Phénomène de liquéfaction des sols

EXPLICATION DE PHENOMENE

Le passage d’une onde sismique provoque, dans certaines formations géologiques, la perte de résistance d’un matériau sableux saturé en eau dans un état lâche, liée à une augmentation de la pression interstitielle engendrée par les déformations cycliques.

La déconsolidation brutale du matériau se traduit par la déstructuration du sol, rendant particulièrement instables les constructions reposant sur ces formations .A l’état initial les grains sont au repos, ils sont dans un environnement saturé et dans un état relativement lâche, ils sont en contact les uns avec les autres permettant la transmission des efforts s’exprimant à plus grande échelle par la notion de contraintes effectives. Lors d’un chargement dynamique une réorganisation des grains se produit, en conditions non drainées cette réorganisation se traduit par une montée en pression de l’eau interstitielle puisque les grains n’occupent plus un volume suffisant pour entretenir la transmission des contraintes effectives initiales. Celles-ci s’annulent donc ce qui a pour conséquence l’augmentation de la pression de l’eau jusqu’à égaler les contraintes totales. Le contact entre les grains est alors très faible et l’ensemble se comporte comme un liquide.

EFFETS INDUITS PAR LA LIQUEFACTION

La liquéfaction des sols est un problème sérieux capable de causer des dégâts souvent irréparables, tant à des ouvrages existants qu’à des nouvelles constructions, ainsi la liquéfaction peut provoquer : Une perte de capacité portante du sol de fondation, (basculement d’immeuble); Un glissement des terrains en pente; Des ruptures superficielles sous forme de fissures, ou étalement latéral ; Un développement des forces de poussées; Un soulèvement des ouvrages enterrés et rupture des canalisations; Des ruptures des barrages (remblais hydraulique).

FONDATIONS PROFONDES
Lorsque la liquéfaction s’est produite durant le séisme de Nigata (1964) l’épandage latérale dans le sol a causé le déplacement du sol sous le lit de la rivière ce qui a imposé des pressions sur les pieux de fondation qui ont par la suite subit une déflexion et se sont déplacés .

BARRAGES
L’augmentation de La pression de l’eau peut également déclencher des éboulements et causer l’effondrement des barrages, Le barrage de San Fernando a souffert d’un effondrement du parement amont pendant le séisme de San Fernando, 1971. Heureusement, l’effondrement à peine évité de barrage, empêchant de ce fait un désastre potentiel d’inondation des secteurs urbains fortement peuplés.

FONDATIONS SUPERFICIELS
Lorsque la liquéfaction se produit la résistance du sol diminue et la capacité portante d’un dépôt de sol constituant la fondation des bâtiments se réduit significativement en provoquant le basculement ou la flottaison de l’ouvrage.

FACTEURS INFLUENÇANT LA LIQUEFACTION

AGE ET ORIGINE DES SOLS

Les dépôts naturels d’origine alluviale et fluviale ont généralement des grains de sol en état d’emballage lâche. Ces dépôts sont jeunes, faibles et exempts de Force due à la cémentation et au vieillissement.

Youd et Hoose (1977) ont déclaré qu’en règle générale, les dépôts alluviaux plus anciens que le Pléistocène tardif (10000 à 130000 ans) ne se liquéfieront probablement qu’en cas de fortes séismes, alors que les dépôts tardifs de l’Holocène (1000 ans ou moins) susceptibles de se liquéfier, et les dépôts antérieurs de l’Holocène (1 000 à 10 000 ans) sont moyennement liquéfiables.

TYPE DE SOL ET REPARTITION DES GRAINS

Le type de sol le plus sensible à la liquéfaction est celui dans lequel la résistance à la déformation est mobilisée par frottement entre les particules.

Autres facteurs tels que la forme du grain, le coefficient d’uniformité et la densité relative influencent la résistance au frottement du sol sans cohésion.

Tsuchida (1970) a résumé les résultats des analyses des tamis effectuées sur un certain nombre des sols alluviaux et diluviaux dont on savait qu’ils étaient liquéfiés ou non liquéfiés pendant les tremblements de terre. Il a proposé des plages de courbes granulométriques séparant les sols liquéfiables et non liquéfiables .

DENSITE RELATIVE

Les résultats des tests de laboratoire et les antécédents de cas indiquent que pour un sol donné le rapport des vides initial ou la densité relative est l’un des facteurs les plus importants de contrôle de la liquéfaction. La liquéfaction se produit principalement dans les sables saturés propres et les sables limoneux ayant une densité relative inférieure à 50%. Pour les sables denses cependant leur tendance à se dilater lors du cisaillement cyclique engendrera des pressions d’eau interstitielle négatives et augmentera leur résistance au cisaillement. La limite inférieure de densité relative au-delà de laquelle la liquéfaction ne se produira pas est d’environ 75%,(M.DJEMAL Abderrahmane, 2017).

