Characterisation of soils with stony inclusions using geoelectrical measurements

Characterisation and sampling of coarse heterogeneous soils is often impossible using common geotechnical in-situ tests once the soil contains particles with a diameter larger than a few decimetres. In this situation geophysical techniques - and particularly electrical measurements - can act as an alternative method for obtaining information about the ground characteristics. This paper deals with the use of electrical tomography on heterogeneous diphasic media consisting of resistive inclusions embedded in a conductive matrix. The adopted approach articulates in three steps: numerical modelling, measurements on a small-scale physical model, and field measurements. Electrical measurements were simulated using finite element analyses, on a numerical model containing a random concentration of inclusions varying from 0 to 40 %. It is shown that for electrode spacing 8 times greater than the radius of inclusions, the equivalent homogeneous resistivity is obtained. In this condition, average measured resistivity is a function of the concentration of inclusions, in agreement with the theoretical laws. To apply these results on real data, a small-scale physical model has been built, where electrical measurements were conducted both on the model and on each phase. From these laboratory measurements, a very satisfying estimation of the percentage of inclusions has been obtained. Finally, the methodology applied to a real experimental site composed of alluvial fan deposits made of limestone rocks embedded in a clayey matrix. The estimated percentage of rock particles obtained via electrical measurements was in accordance with the real grain size distribution

Caractérisation en laboratoire de l'enfoncement d'une cage d'armatures dans le béton frais

International audience Les travaux présentés ici rentrent dans le cadre du projet de bétons de fondations profondes financé par la FNTP. Ils s'intéressent aux problèmes de mise en œuvre rencontrés sur les chantiers de pieux forés à la tarière creuse, parmi lesquels la difficulté d'introduction de la cage d'armatures après le bétonnage du pieu. Ils se proposent de valider un protocole d'essai de laboratoire permettant de caractériser l'enfoncement d'une cage d'armatures en fonction de la charge qui lui est appliquée et du temps de repos du béton. Pour ce faire, des essais expérimentaux ont été réalisés sur une formulation courante de béton de pieu pour étudier l'effet du temps de repos sur les propriétés rhéologiques du béton et la capacité des armatures à y pénétrer. Les résultats obtenus ont permis de déterminer, pour le dispositif proposé, les paramètres d'essai à prendre en compte. </div

Modélisation physique et numérique des interactions sol-structure sous sollicitations dynamiques transverses

Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse portent sur la modélisation physique etnumérique du comportement des fondations superficielles sous sollicitations transverses dynamiques.Deux nouveaux modèles physiques sont développés.Le premier, en chambre d étalonnage permet de réaliser des expériences sur modèle réduitd une fondation superficielle encastrée dans un sable sec en respectant les conditions de confinementréelles. Des adaptations prototypes sont spécialement conçues pour permettre unchargement horizontal rapide, le couplage chargement vertical-horizontal, ainsi qu un libremouvement de la fondation. L influence des différents paramètres (densité du sable, amplitudedu déplacement horizontal et de la charge verticale, pressurisation du massif) est miseen évidence sur le comportement de la fondation.Le second porte sur l interaction sol renforcé-fondation superficielle dans une " VisuCuve "de visualisation latérale du comportement. Il est mené sur une argile molle renforcée soit parun système de Colonnes à Module Mixte (CMM) soit par un système d Inclusions Rigides etmatelas granulaire (IR). Ces modèles physiques en 2D sont soumis à des chargements horizontauxcycliques en quasi-statique et en dynamique pour l étude de l effet inertiel. L efficacitécomparée des systèmes en termes de dissipation d énergie est présentée.Une modélisation numérique des systèmes CMM et IR correspondant à la configuration expérimentaleet en vraie grandeur est développée à l aide du logiciel FLAC3D. Les résultatsnumériques nous permettent de confirmer partiellement des tendances constatées lors des expériences.Les calculs des ouvrages en vraie grandeur permettent d étudier plus précisémentla dissipation d énergie par le calcul des coefficients d amortissement dans les différents systèmes.L effet inertiel et l effet de la hauteur de la partie supérieure en gravier sont égalementdémontrés par les efforts internes calculés dans les inclusions.The main issues of this work concern the physical and numerical modeling of the response ofa shallow foundation under dynamic horizontal loadings.Two novative physical modeling were performed.The first one uses a calibration chamber to carry out tests on a model of shallow foundationembedded in a dry sand, simulating the field confining conditions. A new experimental setup isbuilt up in order to allow the foundation movement under the coupling of vertical and dynamichorizontal loading. The effect of the different parameters on the foundation behavior (sanddensity, horizontal and vertical loading amplitude, pressure on the sand bulk) is presented.The second one concerns the interaction between a shallow foundation and a reinforced soil,consisting in soft clay reinforced either by a Mixed Module Columns (MMC) system or aRigid Inclusions (RI) system. The 2D physical models subjected to quasi-static and dynamichorizontal cyclic loadings are set up in the "VisuCuve" of the laboratory to study the inertialeffect by lateral visualization of the behavior. The energy dissipation efficiency between theMMC system and the RI system is compared.The numerical modeling of the experiments and the full scale MMC and RI systems areperformed with FLAC3D. In spite of some differences, the 2D numerical results show generallythe same tendencies with the experimental ones. The damping ratios calculated in the fullscale modeling lead to the more accurate energy dissipation analyses. The inertial effect andthe influence of the upper gravel part height are also displayed in terms of the internal forces.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Inertial loading of soil reinforced by rigid inclusions associated to a flexible upper layer

