1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

Ministre de lEnseignement Suprieur

et de la Recherche Scientifique

Universit Hadj lakhdar Batna

Institut de Gnie Civil, d'Hydraulique et d'Architecture

Dpartement de Gnie Civil

Mmoire de Magister en Gnie Civil

Option : Gotechnique

Prsent par

Boulfoul Khalifa

pour obtenir le diplme de Magister en : Gotechnique

ETUDE NUMERIQUE SUR LEFFET DE LESPACEMENT DES GEOGRILLES

SUR LES MECANISMES DE RUPTURE DES MURS EN SOL RENFORCE

Sous la direction de : Hammoud. F

Mmoire soutenu le :26/04/2012

Devant le jury compos de :

Jury Grade Affiliation Qualit

Belachia. M Professeur U. Skikda Prsident

Hammoud. F M.C classe A U. Batna Rapporteur

Abbeche .K Professeur U. Batna Examinateur

Messast .S M.C classe A U. Skikda Examinateur

Baheddi .M M.C classe A U. Batna Examinateur

ANNEE UNIVERSITAIRE : 2011/2012

2Remerciement

A la fin de ce travail, je ne manque d'adresser mes sincres remerciements

notre dieu le grand crateur qui m'a guid dans mes pats pour arriver ce

niveau.

Nombreuses sont les personnes qui m'ont aid raliser ce travail, aux quelles je

dois avec plaisir, prsenter mes remerciements:

Jai lhonneur davoir comme encadreur monsieur Hammoud Farid, qui na

pas hsit me faire confiance, et davoir me partager son norme exprience, sa

patience, sa comprhension, et son suivi continu au cours de la ralisation de ce

travail.

Je tiens galement le pour ses conseil et son soutien

Jadresse galement mes vifs remerciements aux membres de jury, pour avoir

bien voulu lire, commenter et dbattre mon travail.

Je remercie toute personne, qui de prs ou de loin ayant gnreusement

contribue llaboration de ce travail.

Je remercie vivement tout lensemble des personnels du dpartement de gnie

civil.

-Si par mgarde, jai oubli quelquun, quil me pardonne et quil soit remerci

pour tous.

Boulfoul.K

3ABSTRACT

The reinforced soil segmental walls using geosynthetic are now frequently used in different

construction Project. This Works is dedicated to studies wich aim to improve the

comprehension of the behavior of this type of structures.

The failure mecanism of extensible elements reinforced earth retaining structures have been

studied by conducting afinite element numerical analysis with different combinations of

spacings between layers of reinforcement, layer lengths, geogrids stifness, shearing resistance,

parameters (cohesive and cohesivelesss soils).The /c reduction method whith is a special

reduction technique of the shearing resistance parameters have been appelied in order to

simulate the failure conditions.Results of the /c reduction analysis have been used to evaluete

the hypothesis used in the desing procedures of retaining structures reinforced with

geosynthetics

Key Words: geogrid, numerical modelling ,reinforced earth wall ,plaxis ,stability.

4RESUME

Les ouvrages parements en bloc modulaires, renforcs par des nappes gosynthtiques

sont de plus en plus utiliss dans diffrent projet de construction. Ce travail sinsre dans les

tudes ddies la comprhension du comportement de ce type douvrage.

Les mcanismes de rupture des ouvrages de soutnement en remblai renforcs au moyen

dlments extensible on t tudis en performant une analyse numrique par la mthode des

lments finie avec diffrentes combinaison,despacement entre nappe de renforcement,

longueur des nappes, rigidits des gogrilles, les paramtres de la rsistance au

cisaillement(sol pulvrulent et cohrent) .La mthode de rduction /c qui une technique de

rduction spciale des paramtres de rsistance au cisaillement, a t appliqu pour simuler

les conditions de rupture. Des rsultats de lanalyse de la rduction /c on t utiliss pour

valuer les hypothses utiliss dans les procdures de calcul des murs en sol renforcs par des

gosynthtiques.

Mots cls : Gogrille, Modlisation numrique, Mur en sol renforc, Plaxis, Stabilit.

5INTRODUCTION GENERALE

Jusqu la fin du neuvime sicle, le soutnement des terres tait assur par le seul

poids dun ouvrage massif. Aprs linvention du bton arm et son rapide dveloppement au

dbut du vingtime sicle on a ralis des murs de soutnements en bton arm o les terres

au-dessus de la semelle arrire contribue la stabilit du mur, mais toute la pousse est

reprise par le voile en bton arm. En 1963, Henri Vidal associe des armatures mtalliques

rsistant bien la traction et invente un nouveau matriau composite :la terre arme (le sol

renforc).

La technique de renforcement des sols par gosynthtiques sest dveloppe pour une

large varit dapplications dans plusieurs domaines (hydraulique, mcanique, environnement

etc.). Selon le domaine dapplication ou la fonction de louvrage, linclusion gosynthtique

amliore les proprits du sol l ou il fait dfaut. En tant que le gogrilles est une produit

apparent il est de plus en plus utiliss dans les murs en sol renforcs

Le sol renforc est une structure composite forme par l'interaction du sol avec des

armatures mtalliques ou polymres (gosynthtique)disposes horizontalement . Le poids du

sol tend agir comme un groupe ou (un massif) homogne monolithique, soutenant son propre

poids ainsi que les charges externes pour lesquels il a t conu. La fonction principale des

couches darmatures l'intrieur du sol est d'amliorer la rsistance la traction du corps du

sol par le frottement cr travers la surface darmature et la rsistance passive dans le sens

transversal au dplacement. La contrainte de cisaillement moyenne mobilis par le sol est

rduite, alors que la contrainte normale moyenne saccentue sur la surface de rupture.

Bien que des ouvrages de soutnement de sol arm aient t construits depuis 40 ans,

leurs mcanismes de rupture ne sont pas bien compris (Leshchinsky N ,Vulova M,2001).

Comprendre les mcanismes de rupture dun sol renforc est linfluence de quelque

paramtre telle que lespacement entre les renforts, la longueur et la rigidit des renforts et

les proprits de sol est possible travers les essais de laboratoire et in situ, ainsi que par

l'analyse par lments finis. La conception classique des ouvrages de mur de soutnement

segmentaires (ou bloc modulaire) est gnralement effectue en utilisant lanalyse lquilibre

6limite. Les plans de rupture utiliss dans les codes de conception actuels refltent les

conclusions des plans de rupture conventionnelles dtermines pour des structures de

soutnement et adapts aux matriaux darmature mtallique. Cette adaptation inclus

galement le renforcement go-synthtiques.

Ce travail traite le comportement des ouvrages de soutnement en sol renforc et lapport

des gogrilles en matire de stabilit et de renforcement.

Les gogrilles sont intercales dans un sol prsentant des caractristiques particulires

soumis des contraintes tangentielles dues lamorce dun glissement.

Les diffrentes tudes effectues faisant varier les caractristiques intrinsques du matriau

ainsi que des paramtres lis aux gogrilles ont dmontr lapport considrable en matire de

stabilit. Et de mcanisme de rupture.

Le travail prsent dans ce mmoire a pour objet dtudier essentiellement leffet des

espacements verticaux, la longueur des nappes de gogrilles, la rigidit des nappes et les

caractristiques mcaniques du remblai sur les mcanismes de rupture. Les analyses ont t

effectues en utilisant un logiciel de simulation numrique (PLAXIS ).

Le mmoire est divis en cinq chapitres dtaills ci-dessous :

- Le premier chapitre : lutilisation des gogrilles dans le renforcement du sol en

donnant un bref aperu sur les diffrents gotextiles utiliss et leur fonction.

- Le deuxime chapitre : concerne le prdimensionnement des gogrilles et la mthode

danalyse de la stabilit des murs en sols renforcs par gogrille.

- Le troisime chapitre : une synthse bibliographique des travaux dtudes ralises

ce jour.

- Le quatrime chapitre : son t consacr la prsentation de loutil de simulation

numrique (PLAXIS) et ses possibilits de rsolutions numriques de ces problmes

gotechniques.

- Le cinquime chapitre : a trait aux problmes de modlisation numrique du

comportement des murs en sol renforc et les effets de quelque paramtres importants

tel que les espacement verticaux entre les nappes, les paramtres lis aux lments de

renforcement (longueur des nappes ,la rigidit axiale ), ainsi que les proprits

mcaniques.

