CONSTRUCTION EN PAILLE PORTEUSE METHODOLOGIE D'ESSAIS DU COMPORTEMENT MECANIQUE

International audienceÀ la suite de la publication des règles professionnelles " construction en paille " (RFCP et al., 2012), qui ont permis de faire reconnaître la paille comme matériau isolant et support d'enduit, le projet " paille porteuse " vise à élargir les capacités d'utilisation de la botte de paille pour lui permettre de reprendre directement les charges verticales et de contreventement. Dans le volet mécanique du projet, le premier objectif est de confirmer expérimentalement l'hypothèse couramment admise du comportement en service de la paille enduite comme un sandwich, puis de tester en taille réelle et de modéliser ce comportement sur des murs comportant des singularités (ouvertures, angles, linteaux, ...) en vue d'établir les bases de recommandations pour la conception et le calcul. Le deuxième objectif sera de vérifier et de modéliser un processus émis par les auteurs lors des phases de construction d'une structure en paille porteuse. Il s'agit d'étudier et de caractériser le transfert des charges verticales de charpente / plancher / exploitation / etc., initialement appliquées uniquement sur les bottes de paille, à l'enduit au cours du séchage de ce dernier. La présente communication détaille les programmes d'essais et méthodes proposés par les auteurs

Comportement des tunnels dans les milieux rocheux de faibles caractéristiques mécaniques

Tunnel projects within rock masses of low mechanical properties, usually described as "hard soils soft rocks" (H.S.S.R.), regularly encounter numerous difficulties. These materials show specific behaviours that make them atypical in the points of view of both rock and soil mechanics, leading to more complex designs and generating significant extra costs for the contracting authority. Considering the limited case of H.S.S.R. that can be modelled with a continuous approach, non-linearity of the failure criterion, hydromechanical coupling, and stress-dependency of the material deformability appear as distinctive behaviour features that may have a serious influence on the excavation stage (short term equilibrium). Although these properties can be adequately taken into account in some numerical models, the practical experience of tunnel calculations has long shown the interest of simplified methods such as the convergence-confinement approach. These methods allow reasonably representative designs through not very complex formulations and contribute to make sensitivity studies easier thanks to their quick and simple implementation. Thus, based on a classical "porous media" description taking into account both mineral and fluid compressibilities, and on a non-dimensional expression of the Hoek-Brown failure criterion (including edge effects), new formulations for the calculation of ground characteristic curves are presented. After a first approach considering only the non-linearity of the failure criterion, in a monophasique edium, more complex cases are studied so as to take into account biphasique drained or undrained situations. Each time, a complete solution is described, leading to explicit formulations or to differential equations that can be simply solved with a one-step numerical method. A "turnkey" design tool, in a spreadsheet form, that demonstrates the easy implementation of the developed solutions, is systematically provided. The undrained case is then completed with a calculation procedure that integrates the Fahey-Carter non-linear elasticity model, using the transfer matrices method. The last part of this work tackles the applicability of these analytical solutions on a case study, the Arbus tunnel (France). It emphasizes a few difficulties in the determination of some parameters of the mechanical model when "standard" test protocols are used, and insists on the natural variability of the ground properties in this molassic geology of the Pyrenean piedmont. This context stresses the advantages of the developed methods : besides a better description of the rock mass behaviour, they allow to identify at low cost the more influent parameters on the ground - lining equilibrium and to introduce the analysis of uncertainties in design practice. The calculations also underline the interest of non-linear elasticity models, promoting a better assessment of material deformability and also reducing the model sensitivity to elastic parameters scattering. The here-presented approaches keep some limits however, such as the necessary distinction between short term and long term equilibriums, the hypothesis of hydrostatic far-field stresses that is shown to be quite strong in the end, and the problem of lining representation (confinement line) that would deserve a deeper analysis even if a few acceptable methods are already available in the literature.Les projets de tunnels dans des milieux rocheux de faibles caractéristiques mécaniques, usuellement regroupés sous l'appellation sols indurés roches tendres (S.I.R.T.), se heurtent à de multiples difficultés. Ces matériaux présentent des spécificités de comportement qui les rendent atypiques dans les contextes usuels de la mécanique des sols comme de la mécanique des roches, compliquant les dimensionnements et pouvant engendrer des surcoûts importants pour les maîtres d'ouvrage. En se limitant aux S.I.R.T. modélisables par une approche continue, la non-linéarité du critère de rupture, les couplages hydromécaniques et la dépendance de la déformabilité à l'état de contrainte apparaissent comme des traits de comportements susceptibles d'influencer significativement la phase de creusement (équilibre à court terme). Bien que ces propriétés puissent être prises en compte de manière adéquate dans des modèles numériques, la pratique des calculs de tunnel a montré de longue date l'intérêt des méthodes simplifiées comme l'approche convergence-confinement. Elles permettent un prédimensionnement raisonnablement représentatif au moyen de formulations peu complexes et favorisent la réalisation d'études de sensibilité grâce à leur mise en œuvre simple et rapide. À partir d'une approche de type " milieux poreux ", prenant en compte la compressibilité des différents constituants du matériau, et d'une représentation adimensionnelle du critère de rupture de Hoek-Brown (incluant les régimes d'arête), de nouvelles formulations permettant le calcul des courbes caractéristiques du terrain sont donc présentées. Après s'être intéressé dans un premier temps à la seule non-linéarité du critère de rupture, avec un milieu monophasique, une complexification progressive du problème est mise en œuvre pour prendre en compte des situations biphasiques drainées ou non drainées. À chaque fois une résolution complète est proposée, aboutissant à des formulations explicites ou à des équations intégrables aisément par une méthode numérique à un pas. Un outil sous forme de tableur, directement utilisable et démontrant la simplicité de mise en œuvre des solutions établies, est systématiquement fourni. Le cas non drainé est ensuite complété par un schéma de calcul intégrant une élasticité non-linéaire de Fahey-Carter, avec la méthode des matrices de transfert. La partie finale du travail permet d'aborder l'applicabilité de ces développements analytiques à un cas réel, le tunnel d'Arbus. Elle souligne quelques difficultés de détermination de paramètres à partir de campagnes d'essais " standard " et insiste sur la variabilité naturelle des matériaux dans une géologie molassique du piémont pyrénéen. Ce contexte met en relief les avantages des méthodes développées : outre une représentation plus satisfaisante du comportement du milieu, elles permettent à peu de frais d'identifier les paramètres les plus influents sur l'équilibre massif - soutènement et d'aborder la problématique des incertitudes dans le dimensionnement. Les calculs font également ressortir l'intérêt des modèles à élasticité non linéaire, avec une prise en compte plus appropriée de la déformabilité du matériau mais aussi une réduction de la sensibilité du modèle à la variabilité des paramètres élastiques. Les approches présentées conservent néanmoins certaines limites, comme la nécessaire distinction des équilibres court terme et long terme, l'hypothèse de contrainte initiale hydrostatique qui se révèle au final assez forte et le problème de la représentation du soutènement qui mériterait d'être davantage approfondi même si des méthodes acceptables sont d'ores et déjà disponibles dans la littérature

