également idéale pour la réalisation d’ouvrages de protection civils, militaires ou industriels. Ceux-ci résistent particulièrement bien aux explosions, aux déversements accidentels ou aux incendies.

Quelques ouvrages industriels et de protection sont montrés dans la figure 1.15

1 2 3 4

(39)

1. Murs TerraMet pour la mine de Pibara, Australie 2. Sib de stockage, Glary hole, canada

3. Réservoir à mousse de Muskeg, Canada 4. Mur de protection anti avalanche, Islande

1.11.4 OUVRAGES HYDRAULIQUES

Les applications en site fluvial ou maritime sont nombreuses et très variées. Plusieurs facteurs sont à l’origine de ce choix pour un maître d’œuvre :

• Résistance aux sollicitations très sévères telles que les crues, les fortes marées, la houle, les tempêtes, les efforts de la glace et les chocs divers (bateaux, épaves, etc.) ;

• Rapidité d’exécution, en particulier pour les travaux effectués en zone de marnage grâce à l’exécution simultanée de remblais.

La construction de murs de quai en Terre Armée effectuée entièrement sous l’eau est possible. La technique a déjà été utilisée avec succès dans plusieurs pays (marinas, ports de pêche). La figure 1.16 montre des exemples des ouvrages hydrauliques

1 2 3 4 5

Fig.1.16 Quelques ouvrages hydrauliques dans le monde 1. Murs de soutènement Terra Trel Terra Class à den Bosch, Pays Bas 2. Barrage Taylor Draw dans le Colorada, Etas Unis

3. Murs Tympans Terra Set pour la déviation de milieu France 4. Mur de soutènement à Louveciennes, France

(40)

1.12 AUTRES EXEMPLES D’OUVRAGES EN TERRE ARMEE DANS

LE DOMAINE DES SOUTENEMENTS

Tous ces ouvrages ont été réalisés entre 1968 et 1972

Type

Situation

de

l’ouvrage

Solution classique Solution terre armée Photographie de l’ouvrage

Murs de so

utènement de montagne

Autoroute A

8 (roque brune menton)

Vigna II -1968-

Eboulis instables nécessité de fondations profondes mais risque de cisaillement

des pieux

Souplesse TA vis-à-vis des déplacements des

éboulis plus de fondations profondes économie : environ 30% RN 187 raccordemen t F1 8 au pont de Serves (1971)

-Sol de fondation de faible portance -Nécessité de fondations profondes -Plus de fondations profondes -Economie : 45% Murs de so utènement urbains Echangeur de Sète (CDZ) 1971

-Sol de fondations de faible portance -Nécessité de fondations profondes -Plus de fondations profondes -Economie : environ 50%

(41)

Tab.1.2 : EXEMPLES D’OUVRAGES EN TERRE ARMEE DANS LE DOMAINE DES SOUTENEMENTS Type Situation de l’ouvra g e

Solution classique Solution terre armée Photographie de l’ouvrage

Ouvrages maritimes

Murs de quais Valras (1971) Economie : 15 à 20%

Palaiseau (1971) Ouvrages d e génie civil Culée de Thionville (1972) En construction Ouvrages spéciaux

Port autonome de dunkerque

(1970)

Sans l’utilisation de la terre armée il n’étaitpas possible d’envisager une solution de ce type pour le parc de

stockage. Cette solution originale conduit à une économie notable sur l’ensemble des installations.

(42)

1.13 LES DIFFERENTES ETAPES DE L'INSTALLATION

 Préparation de la fondation et mise en place du coffrage sur le devant  Pose du premier niveau des géogrilles sur le devant

 En plusieurs couches de 30 cm, réalisation du niveau renforcé de base  Compactage méticuleux du premier niveau du sol

 Scellement du premier niveau avec le rabat de la grille vers l'intérieur

 Répétition des opérations 1-5 pour les niveaux suivants ; ensemencement hydraulique en couches épaisses sur tout le parement vertical

La figure 1.17 présente les différentes étapes de réalisation d’un mur en terre armée

Fig.1.17 Les étapes d’installation du mur en terre armée

1.14 PRINCIPE DE DIMENSIONNEMENT DES TERRES ARMEES

Les figures.1.18 et 1.19 illustre le principe de dimensionnement des massifs de soutènement en sol renforcé, il prend en compte :

Des mécanismes de rupture externe (ouvrage considéré comme un mur-poids) : a- glissement du massif sur la base ;

b- Renversement ; c- Poinçonnement.

Des mécanismes de rupture interne au massif en sol renforcé : d- Rupture en traction des géosynthétiques ;

e- Arrachement des géosynthétiques ;

f- Glissement aux interfaces des géosynthétiques. Des mécanismes de rupture du parement g- Rupture du liaisonnement ;

(43)

i- Flexion du parement.

Se rajoute l'analyse de la stabilité globale (glissement général) incluant la zone adjacente à l’ouvrage de soutènement ; cette analyse est généralement conduite en utilisant des méthodes conventionnelles de stabilité des pentes.

