Thème Etude expérimentale du comportement des … · 4.3 MODE OPERATOIRE…………………………………………………….….. ... Figure 2-14 courbe de rupture de sable

République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université Larbi Tébessi – Tébessa

Faculté des Sciences et de la Technologie

Département Génie Civil

Mémoire de Master Académique

Option : Géotechnique

Thème

Etude expérimentale du comportement

des éléments de la terre armée

sous chargements cycliques

Présenté et soutenu publiquement le 25/05/2016 devant la jury composé de :

Président : Pr HAOUAM ABDELKADER

Rapporteur : Dr. LAOUR M

ed Salah

Examinateur : BOUFARAH. Rafik

Réalisé par:

GARECHE Ibtissem

BENTIBA Raouia

Année Universitaire: 2015-2016

Nous nous présentons nous étudiante GARECHE Ibtissem et étudiante

BENTIBA Raouia. Des Master Géotechnique, le présent mémoire de

Master est intitulé « Etude expérimentale du comportement des éléments de

la terre armée sous chargements cycliques » et le travail à été assuré sous

rapporteur M-Dr ‘’LAOUR Med Salah’’ avant de commencer notre

permettez- moi d’exprimé vifs remerciement à notre en rapporteur pour as

ces orientations ces conseils précieux et pour son aide tous long de travail. En

suite tenons à remercier le responsable de laboratoire de G.C M’’ SMAALI

Bouzianne’’, pour son engagement et son assistance. Nous adressons au

nombre de Jerry d’avoir accepté d’être présent avec nous aujourd’hui, en fin

nous tenons à remercier tous nos collègues Masterants et notre famille.

Je tiens à remercier tous ceux qui de prêt

ou de loin ont contribué à la réussite de

mes études. Je remercie toute ma famille

mon père –ma mère qu’ont donné une très

bonne éduction. Mes salutations aussi à

mes sœurs manel- hamida et mes frères

islam –bilal-ibrahim et toute la famille

GARACHE sandiana- mimi –farah-et

MEDJANI idrisse –taouba- ramzi-lilia-

mohamed amine-ahlam- sona- iyade -

sohayela. Mes salutations aussi à tous

mes amies raouia-souade-nadaia-

nassima-nesma-naoual- monia-samiha-

asma G- asma -soraya.Mes enseignant de

génie civil qui m’ont formé. Et tous mes

camarades de promotion de

géotechnique2015/2016.

Au terme de mon travail de thèse. Je tiens

à exprimer mes vifs salutations à ma mère

et à ma chère grand – mère et toute ma

famille et j’adresse de chaleureux

remerciement en premier lieu à mon

directeur de thème le docteur LAOUAR-

Med Salah qui à pris de leurs temps à mon

aider et mon remercîment aussi à

monsieur le responsable de laboratoire de

G-C’’SMAALI Bouziane’’. Enfin j’adresse

mes plus sincères remerciement à mes

collègues – mes chères sœurs’’

GARECHE Ibtissem’’,AICHI Souad, Asma

G, Asma AIDI, Naouel,Mounia,Imane,

Nessma,Samiha,Loubna, Samra ,Ibtissem

BEN ARFA, Soumaya et toute mes amis.

TABLE DES MATIERES

LISTE DES FIGURES…………………………………………………………………...I

LISTE DES TABLEAUX…………………………………………………………..……II

NOTATIONS PRINCIPALES………………………………………………..………..III

RESUME………………………………………………………………………………....IV

CHAPITRE : 1……………………...…………… DEFINITION DU PROBLEME

1.1 INTRODUCTION GENERALE………………………………………………….…1

1.2 DEVELOPPEMENTDELATECHNIQUEETPANORAMAHISTORIQUE….....3

1.3 APPLICATION ET AVANTAGES DE LA TERRE ARMEE……………….…..7

1.4 AVANTAGE DE LA TECHNIQUE TERRE ARMEE……………………..….…9

1.5 NECESSITE DE LA RECHERCHE…………………………………….……..…9

1.6 OBJECTIF DE LA RECHERCHE……………………………………………….12

CHAPITRE : 2……………….….ETUDE CRITIQUE DE LA TERRE ARMEE

2.1 INTRODUCTION…………………………………………………………….…....15

2.2 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT…………………………………..……….16

2.2.1 L’idée de base……………………………………………………………………..16

2.2.2 Comportement et mécanisme fondamental de la terre armée…………………18

2.2.3 L’aspect mécanique du comportement de la terre armée…………………..….19

2.3 COMPORTEMENT GLOBALE D’OUVRAGES………………………...……...20

2.3.1 Fonctionnement interne…………………………………………………………...21

2.3.2 Efforts maxima dans les armatures…………………………………...……….…22

2.3.3 Domaine d’application……………………………………………………………22

2.3.4 Poussée……………………………………………………………………………..24

2.3.5 Etat du sol sur la ligne des tractions maximales (définitions du coefficient K...25

2.4 DIMENSIONNEMENT A LA RUPTURE………………………………….……..26

2.4.1 Quelques données expérimentales……………………………………………..…27

2.4.1.1 Rupture par défaut d’adhérence…………………………………………….….27

2.4.1.2 Rupture par cassure des armatures…………………………………………....28

2.5 QUALITE DES MATERIAUX…………………………………………………….29

2.5.1 Nature des matériaux de remblai……………………………………………..….29

2.5.2 Les armatures………………………………………………………………….….32

2.5.3 Le parement (La peau)…………………………………………………….……. 34

2.6 LA TERRE ARMEE « ETUDE EXPERIMENTALE »…………………………36

2.6.1 Généralités………………………………………………………………...……36

2.6.2 Expérimentation sur modèles………………………………………………..….37

2.6.3 Expérimentation en varie grandeur…………………………………………......39

2.7 ETUDE DE L'INTERACTION SOL-ARMATURE………………………….….41

2.7.1 Généralités……………………………………………………………………...…41

2.7.2 Aspects particulières du frottement Sol-Armature……………………………..41

2.7.3 Etude du coefficient de frottement (f)……………………………………….…..43

2.7.4 Mesure de frottement………………………………………………………….…44

2.7.5 Coefficient de frottement apparent………………………………………….…..45

2.7.6 Paramètres influençant f* …………………………………………………….….46

2.7.6.1 influences de la compacité du sol……………………………………….……..46

2.7.6.2 influences de l’état de surface de l’armature…………………………...…….47

2.7.6.3 influences de la contrainte normale initiale …………………………..…...48

2.7.6.4 Etude de l’effet de la dilatance (Essaie de cisaillement à volume constant)…49

2.7.6.5 influence de la dilatance et de la contrainte initiale sur f* …………….….…49

2.7.7 Conclusion……………………………………………………………………..…..51

2.8 EFFET DES CHARGES CYCLIQUES…………………………………………...51

2.8.1 Généralités……………………………………………………………………...….51

2.8.2 Chargement cyclique sur les sols pulvérulents………………………..…….….52

2.8.3 effet de chargement cyclique sur le béton armé…………………………..….…53

2.8.4 Effet de chargements cycliques sur les pieux……………………………………54

2.8.5 Effet de chargement cyclique sur la terre armée…………………………..…..55

2.8.6 CONCLUSION …………………………………………………………………...58

CHAPITRE :3……………..………..…PRESENTATION DU MODEL REDUIT

3.1 GENERALITES SUR LES MODELES……………………………………..…….59

3.2 DISPOSITIF EXPERIMENTAL……………………………………………...……60

3.2.1 Principe théorique simplifié………………………………………………….…..60

3.2.2 Description des éléments constituant le modèle………………………………….61

3.2.3 Système de chargement (ou Simulation)………………………………………....61

3.2.4 Cas des charges cycliques…………………………………………………………61

3.3TECHNOLOGIEDECONSTRUCTIONETDIFFICULTESDEREALISATION.62

3.3.1 L a cuve……………………………………………………………………………62

3.3.2 La chambre de pression (ou chambre a air)……………………………………62

3.3.3 Effet multiplicateur des efforts d’arrachement…………………………...…….63

3.4 REALISATION DE L’OPTION " CHARHES CYCLIQUE………………….…63

3.5 MTERIEL AUXILAIRE…………………………………………………………..64

3.5.1 L’entonnoir de sable……………………………………………………..……..64

3.5.2 Le comparateur……………………………………………………………………65

3.5.3 Le compresseur………………………………………………………………..…..65

3.6 MATERIEL D’USAGE COURANT………………………………………...……65

3.7 MATERIAU ET ELEMENTS DE RENFORCEMENT TESTES……………...66

3.7.1 Matériau de remblai……………………………………………………………....66

3.7.2 Les armatures……………………………………………………………………..71

3.8 CONCLUSION……………………………………………………………………...72

CHAPITRE : 4………………………………..…..……PROGRAMME DES ESSAIS

4.1 INTRODUCTION……………………………………………………………..…….73

4.2 DESCRIPTION DES ESSAIS……………………………………………….…….73

4.3 MODE OPERATOIRE…………………………………………………….…..…..74

4.3.1 Formation des lits de sable et application de la surcharge……………………..75

4.3.2application des charges statiques……………………………………………..…..76

4.3.3 Application des charges cycliques…………………………………………….….76

4.4 DEMONTAGE DE L'APPAREIL……………………………………………..…76

4. 5 DEGRE DE FIABILITE DE L'APPAREIL……………………………….……77

4-6 CONCLUSION………………………………………………………………...…..77

4-7 TABLEAUX RECAPITULATIFS GRAMME EXPERIMANTAL………..…..77

CHAPITRE:5………………...…RESULTATS EXPERIMENTAUX ET ETUDE

PARAMETRIQUE.

5.1 INTRODUCTION…………………………..……………………………………….82

5.2 CHOIX DES PRINCIPAUX PARAMETRES…………………………………..…81

5.3 ESTIMATION DE LA CHARGE ULTIME DE RUPTURE…………….………82

5.4 RESULTATS DES ESSAIS DE CHARGEMENTS STATIQUES…………...…..82

5.4.1 Comportement de l'armature lisse sous chargement statique…………….…….82

5.4.2 Comportement de l’armature nervurée sous chargement statique…………….83

5.5. RESULTATS DES ESSAIS DE CHARGEMENTS CYCLIQUES……………...84

5.5.1 Généralités………………………………………………………………………….84

5.5.2 Comportement de l’armature lisse sous chargements cycliques………….….…85

5.5.3Comportement de L’armature nervurée sous chargement cycliques………......86

5.5.4 Le taux d'arrachement des armatures……………………………………...……87

5.5.4.1 Généralités…………………………………………………………………….....87

5.5.4.2 le taux d’arrachement de L’armaturé lisse……………………………………88

5.5.4.3 le taux d'arrachement de l'armature nervurée…………………………….….89

5.6 RÉSULTATSDESESSAISDECHARGEMENT STATIQUES SUCCEDANTAUX

CYCLIQUES……………………………………………………………………..….…..90

5.7 CONCLUSION……………………………………………….……………………...92

CONCLUSION GENERALE………………………………………………….…..93

I- CONCLUSION SUR LA CONSTRUCTION DU MODELS………………………94

II- CONCLUSIONS SUR LES RESULTATS DES ESSAIS………………………….95

RECOMMANDATIONS…………………………………………..…………………....98

BIBLIOGRAPHIE……………………………………………………..…………….…99

ANNEXES………………………………………………………………………………104

I

Liste des figures

Figure 1-1 Principe de fonctionnement de la terre armée

Figure 1-2 ouvrage type de terre armée

Figure 1-3 l'utilité de l'armature dans le renforcement des sols

Figure 2-1 contact entre les grains et l'armature

Figure 2-2 l'équilibre d'une armature

Figure 2-3 distribution des tractions dans les armatures

Figure 2-4 essai d'expansion sur le sol

Figure 2-5 essai d'expansion sur le sol armé

Figure 2-6 comportement global des ouvrages

Figure 2-7 formule de Meyerhof

Figure 2-8 limite de la zone active

Figure 2-9 équilibre local

Figure 2-10 équilibre global

Figure 2-11 efforts appliquée à une culée

Figure 2-12 valeurs de K en fonction de la profondeur

Figure 2-13 dimensionnement à la rupture

Figure 2-14 courbe de rupture de sable renforcé et non renforcé Armature horizontales et

inclinées

Figure 2-15 le fuseau du matériau utilisé dans les ouvrages en terre armée

Figure 2-16 schéma d' armature nervurée

Figure 2-17 Peau Métallique

Figure 2-18 Ecaille en béton armée

Figure 2-19 Instrumentation du mur de Fremersdorf (R.F.A)

Figure 2-20 Mur de sil vermine, Afrique du sud (1976).

Figure 2-21 Mur de Thionville, France(1972)

Figure 2-22 Mur de Granton, Gr. Bretagne(1973)

Figure 2-23 Aspects particuliers du frottement sol-armature

Figure 2-24 Influence de l'état de surface de l'armature Figure 2-25 Influence de la dilatance

Figure 2-26 Coefficient de frottement apparent f*

Figure 2-27 Influence de la compacité du sol

Figure 2-28 Influence de l’état de surface de l’armature

Figure 2-29 Variation du coefficient de frottement apparent

Figure 2-30 Influence de la dilatance et de la contrainte initiale sur f*

Figure 2-31 Influence de la contrainte initiale sur f*

Figure 2-32 Displacement-Log Number of Cycles relationship for Different Loading Levels (Al-Ashou, 1981)

Figure 2-33 Effet of repeated loading on the Static Pull-Out Resistance of Smooth

Reinforcement (Rzzouki, 1983)

Figure 2-34 Effet of repeated loading on the Static Pull-Out Resistance of Ribbed

Reinforcement (Rzzouki, 1983)

Figure 3-1 Schéma initial simplifié du modèle

Figure 3-2 Système de charge cyclique

Figure 3-3 Vu d'ensemble du modèle

Figure 3-4 Mouvement de l’entonnoir verseur horizontalement et verticalement

Figure 3-5 Schéma le comparateur

II

Figure 3-6 la courbe granulométrique

Figure 3-7 la courbe de contrainte cisaillement Figure 3-8 la courbe de tassement Figure 3-9 la courbe de cisaillement

Figure 3-10 Essai de cisaillement

Figure 3-11 Variation de la densité en fonction de la hauteur de chute

Figure 3-12 Schéma type des armature

Figure 3-13 Schéma d’arrachement (la terre armée) Figure 5-1 Relation charge-déplacement armature lisse

Figure 5-2 Relation charge -déplacement armature nervurée

Figure 5-3 Relation nombre de cycles –déplacement armature lisse


Figure 5-5 relation nombre de cycles – déplacement de l'armature nervurée

Figure 5-6 Relation nombre de cycles –déplacement armature nervurée

Figure 5-7 Vitesse d'arrachement de l'armature lisse Figure 5-8 Vitesse d'arrachement de l'armature nervurée

Figure 5-9 Effet de chargement cyclique sur la capacité d'arrachement de l'armature lisse

Figure 5-9 Effet de chargement cyclique sur la capacité d'arrachement de l'armature

nervurée

II

Liste des tableaux

Tableau 4-2 Application de la charge statique sur l’armature nervurée

Tableau 4-3 Application de la charge sur l’armature lisse

Tableau 4-4 Application de la charge cyclique sur l’armature lisse

Tableau 4-5 Application de la charge statique après un chargement cyclique sur l’armature

lisse

Tableau 4-6 Application de la charge statique après un chargement cyclique sur l’armature

lisse

Tableau 2-1 critère géotechnique (mécanique) pour le choix d’un matériau de remblai

Tableau 2-2 Guide pour le choix des sols de remblai

Tableau 2-3 Caractéristiques des matériaux utilisés

Tableau 2-4 Nature des aciers utilisée

Tableau 3-1 Analyse granulométrique

Tableau 3-2 Résulta de cisaillement

Tableau 3-3 la hauteur de chute la densité du sol

Tableau 4-1 Application de la charge statique sur l’armature lisse

IV

NOTATIONS PRINCIPALES

Ko

Ka

Kp

v

o

a

r

q réf

s

d

Rv

Rh

M

Kh

f*

b

L

T

T max

h

P

angle de frottement interne du sol

coefficient de pression latérale du sol au repos

coefficient de poussée du sol

coefficient de butée du sol

composante normale de la contrainte

composante tangentielle de la contrainte

contrainte horizontale dans le remblai

contrainte verticale dans le remblai

contrainte normale initiale

contrainte axiale

contrainte radial

contrainte de référence

poids volumique du sol

poids spécifique des grains solides

poids spécifique sec

résultante des efforts verticales

résultante des efforts horizontaux

moment résultant

composante horizontale du coefficient de Coulomb

coefficient de frottement apparant sol – armature

inclinaison des armatures par rapport a horizontale

largeur d'une armature

longueur d'une armature

espacement de deux lits d'armatures

effort longitudinal dans une armature

valeur maximale do T

hauteur du remblai vertical en terre armée

effort d'arrachement

V

RESUME

Le dimensionnement des structures capables de résister à des chargements cycliques pose

un problème difficile à résoudre pour l'ingénieur, la nature imprévisible de ce type de charge

ne permet pas d'utiliser une approche purement déterministe .Ce travail comporte six

parties :

-Le premier chapitre est consacré à la définition du problème avec un panorama historique

sur la technique, la nécessité et l'objectif de cette recherche.

-Le deuxième chapitre décrit une étude critique approfondie de la terre armée, en jettent la

lumière sur les différents efforts déployés et recherches réalisées sur la technique.

-A partir du chapitre trois, présentations du modèle réduit (L'Appareil d'Arrachement).

-Le quatrième chapitre décrit le programme des essais qui comporte, en plus de ces deux

séries d'essais, une troisième concernant les essais statiques après cycliques.

-Le chapitre cinq est consacré aux résultats des essais et aux interprétations des différents

graphes obtenus. La dernière partie concerne les conclusions et les suggestions de

développement ultérieurs.

Mots Clés

terre Armée, modèle réduit tridimensionnel, mode de construction, zone active, zone

passive, taux d'arrachement, chargement cyclique, parement, ligne de rupture

ABSTRACT

Sizing structures capable of withstandingcyclicloadingis a difficultproblem to répondre

Engineering the imprédicable nature of This type of loaddoes not use au

approachpuremet déterministe. This in six parts.

This first chapterisdevoted to the definition of the problemwith a historicalview of the

technicalneeds and the objective of the research.

The second chapterdescribes a detailedcriticalstudy of the land armyluniere shed on

the different efforts and researchconacted on the technique.

Fromchapterthree, with the explanation of the desing and costruction of the desing and

construction of the model breakoutapparaiel.

The fourthchapter of the written test program withbehave in addation to thesetwoseries

of static tests followingcyclical.

Chapter five deals with the results and interpreations of the different graphs obtaiend

.The last part concerns conclusions and subsequentdevlopmet suggestions.

Key words :

Armedsoil, reduced model, build mode, active area, passive region, Peel rate,

cyclicloeding, facing, linebredking.

الخالصة

وطبيعة ال يمكن ،حجم هياكل قادرة عمى تحمل الحمولة الدورية وهي مشكمة صعبة لممهندس ا النوع من الحمولة تستخدم منهجية العمل في ستة أجزاء. ذالتنبؤ بها له

ر تاريخية من االحتياجات الفنية والهدف من هذا خصص الفصل األول لمتعريف المشكمة مع وجهة نظ- البحث.

يصف الفصل الثاني دراسة نقدية مفصمة لمتربة المسمحة عمى مختمف الجهود واألبحاث تقنية التي و – .أجريت

الفوالذ( ن الفصل الثالث مع شرح تصميم وبناء النموذج )تجاذب م - .من الفصل الثالث مع شرح تصميم وبناء النموذج تجاذب الفوالذ- مجموعتين من التجارب ثابتة الى هاتين ال باإلضافةالفصل الرابع من برنامج التجارب الذي تتصرف -

.والتالية دورية ،من الرسوم البيانية المختمفة التي تم الحصول عميها الفصل الخامس تتناول نتائج التجارب والتفسيرات-

.وجزء أخر اهتمامات والخالصة و االقتراحات الالحقة مفاتيح الكممات

التربة المسمحة، نموذج مصغر ثالثي األبعاد، وضع بناء، منطقة نشطة، منطقة سمبية، معدل .هة، خط إنهيارالتجاذب، حمولة دورية، واج

Chapitre 1

Définition du

problème

Mémoire I. GARECHE - R. BENTIBA Chapitre I:Définition du problème

Page 1

1.1 INTRODUCTION GENERALE

Depuis l’aube des premières civilisations, l’homme à essayé d’acquérir plus de terres

fermes, soit pour y construire, soit pour y construire et s’y installer, soit pour les utiliser

comme accès vers d’autres terres fermes. Des tentatives de stabilisation des sols

marécageux et tourbeux par des troncs d’arbres et de petits buissons ont été évoquées dans

la littérature. Ces procédés étaient voués à l’échec à cause de nombreux facteurs parmi

lesquels Shafiee :

- Matériaux de renforcement insuffisants pour supporter les sollicitations.

- Jaillissement du sol à travers ces matériaux.

- Dégradations du matériau avec le temps conduisant ainsi à la situation de départ.

Néanmoins, les tentatives se multiplient avec le développement d’approches systématiques

"des buissons approximativement de mêmes taille et longueur ont été attachés pour former

une nappe" qui remonte à 3000 av .J.C Shafiee :

Ainsi le concept de renfoncement a persisté jusqu’à nos jours. L’approche rationnelle de la

conception d’un projet amène l’ingénieur à trois types d’attitude dont l’intérêt économique

va généralement en décroissant :

1- Choisir le site en fonction du type de projet : c’est l’attitude rationnelle par

excellence ; la seule possible pour les ouvrages de cout élevé et/ou présentant un

danger potentiel pour les populations ou l’environnement tels que barrages et

centrales électriques. Les méthodes de la reconnaissance géotechnique sont

précieuses à ce stade.

2- Adapter le projet en fonction du site : c’est l’attitude intermédiaire qui permet la

prise en compte précoce des préalables, lors du choix du parti constructif ou

architectural. Là encore, la reconnaissance géotechnique permettra de mieux établir

ces préalables.

3- Adapter le site en fonction du projet : c’est la solution qui devient malheureusement

la plus fréquent, dans une époque ou l’urbanisation croissant conduit à la mise en

valeur de sites difficiles, jusqu’ici délaissés. elle conduit souvent à des dépenses

importantes.


Page 2

Les constructions ont gagnés des zones de plus en plus difficiles, jadis réputées

inconstructibles. Le contact d’une superstructure rigide et d’un sol de qualité médiocre a

toujours été un problème majeur de la mécanique des sols.

Après l’invention de la Terre Armée les techniques de renforcement se sont étendues aux

sols en place. L’utilisation de la terre armée offre plusieurs avantages techniques et

économiques qui lui permettent d’être préférée dans diverses situations. Bien que cette

technique a été introduite dans plusieurs pays dans le monde, le premier ouvrage en terre

armée est un mur construit en 1965 dans les Pyrénées (France). Depuis, cette technique s’est

très largement développée ; aujourd’hui on compte de millier d'ouvrages dans le monde

Juran. Peu d’ouvrages en terre armée ont été construits en Algérie. L’année 1987 y aura vu

l’introduction de cette technique avec la réalisation de quatre échangeurs dont les culées

sont en terre armée dans la Wilaya de Boumerdes Schlosser, Gue Guan, legeay, Long (Dec

1973). L’essor de ce matériau nouveau est dû à ses qualités aux plans techniques (souplesse

permettant l’adaptation aux tassements et aux déplacements du terrain, facilité et rapidité de

mise en œuvre), économique et esthétique. Celles-ci ont entrainé un élargissement rapide de

son domaine d’application depuis les simples ouvrages de soutènement jusqu’aux ouvrages

d’art. L’expérience ainsi acquise dans l’utilisation de la terre armée, jointe aux nombreuses

observations, expérimentations, et études réalisées sur ce matériau notamment par les

laboratoires spécialisés, justifiait la nécessité d’une réglementation rigoureuse. A cet effet,

un document regroupant une réglementation et des recommandations Ben assila A,El Amri

M,1984 a été élaboré. Ce qui offre aux utilisateurs un ensemble très complet : principe de

conception, règles de justification, spécifications sur les matériaux, règles d’exécution et de

contrôle, et principe de surveillance. Ce document n’a été écrit qu’après le colloque

international de Paris en Mars 1979 et après la construction de plus de 2000 ouvrages.

