Un cadre théorique et technique est développé afin de permettre la réalisation d'essais à la table vibrante visant l'étude du comportement de fondations superficielles reposant sur sol pulvérulent sec. Une revue exhaustive de la littérature est réalisée et permet de dégager les principales problématiques ainsi que de faire le point sur l'état des connaissances dans le domaine. Est ensuite développée une théorie de modélisation dimensionnelle spécifiquement appliquée à l'étude des sols en condition 1-g devant permettre de prédire adéquatement le comportement d'une structure réelle en fonction du comportement d'une structure de petite taille au laboratoire. Cette approche est basée sur les recommandations de plusieurs auteurs et sur le modèle de la mécanique d'état critique. L'aspect technique du projet comprend le développement d'un système de confinement pour des échantillons de sols de grandes dimensions. Le système permet d'obtenir des conditions de déformations de type champs libre pour un cas de déformation plane. Ces conditions sont obtenues via l'utilisation d'un mécanisme novateur de dissipation d'énergie, spécifiquement développé dans le cadre de ce projet de recherche. L'analyse structurale complète de la boîte est réalisée et présentée en détails. Un sable naturel de la région de Montréal, un sable à mortier, est étudié au laboratoire de l'Université Laval. Ce sable doit pouvoir servir de support à la fondation lors des essais à la table vibrante. L'objectif est de permettre de dégager les propriétés mécaniques du sol afin de recourir à la théorie de la modélisation ce qui permettra d'assurer une concordance entre le comportement du modèle en laboratoire et la structure réelle. Finalement, une analyse numérique est réalisée afin d'évaluer l'impact des frontières rigides sur le comportement en rotation des fondations superficielles. L'objectif est d'évaluer la distance minimale devant être respectée en fonction de la pression de contact entre la semelle et le sol afin de permettre de maximiser les dimensions de la fondation utilisée au laboratoire lors des essais 1-g.

Ce mémoire présente les résultats d’une étude du comportement sous sollicitations monotones et cycliques de l’argile sensible de Beauharnois. Cette étude entre dans le cadre d’un projet de recherche qui vise à faire une caractérisation dynamique des argiles sensibles de la mer Champlain. Une campagne d’investigations géotechniques a été effectuée sur le site de Beauharnois qui a permis de faire le prélèvement de plusieurs échantillons de très haute qualité à l’aide de l’échantillonneur Laval (Qualitas, 2014) et la réalisation d’une caractérisation géotechnique détaillée du dépôt tant in situ qu’au laboratoire. Le comportement mécanique a été étudié par des essais oedométriques, des essais triaxiaux et des essais de cisaillement simple à volume constant. Les essais sous sollicitations monotones ont permis de déterminer l’état limite de l’argile ainsi que les paramètres des Mohr-Coulomb à la rupture initiale et aux grandes déformations. L’étude du comportement de l’argile sous sollicitations cycliques a permis de déterminer la résistance cyclique du sol et aussi de mieux comprendre les mécanismes de dégradation de la résistance et de rupture sous ces sollicitations. Les résultats montrent que le sol peut subir un ramollissement cyclique avec de grandes déformations lors d’une sollicitation cyclique. La comparaison des résultats de cette étude avec d’autres études sur des argiles de la mer Champlain a permis de mettre en évidence la similitude du comportement de ces argiles sensibles. / This M.Sc thesis presents the results of a study of the behaviour of the sensitive Beauharnois clay under monotonic and cyclic loading. This study is a part of a research project for the dynamic characterizations of sea Champlain clay. A geotechnical investigation was carried out at Beauharnois site with performing several in situ tests and sampling clay by using high quality sampler. A laboratory testing program was carried out in order to do a geotechnical characterization of the soil and to study the behaviour under monotonic and cyclic loading. The mechanical behaviour was studied by triaxial tests and simple shear tests. The limit state curve and critical state line of the clay were determined by undrained triaxial tests. The cyclic tests were used to determine the cyclic résistance of the soil and also to understand the degradation process of strength of the soil and the mechanisms of failure under these loading. The results show that the soil can perform a cyclic softening with large déformations during a cyclic stress. The comparison of the results of this study with other studies on sea Champlain Sea clay show that there is the same behaviour under cyclic loading.

