Bonne année 2015

Inclusions rigides sous sollicitations cycliques

 

Le renforcement du sol par inclusions rigides crée un massif composite dans lequel les charges apportées se distribuent entre le sol et les inclusions rigides (IR). Ce concept de renforcement de sol nécessite la présence d’une « plate-forme de transfert de charge » entre les inclusions et l’ouvrage qu’elles supportent. Il est dimensionné avec la prise en compte d’une plasticité en tête dans le matelas et parfois même en pied. L’épaisseur minimale de la plate-forme de transfert de charge est de l’ordre de 30 cm à 50 cm.

 

Si le cas simple du comportement du sol renforcé par IR soumis à une charge verticale a été étudié par ASIRI, très peu d’études concerne le chargement horizontal (cas des semelles de bâtiment industriel par exemple) et encore moins le chargement cyclique horizontal (cas des massifs d’éolienne, des machines vibrantes, des sollicitations sismiques).

 

Une étude expérimentale en laboratoire d’une semelle carrée reposant sur un groupe de quatre IR mises en place dans une argile molle a été réalisée à une échelle 1/10 dans Laboratoire 3S-R (Grenoble) afin d’analyser la réponse de ce système sous différentes charges cycliques.

 

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Figure 1. Photo de la VisuCuve

 

Zhang (2010) a appliqué sur la semelle une charge verticale 500 N et quarante cycles de charge horizontale avec une amplitude de déplacement constante de 5 mm. Les fréquences sont de 0,05 Hz pour les essais quasi-statiques et 1,2Hz pour les essais dynamiques.

 

 

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Figure 2. Configuration et dimensions des modèles physiques (mm) (Zhang et al. 2010)   Figure 3. Déplacement imposé de 5 mm (Zhang et al. 2010)   Figure 4. Evolution des tassements de la fondation en fonction du nombre de cycles (Zhang et al. 2010)

 

 

La Figure 4 montre une forte augmentation des tassements de la semelle pour les 10 premiers cycles puis une tendance à la stabilisation plus marqué pour l’essai quasi-statique que pour l’essai dynamique. Ces tassements sont essentiellement liés au poinçonnement progressif de la tête d’inclusion dans le matelas. Celui-ci est plus faible dans l’essai quasi-statique que dans l’essai dynamique. Cette recherche a pu montrer que la compacité du matelas est primordiale pour assurer la stabilité du système.

Santrukova (2011 et 2012) a poursuivi les modélisations mais en prenant en compte d’une tête élargie en tête de l’IR afin de limiter le poinçonnement de la tête de l’inclusion dans le matelas. 3 épaisseurs de matelas 5, 8 et 10 cm à l’échelle 1/10 ont été étudiées. Le déplacement imposé de la semelle est de 2 mm et la fréquence de vibration est de 2,7 Hz pour 30 cycles. La comparaison entre les déplacements dynamiques de la semelle et les courbes PY (pression latérale P fonction du déplacement latéral Y de la tête de l’inclusion), permet  de quantifier la dissipation de l’énergie.

 

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Figure 5. modèle à une échelle de 1/10   Figure 6. l’inclusion rigide avec un tête élargie

 

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Figure 7. profils de déplacements, efforts tranchants, moments des Ir (Ir avant graphiques de gauche t1, t3, t5, t7, t9, et Ir arrière graphiques de droite t2, t4, t6, t8, t10) pour une épaisseur de matelas de 5 cm

 

 

L’analyse des résultats met en évidence des déformations moments et efforts tranchants croissants au fur et à mesures des cycles. Les augmentations sont importantes durant les premiers cycles puis commencent à se stabiliser à partir d’une dizaine de cycles.

La tête élargie de l’IR a donc un effet stabilisateur vis-à-vis des tassements des fondations. Par contre, il apparait un moment de flexion important à la base de la tête élargie. Pour une faible épaisseur de 5 cm (ou 50 cm à l’échelle 1/1) les déplacements sont multipliés par 7 et les moments fléchissant par 3 entre le premier cycle et 30ième cycle. Ce phénomène est étroitement lié à la variation du module de réaction du sol en fonction de la distorsion et à la plasticité progressive du sol. Il est cependant atténué avec des épaisseurs de matelas plus importantes.

 

La figure 8 indique pour deux épaisseur de matelas que les déplacements augmentent fortement pour les 10 premiers cycles puis tendent à se stabiliser. Si le matelas de forte épaisseur permet de réduire les déplacements de la tête d’Ir de 30 % par rapport au déplacement de la semelle à 30 cycles ce n’est pas le cas pour des faibles épaisseurs de matelas où le déplacement de l’Ir à 30 cycles correspond au déplacement de la semelle.

 

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Figure 8. évolution du déplacement horizontal de la tête des Ir en fonction du nombre de cycle

 

En conclusion, les résultats de cette recherche mettent en évidence l’effet bénéfique du matelas pour amortir les sollicitations dans les inclusions rigides. Plus le matelas est épais, meilleure sera la dissipation d’énergie cinématique et moins l’inclusion sera sollicitée. La préservation de l’intégrité d’une inclusion de petit diamètre en béton ou mortier non armé sera de ce fait mieux assurée.