Les règlements américains, Espagnols et Allemands, qui eux aussi vont paraitre bientôt,

sont très proches du règlement Français. Il en est de même dans la plupart des pays où les

mêmes règles sont appliquées même lorsqu’il n’existe aucun règlement. Seul, la Grande

Bretagne vient de publier un règlement nettement différent Costet J, sanglerat G Paris 1983.

Mais malgré tous ces efforts, « Recommandations » ne saurait toutefois constituer un

document définitif. Elles ne sont que le reflet de l’état actuel des connaissances et de la

technologie, dans un domaine où l’invention et l’évolution sont heureusement en vigueur.


Page 3

Dans toutes les techniques de renforcement des sols, et particulièrement dans les

applications où l’effort mobilisé dans l’inclusion est essentiellement axial ; les efforts dans

les inclusions se transmettent au sol par le biais du frottement latéral qui s’exerce au contact

entre le sol et l’inclusion. Les inclusions dans leurs grandes majorités n’ont à reprendre que

des efforts statiques, mais dans quelques cas elles subissent des sollicitations cycliques.

Jusqu’a maintenant et malgré tous les efforts développés par de nombreux chercheurs, peu

d’expérimentations ont été faites dans ce domaine. La présente étude a pour objet

d'expliquer le mode de conception de l'appareil d'arrachement et d'utiliser cet équipement

pour tester le comportement des éléments de renforcent sous l’effet des charges statiques et

cycliques. Même si de nombreuses études et projet ont déjà réalises, on ne peut pas dire que

l’on connaisse tout de la terre armée. Le comportement de ce matériau est très complexes,

dû à son anisotropie. Pour tout projet d’importance, il est donc recommandé d’effectuer des

études préliminaires de façon à obtenir la meilleure adéquation entre matériaux, matériels,

liants et conditions ce chantier, afin de pouvoir garantir les caractéristiques minimales qui

peuvent-être exigées et obtenues de ces matériaux.

1.2 DEVELOPPEMENT DE LA TECHNIQUE ET PANORAMA

HISTORIQUE

La technique de la terre armée se base essentiellement sur le comportement d’un matériau

composite déjà mis en évidence par Amonton en 1699 et précisé par coulomb en 1773

Coussy O, Université Paris 6,22 mars1978.

Figure 1-1 : Principe de fonctionnement de la terre armée

En particulier, le premier de ces auteurs avait attiré l’attention sur le fait que pour une même

force verticales W la résistance F dû au frottement entre une série de blocs mobiles A

disposés en Sandwich par-rapport à des blocs résistants B augmentait avec le nombre de

B

B

A

B

A

F

A

B

A

B

A

B

B

W


Page 4

surfaces de contact. De la même manière, l’ingénieur français Henri Vidal a imaginé dans

les années 60, d'augmenter la résistance d’une masse de terre en la renforçant grâce à des

matériaux susceptibles de créer des liaisons entre zones actives et passives.

D’après Vidal : « pour faire de la terre armée la recette est simple ; il faut d’abord une idée,

une théorie, une technologie et il faut aussi construire des ouvrages. ». La théorie de la terre

armée est dominée par deux idées maitresses, l’une concerne le frottement entre les grains et

armatures, l’autre concerne la façon dont la traction en chaque point d’une armature

influence l’équilibre d’un volume de grains, situés au voisinage de ce point. Pour le

frottement, il est facile de comprendre que lorsque le contact entre les grains et une armature

s’effectue sans glissement, ce que l’on peut calculer assez facilement, tout se passe comme

si les grains étaient enchaînés à l’armature, d’où l’importance fondamentale de l’étude de ce

frottement ; importance confirmée par le nombre des communications qui lui sont

consacrées. Pour le calcul des contraintes dans les armatures et dans la terre autour d’un

point en fonction de tous les efforts qui peuvent s’exercer sur un corps en terre armée y

compris les actions des tremblements de terre, il faut distinguer entre les théorie générales

s’appliquant à des corps de formes quelconques et qui s’apparentent aux calculs de

résistance de matériaux et les calculs particuliers concernant des ouvrages très précis.

Compte-tenu des confusions qui ont été faites sur la terre armée et que font encore certains,

Henri Vidal a précisé que la terre armée est un matériau formé de deux éléments seulement :

des grains et des armatures, alors que le béton armé ou le pisé, par exemple en comportent

trois : grains, armatures et un troisième qui est une colle ; la colle étant le ciment pour le

béton armé et l’argile pour le pisé.

Un autre caractère de la terre armée est le suivant : les grains sont pulvérulents ; ils ne sont

ni taillés, ni arrangés dans des directions privilégiées comme le sont les pierres de taille qui

peuvent être liées par des tirants ou les maçonneries de briques qui peuvent être bordées de

roseaux comme dans certaines constructions anciennes qui ne sont pas des constructions en

terre armée. Enfin, la terre armée est un matériau et non pas une structure mixte comme le

sont par exemple les murs à tirants reliant avec une traction constante des murs à des

ancrages sans actions des tirants sur la terre qu’ils traversent. Le premier ouvrage en terre

armée a été réalisé en 1965, cela n’a pas été facile ; l’homme remarquable qui a eu le


Page 5

courage de commander le premier ouvrage, c’était pour l’E.D.F à Pragneres, à 2000m

d’altitude dans les Pyrénées. La suite du développement du procédé est marquée par les

réalisations suivantes :

- En 1968 commence la réalisation des grands ouvrages sur l’autoroute Nice-Menton

(France), certains sur des terrains instables comme Vigna, d’autres comme la Peyronnet

de 23 m de hauteur supportant un grand remblai en pente. Ils ont été construits parce

que les projecteurs de cette autoroute avaient à faire face à des problèmes techniques

dont la solution n’était pas évidence et avait été extrêmement couteuse sans l’utilisation

de la terre armée.

- Le premier mur avec des charges concentrées importantes en tête (portique de pont

roulant à au port de Dunkerque (France 1970).

- La première culée de pont autoroutier (14 m de Hauteur) à Thionville France 1972.

- Les exemples d’utilisation dans le domaine routier se divisent en deux classes

d’importance analogue ; l’une concerne les applications dans les sites de montagne

comme les murs multiples à Saverne sur l’autoroute Paris-Strasbourg, l’autre dans des

sites urbains comme l’autoroute à Saven-Hills(Australie).

- Accompagnant les autoroutes, un grand nombre de culées de ponts ont été construits

comme le pont type pour passage supérieur sur l’autoroute Burgos-Malzage (Espagne).

- En 1978, il a été réalisé 531 culées un peu partout dans le monde, le pont vient

s’appuyer sur une semelle assiste directement sur un massif en terre armée. De plus ont

été construits des ouvrages liés au chemin de fer comme le mur le long d’une voie

ferrée en Allemagne et le mur de la ligne rapide Tokai doline, ce mur est à parement en

acier. Beaucoup d’ouvrages sont plus au moins des ouvrages hydrauliques. Certains ont

simplement les pieds dans l’eau en cas de crue et sont protégés par des enrochements

pour éviter tout effeuillement, c’est le cas de l’ouvrage de Brunswick en Géorgie où le

massif dans l’eau supporte une ligne de chemin de fer.

D’autres applications concernent des ouvrages divers comme :

- Barrages déversant construits en France ; le massif en terre armée situé à l’aval permet

de réaliser un déversoir économique.


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- Dalles radiers : construits à West Virginia (U.S.A) pour supporter une autoroute sur de

mauvais terrains, remplace une dalle en béton armé infiniment plus coûteuse.

- Bassins : pour traitement des eaux (U.S.A).

- Tremplin de Skis : construit au Mont Saint Anne prés de Québec (Canada).

- Des usages industriels : unité de criblage et concassage comme la station de criblage

pour une mine de ciment portland prés de Pretoria (R.S.A).

- Centrales nucléaires : Apalo Verda dans l’Arisona (U.S.A) ; on note aussi la mine de

Black Thunder, dans le Wyoming (U.S.A) les parois des silos sont en terre armée

suivant un projet original qui utilise des écailles adaptées au problème.

- Stockage : comme le bassin au feu de la terre armée, permet la bonne résistance de

l’utiliser pour la protection des réservoirs de gaz.

- Des habitations en association avec bâtiments anciens : comme la paroi de l’oratoire

Saint Joseph à Montréal (Canada).

-

Figure 1-2: illustre un ouvrage type de terre armée

Il a été construit au cours de ces dernières années et sur les cinq continents : plus de 10000

ouvrages comportant plus de 2600.000m2

de parement. Ce résultat est la conséquence du

dynamisme des sociétés de terre armée, elles sont plus d’une quarantaine.

En Europe : France, Espagne, Allemagne, Royame Uni.

En Amérique du Nord: Canada (Toronto et Montréal).

Au Etats Unis: (Washington, Atlanta, Dallas, Denver, Sacramento, Chicago et Boston).

En Amérique du Sud: le Mexique, le Venezuela, le Brésil, et tout récemment l’Argentine.


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En Afrique : l’Afrique du sud, l'Egypte et l'Algérie.

En Asie : le Liban, la Syrie, l’Iran et surtout le Japon à Tokyo et Osaka.

En Océanie : l’Australie et la nouvelle Zélande.

Ces sociétés locales, qui assurent la propagation de l’idée terre armée, les études, la vente

des éléments industrialisés (peaux et armatures), ainsi que l’éducation des entrepreneurs de

montage. Des recherches fondamentales sur le mécanisme et le calcul de la terre armée,

incluant notamment une quinzaine d’expérimentations en varie grandeur, ont été réalisés de

1967 à 1978 au laboratoire central des ponts et chaussées (France). Deux étapes ont marqué

le développement technologique de la terre armée :

1- L’invention du parement en écailles de béton en 1971. Actuellement la plupart des

ouvrages sont réalisés avec ce type de parement.

2- La mise au point en 1975 d’armatures à haute adhérence, armatures de 5mm d’épaisseur

en acier doux galvanisé, à surface nervurée, permettant une amélioration très importante

du frottement sol-armature.

La terre armée est actuellement un procédé bien connu et généralisé dans le monde entier.

Des ouvrages ont été construits dans plus de trente cinq pays, et il existe actuellement

plusieurs spécifications d’organismes d’état sur la technique.

Henri Vidal a résumé l’histoire de la terre armée de la manière suivante :

- il m’a fallu cinq ans pour me convaincre moi-même.

- Cinq ans pour convaincre les autres.

- et dix ans pour construire, tous ensemble, beaucoup d’ouvrages et faire suffisamment

d’observations pour constater la validité de nos convictions.

1.3 APPLICATION ET AVANTAGES DE LA TERRE ARMEE

Lorsque Vidal réalisait son premier ouvrage, aucun ingénieur ne pouvait penser que la terre

armée connaitrait en quelques années un succès aussi rapide ; ce même ouvrage continue de

remplir fidèlement son rôle malgré le froid, la neige, les conditions difficiles de fondations

et malgré le scepticisme général du moment. Quatorze ans plus tard, deux mille ouvrages

construits dans vingt huit pays appartenant aux cinq continents, démontrent l’ampleur du

développement de la terre armée. Aujourd’hui la terre armée est largement utilisée dans :


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1- Les murs de soutènement pour la construction des grandes routes de montagne.

2- Les murs de soutènement des grandes voies urbaines.

3- Les constructions de terrasses, aménagements paysagers l’urbanisation de terrains en

pente.

4- Les culées de ponts qui se développent très vite en raison de leur souplesse

d’adaptation, de leur facilité d’intégration dans les travaux de terrassements, et de leur

prix de revient. Ces culées de pont ont été utilisées essentiellement dans la construction

des routes : croissements, routiers, franchissements de rivière, passages supérieurs au

dessus des voies ferrées.

5- Construction et aménagement des voies ferrées : les premiers murs de soutènement sous

voies ferrées ont été réalisés au Japon. C’est dans ce pays qu’ont également été

effectués les premiers essais sur le comportement de la terre armée soumis à des charges

vibrantes et à des accélérations horizontales (surcharges roulantes, séismes, explosions).

Depuis, la plupart des grandes sociétés d’exploitations des chemins de fer, (comme la

S.N.C.F en France) ont approuvé et développé l’emploi de la terre armée pour les

travaux neufs.

6- Ouvrages en contact avec l’eau : il s’agit soit d’ouvrages constamment immergés

comme les murs de quai, soit d’ouvrages plus classiques construits en bordure de

rivières ou le long des cotes.

7- La terre armée et l’environnement : la terre armée offre de grandes possibilités

d’intégration de ses ouvrages, tant dont le tissu urbain (parements architectoniques,

béton teinté et murs vegetalisables) que dans la nature comme dans les murs verts

jardinières « alcôve », jardinière en relief, jardinières en tiroirs, jardinières suspendues)

Dans tus ces types, la structure est identique à celle des murs classiques.

8- Ouvrages industriels : ce type de construction peut prendre des formes très variées

correspondants aux différents besoins de l’industrie :(stockage, réservoirs de liquides

G.N.L, ammoniac…), dépôts de produits dangereux (explosifs), les centrales nucléaires,

stations de criblages et de concassages. Pour toutes ces applications industrielles, les

clients apprécient la rapidité d’exécution, et les gains financiers. La construction

routière est de loin le domaine d’applications le plus courant de la terre armée.

Nous attendons dans les années à venir un développement important de ses utilisations :


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- Pour la construction des voies ferrées en pleine expansion actuellement.

- Pour l’habitat grâce à de nouvelles formes.

- Pour l’industrie, grâce à une gamme d’applications bien diversifiée et

parfaitement rodée.

1.4 AVANTAGE DE LA TECHNIQUE TERRE ARMEE

La terre armée est un matériau en plein expansion et devrait rester pour nombreuses années

grâce aux avantages suivants :

- Outre l’avantage d’être bon marché (dés que la hauteur de soutènement dépasse trois

mètres, les murs en terre armée sont moins chers que les ouvrages en béton).

- Elle permet de réaliser des ouvrages souples, déformables donc peu sensibles aux

tassements du sol de fondation.

- Il s’avère donc possible de construire des murs de terre armée sur des sols de faible

portance (argiles, limons) sans avoir recours à l’exécution de fondations profondes.

- Les tassements différentiels admissibles sont de quelque centième suivant la longueur

du mur.

- Les massifs en terre armée sont auto-drainants.

- Les massifs en terre armée sont auto stables à chaque phase de leur construction.

- L’exécution est simple, rapide, à partir d’éléments préfabriqués en usine et ne nécessite

pas de personnel hautement qualifié, ni une grande équipe de travail.

- De la même façon, on n’enregistre aucun encombrement dû à des engins de

construction.

- Les parements (écailles en béton ou en acier) peuvent présenter une esthétique.

1.5 NECESSITE DE LA RECHERCHE

L’une des caractéristiques de l’homme et son pouvoir de changer la nature et de l’adapter à

sa propre façon de vivre. Après s’être servi des structures naturelles, il apprend très vite à

construire en se servant des matériaux disponibles ou exploités. Le sol était naturellement

directement à sa disposition ; le sol séché et les briques au sol cuit, sont déjà connus depuis

les plus anciens temps. Il a toutefois fallu attendre notre siècle, avant qu’on ait trouvé le

moyen d’améliorer le sol meuble en essayant de le compacter dans des conditions

optimales, de stabiliser en ajoutant des produits adéquats et plus récemment de le renforcer


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en y introduisant des matériaux appropriés. Après l’invention de la terre armée et de la

géotextile, les techniques de renforcement ont connu une large application et une nette

progression partout dans le monde. Les qualités techniques et économiques de la terre

armée, ainsi que sa facilité de mise en œuvre en font un matériau qui prend naturellement sa

place dans les domaines de géotechnique.

La terre armée dont les premières recherches et les possibilités décrites par Vidal(1965),

résultent de l’association d’un sol pulvérulent et de lits d’armatures, travaillant en traction

dû au frottement entre le sol et les armatures. Yamanouchi(1970) a utilisé le sol armé dans

la technique routière. Harrison et Géraud (1972) étudiaient les contraintes et les

déplacements dans le sol armé considéré comme un système stratifié et anisotrope.

Schlosser et Long (1972) ont effectué des essais à l’appareil triaxial sur des échantillons de

sable armé par des disques horizontaux de papier d’aluminium. Useawa et Nasu(1973)

étudiaient l’utilisation de la terre armée dans la construction des remblais.

Schlosser et al (1973) ont représenté deux cas concerts de la construction d’ouvrages de

soutènement reposant sur des sols de faible portance. Plusieurs études ont été faites de point

de vue la capacité portante du sol armé : Milovic(1970), Binquet et Lee(1975),

Milovic(1977).

Grace aux développements récents dans les techniques de constructions des structures en

terre armée, différents types et formes d’armatures sont adaptés pour renforcer le sol. Elles

ont connu un grand développement et une grande commercialisation. Parmi ces types

d’armatures, il ya les armatures de polymère qui été partout dans le monde surtout en

Grande Bretagne, dans l’espoir de surmonter les problèmes liés à la corrosion des

armatures. La détermination quantitative des propriétés de ce type d’armature demeure

incomplète pour optimiser les méthodes de conception. Par ailleurs, il ya également

beaucoup d’incertitudes concernant leur comportement à long terme et particulièrement

leurs capacités de résistance aux charges cycliques. Dans le cas pratique de recherche que

nous développons, nous avons choisi d’utiliser des armatures métalliques (acier galvanisé,

Aluminium,….) vu la disponibilité des données techniques nécessaires aux calculs.

D’autres études travaux et essais à échelle réduite ou en vraie grandeur ont été effectués sur

les deux éléments constituants principalement les matériaux de base, ce qui permet une


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grande évolution de cette technique. On voit d’ailleurs partout se multiplier les applications

remplaçant des murs de soutènement, des murs de quai et des culées de ponts classiques. Le

choix entre les différentes types de chargement : charges séismique ou dynamiques, forces

hydrostatiques dues aux effets de marées, forces de chocs ondulatoires et forces de trafics

fréquemment rencontrées. Ces différentes formes de forces peuvent produire des charges

cycliques régulières, c’est le cas aussi des ouvrages miniers ce qui peuvent avoir des effets

néfastes sur la permanence et le bon fonctionnement de ces structures sous ce type de

charges répétées. Et à ce propos, on doit faire la distinction entre un mur de soutènement

simple, dont la fonction se limite à retenir les terres, et le mur en terre armée sur lequel

passe le trafic routier ou qui fait d’une construction comme une culée de pont.

Le dimensionnement de structures capables de résister à des charges cycliques pose un

difficile problème à l’ingénieur, la nature imprévisible de ce type de charge ne permet pas

d’utiliser une approche purement théorique. Malgré qu’on dispose maintenant d’un grand

nombre de procédés, autant manuels qu’automatisés pour le calcul de ce type d’ouvrages

(méthode des éléments finis). Cependant, une recherche dans la littérature à révélé que

seulement peu d’attention a été consacré aux effets à long terme des forces cycliques sur le

comportement des éléments en terre armée, parmi ces attentions on note les travaux de

Madani, Long, Legeay, Schlosser sur des échantillons cylindriques à l’appareil triaxial

d’une part et d’autre part les essais en vraie grandeur réalises par le professeur Hanna et

Touahmia à l’université de Sheeflid (U.K). Une étude de ces effets s’avère donc nécessaire

pour connaitre le comportement et la performance des armatures. L’utilité de recherche que

nous avons entrepris est évidente et son développement en Algérie est une nécessité

actuelle, autant pour les performances techniques qu’elle permet que pour les avantages

économiques certains.

Les applications dans notre pays peuvent être très diversifiées et le cas précis des ouvrages

soumis aux effets des charges cycliques est évidement fréquent. Nous citons à titre

d’exemple le projet gigantesque de l’autoroute Tlemcen-Annaba sur un parcours varié de

plus de 1400 Kilomètres. Comportant une multitude d’ouvrages tels que (culées de ponts,

murs de soutènement, …) l’avantage économique certain que nous avons évoqué, doit

impérativement attirer l’attention des promoteurs sur l’utilisation d’ouvrages en terre armée.


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Cette noble pensée peut se concrétiser grâce à l’intervention de l’université dans le cadre

des relations nouvelles qu’elle développe avec le secteur opérationnel des entreprises

nationales spécialisées.

1.6 OBJECTIF DE LA RECHERCHE

Tout le monde s’accorde à dire que tout massif de terre est constitué d’une zone passive et

d’une zone active guetté par le risque déboulement et qui s’accorde à la zone passive vie le

frottement et/ou la cohésion. Le rôle des lits d’armature dans le cas de terre armée, comme

pour tout autre type de renforcement est de décharger la zone active et de charger la zone

passive par le transfert d’une sorte d’énergie potentielle emmagasinée dans la première à la

deuxième schématisé dans la figure1-3. Ce transfert d’énergie résulte de la liaison des deux

zones par l’intermédiaire de l’armature. Leur rôle pourrait aussi consister en

l’approfondissement de la frontière séparant les deux zones et qui est ce qu’on appelle la

surface de rupture. Cet approfondissement de la frontière va augmenter la stabilité.

Figure 1-3 : L’utilité de l’armature dans le renforcement des sols

La détermination correcte du frottement sol-armature est l’une des composantes les plus

importantes de l’analyse et du dimensionnement des structures en terre armée.

En effet, la valeur du frottement le long de l’interface sol-armature sur une large étendue,

détermine la quantité d’armatures (c'est-à-dire la largeur, la longueur et l’écartement des

bandes) requise dans le sol. Pour cette raison, le frottement sol-armature influence de

manière significative sur la stabilité et l’économie du projet définitif. Plusieurs essais

présentent les résultats d’une étude paramétrique concernant le frottement des systèmes sol-

armature. Aussi des essais en laboratoire (y compris essai de cisaillement et d’arrachement)

ont été effectués. Ainsi, il a été trouvé que l’essai d’arrachement était le moyen de

Active Massif non renforcé

Même massif après renforcement

Passive

Active

Passive

Armature


Page 13

représentation le plus précis du comportement de frottement pour un modèle sol-armature

en laboratoire. C’est pour cela que l’essentiel de notre travail vise deux points essentiels à

savoir :

1- La conception d’un appareillage qui nous permet de réaliser des essais d’arrachement

sur des armatures métalliques enterrées entre des lits de sable sous l’effet des

chargements statiques et cycliques.

2- L’analyse de ces essais d’arrachement des armatures soumises à un grand nombre de

charges statiques et le comportement des ces mêmes éléments sous l’effet des charges

cycliques.

Pour la réalisation de ce travail on a utilisé un modèle réduit dont tous ces éléments sont

calculés et vérifiés et seront détaillés ci-après.

Pour la réalisation des essais deux types d’armatures sont utilisés :

a- Les armatures planes lisses.

b- Les armatures nervurées (à haute adhérence)

Leurs caractéristiques seront mentionnées ci-après. Le sol choisi pour les essais, c’est du

sable sec, dont, dont le choix et les caractéristiques seront aussi détaillés ci-après.

Parmi les paramètres qui seront étudiés on note :

- L’effet des charges statiques sur les armatures lisses.

- L’effet des charges statiques sur les armatures nervurées.

- Comportement des armatures lisses, sous l’effet des charges cycliques.

- Comportement des armatures nervurées sous l’effet des charges cycliques.

- Effet des charges cycliques sur la capacité portante des armatures.

Notons d’abord qu’en principe, le sol renforcé reste un matériau souple et déformable dans

une certaines mesure ; ceci peut-être parfois un grand avantage on doit tenir compte dans

notre travail de la déformabilité de l’inclusion, car la déformabilité relative de l’inclusion

par rapport au sol joue un rôle dans le cas d’inclusion travaillant en traction. Les inclusions

extensibles tout en améliorant la résistance, ont pour rôle principal d’augmenter la

ductibilité du sol et d’atténuer, voir d’annuler le radoucissement observé dans le


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comportement des sables denses. A l’inverse les inclusions inextensibles augmentent

essentiellement la résistance et le module de déformation du sol, mais rendent la rupture du

sol renforcé plus brutale. Cela permet de séparer dans le renforcement par mise en traction

des inclusions.