7Table des matires

INTRODUCTION GENERALE ....................................................................................................16

1 Utilisation des gogrilles dans le renforcement des sols ............................................................18

1.1 Introduction .........................................................................................................................18

1.2 Principaux types douvrages de soutnement......................................................................18

1.2.1 Les rideaux ...................................................................................................................18

1.2.2 Les murs de soutnement classique .............................................................................18

1.2.3 Les massifs en terre renforcs (le sol renforcs ou le sol synthtique) ........................19

1.3 Renforcement des sols par inclusions..................................................................................19

1.3.1 Introduction ..................................................................................................................19

1.3.2 La terre arme...............................................................................................................20

1.4 Les diffrents types des parements......................................................................................21

1.5 Renforcement des sols par inclusion flexibles ...................................................................21

1.5.1 Les gosynthtiques .....................................................................................................21

1.6 Classification des gotextiles...............................................................................................23

1.6.1 Introduction ..................................................................................................................23

1.6.2 Le gotextile non tiss..................................................................................................24

1.6.3 Les gotextiles tisss ....................................................................................................24

1.6.4 Le gotextile tricot......................................................................................................24

1.6.5 Gocomposite...............................................................................................................25

1.6.6 Les gogrilles ...............................................................................................................25

1.7 Les rles et les fonctions des gotextiles.............................................................................25

1.7.1 Les rles mcaniques ...................................................................................................25

1.7.2 Rles hydrauliques .......................................................................................................26

1.8 Les gogrilles.......................................................................................................................27

1.9 Principaux caractristiques des gosynthtiques.................................................................29

1.9.1 Mesures et vrification des caractristiques des gotextiles ........................................31

1.10Exemples dutilisation des gosynthtiques dans le renforcement des sols........................32

1.10.1 Renforcement de pentes raides et des talus subverticaux ............................................32

1.10.2 Mur en sol renforc ......................................................................................................33

1.10.3 Routes et voies ferres..................................................................................................33

1.11Avantages Inconvnients de la technique de renforcement par gosynthtiques..............34

1.12Conclusion ...........................................................................................................................35

82 Synthse bibiliografique sur murs en sols renforcs par gogrilles............................................36

2.1 Introduction .........................................................................................................................36

2.2 Principe de dimensionnement des murs en sol renforcs par gosynthtiques(gogrille) ..........................................................................................................36

2.2.1 Introduction ..................................................................................................................36

2.2.2 Inclusions bidimensionnelles .......................................................................................37

2.2.3 Frottement latral .........................................................................................................38

2.3 Le coefficient dinteraction sol-armature ............................................................................39

2.4 Influence de lextensibilit des renforcements ....................................................................39

2.5 Murs renforcs par nappes de gotextiles............................................................................40

2.6 Prdimensionnement ...........................................................................................................41

2.6.1 Analyse externe de stabilit..........................................................................................42

2.6.2 Analyse interne de stabilit. .........................................................................................42

2.7 Les Coefficients partiels de scurit....................................................................................43

2.8 Dfinition des tats limites ..................................................................................................44

2.9 Diffrents surfaces de glissement ........................................................................................45

2.10Conclusion ...........................................................................................................................46

3 Travaux des recherches sur les murs en sol renforc..................................................................48

3.1 Introduction .........................................................................................................................48

3.2 Influence de la rigidit du parement ....................................................................................48

3.3 Influence de la densit de renforcement et de linclinaison du chargement........................50

3.4 Influence de la longueur de renforcement ...........................................................................51

3.5 Influence de la rigidit de renforcement..............................................................................53

3.6 Influence du coefficient de recouvrement ...........................................................................54

3.7 Influence du compactage .....................................................................................................54

3.8 Expriences numriques : ....................................................................................................55

3.9 Conclusion ...........................................................................................................................56

4 Prsentation de loutil de simulation numrique (plaxis) ...........................................................57

4.1 Introduction .........................................................................................................................57

4.1.1 Gnralits....................................................................................................................57

4.1.2 Dfinition de la mthode des lments finis ................................................................57

4.1.3 Principe de discrtisation .............................................................................................57

4.1.4 Intgration numrique ..................................................................................................58

4.1.5 Techniques de rsolution..............................................................................................59

94.1.6 lments gomtriques ................................................................................................59

4.2 le Logiciel PLAXIS..........................................................................................................59

4.3 Plaxis et son originalit........................................................................................................60

4.3.1 Option par dfaut, Solution approches .......................................................................60

4.3.2 Entre des donnes .......................................................................................................60

4.3.3 Comportement du sol ...................................................................................................61

4.3.4 Fonctions des calculs....................................................................................................62

4.3.5 Analyse des rsultats ....................................................................................................62

4.3.6 Dformation .................................................................................................................62

4.3.7 Contraintes ...................................................................................................................62

4.4 Les modles de comportements intgrs dans Plaxis..........................................................62

4.4.1 Introduction ..................................................................................................................62

4.4.2 Lois de comportement lastoplastique .........................................................................62

4.5 Thories et mthode numriques utilises dans PLAXIS ...................................................72

4.5.1 Thorie de dformation ................................................................................................72

4.5.2 Thorie dcoulement deaux souterraines ..................................................................72

4.5.3 Thorie de la consolidation ..........................................................................................73

4.5.4 Consolidation lastoplastique.......................................................................................74

4.6 Conclusion ...........................................................................................................................74

5 Modlisation numrique du comportement des murs en sol renforc ........................................76

5.1 Introduction .........................................................................................................................76

5.2 Modlisation et procdure de calculs ..................................................................................76

5.2.1 Modle numrique type................................................................................................76

5.2.2 Les tapes de construction et la dtermination de la rupture ......................................77

5.2.3 Dfinition du modle gomtrique...............................................................................77

5.2.4 Donns et paramtres de ltude ..................................................................................78

5.2.5 Proprits mcaniques des gogrilles.........................................................................78

5.3 Modle et paramtres de sol ................................................................................................79

5.4 Procdure de calcul..............................................................................................................80

5.5 Processus de construction et Mthodologie de Modlisation..............................................80

5.6 Finesse du maillage .............................................................................................................82

5.7 Effets de l'espacement de Gosynthtique sur Le mcanisme de rupture ...........................83

5.7.1 Influence de lutilisation des gogrilles sur les dpacements et les mcanismes de rupture 83

10

5.7.2 Effets de lespacement des gogrilles .........................................................................87

5.8 Effets de la longueur des gogrilles(Longueur en fonction de la Hauteur du mur L/H).....92

5.9 Effets de la rigidit axiale du gosynthtique (gogrille) sur Les mcanismes de rupture .......................................................................................................................................101

5.10 Linfluence des proprits mcaniques du sol renforce sur les mcanismes de rupture .105

5.11 Conclusion .......................................................................................................................120

CONCLUSION GENERALE .......................................................................................................122

11

Liste des figures

Figure 1-1 : Principaux types des murs de soutnements associant le sol et des lments structuraux ..19Figure 1-2 :Exemples de gocellules.......................................................................................................22Figure 1-3 : Structure gocomposite .......................................................................................................23Figure 1-4 : types de gotextiles..............................................................................................................24Figure 1-5 : Pose des gogrille de sparation..........................................................................................25Figure 1-6 : Pose de gotextiles de renforcement....................................................................................26Figure 1-7 : Utilisation dans la protection...............................................................................................26Figure 1-8 : Utilisation contre l'rosion...................................................................................................26Figure 1-9 : Utilisation pour filtration ....................................................................................................27Figure 1-10 : Utilisation pour drainage ...................................................................................................27Figure 1-11 : Gogrille ............................................................................................................................28Figure 1-12 : Utilisation du gogrille dans le renforcement....................................................................28Figure 1-13 : diffrents types de gogrilles.............................................................................................29Figure 1-14 : Comportement typique dune inclusion gosynthtique la traction................................30Figure 1-15 : Loi de frottement schmatique linterface sol/inclusion.................................................30Figure 1-16 : Essai de cisaillement direct................................................................................................ 30Figure 1-17 : Essai dextraction ..............................................................................................................31Figure 1-18 : Revtement des talus .........................................................................................................33Figure 1-19 : Utilisation du gotextile.....................................................................................................33Figure 2-1 : Analyse lastoplastique dun lment de renforcement rigide cisaill par une surface de rupture ......................................................................................................................................................37Figure 2-2 : Mcanisme de mise en tension des treillis et gogrilles durant le compactage ................37Figure 2-3 : quilibre dune longueur lmentaire de renforcement ......................................................38Figure 2-4 : Position de la ligne des tractions maximales des murs en Terre Arme...........................45Figure 2-5 : Position de la ligne des tractions maximale des massifs renforcs par nappes de gotextile..................................................................................................................................................................46Figure 2-6 : Diffrents types de glissement (daprs ?????)...................................................................46Figure 3-1 : Reprsentation schmatique des diffrents types des parements (d'aprs F. Tatsuoka, 1992)...................................................................................................................................................................49Figure 3-2 : Rsultats dessais sur modles rduits avec diffrents types de parement (daprs Tatsuoka et al., 1989)...............................................................................................................................................50Figure 3-3 : Influence de la densit de renforcement et de linclinaison du chargement sur la capacit portante (daprs Huang et al., 1994) .......................................................................................................50Figure 3-4. :Influence de la longueur des armatures (modle centrifug) sur la stabilit de l'ouvrage (daprs Abe et al 1992). ........................................................................................................................51Figure 3-5 : Influence de la longueur des armatures (modle centrifug) sur langle de la surface de rupture (daprs Abe et al 1992)...............................................................................................................51Figure 3-6 : Influence de la longueur des nappes sur la stabilit de louvrage (daprs Wilson-Jones, 1992).........................................................................................................................................................52Figure 3-7 : Hauteur critique en fonction de la longueur des armatures, (daprs Long et Legeay, 1988)...................................................................................................................................................................52

