Amélioration de la capacité portante des sols par les géotextiles.

Ministère de l'enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université Djilali Liabès

Faculté Des Science De L’ingénieur

Département De Génie Civil

Mémoire De Magister

Spécialité: Genie Civil

Option:

Géotechnique et Matériaux

Présenté par

Mr. BENDAHO Boudjemaâ

Amélioration de la capacité des sols par les géotextiles

Soutenue le : 14/12/2011.

Devant le jury:

Président: SEBAIBI Yahia Professeur UDL SBA

Examinateur : Ghembaza Moulay Smaine Maitre de conférence UDL SBA

Examinateur : ASROUN Aissa Professeur

UDL SBA

Encadreur : Meghachou Mourad Maitre de conférence UDL SBA

SOMMAIRE

Titres Page Remerciement Résumé Abstract ﺺﺨﻠﻣ

Liste des nations Liste des figures Liste des tableaux Introduction

Chapitre I : Généralité sur le sol.

1.1. Définition du sol 1.2. Classification des sols 1.3. Propriétés des sols fins 1.3.1. Mesure de la cohésion

1.3.2. Mesure de l’angle du frottement interne

Chapitre II : La fondation et le tassement.

2.1. La fondation

2.1.1. La fondation superficielle 2.1.2. La fondation profonde 2.2. Le tassement

2.2.1. Définition

2.2.2. Calcul des tassements 2.2.3. L’essai œdométrique

2.2.4. Expression du tassement œdométrique

Chapitre III : La capacité portante

3.1. Définition de la capacité portante

3.2. Types de ruptures dans le sol à la charge ultime 3.2.1. Rupture par cisaillement généralisé

3.2.2. Rupture par cisaillement localisé

i ii iii iv v vi vii 01 03 03 05 05 07 09 09 11 12 12 14 14 15 16 18 18 19

3.3.1. Influence de la forme de la fondation 3.3.2. Influence de l’inclinaison de la charge 3.3.3. Influence de l’excentricité de la charge 3.4. Ligne de glissement

Chapitre IV : Le géotextile

4.1. Introduction

4.2. Origine des géosynthétiques 4.3. Définition

4.4. La structure des géotextiles 4.4.1. Géotextiles tissés

4.4.2. Géotextiles non-tissés

4.5. Les fonctions élémentaires des géotextiles 4.5.1. La séparation

4.5.2. La filtration 4.5.3. Le drainage 4.5.4. Le renforcement 4.5.5. La protection

4.5.6. La lutte contre l’érosion

4.6. Des propriétés mécaniques et hydrauliques adaptées à différentes fonctions 4.7. Le dimensionnement par fonction spécifique à chaque ouvrage

4.7.1. Le dimensionnement en filtration et drainage 4.7.2. Le dimensionnement en séparation

4.7.3. Le dimensionnement en renforcement 4.8. La mise en œuvre

4.9. Résistance à l’endommagement au cours de l’installation 4.10. Les essais sur les géotextiles

4.10.1. Détermination de la masse surfacique

4.10.2. Détermination de l’épaisseur à des pressions prescrites 4.10.3. Essai de traction des bandes larges

25 26 26 26 28 28 29 29 30 31 33 33 34 35 37 38 38 41 42 42 44 44 45 46 47 47 47 48

4.10.4. Essai de perforation dynamique 4.10.5. Essai de poinçonnement statique CBR

4.10.6. Détermination de la résistance au poinçonnement 4.10.7. Résistance à la déchirure

4.10.8. Détermination de l’ouverture de filtration caractéristique

4.10.9. Détermination des caractéristiques de perméabilité à l’eau normalement au plan, sans contrainte mécanique

4.10.10. Détermination de la capacité de débit dans le plan 4.11. Conclusion

Chapitre V : L’outil numérique Plaxis

5.1. Présentation du logiciel

5.2. Le programme d’entrée de données (Input) 5.2.1. Réglages généraux

5.2.2. Géométrie

5.2.3. Chargement et Conditions aux limites 5.2.4. Définition des propriétés des matériaux 5.2.5. Maillage

5.2.6. Les conditions initiales

5.3. Le programme de calcul (Calculations) 5.4. Le programme de résultats (Output) 5.5. Le programme des courbes (Curves)

5.6. Les modèles de comportement utilisés dans PLAXIS 5.6.1. Modèle élastique linéaire

5.6.2. Modèle de Mohr-Coulomb

5.6.3. Modèle pour les roches fracturées (Jointed Rock model) 5.6.4. Modèle de sol avec écrouissage (Hardening Soil Model) 5.6.5. Modèle pour les sols mous (Soft Soil model)

5.6.6. Modèle pour les sols mous avec fluage (Soft Soil creep model)

Chapitre VI : Modélisation et interprétation des résultats

6.1. Introduction

6.2. Présentation et entrée des données du modèle

49 49 50 50 51 51 51 51 53 54 54 55 57 58 59 60 61 65 66 67 67 67 69 69 69 69 70 70

6.2.3. Définition des propriétés des matériaux 6.2.4. Génération du maillage

6.2.5. Les conditions initiales 6.3. Calcul du modèle

6.3.1. Les points témoins (points de contrôle) 6.3.2. Le calcul

6.4. Les résultats

6.4.1. Comportement du sol non renforcé 6.4.2. Comportement du sol renforcé

6.4.2.1. Cas du sol renforcé par des nappes espacées de 20 cm 6.4.2.2. Cas du sol renforcé par des nappes espacées de 40 cm 6.4.2.3. Cas du sol renforcé par des nappes espacées de 60 cm 6.4.3. L’effet de renforcement

6.4.4. Le rôle de géotextile 6.4.4.1. Frontière rigide 6.4.4.2. Effet de membrane

6.4.4.3. Effet de retenue et confinement

Conclusion Références Bibliographiques 72 72 74 76 77 78 79 84 84 87 89 90 93 94 95 95 96 98 100

i

DEDICACE

Je dédie ce modeste travail à toute ma grande famille, en particulier

ma mère, mon père, mon frère et mes sœurs.

ii

REMERCIMENT

D’abord ALHAMDO LILLAH qui m’a donné tous pour accomplir ce

modeste travail.

J’exprime ma profonde gratitude à mon encadreur Mr

MEGHACHOU MOURAD, le maître de conférences à UDL SBA qui

a suivi de prés mon travail. Je le remercie pour beaucoup pour sa

confiance, et sa patience.

Je tiens à remercier tous mes enseignants, du primaire jusqu’au

l’étude supérieurs, et en particulier les enseignants de poste de

graduation.

Je remercie le président les membres de jury d’avoir accepter

d’examiner mon travail.

Je remercie tous mes amis pour leur encouragement en particulier :

Mr Brahmi Abdel Ghani, et Mr. Tdj Youcef.

