La présente étude porte essentiellement sur l'élaboration de modèles qui mettent en relation, d'une part, les propriétés de résistance des sols (résistance au cisaillement obtenue au scissomètre) et, d'autre part, les propriétés résilientes (modules rétro-calculés à partir d'essais de déflexion) avec les valeurs d'indice de pénétration obtenues au pénétromètre à cône dynamique (DCP). Des essais de terrain ont été effectués sur dix sites couvrant une gamme étendue de sols cohérents représentatifs du contexte géologique québécois ainsi qu'au Site Expérimental Routier de l'Université Laval (SERUL) sur chacune des quatre fosses présentant un sol d'infrastructure différent. Des essais de laboratoire ont également été réalisés sur cinq sols pulvérulents reconstitués. Les résultats obtenus sur le terrain et en laboratoire ont été comparés et analysés afin de définir la relation entre la résistance et la résilience pour différents types de sols ainsi que d'effectuer plusieurs regroupements. En réalisant une analyse statistique avec trois différents niveaux d'interprétation, des relations robustes faisant intervenir des variables explicatives ont été développées. Un minimum d'information sur le sol testé est nécessaire pour le premier niveau, la classification du sol est requise pour l'utilisation des modèles du deuxième niveau alors que des paramètres qui tiennent compte des caractéristiques des sols sont requis pour le troisième niveau. Pour les sols à grains fins, ces paramètres sont la densité sèche, l'indice de plasticité et l'indice de liquidité alors que pour les sols à grains grossiers, ceux-ci sont la densité et l'indice de plasticité ou la teneur en eau.

Les propriétés hydrauliques d'un till du Nord du Québec en condition saturée et non saturée ont été étudiées en laboratoire à l'aide de l'essai de conductivité hydraulique et l'essai de succion qui permet d'obtenir la courbe de rétention d'eau. Les essais ont été réalisés avec des échantillons compactés sous différentes conditions de teneur en eau et de masse volumique sèche, de manière à évaluer l'influence de ces conditions sur les propriétés hydrauliques. Les études précédentes ont montré qu'une structure agrégée se développe dans le till lorsqu'il est compacté de côté sec de l'optimum Proctor, c'est-à-dire à un degré de saturation de compactage inférieur au degré de saturation optimum (Sr0 < Sr-opt). Le till étudié dans le cadre de cette étude diffère de ceux utilisés dans les études précédentes par son très faible pourcentage de particules argileuses (< 2 μm) de 0,7%. L'objectif principal de cette étude est d'évaluer l'influence des conditions de compactage sur la conductivité hydraulique et la courbe de rétention d'eau et de déterminer si une structure agrégée se développe lorsque le till est compacté du côté sec de l'optimum. Les résultats expérimentaux typiques de la conductivité hydraulique saturée obtenus pour les échantillons compactés du côté humide de l'optimum (Sr0 > Sr-opt) avec un indice des vides de 0,328 varient de 2,6 x 10-7 à 8,6 x 10-7 m/s. Les conductivités hydrauliques typiques obtenues pour les échantillons compactés du côté sec de l'optimum (Sr0 < Sr-opt) avec le même indice des vides étaient très similaires, variant entre 2,4 x 10-7 et 9,1 x 10-7 m/s. Les courbes de rétention d'eau mesurées en laboratoire sont très semblables entre elles, présentant toutes une structure de sol homogène, peu importe si l'échantillon a été compacté du côté sec ou du côté humide. Il apparait que la conductivité hydraulique et la courbe de rétention d'eau de ce till sont très peu influencées par le degré de saturation de compactage. Ceci peut être expliqué par le très faible pourcentage de particules argileuses, qui prévient la formation d'agrégations de particules dans la structure du till lorsqu'il est compacté du côté sec de l'optimum Proctor. Plusieurs modèles d'estimation de la conductivité hydraulique sont utilisés. Cette étude propose trois nouveaux modèles d'estimation de la conductivité hydraulique saturée pour les tills du Nord du Québec. Le premier modèle met en relation la conductivité hydraulique saturée avec le diamètre des grains de la fraction fine (d50 FF) et le deuxième modèle est une équation modifiée de Kozeny-Carman et Hazen basée sur la porosité et une taille de particule effective (d10). Finalement, un modèle permettant d'évaluer l'effet de l'agrégation avec l'équation de Kozeny-Carman modifiée dans les tills compactés est proposé.

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.

Les filières d'Assainissement Non Collectif (ANC) du fait de leur intérêt technique et économique connaissent un développement important. A ce jour, les gestionnaires de ce type d'ouvrages cherchent à mieux comprendre les phénomènes régissant leur fonctionnement et tentent ainsi d'améliorer cette filière sur le plan de la durabilité, de la fiabilité et de l'optimisation en s'appuyant sur des recommandations scientifiquement étayées auxquelles les études menées dans ce travail s'attachent à répondre. Les principaux objectifs industriels et scientifiques de cette thèse étaient de mieux comprendre le fonctionnement de ces sytèmes et de développer une méthodologie de diagnostic de leur état par la mise au point d'outils et de méthodes adaptés à ce genre d'onvrage. Nous avons proposé dans ce travail une démarche originale d'estimation de la perméabilité saturée ou non d'un sol in situ. Cette démarche est basée d'une part sur des informations de résistance et de granulométrie obtenues par couplage de mesures pénétrométriques et endoscopiques et d'autre part sur la connaissance de la relation résistance densité obtenue dans une base de données de matériaux. Cette démarche a été validée au laboratoire et utilisée in situ. Nous avons aussi proposé une méthodologie de diagnostic basée sur l'utilisation conjointe d'outils non destructifs et rapides à mettre en oeuvre à partir de différentes études réalisées in situ tant sur des ouvrages réels que sur des ouvrages expérimentaux grandeur nature.