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Figure 3-8 : Influence de la longueur et de la position des armatures sur la charge de rupture (daprs Huang et al., 1994). ..................................................................................................................................53Figure 3-9 : Courbes charge - tassement des deux modles (daprs Resl, 1992). ................................54Figure 3-10 : Comparaison des forces de gravit entre les modles centrifugs et les prototypes.........55Figure 3-11 :Modle type de maillage..................................................................................................... 55Figure 4-1 : lments gomtriques.......................................................................................................59Figure 4-2 : Type de maille ....................................................................................................................59Figure 4-3 : Dfinition du module 50% de la rupture.......................................................................... 63Figure 4-4 : Surface de rupture du modle de Mohr-Coulomb pour un sol sans cohsion. ...................64Figure 4-5 : Reprsentation du Hardening Soil Model.......................................................................... 65Figure 4-6 : Forme des surfaces de charge du HSM ..............................................................................65Figure 4-7 : Surface de rupture du modle HSM pour un sol sans cohesion .........................................66Figure 4-8 : Dfinition du module oedomtrique tangent. .....................................................................67Figure 4-9 : Dfinition de langle de dilatance.......................................................................................67Figure 4-10 : Reprsentations de l'essai nomtrique ...........................................................................68Figure 4-11: Surfaces de charge elliptique..............................................................................................69Figure 4-12 : L'effet du temps sur les essais nomtriques...................................................................70Figure 4-13 : Diagramme des cercles peq dans le plan p - q ....................................................................71Figure 4-14 : Illustration dtat de continuit.........................................................................................73Figure 5-1 : Raccordement et interface blocs/geogrille ..........................................................................78Figure 5-2 : Composants du modle numrique......................................................................................80Figure 5-3 : tapes de modlisation ........................................................................................................81Figure 5-4 :Modle achev (tape finale ) ..............................................................................................82Figure 5-5 : Profil reprsentatif du modle numrique(Le maillage.)....................................................83Figure 5-6 : Dformation du maillage .....................................................................................................83Figure 5-7: Contour de dformation totale la fin de la phase de construction......................................84Figure 5-8: Le modele des incrments ...................................................................................................84Figure 5-9: Modle P1 ;Contour de dformation de cisaillement Sv=0.5 et L/H=0.5. ............................84Figure 5-10: Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ;.....................85Figure 5-11: ModleP5:Contour de dformation de cisaillement Sv=1m, L/H=0.5...............................85Figure 5-12:(a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ; . (c) localisation des efforts max dans chaque nappe. ................................................................................86Figure 5-13: Modle P5 :Contour de dformation de cisaillement pour Sv=0.2m,L=4.5m.....................87Figure 5-14: Modle P2 :Contour de dformation de cisaillement pour Sv=0.4m,L=4.5m....................88Figure 5-15: Modle P3 :Contour de dformation de cisaillement pour Sv=0.6m,L=4.5m......................88Figure 5-16: Modle P4 :contour de dformation de cisaillement pour Sv=0.8m, L=4.5m. ....................89Figure 5-17: Modle P5 :Contour de dformation de cisaillement pour Sv=1.0m, L=4.5m.....................89Figure 5-18:(a)dplacement du parement pour differents cas despacement. .........................................90Figure 5-19: Coefficients des scurits en fonction des dplacements ...................................................91Figure 5-20 : Courbe coefficient de scurit en fonction des espacements (/L=4,5 m). .........................92Figure 5-21: Modle P2 : Contour de dformation de cisaillement (Sv=0.5m,L/H=0.67)........................92Figure 5-22:(a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ;.................93Figure 5-23: ModleP6:Contour de dformation de cisaillement Sv=1m,L/H=0.67. .............................93Figure 5-24: (a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ; (c)Localisation des efforts max dans chaque nappe .................................................................................94Figure 5-25: Modle P3:contour de dformation de cisaillement Sv=0.5 ,L/H=1m. ..............................94

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Figure 5-26:(a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ;(c) localisation des efforts max dans chaque nappe.......................................................................................95Figure 5-27: Modle P7 : Contour de dformation de cisaillement Sv=1m(L/H=1). .............................95Figure 5-28:(a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ; (c)Localisation des efforts max dans chaque nappe. ................................................................................96Figure 5-29: Modle P4 :Contour de dformation de cisaillement Sv=0.5,L/H=1,5. ..............................96Figure 5-30:(a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ; (c)localisation des efforts max dans chaque nappe ..................................................................................97Figure 5-31: Modle P8 :Contour de dformation de cisaillement Sv=1m,(L/H=1.5). ...........................97Figure 5-32: (a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ; localisation des efforts max dans chaque nappe. .........................................................................................................98Figure 5-33:(a) dplacement du parement pour deux cas de rigidits,(b) effort de traction max dans chaque nappe pour deux cas de rigidits ..................................................................................................98Figure 5-34: Courbe coefficient de scurit en fonction des dplacement. ..........................................100Figure 5-35: Courbe coefficient de scurit en fonction de la longueur (Sv=0,5m)..............................100Figure 5-36: Courbe coefficient de scurit en fonction de la longueur (SV=1,0 m). ...........................101Figure 5-37: Contour de dformation de cisaillement pour Sv=0.5m, L=4.5m . (EA=1500x2 kN/m)............................................................................................................................ 101Figure 5-38: (a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ; (c)Localisation des efforts max dans chaque nappe. ..............................................................................102Figure 5-39: Contour de dformation de cisaillement pour Sv=1.0m, L=4.5m . (EA=1500 x2 kN/m)............................................................................................................................... 102Figure 5-40: (a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ; (c)Localisation des efforts max dans chaque nappe. ..............................................................................103Figure 5-41: Contour de dformation de cisaillement pour Sv =1,00, m, L =13,5 m. ..........................103Figure 5-42 :(a) Dplacement des parements ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe..............104Figure 5-43 :(a)Dplacement du parment pour sol cohrent (C=50kN/m2);(b)Dplacement du parement pour sol pulvrlent (c=5KN/m2). .........................................................................................................104Figure 5-44 : Modle C1 :Contour de dformation de cisaillement pour Sv=0.5m...............................105Figure 5-45:(a) Dplacement des parements ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ; (c)Localisation des efforts max dans chaque nappe. ..............................................................................106Figure 5-46: Modle C5 :Contour de dformation de cisaillement pour Sv=1.0m, L=4.5m (pour le remblai C=50 kPa , =5)......................................................................................................................106Figure 5-47:(a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ;(c) localisation des efforts max dans chaque nappe.....................................................................................107Figure 5-48: Modle C2 :Contour de dformation de cisaillement pourSv=0.5m, L=6m (pour le remblai C=50kPa, =5 ). ...................................................................................................................................107Figure 5-49:(a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ; (c)Localisation des efforts max dans chaque nappe ...............................................................................108Figure 5-50: Modle C6 : Contour de dformation de cisaillement pour Sv=1.0m, L=6.0m (pour le remblai C=50kPa, =5)........................................................................................................................108Figure 5-51:(a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ; (c)Localisation des efforts max dans chaque nappe ...............................................................................109Figure 5-52: Modle C3 : Contour de dformation de cisaillement pour Sv=0.5m, L=9.0m (pour le remblai C=50 kPa, =5 )......................................................................................................................109Figure 5-53:(a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ;(c) localisation des efforts max dans chaque nappe.....................................................................................110