Je remercie toute ma famille pour leur soutien et encouragement, en

particulier mes parents et ma femme.

iii

Résumé

La faible capacité portante de certains types de sols oblige souvent à construire les ouvrages sur des fondations profondes, ou substituer la mauvaise partie du sol par une autre couche de bonne qualité, ou chercher un autre endroit pour faire le projet. Afin d’éviter ce choix coûteux, on peut envisager comme solution, l’ajout des nappes de géotextile de renforcement. À l’aide du logiciel Plaxis, et par une simulation numérique, nous présentons l’effet de ces nappes en modifiant l’espace entre eux. Les différentes caractéristiques de géotextile permettent de diminuer les tassements sous les fondations superficielles et d’améliorer la capacité portante des sols d’assise pour construire dans les meilleures conditions.

iv

The low bearing capacity of some soil types often require building structures on deep foundations, or replace the bad part of the ground by another layer of good quality, or look for another place to do the project. To avoid this choice costly, may be considered as a solution, adding layers of geotextile reinforcement. Using the software Plaxis, and a numerical simulation, we present the effect of these sheets by changing the space between them. The different characteristics of geotextile can reduce the settlement under the shallow foundation and to improve the bearing capacity of soil to build the foundation under the best conditions.

v

ﺺﺨﻠﻣ

ﻦﻣ عاﻮﻧأ ةﺪﻋ ﻞﻤﺤﺗ ةرﺪﻗ ﻒﻌﺿ نإ

ﺔﺑﺮﺘﻟا

ﺐﻠﻄﺘﺗ ﺎﻣ ﺎﺒﻟﺎﻏ

ﻞآﺎﻴﻬﻟا ءﺎﻨﺑ

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.

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.

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و

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ﻟا

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ﻄﺴﻟا تﺎﺳﺎﺳﻷا ،

ﻞﻴﺘﺴﻜﺗﻮﻴﺠﻟا ،ﺔﻴﺤ

،

ﺲﻴﺴآﻼﺑ

.

vi

A :

L’aire de la semelle.

B :

Largeur de la fondation

.

B* :

Largeur effective.

BCR

:

Le ratio de la capacité portante

.

C :

Cohésion.

C

u

:

Cohésion du sol saturé

.

C

f

:

Coefficient dépendant de la forme de la fondation

.

C

c

:

Indice de compression.

C

s

:

Indice de gonflement

.

D :

L’encastrement qui est la profondeur de la base de fondation.

E :

Module de Young.

Eoed: le module œdométrique du sol

EA :

Rigidité normale de géotextile.

e :

Excentricité.

e

0

:

Indice du vide initial.

h :

espacement entre les nappes de renforcement.

K

n

:

Coefficient de perméabilité à l’eau normalement au plan

.

K

p

:

Coefficient de butée.

K

X

:

Perméabilité horizontale.

K

Y

:

Perméabilité verticale.

L :

La longueur de la fondation.

M :

le moment du couple de torsion.

Nγ :

Terme de surface.

Nq : Terme de profondeur. Nc : Terme de cohésion.

qu : est la capacité portante ultime

r : le rayon de la palette.

Rint : Facteur de rigidité de l’interface. Sγ : Coefficient de forme de surface.

Sq : Coefficient de profondeur.

Sc : Coefficient de cohésion.

Si : tassement instantané,

Sp : tassement de consolidation primaire,

Ss : tassement de consolidation secondaire.

Sd: Tassement différentiels.

St∞ : Le tassement total final d'un sol,

T : La force axiale de géotextile. Uy : Déplacement vertical.

Ux : Déplacement horizntal

δ : L’inclinaison

γ: Poids volumique du sol (KN\ m3) φ : L’angle de frottement.

Ψ : Angle de dilatation. ν: Coefficient de poisso n

σ :

la contrainte appliquée sur le sol.

Δσ : L’accroissement de contrainte σV0 :’la contrainte effective initiale

σp’ : la pression de préconsolidation

σvf’ : la contrainte effective finale.

τ : la contrainte tangentielle.

q=σ3 – σ1 : Contrainte déviatorique (cisaillement).

Of : L’ouverture de filtration d’un géotextile.

y : La permittivité d’un géotextile.

vii

Titres Page Chapitre I : Généralité sur le sol.

Figure 1.1. Courbe granulométrique. Figure 1.2. Diagramme de Casagrande.

Figure 1.3. Diagramme de la Public Roads Administration.

Figure 1.4a. Schéma de principe de l’essai au scissomètre de chantier. Figure 1.4b. Moment M du couple de rotation en fonction de l’angle α. Figure 1.5a. Appareil Triaxial.

Figure 1.5b. courbe intrinsèque du sol.

Chapitre II : La fondation et le tassement

Figure 2.1. Fondation superficielle

Figure 2.2. Type de fondations superficielles

Figure 2.3. Classification des fondations d’après le DTU 13.12. Figure 2.4. Comportement du sol sous une fondation superficielle. Figure 2.5. Courbe de consolidation d’un sol fin.

Figure 2.6. L’essai œdométrique.

Figure 2.7.Courbe œdométrique d’un sol fin.

Chapitre III : La capacité portante

Figure 3.1: Courbe chargement – tassement

Figure 3.2. Rupture en capacité portante de la fondation de silo (Tschebotarioff, 1951).

Figure 3.3 : Rupture par cisaillement généralisé Figure. 3.4 : Rupture par cisaillement localisé Figure 3.5. Rupture par poinçonnement

Figure 3.6. Nature de rupture dans un sable en fonction de la densité relative Dr et Df / R.

Figure 3.7. Schéma de rupture d’une fondation superficielle Figure 3.8. Décomposition de la charge limite

Figure 3.9. Solution de Meyerhof pour une fondation filante sous charge inclinée. Figure 3.10. Solution de Meyerhof pour une fondation filante sous charge

03 04 04 06 06 07 08 09 10 11 12 13 15 15 17 18 19 20 21 22 23 24 25

vii

excentrée.

Figure 3.11. Lignes de glissement dans les sols sous une semelle filante.

Chapitre IV : Le géotextile

Figure 4.1. Les tissés de fils monofilaments, les tissés de fils multifilaments, les tissés de bandelettes

Figure 4.2. Géotextile tissé Figure 4.3. Géotextile non tissé

Figure 4.4. Autres types des géosynthétiques Figure 4.5. Fonction de Séparation.

Figure 4.6. Fonction de Filtration. Figure 4.7. Fonction de Drainage. Figure 4.8. Fonction de Renforcement.

Figure 4.9. Fonction de Protection. Figure 4.10. Fonction anti-érosion.

Figure 4.11. Exemples d'emplois de géotextiles dans un barrage en terre.

Figure 4.12. Exemples d'emplois de géotextiles une chaussée sur remblai renforcé. Figure 4.13. Déversement des matériaux sans rouler dessus le géotextile.

Figure 4.14. Les différentes formes de défauts du géotextile.

Figure 4.15. Détermination de la masse surfacique Figure 4.16. Détermination de l’épaisseur.

Figure 4.17. Essai de traction.

Figure 4.18. Essai de perforation dynamique. Figure 4.19. Essai de poinçonnement statique.

Figure 4.20. Détermination de la résistance au poinçonnement. Figure 4.21. Résistance à la déchirure.

Chapitre V : L’outil numérique Plaxis

Figure 5.1 Fenêtre principale du programme d’entrée des données (Input) Figure 5.2 Fenêtre de réglages généraux

Figure 5.3 Position des nœuds et des points de contrainte dans les éléments de sol Figure 5.4 Fenêtre des propriétés des matériaux, et le model de comportement Figure 5.5 Fenêtre de génération de maillage.

