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UNIVERSITÉ DE SHERBROOKE Faculté de génie Département de génie civil CONCEPTION

UNIVERSITÉ DE SHERBROOKE Faculté de génie Département de génie civil CONCEPTION DES FONDATIONS SUPERFICIELLES REPOSANT SUR DES SOLS GRANULAIRES EN UTILISANT LA VITESSE DES ONDES DE CISAILLEMENT Mémoire de maîtrise Spécialité : génie civil Wafi BOUASSIDA Jury: Mourad Karray Mathieu NUTH Ammar YAHIA Yannic ETHIER Sherbrooke (Québec) Canada Janvier 2015 TABLE DES MATIÈRES LISTE DES FIGURES ............................................................................................................... IV LISTE DES TABLEAUX ........................................................................................................ VII LISTE DES ACRONYMES ..................................................................................................... IX RÉSUMÉ ........................................................................................................................................ I REMERCIMENTS ....................................................................................................................... II CHAPITRE 1 — INTRODUCTION ......................................................................................... 1 1.1 Mise en contexte et problématique............................................................................ 1 1.2 Définition du projet de recherche .............................................................................. 3 1.3 Objectifs .................................................................................................................... 4 1.4 Contributions originales ............................................................................................ 4 1.5 Plan du document ...................................................................................................... 4 CHAPITRE 2 — REVUE BIBLIOGRAPHIQUE ................................................................... 6 2.1 Introduction ............................................................................................................... 6 2.2 Structures des sols granulaires .................................................................................. 6 2.3 Paramètres contrôlant le tassement des fondations superficielles ............................. 8 2.4 Différentes approches estimant le tassement des fondations superficielles reposant sur des sols granulaires .................................................................................................... 9 2.4.1 Méthodes basées sur les essais in situ ................................................................ 9 2.4.2 Méthodes basées sur l’approche d’élasticité linéaire ....................................... 12 2.4.3 Méthodes estimant le tassement en utilisant l’élasticité non linéaire ............... 15 2.4.4 Influence de l’eau ............................................................................................. 22 2.4.5 Discussion ......................................................................................................... 22 2.4.6 Méthodes estimant le tassement en utilisant la vitesse des ondes de cisaillement ................................................................................................................ 23 2.4.7 Discussion ......................................................................................................... 24 CHAPITRE 3 — PARAMÈTRES INTERVENANT DANS L’ESTIMATION DU TASSEMENT EN UTILISANT LA VITESSE DES ONDES DE CISAILLEMENT ..... 26 3.1 Introduction ............................................................................................................. 26 3.2 Le module Œdométrique ......................................................................................... 26 3.3 Le module de cisaillement....................................................................................... 27 3.4 Le module de Duncan-Chang (1970) ...................................................................... 28 3.5 Détermination des paramètres élastiques de Duncan Chang à partir d’un essai oedométrique ................................................................................................................. 30 3.6 Discussion ............................................................................................................... 33 CHAPITRE 4 — APPROCHE PROPOSÉE POUR ÉVALUER LE TASSEMENT ....... 35 4.1 La technique P-RAT................................................................................................ 35 4.2 Différentes étapes adoptées pour évaluer le tassement d’une fondation superficielle en utilisant la vitesse des ondes de cisaillement ............................................................ 38 4.3 Estimation de la capacité portante d’une fondation superficielle reposant sur les sables d’Eastman et de Péribonka ................................................................................. 40 4.3.1 Résultats expérimentaux ................................................................................... 41 4.3.2 Modélisation numérique ................................................................................... 43 4.3.2.1 Sable de Péribonka ........................................................................................ 43 4.3.3 Commentaires ................................................................................................... 46 CHAPITRE 5 — CARACTÉRISATION DU SABLE DE SHERBROOKE .................... 