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Étude des lois de comportement des sols à l’aide d’un essai d’expansion en forage réalisé avec une sonde à coquilles de déformation rigides Fabien Szymkiewicz

Description

Directeur :
Philippe Reiffsteck
Date de début :
01/10/2018
Date de fin :
30/09/2021
Résumé
Contexte et Objectifs : L'entreprise Fondasol et le département Geotechnique de l'IFSTTAR cherchent un candidat pour une thèse sur la caractérisation mécanique des sols par essais en place. L’ingénierie française du génie civil est dépositaire d’un savoir-faire précieux qui lui a permis, au cours des quarante dernières années, d’accumuler de nombreux succès techniques et de s’exporter dans le monde entier. Les grands ponts (Pont de Normandie, Viaduc de Millau, Pont Vasco de Gama, Pont de Rion-Antirion, etc.), les grandes tours (Khalifa, Petronas, Triangle), les aménagements en mer (Dubaï, Monaco), les grandes installations industrielles (barrages et centrales nucléaires) ainsi que les infrastructures linéaires (autoroutes, lignes ferroviaires à grande vitesse, tramways) et souterraines (Jubilee line, métro parisien avec les lignes Eole et L14, etc.) en sont des exemples remarquables. Ces réussites n’auraient pu se faire sans une ingénierie géotechnique capable de dimensionner les ouvrages dans leur environnement complexe et de maîtriser les risques induits par leur construction. Cette maîtrise dans le dimensionnement des ouvrages géotechniques s’appuie pour une large part sur le pressiomètre qui est devenu, en France et dans d’autres pays, près de 60 ans après son invention par Louis Ménard, un outil incontournable de l’ingénierie géotechnique. La capacité du pressiomètre, à alimenter de manière fiable les méthodes de calcul pour concevoir les ouvrages souterrains, les soutènements et les fondations des ouvrages d’art, pour suivre leur construction et pour analyser en service leur comportement, a permis à l’ingénierie de minimiser les risques pour les maîtres d’ouvrages. Les ouvrages cités précédemment ont pu être réalisés car l’essai pressiométrique présente plusieurs avantages par rapports aux autres essais in situ (Standard Penetration Test – SPT – employé dans le monde anglo-saxon) et aux essais de laboratoire (plutôt dans les pays nordiques ou en Allemagne) car c’est un essai in situ, qui permet de mesurer le comportement du sol dans son état de contrainte naturelle, sans remaniement ni changement de contrainte important comme c’est le cas du prélèvement par carottage nécessaire aux essais de laboratoire Cet essai consiste à dilater dans le sol, dans un forage préalablement réalisé, une sonde aux parois déformables et à déterminer la relation entre la pression appliquée sur le sol et le déplacement de la paroi de la sonde. Depuis son développement à la fin des années cinquante, le pressiomètre est utilisé dans la pratique française pour le dimensionnement des fondations et des parois d’ouvrages et fait l’objet de travaux de normalisation au niveau national, européen et international. L’essai pressiométrique présente de nombreux avantages : - il s’agit d’un essai rapide à exécuter et à dépouiller, il s’adosse à des méthodes robustes de conception des ouvrages, - son coût reste modéré au regard des essais de laboratoire nécessitant des prélèvements d’échantillons par carottage, - l’essai peut être réalisé dans tous les types de sols saturés ou non, y compris dans les roches tendres (avec plus d’incertitude) et les remblais, - il s’agit du seul essai fournissant à la fois un paramètre de rupture et une relation contrainte-déformation complète contrairement aux essais in situ habituellement mis en œuvre tels que les essais de pénétration statique (CPT) et l’essai au carottier battu (SPT). Cet essai souffre cependant de plusieurs défauts dont les principaux sont, outre l’incidence de la qualité du forage sur la représentativité de l’essai, la complexité du matériel mis en œuvre et l’éclatement fréquent de la sonde dès que la pression d’essai et le volume de la sonde augmentent : les membranes souples équipant les sondes de mesure sont en caoutchouc et résistent mal aux hétérogénéités du terrain lorsque la pression et le volume augmentent et, en pratique, le doublement du volume de la cavité d’essai (critère définissant la pression limite Ménard du sol) est impossible à obtenir avec les matériels actuels. Description du projet : Le but de la recherche proposée consiste à mettre au point un nouveau matériel de mesure géotechnique in situ, qui soit à la fois robuste et facile à mettre en œuvre, permettant de réaliser des mesures in situ de déformation du sol, et d’effectuer une mesure de résistance du sol jusqu’à une pression de 2 ou 3 MPa. Ces paramètres sont en effet suffisants pour concevoir les fondations pour des projets courants (immeubles de faible hauteur, sans ou avec au plus un niveau de sous-sol). Il s’agira, à l’issue de la conception du prototype de l’appareil, de réaliser des essais comparatifs avec les autres essais classiques (pressiomètre Ménard, CPT etc.) afin de pouvoir en exploiter les résultats.L’appareil de mesure envisagé sera conçu sur la base d’une sonde déformable à coquilles rigides. Ce projet vise un positionnement original sur des méthodes et essais à forte valeur ajoutée, avec le développement d’un matériel et de méthodes d’interprétation innovants. Les documents fournis au cours de la recherche et à son issue seront un nouveau type de sonde, une méthode et logiciel d’identification des paramètres, des modèles rhéologiques, des rapports annuels, un rapport de thèse, des publications scientifiques. Le(a) doctorant(e) sera salarié(e) dans l’entreprise FONDASOL et localisé(e) à Avignon. L’IFSTTAR assurera la conduite globale du projet, interviendra sur la partie traitement des signaux, analyse des données, ainsi que sur le développement de l’outil de mesure géotechnique. Des réunions trimestrielles d’avancement et d’orientation des travaux réuniront l’ensemble des parties.
Type de financement :
Convention CIFRE
Laboratoire :
SRO - Laboratoire Sols Roches et Ouvrages géotechniques
Entreprise(s) partenaire(s) :
Fondasol
École doctorale :
SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement
Cette thèse est en cours.

Mot(s)-clé(s)

  • Essais in situ
  • Géotechnique
  • Rhéologie