L'objectif de ce mémoire est de présenter une approche permettant d'intégrer l'analyse de stabilité des pentes d'une mine à ciel ouvert aux outils de modélisation et d'estimation des ressources minérales, ainsi que d'évaluer l'applicabilité d'algorithmes de calcul d'orientation des pentes dans un contexte minier. Cette approche est appliquée à un cas d'étude réel portant sur la fosse ultime Portage du projet minier Meadowbank, situé au Nunavut dans le nord canadien. L'analyse de stabilité intégrée nécessite tout d'abord comme données d'entrée, la topographie de la fosse ultime ainsi que l'information structurale. À partir de la topographie, l'orientation des bancs et de la pente inter-rampe est déterminée selon des techniques issues du domaine des systèmes d'information géographique. La stabilité des bancs et de la pente inter-rampe est ensuite évaluée selon la théorie de l'équilibre limite pour les modes de rupture planaire et de dièdre, et ce, sur l'ensemble de la fosse ultime Portage pour toutes les orientations possibles de banc et de pente inter-rampe calculées. Finalement, l'application de critères de conception permet d'identifier et de visualiser les zones de la fosse ultime Portage qui sont susceptibles d'être affectées par des instabilités planaires et de dièdre. Au niveau du banc, des zones situées au nord-ouest et au sud-est de la fosse ultime Portage sont particulièrement susceptibles d'être affectées par des instabilités. Des modifications d'angle de face de banc ont ensuite été suggérées pour certaines zones de la fosse. Pour ce qui est des pentes inter-rampe, le potentiel d'instabilité identifier par l'analyse de stabilité intégrée est faible. L'intégration de l'analyse de stabilité des pentes d'une fosse minière aux outils de modélisation et d'estimation des ressources minérales offre de nombreux avantages. Dans un premier temps, elle permet de rassembler l'information en une base de données commune. Considérant que la conception des fosses minières est un processus itératif, une base de données commune permet de faciliter la mise à jour de l'information, l'exploration de différents scénarios ainsi que la communication entre les différentes équipes participant au projet minier, procurant une économie de temps, et conséquemment, des bénéfices économiques. De plus, cette approche permet une représentation plus réaliste de la géométrie de la fosse ainsi qu'une meilleure spatialisation de l'information structurale.

L’ensemble des mines – et particulièrement celles exploitant un gisement filonien ou de faible puissance – sont très sensibles à la problématique de la dilution minière (i.e ., bris hors-profil de l’éponte supérieure). En effet, puisque cette dilution est généralement de faible teneur, le matériel qui se retrouve dans les chantiers miniers peut ne pas permettre de compenser les coûts associés au minage et par conséquent, la rentabilité de l’opération peut en être affectée. Ceci est particulièrement vrai lorsque la teneur de la dilution se situe sous le seuil de rentabilité (i.e., teneur de coupure). Par ailleurs, lorsque des effondrements (dilution) surviennent pendant les activités de soutirage, ceci représente un risque important pour les équipements mobiles (e.g., chargeuse-navette). Nombreux sont les chercheurs qui ont travaillé à développer et à améliorer les abaques de stabilité et critères de conception de chantiers, mais leur efficacité à prédire le bris hors-profil est souvent faible. Néanmoins, ces outils demeurent très utiles pour les projets sur sites vierges (« greenfield projects »), mais dès lors que les conditions géomécaniques d’un site deviennent mieux comprises, il importe de corriger et d’optimiser ces critères de conception afin de mieux représenter la réalité de l’opération minière. Ce mémoire expose donc la méthodologie employée afin de quantifier le bris hors-profil provenant des différentes surfaces des chantiers (i.e., épontes, toit, murs) exploités par la méthode de chambre vide. Une comparaison entre les performances réelles et celles prédites par les modèles couramment utilisés dans l’industrie a été effectuée. À l’aide de méthodes statistiques univariées et bivariées, les paramètres affectant le bris hors-profil peuvent être déterminés objectivement. L’élaboration de nouveaux modèles statistiques permet également d’accroître la fiabilité des prédictions (i.e., le bris hors-profil) et fournit des outils permettant d’assister les ingénieurs dans la conception et le dimensionnement des chantiers miniers. La mine Éléonore de Goldcorp a servi de cas d’étude afin de démontrer la validité d’une telle démarche.