26 27 30 30 31 32 33 35 36 37 38 39 44 45 45 46 47 48 48 49 49 50 50 54 55 55 59 59

vii

Figure 5.8 Fenêtre des paramètres de contrôle d’une phase de calcul Figure 5.9 Fenêtre de génération des courbes

Figure 5.10 Courbe intrinsèque du modèle de Mohr-Coulomb Figure 5.11 Pyramide de Mohr-Coulomb tracée pour C = 0

Chapitre VI : Modélisation et interprétation des résultats

Figure 6.1 Géométrie du problème pour le sol non renforcé. Figure 6.2 Géométrie du problème pour le sol renforcé. Figure 6. 3 Génération du maillage du sol non renforcé. Figure 6.4 Génération du maillage du sol renforcé. Figure 6.5 Valeur de K0.

Figure 6.6 Valeur des contraintes initiales.

Figure 6.7 Fenêtre principale du programme de calcul (l’onglet General). Figure 6.8 Les déplacements verticaux imposés.

Figure 6.9 La charge appliquée.

Figure 6.10 Fenêtre d’évolution de calcul. Figure 6.11. Déplacements totaux

Figure 6.12. Déplacements verticaux Figure 6.13. Déplacements horizontaux. Figure 6.14. La contrainte déviatorique (q). Figure 6.15. Les points plastiques.

Figure 6.16. Comportement du sol non renforcé.

Figure 6.17. Les trois mécanismes possibles de rupture des sols renforcés (D’après Binquet et Lee, 1975)

Figure 6.18. Distribution des contraintes au-dessous d’une fondation filante reposant sur un sol renforcé (D’après Binquet et Lee, 1975)

Figure 6.19. Comportement du sol renforcé par des nappes espacées de 20 cm. Figure 6.20. Les deux modes possibles de rupture des sables renforcés (D’après Huang et Tatsuoka, 1990)

Figure 6.21. Comportement du sol renforcé par des nappes espacées de 40 cm.

64 66 68 68 70 71 73 74 75 75 76 77 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89

vii

Figure 6.22. Comportement du sol renforcé par des nappes espacées de 60 cm. Figure 6.23. Rupture dans la zone de renforcement d’après (wayne et al 1998). Figure 6.24. Courbe chargement – déplacement pour le point A sous la fondation. Figure 6.25. Courbe chargement – déplacement pour le point B situé à une profondeur de 25 cm sous la fondation.

Figure 6.26. Courbe chargement – déplacement pour le point C situé entre les deux premières nappes de renforcement.

Figure 6.27. Mode d’évaluation de l’effet de renforcement. Figure 6.28. Variation du BCR par le mode de renforcement. Figure 6.29. Frontière rigide.

Figure 6.30 Effet de membrane. Figure 6.31 Effet de confinement

Figure 6.32. La pression uniforme sur le géotextile (Gourc 1982).

90 91 92 92 93 94 94 95 95 96 96

viii

Titres Page Chapitre III : La capacité portante

Tableau 3.1. Terme de portance pour fondation superficielle en fonction de φ selon le DTU 13.12

Chapitre IV : Le géotextile

Tableau 4.1. Propriétés des géotextiles Tableau 4.2. Évolution de la demande

Tableau 4.3. Utilisation des géotextiles en 2001

Chapitre VI : Modélisation et interprétation des résultats

Tableau 6.1 Propriétés des matériaux.

Tableau 6.2. Déplacements totaux dans les nappes espacées de 20 cm. Tableau 6.3. Forces axiales dans les nappes espacées de 20 cm. Tableau 6.4. Déplacements totaux dans les nappes espacées de 40 cm. Tableau 6.5. Forces axiales dans les nappes espacées de 40 cm. Tableau 6.6. Déplacements totaux dans les nappes espacées de 60 cm. Tableau 6.7. Forces axiales dans les nappes espacées de 60 cm.

24 40 52 52 72 88 88 89 90 91 91

       Introduction

 

1

Introduction :

Tous les ouvrages tels que les bâtiments, les ponts, les châteaux d'eau, les barrages... doivent passer par l’étude de fondation qui permettra de déterminer le choix de type de la fondation et les dimensions de la base de l'ouvrage. Ce choix dépond de plusieurs facteurs tels que la nature du sol support, ces caractéristiques, ainsi que l’importance et la valeur des charges de l’ouvrage…

Réaliser un ouvrage dans l’endroit voulu, ce n’est pas toujours possible, pas mal de fois on est obligé de changer l’endroit à cause du sol d’assise médiocre. La stabilité du sol support de n’importe quel ouvrage est parmi les premiers soucis des géotechniciens et constructeurs, qui cherchent de fonder les structures sur un bon sol pour éviter tout problème de tassement, mais certaine fois on est obligé de construire sur des sols de faible portance, dans ce cas une amélioration de la portance du sol est indispensable pour protéger la structure de tout risque de tassement ou de poinçonnement.

Mais, avec le géotextile le problème peut être résolu, car avec sa résistance à la traction, il peut donner au sol un bon comportement mécanique et améliore sa portance, et les études et l’expérience ont montré l’efficacité des géosynthétiques comme des matériaux de renforcement pour les murs de soutènement, les talus, les remblais et les sols de fondations.

Le présent travail contient six chapitres :

- Le premier chapitre parle sur les généralités du sol, ses classifications et les essais nécessaires qui servent leur identification.

- Le deuxième chapitre présente les types de fondations superficielles concernés par notre travail, ainsi les problèmes de tassement.

2

- Le troisième chapitre parle sur la capacité portante des fondations superficielles, ainsi que les différents modes de rupture du sol sous les fondations.

- Le quatrième chapitre parle sur le géotextile, ces différents types, ces caractéristiques physiques et mécaniques, et les essais nécessaires qui servent à les déterminer.

- Le cinquième chapitre présente un aperçu général sur l’outil numérique Plaxis utilisé pour la modélisation des problèmes de ce travail.

- Le sixième chapitre présente les différents résultats obtenus et nos interprétations.

Chapitre I

3

1.1. Définition du Sol :

Le sol est défini par opposition au mot roche, dans sa définition géotechnique, c’est un matériau meuble.

Les sols naturels sont constitués par un mélange de particules élémentaires de différentes dimensions et par suite de propriétés différentes. D'une manière générale, les propriétés d'un sol dépendront de la proportion de particules fines par rapport à la quantité des plus grosses. Pour étudier les propriétés mécaniques des sols, il est donc nécessaire d'en connaître la nature et de les classer.

1.2. Classification des sols :

La classification des sols est basée sur :

- L'analyse granulométrique : en utilisant la coupure granulométrique à 80 µm pour séparer les sols grenus (constitués de plus de 50% de grains ayant un diamètre supérieur à 80 µm) et des sols fins (constitués de plus de 50% de grains ayant un diamètre inférieur à 80 µm).

Chapitre I      Généralité sur le sol

 

4

- Les limites d'Atterberg : elles permettent de fournir une définition rapide d'un terrain, mais ne donne qu'une idée globale de son comportement mécanique. Casagrande a défini un diagramme dit Abaque de plasticité de

Casagrande qui permet de classer les sols fins.

Figure 1.2 : Diagramme de Casagrande. [09]

Un autre type de classification des sols fins, mais qui n'est pas applicable aux sables et graviers habituels. Dans un échantillon de sol donné, on admet qu'il y a en proportion variable du sable, du limon, et de l'argile. On utilise alors le diagramme de la « Public Roads Administration ».

5

1.3. Propriétés des sols fins :

Les caractéristiques mécaniques des sols fins sont très variables d’un échantillon à l’autre, car elles dépendent de la structure, de la teneur en eau, de la température, etc…

Le limon : est un matériau peu cohérant, il a une cohésion C généralement faible et

elle est inverse à sa teneur en eau w, dans le domaine plastique, par ailleurs, il a un angle de frottement interne φ faible.