DEGRE DE SATURATION

La liquéfaction ne se produira pas dans les sols secs. Seul l’établissement par suite de la densification pendant l’agitation peut être un sujet de préoccupation, on sait très peu sur le potentiel de liquéfaction des sables partiellement saturés. Les résultats des tests de laboratoire disponibles (Sherif et al.1977) montrent que la résistance à la liquéfaction des sols augmente avec un degré de saturation décroissant et que les échantillons de sable à faible degré de saturation ne peuvent se liquéfier que sous des excitations sévères et de longue durée.

TRAITEMENT DES SOLS LIQUEFIABLES

La réduction du risque dû au phénomène de liquéfaction devient nécessaire pour préserver la stabilité de la structure durant un séisme. Plusieurs techniques sont disponibles pour améliorer les faibles caractéristiques des sols susceptibles à la liquéfaction; elles peuvent être subdivisées en deux catégories comme énumérées ci-dessous :

METHODE D’AMELIORATION DES CARACTERISTIQUES DE RESISTANCE DU SOL 

Les méthodes d’amélioration des sols sont l’un des outils dont dispose l’ingénieur pour résoudre les problèmes de stabilité ou de déformations qu’il rencontre lors de l’élaboration d’un projet. De nombreuses techniques ont été développées par les ingénieurs géotechniciens au cours du 20ème siècle. Elles permettent l’amélioration des caractéristiques géotechniques et les propriétés mécaniques des terrains, et sont jugées efficaces. Et le but de ces technologies est : Augmenter la capacité portante et/ou la résistance au cisaillement; Diminuer les tassements, tant absolus que différentiels, et le cas échéant les accélérer; Diminuer ou éliminer le risque de liquéfaction en cas de tremblement de terre ou de vibrations importantes.

Parmi ces méthodes, nous citons :
Compactage dynamique: Cette technique est particulièrement applicable aux sols granulaires lâches a placée près de la surface au sol. Il s’agit d’un procédé qui consiste à pilonner le sol en surface avec une masse. L’énergie transmise par chaque impact pénètre dans le sol et produit une déstructuration, Cette méthode de compactage est largement utilisée, cependant elle possède certains inconvénients.

En effet, d’une part elle cause des vibrations et des bruits qui influencent sur le bon comportement des structures avoisinantes, et d’autre part, le compactage des sols possédant une grande quantité particules fines est assez difficile.

Vibro-flottation: La vibroflottation est un procédé dans lequel un dispositif est introduit dans le terrain lâche afin de le compacter par une vibration et une saturation simultanée. Lorsque le dispositif vibre l’eau est injectée par pompage à une vitesse telle qu’elle ne peut pas être absorbée par le sol. L’action de ces vibrations va provoquer un réarrangement des grains du sol grenu, réduisant ainsi l’indice des vides et augmentant la densité relative et la compacité du sol traité.

Colonnes ballastées: Les colonnes ballastées consistent en une incorporation par compactage de matériau granulaire, dans un terrain présentant des faibles caractéristiques géotechniques. De façon générale elles améliorent les caractéristiques mécaniques des sols par augmentation de leurs capacités portantes et réduction de leurs tassements sous les charges appliquées. Les colonnes ballastées peuvent aussi jouer le rôle d’un drain et réduire les risques de liquéfaction dans les zones sismiques.

Substitution: La substitution du profil de sol par un matériau qui ne se liquéfie pas est appelée méthode de substitution. Les graviers et les sols mixés avec du ciment sont des matériaux non liquéfiables et sont utilisés dans la réduction du risque de liquéfaction.

