Sujet de thèse IFSTTAR

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Fiche détaillée :

Titre : 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

Laboratoire principal - Référent principal   -

Directeur du laboratoire principal   -

Spécialité de la thèse Géotechnique

Axe 2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures

Site principal Marne-la-Vallée

Etablissement d'inscription UNIVERSITE PARIS-EST

Ecole doctorale SCIENCES, INGENIERIE ET ENVIRONNEMENT (SIE)

Directeur de thèse prévu REIFFSTECK Philippe  -    -

Type de financement prévu Thèse CIFRE   - Fondasol

Résumé

L’essai pressiométrique (PMT) était jusqu’à présent le seul essai in situ en mécanique des sols permettant d’accéder à une courbe contrainte-déformation complète du sol. Cette spécificité ena fait un essai privilégié pour le dimensionnement des fondations superficielles, permettant à l’ingénieur d’estimer à la fois la charge limite supportable par le sol et le tassement induit sous l’ouvrage en état de service.
Ce mémoire présente les travaux portant sur le développement d’un nouvel appareil de mesure des déformations en forage, baptisé Dilatosol. L’essai au dilatomètre Fondasol (DFT) consiste à écarter à vitesse constante deux coquilles rigides et semi-cylindriques contre la paroi d’un forage réalisé au préalable. La mesure simultanée de la contrainte appliquée sur la paroi et du déplacement des coquilles permet d’accéder à une courbe contrainte-déformation complète du sol. Cet essai de chargement unidirectionnel est une extension de l’essai au dilatomètre rigide pour l’étude des sols alors qu’il était jusque-là uniquement pratiqué en mécanique des roches.
Ces travaux de thèse ont débuté dès la fin de conception du premier appareil. Notre méthode de validation du matériel de mesure s’est basée, à l’issue d’une confirmation métrologique en atelier, sur une étude comparative avec le pressiomètre Ménard. Cette approche a permis de faire évoluer le concept de la sonde Dilatosol qui s’est finalement déclinée en quatre prototypes. Le dernier en date permet d’appliquer sur le sol une contrainte de 4 MPa et un enfoncement relatif de la paroi du forage d’environ 40 % au moyen de pistons hydrauliques. La conception successive de ces appareils a été intégralement prise en charge par le service matériel, recherche et développement de Fondasol avec le concours de l’université Gustave Eiffel.
Au travers des nombreux essais menés sur des sites présentant des contextes géotechniques variés, le dernier prototype a permis d’extraire de la courbe de chargement deux paramètres mécaniques des sols : un paramètre de déformabilité de type module pseudo-élastique défini à partir de la théorie de l’élasticité, et un paramètre de rupture défini par analogie avec la contrainte limite du sol soumis au chargement d’une fondation. Les résultats montrent que les différents modèles analytiques proposés donnent des résultats comparables en termes de module. De plus, le module au Dilatosol est proche du module pressiométrique ce qui est confirmé par des simulations numériques aux éléments finis. Quant au paramètre de rupture, les divers critères proposés donnent des résultats variables étant donné les multiples manières dont on peut définir la rupture. Nous montrons qu’un critère de type initiation de la propagation de déformations plastiques à partir de la paroi du forage donne une contrainte limite proche de la pression limite conventionnelle pressiométrique, et nous proposons donc de conserver ce paramètre en première approche.
Enfin, grâce à une campagne d’essais croisés de chargement de fondation, d’essais pressiométriques et d’essais au Dilatosol, nous proposons une application directe de ces paramètres pour le dimensionnement d’une fondation superficielle circulaire. Les résultats montrent que l’on peut estimer les tassements à l’état limite de service et une contrainte limite à l’état ultime en adéquation avec les méthodes pressiométriques.
Les résultats de ces recherches montrent que le Dilatosol peut se présenter comme une alternative fiable au pressiomètre pour la conception des fondations superficielles.