L’argile : est un matériau très cohérant, qui a une cohésion plus importante que

celle du limon, mais en même temps, elle a un frottement interne très faible. Les caractéristiques mécaniques de l’argile sont très variables en fonction du temps comme pour le limon.

1.3.1. Mesure de la cohésion :

L’essai au scissomètre :

Le scissomètre est un appareil utilisé pour mesurer la cohésion d’un sol non drainé, le principe de cet appareil est d’appliquer un moment de torsion sur une palette qui est enfoncée dans le sol (figure 1.4a).

Dans cet essai, on mesure le moment M du couple de torsion exercé en tête de tige, et l’on trace la courbe de variation de ce moment en fonction de l’angle de rotation α (figure 1.4b). Cette courbe présente en général un maximum, dont on admet qu’il correspond à la rupture du sol.

Ce moment M est une fonction de l’angle de rotation de la palette α, et il existe des étalonnages pour déterminer le moment en fonction de α selon la capacité du ressort utilisé.

On peut déterminer la cohésion Cu selon la formule suivante :

Chapitre I      Généralité sur le sol

 

6

Figure 1.4a : Schéma de principe de l’essai au scissomètre de chantier. [19]

7

1.3.2. Mesure de l’angle du frottement interne :

L’essai triaxial : En pratique, les essais triaxiaux sont surtout utilisés pour

caractériser le comportement mécanique des sols argileux.

L’essai triaxial permet la détermination de la résistance au cisaillement des

sols selon la relation suivante :

τ : est la résistance au cisaillement

C : est la cohésion du sol

φ : est l’angle de frottement interne du sol

σ : est la contrainte appliquée sur le sol.

Cet essai est réalisé sur des éprouvettes cylindriques soumises à un champ de

contraintes triaxiales (figure 1.5a).

Figure 1.5a. Appareil Triaxial [09].

σ

1

est la contrainte axial totale

σ

3

est la pression appliquée à l’aide d’un fluide sous pression

Chapitre I      Généralité sur le sol

 

8

L’essai consiste en général à augmenter le déviateur jusqu’à la rupture de

l’éprouvette, les valeurs de σ

1

et σ

3

à la rupture permettre de tracer le cercle de

Mohr à la rupture.

Faisant l’essai pour différentes valeurs de σ

3

, on obtient différents cercles de

Mohr à la rupture. L’enveloppe de ces cercles, en général, une droite est

appelée courbe intrinsèque du sol (figure 1.5b), elle permet la détermination

de C et φ.

Chapitre II

Chapitre II       La fondation et le tassement

 

9

2.1. La fondation :

Pour réaliser une construction dans n'importe quel site, la première étape est de faire une reconnaissance géotechnique du sol support, pour savoir sa portance et sa composition afin de définir le type de fondation.

Semelles isolées, semelles filantes, radiers, puits, ou pieux... la fondation est l’élément le plus bas dans la structure qui transmet toutes les charges provenant de la superstructure au sol d’assise résistant. On peut dire que la profondeur du sol support résistant (l’encastrement de la fondation) est le paramètre qui définit le type de fondation, qui est classé en deux catégories :

2.1.1. La fondation superficielle :

« On appelle fondations superficielles, toutes fondations dont l’encastrement D dans le sol de fondation n’excède pas quatre ou cinq fois la largeur B (ou le plus petit côté B) :

D/B < 4 fondation superficielle (semelles filantes ou isolées, radiers)

4 ≤ D/B < 10 fondations semi-profondes (puits)

D/B ≥ 10 fondations profondes (pieux) ». [03]

10

Les éléments géométriques qui définissent une fondation superficielle sont : B : la largeur de la fondation

L : la longueur de la fondation

D : l’encastrement qui est la profondeur de la base de fondation.  

Pour les fondations superficielles, la fondation est appelée :

- Semelle isolée : lorsque L/B ≈ 1 (généralement rectangulaire), elle peut être carrée ou circulaire.

- Semelle filante : lorsque L/B > 10, elle supporte des poteaux, ou des murs. - Radier : si la surface totale du bâtiment est celui de la fondation.

Ch « si L pa en qu qu Chapitre II  

2.1.2.

Lorsque le ixième et q F orsque le s ar l'intermé n place. C u'elles sup uelques mè       

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n ] e s e e

12

2.2. Le tassement :

La fondation exerce sur le sol une charge qui produit des déplacements, selon la loi de comportement du sol, et suivant la valeur de cette charge le sol admettra des déplacements limités (comportement élastique du sol) ou bien des déplacements très grands, le sol cède sous la charge (comportement plastique du sol).

a) le tassement b) courbe chargement-déplacement

Figure 2.4. Comportement du sol sous une fondation superficielle. [08]

Pour les fondations superficielles, il apparaît deux types de problèmes à résoudre : - La détermination de la charge limite (à ne pas atteindre) qui provoque la

rupture,

- L’estimation des déplacements provoqués par la charge lorsque celle-ci est inférieure à la charge limite.

2.2.1. Définition :

Le tassement est la déformation verticale d’un sol soumis à des charges extérieures appliquées, qui provoquent la diminution de volume des sols (la compressibilité) due à la compression du squelette solide ou l’évacuation de l’eau contenue dans les vides.

s

Domaine

Elastique Domaine _Plastique La Rupture

s Q Qu 0 s Q

Chapitre II       La fondation et le tassement

 

13

La compressibilité du sol résulte de :

- la compression de l'air qui remplit les vides. L'eau est supposée incompressible, l'air très compressible, provoquera un tassement quasiment instantané.

- l'évacuation de l'eau contenue dans les vides. C'est la consolidation primaire, elle produite le tassement le plus important le sol subit une diminution de volume correspondant au volume d'eau expulsée (le sol est supposé saturé). - la compression du squelette solide. C'est la consolidation secondaire, elle

correspond au tassement des grains qui s'arrangent entre eux de façon à occuper un volume plus réduit. Il se produit un fluage dû au déplacement des couches adsorbées.

Le tassement total final d'un sol, St∞, a donc trois composantes :

St∞ = Si + Sp + Ss

Avec : Si : tassement instantané,

Sp : tassement de consolidation primaire,

Ss : tassement de consolidation secondaire.

14

La courbe présente d'abord un palier sensiblement horizontal AB, une partie BI décroissante, à concavité tournée vers le bas, puis, au-delà du point d'inflexion I, une partie IC à concavité tournée vers le haut.

La pression interstitielle est considérée comme dissipée au temps, noté t100,

correspondant au point d'intersection J de la tangente à la courbe au point d'inflexion I, et de l'asymptote à la partie IC de la courbe.

On note la valeur du tassement correspondant s100, ainsi que celle du tassement en

fin d'essai sf, (indice des vides ef).

2.2.2. Calcul des tassements :

Il existe deux grandes classes de méthodes de détermination du tassement des fondations superficielles :

- les méthodes à partir des essais de laboratoire (essai œdométrique) surtout utilisé pour les sols fins cohérents;

- les méthodes à partir des essais en place (essai de pénétration au carottier SPT, essai de pénétration statique CPT, essai au dilatomètre plat Marchetti DMT et essai pressiométrique Ménard), très utilisées notamment pour les sols pulvérulents, à cause des difficultés évidentes de prélèvement et d’essai en laboratoire.