Il est habituellement supposé que les dépôts d'argile marine postglaciaires du Québec sont généralement intacts sous une croûte fracturée (3 à 5 m de profondeur). Cependant, les données de 210 piézomètres ont démontré des variations grandes et rapides des charges hydrauliques à de grandes profondeurs, et un synchronisme entre les piézomètres dans le même nid. Ces comportements ne sont pas compatibles avec les propriétés hydrauliques des argiles intactes, mais sont plutôt les indicateurs de la présence de fractures profondes hydrauliquement actives. Afin de tester l'hypothèse de la présence de fractures, trois indicateurs ont été analysés dans tous les piézomètres du réseau de surveillance du MTQ : 1) une grande variation de la charge hydraulique, 2) une forte corrélation et 3) de faibles décalages temporels. En outre, l'impact potentiel de ces fractures sur l'écoulement des eaux souterraines et la stabilité des pentes est exploré. Pour ce faire, les données de terrain sont comparées à des modèles transitoires et permanents qui présentent et non des fractures. Deux géométries de pente et différents scénarios de fractures ont été considérés. Par la suite, les résultats de la modélisation hydrogéologique ont été importés dans un modèle de stabilité des pentes pour définir l'impact des changements de charge hydraulique causés par les fractures sur la stabilité des pentes. L'analyse des données mettent en évidence des fractures hydrauliquement actives jusqu'à 17 m de profondeur. Les résultats de la simulation démontrent quant à eux que les scénarios avec des fractures représentent mieux les données de terrain. Les fractures augmentent la charge hydraulique quand l'eau pénètre dans les sols à travers les fractures et se diffuse ensuite dans la matrice du sol. De plus, la charge hydraulique est réduite quand l'eau s'écoule à travers les fractures dans la face de la pente. D'un point de vue hydrogéologique, les fractures peuvent par conséquent améliorer ou réduire la stabilité des pentes dépendant du système d'écoulement. Notons que l'impact mécanique des fractures n'a pas été pris en compte. / To date it is usually assumed that post-glacial marine clay deposits of Quebec are generally intact below a fractured crust (3 to 5 m depth). However, data from 210 piezometers have shown large and rapid variations in hydraulic heads at great depths, and synchronism between the piezometers at different depths in the same nest. This behavior is not compatible with the hydraulic properties of intact clays, but rather are signs of the presence of deep hydraulically active fractures. To test the hypothesis of presence of fractures, three signs of hydraulically active fractures were analysed in all piezometers nest of the MTQ monitoring network: 1) large variation in the hydraulic head, 2) high correlation and 3) small time lags. In addition, the potential impact of these fractures on groundwater flow dynamics and slope stability are explored by comparing field data with transient and steady-state groundwater models with and without fractures. Two slope geometries that exhibit contrasting groundwater flows and different fracture scenarios were considered. Then, results of the hydrogeological modelling were imported into a slope stability model to delineate the impact of the hydraulic head changes due to the fractures on slope stability. Analysis of the MTQ monitoring network data shows evidence of hydraulically active fractures below the crust up to 17 m depth. The simulation results show that the scenarios with fractures better represent the field data. Fractures increase the hydraulic head when water enters the soils through the fractures which then dissipates by hydraulic diffusion into the soil matrix, and is reduced when water flows out through the fractures at the slope face. Therefore, depending on the groundwater flow system, from a hydrogeological perspective, fractures could improve or reduce the slope stability. It should be noted that the mechanical impact of the fractures are not considered.