Mots-clefs: Mécanique des sols ; essai d’expansion en forage ; in situ ; pressiomètre ; dilatomètre rigide ; chambre d’étalonnage ; module ; déformation ; état limite

Laboratoire principal - Référent principal	-
Directeur du laboratoire principal	-
Spécialité de la thèse	Géotechnique
Axe	2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures
Site principal	Marne-la-Vallée
Etablissement d'inscription	UNIVERSITE PARIS-EST
Ecole doctorale	SCIENCES, INGENIERIE ET ENVIRONNEMENT (SIE)
Directeur de thèse prévu	REIFFSTECK Philippe - -
Type de financement prévu	Thèse CIFRE - Fondasol
Résumé L’essai pressiométrique (PMT) était jusqu’à présent le seul essai in situ en mécanique des sols permettant d’accéder à une courbe contrainte-déformation complète du sol. Cette spécificité ena fait un essai privilégié pour le dimensionnement des fondations superficielles, permettant à l’ingénieur d’estimer à la fois la charge limite supportable par le sol et le tassement induit sous l’ouvrage en état de service. Ce mémoire présente les travaux portant sur le développement d’un nouvel appareil de mesure des déformations en forage, baptisé Dilatosol. L’essai au dilatomètre Fondasol (DFT) consiste à écarter à vitesse constante deux coquilles rigides et semi-cylindriques contre la paroi d’un forage réalisé au préalable. La mesure simultanée de la contrainte appliquée sur la paroi et du déplacement des coquilles permet d’accéder à une courbe contrainte-déformation complète du sol. Cet essai de chargement unidirectionnel est une extension de l’essai au dilatomètre rigide pour l’étude des sols alors qu’il était jusque-là uniquement pratiqué en mécanique des roches. Ces travaux de thèse ont débuté dès la fin de conception du premier appareil. Notre méthode de validation du matériel de mesure s’est basée, à l’issue d’une confirmation métrologique en atelier, sur une étude comparative avec le pressiomètre Ménard. Cette approche a permis de faire évoluer le concept de la sonde Dilatosol qui s’est finalement déclinée en quatre prototypes. Le dernier en date permet d’appliquer sur le sol une contrainte de 4 MPa et un enfoncement relatif de la paroi du forage d’environ 40 % au moyen de pistons hydrauliques. La conception successive de ces appareils a été intégralement prise en charge par le service matériel, recherche et développement de Fondasol avec le concours de l’université Gustave Eiffel. Au travers des nombreux essais menés sur des sites présentant des contextes géotechniques variés, le dernier prototype a permis d’extraire de la courbe de chargement deux paramètres mécaniques des sols : un paramètre de déformabilité de type module pseudo-élastique défini à partir de la théorie de l’élasticité, et un paramètre de rupture défini par analogie avec la contrainte limite du sol soumis au chargement d’une fondation. Les résultats montrent que les différents modèles analytiques proposés donnent des résultats comparables en termes de module. De plus, le module au Dilatosol est proche du module pressiométrique ce qui est confirmé par des simulations numériques aux éléments finis. Quant au paramètre de rupture, les divers critères proposés donnent des résultats variables étant donné les multiples manières dont on peut définir la rupture. Nous montrons qu’un critère de type initiation de la propagation de déformations plastiques à partir de la paroi du forage donne une contrainte limite proche de la pression limite conventionnelle pressiométrique, et nous proposons donc de conserver ce paramètre en première approche. Enfin, grâce à une campagne d’essais croisés de chargement de fondation, d’essais pressiométriques et d’essais au Dilatosol, nous proposons une application directe de ces paramètres pour le dimensionnement d’une fondation superficielle circulaire. Les résultats montrent que l’on peut estimer les tassements à l’état limite de service et une contrainte limite à l’état ultime en adéquation avec les méthodes pressiométriques. Les résultats de ces recherches montrent que le Dilatosol peut se présenter comme une alternative fiable au pressiomètre pour la conception des fondations superficielles.
Mots-clefs:	Mécanique des sols ; essai d’expansion en forage ; in situ ; pressiomètre ; dilatomètre rigide ; chambre d’étalonnage ; module ; déformation ; état limite

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