Technique de drainage: On peut réduire l’effet de la liquéfaction par l’amélioration du système de drainage du sol. Si l’eau interstitielle existe dans le sol peut s’écouler librement, la pression excessive d’eau interstitielle sera réduite. Les techniques de drainage incluent l’installation des drains de gravier, du sable ou des matériaux synthétiques. Les drains synthétiques de mèche peuvent être installés à divers angles, drains de gravier ou de sable qui sont généralement installés verticalement. Les techniques de drainage sont souvent utilisées en combinaison avec d’autres types des techniques d’amélioration de sol pour une réduction plus pertinente du risque de liquéfaction.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 01 : RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE 
1.1. INTRODUCTION
1.2. PHENOMENE DE LIQUEFACTION DES SOLS 
1.2.1. GENERALITES
1.2.2. DESCRIPTION DE PHENOMENE
1.2.3. EXPLICATION DE PHENOMENE
1.3. EFFETS INDUITS PAR LA LIQUEFACTION
1.3.1. FONDATIONS PROFONDES
1.3.2. BARRAGES
1.3.3. FONDATIONS SUPERFICIELS
1.4. FACTEURS INFLUENÇANT LA LIQUEFACTION
1.4.1. AGE ET ORIGINE DES SOLS
1.4.2. TYPE DE SOL ET REPARTITION DES GRAINS
1.4.3. DENSITE RELATIVE
1.4.4. DEGRE DE SATURATION
1.4.5. CONTRAINTE VERTICALE ET SURCONSOLIDATION
1.4.6. EPAISSEUR DE LA COUCHE DE SABLE
1.4.7. CARACTERISTIQUES DE CHARGEMENT SISMIQUE
1.5. TRAITEMENT DES SOLS LIQUEFIABLES
1.5.1. METHODE D’AMELIORATION DES CARACTERISTIQUES DE RESISTANCE DU SOL
1.5.1.1. Compactage dynamique
1.5.1.2. Vibro-flottation
1.5.1.3. Colonnes ballastées
1.5.1.4. Substitution
1.5.1.5. Technique de drainage
1.6. CONCLUSION
CHAPITRE 02 : EVALUATION DU POTENTIEL DE LIQUEFACTION A PARTIR DE L’ESSAI CPT. 
2.1. INTRODUCTION
2.2. PRINCIPE D’EVALUATION
2.3. RAPPORT DE LA CONTRAINTE CYCLIQUE « CSR » 
2.4. EVALUATION DU RAPPORT DE RESISTANCE CYCLIQUE « CRR »PAR L’ESSAI C.P.T. 
2.4.1. LE TEST DE PENETRATION DE CONE (C.P.T)
2.4.1.1. PRINCIPE DE L’ESSAI
2.4.1.2. METHODES DE MESURE
2.4.1.2.1. Sondage discontinu
2.4.1.2.2. Sondage continu
2.4.1.3. INTERPRETATION
2.4.1.3.1. Résistance à la pénétration du cône ou résistance de pointe
2.4.1.3.2. Effort total d’enfoncement
2.4.1.3.3. Effort de frottement latéral sur l’ensemble du fut
2.4.1.3.4. Frottement latéral unitaire local
2.4.1.3.5. Rapport de frottement
2.4.1.3.6. Indice de frottement
2.4.1.4. PRESENTATION DES RESULTATS
2.4.2. METHODES D’EVALUATION DU CRR PAR L’ESSAI C.P.T.
2.4.2.1. DETERMINATION DE « CRR » PAR LA METHODE DE ROBERTSON ET WRIDE (1998)
2.4.2.2. DETERMINATION DE « CRR » PAR LA METHODE D’ANDRUS ET AL (2004)
2.4.2.3. DETERMINATION DE « CRR » PAR LA METHODE D’IDRISS ET BOULANGER (2006)
2.5. LE COEFFICIENT DE SECURITE « FS » 
2.6. ESTIMATION DE LA PROBABILITE DE LIQUEFACTION «PL»
2.7. CONCLUSION
CHAPITRE 03 : PRESENTATION DU SITE ETUDIEE (SITE MOSTAGANEM)
3.1. INTRODUCTION
3.2. PRESENTATION DU SITE
3.1.1. LOCALISATION
3.1.2. SISMICITE
3.1.3. CONTEXTE GEOLOGIQUE
3.1.1.1. Géologie régionale
3.1.1.2. Géologie locale
3.3. PROGRAMME DE RECONNAISSANCE DU SITE
3.4. RESULTATS DES RECONNAISSANCES GEOTECHNIQUES 
3.1.4. EXPLOITATION DES RESULTATS DES SONDAGES CAROTTES
3.1.5. LEVES PIEZOMETRIQUE.
3.1.6. RESULTAT DE TEST DE PENETRATION DE CONE (C.P.T)
3.1.7. RESULTAT DES ESSAIS AU LABORATOIRE
3.5. CONCLUSION
CHAPITRE 04 : EVALUATION DU POTENTIEL DE LA LIQUEFACTION A PARTIR DE L’ESSAI CPT (SITE DE MOSTAGANEM)
4.1. INTRODUCTION
4.2. ETUDE DETERMINISTE DU POTENTIEL DE LIQUEFACTION DU SITE
4.1.1. CLASSIFICATION DES SOLS EN ESSAI « C.P.T »
4.1.2. DETERMINATION DE LA RESISTANCE EQUIVALENTE D’UN SABLE PROPRE
4.1.3. CALCUL DU «CRR», «CSR» ET « FS »
4.1.3.1. SONDAGE N° 01
4.1.3.2. SONDAGE N° 03
4.1.3.3. SONDAGE N° 03
4.1.3.4. SONDAGE N° 04
4.1.4. ANALYSE DETERMINISTE
4.3. EVALUATION DU POTENTIEL DE LA LIQUEFACTION
4.4. CONCLUSION
CONCLUSION GENERAL

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