Essais à grande échelle avec la grande boite de cisaillement du CEREMA : étude expérimentale de la résistance au cisaillement de l'interface béton-roche

Journées géotechnique Cerema, LACANAU, FRANCE, 13-/10/2015 - 15/10/2015Présentation des essais de cisaillement réalisés sur des interfaces béton-roche de taille métrique

Improved analytical solutions for the response of underground excavations in rock masses satisfying the generalized Hoek-Brown failure criterion

Analytical solutions for tunnel design are widely used in practical engineering, as they allow a quick analysis of design issues such as estimation of support requirement. In recent years, several papers analyzing the behavior of rock masses that obey the conventional or generalized Hoek-Brown criterion have been published. This article presents a complementary analysis that includes a new normalization of the generalized Hoek-Brown failure criterion, complete solutions for associated and non-associated flow rules, with some new closed-form solutions in the latter case, and in-depth considerations regarding intermediate stresses and edge effects. The results obtained show full agreement with existing solutions in the literature, when possible, and with numerical finite element models in cases that had not been treated previously. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved

Improved analytical solutions for the response of underground excavations in rock masses satisfying the generalized Hoek–Brown failure criterion

Analytical solutions for tunnel design are widely used in practical engineering, as they allow a quick analysis of design issues such as estimation of support requirement. In recent years, several papers analyzing the behavior of rock masses that obey the conventional or generalized Hoek–Brown criterion have been published. This article presents a complementary analysis that includes a new normalization of the generalized Hoek–Brown failure criterion, complete solutions for associated and non-associated flow rules, with some new closed-form solutions in the latter case, and in-depth considerations regarding intermediate stresses and edge effects. The results obtained show full agreement with existing solutions in the literature, when possible, and with numerical finite element models in cases that had not been treated previously