2.2.3. L’essai œdométrique :

Elle reproduit les conditions de déformation des sols dans le cas d’un massif à surface horizontale chargé par une pression uniforme et où le sol ne peut se déplacer que verticalement.

La courbe œdométrique (figure 3.2) peut être caractérisée par quatre paramètres : - les coordonnées du point P (pression de préconsolidation et indice des vides

Chapitre II       La fondation et le tassement

 

15

- la pente de la partie initiale de la courbe : Cs appelée indice de gonflement (Cs

est aussi appelé indice de recompression, pour le distinguer des paramètres caractérisant le comportement des sols gonflants) ;

- la pente de la partie finale de la courbe : Cc appelée indice de compression.

Figure 2.6. L’essai œdométrique. [10] Figure 2.7.Courbe œdométrique

d’un sol fin [10]

2.2.4. Expression du tassement œdométrique

Pour déduire le tassement œdométrique d’une couche de sol d’épaisseur Ho

(c’est-à-dire son tassement en l’absence de déplacements horizontaux) en utilisant la courbe de compressibilité œdométrique, on utilisera la formule :

   

qui donne le tassement entre l’état initial du sol et son état actuel. La variation de l’indice des vides Δe est facile à calculer connaissant :

- l'épaisseur de la couche de sol H

- les valeurs des indices de gonflement Cs et de compression Cc

- la contrainte effective initiale σV0’

- la pression de préconsolidation σp’

- la contrainte effective finale σvf’.

Cs

16

Si le sol est normalement consolidé (

σ

_V0’ =

σ

_p’) :

 

Si le sol est surconsolidé (σV0’ < σp’) :

 

 

Sachant que le module œdométrique Eoed est une autre représentation classique de la

compressibilité des sols à l’œdomètre, défini de la façon suivante :le

1 ∆

∆

Donc, le tassement œdométrique prend la formule suivante :

 

Dans une structure ou un ouvrage de génie civil, la différence des tassements entre les points A et B est appelée tassement différentiel : sd = sA – sB

Il dépend de plusieurs facteurs :

- Le chargement : tel que la différence d’intensité entre les appuis ou la répartition non uniforme des charges.

- Les appuis : La géométrie des appuis et leur rigidité.

Chapitre III

17

3.1. Définition de la capacité portante :

Appliquons une charge monotone croissante, d’une manière quasi statique, à une fondation superficielle posée à une profondeur D donnée, et relevons les tassements s obtenus en fonction de la charge appliquée Q.

Les tassements sont fonction de l’intensité de da charge appliquée et ont l’allure présenté sur la figure 3.1.

Figure 3.1: Courbe chargement – tassement [19]

Au début du chargement, le comportement est sensiblement linéaire, c’est-à-dire que le tassement croît proportionnellement à la charge appliquée. Puis le tassement n’est plus proportionnel (on peut dire qu’il y a création et propagation de zones de sol plastifiées sous la fondation). À partir d’une certaine charge Ql , il y a

poinçonnement du sol ou tout du moins un tassement qui n’est plus contrôlé. Le sol n’est pas capable de supporter une charge supérieure (on peut dire que l’on a atteint l’écoulement plastique libre). Cette charge Ql est la capacité portante de la

fondation, et généralement elle correspond un enfoncement égal à B/10.

La rupture de la fondation se produit lorsqu’elle pénètre excessivement dans le sol (figure 4.2). Les déformations excessives peuvent se produire lorsque :

- la résistance au cisaillement du sol est dépassé, et / ou - le tassement est produit.

Chapitre III       La capacité portante

 

18

Le mode de rupture qui se produit lorsque la résistance au cisaillement est dépassée est connu comme une rupture de la capacité portante ou, plus exactement, d’une rupture de la capacité portante ultime. Souvent, des grands tassements peuvent se produire avant une rupture en capacité portante ultime, et avec ces tassements la structure, à savoir, l'état limite ultime (ELU) n'a pas été dépassé, par contre l'état limite de service (ELS) a été dépassé. Dans ce cas, pour contrôler le tassement dans des limites tolérables, la structure doit être dimensionnée de telle sorte que la charge sera moins que la capacité portante ultime.

Figure 3.2. Rupture en capacité portante de la fondation de silo

(Tschebotarioff, 1951) [13]

3.2. Types de ruptures dans le sol à la charge ultime :

3.2.1. Rupture par cisaillement généralisé:

La figure 3.3a montre une fondation superficielle de largeur B, ancrée à une profondeur Df par rapport à la surface du sol, supportée par un sable dense (où une

argile raide). Si cette fondation est chargée progressivement, la charge par unité de surface, q = Q / A (avec A : aire de la semelle) augmentera, et la fondation subira un tassement croissant. Quand q devient égal à qu pour un tassement s=su , le sol

19

supportant la fondation subi une rupture soudaine par cisaillement. La surface de rupture dans le sol et la courbe chargement-tassement sont montrées dans les figures 3.3a et 3.3b respectivement. Ce type de rupture s'appelle « rupture par cisaillement

généralisé », qu est la capacité portante ultime. Pour ce type de rupture, une valeur

maximale q = qu est clairement définie dans la courbe chargement-tassement.

Figure 3.3 : Rupture par cisaillement généralisé [01]

3.2.2. Rupture par cisaillement localisé:

Si la fondation présentée sur la figure 3.3a est supportée par un sable moyennement dense ou une argile de consistance moyenne (figure 3.4a), la courbe chargement tassement sera indiquée dans la figure 3.4b, On remarque que la valeur de q augmente avec le tassement jusqu' à q = qu’ , qui est habituellement appelée la

première charge de rupture. A ce moment, la surface de rupture développée dans la masse du sol sera comme celle montrée par des lignes dans la figure 3.4a. Si la charge appliquée par la fondation est encore augmentée, la courbe

chargement-Chapitre III       La capacité portante

 

20

tassement devient raide et irrégulière (figure 3.4b). Quand q devient égal à qu

(capacité portante ultime), la surface de rupture atteint la surface du terrain.

Au delà, la courbe chargement-tassement prend presque une forme linéaire, et une charge maximale n'est jamais observée. Ce type de rupture est appelé « rupture par

cisaillement localisé »

Figure. 3.4 : Rupture par cisaillement localisé [01]

3.2.3. Rupture par poinçonnement :

La figure 3.5a montre la même fondation, mais cette dernière surmonte un sable lâche ou un sol argileux. Pour ce cas, la courbe de chargement-tassement sera comme celle montrée dans la figure 3.5b. Une valeur maximale de charge par unité de surface q n'est jamais observée. La capacité portante ultime qu est définie comme

le point où le rapport Δs / Δq devient le plus grand et à peu près constant. Ce type de rupture dans le sol est appelé « rupture par poinçonnement ». Dans ce cas, la surface de rupture ne s'étend jamais à la surface du terrain.

21

.