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Figure 5-54: Modle C1 : Contour de dformation de cisaillement pour Sv=1.0m, l=9.0m (pour le remblai c=50 kPa ,=5 )....................................................................................................................... 110Figure 5-55:(a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ; (c)Localisation des efforts max dans chaque nappe. ..............................................................................111Figure 5-56: Modle C4 :Contour de dformation de cisaillement pour Sv=0.5m, L=13.5m (pour le remblai c=50 kPa ,=5 )....................................................................................................................... 111Figure 5-57: (a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ; (c)Localisation des efforts max dans chaque nappe. ..............................................................................112Figure 5-58: Modle C8 :Contour de dformation de cisaillement pour Sv=1.0m, L=13.5m (pour le remblai C=50 kPa ,=5)......................................................................................................................112Figure 5-59: (a) Dplacement des parments ;(b) Effort de traction max dans chaque nappe ; (c)Localisation des efforts max dans chaque nappe ...............................................................................113Figure 5-60: Courbe coefficient de scurit en fonction des dplacement............................................114Figure 5-61: (a) Dplacement du parement pour sol cohrent (C=50kN/m2) ; (b) Dplacement du parement pour sol pulvrulent(C=5kN/m2). ...........................................................................................114Figure 5-62 :(a) Effort de traction max dans chaque nappe pour sol cohrent(C=50kN/m2),...............115Figure 5-63 : Coefficient de scurit en fonction de la longueur(C=50kPa, =5 degr)......................117Figure 5-64 :Distribution de la force axial pour le cas (a) sol cohrent :EA=1500 , ,S=1 ,L=13,5, Cas (b) sol pulvrulent:EA=1500,S=1,L=13,5. ..................................................................................................120

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Liste des tableaux

Tableau 1-1 : Adquation des produits de renforcement lutilisation de sols forte granulaire.....................................................................................................................................................34Tableau 2-1 : Espacement relatif maximal Sv/Hm en fonction du rapport Linf/Hm. ....................42Tableau 3-1 : Classification des diffrents types de parement en fonction de leur rigidit (d'aprs F. Tatsuoka, 1992). ........................................................................................................48Tableau 5-1 : Diffrentes combinaisons utilis pour les analyses. ............................................77Tableau 5-2 : Caractristiques des blocs modulaires. ................................................................78Tableau 5-3 : Caractristiques du geogrille. ..............................................................................79Tableau 5-4 : Paramtres du remblai, blocs et gogrilles. .........................................................79Tableau 5-5: Rcapilatif des rsultats par lanalyse des lment finie. .....................................91Tableau 5-6: Consolidation des rsultats de l'analyse..............................................................100Tableau 5-7 : Rsultats des analyses numriques (pour EA=3000 kN/m). .............................105Tableau 5-8 Rsultats des analyse numrique (pour C=50 kPa , =5 ). ..................................116Tableau 5-9 :Rsum des resultats de lanalyse par lments finis. ........................................117Tableau 5-10:Tableau rcapitulatif des rsultats danalyse par lments finis........................118

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INTRODUCTION GENERALE

Jusqu la fin du neuvime sicle, le soutnement des terres tait assur par le seul

poids dun ouvrage massif. Aprs linvention du bton arm et son rapide dveloppement au

dbut du vingtime sicle on a ralis des murs de soutnements en bton arm o les terres

au-dessus de la semelle arrire contribue la stabilit du mur, mais toute la pousse est reprise

par le voile en bton arm. En 1963, Henri Vidal associe des armatures mtalliques rsistant

bien la traction et invente un nouveau matriau composite :la terre arme (le sol renforc).

La technique de renforcement des sols par gosynthtiques, sest dveloppe pour une large

varit dapplications dans plusieurs domaines (hydraulique, mcanique, environnement etc.).

Selon le domaine dapplication ou la fonction de louvrage, linclusion gosynthtique amliore

les proprits du sol l ou il fait dfaut. En tant que le gogrilles est une produit apparent il est

de plus en plus utiliss dans les murs en sol renforcs

Le sol renforc est une structure composite forme par l'interaction du sol avec des

armatures mtalliques ou polymres (gosynthtique) disposes horizontalement . Le poids du

sol tend agir comme un groupe ou (un massif) homogne monolithique, soutenant son propre

poids ainsi que les charges externes pour lesquels il a t conu. La fonction principale des

couches darmatures l'intrieur du sol est d'amliorer la rsistance la traction du corps du sol

par le frottement cr travers la surface darmature et la rsistance passive dans le sens

transversal au dplacement. La contrainte de cisaillement moyenne mobilis par le sol est

rduite, alors que la contrainte normale moyenne saccentue sur la surface de rupture.

Bien que des ouvrages de soutnement de sol arm aient t construits depuis 40 ans, leurs

mcanismes de rupture ne sont pas bien compris (Leshchinsky & Vulova, 2001).

Comprendre les mcanismes de rupture dun sol renforc est linfluence de quelque

paramtre telle que lespacement entre les renforts, la longueur et la rigidit des renforts et les

proprits de sol est possible travers les essais de laboratoire et in situ, ainsi que par l'analyse

par lments finis. La conception classique des ouvrages de mur de soutnement segmentaires

(ou bloc modulaire) est gnralement effectue en utilisant lanalyse lquilibre limite. Les

plans de rupture utiliss dans les codes de conception actuels refltent les conclusions des plans

de rupture conventionnelles dtermines pour des structures de soutnement et adapts aux

matriaux darmature mtallique. Cette adaptation inclus galement le renforcement go-

synthtiques.

Ce travail traite le comportement des ouvrages de soutnement en sol renforc et lapport

des gogrilles en matire de stabilit et de renforcement.

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Les gogrilles sont intercales dans un sol prsentant des caractristiques particulires

soumis des contraintes tangentielles dues lamorce dun glissement.

Les diffrentes tudes effectues faisant varier les caractristiques intrinsques du matriau

ainsi que des paramtres lis aux gogrilles ont dmontr lapport considrable en matire de

stabilit. Et de mcanisme de rupture.

Le travail prsent dans ce mmoire a pour objet dtudier essentiellement leffet des

espacements verticaux, la longueur des nappes de gogrilles, la rigidit des nappes et les

caractristiques mcaniques du remblai sur les mcanismes de rupture. Les analyses ont t

effectues en utilisant un logiciel de simulation numrique (PLAXIS ).

Le mmoire est divis en cinq chapitres dtaills ci-dessous :

- Le premier chapitre : lutilisation des gogrilles dans le renforcement du sol en donnant

un bref aperu sur les diffrents gotextiles utiliss et leur fonction.

- Le deuxime chapitre : concerne le prdimensionnement des gogrilles et la mthode

danalyse de la stabilit des murs en sols renforcs par gogrille.

- Le troisime chapitre : une synthse bibliographique des travaux dtudes ralises

ce jour.

- Le quatrime chapitre : son t consacr la prsentation de loutil de simulation

numrique (PLAXIS) et ses possibilits de rsolutions numriques de ces problmes

gotechniques.

- Le cinquime chapitre : a trait aux problmes de modlisation numrique du

comportement des murs en sol renforc et les effets de quelque paramtres importants

tel que les espacement verticaux entre les nappes, les paramtres lis aux lments de

renforcement (longueur des nappes ,la rigidit axiale ), ainsi que les proprits

mcaniques.

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1 Utilisation des gogrilles dans le renforcement des sols

1.1 Introduction

Lutilisation des gosynthtique a connu un essor considrable ces dernires annes travers le monde au vu des rsultats obtenus notamment en matire de renforcement des sols. Ce matriau la porte de tout le monde en matire de cout, facilement utilisable a t lune des innovations les plus spectaculaires dans le domaine de la gotechnique. Lide est venue de lutiliser dans le renforcement des massifs de terres ou des remblais qui ne prsentent pas une stabilit satisfaisante vis--vis du glissement, nanmoins les tudes menes jusque l pour dfinir le comportement de ce matriau associ au sol restent insuffisantes pour avoir une ide fixe sur le comportement de ce matriau, le terrain reste dfraichir encore pour statuer dfinitivement sur cette option qui prsente coups sr des avantages pcuniaires considrables. Notre ide a t dexploiter ce chemin et mettre en exergue les avantages de ce matriau dont lutilisation peut apporter des solutions auxproblmes pos.

1.2 Principaux types douvrages de soutnement

Plusieurs mthodes de soutnement du sol et des ouvrages ont t utilises auparavant parmi lesquels :

1.2.1 Les rideaux

Ce sont des crans minces descendant gnralement sous le niveau du fond de fouille de manire mobiliser la bute des terres. Leur stabilit est assure grce cette but ou un systme de tirants dancrages. Les rideaux de palplanches sont des lment de construction en bois, en bton arm prfabriqu ou mtalliques ces derniers sont les plus frquemment utiliss, soit dune faon dfinitive ( exemple : le mur de quai, bajoyer dcluse), soit dune faon provisoire (batardeaux).