1) Le renforcement par inclusion idéalement extensible, dont le type est le ply-sol ou

le sol multicouche (Mcgown, 1978) et où les armatures sont généralement planes

et constituées de matériaux synthétiques, géotextiles, etc.…

2) Le renforcement par inclusion idéalement inextensible, dont le type principal est la

terre armée (Vidal 1965) et où les armatures sont généralement linéaires et

métalliques.

Nous nous basons dans notre travail sur l’étude de deuxième point, où les armatures peuvent

être considérées comme des lignes d’extension nulle ( et leur présence modifie

considérablement le champ des contraintes et des déformations Bassett1978. La

compression, la flexion et le cisaillement Schlosser et Juran 1979 interviennent dans

d’autres types de renforcement, ce qui permet une autre classification des techniques de

renforcement. Enfin, notons que les qualités techniques et économiques de la terre armée,

ainsi que la facilité de sa mise en œuvre en font un matériau qui prend naturellement sa

place dans le domaine des travaux publics et du génie civil. C’est pourquoi nous

considérons comme particulièrement utile de baser les calculs sur les données réelles, et

c’est en ce sens que nous avons entrepris nos essais sur modèles réduits.

Ces essais ont pour but de déterminer d’autres paramètres, l’influence des charges cycliques

sur les armatures des ouvrages en terre armée en fonction des paramètres physico-

mécaniques du sol et de l’armature.

Chapitre 2 Etude critique de la

terre armé

Mémoire I. GARECHE -R. BENTIBA Chapitre II: Etude critique de la terre armée

Page 15

2.1 INTRODUCTION

Depuis l’antiquité, la terre a toujours été utilisée comme matériau de construction, mais du

fait de ses faibles propriétés mécaniques, elle conduit à l’exécution d’ouvrages massifs

(barrages, digues, remblais). Elle présente en revanche, l’avantage d’avoir un faible coût,

pour améliorer ses caractéristiques mécaniques tout en conservant un prix de revient

intéressant, Vidal a eu l’idée d’associer à un sol de remblai des armatures métalliques

disposées sous forme de bandes généralement horizontales, flexibles et susceptible de

supporter des efforts de traction importants. Il a ainsi obtenu un matériau nouveau : la terre

armée, dont les caractéristiques mécaniques sont anisotropes.Depuis l’invention de la terre

armée il ya plus d’une vingtaine d’années, et l’introduction de ce nouveau matériau et de sa

technologie dans le domaine de génie civil, plus de 7000 d’ouvrages de soutènement en

terre armée ont été construits à travers le monde.A première vue, la conception et le

fonctionnement de ces ouvrages de soutènement peuvent paraitre simples, comme le

seraient ceux de gros mur-poids inertes. Le mécanisme interne en est pourtant très

particulier, et même complexe.Aussi après les premières intuitions et les premières études

de Vidal, le groupe international des sociétés terre armée a poursuivi les recherches

permettant d’approfondir la connaissance du comportement des massifs de soutènement en

terre armée, et ces recherches continuent en corê. Elles ont emprunté des voies diverses et

complémentaires depuis les études sur modèles réduits de laboratoire, les mesures sur des

ouvrages réels en service ou sur des murs expérimentaux en vraie grandeur, jusqu’aux

analyses mathématiques sur ordinateur basées sur la méthode des éléments finis.C’est la

synthèse de la masse d’informations considérable qu’on recueillie qui a permis d’élaborer

des méthodes de calcul pratiques et sûres pour le dimensionnement des ouvrages courants,

et qui permet d’optimiser la géométrie des massifs suivant leur destination.Les pages qui

suivent se proposent de donner un bref aperçu de tout l’effort de recherche qui a été mené à

propos des massifs de soutènement en terre armée, et de la façon dont ses résultats se

traduisent dans la conception et le dimensionnement des ouvrages.Les deux composants de

la terre armée ont des modules de déformation très différents. L’interaction entre eux est

assurée par le biais du frottement qui développe sur leurs surfaces de contact et qui empêche

leurs déplacements relatifs.


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Ainsi lors de la sollicitation la terre transmet aux armatures les efforts de traction qui se

développent dans la masse, les armatures empêchent l’expansion du matériau dans les

directions du renforcement et tout se passe, comme si la terre possédait dans les directions

des armatures une cohésion proportionnelle à leur résistance à la traction.Dans un massif en

terre armée, les armatures ne sont donc placées que dans les directions où la terre est la plus

sollicitée en traction. Pour des raisons de facilité de mise en œuvre, le renforcement est

généralement effectué uniformément et horizontalement. La terre armée apparait ainsi

comme un matériau composite, relativement homogène, fortement anisotrope et présentant

une résistance élevée à la traction.La réalisation d’ouvrages en terre armée nécessite de

prévoir aux extrémités libres de l’ouvrage un parement pour empêcher la terre de s’écouler

entre les armatures et pour donner à l’ouvrage la forme voulue, le parement joue

mécaniquement un rôle beaucoup moins important que les armatures car son action est

locale.

2.2 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

2.2.1 L’idée de base

On sait comment se déformait un élément de sol dans un massif en équilibre limite : la

poussée s’obtient par expansion latérale du massif. L’idée de base de Henri Vidal est de

s’opposer à cette expansion latérale en faisant intervenir le frottement des grains du sol sur

des armatures horizontales. Si le frottement est suffisant pour empêcher tout mouvement

relatif grains-armatures, alors la déformation horizontale du massif se réduit à la

déformation longitudinale des armatures qui sont très faible.On voit donc tout se passe

comme si l’on avait un matériau possédant une cohésion anisotrope n’apparaissant que pour

des déformations horizontales (sauf si l’on disposait des armatures dans toutes les

directions) pour qu’il n’y ait pas de glissement terre-armature, il faut que les forces de

contact entre les grains et les armatures fassent avec la normale aux armatures un angle α

tel que :

Tg α< tgψ figure 2-1

Où tg ψ : Désignent le coefficient de frottement terre-armature


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Figure 2-1: Contact entre les grains et l'armature

Considérons alors un élément de volume d’armature, de longueur dl figure 2-2.

Le long de ce tronçon, la traction dans l’armature varie de dT et la composante normale de

la contrainte transmise par la terre à l’armature est σ.

Compte- tenu du fait que l’armature est sollicitée sur ses deux faces, l’équilibre de ce

volume élémentaire s’écrit :dT= 2 bdl

Où b : désigne la largeur de l’armature.

Figure 2-2: L’équilibre d’une armature

Soit dT= 2 σ tg α.b.dl : La condition tg α< tg ψ s’écrit donc, en introduisant le coefficient de

sécurité F :

Soit :

tg ψ


Page 18

2.2.2 Comportement et mécanisme fondamental de la terre armée

Le fonctionnement de la terre armée repose essentiellement sur l’existence d’un frottement

entre la terre et les armatures. Le mécanisme de ce fonctionnement a fait l’objet de

nombreuses recherches, tout théoriques qu’expérimentales, depuis l’invention du procédé,

ces études ont montré que ce mécanisme est complexe et qu’il correspond au comportement

d’un matériau fictif doué d’une cohésion anisotrope proportionnelle à la résistance à la

traction des armatures.C’est pourquoi la justification des ouvrages en terre armée, repose sur

des schémas mis en évidence principalement par des études en laboratoire et des

expérimentations sur ouvrages réels. Des règles ont été établies de façon à garantir à ces

ouvrages le niveau de sécurité exigible en fonction de leur destination.Puisque la terre

armée est un matériau composite, il faut considérer séparément le comportement du sol et

celui des armatures, et étudier l’interaction de ces deux éléments.Toutes les mesures faites

sur des modèles réduits ou sur des ouvrages réels concordent pour montrer que dans une

armature de terre armée, la force de traction varie d’un bout à l’autre de l’armature. Aux

extrémités libres, cette force de traction est bien sûre nulle ; mais elle n’est pas maximale

sur le parement de l’ouvrage auquel sont fixées les armatures. Le lieu de traction maximale

dans un massif en terre armée sépare le massif en deux zones. figure 2-3

Une zone active : où le sol qui tend à glisser vers l’extérieur du massif est retenu par

les efforts de frottement mobilisé sur les surfaces d’armatures, ces efforts de

frottement sont alors dirigés vers l’intérieur du massif et entrainent une augmentation

des efforts de traction dans les armatures.

Une zone passive (résistante) : où l’armature soumise à la force de traction

maximale, tend à glisser vers l’extérieur du massif, mobilisant ainsi les efforts de

frottement sur ses surfaces de contact avec le sol.

Dans les massifs en terre armée le lieu des tractions maximales représente une surface de

rupture potentielle pour les armatures, il est essentiellement variable en fonction de la

géométrie du massif, des sollicitations s exercées, des caractéristiques du matériau de

remblai, du frottement sol-armatures, etc.….


Page 19

La mobilisation du frottement entre la terre et les armatures a pour effet de modifier l’état

de contrainte et l’état des déformations dans le sol et d’améliorer ainsi nettement les

caractéristiques des déformabilités et de résistance du matériau.

Figure 2-3: Distribution des tractions dans les armatures.

2.2.3 L’aspect mécanique du comportement de la terre armée

A fin d’étudier l’aspect mécanique de cette interaction, on peut comparer le comportement

avant et à la rupture d’un échantillon de sol armé soumis à des essais d’expansion latérale à

l’appareil triaxial, on supposant que ces échantillons soient initialement à l’état.

σr = ko σa

Où : k0 : coefficient de pression latérale du sol au repos.

Σret σa : respectivement contrainte radiale et axiale.

a) L’échantillon du sol subit une expansion radiale irréversible entrainant des fortes

déformations axiales, sa rupture est atteinte dès que la résistance au cisaillement du

sable est entièrement mobilisée.

à l’état initial σr = kσ σa

à l’état de rupture σr = ka σa

σr à l’état initial et l’état de rupture est définie par le critère de Coulomb et représenté sur le

diagramme de Mohr figure 2-4.


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b) L’échantillon de sol armé par des disques d’armatures horizontales flexibles,

pratiquement- inextensible (module de déformation élevé), tend également à avoir

une expansion dans les directions d’armatures, mais comme toute tranche du sol est

frettée à ses deux bases, si le frottement entre le sol et les armatures est suffisant pour

empêcher tout glissement du sol, les déformations latérales demeurent négligeables.

L’essai d’expansion(ou de compression triaxiale) sur le sol armé est donc analogue à un

essai de compression œnométrique (ou à un essai Ko sur le sol seul) le chemin des

contraintes appliqués à un élément de sol en contact avec l’armature figure 2-5, montre que

le frottement sol-armature entrainent une rotation des contraintes radiale et axiale. Ainsi

l’état des contraintes dans le sol évolue vers la rupture, mais le rapport entre les contraintes

radiales et axiales demeure voisin de Ko.

Figure 2-4: Essai d’expansion sur le sol Figure 2-5: Essai d’expansion sur le sol armée

2.3 COMPORTEMENT GLOBALE D’OUVRAGES

L’ensemble des résultats disponibles confirme qu’un massif en terre armée se comporte

pratiquement comme un mur poids. A son poids propre, aux surcharges, s’ajoute l’effet de

la poussée des terrains qu’il soutient figure 2-6.Du fait de la flexibilité du mur la poussée

correspond à l’état actif, et en règle générale elle est d’autant plus inclinée que le massif est

plus élancé. Les mesures réelles et éléments finis montrent qu’à la base comme aux niveaux

intermédiaires la contrainte verticale dans le remblai est plus forte vers l’avant (à cause de

l’effet de renversement) et en moyenne supérieure à γ Z (à cause de l’inclinaison de la


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poussée).La formule classique de Meyerhof donne une bonne estimation de la contrainte

autour de Pic figure 2-7.

Figure 2-6: Comportement Global des ouvrages Figure 2-7: Formule de Meyerhof

2.3.1 Fonctionnement interne

La force de traction dans les armatures n’atteint son maximum qu’à une certaine distance en

arrière du parement. La ligne qui joint les points de traction maximale sépare la zone active

où les armatures retiennent le remblai, de la zone résistante où le frottement du remblai

retient les armatures. Tous les résultats concordent que cette ligne qui part du pied du massif

se redresse pratiquement à la verticale à une distance du parement inférieure à 0,3 H. ceci

reste vrai quelles que soient les proportions du massif (jusqu'à L/H = 0,4) et même pour des

massifs de forme trapézoïdale figure 2-8.

Figure 2-8 : Limites de la zone active


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2.3.2 Efforts maxima dans les armatures

En faisant l’hypothèse que le cisaillement est nul dans des plans situés à mi-distance des

armatures figure 2-9, l’équilibre du volume ainsi délimité à l’intérieur de la zone active

implique que :

NT max= σh (N étant le nombre d’armatures par unité de surface du parement).

La contrainte horizontale dans le remblai sur la ligne de traction maximale est liée à

la contrainte verticale au voisinage de ce maximum par la relation σh = K σv

Figure 2-9 : Equilibre local

2.3.3 Domaine d’application

La synthèse de tous résultats résumés ci-dessus permet de définir une méthode de calcul

pratique pour les massifs de soutènement courants en terre armée.Pour le critère de

justification au poinçonnement, la largeur conventionnelle B' est égale au minimum de la

longueur L des armatures et de la hauteur mécanique H de l’ouvrage.


Page 23

On calcule les éléments de réduction des efforts s’exerçant sur le massif armé réel :

Figure 2-10 : Equilibre global

a) Si L < H, la contrainte verticale de référence appliquée par le mur au sol de fondation

est définie comme pour les semelles de fondations. Elle est très voisine de la

contrainte évoluée selon la méthode de Meyerhof, en supposant une distribution

uniforme sur une largeur de fondation réduite :

B"= L-

On peut donc également prendre pour expression de la contrainte de référence :

qréf=

b) Si L> H, les contraintes sont réparties linéairement sous le massif de largeur L. pour

la vérification au poinçonnement, on considère la partie de ce diagramme réduite à la

largeur B' = H, et on calcule la contrainte de référence à partir de ce diagramme.

Dans le cas de murs édifiés sur sol en pente, la partie basse du mur peut être conçue à

redans. Dans ce cas, la largeur est égale à la longueur des armatures en bas du mur.

Cas particuliers des Murs à Double Parement

Un mur à double parement est en fait constitué de deux murs en terre armée dont les

parements sont parallèles, et qui peuvent être soit séparés par un remblai, soit jointifs, soit

encastrés l’un dans l’autre.


Page 24

a) Murs disjoints ou jointifs

On considère séparément chaque mur. Les efforts horizontaux exercés sur la face arrière de

chaque structure varient de zéro si les murs sont jointifs, à la valeur de la poussée active si

l’espacement entre les murs est suffisant pour en permettre la mobilisation.

b) Murs encastrés

On ne considère dans ce cas qu’un seul massif représenté par le parallélépipède rectangle

de hauteur H et de largeur égale à la distance entre les deux parements. Lorsque les murs

sont jointifs ou encastrés, la contrainte de référence qréf est égale au poids des terres γ.H.

qréf= γ.H

Le Cas des culées de pont

Est différent de celui des murs de soutènement. Une culée en terre armée n’est souvent que

la partie terminale d’un remblai d’accès, lequel peut être limité par des murs en terre armée.

La justification de la stabilité externe de chaque mur est faite comme pour les murs à double

parement.

Figure 2-11 : Efforts appliquée à une culée

2.3.4 Poussée

En règle générale, la poussée du remblai pulvérulent situé derrière le massif est supposée

inclinée à l’angle β = (1,2 – L/H) υ2 ; υ2 : l’angle de frottement interne du remblai. La

poussée est calculée avec le coefficient de coulomb, qui a pour composante horizontale :

Kh = υ

( )


Page 25

2.3.5 Etat du sol sur la ligne des tractions maximales (définitions du coefficient K)

Le calcul des tractions maximales dans les armatures ne peut se faire par l’étude de

l’équilibre local entre le parement et les armatures, et nécessite de connaître, au point où la

traction est maximale, l’état des contraintes dans le sol. Le matériau de remblai n’est pas à

l’état limite dans toute la zone active. S’il est dans le bas du mur, l’expérience a montré que

dans le haut du mur l’état des contraintes est proche de l’état au repos caractérisé par le

coefficient Ko.La contrainte horizontale σh dans le remblai sur la ligne de traction

maximale est liée à la contrainte verticale au voisinage de ce maximum par la relation σh =

k σv, Si l’on prend pour σv la valeur fournie par la formule de Meyerhof, les résultats

expérimentaux et les éléments finis montrent que K peut être pris égal au coefficient ka de

poussée active.En haut des murs et jusque vers 6m de profondeur, les valeurs de K tirées des

mesures sur ouvrages réels sont sensiblement plus élevées, à cause surtout des contraintes

induites par le compactage. Elles tendent vers une valeur de l’ordre de Ko, coefficient de

poussée au repos figure 2-12.

Pour le dimensionnement des ouvrages, le coefficient K est schématisé de la façon

suivante :

K=ko (1-Z/Zo) + ka x Z/Zo pour Z≤ Zo =6m

K=ka pour Z> Zo

Où Z : est la profondeur comptée à partir du niveau de la hauteur mécanique, les valeurs de

ko et ka, qui sont les coefficients de poussée au repos et de poussée active, sont évalués par

les formules classiques.

Ko= 1-sin υ ka= tan2 (π/4 – υ/2).

Φ : étant l’angle de frottement interne du sol constituant le massif de terre armée.


Page 26

Figure 2-12: Valeurs de k en fonction de la profondeur

2.4 DIMENSIONNEMENT A LA RUPTURE

Les lacunes des théories classiques (Rankine, Sokolovski, Coulomb, etc.…) ont conduit à

proposer une nouvelle méthode de dimensionnement à la rupture Juran 1977.

cette méthode repose sur les hypothèses suivantes :

Figure2-13: Dimensionnement à la rupture

a) La partie supérieure du mur est à surface horizontale.

b) La ligne de rupture est assimilée à un spiral logarithmique passant par le pied du mur.

c) La surface de rupture est perpendiculaire en tête du mur à la surface du remblai.

d) Sur les plans horizontaux situés à mi-chemin entre deux lits voisins d’armatures,

la contrainte de cisaillement est nulle (τ =0).

e) L’effort tranchant dans le parement est nul (T =0).


Page 27

Mécanisme de rupture

Pour vérifier la stabilité des ouvrages en terre armée et établir des règles de justification, il

est nécessaire de connaitre les modes de ruptures de tels ouvrages. Leurs étude a

essentiellement été faite sur des modèles réduits.

En dehors des ruptures résultant d’une instabilité externe (sol de fondation, glissement), la

rupture des ouvrages en terre armée peut se produire de deux manières différentes qui seront

discuté ci-après.

2.4.1 Quelques données expérimentales

(Schlosser, long 1973, Long, Ursat, 1977). Les premiers essais sur la terre armée ont été

réalisés à l’appareil « triaxial » sur des échantillons cylindriques de sable renforcé par des

disques d’aluminium. Ces essais ont permis de mettre en évidence essentiellement les deux

modes de rupture mentionnées ci-dessus.

2.4.1.1 Rupture par défaut d’adhérence

Pour les faibles valeurs de la contrainte latérale σ2*, le frottement sol- armature n’est pas

suffisant eu égard aux sollicitations appliquées. Le sable glissé entre les armatures

entrainant la rupture de l’éprouvette. Ce mode de rupture est associé à la partie incurvée de

la courbe de rupture dans le plan des contraintes principales (σ1, σ2). Figure 2-14.

Pour éviter la rupture par défaut d’adhérence, il faut vérifier la relation (Schlosser, Vidal

1969).

L/H>

L : longueur des armatures.

H : hauteur du mur.

ka : coefficient des poussées des terres.


Page 28

2.4.1.2 Rupture par cassure des armatures

Dans la partie rectiligne de la courbe de rupture de sable renforcé, la rupture de l’éprouvette

a lieu par cassure des armatures. Cette partie de la courbe de rupture est par1allèle à la droite

de rupture du sable non renforcé d’équation : σ1 = Kp σ

Où kp= tg2 (

) est le coefficient de butée de sable.

Son angle de frottement interne.

On observe généralement un plan de rupture bien net de l’éprouvette. Désignons par Rt et

h respectivement la résistance à la traction par mètre linéaire transversale des armatures et

l’espacement de deux disques(ou lits) d’armatures.

σ = Rt/ h est alors la résistance à la traction d’un lit d’armatures reportée à l’unité de

surface transversale.Il est facile de concevoir que d’un point de vue macroscopique et

caractérisent les capacités de résistance de la terre armée.

Figure 2-14: Courbe de rupture de sable renforcé et non renforcé armatures horizontales et

inclinées. (Shlosser, long 1973 et Long, Ursat 1977)

(*) Convention de signe : confortement à l’usage en mécanique des sols, les contraintes de

compression sont comptée positivement ; ce qui signifie que la normale positive à une facette est

rentrante.


Page 29

En nous bornant plus particulièrement à la partie linéaire de la courbe de rupture de terre

armée, nous pouvons alors définir une cohésion de celle-ci à partir de l’ordonné à l’origine

de cette droite de rupture. Lorsque les armatures sont horizontales la valeur maximale de la

cohésion est 0.5 (

)

- La cohésion ainsi définie dépend aussi de l’inclinaison des armatures par

rapport à l’horizontale. Une serie d’essais à l’appareil « triaxial » sur des

éprouvettes en sables renforcé par des disques d’aluminium inclinés sur

l’horizontale ont permis de déterminer la courbe de rupture de l’éprouvette pour

(long, Ursat, 1977). La figure 2-14 indique l’allure des résultats

obtenus.

On observe que pour

la courbe de rupture du sable renforcé est pratiquement

confondue avec celle du sable seul.

2.5QUALITE DES MATERIAUX

2.5.1 Nature des matériaux de remblai

Les matériaux de remblai peuvent-être soit des sols naturels, soit des matériaux d’origine

industrielle. IIe ne doivent contenir ni terre végétale, ni matière putrescible, ni déchets

domestiques. La qualité des matériaux de remblai utilisables pour la terre armée, qu’ils

soient d’origine naturelle ou industrielle, doit satisfaite à des critères bien déterminés, on

distingue parmi ceux-ci.

Critères géotechniques (critères mécaniques)

- Pour les armatures à haute adhérence, l’angle de frottement interne mesuré sur le

matériau saturé dans des conditions de cisaillement rapide, doit être supérieur ou

égal à 25 pour les armatures lisses l’angle de frottement sol-armature, doit être

supérieur ou égal à 22 .

Pour des raisons pratiques, on substitue en partie à ce critère de frottement des critères

granulométriques, ou interviennent les passants à 80 et à 15 tableau 2-1.

Critère de mise en œuvre

- La dimension des plus gros éléments ne doit pas excéder 250mm, compte tenu de

faible épaisseur des couches (0.33 ou 0.375 cm). Il convient en outre de limiter la

teneur eneau des matériaux sensibles à l’eau, conformément à la recommandation


Page 30

pour les terrassements routiers(RTR), afin d’éviter des difficultés lors

ducompactage.

Tableau 2-1: critère géotechnique (mécanique) pour le choix d’un matériau de remblai

Classe des sols distinguées dans la

classification(RTR)*

Sol

utilisable

en terre

armée

Sol nécessitant

une vérification

de critére

Mécanique

Sol inutilisable en terre

armée dans son état

naturelle

Sols de la classe A

D

Passant à

A1m :A1s

A2m :A2s

x

A1h :A2h

A3 :A4

x

Sols de la classe B

D

Passant à

B1:B3

B2m :B2s

B4m :B4s

x

B5m :B5s

B6m :B6s

x

B2h : B4h

B5h : B6h

x

Sols de la classe C

D

Passant à

C2m : C2s x

C1m :C1s x(1)

C3 :C2h :C1h x

Sols de la classe D

Passant à

D1 :D2 :D3 x

D4 x

Sols de la classe E

Roches évolutives

Cra : Crb : E2 x(1)

E3 x(1)

Cre : Crd x

Tableau 2-2: Guide pour le choix des sols de remblai

Passant à

80

Critère mécanique satisfait

Passant à

15

Critère mécanique satisfait

10 à

20

Armatures

H.A Critère mécanique

satisfait

Matériau inutilisable

en terre armée

Armatures

Lisses

Critère mécanique

satisfait

Matériau inutilisable

en terre armée

Matériau inutilisable en terre armée


Page 31

Guide pour le choix des sols de remblai

Outre le critère de choix et de teneur en eau de remblais classiques, les matériaux utilisés en

terre armée doivent présenter une courbe granulométriques contenue entièrement dans la

zone (utilisable) du graphique ci-dessousfigure 2-15 .