Figure 3.5. Rupture par poinçonnement [01]

La nature de rupture dans le sol à la charge ultime est en fonction de plusieurs facteurs tels que la rigidité et la compressibilité relative du sol, la profondeur d'encastrement Df par rapport à la largeur de la fondation B, et le rapport de la

largeur à la longueur B/L de la fondation. Ceci a été clairement expliqué par Vesic qui a conduit plusieurs essais réalisés sur modèles réduits au laboratoire dans le cas d'un sable. La conclusion de ses résultats est montrée dans la figure 4.6. Dans cette figure, Dr est la densité relative du sable, et R le rayon hydraulique de la fondation

qui est défini comme suit : R = A / P Où : A = B.L est la surface de la fondation

P = 2(B + L) est le périmètre de la fondation

On remarque dans la figure 4.5, pour Df / R ≥ 18, la rupture par poinçonnant se

Chapitre III       La capacité portante

 

22

Figure 3.6. Nature de rupture dans un sable en fonction

de la densité relative Dr et Df / R [01].

3.3. Détermination de la charge limite d’une fondation :

Il existe deux types de méthodes de calcul de la capacité portante :

- les méthodes à partir des résultats des essais in situ (préssiomètre de Ménard, ou pénétration statique) ;

- les méthodes à partir des résultats des essais de laboratoire, c’est-à-dire à partir de la cohésion et de l’angle de frottement (méthodes classiques, dites méthodes c - φ) comme la méthode de superposition de Terzaghi.

23

Figure 3.7. Schéma de rupture d’une fondation superficielle [19]

La charge limite d’une fondation est déterminée en superposant trois états de résistance :

- la résistance du sol pulvérulent sous le niveau de la fondation entrainant une certaine résistance Qγ (figure 4.8a).

- L’action des terres situées au-dessus du niveau de fondation et supposées agir comme une surcharge q0 = q + γ2 × D, sur un milieu pulvérulent non pesant,

d’où une résistance Qp (figure 4.8b).

- L’action de la cohésion, d’où une résistance Qc (figure 4.8c).

La charge limite d’une fondation ou la capacité portante sera :

Qu = Qγ + Qp + Qc

Et la contrainte de rupture est : qu = qγ + qp + qc avec qi = Qc / B.

Toutes les études pour la résolution de ce problème avec les hypothèses différentes sur la rugosité de la fondation et la forme de la zone en équilibre (l’allure des surfaces de glissement). Ces études conduisent à la formule générale :

Chapitre III       La capacité portante

 

24

a) Terme de surface b) Terme de profondeur c) Terme de cohésion Figure 3.8. Décomposition de la charge limite [19]

Les trois termes de cette formule correspondent à ceux définis précédemment : - Le terme de surface, il est proportionnel à B ;

- Le terme de profondeur, il est proportionnel à D ;

- Le terme de cohésion, il est proportionnel à la cohésion C.

Nγ , Nq , et Nc sont des coefficients numériques qui dépendent uniquement de l’angle

de frottement interne φ, définis par les relations suivantes :

4 2

1 tan

Et tableau suivant donne les valeurs retenues par le DTU 13.12 :

φ (°) Nγ Nq Nc φ (°) Nγ Nq Nc 0 0 1,00 5,14 25 8,10 10,70 20,70 5 0,10 1,60 6,50 30 18,10 18,40 30,00 10 0,50 2,50 8,40 35 41,10 33,30 46,00 15 1,40 4,00 11,00 40 100,00 64,20 75,30 20 3,50 6,40 14,80 45 254,00 135,00 134,00

Tableau 3.1. Terme de portance pour fondation superficielle

25

3.3.1. Influence de la forme de la fondation :

Pour une charge verticale centrée, la relation de contrainte de rupture est modifiée par l’introduction des termes correcteurs sγ, sq et sc pour tenir compte de la forme de

la fondation : qu = 0,5 sγ γ1 B Nγ + sq q0 Nq + sc C Nc

Le DTU 13.12 fournit ces valeurs selon les relations suivantes :

1 0,2 1 1 0,2

3.3.2. Influence de l’inclinaison de la charge :

Lorsque la charge appliquée à la fondation est inclinée par rapport à la verticale d’un angle δ, il y a lieu d’appliquer la relation suivante :

qu = 0,5 iγ sγ γ1 B Nγ + iq sq q0 Nq + ic sc C Nc

DTU 13.12 propose les relations suivantes pour les coefficients iγ, iq et ic dues à

Meyerhof :

1 / 1 2 /

Chapitre III       La capacité portante

 

26

3.3.3. Influence de l’excentricité de la charge :

Dans le cas d’une charge d’excentrement e parallèle à B, on applique la méthode de Meyerhof qui consiste à remplacer, dans tout ce qui précède, la largeur B par la largeur réduite ou effective : B’ = B – 2 e

ce qui revient à avoir une fondation centrée sous la charge.

Dans le cas d’un excentrement e’ parallèle à la dimension L, on procède de même pour cette dimension : L’ = L – 2 e’

Figure 3.10. Solution de Meyerhof pour une fondation filante sous charge excentrée [19]

3.4.

Ligne de glissement :

La détermination des lignes de glissement a fait l’objet de diverses hypothèses : PRANDTL (1921) propose le schéma de rupture représenté dans la figure 4.10, repris et développé par TERZAGHI (1965), pour le cas d’une semelle filante.

Le coin I est situé directement sous la semelle, le sol fortement comprimé est en équilibre surabondant et se déplace verticalement avec la semelle (zone de poussée de RANKINE).

Les zones II sont en état d’écoulement plastique et refoulent les zones III vers la surface (zone de butée de RANKINE).

27

r r e D

2 cos π_{4 2} e

La ligne BC est une droite faisant un angle avec l’horizontale.

Dans le cas d’un sol purement cohérent (Ø = 0), la spirale devient donc un arc de cercle.

MEYRHOF (1951) a proposé un schéma très semblable mais la spirale logarithmique se poursuit jusqu’à la surface.

Chapitre IV

Le géotextile

28 4.1. Introduction :

Depuis une trentaine d’années, l’utilisation des géotextiles s’est largement étendue à tous types d’ouvrages de génie civil. Parce qu’ils sont faciles à mettre en œuvre et assez peu coûteux, ils ont supplanté des matériaux traditionnels, y compris dans la construction d’ouvrages audacieux.

4.2. Origine des géosynthétiques

De manière à asseoir les ouvrages sur des fondations ayant une meilleure capacité portante, et ainsi permettre une meilleure durabilité de ceux-ci, tout en maîtrisant la qualité des produits d’ajout, le renforcement des sols est à l’origine de la fabrication des géosynthétiques.

La littérature parle d’une première date en 1926, en Caroline du Sud, où les premières parcelles de route utilisent des tissus de coton. Le résultat est probant, puisque la route reste en bon état jusqu’à ce que le matériel se dégrade. Ainsi s’est ouvert un marché pour des matériaux synthétiques, de même que la viabilité de deux fonctions des produits géosynthétiques, soit la séparation et le renforcement des sols. La deuxième innovation dans ce domaine fut l’utilisation de textile technique comme drain et comme filtre. Le fait que le liquide puisse traverser un matériel poreux tout en retenant le sol (ou une partie sélectionnée du sol) adjacent a permis le développement d’un matériau synthétique plus performant. Ainsi, le géotextile permet de remplacer la couche de sable, drainante et filtrante, jusqu’alors incontournable.

Enfin, une troisième application importante des géosynthétiques fut la réalisation de barrière imperméable permettant d’empêcher le mouvement des liquides.