1.2.2 Les murs de soutnement classique

Entrent dans cette catgorie : Les murs de soutnement poids : ce sont des murs en bton ou en maonnerie dont la stabilit est assure par leurs poids propre et le sol de fondation. Les murs de soutnement semi -gravit : ce sont des murs en bton lgrement ferraills. Les murs de soutnement cantilever : ce sont des murs en bton arme et demeurent conomiquement utilisable ; jusqu' une hauteur de 8m. Les murs de soutnement en contrefort : ces murs sont similaires aux cantilevers avec en plus des raidisseurs disposs un intervalle rgulier .ces raidisseurs sont utiliss pour rduire les moments flchissant et les efforts tranchants.

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1.2.3 Les massifs en terre renforcs (le sol renforcs ou le sol synthtique)

Le renforcement des sols consistent, dans son principe, associer un sol des lments rsistants de manire former un matriau composite. Dans les ouvrages de soutnement de types traditionnels : murs poids, parois moules, rideaux de palplanches, le sol retenu ne participe pas la stabilit de louvrage. Au contraire, dans les ouvrages de type plus rcent : murs cellulaires ou caisson, murs ancrages multiples et ouvrages en sol renforc une partie du sol retenir participe la stabilit densemble de louvrage, en tant associe des lments structuraux (figure 1-1). Le dveloppement rcent de ces techniques est li aux conomies qui peuvent tre ralises, dautant plus que ce type douvrage, relativement flexible, peut sadapter tout type de sol de fondation. Ainsi, la prfabrication des lments structuraux comme la rapidit de construction permettent dconomiser aussi bien sur les matriaux que sur la main- duvre.

1.3 Renforcement des sols par inclusions

1.3.1 Introduction

Lide de renforcer les sols par inclusion nest pas rcente. Ds lancienne gypte , les btisseurs des grands pyramides utilisaient des rampes renforces empiriquement grce a la mise en place de lits de roseaux et alatoirement de poutres en bois de palmier .ces rampes taient des sortes de remblais provisoires pouvant atteindre 20 mtre de hauteur et servant hisser les blocs constitutifs de ldifice. Quelque exemples de renforcement de sols notamment des digues construites par des terres et des branches darbres, qui ont t utiliss en chine depuis 1000 ans, puis par la suite tout le long de la rivire du Mississipi aprs 1880. Les franais qui se sont installs Fundy baie au Canada ont utilis des btons pour le renforcement des abouts de la digue.

Figure 1-1 : Principaux types des murs de soutnements associant le sol et des lments structuraux

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Durant le 17me et le 18 me sicle, en Angleterre des chevilles en bois ont t utilises en rosion et en contrle de glissement de terrain, le bambou ou les fils de maille ont t utilis universellement pour le revtement de contrle drosion.

1.3.2 La terre arme

Les recherches de lingnieur franais Henry Vidal ont contribu au dveloppement de la terre arme. La terre arme, invente en 1963, est un nouveau matriau de construction form par l'association de terre et des armatures, c'est un matriau composite constitu de sol pulvrulent compact, de lits d'armatures et de parement sur la face (peau). Ces dernires tant le plus souvent des lments linaires (bandes mtalliques) flexibles supportant des efforts de traction importants. Il est apparu ainsi comme un matriau composite relativement homogne, fortement anisotrope et prsentant une rsistance leve la traction. Ce nouveau procd qui est la terre arme a t utilis dans le domaine de gnie civil pour la ralisation des murs de soutnement, cules de ponts et ouvrages spciaux d'amnagement divers. Il peut tre utilis galement dans le renforcement du sol de fondation superficielle. Il offre de nombreux avantages en particulier : La souplesse qui permet de raliser des ouvrages fonds sur des sols compressibles.

La rapidit d'excution grce l'emploi d'lments entirement prfabriqus.Un meilleur rapport qualit prix par rapport dautres procds

Un ouvrage de terre arme est constitu de sol, d'armatures et de parement.

1.3.2.1 Le sol Le sol utilis doit avoir des caractristiques tel que :

le frottement sol armature soit assur, le coefficient de frottement >0.25 (tg >0.25)ou :

: angle de frottement entre le sol et l'armature. la proportion d'lments infrieurs 80 micron (

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Elles doivent tre souples, de bonnes rsistances la traction, avec un coefficient de frottement apprciable, et une bonne rsistance la corrosion. On utilise en gnrale des bandes mtalliques d'environ 5mm d'paisseur, ayant une largeur de 5cm 12 cm. Elles peuvent tre en acier inoxydable ou en acier galvanis ou en alliage daluminium.

1.3.2.3 Les parements Les parements seront soit des plaques prfabriques en bton appels communment cailles, soit des lments mtalliques en acier galvanis ou en aluminium sous forme de profils minces section semi-elliptique et devront avoir les caractristiques suivantes :

Une bonne rsistance la traction . Une bonne flexibilit pour permettre la terre arme de conserver sa souplesse. Une harmonie avec le paysage avoisinant. Une bonne maniabilit pour la rapidit de construction.

Les parements les plus utiliss sont les parements (TERRATREL1 ) en treillis mtallique auquel sont attaches des armatures de renforcement et qui permettent une vgtalisation du parement parfois un gogrille ou un gotextile non tiss peut lui tre associ.

1.4 Les diffrents types des parements

Les parements mis en uvre pour des ouvrages renforcs par gotextiles sont trs nombreux. Quelques exemples de parements :

a-Parement gotextile

Le parement en gotextile qui consiste rabattre les nappes entre chaque niveau darmature. Lavantage de ce type de parements est que la partie visible des nappes doit tre trait vis--vis des rayons ultraviolets aux quels les gotextiles sont trs sensibles.

b-Parement en lments prfabriqus

Les lments prfabriqus sont des cellules plus ou moins creuses, de gomtrie varie que lon remplit si ncessaire de matriaux. Les nappes de renforcement sont protges mais louvrage perd rapidement de sa dformabilit et le cout du parement est trs lev .

c- Parement en terre vgtales

Les parements en terre vgtale peuvent tre recherchs avec un objectif supplmentaire de protection contre lrosion par gogrille ou par produit gotextiles alvolaires. Le gotextile de renfort est bien protg mais la pente maximale autorise pour ce genre de parement ne dpasse pas 45 (avec renforcement de type gogrille).

1.5 Renforcement des sols par inclusion flexibles

1.5.1 Les gosynthtiques

En Gnie Civil, les polymres font partie des matriaux qui sont utiliss dans les diffrents ouvrages gotechniques de soutnement, de protection de bassins dtanchit,

1 Cest un procd labor par la firme franaise en 1960

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sous les chausses, dans les tunnels...etc. Leur emploi ncessite la matrise de leur comportement long terme (la dure de vie exige) et qui est gnralement de l'ordre de 100 ans). En rgle gnrale, les dfaillances de ces ouvrages sont d'ordre mcanique. la connaissance des lois de comportement (fluage, fatigue) permet, en principe, d'tablir des rgles de conception garantissant que si la structure initiale du polymre est prserve, la rupture sera vite dans un dlai compatible avec les attentes des utilisateurs. Cependant, les polymres ragissent lentement avec leur environnement (en particulier avec l'oxygne) et l'volution de leur structure se traduit par des ruptures prmatures, d'o l'importance pratique d'tudes de vieillissement, de ses mcanismes, de sa cintique, et de ses consquences. Les principaux facteurs de vieillissement des polymres sont lagressivit du milieu (oxygne, acides, bases, solvants..Etc. .), la fatigue dynamique, la temprature et les Rayonnements UV, tous ces facteurs pouvant videmment tre combins. Dans les conditions d'emploi des gotextiles, le vieillissement du polypropylne (PP par la suite) est d la thermo-oxydation du polymre basse temprature (< 50C) dans des atmosphres appauvries en oxygne. Il faut galement noter que si ces matriaux sont en contact avec une phase aqueuse, l'influence de cet environnement sur la cintique de thermo-oxydation doit tre prise en compte. Les gosynthtiques peuvent tre produits partir de diffrents polymres, polyester (PET) polyvinyle alcool (PVA), polypropylne (PP). Lavantage du PET est un faible allongement li une grande rsistance la traction (haute tnacit). Lavantage du PVA est un allongement extrmement bas et une excellente rsistance chimique. Lavantage du PP est aussi sa trs bonne rsistance chimique avec un allongement acceptable. Les produits se distinguent par leurs proprits gomtriques en:

Bandelettes, filaments Produits plans, avec des dimensions typiques de l'ordre de 3-5m de largeur et

d'environ 50-300m de long, tandis que l'paisseur de l'ordre de quelquesmillimtres;

Produits volumtriques, dans ce groupe, nous pouvons inclure principalement les gocellules, qui ont la troisime dimension (hauteur) dans la fourchette comprise entre environ 0,1 et 0,25 m; trs souvent ils sont fabriqus partir de bandes qui sont localement connectes et une fois tires les cellules 3D sont cres, par exemple, sous la forme de nid d'abeilles.