Figure 2-15 : le fuseau du matériau utilisé dans les ouvrages en terre armée ( Angle de frottement interne du sol mesuré sur le matériau saturé et consolidé dans des conditions de cisaillement rapide).

En plus et à partie de classification des sols « RTR » on peut distinguer trois catégories :

- Les sols directement utilisables en terre armée.

- Les sols utilisables sous réserve d’une vérification du critère mécanique

- Les sols inutilisables en terre armée.

Ces catégories sont présentées dans le tableau 2-2

Le tableau exclue d’un emploi en terre armée :

- Les classes de sols sensibles à l’eau et trop humides par l’indice h (critère de mise en

œuvre non satisfait)

- Les classes de sols A3 et A4 concernant des sols essentiellement argileux (Critère

mécanique en général non satisfait).

- Les classes de sols C3 et D4 concernant des matériaux comportant des éléments

supérieur à 250 mm (critère de mise en œuvre non satisfait).

- Les craies Cer et Crd trop humbles et friables (critère mécanique et de mise en œuvre

non satisfaits).


Page 32

- L’utilisation des matériaux de classes F, et notamment des déchets industriels (stériles

de mines ou de carrière, Laitiers, Cendres Volantes….etc.), doit faire l’objet d’une étude

spécifique.

Critères chimiques et électrochimiques

Pour les ouvrages courant hors d’eau, les remblais doivent répondre aux Critères suivants

mesurés conformément aux modes opératoires décrits dans les recommandations des routes,

- Résistivité du sol saturé supérieure à 1000 ohm x cm (p>1000 x cm).

- PH de l’eau extraite compris entre 5 et 10 (5 PH 10)

- Teneur en sels solubles :

Teneur en ions Chlorures inférieure à 200 mg/kg ([CL-] ≤ 200 mg/kg)

Teneur en ions Sulfates inférieure à 1000 mg/ kg ([So4-] ≤1000 mg/kg)

Teneur en Sulfates totaux exprimée en concentration de soufre inférieure à 3000

mg/kg. [S] <300 mg/kg).

- Pas de matière organique.

Pour les ouvrages en eau douce, la résistivité doit être supérieure à 3000 Ohm x cm et [CL-]

≤ 100 mg/kg. [So4- -] ≤ 500 mg/kg.

2.5.2 Les armatures

Les armatures constituent en dehors du matériau de remblai l’élément essentiel de la terre

armée, elles doivent être durables. Si elles sont métalliques leur vitesse de corrosion doit

être compatible avec la durée de vie de l’ouvrage, si elles sont constituées d’un autre

matériau, celui-ci ne doit pas vieillir prématurément avec une chute de ses caractéristiques

mécaniques.Mécaniquement, les armatures doivent être souples pour donner au matériau

terre armée sa caractéristique essentielle de bonne déformabilité. Elles doivent par ailleurs

supporter des efforts de traction importants et posséder un coefficient de frottement

appréciable avec la terre.On dépit de plusieurs tentatives, l’utilisation des matières

plastiques a été limité à des ouvrages expérimentaux, les fibres de verre enrobées de résine

de polyester qui semblaient être la matière plastique répondant le mieux aux critères

mécaniques des armatures (peu de déformation, pas de fluage, pas de rupture fragile) ont

dues être abandonnées après la déformation complète d’un mur expérimental par les

bactéries.A l’heure actuelle ce sont encore les métaux qui donnent le plus de fiabilité partout


Page 33

dans le monde après l’utilisation de l’acier galvanisé dont la corrosion est bien connue et qui

apporte toutes garanties. Dans les sites maritimes l’acier doux est couramment utilisé.

Les recherches effectuées sur la corrosion des armatures ont permis d’étudier les vitesses de

corrosion en fonction des divers facteurs qui les caractérisent : nature du sol, type de métal,

nature des ions de l’eau interstitielles, résistivité, PH, teneur en eau. Le point de ces

recherches et du suivi des ouvrages depuis 10 ans a été fait par Darbin et Al( 1978-1979).

Figure 2-16: Armature nervurée

A partir de 1975 ; il a été utilisé en France des armatures nervurées figure 2-16, qui

améliorent très nettement le frottement entre le sol et l’armature. Les armatures lisses ne

sont utilisées que dans des cas particuliers.

Les armatures plates qui sont généralement utilisées, sont des plats dont la largeur varie de

40 à 120 mm et dont les caractéristiques sont définies dans le tableau ci-dessous :

Dans certains cas on peut également utiliser des grillages d’épaisseur et de protections

appropriées.

Le taux de travail admissible des armatures sera en général pris égal ou inférieur à la moitié

de leur limite élastique.

Matériau Epaisseur

courante (mm)

Limite rupture

Kg/ mm2

Limite

élastique

kg/mm2

Allongement

( )

Taux de travail

moyen kg/mm2

Acier

Galvanise 3 36 24 25 12

Alliage

d’aluminium 2 30 23 6 15

Acier

inoxydable 1.5 65 50 7.5 24

Tableau 2-3: Caractéristiques des matériaux utilisées

Les armatures sont fixées par boulonnage sur la peau de parement. Les boulons utilisés sont

réalisés avec le même matériau que les armatures, On utilise les matériaux suivants :


Page 34

Matériaux Acier galvanisé Alliage d’aluminium Acier inoxydable

Nuance HR AGS Z8C17

Protection Galvanisation a chaud Oxydation anodique

Bicromage

- - -

Tableau 2-4 Nature des aciers utilisée

La nature des armatures pourra également être déterminée en fonction de la nature et de la

durabilité de l’ouvrage ; ouvrages provisoires d’une durée de 5 ans environ, ouvrages

définitifs d’une durée de 50 à 60 ans environs.

Nous indiquons dans les tableaux qui suivent les conditions à respecter pour le choix des

armatures.

2.5.3 Le parement (La peau)

Le parement ne joue mécaniquement qu’un rôle local en empêchant le glissement du sol

entre les lits d’armatures. Cependant, il doit présenter les caractéristiques suivantes :

1) Il doit être résistant, car il doit supporter les efforts de poussée au voisinage immédiat

de l’extrémité de l’ouvrage. Ces efforts sont d’autant plus importants que

l’espacement entre les lits d’armatures est plus grand.

2) Il doit être flexible pour conserver à la terre armée sa qualité essentielle de souplesse.

3) Il doit être esthétique car l’aspect du parement d’un ouvrage constitue un élément

architectural important.

4) Il doit être constitué par éléments préfabriqués pour permettre une construction

simple de massif armé.

Parmi ces caractéristiques, c’est la flexibilité qui est mécaniquement la plus importante. En

effet, si le parement était rigide, celui-ci transmettrait au sol de fondation des efforts

importants qui obligeraient à le rigidifier encore d’avantage et conduirait à avoir un mur

classique retenant un massif armé. On enlèverait ainsi complètement à la terre armée son

caractère de matériau homogène.En 1971 a été mis au point le parement avec écailles

cruciformes en béton plus économique que le parement métallique et permettant de

nombreuses variantes architecturales. Il permet notamment de construire des murs à

courbure continue bien adaptés aux ouvrages de soutènement en sites urbains. Ce parement

est actuellement de loin le plus utilisé ; donc les parements doivent être constitués


Page 35

d’éléments susceptibles de s’adapter aux déformations bidimensionnelles des ouvrages et

sont généralement constituées d’éléments préfabriqués ou en béton.

a- Peaux métalliques

Elles sont fabriquées en acier galvanisé de même nature que les armatures et livrées en

éléments préfabriqués standards de 0.33m de hauteur et de 10m de longueur, d’un poids de

115 kg environ. Des éléments plus courts ou dimensions spéciales (éléments de

raccordement) sont exécutés en fonction de la nature du projet à réaliser.

Figure 2-17: ECAILLE METALLIQUES

b- Peaux en béton ou « Ecailles de béton »

Il s’agit d’éléments préfabriqués en béton de forme cruciforme de 1.50 x 1.50 m pouvant

épouser des courbes d’un rayon de 20 m. les caractéristiques de ces éléments sont définies

ci-dessous .

Figure 2-18: Ecaille en béton armée


Page 36

2.6 LA TERRE ARMEE « ETUDE EXPERIMENTALE »

2.6.1 Généralités

Lorsque l’on veut étudier le comportement d’un ouvrage ou d’un système physique le

moyen le plus sur, et que l’on retiendra à priori, est l’expérimentation par l’instrumentation

directe de celui-ci.Avant de publier son invention, H. Vidal avait pris le soin de faire de

nombreux essais sur modèles réduits en sable et en papier et de réunir une documentation

très large sur les différents matériaux susceptibles d’être utilisés pour la construction des

ouvrages.Ces essais réalisés avec des moyens limités lui ont permis de proposer des

méthodes de calcul rudimentaires, mais suffisants pour réaliser les premiers ouvrages.

Par la suite l’administration des routes de différents pays (notamment en France, puis aux

Etats-Unis) et diverses universités ont lancé des compagnes d’essais en laboratoire et de

mesures sur ouvrages réels. Ces recherches ont confirmé les premiers résultats publiés par

H. Vidal.Il était donc nécessaire que les sociétés exploitant la terre armée investissent une

part importante de leurs ressources dans un programme de recherche cohérent important et

de longue durée. Ce programme s’est développé dans trois domaines :

i- Le dimensionnement : Ou la recherche a nécessité d’analyser le comportement

de la terre armée sous l’effet des diverses sollicitations.

ii- La durabilité : Ou la recherche a porté avant tout sur le choix des armatures qui

est essentiel pour assure la pérennité des ouvrages.

iii- Le développement de la technologie : La pérennité des ouvrages est si

importante qu’elle nous a amenés à étudier de façon systématiques le

comportement de la plupart des matériaux disponibles dans le commerce ; acier,

acier galvanisé, acier revêtu, acier inoxydable, matières plastique (polyster ;

polyster renforcé de fibres de verre, géotextiles).

Ce développement technologique résulte souvent de recherches appliquées destinées à

résoudre des cas concrets. C’est une recherche continue qui a déjà mobilisé plus de 40000

heures d’ingénieurs ou techniciens Larbi Siad 30 Octobre1987 et permis d’élargir

constamment le marché de la terre armée grâce à des solution originales sures et bien

adaptées.


Page 37

2.6.2 Expérimentation sur modèles

En ce qui concerne les ouvrages d’art, les murs en terre armée et les culées de pont des

études expérimentales en vraie grandeur et grandeur et sur modèles réduits ont peut être

menées simultanément.

La majorité des études expérimentales sur les murs de soutènement en terre armée que nous

allons citer ont été réalisées sur deux sorte de modèles réduits :

a- Les modèles bidimensionnels

C’était en France ou les premiers essais ont été effectués sur un modèle bidimensionnel

utilisant la méthode des rouleaux de Taylor Schneebeli (Long et col 1973). L.C.P.C* de

Paris.Dans ce type de modèle, la terre est représentée par des rouleaux d’acier de longueurs

3 cm empilés parallèlement les uns sur les autres. Les différents diamètres des rouleaux

employés sont tels que l’angle de frottement de ce milieux bidimensionnel, mesuré à la

boite de cisaillement et de 27 , le poids volumique du milieu est 62 KN/m3. Les lits

d’armatures ayant tous la même résistance en traction et espacés de 2.5 cm contiennent

chacun, deux ou trois bandes d’aluminium les armatures disposées perpendiculairement aux

rouleaux ont une épaisseur de 9 , une largeur de 0.3 cm et une résistance en traction de 1.6

N. La peau est formée d’éléments semi-elliptiques en papier ou en matière plastique. Le

montage du mur a été effectué de manière à respecter le plus fidèlement possible les

conditions d’exécution des ouvrages réels. Ces essais ont permis de distinguer les ruptures

par glissement ou par cassure des armatures, et de mettre au point les premières méthodes

de dimensionnement.

D’après le rapport du L.C.P.C* Paris (1988), les ouvrages étudies par cette méthodes sont :

- Murs homogènes sans surcharge.

- Murs surmontés d’un remblai incliné

- Murs avec une surcharge

- Murs à doubles parements Juran I, chapt XIII Paris 1979.

b- Les modèles tridimensionnels

Plusieurs séries de modèles à trois dimensions ont été soumis en laboratoire à des

surcharges analogues à celles qui s’exercent en réalité. Parmi les expérimentations les plus

intéressantes figurent celles qui ont menées en 1978 par Legeay et en 1984 par El. Amir et


Page 38

Ben Assila à L’E.N.P.C* (Paris), De même, d’autres modèles réalisés par le L.C.P.C* et

l’I.N.S.A* de Lyon sur des :

- Murs armés uniformément.

- Murs non homogènes.

- Superposition de deux mursJuran I, chapt XIII Paris 1979.

Ces essais ont permis l’étude des ouvrages à la rupture et l’étude des efforts le long des

armatures et de l’état de contrainte dans le sol.En 1976, Le affirme par des tests que les

théories de Rankine et de coulomb sont adéquates pour les considérations de conception, ces

résultats ont été confirmés par la suite par Buiquet 1978.Dans la plupart des modèles de

petite taille, les efforts sont très faibles et difficiles à mesurer directement. Par contre en

centrifugeuse une accélération de 100 gramme développe dans un modèle de 20cm les

mêmes efforts que dans un mur de 20 m. Ceux-ci deviennent alors accessibles à des mesures

par jauges d’extensomètre et par captures. Les résultats des essais sur modèles soumis aux

contraintes de gravité amplifiées dans une centrifugeuse (élaborée en 1978 par Balton et Al,

dans le cadre d’un programme de recherche sur la terre armée, pour le laboratoire de

transport et des routes en grande Bretagne) ont montré que la position de traction maximum

ne coïncide, ni avec les positions de rupture des bandes, ni avec la théorie de rupture des

surfaces de Coulomb.

On note aussi les modèles réalisés par C.E.R.M.E.S* en 1982 sur des culées de pont. Les

modèles sont divisés en trois tranches verticales, de façon à éliminer les effets de paroi.

Des modèles mathématiques aux éléments finis ont été également utilisés par T.A.I* pour

étudier le comportement des culées en terre armée et analyser l’influence des principaux

paramètresJuran I, Schlosser F.,Paris 1979. Ces modèles sont conçus suivant les mêmes

principes que pour l’étude des massifs de soutènement. La même société a effectuée entre

1984 et 1986 une étude sur le calcul des culées de pont. Cette étude à conduit et interprété

plus de 50 calculs différents où l’on a fait varier à la fois plusieurs paramètres ; tels que :

La hauteur du massif en terre armée, la longueur et la distribution des armatures, les

dimensions et la charge du sommier correspondant à des ponts de 10m à 30m de portée.

*I.N.S.A Institut National des Sciences Appliquées Lyon


Page 39

2.6.3 Expérimentation en varie grandeur

La façon la plus réaliste d’étudier le mode de fonctionnement d’un massif, consiste à

instrumenter de vrais ouvrages, construits dans les conditions habituelles de

chantiers. Cela a été fait en nombreux endroits dans le monde depuis les premières

réalisations en terre armée. En partie ou en totalité aux frais des sociétés du groupe.

On dispose actuellement des résultats de mesures sur vingt ouvrages en service et

neuf ouvrages expérimentaux.

Instrumentation :L’instrumentation comprend en général figure 2-19

- Des jauges d’extensomètre fixées à intervalles déterminés le long de la plupart des

armatures d’un même profil de mesure. En un même point il faut une jauge sur chaque

face, supérieure et inférieure pour éliminer l’effet des flexions locales. Pour atténuer

d’autre part les anomalies ponctuelles dues à la mise en œuvre, on équipe aussi

d’habitude plusieurs armatures d’une même couche.

- Des cellules de pression totale pour mesurer les contraintes dans le remblai. En

particulier derrière le parement et à la base du massif (là aussi les mesures sont quelque

fois perturbées par des hétérogénéités locales).

- Des mires, des inclinomètres ou des tensiomètres pour suivre les déplacements. Bien sûr,

les différents ouvrages ou des mesures ont été effectuées n’ont pas pu être instrumentés

tous de façon complète. Par ailleurs, les résultats ne sont pas toujours également fiables.

Aussi seuls les recoupements entre des expérimentations suffisamment nombreuses

mènent-ils à des conclusions sures et convaincantes.

Figure 2-19 : Instrumentation du mur de Fremersdorf (R.F.A)


Page 40

Mesures sur ouvrages réels

Les mesures fournies par les jauges permettent de représenter la variation de l’effort de

traction le long des armatures, ou au moins l’allure moyenne de cette variation à un même

niveau figure 2-20.

Figure 2-20: Mur de silvermine, Afrique du sud (1976).

A partir de ces courbes on peut situer sur les armatures les points ou l’effort passe par un

maximum et en les reliant, tracer la ligne des tractions maximales.

On en déduit également un graphique représentatif de la variation de la traction maximale

avec la profondeur figure 2-21, sur tous les ouvrages on constate que l’effort n’est pas tout à

fait proportionnel à la profondeur : les efforts sont accrus au sommet du mur, réduits au

pied.

Figure 2-21 : Mur de Thionville, France(1972)


Page 41

Au sommet ; des mesures effectuées en particulier sur le mur de granton Grande Bretagne

1973 ont confirmé que cela provient essentiellement des contraintes développées par le

compactage figure 2-22.

Figure 2-22: Mur de Granton, Gr. Bretagne(1973)

Au pied du mur par contre, les efforts diminuent souvent parce que le sol de

fondation « Soulage », par sa cohésion, les premières armatures.

2.7 ETUDE DE L'INTERACTION SOL-ARMATURE


Le renforcement des sols regroupe un ensemble de techniques consistant à améliorer la

résistance initial du sol par l’inclusion d’éléments linéaires résistants, généralement

métalliques.

Le phénomène d’interaction entre le sol et l’inclusion et fréquemment le frottement et dans

ce cas le renforcement n’est possible et économique que si le sol possède un bon squelette

granulaire permettant de développer un frottement interne à court terme.

2.7.2 Aspects particulières du frottement Sol-Armature

Le frottement sol-armature dans un sol grenu diffère sensiblement du frottement classique

plan sur plan sous effort normal constant. Sa particularité est due essentiellement à son

caractère tridimensionnel, qui rend complexe à la fois son analyse et sa prévision. Par suite

de cet aspect tridimensionnel il ya a une réponse de la masse de sol, lors de la mobilisation


Page 42

du frottement, qui se traduit comme on le verra par une augmentation sensible de la

contrainte normale qui s’exerce sur l’inclusion.

Le frottement sol-armature ne peut étudier comme un phénomène uniquement local puisque

les déformations du massif de sol ainsi que celles de l’armature interviennent. Le sol est

considéré comme un milieu purement granulaire, dolé d’un angle de frottement est

caractirésé avant la rupture par un phénoméne de distance positive ; c'est-à-dire par une

augmentation sous l’influence d’un tenseur purement déviatorique (contrainte moyenne

nulle).La dilatance du sol, qui se développe au cours de la mobilisation du frottement sol-

armature et de loin le facteur le plus important. Elle intervient de la façon suivante F.

Schlosser 1972 Figure 2-23.

Figure 2-23 : Aspects particuliers du frottement sol-armature

La mise en traction de l’armature produit dans le sol des contraintes de cisaillement dont les

valeurs ne sont significatives que dans une zone limitée autour de l’armature ; dans cette

zone le sol a tendance à augmenter de volume par suite de la dilatance ; mais s’en trouve en

partie empêché par le reste du sol. Il en résulte une augmentation importante de la contrainte

normale sur le porteur de la zone de cisaillement et par suite à la surface de l’armature.

Sur le plan théorique et pratique, cette augmentation de la contrainte normale est difficile

à calculer ou à prévoir. Elle fonction du volume Vc de la zone en cisaillement autour de

l’armature, et la contrainte normale initiale la compressibilité du sol valablement

représentée ici par le module pressiométrique Em et des caractéristiques de dilatance D,

soit :

( )avec


Page 43

2.7.3 Etude du coefficient de frottement (f)

La mesure de f, entre le sol et l’armature peut s’effectuer à la boite de cisaillement en

plaçant dans l’une des demi-bottes une pièce du même matériau que celui de l’armature et

dans le sol granulaire à renforcer.

Influence de l’état de surface de l’armature

Les courbes efforts-déplacements de la figure 2-24 montrent l’influence déterminante de

l’état de surface de l’armature.

Dans le cas d’une surface métallique lisse, la courbe de cisaillement ne présente pas de pic,

mais un palier situé nettement au dessous du pic de la courbe de cisaillement sol-sol.

L’expérience montre que la formule : f=0.5 tg constitue une enveloppe inférieur du

frottement sol-armature (Schlosser et long 1974).Lorsque la surface est rugueuse, la courbe

de cisaillement présente un pic qui peut très facilement atteindre celui correspondant au

frottement interne du sol.

Ce phénomène est lié au mécanisme du frottement sol-armature dont les facteurs principaux

sont les mêmes que celui du frottement interne, à savoir :

1) Frottement inter granulaire pur.

2) Réarrangement des grains.

3) Dilatance.

La figure 2-25 tirée des études de Rowe (1962) sur la dilatance, montre l’influence

respective de ces divers facteurs sur l’angle de frottement interne

Figure 2-24: Influence de l'état de surface de l'armature Figure 2-25: Influence de la dilatance


Page 44

Interprétation

Lorsque la surface de l’armature est lisse, le nombre et le volume des grains mis en

déplacement lors du mouvement de l’armature sont plus faibles que lorsque la surface et

rugueuse. La contribution de réarrangement et de la dilatance, fonction de ce volume, ce

trouve donc sensiblement diminuée. Dans ce cas, la surface de rupture coïncide avec la

surface de séparation entre le sol et l’armature. Compte tenu de sa parfaite planéité. Elle

constitue en effet une surface de faible résistance mécanique.Au contraire lorsque

l’armature et rugueuse, elle a tendance à retenir les grains par ses nervures. Il en résulte une

augmentation du volume des grains déplacés et donc une augmentation du coefficient de

frottement f. A la limite lorsque le nombre, la forme et la dimension des nervures sont

suffisantes, le frottement sol-armature devient égal au frottement interne du sol. La rupture a

alors lieu au sein du sol et non plus au contact de l’inclusion.

2.7.4 Mesure de frottement

L’effet tridimensionnel et l’influence de la dilatance sont difficiles à prendre en compte

dans un calcul pratique en utilisant la donnée initiale du coefficient f.

C’est la raison pour laquelle plusieurs méthodes ont été développées pour pouvoir mesurer

des paramètres plus globaux que ce coefficient de frottement élémentaire f.

La figure 2-26 montre les quatre méthodes de mesure du frottement envisageables dans le

cas de la terre armée :

1) L’essai classique à la boite de cisaillement.

2) L’essai de cisaillement à la grande boite.

3) L’essai de traction ou d’arrachement au sein d’un massif de sol.

4) L’essai de rotation sur modèle de mur en terre armée.

Discussion

L’essai de frottement le plus représentatif est sans doute celui qui consiste à mesurer le

frottement le frottement sur l’ensemble des armatures du massif en terre armée, c'est-à-dire

construire un modèle de mur en terre armée et à le déformer par exemple en rotation comme

dans la méthode 4.cet essai se heurte a plusieurs difficultés : problèmes de similitude, cout

et durée importants. Dans la pratique la plupart des mesures de frottement sont effectuées

par des essais d’arrachement de l’armature qui présentent notamment l’avantage de tenir

compte de la mise en place de l’armature.