Historiquement, l’argile a toujours été largement utilisée, et l’est encore dans de nombreux cas. Son installation et le contrôle de sa qualité sont par contre relativement exigeants. Dans un premier temps fabriquées de caoutchouc synthétique vers 1940, les premières géomembranes polymériques telles que le PolyEthylène de Haute Densité (PEHD) voient le jour au début des années 80 et

Chapitre IV      Le géotextile

 

29

n’ont cessé de se développer depuis. Enfin, plus récemment, à la fin des années 80, le mélange d’un support synthétique avec un matériau naturel comme l’argile est utilisé sous le nom de géocomposite bentonitique (GCB).

Au Québec, l’utilisation de géotextiles de renforcement apparaît dans le courant des années 60 dans des applications routières (chemin de terre) sur fondation à très faible portance. Ce sont les grands projets hydro-électriques, dès le début des années 70, qui permettent aux géosynthétiques de prendre tout leur essor dans le domaine du génie routier (renforcement de sol à faible portance, séparation, filtration, drainage) et de permettre à des manufacturiers de se développer.

4.3. Définition :

Les géotextiles sont définis comme des produits textiles à base de fibres polymères se présentant sous forme de nappes perméables, souples, résistantes et filtrantes, utilisés dans le domaine de la géotechnique et du génie civil. Ce sont en fait des textiles, au sens commun du terme, utilisés au contact du sol.

On recense plusieurs dizaines de domaines d’utilisation des géotextiles, de la géotechnique routière aux ouvrages hydrauliques en passant par la stabilisation des sols. Dans tous ces ouvrages les géotextiles remplissent l’une au moins des six fonctions élémentaires : la séparation, la filtration, le drainage, le renforcement, la protection, la lutte contre l’érosion.

4.4. La structure des géotextiles :

Les géotextiles sont classés selon leur structure, c’est-à-dire en fonction du mode de fabrication qui, à partir de fibres de polymères (principalement du polypropylène), a permis d’obtenir un matériau fini. Ces « familles » portent des noms issus de l’industrie textile. Ainsi, les géotextiles peuvent être :

30 4.4.1. Géotextiles tissés :

Ils sont des produits à partir de fils monofilaments, de fils multifilaments, ou de bandelettes ; qui ont une déformabilité varie de 10 à 25 % (la déformabilité est le pourcentage d'allongement à la rupture), Le tissage permet d'obtenir un module de traction élevé, une faible déformabilité et une régularité des pores intéressante sur le plan hydraulique cependant il entraîne une anisotropie en plan.

Figure 4.1. Les tissés de fils monofilaments, les tissés de fils multifilaments,

les tissés de bandelettes [17]

Géotextile tissé de bandelettes Géotextile tissé de monofilaments

Géotextile tissé de renforcement

Chapitre IV      Le géotextile

 

31 4.4.2. Géotextiles non-tissés :

Ils peuvent être aiguilletés ou thermoliés, ou bien encore tricotés; qui ont une déformabilité de l’ordre de 60 %. Les fibres ou filaments sont répartis directionnellement ou de façon désordonnée par deux types de nappage. Le nappage mécanique est réalisé par des outils qui peignent les fils et les orientent de manière unidirectionnelle.

Géotextiles non tissés aiguilletés Géotextiles non tissés thermoliés

Géotextile tricoté Géotextile tricoté circulaire

Figure 4.3. Géotextile non tissé [Web1].

Il existe aussi des produits apparentés aux géotextiles conçus pour assurer l’une au moins des fonctions élémentaires des géotextiles. Parmi ces produits, citons les géogrilles, géocomposites, géocellules, géonaturels (constitués de fibres naturelles)

32

notamment utilisés en renforcement, drainage, protection des berges, et lutte anti-érosion.

Géotextile Pyramat(c) Drain horizontal préfabriqué de contrôle de l'érosion

Géomaille / Géofilet / Géoespaceur Drain géocomposite

Géomaille triplanaire Géogrilles extrudées

Chapitre IV      Le géotextile

 

33 4.5. Les fonctions élémentaires des géotextiles

4.5.1. La séparation

- Afin d’éviter le mélange des couches de la construction

- Afin d’augmenter la capacité portante en évitant la perte de matériaux dans le sol support

- Afin d’améliorer les caractéristiques de la couche de matériaux granulaires compactés

- Afin d’assurer une stabilité à long terme des couches de fondation

La séparation est la fonction principale des géotextiles et elle est largement utilisée dans la construction de routes et de voies ferrées. Selon les normes EN ISO, la fonction de séparation est définie comme étant « la prévention du mélange de sols différents adjacents et/ou de matériaux de remblai par l’utilisation d’un géotextile ». Le géotextile, lorsqu’il assure une fonction de séparation, est placé entre deux sols très dissemblables par leur granulométrie, l’un fin et l’autre plus grossier, et a pour vocation de conserver l’intégrité et les performances de chacun des matériaux. Il empêche l’interpénétration des deux milieux, sans être un obstacle à la circulation des fluides.

Fonction de séparation

Figure 4.5. Fonction de Séparation. [05], [07]

Sans géotextile perte d’agrégats

Avec géotextile aucune perte d’agrégats

34

Le géotextile empêche la fondation en agrégats d’être contaminée par le sol de la plate-forme, évitant par là même toute réduction de la portance. La migration des fines particules du sol vers les agrégats propres intervient particulièrement sous l’effet de contraintes dynamiques.

Cette fonction de séparation, donne les avantages suivants : - Empêche la perte d’agrégats par pénétration

- Prévient la remontée des particules fines dans la fondation granulaire (effet de pompage)

- Conserve l’homogénéité des matériaux de fondation - Préserve les matériaux naturels

- Réduit les volumes d’excavation

4.5.2. La filtration

- Afin d’éviter la migration des fines dans les matériaux granulaires résultant de l’écoulement d’eau dans le sol

- Afin de préserver l’écoulement d’eau tout en réduisant au minimum la perte de pression

- Afin d’éviter la migration des fines due à des phénomènes de pompage provenant de charges dynamiques telles que la circulation.

Les géotextiles sont largement utilisés pour assurer la filtration dans la construction de routes et de voies ferrées ainsi que dans la protection des côtes. La fonction de filtration d’un géotextile a le même but que la fonction de séparation, mais dans d’autres circonstances. Selon les normes EN ISO, la fonction de filtration est définie comme étant « la retenue de sol ou d’autres particules soumises à des forces hydrodynamiques tout en permettant le passage des fluides dans ou à travers un géotextile ».

Un géotextile jouant un rôle de filtre doit autoriser le passage d’eau perpendiculairement à son plan, mais pas celui des particules de sol. Le géotextile assurant cette fonction doit être plus perméable que le sol à filtrer. Ainsi, la filtration

Chapitre IV      Le géotextile

 

35

est un compromis entre l’érosion interne du sol par perte de fines particules et le colmatage du filtre qui peut causer une augmentation de pression interstitielle dommageable à l’ouvrage. Cette fonction est principalement recherchée pour protéger les drains contre le colmatage, qu’ils soient de nature granulaire, tubulaire ou géotextile. Des géotextiles ont ainsi été utilisés dès 1970 dans des barrages en terre. Cette fonction peut aussi être recherchée pour la protection des berges contre le batillage dans ce cas le géotextile est placé sous un enrochement.

Figure 4.6. Fonction de Filtration. [07]

Cette fonction de filtration, donne les avantages suivants : - Remplace un filtre inversé de matériaux granulaires ; - Facile à installer ;

- Réduit les volumes d’excavation.

4.5.3. Le drainage

- Afin d’assurer le drainage de l’eau et/ ou d’autres fluides tout en réduisant au minimum la perte de pression.