Le renforcement des sols en zone sismique par des colonnes ballastées et/ou des inclusions rigides représente une alternative prometteuse et de plus en plus répandue par rapport aux solutions lourdes de fondations sur pieux. On sait que les pieux subissent, du fait de leur rigidité, des moments très importants au niveau de la liaison chevêtre-pieu. Les inclusions rigides surmontées d'un matelas granulaire permettent de mieux dissiper les efforts inertiels transmis par la superstructure, mais peuvent nécessiter des armatures si ce matelas n'est pas suffisamment épais. On peut penser que la colonne à module mixte (CMM) offre une solution combinant l'effet matelas à travers sa partie supérieure en colonne ballastée plus flexible et l'effet stabilisateur de la colonne inférieure. Cette thèse présente dans une première partie l'étude expérimentale réalisée au Laboratoire 3S-R (Grenoble) sur des modèles réduits à l'échelle 1/10 afin d'analyser la réponse de ces systèmes sous différentes charges statiques et dynamiques. Le modèle physique se compose d'une semelle carrée reposant directement sur l'argile renforcée. Le chargement vertical et horizontal, statique et dynamique est appliqué par l'intermédiaire de la fondation. Une instrumentation a été placée au niveau de la semelle pour obtenir la réponse globale du système, ainsi que dans la partie rigide inférieure du modèle pour évaluer la répartition des efforts entre inclusion et partie flexible supérieure. Une attention toute particulière a été donnée à la simulation de l'effet inertiel d'un séisme. Les profils de moments, d'efforts tranchants et de déplacements en fonction de la profondeur déterminés à partir de 20 extensomètres répartis régulièrement sur toute la hauteur de la partie rigide ont permis d'étudier l'influence de la hauteur de la colonne ou du matelas. La comparaison entre les déplacements dynamiques de la semelle et les courbes P-y (pression latérale P fonction du déplacement latéral y de la tête de pieu), permet de quantifier la dissipation de l'énergie dans les différentes parties du système. Les résultats expérimentaux montrent que la partie supérieure souple absorbe l'essentiel de l'énergie inertielle sismique. Une modélisation numérique 3D confirme les tendances observées expérimentalement et souligne l'importance du rôle de la zone de transition entre partie souple et partie rigide.Along with the increasing need of construction land, numerous soil reinforcement technologies are proposed in order to improve the soil mechanical properties on one hand and overall site response on the other hand. The presented study is carried out in the context of seismic soil reinforcement and its interaction with a shallow footing which undergoes inertial loading. The system is studied mainly through physical modelling when reduced scale models are constructed in order to simulate clay reinforcement, which is composed of a rigid lower part associated to a flexible upper part. The soft upper part offers shear and moment capacity and the rigid lower part gives bearing capacity. In order to design the reinforcement elements, the response of this combined system to different static and dynamic loads must be understood. This thesis presents results from a primarily experimental study performed in Laboratoire 3S-R (Grenoble). Two reduced (1/10) physical models consisting of a group of four rigid inclusions associated to an upper flexible part are studied in clay. Combined vertical and horizontal static and dynamic loading is applied with a shallow foundation model. A parametric study is done, varying the height of the flexible part of the models in order to define its effect on the settlements of the foundation and lateral performance of the rigid inclusion. A special emphasis was given to the study of the inertial effects of seismic type loading. For this purpose, one of the rigid inclusions was instrumented with 20 levels strain gauges measuring flexural strain, used to calculate the bending moment along the pile. This gives pile deflection (y) by double integration and soil reaction (P) by double derivation. P-y curves are thus obtained. The analysis of the dynamic deflection of the rigid inclusion compared to the movement of the foundation allowed an estimation of the energy dissipated. The results indicate that a large amount of the seismic energy is dissipated within the upper flexible part of the models. Even though the scaling laws are not strictly respected, the main objective of the physical modelling was to perform a qualitative study of the soil reinforcement, studying its behaviour under inertial loading and pointing out important mechanisms, which should be taken into account by the current practice.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

