ILLUSTRATION DES TRAVAUX - VALORISATION DE THESES - EXPERTISES

Ces travaux visent à caractériser la distribution spatio-temporelle de pression à l’interface sol-structure lors d’un impact sur une couche de sable protégeant une structure de génie civil.

L’emploi d’une couche de sable en protection de structure contre les impacts rocheux est une solution technique consacrée par l’usage. Pour autant, la capacité et les limites de cette technique sont aujourd’hui (2017) encore faiblement établies. Une campagne d’essais expérimentaux instrumentés a été menée pour caractériser la distribution spatio-temporelle de pression induite à l’interface entre la couche de sol protectrice et la structure, dans différentes configurations d’impact caractérisées par l’épaisseur de sable (D), le diamètre équivalent du bloc rocheux (B, ou sa masse) et sa hauteur de chute libre (H, ou sa vitesse d’impact). Ces essais ont été réalisés en vraie grandeur à la station de l’Ifsttar à Montagnole. L’étude paramétrique expérimentale a comporté 43 essais, combinant différentes valeurs de D, B et H de l’ordre de celles rencontrées en pratique, jusqu’à une masse de 7.5 t à une vitesse de 90 km/h impactant une couche de sable épaisse de 2 m protégeant une dalle en béton armé. L’analyse des essais a permis d’établir l’expression de la distribution spatio-temporelle de pression induite à l’interface sol-structure lors d’un impact. Les paramètres de cette expression sont propres à la nature et compactage du sable de protection. Pour la dimension et la vitesse d'impact du bloc rocheux données par l'étude d'aléa, l'impulsion de pression au travers de la couche de sol protectrice issue du modèle permet le dimensionnement en dynamique de la structure.

Mots-clés

sable, couche protectrice, impact, chute de blocs, rocheux

Le clouage des sols est une innovation française majeure en Géotechnique de la fin des années 1970 pour construire des soutènements par installation à chaque passe d’excavation de renforcements dans les sols en place. Depuis l’invention de cette technique, une couche de béton projeté apporte un confinement immédiat aux terrains après excavation, laquelle est ultérieurement intégrée dans un parement définitif en béton armé réalisé par passes successives de béton projeté. Le procédé de construction du parement Auto-Drainant et Optimisé en Carbone (AD/OC) développé par NGE Fondations est basé sur l’utilisation d’éléments préfabriqués. Ce nouveau procédé présente de nombreux avantages :

- Élimination des risques d’accidents du travail inhérents à la projection de béton,

- Amélioration de plus de 50% du bilan carbone des chantiers par réduction du volume de béton nécessaire – pas de comblement des hors profils par béton projeté, ni de perte par rebond à la projection,

- Drainage de la paroi intégré au processus de construction, par injection de gravette cimentée entre le terrain à soutenir et l’élément de parement préfabriqué,

- Aspect souhaité de l’ouvrage fini intégré au procédé de construction,

- Maîtrise de la résistance mécanique du parement

- L’objectif du projet AD/OC a été d’améliorer les connaissances sur le fonctionnement des massifs en sol cloué et le dimensionnement de leur parement.

Les travaux ont combiné expérimentation et modélisation numérique en déformations. Des essais sur modèles physiques réduits en centrifugeuse ont été réalisés pour étudier l’influence de la longueur des renforcements et de la hauteur du mur sur les efforts au parement et leur distribution. Les efforts le long des renforcements ont été observés finement en équipant de fibres optiques les clous du modèle réduit. Parallèlement, un modèle numérique tridimensionnel de calcul en déformations des murs en sol cloué a été développé. La confrontation des modèles physiques et numériques a permis de préciser la distribution des efforts au parement des murs cloués, avec en perspective une intégration des résultats dans les approches de dimensionnement conventionnelles basées sur les calculs à la rupture (mise à jour du logiciel PROSPER de l’Ifsttar).

La compréhension du comportement des ancrages passifs scellés au rocher nécessite de définir celui de l’interface barre-scellement. Sollicitée en cisaillement, différents mécanismes de rupture interviennent suivant les conditions de confinement. Or les modèles issus des études expérimentales se limitent à décrire le comportement tangentiel sans considérer l’influence de paramètres comme l’épaisseur de scellement ou la rigidité de la roche.

Une approche numérique est ici proposée pour étudier le comportement tangentiel de l’interface barre-scellement, en tenant compte du comportement radial. Pour cela, des essais d’arrachement de Moosavi et al. (2005) (Figure 1, Figure 2) sur de faibles longueurs de barre scellées ont été reproduits numériquement dans un modèle en 2D axisymétrique (Figure 3), tenant compte des conditions d’essai, ainsi que de la géométrie réelle de la barre d’acier. Une attention particulière a été portée à la définition du comportement du matériau de scellement afin de reproduire les différents mécanismes de rupture possibles. Pour décrire le comportement en traction, ainsi que celui en compression, l'effet d'échelle a ainsi été pris en compte. 

La modélisation a permis de reproduire différents mécanismes de rupture à l’interface barre – scellement : la rupture en traction générant des fissures qui se développent à partir de l’interface (Figure 4a) ; la rupture en compression par l’écrasement/cisaillement du scellement à l’avant des verrous (Figure 4b) ; le chemin de rupture à l’interface barre – scellement (Figure 4c). Figure 4 : Endommagement et déformation à l'interface barre-scellement.

La confrontation entre les résultats numériques et expérimentaux présentée sur la Figure 5 montre une bonne concordance entre eux et permet donc de valider ce modèle numérique. Ce dernier va être utilisé pour effectuer une étude paramétrique du comportement tangentiel de l’interface en faisant varier les conditions de confinement. Figure 5 : Comparaison entre les résultats de la modélisation numérique et ceux des essais de Moosavi et al (2005) pour différentes contraintes de confinement.

bjectif du projet de recherche dans lequel cette préparation s’inscrit, est d’étudier l’effet d’échelle sur la résistance au cisaillement de l’interface béton-roche de la fondation d’un barrage-poids. Il est ainsi prévu de réaliser des essais de cisaillement direct sur des interfaces béton-roche de grandes dimensions (jusqu’à 1 ,5 m²) à l’aide de la grande boite de cisaillement du CEREMA DTer-CE.

L’éprouvette à tester est constituée de deux demi-blocs, un demi-bloc supérieur formé de béton coulé directement sur un demi-bloc inférieur formé d’un bloc rocheux (complété à sa base par une couche de béton). Le demi-bloc supérieur en béton représente le corps du barrage-poids. Le demi-bloc inférieur représente la fondation rocheuse. Le contact entre les deux demi-blocs constitue l’interface béton-roche qui est l’objet de cette étude. Chaque demi-bloc a un volume de 1500 (l) x 1000 (L) x 625 (H) mm³. La couche de béton coulée au-dessous de la partie rocheuse dans le demi-bloc inférieur permet d’ajuster la surface rocheuse du demi-bloc inférieur dans le plan de cisaillement de la grande boite de cisaillement.

Quatre éprouvettes sont en cours de préparation au sein du laboratoire RRO. Par ordre chronologique, les différentes étapes de préparation d’une éprouvette sont les suivantes : Télécharger le pdf