Page 45

2.7.5 Coefficient de frottement apparent

Dans la technique de la terre armée, la contrainte normale initiale, s’exerçant à la surface de

l’inclusion à extraire et assez bien connue.Les armatures sont en effet des bandes

métalliques placées horizontalement au fur et à mesure de la construction du remblai armé.

La contrainte est donc voisine de la pression due au poids des terres, soit :

C’est la raison pour laquelle on définit dans l’essai d’arrachement d’une armature un

coefficient de frottement apparent f* entre le sol et l’armature (Alimi et Al 1977) par la

formule : f* =

Où et la contrainte de cisaillement moyenne sur les faces de l’armature au moment de

l’arrachement.Dans la mesure où l’on peut supposer que l’armature a un comportement

rigide par rapport au sol, la valeur maximale T max de l’effort de traction en tête correspond

à une mobilisation complète du frottement tout au long de l’armature. On tire alors la valeur

de f* de la mesure de T max par l’expression.

f*= T max/ (2bL )

Où b : est la largeur de l’armature et L : la longueur résistante de l’armature.

Figure 2-26: Coefficient de frottement apparent f*

Les valeurs obtenues pour le coefficient de frottement apparent f* peuvent être beaucoup

plus grandes que le coefficient de frottement réel f.


Page 46

On a en effet :

f*= T max/ ( ( ))

Ou est le supplémente de contrainte normale du au phénomène de dilatance.

Il est courant d’obtenir des valeurs très supérieures à 1 pour les faibles valeurs de .

Discussion

La valeur de f* n’est pas constante. Elle dépend en effet de et donc de la profondeur z ;

comme la dilatance, elle diminue lorsque la valeur de augmente. Aux fortes profondeurs

f* devient voisin de f.

2.7.6 Paramètres influençant f*

Le coefficient de frottement apparent f* dépend bien sur de l’angle de frottement interne

du milieu granulaire considéré.

L’expérience a cependant mis en évidence trois paramètres principaux, dont l’influence

s’avère prépondérante sur le frottement sol-inclusion, à savoir :

- La compacité du milieu granulaire.

- L’état de surface de l’armature.

- La contrainte normale initiale sur l’armature.

2.7.6.1 influences de la compacité du sol

La figure 2-27, montre l’influence de la compacité sur la courbe de mobilisation du

coefficient de frottement apparent f* au cours d’essais d’extraction de bandes métallique

lisses en modèle réduit. Aux faibles densités, le pic est obtenu pour un faible déplacement

(quelque millimètre) et il est très accentué. La valeur résiduelle de f* est inférieures de

moitié à celle correspondant au pic. Aux fortes densités, le pic s’efface au profit d’un palier

obtenu pour grands déplacements (plusieurs centimètres).

Discussion

Si les valeurs maximales de f*correspondant aux faibles densités restent assez voisines du

frottement réel f mesuré à la boite de cisaillement il n’en est plus de même du frottement

apparent aux fortes densités, ou les valeurs de f* sont frottement supérieures à 1.

On peut expliquer ces résultats par le fait qu’à forte densité, le sol granulaire possède une

dilatance positive, et que les efforts de cisaillement exercés par l’armature sur le sol ont

tendance à augmenter la contrainte normal qui s’exerce sur sa surface latérale.


Page 47

A faible densité au contraire, il se produit dés les premiers déplacements un écroulement

local et limité de la structure granulaire avec mobilisation d’effets de voute, de telle sorte

que l’armature se déplace comme dans un tunnel avec des contraintes normales très faibles.

Il ya ainsi une grande différence entre les valeurs de pic et les valeurs résiduelles qui sont

bien inférieures au coefficient de frottement réel.

Figure 2-27: Influence de la compacité du sol

2.7.6.2 influences de l’état de surface de l’armature

La figure 2-26, montre les courbes de mobilisation du coefficient de frottement apparent f*

lors d’essais d’extraction d’armature lisses et nervurées dans des ouvrages en terre armée.

Les principales observations sont les suivantes :

1) La valeur de f* est plus élevée pour des armatures crénelées que pour des

armatures lisses.

2) Le pic est atteint pour des déplacements de l’ordre de 0.5mm pour les armatures

lisses et de 5 mm pour les armatures crénelées.

3) Le pic est très accentué pour les armatures lisses et la valeur résiduelle du

frottement est l’ordre de 50% de celle du pic. Pour les armatures crénelées, la

valeur résiduelle est à la contrainte peu inférieure à celle du pic.


Page 48

Figure 2-28: Influence de l’état de surface de l’armature

Discussion

La différence de comportement entre ces deux types d’armatures provient de la présence des

reliefs qui mettent en déplacement un volume de sol plus important que dans le cas d’une

surface lisse. Le cisaillement accompagné de dilatance s’exerce donc sur un plus grand

volume, ce qui conduit à une augmentation d’autant plus forte de la contrainte normale au

voisinage de l’armature. La présence de reliefs force en outre la surface de rupture à se

développer au sein du milieu granulaire, faisant ainsi passer le coefficient de frottement réel

de f à tg .

2.7.6.3 influences de la contrainte normale initiale

La figure 2-29 montre les variations du coefficient de frottement apparent f* lors d’essais

d’extraction d’armatures nervurées dans des ouvrages en terre armée à différentes

profondeurs, et par suite à différentes valeurs de la contrainte normale initiales s’exerçant

sur l’armature. Le sol est une grave compactée ayant un angle de frottement interne de 46

et un angle de frottement sol-acier de 27, 5 on observe que :

- Le coefficient de frottement apparent diminue quand la contrainte normale augmente.

- f* atteint palier voisin de tg pour une contrainte d’environ 100 à 150 k Pa.

- Les valeurs de f* correspondant à des faibles valeurs de sont très élevées (5 à 10).

Ces résultats ont été confirmés par des essais d’extraction d’armature effectués dans une

grande boite de cisaillement (91.5x91.5x46cm) (schosser et Elias)

Là encore ce résultat s’explique par la dilatance positive des sols granulaires denses. On

retrouve le phénomène connu de la diminution de la dilatance quand la contrainte moyenne

augmente (Lee et Seed 1976).


Page 49

Figure 2-29: Variation du coefficient de frottement apparent

2.7.6.4 Etude de l’effet de la dilatance (Essaie de cisaillement à volume constant)

La dilatance est le phénomène intervenant dans le frottement sol-armature. L’essai de

cisaillement direct à la boite ne permet pas de mettre en évidence et de mesurer l’influence

de cette dilatance telle qu’elle s’exerce dans le volume de sol cisaillé entourant l’armature,

et dont la déformation est contenue par les couches de sol environnantes. L’essai de

cisaillement à volume constant, dans lequel on empêche toute variation de volume au cours

du cisaillement, représente par contre le cas extrême où l’influence de la dilatance est

maximale. Le comportement réel ; résultat de la compressibilité du sol est situé entre ces

deux essais ; il s’avère en fait assez voisin de l’essai à volume constant.

2.7.6.5 influence de la dilatance et de la contrainte initiale sur f*

Par analogie avec la définition du coefficient de frottement apparent f*= dans le

cas de la terre armée, on peut étudier dans le cas d’essais de cisaillement à volume constant,

la mobilisation des coefficients de frottement apparent définies par : tg

pour le

frottement sol-sol.

f*= pour le frottement sol-armature

Étant la contrainte de cisaillement

: La contrainte normale en début d’essai.

La figure 2-30 montre variations de ces deux coefficients de frottement apparent en fonction

de la déformation, il apparait que :


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- Le coefficient tg augmente régulièrement et atteint des valeurs qui ne sont que

peut supérieures à f. Ces résultats prouvent que dans ce cas, l’influence de la

dilatance est très importante dans le frottement sol-sol. Par contre, elle est minime

dans le cisaillement sable-armature, où la zone en rupture est très faible épaisseur (de

l’ordre du diamètre des grains) et peut être confondue avec un plan.

Figure 2-30: Influence de la dilatance et de la contrainte initiale sur f*

La figure 2.31 montre l’influence de la contrainte initiale sur le coefficient de frottement

apparent tg lors des essais de cisaillement sol-sol. On observe, lorsque augmente, une

diminution importante de tg qui tend vers une valeur asymptomatique d’environ 3.5

pour des contraintes normales supérieures à 200kpa.

Figure 2-31: Influence de la contrainte initiale sur f*


Page 51

2.7.7 Conclusion

Les résultats présentés précédemment, montrent que le frottement entre un sol frottant et

une inclusion dépend de nombreux facteurs, parmi lesquels les plus importants sont la

compacité du sol, l’état de surface de l’armature et la contrainte normale moyenne

s’exerçant initialement sur l’armature. On a pu mettre en évidence que ces comportements

sont directement liés au phénomène de dilatance dans les sols denses.

Les techniques de renforcement ainsi que les règles pratiques de dimensionnement des

armatures doivent donc tenir compte au maximum de la dilatance susceptible d’être

mobilisée dans le sol. Le renforcement sera ainsi particulièrement bien adapté aux sols

granulaires denses, ayant une granulométrie bien étalée et continue. Dans les sols peu

denses, le procédé d’exécutions devra être choisi de façon à créer localement, autour de

l’armature, une zone de sol compact. Le mode d’exécution a d’ailleurs une influence

importante sur la mobilisation de la dilatance.

2.8 EFFET DES CHARGES CYCLIQUES


Il est devenu évident qu’une charge variable avec le temps aura une influence importante

sur comportement des structures. Tout le monde sait que le fonctionnement des moteurs est

cyclique, que les ouvrages de génie civil sont soumis à des charges ou plutôt surcharges

alternées. Il en va ainsi des ponts, des plateformes de forages en mer ; des cures de réacteurs

nucléaires, et des autoroutes soumises aux charges mobilisent du trafic routier etc.

Le besoin d’étudier les effets des charges cycliques est issu de l’observation. En général,

quand un échantillon de sol ou une fondation est chargé et ensuite déchargé, il y aura un

changement net dans son état de contraintes à la fin du cycle par rapport à son état initial

Hanna (1969).Kulczykowskim, Swidzinski Sep 1984.Dans le cas le plus favorable des

charges cycliques, la réponse tend à devenir élastique ; on dit que la structure s’adapte.

Un cas un peu moins favorable est celui de l’accommodation ; la réponse en contrainte et

déformation tend à devenir cyclique .C’est encore intéressant, à condition que le nombre de

cycles ne soit pas trop élevé, car l’ingénieur sait que l’accommodation n’exclut pas un lent


Page 52

endommagement qui finit par provoquer la rupture. Enfin, l’ouvrage peut ne même pas

s’accommoder. La déformation croit à chaque cycle c’est le phénomène de rochet et

l’ouvrage périt rapidement.Suivant n’importe quelles de ces conditions imposées, lequel de

ces types de réponse va intervenir dans les ouvrages en terre armée ? Et quelle influence de

ce type de charge ? telle est la question qu’on doit prendre en considération.Cependant, la

littérature a révélé que l’effet des charges cycliques sur les ouvrages en terre armée est

rarement considéré, malgré les conséquences sérieuses qu’il peut avoir.Dans ce paragraphe,

on va illustrer les informations disponibles de la recherche intensive sur le comportement

des sols pulvérulents, des bétons, et des fondations en pieux sous l’effet de ce type de

charge. Ces informations sont considérées comme précieuses dans l’identification des

paramètres qui peuvent influencer le comportement des structures en terre armée sous

chargements cycliques.

2.8.2 Chargement cyclique sur les sols pulvérulents

Le rapide développement du génie civil en milieu marin, les constructions à terre sur des

sites terrestres à séismicité dangereuse, ont rendu nécessaire d’acquérir une bonne

connaissance du comportement rhéologique des sols soumis à des sollicitations cycliques.

Les principaux problèmes du comportement rencontres en géotechnique peuvent être

groupés schématiquement en deux catégories :

i) Stabilité:Les caractéristiques de résistances sont évaluées à partir des propriétés

physiques et hydrauliques de sol, en vue de formuler des critères de rupture de la fon dation,

ces critères sont pondérés par un ou plusieurs coefficients de sécurité compatibles avec

l’importance de l’ouvrage.

ii) Compressibilité :le comportement rhéologique du sol au cours du chargement, ainsi que

son évolution dans le temps, est étudié en détail pour permettre une estimation correcte des

déplacements dans le massif de fondation sous l’effet des contraintes correspondant aux

sollicitions de service, généralement faibles par-rapport à celles qui engendrent la

rupture.Le chargement des sables sous sollicitions cycliques à fait l’objet de très nombreux

travaux depuis une vingtaine d’années environ, en particulier dans les écoles américaines et

japonaises pays ou les séismes représentent un danger permanent. On en trouvera une revue


Page 53

récente très complète dans les comptes rendus du IXème congrès international de la

mécanique des sols et des travaux de fondation (Tokyo 1977) Bangkok, 1982. L’essai

triaxial de révolution (Habib 1952, Lee 1976) offre, en effet un compromis raisonnables et

pratique pour simuler les conditions imposées à un élément de sol, afin d’obtenir des

données de laboratoire utilisables dans l’étude du comportement des fondations, remblais et

talus sous chargements dus au séisme et à la houle.D’autres modes opératoires ont été

utilisés, par exemple ; des essais de glissements alternés ou de torsion alternées.Les résultats

obtenu sont peut être plus difficiles à interpréter compte tenu des problèmes inhérents à ces

types d’essais.Les résultats de (Laveur et Leaowé 1962) ont montré que les paramètres les

plus efficace dans le cas des charges cycliques sont, le nombre de cycles, l’intensité de la

charge répétée, la fréquence et le pourcentage de vide. Pittsburgh, April 1987. Silver et Seed

1971 ont conduit des séries de tests de chargement répété sur du sable sec avec une variété

de densités relatives en utilisant des appareils de cisaillement simple , dans chaque test le

sable est soumis à une déformation de cisaillement horizontale d’amplitude constante,

pendant que la contrainte verticale maintenue constante. Ils ont trouvés que la déformation

transversale cyclique provoque une décroissance dans la hauteur de l’échantillon, donc

augmentant la densité du sable, alors qu’il était initialement dans un peu lâche.Donc on

peut constater que le comportement mécanique d’un élément de sol dépend de sont état

initial défini par (l’indice des vides, degré de saturation, la structure et l’état de contrainte)

et du mode de sollicitation appliquée.

Les déformations induites sont essentiellement les conséquences de trois mécanismes :

i-La compressibilité et les changements de forme du squelette.

ii-Les glissements et les rotations des particules.

iii- La rupture ou l’attrition des grains élémentaires.

2.8.3 effet de chargement cyclique sur le béton armé

Les observations in situ et les résultats obtenus par les recherches expérimentales montrent

que l’adhérence et la rigidité des structures en béton armé diminuent lorsqu' elle sont

soumises à des chargement statiques lentement répétés. Cette réduction de rigidité peut être

reliée en partie à la détérioration du transfert de contrainte entre le béton et les armatures.


Page 54

Bresteret et Berko (1968) ont étudié l’histoire de l’effet de chargement et de détériorations

des structures en béton armé .Leur recherche porte sur les dommages cumulés et limités

comme les fissurations et la réduction de rigidité. Les échantillons d’essais ont été soumis à

des chargements cycliques et des déchargements. Leurs résultats indiquent qu’à un certain

niveau maximum donné , le niveau des contraintes dans l’acier réduit l’efficacité du

transfert de contrainte à des contraintes plus faibles durant le cycle qui suit. Par conséquent,

l’efficacité d’adhérence est particulièrement sensible au niveau des contraintes maximums.

Les essais de Perry et Jundi (1969) annoncent que les dommages dans les structures en

béton armé qui sont dus aux chargements cycliques se stabilisent après plusieurs centaines

de cycliques, tant que la charge maximale ne dépasse pas environ 80%de la capacité

unidirectionnelle. Le problème d’adhérence béton –armature sous l’effet de ce type de

chargement à été aussi le thème de recherche élaboré par Hassan et Hawkins (1977), Ils ont

trouvé que les cycles d’amplitudes constantes ou croissantes produisent plus de dommages

que si les amplitudes des cycles sont décroissant.Hanson (1977) a indiqué que le

chargement cyclique inélastique produit la détérioration du béton et des changements

rapides dans la rigidité de la structure pendant les premiers cycles et des chargements

continus dans le comportement de la structure.

2.8.4 Effet de chargements cycliques sur les pieux

Le besoin d’évaluer la réponse des pieux au chargement cyclique est bien reconnu,

particulièrement en liaison avec le dimensionnement et la conception de ce type de

fondation.

Les aspects les plus intéressants pour un géotechnicien sont :

i. L’effet de chargement cyclique sur la capacité de charge axiale

ii. Le mouvement accumulé du pieu pendant le chargement cyclique

iii. Le nombre de cycles de chargement que le pieu supporter avant rupture.

Les expériences faites sur les pieux chargés par les forces cycliques verticales ont montré

que ces chargements causent une redistribution des charges portées par la surface latérale et

la pointe du pieu, de même une réduction du frottement latéral et de la capacité portante du

pieu, ce qui provoque un tassement excessifs du pieu.


Page 55

Mariupolski (1965) a trouvé que la résistance ultime des pieux soumis à des charges

répétées est plus ou moins inférieure à celle des pieux soumis à des charges statiques.

Ceci à été confirmé par Bengeman qui a effectué des essais d’arrachement sur des pieux en

profilets métalliques en l dans du sable Stefani P, Long N.T, Paris 1979. Chan 1976 a bien

étudié la résistance et le comportement des pieux sous chargement cyclique (jusqu’ à 2000

cycles) en utilisant des différents niveaux de charges et amplitudes ; il a trouvé que les

chargements cycliques causent de grands changement dans le taux de mouvement du pieu et

une redistribution de la charge entre la paroi et la pointe du pieu. Il aussi conclu que les

facteurs essentiels qui affectent le comportement des pieux sous ce type de charge sont ; le

nombre de cycles, les limites de la charges cyclique et l’amplitude de chargement.

L’information limitée disponible sur les effets de chargement cyclique sur les pieux en sable

indique que de remarquables réductions dans la capacité portante et dans l’adhérence sol-

pieu peuvent apparaitre Chan et Hana 1980. Dans certains cas, la rupture est caractérisée par

une accumulation continue des déplacements permanents, résultant en mouvement de

l’ordre du diamètre d’un pieu après plusieurs cycles Van Weele 1981 attribue cela à des

réarrangements continues des particules et à l’écrasement éventuel de celui-ci, arguant que

la déformation peut continue à augmenter avec l’augmentation des cycles sans atteindre une

valeur constante et finale.Les observations de base qu’on peut tirer à partir des travaux

expérimentaux est que la part de la charge mobilisée par la surface latérale du pieu diminue

quand le nombre de cycles augmente et par conséquent la part mobilisée par la pointe du

pieu augmente.Donc au moins deux mécanismes peuvent contribuer à la rupture des pieux

sous chargement cycliques :

- Dégradation cyclique du frottement et de la résistance de base.

- Accumulation de déplacement permanent avec l’augmentation du nombre de cycles.

2.8.5 Effet de chargement cyclique sur la terre armée

Malgré la réussite des ouvrages déjà réalisés en terre armée. Certain d’entre eux sont soumis

à des actions extérieures, qui sollicitent cycliquement les éléments de renforcement.

Parmi ces actions on note, l’effet des vagues sur les ouvrages maritimes et l’action

permanente du trafic sur les remblais autoroutiers


Page 56

Cependant, la littérature révéla. Qu’une petite attention seulement a été consacrée au

comportement à long terme des structures en terre armée sous chargement cyclique.

Richardson, Lee et al 1976 et Muray 1979 ont basés leurs travaux de recherches sur l’effet

des chargements dynamiques et sur la durabilité des structures sous chargements

sismiques.Leurs résultats indiquent qu’une perte significative de la résistance de l’élément

de renforcement est observée à cause de l’effet de vibration.Une grande investigation sur

le comportement des structures en terre armée sous une variété de conditions de

chargement cyclique, a été perfornné à l’université de « Sheffield » (U.K) par (Ashon, al

1981, Rzouki 1983, Kassim 1987,Touahmia 1991). En général, les résultats de ces études

indiquent que la durée de chargement du renforcement dépend de l’amplitude de

chargement.Une illustration est présentée dans la figure 2-32 d’après (Al-Ashon, Rezouki

1983, dans son travail de recherche suggère que la résistance des éléments de renforcement

plane se réduit lors de l’application d’une charge répétée, t’adis que cette résistance se

croit dans le cas des renforcements nervurés. Cette constatation a été confirmée par la suite

par Touahmia 1991 lors de son étude sur le comportement des bandes en géogrides SR 2

et en acier sous chargement cyclique.

Figure 2-32: Displacement-Log Number of Cycles relationship for Different

Loading Levels (Al-Ashou, 1981)


Page 57

Figure 2-33:Effet of repeated loading on the Static Pull-Out Resistance of Smooth Reinforcement

(Rzzouki, 1983)

Figure 2-34: Effet of repeated loading on the Static Pull-Out Resistance of Ribbed Reinforcement

(Rzzouki, 1983)


Page 58

2.8.6 CONCLUSION

Malgré l’utilisation intensive et réussie de cette technique de renforcement, plusieurs

phénomènes se manifestent, surtout lorsque l’ouvrage est chargé, parmi ces phénomènes, il

y en a qui ne sont pas encore identifiés. En ce sens, la littérature a révélé que peu de travaux

sont effectués sur le comportement des éléments de renforcement soumis à des charges

répétées.On peut bénéficier des études entreprises sur les pieux et qui suggèrent que les

chargements cyclique, réduisent progressivement le frottement entre la surface latérale de

pieu et le sol qui l’entoure. Une information pareille est d’une importance majeure, puisque

l’interaction entre le sol et le renforcement est l’un des facteurs majeurs qui déterminent la

performance d’une structure en terre armée

Chapitre 3

Présentation du

model réduit

Mémoire I. GARECHE - R. BENTIBA Chapitre III: Présentation du model réduit

Page 59

3.1 GENERALITES SUR LES MODELES

La recherche, afin d’aboutir à des principes et des lois techniques applicables dans la

réalisation des ouvrages, doit forcément passer par de nombreuses étapes expérimentales,

dont la conception et la fabrication de modèles qui servent aux expériences et simulations

de cas réels.Ces modèles peuvent être à échelle réelle, c’est à dire reproduire fidèlement

toutes les caractéristiques de l’ouvrage réel ; A titre d’ exemple, on peut citer la

construction d’un mur de soutènement ou d’un cullé de pont de grandeur réelle qui ne

serviront qu’à être soumis à des systèmes de chargement de plus en plus forts jusqu’à la

rupture . Malheureusement, bien souvent pour de nombreuses raisons et en particulier à

cause des coûts trop élevés cette façon de faire est presque remplacée par des études non

plus en vraies grandeurs mais sur modèles réduits.

Un modèle se caractérise, en outre, lorsqu’on le compare à un ouvrages réel, par une

échelle que nous avons notée.

Um : étant la valeur d’une grandeur du modèle

Ur : la valeur de la même grandeur de l’ouvrage réel.

Le L.C.P.C de Paris, actuellement Ifstar a défini l’échelle du modèle, comme étant: le

rapport de la hauteur d’un élément de parement du modèle, à la hauteur d’un élément de

parement de l’ouvrage. Il est évident que le modèle devra représenter le plus fidèlement

possible le système physique.La similitude entre modèle et système sera d’autant plus

difficile à réaliser que ce dernier sera complexe. Malgré tout le soin et le sérieux apportés à

une étude en modèle réduit on doit toujours se poser la question de savoir si les résultats

obtenus peuvent être légitimement extrapolés aux systèmes.

Il est cependant incontestable que l’étude en modèle permet ; de multiplier les essais,

d’étudier le comportement des ouvrages à la rupture, aussi il est rapide et peu couteux,

comparés aux essais en vrai grandeur ; ce qui permet d’étudier facilement l’influence des

divers paramètres.Néanmoins, pour avoir des résultats de portée générale, tout qualitatifs

que quantitatifs, un essai doit respecter les conditions de similitude. En plus un problème est


Page 60

souvent rencontrer considérant un ensemble de paramètres physiques et géométriques

décrivant un ouvrages à échelle 1, comment réduire chacun des paramètres en fonction d’un

seul coefficient de réduction : tout en conservant à ce nouveau matériau un comportement

identique sur un ouvrage semblable réalisé à une échelle ⁄ .