48 5.1 Introduction ............................................................................................................. 48 5.2 Essai granulométrique ............................................................................................. 48 5.3 Essai de table vibrante ............................................................................................. 49 5.4 Essai Proctor ............................................................................................................ 50 5.5 Essais Triaxiaux ...................................................................................................... 50 5.6 Essais de mesure de vitesse des ondes de cisaillement ........................................... 52 5.7 Évaluation des paramètres numériques à partir des essais expérimentaux ............. 54 5.7.1 Paramètres de Duncan ...................................................................................... 54 5.7.2 Détermination des paramètres de Duncan-Chang à partir des essais œdométriques............................................................................................................. 55 5.7.3 Validation des paramètres obtenus ................................................................... 58 CHAPITRE 6 — ESSAIS DE CHARGEMENT ................................................................... 66 6.1 Description du dispositif ......................................................................................... 66 6.2 Essais SPT réalisés .................................................................................................. 68 6.2.1 Description de la colonne mise en place .......................................................... 68 6.3 Remplissage du contenant et identification des conditions de chargement ............ 72 6.4 Résultats des essais de chargements........................................................................ 73 6.4.1 Essai de chargement I ....................................................................................... 73 6.4.2 Essai de chargement II ...................................................................................... 75 6.4.3 Essai de chargement III .................................................................................... 76 6.4.4 Essai de chargement VI .................................................................................... 78 CHAPITRE 7 — MODÉLISATION NUMÉRIQUE DES ESSAIS DE CHARGEMENT ......................................................................................................................... 82 7.1 Introduction ............................................................................................................. 82 7.2 Simulations numériques des essais de chargement réalisés .................................... 82 7.2.1 Étapes numériques adoptées pour évaluation du tassement ............................. 82 7.2.2 Modélisation numérique du cas expérimental étudié ....................................... 85 7.2.3 Résultats obtenus .............................................................................................. 88 7.3 Commentaires.......................................................................................................... 92 CHAPITRE 8 — DIMENSIONNEMENT DES FONDATIONS EN UTILISANT VS ................................................................................................................................................. 95 8.1 Abaques de dimensionnement ................................................................................. 95 8.2 Analyse des résultats ............................................................................................... 99 CHAPITRE 9 — CONCLUSION .......................................................................................... 101 RÉFÉRENCES .......................................................................................................................... 103 LISTE DES FIGURES Figure 2. 1— Schéma explicatif présentant les paramètres contrôlant le tassement d’une fondation superficielle ........................................................................................................ 8 Figure 2. 2— Paramètres contrôlant le tassement d’une fondation superficielle ............... 8 Figure 2. 3— Évolution du facteur d’influence en profondeur (Schultz 1970) ................ 15 Figure 2. 4— Évolution du paramètre Ke en fonction de l’indice de densité (Byrne et al. 1978) ................................................................................................................................. 17 Figure 2. 5— Évolution du ratio de rupture Rf en fonction de la densité relative (Byrne et al. 1978) ............................................................................................................................ 17 Figure 2. 6— Évolution de l’angle de frottement en fonction de l’indice de densité (Byrne et al.1978) ......................................................................................................................... 18 Figure 2. 7— Variation de l’angle de frottement en fonction de l’indice de densité ....... 18 Figure 2. 8— Comparaison entre les résultats expérimentaux et numériques pour un prototype de Fondation reposant sur un sol argileux (Strahler, 2010) .............................. 20 Figure 2. 9 — Comparaison entre les résultats expérimentaux et numériques pour un prototype de Fondation reposant sur un sol argileux (Strahler, 2010) .............................. 