- Afin d’assurer un drainage continu.

Les géotextiles sont largement utilisés pour assurer le drainage dans les travaux de terrassement et de construction. Selon les normes EN ISO, la fonction de

36

drainage est définie comme étant « la collecte et le transport des eaux pluviales, souterraines et/ou d’autres fluides dans le plan du géotextile ». En d’autres termes, c’est la capacité du géotextile à drainer seul les fluides, ce qui veut dire qu’il n’est pas associé à un système drainant mais qu’il est le système drainant lui-même.

La fonction de drainage est souvent confondue avec la fonction de filtration. Lorsqu’un géotextile fait partie d’un système drainant dans lequel il est utilisé dans le but de séparer un sol et la couche drainante constituée de matériaux grossiers, la fonction qu’il assure est une fonction de filtration.

Lorsqu’il est utilisé en tant que drain, un géotextile permet un écoulement dans son plan de pose. On assimile dans ce cas le géotextile à un drain capable de dissiper les pressions interstitielles, de collecter et de conduire les fluides vers un exutoire. Cette fonction suppose aussi l’existence d’un filtre, géotextile ou autre, limitant l’entraînement de particules de sol. Comme les géotextiles se présentent sous forme de nappes, la surface de contact avec les sols à drainer est grande et donc leur possibilité de captage d’eau est importante. Cette utilisation peut en particulier concerner le drainage sous fondations, sous remblai (sur sol compressible), dans le corps de barrages en terre, entre un sol et un ouvrage tel que mur vertical ou tunnel ou en association avec une géomembrane.

Chapitre IV      Le géotextile

 

37

Cette fonction de filtration, donne les avantages suivants : - Permet un plan de drainage continu

- Assure une capacité drainante à long terme

- Réduit les volumes d’excavation

- Permet une économie de matériaux granulaires

4.5.4. Le renforcement

Le géotextile utilisé en renforcement améliore la résistance mécanique d’un massif de sol dans lequel il est inclu. Le géotextile améliore à la fois la résistance à la traction du massif et sa capacité à se déformer avant la rupture. Le renforcement peut aussi concerner la reprise de sollicitations sur un autre élément ou sur une interface faible. C’est le cas lorsque l’on recouvre une géomembrane posée sur pente avec une couche de sol ; il peut y avoir ruine soit par rupture en traction de la géomembrane, soit par glissement de la couche de sol. Dans ce cas, un géotextile placé entre la géomembrane et le sol permet la reprise des sollicitations.

L'utilisation des géotextiles en renforcement a pris de l’importance au milieu des années quatre-vingt pour des ouvrages tels que les murs de renforcement à talus vertical ou quasi-vertical, les remblais de géométrie traditionnelle avec des sols peu résistants, les radiers sous chaussée ou fondations, sur sols compressibles ou karstiques.

38

Cette fonction de filtration, donne les avantages suivants :

- Redistribue les charges plus efficacement sur une plus grande surface - Augmente la résistance au cisaillement de l’assise

- Augmente la capacité portante.

4.5.5. La protection

Le terme de protection se définit de la manière suivante « Fonction consistant à empêcher ou à limiter les endommagements localisés concernant un élément ou un matériau donné en utilisant un géotextile ou un produit apparenté aux géotextiles ». Un élément sensible, comme une géomembrane, est susceptible d’être endommagé par des éléments poinçonnant (matériaux grossiers), par effet dynamique ou statique. Interposé entre un élément sensible et des éléments poinçonnant, le géotextile assure une fonction de protection.

Figure 4.9. Fonction de Protection. [07]

4.5.6. La lutte contre l’érosion :

La lutte contre l’érosion se définit comme suit : « l’utilisation d’un géotextile ou d’un produit de nature similaire pour empêcher les mouvements du sol ou d’autres particules à la surface, par exemple, d’une pente ».

Chapitre IV      Le géotextile

 

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Figure 4.10. Fonction anti-érosion [Web 3].

Le géotextile limite dans ce cas les mouvements de particules de sol en surface, mouvements causés par l’eau ou le vent. Plusieurs techniques sont employées pour la lutte contre l’érosion. Un géotextile relativement ouvert maintiendra une couche de sol sur la pente (couche superficielle à épaisse), un géotextile fermé agira comme un matelas de protection. La lutte contre l’érosion par géotextiles est en général compatible avec des objectifs de végétalisation. Ces deux techniques sont souvent associées. La protection est alors principalement assurée par des produits apparentés (fibres végétales, …) et concerne :

- les berges de canaux ou voies navigables soumises à l’érosion fluviale (batillage) ;

- les torrents ou ouvrages hydrauliques particuliers soumis à un écoulement turbulent ;

- les côtes soumises à l’érosion maritime et éolienne ;

- les pentes, talus ou plates-formes exposés à l’érosion pluviale.

Le plus souvent, outre sa fonction principale, le géotextile doit aussi rencontrer une ou plusieurs fonctions secondaires.

Pour une fonction principale et des fonctions secondaires données, le concepteur établi des propriétés et performances que doit rencontrer le géotextile en se fondant sur les contraintes auxquelles il sera soumis lors de son installation et de son usage.

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En règle générale, si l'on considère les fonctions énumérées préalablement, un certain nombre de propriétés principales de conception et sélection du géotextile sont retenues. Elles sont récapitulées au tableau suivant :

Légende : + + +: très important + + important + moyennement important DA: Dépendant de l'application

Chapitre IV      Le géotextile

 

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4.6. Des propriétés mécaniques et hydrauliques adaptées à différentes fonctions :

Le comportement mécanique des géotextiles dépend du mode d’assemblage et de la nature du polymère de base. En traction, la résistance peut aller de quelques kN/m à plus de 1000 kN/m pour des déformations allant de 10 % à plus de 100 %, au point de rupture. Des essais mettent en évidence d’autres propriétés mécaniques telles que la résistance au poinçonnement dynamique ou au poinçonnement statique.

Trois caractéristiques sont nécessaires pour qualifier le comportement hydraulique des géotextiles : la permittivité, la transmissivité et l’ouverture de filtration.

La permittivité y d’un géotextile vaut k/e, avec k et e respectivement coefficient de

perméabilité perpendiculairement au plan (m/s) et épaisseur (m) du géotextile. Plus la valeur est grande, plus facile est le passage de l’eau.

La transmissivité θ d’un géotextile vaut k×e, où k et e sont respectivement la

perméabilité dans le plan (m/s) et l’épaisseur (m) du géotextile. Les valeurs typiques vont de 10-3 à 10-7 m2/s pour un gradient de 1. Les produits ayant une fonction de drainage dans un ouvrage ont rarement une transmissivité inférieure à 5.10-6 m2/s. Cependant, un géotextile ayant une transmissivité plus faible peut avoir une fonction de drain lorsqu’il est utilisé pour drainer un sol très imperméable, puisque le choix d’un géotextile de drainage se fait en tenant compte de la perméabilité du sol. Par unité de largeur, le débit transporté dans le plan du géotextile vaut Q = θ×Δh/L, avec Δh la perte de charge de l’écoulement, et L la longueur du géotextile (m).

L’ouverture de filtration Of est déterminée par un essai qualifié parfois de porométrie, elle sera comparée à la taille des particules du sol à retenir. Les valeurs d’ouverture de filtration varient de 63 microns (seuil minimum de la mesure) à plusieurs centaines de microns.