Figure 1-2 :Exemples de gocellules.

De la classification ci-dessus les plus souvent utiliss sont les produits plans et parmi eux, il est possible de distinguer: les gotextiles, les gomembranes (membrane plane

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impermable partir de polymres d'paisseur entre environ 0,5 et 3 mm), les gogrilles, les gocomposites (produits crs par la combinaison de plus d'un gosynthtique).

Figure 1-3 : Structure gocomposite.

Le bon fonctionnement du renforcement exige de la part du gosynthtique, un faible allongement sous sollicitation, et un choix judicieux doit tre ralis en fonction du type de sol. Pour des sols graveleux et non cohsifs (par exemple sables et graviers), les gogrilles conviennent mieux, tandis que les gotextiles tisss et les gocomposites sont plus adapts aux sols fins et homognes (argiles,). Les produits gosynthtiques reclent six fonctions principales savoir :

A. Fonctions mcaniques

Les gosynthtiques sont utiliss pour les fonctions mcaniques pour rgler des problmes de :

Sparation. Renforcement. Protection. Lutte contre lrosion.

B. Les fonctions hydrauliques

Les gosynthtiques sont utiliss pour les fonctions hydrauliques pour rgler des problmes de :

Filtrage. Drainage.

1.6 Classification des gotextiles

1.6.1 Introduction

Les gotextiles sont des produits tisss, non tisss, ou tricots, permables, fabriqus base de polymres et utiliss dans les domaines de la gotechnique et du gnie civil.

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1.6.2 Le gotextile non tiss

Ce sont des nappe constitues de filaments continus (ou de fibres coupes) disposs de faon alatoire et lie par diffrents procds mcanique, thermique ou chimique. Laiguilletage est un procd de liaison purement mcanique dans lequel un grand nombre daiguilles hrisses dergots traversent le filament ou de fibres dans un mouvement alternatif rapide. Les aiguilles enchevtrent les fibres quelles rencontrent, ce qui donne la nappe une cohsion importante. Le thermo-sondage consiste comprimer chaud la nappe de fibres en la faisant passer entre deux rouleaux, il en rsulte une soudure superficielle des fibres entre elles. La liaison chimique qui consiste imprgner la nappe de fibre dun liant est actuellement peu utilise en raison de son cot.

1.6.3 Les gotextiles tisss

Ce sont des produits par entrelacement, habituellement angle droit, de deux ou plusieurs faisceaux de fils, de filaments, de bandelettes ou dautres lments. Les gotextiles tisss Sont largement utiliss avec une grande varit de sols, cohrents et non cohrents ,pour contribuer la formation dun filtre naturel. Cela permet la diffusion des surpressions interstitielles, de plus, grce ses caractristiques de rsistance et un allongement contrl, ils facilitent les constructions utilisant des sols.

1.6.4 Le gotextile tricot

Ils sont constitus de mailles successives disposes en colonnes et en ranges. Ils sont trs dformables. Ces produits sont trs peu utiliss en gnie civil.

gotextile optique gotextile tricot

Gotextile non tiss thermo li Gotextiles non tiss aiguillet textiles Tiss de mono filament

Figure 1-4 : types de gotextiles.

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1.6.5 Gocomposite

Un gocomposite est un assemblage manufactur de matriaux dont au moins l'un des composants est un produit gosynthtique, par exemple une gogrille combine avec un gotextile non-tiss. Il peut tre utilis, soit en gotechnique (fonctions de sparation et renforcement), soit pour les couches de chausse (fonction de renforcement, particulirement en rfection).

1.6.6 Les gogrilles

Les gogrilles sont classes parmi les produits gosynthtiques et dont la fonction est le renforcement des sols. Ils sont le plus souvent utiliss pour le renforcement des sols incohrents et des corps du sol gros grains. Les Gogrilles ont une haute rigide et force plus que les autres gotextiles.

1.7 Les rles et les fonctions des gotextiles

1.7.1 Les rles mcaniques

a) Sparation

Ils sont insrs entre deux matriaux de nature diffrente, les empchant de se mlanger. Cette technique est employe en construction ferroviaire pour viter les remontes des couches argileuses au passage des convois par un mcanisme de pompage.

Figure 1-5 : Pose des gogrille de sparation.

b) Renforcement

Les nappes de gotextiles empiles et alternes avec un sol faible permettent le maintien du talus, le renforcement des routes sur des zones instables assujetties des glissements de terrain.

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Figure 1-6 : Pose de gotextiles de renforcement.

c) La protection

On peut en particulier citer la protection par la gomembranes lors de la conception de bassins de rtention (collecte des ruissellements routiers) . Dans de tels ouvrages, les gotextiles, placs entre le sol et la gomembrane, protgent celle-ci de la perforation. On retrouve galement ce type de dispositif dans les tunnels, o les gomembranes isolent la paroi en bton des infiltrations.

Figure 1-7 : Utilisation dans la protection.

d) Anti-rosion :

Les gotextiles peuvent tre utiliss contre les effets naturels (pluie, vent, vague) et favoriser la vgtalisation des talus ou des berges.

Figure 1-8 : Utilisation contre l'rosion.

-Les fonctions hydrauliques considres sont les suivantes :

1.7.2 Rles hydrauliques

a) Filtration

Les gotextiles sont utiliss en substitution de filtres sable sur des tranches drainantes , en sous couches de berges Mme sils ninduisent aucune rtention particulire en leur sein, ils favorisent la rtention des mtaux dans le sol avoisinant en

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ralentissant lcoulement et en amliorant le contact entre la solution mtallique et les particules du sol porteuses de carbonates susceptibles de capter les ions mtallique.

Figure 1-9 : Utilisation pour filtration.

b) Drainage

Les gotextiles pais sont capables de transporter des flux liquides importants en fondation(immeubles, tunnels). On peut galement citer l'emploi de goespaceurs, destins maintenir de l'espace entre deux matriaux en vue de faciliter le drainage. Le comit franais des gosynthtiques (CFG) a dfini la classification des gotextiles en fonction de leurs proprits caractristiques telles que leur rsistance la traction, leur rsistance au dchirement, leur permittivit, leur transitivit ou encore leur ouverture de filtration.

Figure 1-10 : Utilisation pour drainage.

1.8 Les gogrilles

Une gogrille est une structure plane base de polymre, constitue par un rseau ouvert et rgulier d'lments rsistants la traction et pouvant tre assembls par extrusion, par collage ou par entrelacement, dont les ouvertures ont des dimensions suprieures celles des constituants et permettant le confinement du sol. On peut distinguer : Les gogrilles uniaxiaux ayant une rsistance la traction plus leve dans une direction que dans la direction perpendiculaire et dont la maille est allonge. Les gogrilles biaxiaux ayant la mme rsistance dans les deux directions du maillage qui, dans ce cas, est carr. La grandeur des mailles varie gnralement de 1 et 10 cm pour permettre la pntration des gros lments du sol, et la cration dun effet dimbrication de ces constituants dans la gogrille. Le mode daction des gogrilles nest pas le mme que pour les gotextiles classiques. En effet, les lments du sol sintroduisent dans la structure ouverte des gogrilles

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ce qui permet dobtenir une transmission de contraintes non seulement par frottement sol-gogrille mais aussi par auto-blocage entre la grille et le remblai comme le montre le second schma de la figure pour une gogrilles biaxiale rigide et une gogrilles biaxiale souple.

Figure 1-11 : Gogrilles.

Imbrication des grains dans une gogrille rigide (figure 1-11 : gauche). Enchevtrement insuffisante et souple (figure 1-11 : adroite) enchevtrement idal.

Figure 1-12 : Utilisation du gogrille dans le renforcement.

Ce mode daction a pour effet dobtenir une grande rsistance au glissement et de rduire la longueur dancrage des nappes de gogrilles. Ce pendant , la nature mme des gogrilles fait que leur module dlasticit est lev ce qui gnre une grande rsistance la traction pour de faibles contraintes. En outre, le problme du fluage long terme est rduit en grande partie. La surface de contact avec le sol est plus faible. Lancrage des gogrilles se fait essentiellement par le blocage dlments lintrieur des mailles. Ceci a pour effet daugmenter la cohsion entre les grains. On peut ainsi obtenir des valeurs du coefficient de frottement f2 >1 lors dun essai de cisaillement (Collios, 1981). Ce phnomne dnomm la pseudo-cohsion (interlocking en anglais), ncessite une bonne adquation entre le diamtre moyen des grains et la taille de la maille. Les meilleurs rsultats en ancrage semblent tre obtenus pour des sols bien tris (Cu3 faible, granulomtrie uniforme) et pour des diamtres de maille de lordre de 3 15 fois le D50.du matriau.