Fig.1.18 Dimensionnement à la rupture des massifs en sol renforcé : stabilité externe : a), b), c) ; stabilité interne : d), e), f) ; stabilité du parement : g), h), i).

Fig.1.19 Analyse de la stabilité générale du mur en terre armée

1.15 PRESENTATION DU PROBLEME

Le mur renforcé est l’un des murs le plus répondu en Corée à cause de l’espace des terres limité, dans les deux dernières années cette technique a été développée à 30 % et elle s’été

(44)

élargie à beaucoup d’autres régions, ensuite ces murs ont été construit en grandes hauteurs et dans des sites vulnérable à vibrations telles que les charges ferroviaires, ces conditions dynamiques ont exigé l’usage du remblai plus stable.

Le but de cette étude est de stabiliser le sol avec des fibres et le renforcer par les géogrilles.

1.15.1 LES PROPRIETES DES MATERIAUX

Les propriétés du sol limon sableux sont indiquées dans le tableau suivant (tab.1.3) :

Gravité spécifique 2.75

Limite de liquidité [%] NP

Limite de plasticité [%] NP

Distribution des grains N° 4 N° 10 N° 40 N° 200 0.01 mm 0.002 mm 99.1 97.2 76.9 41.2 11.1 4.3 La teneur en eau optimum OMC [%] 23 Poids volumique saturé max [ 1.61

Tab.1.3 : Propriétés du sol limon sableux

Les fibres en polypropylène d’une longueur de 60 mm et qui ont une haute résistance à la traction sont mélangées avec le limon sableux d’un ratio de 0.2 % du poids du sol, les propriétés physique de la fibre sont définis dans le tableau 1.4

Gravité spécifique Résistance à la traction [MPa] Résistance à la température [C°] Module de Young [MPa] 0.91 350 – 770 163 3500

Tab.1.4 : Les propriétés physiques des fibres

La géogrille utilisé dans cette étude est un produit flexible d’une résistance à la traction égal à 50 dans le sens longitudinale et 20 dans le sens transversale, et allongement maximal de 15 % dans les deux directions.

(45)

1.15.2 LES CARACTERISTIQUES DU SOL STABILISE AVEC DES

FIBRES ET RENFORCE AVEC DES GEOGRILLES :

L’essai triaxial et l’essai de compression simple ont été effectués pour trouver les paramètres géotechniques du sol mélangé avec les fibres et sa résistance.

Un compactage standard été appliqué à un échantillon de diamètre de 50 et d’une hauteur de 100 , et renforcé avec une géogrille au centre de l’éprouvette. Ces essais mènent aux valeurs des contraintes et déformations de ce sol.

La compression simple à montré que l’inclusion des fibres a augmenté la résistance du sol, cette dernière égale à 250 , avec 3 % de déformation, la teneur en eau optimum OMC et le poids volumique sec soit 20 % et 1.61 respectivement.

L’essai triaxial effectué sur deux éprouvettes drainées ( et ) découvre que l’ajout des fibres a augmenté l’angle de frottement par contre la cohésion n’est pas considérablement élevée comme il est montré dans la figure 1.20.

Fig.1.20 La cohésion et l’angle de frottement

1.15.3 ESSAI A ECHELLE

La figure 1.21 montre l’essai en grandeur naturel à l’institut de recherche ferroviaire KRRI de Corée (Korea Railway Research Institue) T. Park, S.A. Tan 2005.

L’équipement de l’essai à l’échelle est constitué d’un cadre du chargement, d’une plaque de réaction et d’une boite en sol en limon sableux de 22 m de longueur, 12 m de largeur et 3 m de profondeur, renforcé par 3 nappes de géogrilles espacés de 60 cm et ou

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stabilisé par les fibres synthétiques sur une largeur de 1.5 m. Ce sol se repose sur un substratum rocheux altéré

Fig.1.21 Essai à échelle : (a) équipement de l’essai à l’échelle, (b) système de chargement, (c) les jauges, (d) géogrille {la distance entre les grilles 28.9 mm, épaisseur des grilles 4 mm}.

A la surface superficielle de mur renforcé et stabilisé, une plate forme de 60 cm, supportant les traverses et les rails de chemin de fer, a été placée. Ces rails supportent chacune une charge concentrée de 45

Au coté gauche et à la base du mur, une fondation de 1m de large et 0.5 m d’épaisseur a été prévue pour éviter tout poinçonnement.

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Fig.1.22 Coupe transversale de l’ouvrage de chemin de fer Les jauges sont placées comme montre la figure 1.23:

 Les jauges qui mesurent les contraintes verticales sont placées au sommet de la boite en sol PV2, en bas PV1 et chaque 60 cm au dessous de PV1 (PV3 et PV4).

 8 jauges mesurent les contraintes horizontales sont attachées devant et derrière le corps du sol+fibre (PH1 jusqu’à PH8).

 Pour mesurer les déplacements horizontaux 5 jauges sont installées devant le mur (LH1 jusqu’à LH5) et pour les déplacements verticaux

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Fig.1.23 Coupe transversale de l’essai et l’emplacement des jauges : (a) cas sol+fibre, (b) cas sol+fibre+géogrille