20 Figure 2. 10— Comparaison entre les résultats expérimentaux et numériques pour un prototype de Fondation reposant sur un sol argileux (Strahler 2010) ............................... 21 Figure 2. 11— Résultats obtenus lors du travail de Stokoe et Van Pelt (2013) ............... 24 Figure 3. 1— Reproduction d’un essai oedométrique sur FLAC (n = 0,5, m = 0,25) ..... 32 Figure 3. 2 — Reproduction d’un essai triaxial (Id = 65 %, Ke = 300, n = 0,5 et m = 0,25) ........................................................................................................................................... 32 Figure 3. 3— Évolution de K en fonction de l’indice des vides ....................................... 33 Figure 4. 1— Dispositif utilisé pour réaliser des mesures de vitesses en laboratoire (Karray et Ben Romdhane, 2012) ..................................................................................... 37 Figure 4. 2— Vue de dessus des capteurs utilisés (Karray et Ben Romdhane, 2012) ...... 37 Figure 4. 3— Variation de la vitesse de cisaillement normalisée en fonction de l’indice des vides ............................................................................................................................ 38 Figure 4. 4— Évolution de la vitesse de cisaillement normalisée en fonction de l’indice des vides ............................................................................................................................ 41 Figure 4. 5— Modèle de Fondation introduit dans FLAC................................................ 44 Figure 4. 6— Tassement de la semelle filante reposant sur le sable de Péribonka pour différents indices de densités ............................................................................................ 45 Figure 4. 7— Tassement de la semelle filante reposant sur le sable d’Eastman pour différents indices de densités (emin = 0,44, emax = 0,8) ................................................. 46 Figure 5. 1— Granulométrie du sable de Sherbrooke ...................................................... 49 Figure 5. 2— Résultats des essais Proctor réalisés sur le sable de Sherbrooke ................ 50 Figure 5. 3— Résultats des essais triaxiaux réalisés sur le sable de Sherbrooke Id = 41 % ........................................................................................................................................... 51 Figure 5. 4— Résultats des essais triaxiaux réalisés sur le sable de Sherbrooke Id = 65 % ........................................................................................................................................... 51 Figure 5. 5— Résultats des essais triaxiaux réalisés sur le sable de Sherbrooke Id = 78 % ........................................................................................................................................... 52 Figure 5. 6— Résultats des essais oedométriques réalisés sur le sable de Sherbrooke .... 53 Figure 5. 7— Évolution de la vitesse de cisaillement normalisée pour le sable de Sherbrooke ........................................................................................................................ 53 Figure 5. 8— Évolution du module de Duncan-Chang en fonction de l’indice des vides 54 Figure 5. 9— Reproduction de l’essai œdométrique pour Id = 49 % ............................... 56 Figure 5. 10— Reproduction de l’essai œdométrique pour Id = 57 % ............................. 56 Figure 5. 11— Reproduction de l’essai œdométrique pour Id = 94 % ............................. 57 Figure 5. 12— Évolution de Ke en fonction de l’indice des vides ................................... 58 Figure 5. 13— Reproduction de l’essai triaxial réalisé sur le sable de Sherbrooke pour Id = 41 % et un confinement de 100 kPa (Ke = 200, n = 0,5 et m = 0,25) ........................... 60 Figure 5. 14— Reproduction de l’essai triaxial réalisé sur le sable de Sherbrooke pour Id = 41% et un confinement de 200 kPa (Ke = 200, n = 0,5 et n = 0,25) ......................... 60 Figure 5. 15 — Reproduction de l’essai triaxial réalisé sur le sable de Sherbrooke pour Id = 78 % et un confinement de 50 kPa (Ke = 350, n = 0,5 et m = 0,25) ......................... 61 Figure 5. 16— Reproduction de l’essai triaxial réalisé sur le sable de Sherbrooke pour Id = 78 % et un confinement de 100 kPa (Ke = 350, n = 0,5 et m = 0,25) ....................... 61 Figure 5. 17— Reproduction de l’essai triaxial réalisé sur le sable de Sherbrooke pour Id = 78 % et un confinement de 200 kPa (Ke = 350, n = 0,5 et m = 0,25) ....................... 62 Figure 5. 18— Reproduction de l’essai triaxial réalisé sur le sable de Sherbrooke pour Id = 65 % et un confinement de 50 kPa (Ke = 300, n = 0,5 et m = 0,45) ......................... 62 Figure 5. 19— Reproduction de l’essai triaxial réalisé sur le sable de Sherbrooke pour Id = 65 % et un confinement de 100 kPa (Ke = 300, n = 0,5 et m = 0,45) ....................... 63 Figure 5. 20— Reproduction de l’essai triaxial réalisé sur le sable de Sherbrooke pour Id = 65 %, 300 kPa de confinement (Ke = 300, n = 0,5 et m = 0,45) ............................... 63 Figure 5. 21— Évolution de Ke en fonction de l’indice des vides ................................... 64 Figure 6. 1— Vue de dessus du dispositif expérimental utilisé ........................................ 66 Figure 6. 2— Vue de face de la colonne SPT ................................................................... 69 Figure uploads/Industriel/fondation.pdf