3.2 DISPOSITIF EXPERIMENTAL

3.2.1 Principe théorique simplifié

Les armatures encastrées dans les remblais, destinées à stabiliser le sol, subissent des

charges, qui sont nombreuses et simultanées, qu’il est nécessaire de mettre en présence afin

de pouvoir calculer leurs effets sur les ouvrages.

Parmi ces charges, il y a d’une part, la pression exercée sur les armatures et d’autre part, la

poussée des terres derrière l’ouvrage à renforcer provoquant l’éventuel arrachement des

armatures. Ces arrachements pouvant être statiques ou cycliques.En dépit de la multiplicité

des questions, d’ordre pratique de réalisation, il est nécessaire de concevoir un système

capable d’offrir deux types de chargements cycliques et Statique. La figure 3-1, représente

le schéma initial simplifié du modèle à réaliser.

Figure 3-1: Schéma initial simplifié du modèle

1. 1.Cuve

5. Manomètre

2. 2.Armature 6. Valve de gonflage.

3. 3.Comparateur 7. Chambre de suppression (eau+air).

4. 4.Soupape de sécurité 8. Pression exercée sur le sable

9. Vanne d’alimentation en eau


Page 61

3.2.2 Description des éléments constituant le modèle

1) La cuve : Réalisée en tôle d’acier de 6 mm d’épaisseur mécano-soudée, de forme

parallélépipédique est de dimensions

Longueur L = 1.00 m

Largeur l = 0.20 m

Profondeur h = 0.25 m

Le couvercle de la cuve également en tôle de 6 mm, doit recevoir dans sa partie inférieure

une chambre à air gonflable, la face supérieure doit contenir une valve de gonflage, un

manomètre de 4 bars, une soupape de sécurité et une vanne d’alimentation en eau. Les

orifices sont réalisés par des perçages appropriés de la tôle.

La cuve est destinée à être remplie de sable enrobant une armature et doit être solidement

boulonnée à son couvercle avant de procéder aux essais.

3.2.3 Système de chargement (ou Simulation)

Le système de chargement a une grande importance dans les essais qu’on a effectués, il se

compose de la surcharge et de la charge d’arrachement .Le sable emprisonné dans la cuve

représente la pression exercée sur le dessus de l’armature.L’armature va subir un

arrachement forcé de l’extérieur de la cuve et qui représente les efforts d’arrachements

exercés sur une armature dans un ouvrage en terre armée.

Malgré que le sable sous une pression ralentissant de l’arrachement, l’armature va se

déplacer vers l’extérieur de la cuve à travers la lumière ; les mesures des déplacements de

l’armature sont effectuées avec un comparateur d’une sensibilité de 1 /1000mm.Le

déplacement de l’armature, ou éventuellement sa rupture sous l’effet d’arrachement vont

être observées pour des pressions et des efforts d’arrachements inégalement variables.

3.2.4 Cas des charges cycliques

Dans la mesure du possible, nous allons doter notre appareil d’un système destiné à exercer

les efforts d’arrachement sur l’armature de façon discontinue, à raison d’environ 19

arrachements et autant de moments de repris par minute.


Page 62

Figure 3-2: Système de charge cyclique

3.3 TECHNOLOGIE DE CONSTRUCTION ET DIFFICULTES DE

REALISATION

Malgré leur confusion du début, la forme et le système de notre appareil sont arrêtés

théoriquement, et c’est là que commencent les étapes de réalisation qui nécessitent

beaucoup de patience, de persévérance et d’ingéniosité, la tâche va être d’autant plus

compliqué que le marché local des accessoires et matières ne présente pas toutes les

disponibilités.

3.3.1 L a cuve

Dans son ensemble, la cuve n’a pas posé autant de difficultés que les annexes que nous

allons décrire.

3.3.2 La chambre de pression (ou chambre a air)

Bien que de conception évidente dans notre esprit, la chambre de pression a mis plusieurs

mois pour être réalisée à cause de la matière pour sa réalisation et son mode de fixation au

couvercle de la cuve. La chambre de pression doit être remplie d’eau avantgonflage, dans le

but d’une répartition uniforme de la pression sur toute la surface supérieure du sable. Grâce

au manomètre, nous allons mesurer variablement la pression exercée sur le sable.


Page 63

3.3.3 Effet multiplicateur des efforts d’arrachement

Les efforts d’arrachement, pour se rapprocher de la réalité vont-être d’un niveau impossible

à réaliser (plusieurs dizaines, voire centaines de Kilogrammes). Il fallait donc trouver un

système à effet multiplicateur des charges d’arrachement, et afin d’obtenir un mouvement

libre sans contrainte qui peut fausser nos calculs, nous avons opté pour des pivots sur

roulement à billes graissées à vie, dont voici la forme définitive après plusieurs essais.

L’effet multiplicateur schématisé ci-dessous est obtenu grâce à un bras maintenu

horizontalement et pivotant sur un roulement placé à une distance de 1/5 du lieu

d’arrachement, ce qui permet de multiplier le poids ainsi utilisé.

3.4 REALISATION DE L’OPTION " CHARHES CYCLIQUE "

De toutes les étapes dans la conception et la réalisation de l’appareil, l’option " charges

cyclique" fut la plus longue et le plus contraignante. Plusieurs essais, à chaque fois rectifiés,

et prés de 12 mois de réflexion et de travail, furent nécessaires pour aboutir à la forme

définitive du système que nous allons décrire.

Principe de base

Les charges d’arrachement sont exercées sur l’armature à travers un système de

transmission dont l’élément principal est le bras de levier.Celui-ci doit donc trier sur

l’armature de façon discontinue à raison d’environ 19 cycles (Période d’arrachement) et

autant de périodes de repos. Cet effet cyclique des charges rapproche notre étude de la

réalité.Le système, né de la réflexion sur le principe de l’arbre à came, permet de soulever

l’égerment le bras de levier et de le relâcher ensuite 19 fois par minute. Le bras, ainsi

soulevé relâche sa contrainte d’arrachement sur l’armature, pour l’exercer de nouveau 1 à 2

secondes plut tard figure 3-3. N’ayant pu trouver un moteur électrique et un réducteur de

faible rotation, nous avons complété les moyens disponibles par un système complémentaire

de réduction à l’aide de poulies de différents diamètres et de courroies. Le levier réglable

transforme la rotation ainsi obtenue en mouvement de va et vient vertical qui soulève le bras

de levier en discontinue.


Page 64

Figure 3-3 : Vu d'ensemble du modèle

Notons que l’appareil est équipé d’un interrupteur ajustable qui permet d’arrêter le

mouvement à chaque fois ou l’armature est déplacée plus que sa limite.

3.5 MATERIEL AUXILAIRE

3.5.1 L’entonnoir de sable

- L’entonnoir de sable est utilisé pour maitriser la détermination de la hauteur de chute,

qui correspond à la densité moyenne ou la densité voulue. Il est fabriqué en tôle inox,

sa contenance est de 12000 cm3, ce qui correspond à ¼ du volume de la cuve.

- Une règle graduée permet de la sélectionner la hauteur de chute du sable.

- Une vanne, fixée à l’extrémité inférieure, permet l’ouverture ou la fermeture (libérer

ou suspendre l’écoulement du sable).

- Afin que l’entonnoir puisse circuler librement dans tous les sens, il est monté sur une

tige filetée, coulissant elle-même sur un rail suspendu.

- Ainsi les mouvements à la verticale et l’horizontale sont possibles.


Page 65

Figure 3-4: Mouvement de l’entonnoir verseur horizontalement et verticalement

3.5.2 Le comparateur

Fixé face à la lumière de la cuve, sa course est de 3cm, il permet de mesurer les

déplacements de l’armature avec une précision au 1/1000 de mm.

Figure 3-5: Schéma le comparateur

3.5.3 Le compresseur

Un compresseur ou une source d’air comprimé est nécessaire pour le gonflage de la

chambre de pression par l’intermédiaire d’une valve fixée au couvercle de l’appareil.

3.6 MATERIEL D’USAGE COURANT

En plus des matériels cités ci –dessus. D’autres instruments utilisés couramment en

laboratoire sont nécessaire pour le bon déroulement des essais tel que :

-une balance précise au décigramme.

-un jeu de séries de poids varie de 0,050 kg à 10 kg.

-un chronomètre donnant la seconde.


Page 66

-une série de tamis (Module AFNOR 21)

-une tamiseuse électrique

-des becs pour l’analyse granulométrique

-Table vibrante.

-des récipients métalliques de 3 litres de contenance, pour les essais préliminaires

d’identification.

-balance à niveau permet de vérifier l’horizontalité du bras de levier de l’appareil.

-règle à raser.

3.7 MATERIAU ET ELEMENTS DE RENFORCEMENT TESTES

3.7.1 Matériau de remblai

En utilisant dans notre modèle, le même matériau que celui utilisé pour la construction des

ouvrages réel, les conditions de similitude seraient satisfaites, à l’exception du respect de

l’échelle des longueurs au niveau des grains (ce qui a peu d’importance lorsque les grains

sont petits).Donc le sol utilisé, est un sable constitué presque exclusivement des grains de

silice dont l’analyse granulométrique est donnée dans le tableau 3-1 et la figure3-4.

Ouverture

tamis (mm) Masse échantillon (g) Tamisât (%)

2.000 2.3700 99.9

1.000 115.34 94.1

0.630 207.94 83.7

0.315 745.00 46.4

0.200 485.00 22.0

0.010 345.00 4.80

0.080 35.000 3.00

Fond 60.000 0.00

Tableau 3-1: Analyse granulométrique

Total de masse:1995.65g


Page 67

Figure 3-6: la courbe granulométrique

Cc= D60/D10 Cu=D(30)2/D10D60

Cc=0.41/0.13= 3.15 Cu=0.0484/0.13*0.41=0.908

D60= 0,41 mm D302 = (0.22)

2mm

D10=0,13 mm D10/ D60 = 0,31 mm

Cc =3,15 Cu =0,908

Le poids spécifique des grains solide 2.65 KN/ .

Masse du picnometre M0 = 169.36g

Masse du picnometre et de l'echantillon M1 = 437.1g

Masse du picnometre et de l'echantillon et de l' eau M2 = 835g

Masse du picnometre et de l' eau M3 = 670g

Masse spécifique s = (M1- M2) eau / ( M3+ M1- M0- M2) = 2.61 g/cm3

Le poids spécifique sec varie de: 14.34 KN/ à 17.84 KN/

L’angle de frottement interne est de 34°.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000

Tam

isât

(g)

Ouverture tamis (mm)


Page 68

Tableau 3-2: Résultat de cisaillement

Figure 3-7: la courbe de contrainte cisaillement

Figure 3-8: la courbe de tassement

CISAILLEMENT

Vitesse de cisaillement (mm/min) 0,500000 0,500000 0,500000

Résultats au pic

Contrainte normale (kPa) 49 98 196

Contrainte cisaillement (kPa)

203 226 303

Déplacement horizontal (mm) 2,85 2,40 2,68

Tassement (mm) 0,402 -0,143 -0,671

Cohésion (kPa) 169,7

Angle de frottement (°) 34,4


Page 69

Figure 3-9: la courbe de cisaillement

Figure 3-10: Essai de cisaillement

Pour la détermination de la densité moyenne du sable, on a utilisé la méthode d’entonnoir

qui nous permet de former des lits de sable uniformes.La littérature à révélé la faisabilité et

la justification de cette méthode Bieganouski et Marcusson 1976. Aussi Walker et whitaker

1967 arguent que la densité des sables dépend de la hauteur de chute.

Tableau 3-3 : la hauteur de chute la densité du sol

Densité Hauteur de chute h(m)

1,530 0,30

1,531 0,35

1,532 0,40

1,533 0,45

1,534 0,50


Page 70

Figure3-11: Variation de la densité en fonction de la hauteur de chute

La relation densité – hauteur de chute est présentée dans le tableau 3-3 et la figure 3-8 a

donné une densité moyenne de 15.32 KN/m3 qui correspond à une hauteur de chute de

40cm.

Essais préliminairesdétermination expérimentale de la variation de la densité en

fonction de la hauteur de chute

1,510

1,520

1,530

1,540

1,550

1,560

0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

De

nsi

té D

e S

ol(

g/cm

3 )

Hauteur De Chute,H(m)

La Densité Moyenne 1.532 g/cm3

Correspond à une Hauteur de Chute 40 cm

Densité de…


Page 71

3.7.2 Les armatures

Dans notre étude, il existe deux types d’armatures, l’armature lisse et l’armature

nervurée.Ce sont des bandes découpées de feuilles d’acier galvanisé de dimensions

( )elles possèdent une limite élastique de 2400kg/ , et une

contrainte admissible de 1600kg/ .

Les armatures nervurées sont confectionnées en fixant des nervures par points de soudure

sur une armature lisse.La dimension de chaque nervuré est de , leur répartition

sur chaque face d’armature est arrêtée selon la répartition de Schlosser 1978.Pour éviter sa

flexion l’extrémité de l’armature est renforcée par une tôle de même épaisseur que

l’armature, et percée pour permettre la fixation du câble qui passe à travers une poulie au

bras de levier de l’appareil. La longueur de chaque armature est légèrement supérieure à la

longueur de la cuve, elle est entièrement encastrée dans la cuve entre deux lits de sable

parfaitement horizontaux, et traverse la face latérale de la cuve à travers une lumière

(ouverture) de dimensions supérieures à la section transversale de l’armature.

Figure3-12: Schéma type des armature


Page 72

3.8 CONCLUSION

Le matériel ainsi conçu et réalisé nous a permis l’exécution de tests de simulation largement

développés précédemment. A ce niveau, nous citerons les principaux avantages et

inconvénients que nous avons pu déceler :

Avantage :

- Matériel robuste

- Appareillage relativement peu coûteux

- Exécution rapide des essais (surtout les essais statiques)

- Mesures simples (n’exigeant pas un personnel très qualifié) .

Inconvénients:

- Les essais effectués sur le sable sec provoquent de la poussière au cours de la formation

des lits de sable.

- Le couvercle est pesant (lourd), ce qui nécessite au moins deux personnes pour la mise

en place.

Les résultats ainsi obtenus sont certes qualitatifs et facilitent la compréhension du

comportement des ouvrages étudiés.

Figure3-13:Schémad’arrachement (la terre armée)

Chapitre 4 Programme des

essais

Mémoire I. GARECHE - R. BENTIBA Chapitre V: Programme des essais

Page 73

4.1 INTRODUCTION

Ce chapitre décrit les étapes successives des essais programmés dans le cadre de nos travaux

pratiques de recherche. Pour respecter la succession des idées et rendre l’interprétation des

résultats des essais aisée et logique .nous avons proposé de diviser le programme des essais

en trois parties ou catégories de testes ; chaque catégorie contient une série de test :

- La première catégorie de tests concerne les essais statiques sur les armatures lisses et

nervurées.

- La deuxième catégorie de tests concerne les essais cycliques sur les armatures lisses et

nervurées.

- La troisième catégorie de tests, concerne l’influence des charges cycliques sur le

comportement statique des armateurs lisses et nervurées.

- Cependant, avant d’entamer ces tests, nous sommes obligés de passer par quelques essais

préliminaires tels que le contrôle de la variation de la densité en fonction de la hauteur de

chute, l’étalonnage des matériels et de savoir les limites de l’équipement utilisé.

- En fin, nous terminons le chapitre par la nécessité d’entretien de l’appareil et par l’analyse

de la fiabilité des résultats obtenus par les essais.

4.2 DESCRIPTION DES ESSAIS

Dans cette investigation, nous allons essayer de tester deux types d'éléments de

renforcement, à savoir:

- les armatures lisses.

- les armatures nervurées.

Au préalable de ces tests, nous fixons certains paramètres tels que:

- la surcharge de pression.

- la densité du sable.

Les tests proprement dits consistent à faire varier les efforts d'arrachement statiquement ou

cycliquement selon la nature de l’essai jusqu’a la rupture (l'arrachement). Pour faciliter la

lecture et faire une distinction entre les différents tests, chaque essai est symbolisé par un

code, lequel donne aussi une idée sur l‘ordre de l’essai. Comme indiqué au paragraphe (4-

1); les essais sont distingués en trois catégories:


Page 74

Première Catégorie de Tests: "Essais Statiques"

Dans Cette catégorie, on va tester une armature lisse et une armature nervurée, sous une

même pression de 0,25 Bar, appliquée par incrémentation et différents efforts d'arrachement

jusqu'à la rupture. Ceci nous permet de déterminer la charge ultime de rupture. D'autres

remarques concernant les conditions d'application de la surcharge et de l’effort

d'arrachement seront mentionnées dans les tableaux (4-1 et 4-2).

Deuxième Catégorie de Tests: " Essais Cycliques"

La série d'essais statiques, a permis de connaître la valeur de l’effort qui provoque

l’arrachement pour chacun des deux types d'armatures. On a appelé ces efforts; charge

statique ultime de rupture.

Dans la deuxième catégorie d'essais, on prend des différents pourcentages de la charge

statique ultime de rupture, et on les applique cycliquement avec une surcharge constante de

0,25 Bar. Ainsi on essaye de voir d'une part, après combien de cycles la rupture va se

produire, et d'autre part, le déplacement de l’armature en fonction du temps à des intervalles

de cycles bien déterminés. D'autres détails et remarques sont présentés dans les tableaux (4-

3 et 4-4).

Troisième Catégorie de Tests: "Essai statique après cycliques"

Après la compréhension du comportement des éléments de renforcement sous les deux

types de chargement statique et cyclique (on connaît la charge statique ultime de rupture

pour les essais statiques et le nombre de cycles qui provoquent la rupture pour chaque essai

cyclique). Nous ferons maintenant les tests statiques après cycliques comme suit:

- Reprise de l’application d'un chargement cyclique sur chacun des deux types de

renforcement, mais on arrête l’essai avant la rupture à up nombre spécifique de cycle.

- Après l’arrêt, on reprit l’essai par l’application des charges statiques jusqu'à l’arrachement

de L’armature. les tableaux (4-5 et 4-6) résument l'essentiel de cette catégorie d'essais.

Les résultats de chacune des catégories d'essais seront présentés au chapitre cinq.

4.3 MODE OPERATOIRE

L'utilisation de l’appareil dans les essais pratiques impose le passage par des opérations

successives et /ou sélectives, que nous développons dans le présent chapitre. Ces opérations

sont impératives avant chaque test d'arrachement sur une armature.


Page 75

4.3.1 Formation des lits de sable et application de la surcharge

Pour former les lits de sable et appliquer une surcharge préalablement sélectionnée, on doit

procéder de la manière suivante:

- Enlever le couvercle soigneusement et le mettre à côté de l’appareil.

- Vérifier que la mèche de l’entonnoir est fermée.

- Remplir l’entonnoir de sable.

- Vérifier que le rail est bien nettoyé et graissé, Ce qui facilite le mouvement

horizontal de l'entonnoir.

- Fixer l'entonnoir à la hauteur de chute voulue (dans notre cas 40 cm).

- Ouvrir la mèche et faire coulisser L’entonnoir de l’une des extrémités de la cuve à

l’autre, en mouvement lent de va et vient, jusqu'à la formation de la première couche. On

note qu'un soin extrême doit être apporté à la formation de chaque lit de sable pour que la

densité soit la plus homogène possible ensuite, faire araser cette couche.

- A partir de la tige filetée faire monter l'entonnoir d'une distance égale à l’épaisseur

de la couche de sable déjà formée, pour avoir la même densité, et de la même manière

former la 2ème couche.

- Placer l’armature soigneusement sur la 2èpe couche, et former la 3ème et la 4ème

couche, de la même manière que les couches précédentes.

- Remettre (installer) le couvercle sur la cuve. Cette opération doit se faire sans forcer,

afin d'éviter la détérioration de la chambre de pression ou d'arracher les joints d'étanchéité.

On doit s'assurer que les trous se coïncident avant de boulonner le couvercle sur la cuve.

- Fixer l’extrémité de l’armature (qui apparaît de la lumière) au câble qui passe à

travers la poulie vers le bras de levier.

- (Vu qu’on a utilisé le système de pivot) équilibrer le bras de levier avant d’entamer

les essais, en plaçant le contre poids et quelque masses.

Comme il est schématisé sur la figue (3 - 4).une balance à niveau placée sur le bras de

levier, permet de vérifier l'horizontalité du bras de levier.

- remplir l’eau dans la chambre à air à travers la valve de remplissage fixée sur le

couvercle de la cuve, ce qui va permettre de répartir le sable emprisonné dans la cuve.

- brancher la conduite d'air comprimé à la valve à air fixée sur le couvercle de la cuve

et mettre en marche le compresseur en surveillant la pression indiquée sur le manomètre.


Page 76

4.3.2application des charges statiques

Après t'équilibrage du système et l’application de la surcharge, on applique les charges

statiques, on plaçant les masses sur le porte poids simultanément et par incrémentation.

L'application de ce type de charge se fait en fonction de la surcharge appliquée' et du type

de renforcement. Les charges statiques doivent être appliquées par incrémentation et dans

des intervalles de temps déterminés dans le but d'avoir une bonne distribution de la charge

le long de l’armature. On doit noter (enregistrer) les lectures des déplacements pour chaque

charge appliquée. L’essai est arrêté après l’arrachement total de l’armature. Il est très

difficile de définir la valeur limite d'arrachement pour un ouvrage réel ou pour les modèles

réduits. Dans notre cas on note tous les déplacements qui correspondent aux différents

chargements, et on définit l'arrachement limite comme étant la valeur qui correspond à la

limite de l’appareillage soit. Environ vingt millimètres.

4.3.3 Application des charges cycliques

Le fonctionnement du moteur électrique transmet la rotation à travers tout un système de

réduction (réducteur et différentes poulies’ entrainées par courroies) jusqu' à l'endroit de la

came. Cette came, en réalisant son mouvement de rotation pousse et relâche alternativement

un pied fixé perpendiculairement au bras de levier. En cours de fonctionnement, ce pied

réalise un mouvement de va et vient vertical et entraine le bras de levier dans un

balancement continue. Ce balancement du bras de levier dessert et ressert alternativement

l’effort d'arrachement qu'il exerce sur l’armature à travers du câble métallique. Un tendeur

permet de garder le câble serré sur la poulie au fur et à mesure de l'arrachement. Pour le bon

déroulement de l'essai, les poids doivent être bien placés au porte Poids, pour éviter leurs

chutes au cours du mouvement du bras de levier. Le moteur électrique est mis en

fonctionnement par un interrupteur (marche/ arrêt), de plus, l’appareil est équipé d'un DRT

différentiel de sécurité. L'essai d'application des charges cycliques peut être présenté

brièvement de la façon suivante: l’armature, au lieu d être soumise à un effort d'arrachement

constant (charge statique);est plutôt soumise à un effort d'arrachement discontinu par

secousses successivement répétés (charges cycliques).

4.4 DEMONTAGE DE L'APPAREIL

A la fin des essais on doit :

- enlever les poids et les contre poids.


Page 77

- débrancher le courant électrique.

- décharger la chambre de pression de son contenu (air et eau).

- évider la cuve de son contenu (Sable).

- enlever l’armature soigneusement pour éviter toute déformation.

- nettoyer les différents accessoires.

- ranger le couvercle de la cuve équipé d'une chambre à air en caoutchouc à l'abri de la

chaleur.

4. 5 DEGRE DE FIABILITE DE L'APPAREIL

Les essais consistent à placer dans la cuve des inclusions, suivant le même mode de mise en

place que celui utilisé dans la technique de renforcement considérée. Ces essais sont réalisés

en tirant sur l’armature jusqu' à obtenir leur arrachement total. Pour aboutir à ce résultat, le

système de transmission des charges doit être bien équilibré ; c'est pourquoi nous avons

utilisés des lubrifiants et effectué plusieurs modifications et ajustements sur ce système et

les différents accessoires qui le composent. Ces ajustements, nous ont permis d'éliminer les

frottements dans les différentes articulations et rendre l’appareil plus précis, plus performant

et plus fiable.