Un carottier à triple paroi a permis la récupération d'échantillons de calibre PQ3 et ZQ3, dans le till glaciaire des fondations du barrage Jules-Allard, dans le sud du Québec. Des essais cross-hole ont permis d'obtenir des modules de Young variant entre 1300 et 2600 MPa. Les essais triaxiaux consolidé non drainés de chargement monotones ont permis l'obtention de modules de Young Emax variant entre 290 et 6000 MPa, notamment en fonction de la fraction de gravier de l'échantillon. Les modules de Young des échantillons de calibre ZQ3 étaient similaires à ceux obtenus avec les essais cross-hole et leurs coefficients de Poisson étaient régulièrement nuls. Lors d'essais triaxiaux de chargement cycliques, les échantillons ont subi une contraction, avant de dilater à l'atteinte d'un point de transformation de phase, lorsque les contraintes ont croisé le cheminement de contraintes d'un échantillon chargé de façon monotone, à la même contrainte effective de consolidation. Mots clés: transformation de phase, comportement cyclique, till glaciaire, module de Young, vitesse de propagation d'onde de cisaillement, coefficient de Poisson. / A triple tube wireline core barrel allowed to retrieve PQ3 and ZQ3 calibre samples from the foundation glacial till of the Jules-Allard dam, South of Quebec. Cross-hole testing allowed to obtain Young's modulus ranging from 1300 to 2600 MPa. Consolidated-undrained triaxial monotonic testing, yielded Young's modulus Emax ranging between 290 MPa and 6000 MPa, notably as a function of the amount of gravel particles present in the samples. ZQ3 samples Young modulus were similar to those obtained using the cross-hole testing. In addition, the Poisson's ratio of these samples were regularly zero. During cyclic triaxial testing, contraction was followed by dilation when the samples reached a phase transformation point and the stress path intersected the stress path of a monotonically loaded sample having the same effective consolidation stress. keywords: phase transformation, cyclic behaviour, glacial till, Young's modulus, shear wave velocity, Poisson's ratio.

La construction dans l'Arctique nécessite une connaissance précise des propriétés thermiques et géotechniques du pergélisol. La connaissance de ces propriétés est également nécessaire pour le paramétrage des modèles de transfert de chaleur. Des études antérieures ont démontré le grand potentiel de l'utilisation de la tomodensitométrie pour les mesures du volume des composantes du pergélisol et la visualisation de la cryostructure. Une nouvelle approche est proposée pour mesurer la conductivité thermique du pergélisol. Les objectifs généraux de ce projet sont (1) d’élaborer une nouvelle méthode de caractérisation du pergélisol à l’aide de la tomodensitométrie et de modèle éprouvés et (2) de comparer et mettre au point une méthode novatrice pour mesurer la conductivité thermique et des paramètres géotechniques. Les résultats démontrent que les tests effectués à l’aide de la tomodensitométrie donnent des résultats d’une valeur scientifique comparable aux autres méthodes existantes de mesure de déjà existantes de conductivité thermique du pergélisol. / When building in the Arctic, design considerations require precise knowledge of the thermal and geotechnical properties of the permafrost. Computed tomography provides visualization of the cryostructure of permafrost. Previous studies showed great potential in using this technology for classification and volume measurements of permafrost components, i.e. sediment (solid), ice and gas (void) contents. The aims of this study are (1) to develop an innovative and non-destructive approach using CT scan to compute the thermal conductivity of undisturbed permafrost samples and (2) to validate the results computed from CT scan image analysis with proven experimental thermal conductivity data. The very good results obtained so far show that CT scan thermal conductivity measurements yield results comparable to other existing methods. The new approach could still be significantly improved by the use of a higher resolution CT scanner.