Towards an easy decision tool to assess soil suitability for earth building

In the European Union, most of the wastes from the building sector are composed of earths. Earth construction may be an interesting outlet for the re-use of these wastes, while meeting the challenge of circular economy: in particular, it involves low-embodied energy processes and earth material can be reused for building by end-of-life. Nonetheless, the identification of suitable earths for construction remains an issue. To overcome this problem, an option may be to analyse earth building heritage, which is at least one-century old in Europe: indeed, earth employed in these buildings can be regarded as 'timetested', and thus suitable for construction. In this paper, more than 20 different earths collected inrammed earth heritage building in France are presented. The results are confronted both to literature and to several classifications employed in soil sciences. A classification system based on granularity and clay activity will be relevant to address the convenience of earth for building purpose

Metric Scale Study of the Bonded Concrete-Rock Interface Shear Behaviour

The shear strength of concrete-rock interface is a key factor to evaluate the stability of gravity dams. The shear strength assessment by achieving tests on small samples gives values different from those estimated by back-analysis on the existing dams. This work aims to study the shear behaviour of concrete-rock interface in the metric scale. Five direct shear tests were performed on bonded meter-scale concrete-granite interfaces in the range of normal stresses to which gravity dam foundation is subjected. Specific instrumentation were installed to monitor the failure mechanisms during the tests. The five concrete-rock interfaces have not broken by shearing of materials (concrete, rock) in the shear plane imposed by the test device, but by debonding of the contact between concrete and rock. Considering roughness of the contact surface in the decimeter scale and the results of shear tests carried out in the same scale, the decimeter scale is demonstrated to correspond to the elementary surface for the shear behaviour of the metric concrete-rock interface. According to the level of normal stress, the stiffness of both materials and the main asperities in the decimeter scale, different failure mechanisms occur locally to justify the overall failure in the metric scale

Instrumentation of large scale direct shear test to study the progressive failure of concrete/rock interface

8th RILEM International Conference on Mechanisms of Cracking and Debonding in Pavements, NANTES, FRANCE, 07-/06/2016 - 09/06/2016The shear strength of concrete/rock interface must be clearly assessed to design the rock foundations. However, the concrete/rock interface has different failure modes which depend on the mechanical characteristics of the materials and the morphology of the rock surface. Consequently, to study thoroughly the shear behavior of concrete/rock interface and to define the cracking mechanisms and debonding propagation along the interface, different instrumentation devices were applied during a large scale direct shear test. A large sample formed by pouring concrete over a large rock surface (shear surface of 1.5 m²), was instrumented using the following techniques: strain gauges, acoustic emission and distributed optical fiber sensor. The different observations made during the test were combined to determine the successive stages of interface failure. The strain gauges, which measure local strains within the materials, showed their ability to detect the crack propagation in the materials and the debonding at the interface. The acoustic emission technique was able to detect the damages in the materials and at their interface. The optical fiber sensor measured strains evolution of the concrete near the interface showing the crack propagation during the test and the progressivedebonding at the interface.Pour la conception de fondation au rocher, la résistance au cisaillement de l'interface béton-roche doit être évaluée. Or cette interface présente différents modes de rupture qui dépendent des caractéristiques mécaniques du matériau et de la morphologie de la surface rocheuse. Différentes instrumentations ont donc été mis en place au cours d'essais de cisaillement à grande échelle afin d'étudier le comportement au cisaillement de l'interface béton roche et de déterminer les mécanismes de fissuration et de décohésion à l'interface. Une éprouvette constituée d'une surface rocheuse de 1.5m² sur laquelle du béton a été coulé, a été instrumentée des dispositifs suivants : jauge de contrainte, capteur d'émission acoustique, fibre optique. Les différentes observations effectuées durant les essais ont été utilisées pour établir les étapes successives de rupture de l'interface. Les jauges qui permettent une mesure locale de la déformation, ont démontré leur leur capacité à détecter la propagation de fissure dans les matériaux, roche et béton et la décohésion à l'interface. L'émission acoustique a permis de détecter l'endommagement des matériaux et à leur interface. La fibre optique a permis de mesurer l'évolution des déformations dans le béton à proximité de l'interface, et en particulier la propagation de fissures et la décohésion progressive à l'interface