Les caractéristiques du sol stabilisé avec des fibres et renforcé avec des géogrilles

Télécharger le fichier pdf d’un mémoire de fin d’études

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.

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 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

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.

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.

LES COMPOSANTS DE LA TERRE ARMEE

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.

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.

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).
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.
 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.

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

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

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.
La terre armée est un matériau lourd sur le plan technique et sur le plan architectural
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 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,

DOMAINES D’EMPLOI

Cette technique peut être appliquée dans tous les ouvrages :
 Routiers
 Ferroviaires
 Maritimes et fluviaux
 Industriels et de protection

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
 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

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.

COURBES CHARGE DEPLACEMENT ET CHEMINS DE CONTRAINTE

Le programme des courbes (Curves) peut être utilisé pour dessiner des courbes charge-ou temps-déplacements, des courbes contraintes-déformations, des chemins de contrainte ou de déformation pour des points choisis dans la géométrie. Ces courbes représentent les évolutions au cours des différentes phases de calcul, et cela donne un aperçu du comportement global et local du sol.
Les applications géotechniques nécessitent des lois de comportement avancées pour la simulation du comportement des sols et/ou des roches, non linéaire et dépendant du temps et anisotropique.

LES MODELES DE COMPORTEMENTS INTEGRES DANS PLAXIS

MODELE ELASTIQUE LINEAIRE

Le modèle élastique utilisé dans Plaxis est classique, il représente la loi de Hooke pour l’élasticité linéaire et isotrope. Il comporte deux paramètres de rigidité élastique, le module de Young , et le coefficient de Poisson
Ce modèle est très limité pour simuler le comportement d’un sol. Il est utilisé principalement pour des structures rigides massives placées dans le sol.

MODELE DE MOHR-COULOMB

Ce modèle bien connu est utilisé généralement comme une première approximation du comportement d’un sol. Il comporte cinq paramètres : le module de Young , le coefficient de Poisson , la cohésion , l’angle de frottement , et l’angle de dilatance .
Le module de Young
Le choix d’un module de déformation est un des problèmes les plus difficiles en géotechnique. Le module de déformation varie en fonction de la déformation et en fonction de la contrainte moyenne. Dans le modèle de Mohr-Coulomb, le module est constant. Il parait peu réaliste de considérer un module tangent à l’origine (ce qui correspondait au Gmax mesuré dans des essais dynamiques ou en très faibles déformations). Ce module nécessite des essais spéciaux. Il est conseillé de prendre un module « moyen », par exemple celui correspondant à un niveau de 50% du déviateur de rupture figure 2.1
L’utilisateur doit rester conscient de l’importance du choix du module qu’il prendra en compte. Il n’y a là rien d’étonnant et la même question se retrouve par exemple dans tout calcul classique de fondation, par exemple.
Dans les boites de dialogues, on peut aussi rentrer un gradient donnant la variation du module avec la profondeur.
Le coefficient de poisson
On conseille une valeur de 0.2 à 0.4 pour le coefficient de poisson. Celle-ci est réaliste pour l’application du poids propre (procédure k0 ou chargement gravitaires). Pour certains problèmes, notamment en décharge, on peut utiliser des valeurs plus faibles. Pour des sols incompressible, le coefficient de poisson s’approche de 0.5 sans cette valeur soit utilisable.
L’angle de frottement
Plaxis ne prend pas en compte une variation d’angle de frottement avec la contrainte moyenne. L’angle de frottement à introduire est soit l’angle de frottement « de pic » soit l’angle de frottement de palier. O attire l’attention sur le fait que des angles de frottement supérieurs à 45° peuvent considérablement allonger les temps de calculs. Il peut être avisé de commencer des calculs avec les valeurs raisonnables d’angle de frottement (à volume constant, au palier).
La cohésion
Il peut être utile d’attribuer, même à des matériaux purement frottant, une très faible cohésion (0.2 à 1 ) pour des questions numérique.
Pour les analyses en non drainé avec , Plaxis offre l’option de faire varier la cohésion non drainée avec la profondeur : ceci correspond à la croissance linéaire de la cohésion en fonction de la profondeur observée dans des profils au scissomètre ou en résistance de pointe de pénétromètre. Cette option est réalisée avec le paramètre c-depth. Une valeur nulle donne une cohésion constante. Les unités doivent être homogènes avec ce qui a été choisi dans les problèmes(typiquement en )

Table des matières

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
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
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

Télécharger le rapport complet