In-place determination of topsoil shear properties for off road mobility

L'étude de la mobilité de surface d’un véhicule passe par l’étude de la traficabilité d’un sol donné. Cette traficabilité peut être calculée par des modèles qui dépendent des paramètres mécaniques des sols comme l'angle de frottement et la cohésion. Ces paramètres résultent généralement d’essais de cisaillement. L'essai annulaire de cisaillement est souvent employé pour caractériser le sol dans les études de mobilité. Un autre essai est l'essai de cisaillement de traction qui consiste en une traction, à une vitesse constante, d'un plat chargé avec une interface douce ou rugueuse. Cet article vise à présenter la validation de l'essai de cisaillement de traction pour l'étude du cisaillement des sols granulaires et la méthodologie mise en oeuvre pour relier les résultats de cet essai opérationnel aux efforts mesurés en vraie grandeur. Un dispositif expérimental a été développé pour réaliser les essais de traction de surface d’un plat chargé à vitesse lente ou rapide. Il permet de déterminer les forces de cisaillement à l’interface

Modélisation numérique par éléments discrets de géo-cellules soumises à impact

Un développement innovant des structures de protection contre les éboulements rocheux soumises à un impact est de les concevoir à partir d'un assemblage cellulaire. Les géo-cellules sont des éléments géocomposites (géomatériau entouré de grillage). La modélisation de ces structures se fonde sur une approche multi-échelles. A l'échelle locale, la cellule est modélisée en trois dimensions grâce à la méthode numérique aux éléments discrets. La réponse mécanique à différentes sollicitations quasi-statique et dynamique permet de déterminer un modèle constitutif de la cellule. Les développements et le calibrage des paramètres numériques se basent sur des modèles physiques. Les résultats obtenus à l'échelle de la cellule sont utilisés pour la modélisation de l'ouvrage

Structures géocomposites cellulaires, modélisation de la réponse à un impact localisé

Dans le cadre de la protection des personnes et des enjeux exposés à des risques naturels de type chute de blocs, le développement de nouvelles technologies de structures protectrices est un sujet d'actualité. Il est aujourd'hui nécessaire d'apporter des réponses quant à l'optimisation de l'efficacité dissipative des structures dédiées à l'arrêt des blocs. Cet article s'intéresse à la modélisation numérique de structures de conception cellulaire. Les composants cellulaires étudiés sont constitués d'une enveloppe grillagée remplie par des matériaux généralement granulaires. La déformabilité du matériau et les déplacements relatifs des cellules confèrent à la structure une importante capacité de dissipation énergétique. L'approche de modélisation "multi-échelle" mise en oeuvre consiste à étudier localement le comportement mécanique de la cellule pour ensuite passer à l'échelle de l'ouvrage en intégrant les résultats obtenus à l'échelle de la cellule. On présente ici une modélisation de la structure et les résultats concernant son comportement mécanique sous sollicitation d'impact dynamique

Renforcement des sols par geosynthetiques: dimensionnement et validation

SIGLEINIST T 75434 / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc

Les merlons pare-blocs : de l'expérimentation à la simulation numérique

Chaque année en montagne, des routes sont bloquées, des bâtiments détruits, voire des vies humaines perdues à cause de chutes de pierres ou de rochers. Afin d'optimiser les ouvrages de protection, il est nécessaire de développer des techniques nouvelles de conception et de dimensionnement. Ici, il est question d'une nouvelle génération d'ouvrages : les merlons pare-blocs modulaires construits à partir de géo-cellules. Les auteurs nous présentent la démarche de recherche suivie, et les méthodes expérimentales et numériques mises en œuvre pour l'élaboration de ce nouvel outil

Aptitude à la traficabilité des sols de surface remaniés aux engins chenilles (études expérimentales et modélisations phénoménologiques)

Le déminage mécanique consiste à scarifier le sol de surface sur une certaine profondeur par un outil poussé par un véhicule chenillé. Le véhicule évolue alors sur un sol composé d'une couche superficielle destructurée reposant sur le sol dans son état initial. Pour caractériser ce complexe bicouche et évaluer l'influence sur les performances du véhicule, un Dispositif Expérimental de CARactérisation de la Traficabilité (DECART) a été développé. Il permet la réalisation d'essais d'enfoncement et de cisaillement pour déterminer la réaction du sol lors du passage du véhicule. DECART identifie ainsi les sols et leur état. L'exploitation des essais alimente en paramètres pertinents des modèles phénoménologiques que nous avons adaptés au complexe bicouche. Ces modèles quantifient l'effort de tractation et la résistance à l'avancement du véhicule pousseur. Des essais en vraie grandeur ont été réalisés sur des véhicules chenillés instrumentés pour valider la méthodologie et les modélisations.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF