Sujet de thèse IFSTTAR

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Fiche détaillée :

Titre : Utilisation des sols fins traités au liants hydrauliques comme matériaux pour les plateformes de transferts de charges reposant sur un réseau d'inclusions rigides

Laboratoire principal - Référent principal   -

Directeur du laboratoire principal   -

Spécialité de la thèse Mécanique - Géotechnique

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

Site principal Nantes

Etablissement d'inscription UNIVERSITE DE NANTES

Ecole doctorale Sciences de l'Ingénierie et des Systèmes (SIS)

Directeur de thèse prévu THOREL Luc  -  Université Gustave Eiffel  -  GERS - CG

Type de financement prévu Contrat doctoral  - Ifsttar

Résumé

Lors de la construction de structures et d’infrastructures de génie civil, les sols en place, lorsqu’ils sont trop compressibles, peuvent poser de graves problèmes pour la stabilité et la pérennité des ouvrages. Pour remédier à ces difficultés et réduire les tassements, dans le respect des principes du développement durable, la méthode de renforcement des sols par inclusions rigides verticales a été développée. Ce procédé, rapide dans sa mise en œuvre, permet de conserver le sol en place, ce qui constitue un avantage environnemental, sociétal et économique [1].
Dans le principe, la charge générée par la structure est transmise au substratum rigide via une plateforme de transfert de charge (PTC) reposant sur une réseau d’inclusions rigides qui traversent le sol compressible [2].
La PTC permet de concentrer les charges sur les inclusions, de réduire et d’homogénéiser les tassements en surface. Elle est généralement constituée d’un matériau d’apport de bonne qualité comme une grave ou du ballast. Mais cette option est très couteuse au sens du développement durable. Pour limiter ces coûts, une solution consiste alors à utiliser comme matériau pour la PTC, les sols présents dans l’emprise du projet en les traitant avec quelques pourcents de liants hydrauliques [3].
Néanmoins, à l’heure actuelle, et comme c’est souvent le cas en ce qui concerne les sols traités aux liants hydrauliques (STLH), cette approche reste empirique [4-5], et les professionnels du secteur mettent en évidence le besoin de définir des règles de dimensionnement fondés sur des essais de caractérisation des matériaux afin de cadrer rigoureusement les cas d’application [6].
Dans ce cadre, les objectifs principaux de la thèse proposée sont les suivants :
- Définir les caractéristiques mécaniques des STLH. On s’intéressera notamment à préciser les lois de comportement des matériaux sous sollicitations statiques et dynamiques afin de pouvoir les intégrer dans des modèles numériques.
- Définir et réaliser un essai structurel à échelle réduite, simulant le fonctionnement d’une PTC sous sollicitations dynamiques. En couplant cet essai avec les lois de comportement, on souhaite mettre en avant les paramètres mécaniques indispensables au dimensionnement des ouvrages. Une attention particulière sera portée au mode de préparation des matériaux qui devra être le plus proche possible des conditions in-situ.
Par ailleurs, dans le domaine des STLH, il a été montré que les paramètres classiques de caractérisation des matériaux ne permettaient pas d’anticiper leurs performances [7]. C’est pourquoi, en parallèle de cette approche mécanique, appliquée, une approche minéralogique, fondamentale, sera initiée. Cette approche comprendra en particulier une description fine des sols et des liants employés à partir de techniques d’analyse chimique élémentaire (spectroscopie, analyse dispersive en énergie), et techniques d’analyse cristallographique (diffraction des rayons X). L’objet sera de déterminer les paramètres permettant de modéliser, en fonction du temps, les interactions entre les phases et les réactions de sorption ou de complexation sur les surfaces solides (méthode titrimétrique). Ces études sont un prélude nécessaire à la description microscopique (modélisations moléculaires) des observations mécaniques à l’échelle macroscopique.
A l’issue de ces travaux, on attend la publication dans la littérature scientifique internationale référencée d’au moins deux articles.

Le candidat retenu devra être titulaire d’un master 2 recherche dans une discipline pertinente de la mécanique ou de la science des matériaux. Il devra faire preuve de motivation, de curiosité scientifique et d’appétence pour les montages mécaniques. Une bonne maitrise de la langue anglaise (écrite et parlée) est nécessaire.

REFERENCES :
[1] Jenck, O., Dias, D., Kastner, R. Two-dimensional physical and numerical modeling of a pile-supported earth platform over soft soil. J. Geotech. Geoenviron. 2007; 133(3):295-305.
[2] Blanc, M., Thorel, L., Girout, R., Almeida, M. Geosynthetic reinforcement of a granular load transfer platform above rigid inclusions: comparison between centrifuge testing and analytical modelling. Geosynth. Int. 2014; 21(1):37-52.
[3] Preteseille, M., Lenoir, T., Hornych, P. Sustainable upgrading of fine-grained soils present in the right-of-way of High Speed Rail projects. Const. Build. Mat. 2013; 44:48-53.
[4] Okyay, U., Dias, D. Use of lime and cement treated soils as pile supported load transfer platform. Eng. Geol. 2010; 114(1-2):34-44.
[5] Preteseille, M., Lenoir, T. Mechanical fatigue behavior in treated/stabilized soils subjected to a uniaxial flexural test. Int. J. Fatigue. 2015;77:41-49.
[6] IREX. Recommandations pour la conception, le dimensionnement, l’exécution et le contrôle de l’amélioration des sols de fondation par inclusions rigides. Presses Ponts et Chaussées Ed. 2012. ISBN 978-2-85978-462-1.
[7] Lemaire, K., Deneele, D., Bonnet, S., Legret, M. Effects of lime and cement treatment on the physicochemical, microstructural and mechanical characteristics of a plastic silt. 2013; 166:255-261.

ENCADREMENT:
Directeur de la thèse:
Luc Thorel – IFSTTAR/GERS/GMG
Luc.thorel@ifsttar.fr
Tel: +33 (0)2 40 84 58 08
http://www.ifsttar.fr/menu-haut/annuaire/fiche-personnelle/personne/thorel-luc/
Encadrement :
Thomas Lenoir – IFSTTAR/GERS/GMG
Thomas.lenoir@ifsttar.fr
Tel: +33 (0)2 40 84 57 85
http://www.ifsttar.fr/menu-haut/annuaire/fiche-personnelle/personne/lenoir-thomas/

Mots-clefs: inclusions rigides; sols traités aux liants hydrauliques; performances mécaniques; identification minéralogique

Laboratoire principal - Référent principal	-
Directeur du laboratoire principal	-
Spécialité de la thèse	Mécanique - Géotechnique
Axe	2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures
Site principal	Nantes
Etablissement d'inscription	UNIVERSITE DE NANTES
Ecole doctorale	Sciences de l'Ingénierie et des Systèmes (SIS)
Directeur de thèse prévu	THOREL Luc - Université Gustave Eiffel - GERS - CG
Type de financement prévu	Contrat doctoral - Ifsttar
Résumé Lors de la construction de structures et d’infrastructures de génie civil, les sols en place, lorsqu’ils sont trop compressibles, peuvent poser de graves problèmes pour la stabilité et la pérennité des ouvrages. Pour remédier à ces difficultés et réduire les tassements, dans le respect des principes du développement durable, la méthode de renforcement des sols par inclusions rigides verticales a été développée. Ce procédé, rapide dans sa mise en œuvre, permet de conserver le sol en place, ce qui constitue un avantage environnemental, sociétal et économique [1]. Dans le principe, la charge générée par la structure est transmise au substratum rigide via une plateforme de transfert de charge (PTC) reposant sur une réseau d’inclusions rigides qui traversent le sol compressible [2]. La PTC permet de concentrer les charges sur les inclusions, de réduire et d’homogénéiser les tassements en surface. Elle est généralement constituée d’un matériau d’apport de bonne qualité comme une grave ou du ballast. Mais cette option est très couteuse au sens du développement durable. Pour limiter ces coûts, une solution consiste alors à utiliser comme matériau pour la PTC, les sols présents dans l’emprise du projet en les traitant avec quelques pourcents de liants hydrauliques [3]. Néanmoins, à l’heure actuelle, et comme c’est souvent le cas en ce qui concerne les sols traités aux liants hydrauliques (STLH), cette approche reste empirique [4-5], et les professionnels du secteur mettent en évidence le besoin de définir des règles de dimensionnement fondés sur des essais de caractérisation des matériaux afin de cadrer rigoureusement les cas d’application [6]. Dans ce cadre, les objectifs principaux de la thèse proposée sont les suivants : - Définir les caractéristiques mécaniques des STLH. On s’intéressera notamment à préciser les lois de comportement des matériaux sous sollicitations statiques et dynamiques afin de pouvoir les intégrer dans des modèles numériques. - Définir et réaliser un essai structurel à échelle réduite, simulant le fonctionnement d’une PTC sous sollicitations dynamiques. En couplant cet essai avec les lois de comportement, on souhaite mettre en avant les paramètres mécaniques indispensables au dimensionnement des ouvrages. Une attention particulière sera portée au mode de préparation des matériaux qui devra être le plus proche possible des conditions in-situ. Par ailleurs, dans le domaine des STLH, il a été montré que les paramètres classiques de caractérisation des matériaux ne permettaient pas d’anticiper leurs performances [7]. C’est pourquoi, en parallèle de cette approche mécanique, appliquée, une approche minéralogique, fondamentale, sera initiée. Cette approche comprendra en particulier une description fine des sols et des liants employés à partir de techniques d’analyse chimique élémentaire (spectroscopie, analyse dispersive en énergie), et techniques d’analyse cristallographique (diffraction des rayons X). L’objet sera de déterminer les paramètres permettant de modéliser, en fonction du temps, les interactions entre les phases et les réactions de sorption ou de complexation sur les surfaces solides (méthode titrimétrique). Ces études sont un prélude nécessaire à la description microscopique (modélisations moléculaires) des observations mécaniques à l’échelle macroscopique. A l’issue de ces travaux, on attend la publication dans la littérature scientifique internationale référencée d’au moins deux articles. Le candidat retenu devra être titulaire d’un master 2 recherche dans une discipline pertinente de la mécanique ou de la science des matériaux. Il devra faire preuve de motivation, de curiosité scientifique et d’appétence pour les montages mécaniques. Une bonne maitrise de la langue anglaise (écrite et parlée) est nécessaire. REFERENCES : [1] Jenck, O., Dias, D., Kastner, R. Two-dimensional physical and numerical modeling of a pile-supported earth platform over soft soil. J. Geotech. Geoenviron. 2007; 133(3):295-305. [2] Blanc, M., Thorel, L., Girout, R., Almeida, M. Geosynthetic reinforcement of a granular load transfer platform above rigid inclusions: comparison between centrifuge testing and analytical modelling. Geosynth. Int. 2014; 21(1):37-52. [3] Preteseille, M., Lenoir, T., Hornych, P. Sustainable upgrading of fine-grained soils present in the right-of-way of High Speed Rail projects. Const. Build. Mat. 2013; 44:48-53. [4] Okyay, U., Dias, D. Use of lime and cement treated soils as pile supported load transfer platform. Eng. Geol. 2010; 114(1-2):34-44. [5] Preteseille, M., Lenoir, T. Mechanical fatigue behavior in treated/stabilized soils subjected to a uniaxial flexural test. Int. J. Fatigue. 2015;77:41-49. [6] IREX. Recommandations pour la conception, le dimensionnement, l’exécution et le contrôle de l’amélioration des sols de fondation par inclusions rigides. Presses Ponts et Chaussées Ed. 2012. ISBN 978-2-85978-462-1. [7] Lemaire, K., Deneele, D., Bonnet, S., Legret, M. Effects of lime and cement treatment on the physicochemical, microstructural and mechanical characteristics of a plastic silt. 2013; 166:255-261. ENCADREMENT: Directeur de la thèse: Luc Thorel – IFSTTAR/GERS/GMG Luc.thorel@ifsttar.fr Tel: +33 (0)2 40 84 58 08 http://www.ifsttar.fr/menu-haut/annuaire/fiche-personnelle/personne/thorel-luc/ Encadrement : Thomas Lenoir – IFSTTAR/GERS/GMG Thomas.lenoir@ifsttar.fr Tel: +33 (0)2 40 84 57 85 http://www.ifsttar.fr/menu-haut/annuaire/fiche-personnelle/personne/lenoir-thomas/
Mots-clefs:	inclusions rigides; sols traités aux liants hydrauliques; performances mécaniques; identification minéralogique

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