2 Coficcient de frottement 3 Coefficient duniformit

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Selon certaines marques (doc. Tensar), le coefficient F serait de 0,9 1 en prsence de roches broyes ou de graves. Dune manire gnrale les gogrilles prsentent les caractristiques suivantes: Avantages : Bonne rsistance lendommagement. Excellente permabilit (colmatage impossible).Inconvnients Peu de souplesse en flexion. Recouvrement important conseill (Tensar prconise 1,5 m) Les gogrilles se diffrencient selon leur matriau constitutif et selon leur mode de fabrication (voir Figure 1.13). Ils peuvent donc tre :

Thermoformes. Extrudes .Sous forme de bandes extrudes soudes.Tisses.

Poinonnes.

Gogrille extrud Gogrilles uniaxiale Gogrilles biaxialeFigure 1-13 : Diffrents types de go grilles.

Il est important de noter quune grille mailles souples et dformables favorise limbrication des grains (interlocking) dans le maillage et donc augmente sensiblement la capacit dancrage du produit (dans certaines conditions de granulomtrie difficile dterminer prcisment). Le comportement mcanique dpend surtout du matriau constitutif de la gogrille. De manire gnrale, peu dessais et de prconisations correspondent au contexte des sols forte granulomtrie.

1.9 Principaux caractristiques des gosynthtiques

Une inclusion gosynthtique de renforcement doit remplir les deux fonctions suivantes: Avoir une bonne rsistance la rupture.Mobiliser le frottement du sol.

Le fonctionnement la traction est caractris par son module de raideur en traction (J) :

J = Td / d

F= Ff/ L (N/m) R= 1+ 2+ 12

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Figure 1-14 : Comportement typique dune inclusion gosynthtique la traction

Le comportement linterface est caractris par la loi de frottement lastoplastique linterface sol / gosynthtique. Elle se prsente schmatiquement de la faon suivante :

Figure 1-15 : Loi de frottement schmatique linterface sol/inclusion

= + . avec : / (1.2) La majorit des valeurs du coefficient de frottement f disponibles est issue dessais raliss sur sable et gotextiles types. Ces coefficients varient entre 0,6 et 0,9 dans le cas des sols conventionnels et lorsquon utilise des gotextiles. Le coefficient de frottement est dtermin gnralement au moyen de lessai de cisaillement direct ou dans un essai dextraction.

Figure 1-16 : Essai de cisaillement direct.

Tf Rsistance la traction ultime;

f Dformation la rupture;

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Figure 1-17 : Essai dextraction.

1.9.1 Mesures et vrification des caractristiques des gotextiles

Les gotextiles doivent tre considrs comme tant des constituants part entire des ouvrages dans lesquels on a prvu de les utiliser. Il important de connaitre et de vrifier leurs caractristiques afin de sassurer quils pourront effectivement remplir les fonctions qui leur sont dvolues dans louvrage. On distingue gnralement :

1.9.1.1 Les caractristiques didentification

Elles servent la description de chaque gotextile exprim suivant une terminologie normalise. Elles concernent notamment :

Les modes de fabrication (tissage, aiguilletage). La nature et les caractristiques des constituants (matire de base, gomtrie des

fibres),

La masse surfacique Lpaisseur nominale Les caractristiques de conditionnement (dimension des rouleaux).

Parmi ces caractristiques, la masse surfacique et lpaisseur nominale, font lobjet de mesures suivant un mode opratoire normalis, les autres sont le plus souvent vrifies visuellement.

1.9.1.2 Les caractristiques de comportement

Elles prcisent quantitativement les performances mcaniques, hydraulique et danticontamination de chaque gotextile. Elles concernent principalement :

La rsistance la traction (dans le sens production et sens travers). Lallongement la rupture (dans le sens production et sens travers). La rsistance la dchirure (dans le sens production et sens travers). La permittivit (permabilit dans le sens perpendiculaire au gotextile). La transmissivit (permabilit dans le plan du gotextile). La poromtrie (dtermination dans louverture de filtration.

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1.9.1.3 Rsistance lendommagement

Lendommagement peut avoir lieu de diffrentes manires en fonction du type de gosynthtique utilis, du type de sol, du compactage, de la prsence de branches ou de dbris. Des essais types permettant de comparer le comportement des diffrents produits face au poinonnement ou aux dchirures ventuelles peuvent tre mis en uvre suivant les spcificitsdu chantier. Il semble ressortir de lexprience actuelle que les produits les plus rsistants lendommagement sont, par ordre dcroissant, les gogrilles, gotextiles tisss puis les non-tisss (fibres longues puis courtes). Cet aspect devra tre pris en considration pour lutilisation des sols grossiers particulirement agressifs mcaniquement.

1.9.1.4 Conditions de mise en uvre La mise en uvre du gosynthtique se fait classiquement sur une couche de sol compact. Linterface sol /gosynthtique est plane, ce qui peut en faire une surface de glissement prfrentielle. ( < ) (1.3) La mise en uvre du gosynthtique sur un sol non compact (le compactage tant effectu aprs recouvrement par une nouvelle couche de remblai) permettrait le festonnage et apporterait un plus en terme de frottement et dancrage. Par contre le compactage provoque un endommagement du gotextile plus important, surtout dans le cas de sols lments anguleux. Leffet du compactage par ralisation de chargements rpts sur un sandwich sol /gosynthtique a t tudi (Gourc, 1982). Ces tests mettent en vidence une perte de rsistance la traction de 5 35 % aprs compactage. Langularit des grains ne semble toutefois pas tre le seul facteur dendommagement. En effet les tirements rpts subis par le gotextile chaque passage du rouleau compresseur provoquent une fatigue acclre de ce dernier. Ceci est dautant plus vrai que la diffrence de dformabilit entre le sol et le renforcement est importante. La teneur en eau joue un rle essentiel.

1.10 Exemples dutilisation des gosynthtiques dans le renforcement des sols

1.10.1 Renforcement de pentes raides et des talus subverticaux

Le renforcement avec les gogrilles est utilis pour obtenir des pentes plus fortes que lapente limite dfinie par langle du talus du matriau naturel de remblais. Il est particulirement pertinent de construire des talus raidis avec une faade vgtale qui sintgre bien dans lenvironnement. Ainsi, le renforcement par les gogrilles a permis de construire des talus raidis vgtaliss ayant des hauteurs avoisinant les 45 m.

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Figure 1-18 : Revtement des talus.

1.10.2 Mur en sol renforc

Traditionnellement, les murs de soutnement ont t construits avec des parements en bton ou de maonnerie, afin de rsister aux pressions latrales ou hydrostatiques des sols. En utilisant les gogrilles, le mur peut tre construit sans support externe; la faade na alors quune fonction de protection esthtique. Les gogrilles peuvent tre utilises en combinaison avec diffrents types de parements, blocs ou panneaux en bton, panneaux en bois, parementsvgtaliss

Figure 1-19 : Utilisation du gotextile.

1.10.3 Routes et voies ferres Le renforcement par les gogrilles est utilis la base pour restreindre les dformations de la structure. En pratique, cela signifie une rduction des dformations structurelles dues au trafic (ornirage) et aux autres charges. Le bnfice potentiel des gogrilles est li aux zones soumises de fortes charges et des sols support de faible portance (sols mous). Cette technique de renforcement peut tre utilise soit pour rduire le rapport couche de base/ballast soit pour

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augmenter la dure de service de la voie. Les gogrilles peuvent aussi tre utiliss avec bnfice pour rduire les dformations diffrentielles, lors de llargissement de remblais.

1.11 Avantages Inconvnients de la technique de renforcement par gosynthtiques

Lavantage des techniques de renforcement des sols dans un contexte douvrage de protection contre les risques naturels rside essentiellement dans la rduction de lemprise au sol des ouvrages et la possibilit dutiliser les matriaux du site. Les inconvnients et lacunes relatives restent cependant la mconnaissance du comportement des sols ( forte granularit) et la modification et dgradation des caractristiques dinterface inclusions gosynthtiques /sols grossiers .Le tableau ci-dessous propose une premire analyse de ladquation des produits gosynthetiques ou grillage au contexte des sols forte granularit.

Tableau 1-1 : Adquation des produits de renforcement lutilisation de sols forte granulaire

Nature du matriau

Type Avantages Inconvnients

Go

synt

heti

que

Non tiss aiguillets

Souplesse, adaptation une granulomtrie grossire

Peu adapt au contexte de renforcement des sols (sensibilit au poinonnement fort allongement) durabilit.