4-6 CONCLUSION

L'expérimentation joue certainement un rôle irremplaçable, et c'est bien elle qui a soutenu

en bonne partie le développement du procédé de la terre armée. C'est pratiquement en effet

lia seule façon d'apprécier correctement le comportement général des ouvrages et d'intégrer

les différents problèmes concernant la conception et la réalisation.

Une expérimentation doit être menée avec une approche aussi scientifique que possible des

problèmes. C'est un aspect qu'il ne faut pas oublier et qui implique une préparation

particulièrement soignée au niveau des objectifs poursuivis mais également des dispositifs

expérimentaux, des mesures, de leur interprétation et bien entendu des conclusions qui

peuvent en être dégagées.


Page 78

4-7 TABLEAUX RECAPITULATIFS GRAMME EXPERIMANTAL

Tableau 4-1: Application de la charge statique sur l’armature lisse

Tableau 4-2: Application de la charge statique sur l’armature nervurée

No de

l’essai

Code de

l’essai

Type de

charges

Surcharge

de

pression

(Bar)

Pourcentage

de

chargement

(% Pus)*

Amplitude remarques

3

4

5

6

LCYC 1

LCYC 2

LCYC 3

LCYC 4

Cyclique

Cyclique

Cyclique

Cyclique

0,25

0,25

0,25

0,25

80 %

60 %

50 %

30%

0- 80 %

0 - 60 %

0 - 50%

0- 30%

1) les charges

d’arrachement son

appliquées

manuellement

2)l’incrémentation

de la charge et de

la surcharge est la

mémé que dans le

tableau 4-1

3) les résultats

sont tirés après

des cycles bien

déterminés

Tableau 4-3: Application de la charge sur l’armature lisse

No de

l’essai

Code de

l’essai

Type de

charges

Surcharge de

pression (bar) remarques

1

LSTA 1

statique

0,25

1) la surcharge a été appliquée avec

une incrémentation de 0,125

bar/5min

2) L’incrémentation de la charge

est de 500 g/5min puis 200g/min

quand la rupture se rapproche

No de

l’essai

Code de

l’essai

Type de

charges

Surcharge de

pression (Bar) remarques

2

HSTA 2

statique

0,25

1) la surcharge a été appliquée avec une

incrémentation de 0,125 bar/5min

2) L’incrémentation de la charge est de

500 g/5min puis 200g/min quand la

rupture se rapproche


Page 79

Tableau 4-4: Application de la charge cyclique sur l’armature nervurée

No de

l’essai

Code de

l’essai

Type de

charges

Surcharge

de pression

(bar)

Pourcentage

de

chargement

(% Pus)*

Amplitude

remarques

11

LCYC 1

Cyclique

0,25

50 %

0 - 50%

1) les charges

statique son

appliquées

après un

chargement

cyclique

2) chargement

cyclique est

arrêté a 200

cycles

3) les charges

statiques sont

appliquées

graduellement

comme dans le

tableau 4-1

Tableau 4-5: Application de la charge statique après un chargement cyclique sur l’armature lisse

No de

l’essai

Code de

l’essai

Type de

charges

Surcharge

de pression

(bar)

Pourcentage

de

chargement

(% Pus)*

Amplitude remarques

7

8

9

10

LCYC 1

LCYC 2

LCYC 3

LCYC 4

Cyclique

Cyclique

Cyclique

Cyclique

0,25

0,25

0,25

0,25

80 %

60 %

50 %

30 %

0 – 80 %

0 – 60 %

0 – 50 %

0 – 30 %

1) les charges

d’arrachement

son appliquées

manuellement

2)l’incrémentat

ion de la

charge et de la

surcharge est la

mémé que dans

le tableau 4-1

3) les résultats

sont tirés après

des cycles bien

déterminés


Page 80

Tableau 4-6: Application de la charge statique après un chargement cyclique sur l’armature nervurée.

No de

l’essai

Code de

l’essai

Type de

charges

Surcharge

de pression

(bar)

Pourcentage

de

chargement

(% Pus)*

Amplitude

remarques

12

HSTCY 1

Cyclique

0,25

50 %

0 – 50 %

1) les charges

statique son

appliquées

après un

chargement

cyclique

2) chargement

cyclique est

arrêté a 200

cycles

3) les charges

statiques sont

appliquées

graduellement

comme dans le

tableau 4-1

Chapitre 5 Résultats

expérimentaux et étude paramétrique

Mémoire I. GARECHE - R. BENTIBA Chapitre VI:R. expérimentaux et étude paramétrique

Page 81

5.1 INTRODUCTION

La terre armée est un matériau formé par 1'association d'un milieu pulvérulent naturel, qui

transmet seulement la compression et le cisaillement el l’armature transmettant la traction.

Le travail de ces deux matériaux est possible à condition qu'il y ait frottement entre ces deux

composants. L'explication de ce phénomène et son utilisation en pratique n'est claire

qu’après la résolution des problèmes suivants:

- Le choix du type et de la quantité d'armature ayant une résistance au tassement

Convenable, par rapport aux propriétés du milieu pulvérulent armé.

- L'influence de I ‘humidité du sol sur le comportement de l'armature.

Depuis 1978, des recherches très poussées ont été entamées dans plusieurs domaines de la

technique, ces travaux ont touches les méthodes de dimensionnement, la durabilité, le

comportement des éléments de renforcement et la stabilité globale des ouvrages sous

chargement statique, ceci permet de répondre à la majorité des questions Posées, surtout du

côté technique, depuis le colloque de Paris (1979). Mais à notre connaissance, parmi les

questions qui resteront toujours posées, il ya surtout le comportement de l’ouvrage en terre

armée sous les chargements imprévisibles (tel que chargements statiques lentement répétés)

surtout à l’état actuel de la technique, ou nous n'avons pas un règlement spécifique à

appliquer.

L’objectif de ce chapitre est de présenter les résultats des différentes séries de tests avec

discussion et interprétations.

5.2 CHOIX DES PRINCIPAUX PARAMETRES

Après la présentation du modèle, de sa technologie de construction, du mode opératoire et

du programme détaillé des essais, la manipulation nous a permis d’avoir des résultats

numériques sous forme de tableaux qui seront présentés en annexe.

Mais pour faciliter la lecture et rendre l’analyse aussi aisée et plus pratique, nous avons

préféré la représentation de ces résultat sous forme graphique ce qui nous permet de définir.

- la charge ultime de rupture.

- les paramètres qui influent sur chaque essai.

- les domaines de stabilité et de L’instabilité de l’armature au cours de chaque essai.

Afin de vérifier la fiabilité de l’appareillage pour les deux cas de chargement, statique et

cyclique; les deux éléments de renforcement testés ont été soumis à des essais


Page 82

d’arrachement préliminaires sous des pressions de confinement différentes. Les résultats de

ces essais montrent que les déplacements de l’armature se minimisent au fur et à mesure de

l'augmentation de la surcharge, ce qui confirme la stabilité de l’armature en fonction de sa

position dans un ouvrage réel. Par la suite, nous avons préféré tester les armatures sous une

même valeur de surcharge, pour garder les mêmes conditions de travail, rendre la

comparaison des résultats logique et limiter les paramètres à étudier. Ce pendant, afin de

dissiper toute équivoque, il nous parait important de dire que notre étude porte uniquement

sur le cas de la rupture par défaut d'adhérence. Le cas de rupture par cassure d'armature n'a

pas été envisagé.

5.3 ESTIMATION DE LA CHARGE ULTIME DE RUPTURE

La littérature à révélé que parmi les problèmes majeurs rencontrés dans l’interprétation des

résultats expérimentaux, on cite la définition de la charge ultime de rupture. Certains

chercheurs l’on fixé du côté de la sécurité au dépend de l'économie, mais la majorité des

études la considèrent comme étant la charge d’effondrement qui provoque l'arrachement du

renforcement. Notons aussi que d'autres méthodes utiles en géotechnique sont adoptées pour

l’analyse et l’interprétation des essais relatifs aux renforcements. Parmi ces méthodes, on

note celle de (Chin 1970) qui est utilisée dans l’estimation de la capacité portante des pieux.

Dans le présent travail, on considère l’arrachement apparent brusque, qui correspond à la

limite du soulèvement du bras de levier de l’appareil, comme étant la charge limite ultime

de rupture. Cette valeur est clairsement observée au cours des essais statiques.

5.4 RESULTATS DES ESSAIS DE CHARGEMENTS STATIQUES

5.4.1 Comportement de l'armature lisse sous chargement statique

Figure 5.1 Relation charge-déplacement armature lisse

90,000140,000190,000240,000290,000340,000390,000440,000490,000540,000590,000640,000690,000

0,0000 0,2500 0,5000 0,7500 1,0000 1,2500 1,5000 1,7500 2,0000

Effo

rt (

N)

Déplacement (mm)

Surcharge 0.25 Bars


Page 83

L'allure de la relation charge-déplacement pour l’armature lisse est présentée sur la figure 5-

1. A partir de laquelle, on constate que la courbe passe par les trois phases suivantes:

l/ une première partie de la courbe (0 ≤P(KN) ≤ 0,4) pratiquement linéaire, avec une grande

pente et une évolution un peu faible des déplacements par rapport à l’augmentation de la

charge d’arrachement.

2 / une deuxième partie qui correspond à (0,4 ≤P (KN) ≤0,6) dans laquelle se produit une

cassure assez nette de la courbe, avec un déplacement rapide par rapport aux charges

appliquées et à la première partie.

3/ juste à la limite de la deuxième partie de la courbe, on voit l’apparition d'un certain palier

suivi directement par un arrachement brusque et une rupture totale de l’armature pour une

même valeur de charge d'arrachement.

5.4.2 Comportement de l’armature nervurée sous chargement statique

Figure 5-2 : Relation charge -déplacement armature nervurée

Dans le but de comprendre le comportement des armatures nervurées par rapport aux

armatures lisses sous le même chargement statique, une armature nervurée a été testée sous

les mêmes conditions précédentes. L'allure de la relation charge -déplacement est présentée

à la figure 5-2 l’examen de cette courbe nous permet de constater que:

1- La courbe est caractérisée par une première partie verticale de déplacement pratiquement

nul pratiquement nul, malgré l’augmentation progressive de la charge d’arrachement de 0

jusqu’à 0,4 KN.

100,000

200,000

300,000

400,000

500,000

600,000

700,000

800,000

900,000

1000,000

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0

Effo

rt (

N)

Déplacement (mm)

Surcharge 0.25 Bars


Page 84

2- Au delà de 0,4 KN, la relation charge-déplacement devient sensiblement Linéaire jusqu'à

environ une valeur de chargement égale à 0,75 KN.

3-Une troisième partie de la courbe où l’arrachement devient graduel avec de déplacements

importants par-rapport aux charges appliquées.

5.5. RESULTATS DES ESSAIS DE CHARGEMENTS CYCLIQUES


Nous avons effectué plusieurs essais sous chargement cyclique avec différentes amplitudes

d'arrachement, ce qui nous permet d'atteindre les 10000 cycles en 8 heures de travail

successives (c'est le nombre d'heures ouvrables par jour d'après les normes), et de suivre le

comportement des éléments de renforcement à long terme pour chaque test la valeur de

l’effort d'arrachement est un pourcentage de la charge limite ultime statique de rupture et

comme dans le cas des essais statiques, la surcharge de pression est maintenue constante

durant tous les essais. Par ailleurs l’essentiel de notre travail est la compréhension du

phénomène de chargement cyclique et vu le nombre très important de cycles de chargement

dans certains essais, la représentation des courbes des essais est effectué dans des repères

semi-logarithmiques; ceci nous permet de représenter les courbes des différentes

sollicitations dans le même repère. Malgré cette tentative, nous avons constaté qu'il ya

parfois un encombrement ou un chevauchement des diagrammes, surtout dans le cas de

l’armature lisse, pour résoudre ce problème pratique et rendre l'analyse des résultats plus

compréhensible, deux solutions sont possibles :

La première, l’agrandissement de l’axe des ordonnés qui représente le déplacement de

l’armature, ce qui nous permet de présenter que les déplacements de l’armature de valeur

inférieur. Ou égale à 4mm. La seconde solution, est la représentation dans un repère

arithmétique, les deux diagrammes qui correspondent à des amplitudes de 8O% et 60% de

Pu. Dans ces derniers cas, les ruptures se produisent avant les l50 premiers cycles. Les

diagrammes de la relation, nombre de cycles -déplacement pour l’armature lisse sont

présentés dans les figures 5-3 et pour les armatures nervurées sont présentés dans les figures

5-4.


Page 85

0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

0,1 1 10 100 1000 10000

Dé

pla

cem

en

t, D

(mm

)

Nombre de cycle, Log N

0-30%PU 0-50%PU 0-60%PU 0-80%PU

5.5.2 Comportement de l’armature lisse sous chargements cycliques



L'étude du comportement de la barre lisse durant son chargement cyclique, montre

en premier lieu que, les déplacements sont très faibles par rapport au nombre de cycles

appliqués figure 5-3 et 5-4. Ils se réduisent aussi avec la diminution de. l’amplitude de

chargement. Ceci permet d'avoir, pour une amplitude de 80 %, un arrachement à 75 cycles.

0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

0,1 1 10 100 1000 10000

Dé

pla

cem

en

t, D

(mm

)

Nombre de cycle, Log N

0-30%PU 0-80%PU


Page 86

0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

0,1 1 10 100 1000 10000

Dé

pla

cem

en

t (m

m)

Nombre de cycles, Log N

30 % Pu 50 % Pu 60 % Pu 80 % Pu

Tandis que, une amplitude de 30 % provoque un déplacement de I' ordre de 0,035 mm après

10000 cycles.

D'une façon générale, on remarque que le mouvement de l’armature lisse est caractérisé, par

un état stationnaire qui dure la plupart du temps de l’essai. Après cet état de stabilité, le

déplacement de l’armature rentre dans une période courte caractérisée par un mouvement

d'accélération, aboutissant à une rupture brusque de l'élément.

5.5.3Comportement de L’armature nervurée sous chargement cycliques

Figure 5-5 Relation nombre de cycles –déplacement armature nervurée

Figure 5-6 : Relation nombre de cycles –déplacement armature nervurée

0,000

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

0,1 1 10 100 1000 10000

Dé

pla

cem

en

t (m

m)


30 % Pu 80 % Pu


Page 87

L'examen des diagrammes de la relation (nombre de cycles-déplacements) pour l’armature

nervurée figure 5-5 figure 5-6 montre que le comportement de ce type de renforcement

dépend essentiellement de l’amplitude de chargement. En effet, on constate deux formes

diagrammes:

La première, correspondant à l’amplitude de chargement de3O% où les déplacements sont

très faible malgré le grand nombre de cycles .L'armature dans ce cas résiste et ne s'arrache

pas.

La seconde, Correspondant aux autres amplitudes, les diagrammes présentent presque la

même allure. Elles sont caractérisées par deux phases de faibles déplacements intercalées

par une troisième phase d'accélération et de déplacement important.

Une remarque particulière est que pour un même nombre de cycles, le déplacement de

l’armature nervurée est supérieur à celui de l’armature lisse, ce qui implique que le

déplacement de l’armature lors d'un essai de chargement cyclique dépend essentiellement de

la valeur de la charge d'arrachement.

En revanche, avant la rupture de L’armature lisse et pour le même nombre de cycle

Les déplacements des deux types de renforcement sont pratiquement égaux.

5.5.4 Le taux d'arrachement des armatures

5.5.4.1 Généralités

La méthode conventionnelle qui consiste à tracer les déplacements totale contre

le logarithme du nombre de cycles reste difficile à interpréter; à cause des différents niveaux

de chargements, des différents déplacements initiaux et des différents mode de mobilisation

de la charge le long de l’armature. A cet effet des chercheurs ont utilisés d'autres méthodes

d'interprétation de ce phénomène. Parmi ces méthodes on note celle de Lashine 1973 qui

utilise la notion du taux de déplacement et qui indique que si un taux de déplacement du

renforcement d'un sol granuleux est accéléré, cela est. généralement irréversible et indicatif

de la rupture entre le sol et l'élément de renforcement. De notre part, pour mieux expliquer

le comportement de ces éléments de renforcement sous l’action des chargements répétés, les

résultats des essais ont été interprétés par une autre représentation dans des repères

différents (à une échelle Log-Log) donnant les taux de déplacement en fonction du nombre

de cycles les constatations sont les suivantes :


Page 88

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+00

0,1 1 10 100 1000 10000

Tau

x d

'Arr

ach

em

en

t, D

/N(m

m/c

ycle

)

Nombre Des Cycles, Log N

0-30 % Pu 0-50 % Pu 0-60 % Pu 0-80 % Pu

5.5.4.2 le taux d’arrachement de L’armaturé lisse

Figure 5-7: Vitesse d'arrachement de l'armature lisse

En ce qui concerne les armatures lisses, les diagrammes des taux de déplacement

sont caractérisés par deux phases: figure 5-7

- Une première phase où les taux de déplacement diminuent avec l’augmentation

du nombre de cycles de chargement. Les diagrammes dans cette phase ont pratiquement la

même pente, Donc c'est une phase de stabilité de l’armature.

- Une deuxième phase où le comportement de l'armature dépend essentiellement

de l’amplitude de chargement. En effet on constate que:

* Pour une amplitude de chargement de (0– 30 %) Pu, il ya une légère variation dans

la pente du diagramme; ce qui signifie, que malgré le grand nombre de cycles de

chargement, l' armature marque un léger déplacement sans s'arracher et ce là est dû au faible

chargement.

* Pour une amplitude de (0 –50 %) Pu, il ya une cassure nette du diagramme qui

devient perpendiculaire à l’axe des nombres de cycles. Donc, c'est un arrachement brusque.

* Pour les autres amplitudes de chargement (0 – 60 %) et (0 –80 %) Pu le

comportement des armatures est pratiquement opposé à la première phase. C'est à dire que

les taux de déplacement deviennent proportionnels au nombre de cycles. Ceci signifie la


Page 89

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+00

0,1 1 10 100 1000 10000

Tau

x d

'Arr

ach

em

en

t, D

/N (

mm

/cyc

le)


0-30 % Pu 0-50 % Pu 0-60 % Pu 0-80 % Pu

variation dans le comportement de l’armature. Danc c'est une phase d'instabilité où

l’armature tend vers un arrachement brusque.

5.5.4.3 le taux d'arrachement de l'armature nervurée

Figure 5-8: Vitesse d'arrachement de l'armature nervurée

La figure 5-8, montre les diagrammes des taux d'arrachement de l’armature nervurée en

fonction du nombre de cycles pour différentes amplitudes de chargement. On Constate que

nous avons deux formes de diagrammes; la première correspond à l’amplitude chargement

(0 – 30 %) Pu et la deuxième aux autres amplitudes.

L'examen du diagramme qui correspond à (0 – 30 %) Pu, montre que les taux d’arrachement

se réduisent avec l’augmentation du nombre de cycles de chargement. La forme du

diagramme révélé que malgré les petits déplacements, l'armature reste stable et

l'arrachement ne se produit pas. Pour les autres amplitudes, les courbes ont presque la même

allure, elles s’emboitent l’une dans L’autre, et passent par trois phases essentielles.

- Une première phase, qui correspond aux cents premiers cycles; dans laquelle les éléments

de renforcements passent par une certaine période de stabilité c'est à dire clue les taux

d'arrachement se minimisent avec l'augmentation des nombres de cycles des chargement.

- Une deuxième phase d'accélération caractérisée par l’augmentation des taux d’arrachement

en fonction du nombre de cycles. c’est une période de transition qui ne dure que quelques

cycles.


Page 90

90

140

190

240

290

340

390

440

490

540

590

640

690

0,0 0,3 0,5 0,8 1,0 1,3 1,5 1,8 2,0

Eff

ort

(N

)

Déplacement (mm)

Vierge Aprée 200 Cycles

-A la limite de la deuxième phase, les diagrammes changent de direction; les allures des

diagrammes dans cette troisième phase sont similaire a la première, c’est-à-dire que les taux

d'arrachement sont inversement proportionnels avec l’augmentation du nombre de cycles.

l’arrachement se produit graduellement. ,

5.6 RÉSULTATS DES ESSAIS DE CHARGEMENTS STATIQUES

SUCCEDANTAUX CYCLIQUES

Figure 5-9: Effet de chargement cyclique sur la capacité d'arrachement de l'armature lisse

Après les deux premières séries d'essais concernant l'étude des éléments de renforcement

sous l'effet des chargements statiques et cycliques, nous avons déduit:

- la charge limite ultime de rupture statique.

- le nombre de 'cycles correspondant à l'arrachement, pour différentes amplitudes de

charge.

Ces procédés ont été: fait pour les deux types de renforcement. En se basant sur ces résultats

et pour la bonne compréhension de l’effet des chargements cycliques sur les éléments de

renforcement, nous avons entamé une troisième série de tests qui consiste à l’application

d'un chargement cyclique sur l’armature avec une amplitude de chargement de 50% de Pu..

l’essai est arrêté à 200 cycles; c'est à dire avant la rupture. Ensuite l'essai est repris par

l’application progressive des chargements statiques jusqu'à la rupture. L’objectif de ces

essais est de vérifier, si le chargement cyclique a un effet sur la capacité d'arrachement de

l’armature. Une comparaison entre résultats de la première série d'essais (chargement


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90

140

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290

340

390

440

490

540

590

640

690

0,0 0,3 0,5 0,8 1,0 1,3 1,5 1,8 2,0

Eff

ort

(N

)

Déplacement (mm)

Vierge Aprée 200 Cycles

Statique et chargement statique après cyclique), nous permet de constater que: figure 5-9 et

5-10. Statique et chargement statique après cyclique), nous permet de constater que: figure

5-9 et 5-10.

*Pour les renforcements lisses, les deux courbes (charge - déplacement) ont Presque

la même allure, mais la courbe de l'armature sollicitée se trouve en dessous de celle de

l'armature vierge. Au début des essais et pour l’intervalle de chargement (0 ≤ P (K N) ≤

0,30), les déplacements pour les deux séries de tests sont pratiquement les mêmes. Au-delà

de 0,30 KN, les déplacements de l’armature de la troisième série sont plus importants que

pour l’armature vierge, jusqu'à l'arrachement. Celui-ci se produira dans l’armature sollicitée

avant l’armature vierge, mais brusquement et de la même façon dans les deux essais.

Figure 5-10: Effet de chargement cyclique sur la capacité d'arrachement de l'armature nervurée

* Pour les renforcements nervurés, au début de l’essai l'armature sollicitée ne marque aucun

déplacement jusqu'à une valeur d'environ 0,39 KN où il apparait un déplacement de l’ordre

de 0,0025 mm.

Comme dans l'armature vierge, l’arrachement de l’armature sollicitée se fait graduellement

l'apparition des grands déplacements graduels se produit pour une valeur de charge de

1'ordre de 0,8 KN dans l’armature vierge et au delà 1KN pour l’armature sollicitée.

Pour le même effort d'arrachement, le déplacement de l'armature vierge est supérieur à

celui de l’armature sollicitée.


Page 92

Contrairement à l’armature lisse, le diagramme de l’armature nervurée sollicitée se trouve

au dessus de celui de l'armature vierge.

Notons que les résultats de la troisième série d'essais, nous permet de faire une Comparaison

entre le comportement des deux types de renforcement sous l’effet de chargement cyclique.

Il est clair que dans la cas des renforcements lisses, l’armature vierge résiste mieux au

chargement statique que l’armature cycliquement sollicitée.

C'est-à-dire que les chargements cycliques modifient l’état initial de l’interaction sol –

armature ; d'où la réduction de la résistance au chargement statique.

Cependant, dans le cas des renforcements nervurés l’armature sollicitée résiste mieux aux

chargements statiques. La raison de ces différents comportement réside dans l’état de

conception de chaque type de renforcement en effet compte tenu de sa parfaite planéité

l’armature lisse constitue une surface de faible résistance mécanique .par contre l’armature

nervurée a tendance à retenir les grains par ses nervures ;Ce qui provoque un déplacement,

un réarrangement et une augmentation du volume des grains déplacés et donc une

densification du sol au voisinage des nervures et une augmentation du frottement.