Ce travail de thèse est issu de l'analyse des sollicitations complexes appliquées au sol à proximité des ouvrages de génie civil tels que les fondations, les tunnels, les murs de soutènements ou les remblais. Il consiste en une étude expérimentale de l'influence de la rotation des contraintes sur le comportement à la rupture de sols fins à l'aide d'un appareil triaxial pour éprouvettes cylindriques creuses. Ce comportement n'est pas pris en compte de façon explicite dans les modèles de calcul. Le travail a consisté à valider les modèles de comportement utilisés classiquement pour ces types de sollicitations et d'en proposer éventuellement la modification. La recherche comporte trois parties : - une étude bibliographique préliminaire sur les recherches réalisées en laboratoire et en place sur la rotation des contraintes et son influence sur le fonctionnement des ouvrages, - une étude expérimentale en laboratoire avec l'appareil triaxial pour éprouvettes cylindriques creuses et avec des appareils triaxiaux classiques (essais sur sols argileux), - un travail d'interprétation des résultats et de modélisation de ces expériences. L'objectif final est d'améliorer la loi de comportement des sols fins développée au LCPC depuis 1983 et de la valider sur les essais réalisés. L'application à trois ouvrage-types est finalement présentée.

Les terrains quaternaires en Iran ont une vaste étendue et ils ont des caractéristiques communes au point de vue sédimentation, géologie et morphologie. Ce sont des caractéristiques dues à une série de développement de l'érosion et de l'accumulation dans les régions montagneuses avec des conditions climatiques particulières. Par conséquent, ces sédiments devraient avoir aussi des caractéristiques physico-mécaniques en commun dont nous parlerons dans les chapitres suivants. On a étudié premièrement la genèse de ces alluvions et les facteurs et les conditions qui ont donné lieu à la naissance de ces alluvions. Puis on a étudié les condItions géomorphologiques et lithologiques, et enfin les propriétés mécano-physiques de ces alluvions. En profitant des résultats obtenus par les essais in situ et au laboratoire qui ont été faits sur les, alluvions de la région d'Ispahan, j'ai essayé de trouver des relations entre les propriétés physico-mécaniques, lithologiques et morphologiques de ces alluvions. C'est la première fois que ces alluvions font l'objet d'une étude géotechnique approfondie, et considérant leur étendue, cette étude pourra être une base pour d'autres plus ponctuelles. Ces problèmes ont été étudiés en trois parties

Cette étude a pour objectifs la caractérisation expérimentale des frottements saccadés dans les matériaux granulaires modèles constitués des billes de verre monodisperses en compression triaxiale drainée et l'identification des paramètres de contrôle. Cinq paramètres macroscopiques caractérisent ces frottements saccadés : la chute de déviateur et la contraction volumique, l'intermittence de déformation axiale, le module d'Young et le coefficient de Poisson. Les frottements saccadés affectent simultanément le déviateur et la déformation volumique. Le comportement macroscopique est globalement contractant tandis que le matériau tend vers un état limite critique en grandes déformations, à la manière des sables lâches. Cependant il présente localement, dans les phases de blocage qui suivent immédiatement les ruptures temporaires, le comportement dilatant des sables denses, qui obéit à une relation contrainte-dilatance linéaire et unique. Les frottements saccadés disparaissent au-delà d'une vitesse critique d'écrasement axial, qui dépend de la contrainte de confinement et de la taille des grains. Le module d'Young dynamique par propagation d'ondes varie avec la contrainte de confinement selon une loi de puissance. Le module d'Young quasi-élastique au départ des phases de blocage est constant à l'intérieur du domaine élastique, de même que le coefficient de Poisson. Le suivi par granulométrie laser et par analyse d'images des matériaux après un ou plusieurs essais triaxiaux permet de suivre l'évolution de la taille moyenne et de la forme des grains. Tandis que les instabilités par saccade disparaissent suite à un certain nombre d'essais, on observe, simultanément à une légère diminution du volume moyen, l'apparition progressive de populations d'objets non sphériques par une fusion des grains analogue au frittage.