Gocomposite(non tiss, et tiss)

Allongement plus faible rle de sparation jou par le gotextile non tiss support

Endommagement (risque darrachement des fibre de renforts ) durabilit.

Tiss

Effet de la perforation sans perte de matire (rparation de part et dautre des blocs mais rduction de la surface de contact fibres sols

Fort rsistance mcanique Sensibilit lendommagementDurabilit

gogrilles

Fort rsistance mcaniqueMobilisation de la pseudo -cohsion (imbrication

grains/grille)

RigiditMcanisme et caractrisation du frottement et/ou de la pseudo-cohsion mal connue

incl

usio

ns m

tal

lique

Grillage gabions

Mise en place sur sol non compact comportement des lment grossiers conseille

Dformation importante du grillage(la prsence de gros blocs augmenterait la raideur mai cet effet nest pas quantifi)Risque de corrosion

Lamelle mtalliques Faible allongement

Condition restrictives sur la granulomtrie utiliser paramtre de frottement mal connue

au contact de granulomtrie grossireMise en uvre plus dlicate

Risque de corrosion

Treillis soud

Rigidit si fort diamtre permettant la transmission Partielle deffort de compression

Rigidit empchant ladaptation aux sol grossiers

La mobilisation des efforts dans le sol ce fait partiellement par frottement (lautre

effet est mal connue)

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1.12 Conclusion

Les diffrentes techniques de soutnement de type traditionnel notamment les murs pois, parois moules, rideaux de palplanches, utilises travers le monde coutent trs chres aux collectivits et restent difficilement maitrisables ncessitant une technicit leve, cest pourquoi les ingnieurs ont t contraint damliorer ces procds et optimiser les couts. des essais et des tentatives ont t faits pour optimiser ces procds notamment lutilisation des gosynthtiques qui demeure jusqu prsent une solution rentable et efficace ce genre de problme. Les techniques de renforcement par gosynthtiques ont permis de rpondre aux exigences et aux objectifs des donneurs dordre en offrant des solutions alternatives avec de nombreux avantages. En effet, elles sont simples mettre en uvre, les structures sont souples dans leurs fonctionnements et elles contribuent la prservation de la ressource naturelle. Il existe plusieurs techniques de renforcement des sols qui ont fait lobjet dune normalisation (NFP 94-270). En raison de leur apport en matire de renforcement donnant des solutions tres performantes .En gnral, on renforce un massif de sol pour deux raisons principales, soit pour limiter ses dformations chargement fixe ; soit pour augmenter la capacit du sol supporter des dformations leves. Les lments de renforcement dits inclusions peuvent travailler en traction, compression ou flexion cisaillement. Suivant le type dinclusion choisi, nous distinguons le macro-renforcement lchelle du massif de sol. Le macro-renforcement est obtenu par l'association de sol avec des lments de renforcement dont les dimensions sont relativement importantes par rapport la dimension des particules du sol renforcer. On distingue deux types de macro renforcement :

renforcement inextensible renforcement extensible (inclusions gosynthtiques).

Les gosynthtiques, qui ont un rle essentiel dans la stabilit des ouvrages, sont choisis en fonction de plusieurs critres : Leur rsistance la traction long terme (tenant compte des effets du fluage , du vieillissement et de lendommagement) , Le coefficient dinteraction par frottement linterface avec le matriau de remblai, La nature de polymre dont ils sont constitus, qui doit tre compatible en termes de vieillissement avec le matriau de remblai et, le cas chant, avec le parement. Les gosynthtiques de renforcement (gotextiles ou gogrilles) se prsentent gnralement sous forme de nappe constitue de fibres qui peuvent tre tisses entre elles, aiguilletes, ou tricotes. Les gogrilles sont, par rapport aux gotextiles, ajoures ce qui permet une meilleure imbrication du renfort avec le matriau constitutif du remblai renforc. Les raideurs en traction des gogrilles sont, dans la plupart des cas, suprieures celles des gotextiles.

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2 Synthse bibliographiques sur les murs en sols renforcs par gogrilles

2.1 Introduction

Dans un sol renforc, les proprits mcaniques du sol, (qui le plus souvent ne possde pas de rsistance en traction), se trouvent amliores par la mise en place dinclusions rsistant la traction. Cest ainsi quun sable, purement frottant, renforc par des armatures mtalliques possde une cohsion apparente qui peut tre mesure lessai triaxial. Le calcul prcis de la cohsion apparente dun sol renforc (matriau composite anisotrope), est relativement complexe et peu tre utilis en pratique pour le dimensionnement des ouvrages en sol renforc par des lments linaires ou bidimensionnels. Pour de tels ouvrages le dimensionnement est fait par une approche discrte , cest--dire que les lments sont modliss sparment du sol. Lapproche composite au moyen de la cohsion apparente est notamment utilise dans le dimensionnement des ouvrages en sol renforc de faon tridimensionnelle. Pour que, dans un ouvrage, le sol et les renforcements se comportent comme un matriau composite, il est important que les lments de renforcement soient suffisamment nombreux par rapport aux dimensions de louvrage. De plus, pour contenir le sol entre les lments, il est le plus souvent ncessaire dinstaller un parement, dont la rigidit doit tre compatible avec lextensibilit des renforcements.

2.2 Principe de dimensionnement des murs en sol renforcs par gosynthtiques(gogrille)

2.2.1 Introduction

Dans le renforcement des sols, les inclusions sont qualifies de passives car elles ne sont pas mises en tension lors de leur installation, contrairement aux tirants prcontraints. Cest sous leffet des dformations du sol, durant ou aprs la construction, et par lintermdiaire de linteraction entre le sol et le renforcement, quelles se mettent travailler. Suivant leur rigidit relative par rapport au sol, elles peuvent travailler simplement en traction ou en compression comme une barre ou une membrane, ou de manire plus complexe en traction ou compression, cisaillement et flexion comme une poutre. La mobilisation de ces efforts dpend de nombreux facteurs dont les plus importants sont : La rigidit relative des inclusions par rapport au sol. La gomtrie, lextensibilit, lorientation et la densit, ainsi que le procd de construction. Suivant le type dapplication, lun ou lautre des efforts sera privilgi. En soutnement, les lments de renforcement horizontaux travaillent essentiellement en traction tandis que ceux placs verticalement sont soumis un chargement combin en compression, cisaillement et flexion. En stabilisation des pentes (renforcements verticaux), les efforts de cisaillement et de flexion sont les plus importants. En fondation, les renforcements verticaux travaillent le plus souvent en compression, tandis que ceux placs horizontalement travaillent le plus souvent en traction, et en flexioncisaillement sils sont assez rigides.

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2.2.2 Inclusions bidimensionnelles

Les inclusions bidimensionnelles (nappes de gotextiles, gogrilles, etc.) ne possdent pas en gnral de rigidit la flexion. En outre, elles travaillent le plus souvent en traction. Dans le cas des nappes continues en gotextile, le frottement latral est linteraction principale entre le renforcement et le sol .Dans le cas des gogrilles, qui sont classes comme produits apparents aux gotextiles, ou des treillis, qui sont le plus souvent mtalliques, linteraction entre le sol et le renforcement est de deux types :

a- Frottement latral le long des lments longitudinaux, cest--dire des lments orients dans le sens de la traction.

b- La rsistance en bute le long des lments transversaux. Il est noter que, pour ce dernier type de renforcement, la mise en place dans un remblai saccompagne dune mise en traction partielle sous leffet du compactage, dont il faut tenir compte dans le dimensionnement (figur2.1,et figure2.2).

Figure 2-1 : Analyse lastoplastique dun lment de renforcement rigide cisaill par une surface de rupture.

Figure 2-2 : Mcanisme de mise en tension des treillis et gogrilles durant le compactage

Pour les gogrilles et les treillis, les mcanismes de frottement latral et de rsistance en bute sont intimement mls. Pour le dimensionnement aux tats limites ultimes, ils sont le plus

souvent regroups dans le terme de frottement latral unitaire qs . La valeur de la rsistance en bute dpend de nombreux facteurs, notamment gomtriques, avec une influence importante de la dimension de la maille et de lpaisseur des lments transversaux par rapport la taille des grains du sol. Par contre, aux tats limites de service, le dplacement relatif du sol avec

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linclusion, ncessaire pour mobiliser le frottement latral maximal le long des lments longitudinaux, est de lordre de quelques millimtres. Il est trs infrieur celui ncessaire pour mobiliser la rsistance en bute le long des lments transversaux, qui peut tre de

plusieurs centimtres (figure 2.2). Pour le dimensionnement, le calcul du terme qs se fait de faon similaire celui du