5.7 CONCLUSION

Pour la bonne interprétation des différents essais, nous avons essayé d’expliquer de manière

simple la configuration abstraite des courbes en donnant des images les plus parlantes et les

plus exactes possibles sur les divers diagrammes .En effet on constate que malgré les

valeurs importantes des charges et le nombre important de cycles que nous avons

appliqués ; les différents essais ont donné des diagrammes de bonne allure. Notons aussi

que l’interprétation de la courbe de chaque essai concorde avec celle de la méthode des taux

d’arrachement. Ceci confirme notre raisonnement sur le comportement de l’armature sous

chaque type de charge.

Conclusion

Mémoire I. GARECHE - R. BENTIBA Chapitre VII: Conclusion

Page 93

CONCLUSION GENERALE

Pour que la conclusion donne une vue panoramique sur tout le contenu de la thèse , nous

avons préfère la présenter comme suit:

conclusion sur la construction du modèle.

conclusion sur les résultats des essais.

recommandations et suggestions pour les travaux futurs.

en quelques décennies, la technique de la terre armée -parce qu'elle utilise avec logique les

propriétés des matériaux constitutifs a fourni la solution de problèmes de plus en plus

difficiles, et s'est pratiquement imposée par 1'économie et par 1'élégance des réalisations

qu'en procèdent mais malgré un palmarès déjà très impressionnant, du a la richesse

potentielle de 1'invention de H Vidal, la terre armée est une technique qui est relativement

jeune, puisque les premiers ouvrages datent d'environ vingt cinq ans . Cette simple

remarque souligne d'une part 1'importance et l'intérêt des recherches de diverses natures qui

ont pu être entreprises et qui continuent de 1'être et d'autre part des expérimentations qui ont

eu lieu sur divers ouvrages. 11 nous apparait a la fois nécessaire et utile que ces

expérimentations soient poursuivies, par ce que le développement rapide de cette technique

ne va pas sans inconvénients. La connaissance des phénomènes qui accompagnent ce

procède étant encore très récente, aussi ne sont ils pas encore maîtrisés avec suffisamment

de certitude. Au fur et a mesure que cette expansion conduit les constructeurs a plus

d'audace dans les réalisations, leur nature et leur importance se manifestent de manières bien

différentes. Un effort permanent de recherche s'impose donc, et ceci a l'occasion de chaque

chantier, quelle que soit son importance. C'est dans Cette optique que tout ingénieur doit

étudier les projets, contrôler 1'exécution et observer le comportement de l'ouvrage dans le

temps .Pour ces raisons, nous avons choisi ce thème qui s'ajoute aux auprès études déjà

parues dans le domaine de la terre armée et qui vise un double objectif, a savoir:

- La conception de la machine d'arrachement en terre armée.

- L'étude expérimentale et comparative du comportement des éléments de renforcement

sous 1'effet des chargements cycliques.


Page 94

I- CONCLUSION SUR LA CONSTRUCTION DU MODELS

Un appareillage spécial que nous avons appelle ; Appareil d'Arrachement en Terre Armée

(le 3A) a été conçu pour permettre de réaliser les essais d'arrachement des éléments de

renforcement sous 1'effet des chargements cycliques, on doit d'abord connaitre le

comportement et le mécanisme de rupture de ces éléments sous l’effet des chargements

statiques. A partir de cela , notre idée se développa pour aboutir a un appareillage

compatible qui permet a la fois de réaliser les essais d'arrachement statique et cyclique.

Des efforts ont été déployés a chaque phase de réalisation de 1'équipement , pour éviter les

erreurs comises par les modèles réduits; pour atteindre cet objectif, et en plus de la

recherche bibliographique nécessaire pour tout travail de recherche, une période

d'inquisition et d'entretien avec les chercheurs experts dans la conception des modèles et des

appareillages de laboratoire est indispensable .

Avant d'arrêter la forme approximative de 1'équipement , une grande investigation auprès

d'un organisme d'enseignement supérieur ; 1'Ecole National des Ponts et Chaussées de Paris,

et deux organismes de recherche; le Laboratoire Central des Ponts et Chausses de Paris et la

Société la Terre Armée Lepec, nous a permis d'enrichir une première idée sur la forme de

1'appareillage tout en respectant les directives de la technique a étudier telle que la

granulométrie, la densité et les caractéristiques mécaniques du matériau utilisé. pour cela le

sable a été dépose d'une manière pluviale a des densités relatives déterminées d'avance par

un dépositeur mobile spécialement conçu pour cet emploi Une même attention est accordée

a la nature, les dimensions et la conception des éléments de renforcement.Le modèle est

réalise pour simuler le comportement d'un élément de renforcement en utilisant le même

matériau et les mêmes éléments de renforcement que celui utilise pour laconstruction des

ouvrages réels, les conditions de similitude seraient satisfaites a 1'exceptons du respect de

1'échelle des dimensions au niveau des grains.L’utilisation de 1'appareil dans les essais

pratiques impose le passage par des opérations successives. C'est a cet effet que la

manipulation et le mode opératoire sont choisis selon le même principe de mise en œuvre de

la technique. Un soin extrême doit être apporte A chaque phase de la manipulation.


Page 95

II- CONCLUSIONS SUR LES RESULTATS DES ESSAIS

Cette recherche donne un certain nombre d'enseignements sur le comportement des

éléments de renforcement soumis a différents cas de chargement. Les principales

conclusions pratiques qui peuvent être tirées sont les suivantes:

I.1/Cas de chargement statique

En comparant le comportement des deux types de renforcement, on constate que:

a/ Les essais préliminaires nous ont permis de confirmer que 1'augmentation de la pression

de confinement provoque une augmentation de 1'adhérence sot-armature cela est valable

pour les deux types de renforcement, la relation est presque linéaire .

b/ La charge d'arrachement maximale est engendrée dans le cas d'utilisation de (armature

nervurée).

c/ L'armature nervurée marque de grands déplacements par rapport a l’armature lisse malgré

ces déplacements, 1'armature nervurée reste stable et ne s'arrache pas sans 1'augmentation

de 1'effort d'arrachement.

d/ Au moment de la rupture le déplacement de l’armature nervurée est supérieur a celui de

(armature lisse).

e/ Contrairement a l’armature lisse, l’armature adhérente commence par une première phase

de stabilité malgré 1'augmentation de la charge d'arrachement; ce qui implique que le mode

de rupture n’est pas le même pour les deux éléments de renforcements.

f/ Juste avec l'apparition du palier de la courbe de la barre lisse, l'armature tend vers un

arrachement brusque. Tandis que le palier de la barre adhérente montre clairement que

1'arrachement de ce type d'armature est graduel.

g/ Les essais de chargement statiques sont indispensables, car ils nous permettent de déduire

la charge limite ultime de rupture pour chaque type de renforcement.


Page 96

I.2/ Cas de chargement cyclique

a/ Le déplacement de chaque type de renforcement dépend essentiellement de l’amplitude

de chargement. Ce qui implique que le déplacement de l'armature lors d'un chargement

cyclique dépend essentiellement de la valeur de la charge d'arrachement.

b/ Contrairement aux renforcements lisses ou l’arrachement s'effectue brusquement , le

déplacement de l'armature nervurée est garduel durant toute la période de 1'essai malgré le

grand nombre de cycles de chargement 1'arrachement se produit mais graduellement.

c/ Le mouvement de l'armature lisse est caractérise par deux phases essentielles ; une

première de faibles déplacements, suivie par une deuxième phase de mouvement accélère,

aboutissant a un arrachement brusque.

d/ Interprétation des essais de chargement cyclique par la méthode conventionnelle ou par la

méthode des taux d'arrachement amène a un même raisonnement.

e/ La méthode des taux d'arrachement nous permet de distinguer deux phases principales

dans le comportement des renforcements a savoir.

- Une étape de stabilité cyclique qui est caractérisée par une diminution dans les taux

d'arrachements de l'armature avec l'augmentation du nombre de cycles de chargement.

- Une étape d'instabilité cyclique qui commence quand les faux d'arrachement de

1' armature deviennent proportionnels avec le nombre de cycles.

I.3/ Cas de chargement statique succédant au cyclique

en vertu de cette série d'essais on déduit que:

a/ le mode de rupture pour les armatures sollicitées est le même que pour les armatures

vierges ,la rupture est brusque pour les armatures lisses et graduelle pour le armatures

adhérentes.

b/le chargement cyclique influe sur la capacité d' arrachement de l’armature. En effet , on

constate qu’ i1 ya une réduction de la charge limite ultime de rupture dans le cas de

l’armature lisse cycliquement sollicitée, en revanche, dans le cas de 1' armature nervurée on


Page 97

constate qu' i1 ya une augmentation de la charge limite ultime de rupture de 1' armature par

rapport a l'armature vierge.A partir de ces différentes remarques et constatations, on voit

que les éléments de renforcement peuvent éventuellement se rompre par l'application

répétée d'un effort d'arrachement dont la valeur est inferieure a celle qui peut produire la

rupture statique (rupture en un seul chargement). De ce fait, les chargements cycliques

provoquent une rupture brusque dans les armatures lisses et un arrachement graduel dans le

cas des armatures nervurées.

La différence de comportement dans chaque type d'armature provient de la présence des

nervures, qui mobilisent un volume de sol plus important qu'une surface lisse. Us efforts

d'arrachements cycliques provoquent un mouvement des grains de sable principalement

dans la direction de l'armature, d'ou un réarrangement des grains et une redistribution de la

charge le long de l'armature.Les raisons pour le changement brusque dans le comportement

du renforcement parait être en relation avec plusieurs autres facteurs partiellement inconnus

qui sont en corrélation. Parmi ces facteurs on note surtout:

- Le compactage du sable au voisinage des nervures provoque un relâchement des grains

dans les autres lieux.

Ces conséquences provoquent une dégradation du frottement latéral, c'est a dire dans

1'interaction. entre l'élément de renforcement et le sol. qui 1'entoure, surtout avec

l'augmentation du nombre de cycles.

Recommandations

Mémoire I. GARECHE - R. BENTIBA Recommandations

Page 98

RECOMMANDATIONS

Les méthodes de recherche expérimentales basées sur les modèles réduits de laboratoire

doivent constituer un précieux complément des méthodes théoriques. Nous attirons

l’attention sur le fait que si les essais sur modèles donnent l’impression d’une réalisation

simple à première vue, cette simplicité n’est qu’apparente. Un essai sur modèle, quel qu’il

soit, nécessite un très grand soin et un personnel expérimenté opérant avec méthode.

Nous en énumérons, ci-après, les principales recommandations complémentaires :

1/ Le travail en laboratoire que nous venons de présenter, peut servir de base aux études sur

ouvrages réels à caractère expérimental.

2/ Un travail de recherche en laboratoire et sur chantier est recommandé pour donner une

définition exacte de la charge limite ultime de rupture.

3/ Il est aussi important d’étudier le comportement d’une bande à plusieurs armatures sujette

simultanément à un chargement cyclique et d’investir leur interactions.

4/ En effectuant de petites modifications sur le modèle, celui-ci peut être utilisé dans la

technique du clouage.

5/ L’utilisation des jauges d’extensomètres est nécessaire pour la vérification de la variation

des contraintes le long des armatures.

6/ Le travail a besoin d’être étendu aux autres types de renforcements tels que les géogrides.

7/ Un abaque qui tient compte de l’influence de plusieurs paramètres tels que (la surcharge,

la densité, l’épaisseur des armatures) est recommandée comme futur travail de recherche.

8/ Puisque le facteur temps est important dans ce type de travaux, on peut le faire intervenir,

en étudiant le comportement des renforcements sous différents types de chargement.

Bibliographie

Mémoire I. GARECHE - R. BENTIBA Bibliographie

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annexe

Annexe n 1

Essai de chargement statique : Armature lisse

g= 9.81 m/ s2

,Surcharge:0.25 Bars ,Densité : 1.532 g/cm2

N° Effort (N) Déplacement (mm)

1 98,100 0,0000

2 147,150 0,0050

3 196,200 0,0075

4 245,250 0,0100

5 294,300 0,0125

6 343,350 0,0150

7 441,450 0,0250

8 490,500 0,0350

9 539,550 0,0700

10 549,360 0,0725

11 559,170 0,0750

12 568,980 0,0800

13 578,790 0,0900

14 588,000 2.0000

Annexe n 2

Essai de chargement statique : Armature nervurée

g= 9.81 m/ s2, Surcharge:0.25 Bars, Densité : 1.532 g/cm

2

N° Effort(N) Déplacement(mm)

1 98,100 0,0000

2 147,150 0,0001

3 196,200 0,0015

4 245,250 0,0025

5 294,300 0,0035

6 343,350 0,0050

7 392,400 0,0075

8 441,450 0,0300

9 490,500 0,0500

10 539,550 0,0625

11 588,600 0,1500

12 637,650 0,1650

13 662,175 0,2200

14 686,700 0,2400

15 711,225 0,3100

16 735,750 0,3500

17 760,275 0,4750

18 784,800 0,6700

19 809,325 0,9500

20 833,850 1,2700

21 858,375 3,5500

22 882,900 6,1000

23 907,425 12,6500

24 931,950 100.000

Annexe n 3

(Relation nombre de cycles- déplacements)

Essai de chargement cyclique : Armature lisse

Amplitude de chargement 30% Pu

Nombre

de

cycles(N)

Déplacement(mm) Nombre

de

cycles(N)


de

cycles(N)

Déplacement(mm)

1 0,010 600 0,015 4700 0,025

2 0,010 700 0,015 4800 0,025

3 0,010 800 0,015 4900 0,025

4 0,010 900 0,015 5000 0,025

5 0,010 1000 0,015 5100 0,025

6 0,010 1100 0,015 5200 0,025

7 0,010 1200 0,015 5300 0,030

8 0,010 1300 0,015 5400 0,030

9 0,010 1400 0,020 5500 0,030

10 0,010 1500 0,020 5600 0,030

15 0,010 1600 0,020 5700 0,030

20 0,010 1700 0,020 5800 0,030

25 0,010 1800 0,020 5900 0,030

30 0,010 1900 0,020 6000 0,030

35 0,010 2000 0,020 6100 0,030

40 0,010 2100 0,020 6200 0,030

45 0,010 2200 0,020 6300 0,030

50 0,010 2300 0,020 6400 0,030

55 0,010 2400 0,020 6500 0,030

60 0,010 2500 0,020 6600 0,030

60 0,010 2600 0,020 6700 0,030

65 0,010 2700 0,020 6800 0,030

70 0,010 2800 0,020 6900 0,030

75 0,010 2900 0,020 7000 0,030

80 0,010 3000 0,020 7100 0,030

85 0,010 3100 0,020 7200 0,030

90 0,010 3200 0,020 7300 0,030

95 0,015 3300 0,025 7400 0,030

100 0,015 3400 0,025 7500 0,030

110 0,015 3500 0,025 7600 0,035

120 0,015 3600 0,025 7800 0,035

130 0,015 3700 0,025 7900 0,035

140 0,015 3800 0,025 8000 0,035

150 0,015 3900 0,025 8100 0,035

160 0,015 3900 0,025 8200 0,035

170 0,015 4000 0,025 8300 0,035

180 0,015 4100 0,025 8400 0,035

190 0,015 4200 0,025 8500 0,035

200 0,015 4300 0,025 8550 0,035

300 0,015 4400 0,025

400 0,015 4500 0,025

500 0,015 4600 0,025

Annexe n 4


Essai de chargement cyclique : Armature nervurée


Nombre

de

cycles(N)


de

cycles(N)


de

cycles(N)

Déplacement(mm)

1 0,100 500 0,350 4700 0,600 2 0,100 600 0,350 4800 0,600

3 0,100 700 0,350 4900 0,600 4 0,100 800 0,350 5000 0,600

5 0,100 900 0,350 5100 0,600 6 0,100 1000 0,350 5200 0,600

7 0,100 1100 0,350 5300 0,600

8 0,100 1200 0,400 5400 0,600 9 0,150 1300 0,400 5500 0,600

10 0,150 1400 0,400 5600 0,650 15 0,150 1500 0,400 5700 0,650

20 0,150 1600 0,400 5800 0,650 25 0,150 1700 0,400 5900 0,650

30 0,150 1900 0,400 6000 0,650

35 0,150 2000 0,400 6100 0,650 40 0,150 2100 0,400 6200 0,650

45 0,150 2200 0,450 6300 0,650 50 0,150 2300 0,450 6400 0,650

55 0,150 2400 0,450 6500 0,700

60 0,150 2500 0,500 6600 0,700 65 0,200 2600 0,500 6700 0,700

70 0,200 2700 0,500 6800 0,700 75 0,200 2800 0,500 6900 0,700

80 0,200 2900 0,500 7000 0,700 85 0,200 3000 0,500 7100 0,700

90 0,200 3100 0,500 7200 0,700

95 0,200 3200 0,500 7300 0,700 100 0,200 3300 0,550 7400 0,700

110 0,200 3400 0,550 7500 0,700 120 0,200 3500 0,550 7600 0,700

130 0,300 3600 0,550 7700 0,700 140 0,300 3700 0,550 7800 0,700

150 0,300 3800 0,550 7900 0,700

160 0,300 3900 0,550 8000 0,700

170 0,300 4000 0,600 8100 0,700

180 0,350 4100 0,600 8200 0,700 190 0,350 4200 0,600 8300 0,700

200 0,350 4300 0,600 8400 0,700 300 0,350 4400 0,600 8500 0,700

400 0,350 4500 0,600 8550 0,700

Annexe n 5




Nombre

de

cycles(N)


de

cycles(N)

Déplacement(mm)

1 0,010 170 0,010

2 0,010 180 0,015

3 0,010 190 0,015

4 0,010 200 0,015

5 0,010 300 0,015

6 0,010 400 0,015

7 0,010 500 0,015

8 0,010 600 0,015

9 0,010 700 0,015

10 0,010 800 0,015

15 0,010 900 0,015

20 0,010 1000 0,015

25 0,010 1100 0,015

30 0,010 1200 0,015

35 0,010 1300 0,015

40 0,010 1400 0,015

45 0,010 1500 0,015

50 0,010 1600 0,015

55 0,010 1700 0,015

60 0,010 1800 0,015

65 0,010 1900 0,015

70 0,010 2000 0,015

75 0,010 2100 0,015

80 0,010 2200 0,015

85 0,010 2300 0,015

90 0,010 2400 0,400

95 0,010 2500 0,600

100 0,010 2600 0,900

110 0,010 2700 1,000

120 0,010 2800 5,000

130 0,010 2900 9,000

140 0,010 3000 20,000

150 0,010 3100 23,000

160 0,010

Annexe n 6




Nombre

de

cycles(N)


de

cycles(N)


de

cycles(N)

Déplacement(mm)

1 0,100 160 4,500 3100 9,420

2 0,100 170 4,550 3200 9,480

3 0,150 180 4,590 3300 9,530

4 0,150 190 5,100 3400 9,930

5 0,150 200 5,150 3500 10,250

6 0,250 300 5,180 3600 10,450

7 0,300 400 5,190 3700 10,700

8 0,300 500 5,210 3800 10,950

9 0,350 600 5,240 3900 11,350

10 0,450 700 5,260 4000 11,550

15 0,450 800 5,270 4100 11,700

20 0,510 900 5,290 4200 11,900

25 0,620 1000 5,310 4300 12,100

30 0,690 1100 5,340 4400 12,250

35 0,730 1200 5,600 4500 12,400

40 0,790 1300 5,780 4600 12,600

45 0,850 1400 5,940 4700 12,800

50 0,900 1500 6,200 4800 13,000

55 1,200 1600 6,350 4900 13,200

60 1,350 1700 6,780 5000 13,400

65 1,480 1800 7,000 5100 13,600

70 1,750 1900 7,250 5200 13,800

75 1,950 2000 7,450 5300 14,200

80 2,300 2100 7,680 5400 14,500

85 2,750 2200 7,920 5500 15,000

90 2,800 2300 8,210 5600 16,100

95 3,200 2400 8,420 5700 16,800

100 3,850 2500 8,650 5800 20,000

110 4,000 2600 8,850

120 4,250 2700 8,980

130 4,250 2800 9,200

140 4,450 2900 9,250

150 4,450 3000 9,330

Annexe n 7




Nombre de cycles(N) Déplacement(mm)

1 0,010

2 0,010

3 0,010

4 0,010

5 0,010

6 0,010

7 0,010

8 0,010

9 0,010

10 0,010

15 0,010

20 0,010

25 0,010

30 0,010

35 0,010

40 0,010

45 0,010

50 0,010

55 0,010

60 0,100

65 0,200

70 0,400

75 0,600

80 0,900

85 2,000

90 5,000

95 9,000

100 20,000

Annexe n 8




Nombre de cycles(N) Déplacement(mm) 1 0,31

2 0,39

3 0,45

4 0,49

5 0,55

6 0,65

7 0,72

8 0,80

9 0,86

10 0,90

15 1,00

20 1,15

25 1,28

30 1,35

35 1,48

40 1,70

45 1,82

50 1,90

55 2,15

60 2,20

65 2,30

70 2,35

75 2,60

80 3,20

85 3,60

90 3,95

95 4,25

100 4,60

110 5,00

120 5,35

130 5,90

140 6,30

150 6,80

160 7,20

170 7,90

180 8,30

190 8,95

200 9,25

300 9,90

400 10,25

500 11,50

600 12,55

700 13,70

800 14,30

900 16,60

1000 20,00

Annexe n 9





2 0,010

3 0,010

4 0,010

5 0,010

6 0,010

7 0,010

8 0,010

9 0,010

10 0,010

15 0,010

20 0,010

25 0,100

30 0,400

35 0,500

40 0,800

45 1,000

50 1,500

55 2,500

60 4,000

65 6,000

70 10,000

75 15,500

80 22,000

Annexe n 10





2 1,10

3 1,14

4 1,16

5 1,17

6 1,19

7 1,75

8 1,90

9 2,15

10 2,30

15 2,55

20 2,75

25 2,90

30 3,00

35 3,10

40 3,15

45 3,20

50 3,22

55 3,25

60 3,40

65 3,45

70 3,55

75 3,65

80 3,75

85 4,00

90 4,60

95 5,75

100 6,00

110 14,10

120 14,20

130 14,50

140 15,00

150 15,50

160 15,80

170 15,95

180 16,15

190 16,17

200 16,21

300 16,24

400 16,27

500 16,31

600 16,34

700 20,00

Annexe n 11

Essai de chargement statique succédant aux cycles: Armature lisse

g= 9.81 m/ s2


N° Effort (N) Déplacement

(mm)

1 98,100 0,0000

2 147,150 0,0050

3 196,200 0,0075

4 245,250 0,0100

5 294,300 0,0125

6 343,350 0,0150

7 441,450 0,0250

8 490,500 0,0350

9 539,550 0,0700

10 549,360 0,0725

11 559,170 0,0750

12 568,980 0,0800

13 578,790 0,0900 14 588,000 2.0000

Annexe n 12

Essai de chargement statique succédant aux cycles: Armature nervurée

g= 9.81 m/ s2


N° Effort (N) Déplacement

1 98,100 0,0000

2 147,150 0,0000

3 196,200 0,0000

4 245,250 0,0000

5 294,300 0,0000

6 343,350 0,0000

7 392,400 0,0025

8 410,050 0,0025

9 425,100 0,0025

10 439,550 0,0030

11 588,600 0,0030

12 637,650 0,0030

13 686,700 0,0035

14 735,750 0,0040

15 784,800 0,0050

16 833,850 0,0300

17 882,900 0,0600

18 931,950 0,1000

19 981,000 0,2500

20 1002,050 0,3100

21 1039,860 0,6000

22 1049,670 0,6500

23 1054,570 0,7500

24 1059,480 3,500

25 1069,290 5,500

26 1079,100 6,000

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Thème Etude expérimentale du comportement des … · 4.3 MODE OPERATOIRE…………………………………………………….….. ... Figure 2-14 courbe de rupture de sable