Le renforcement des sols en général, et le clouage en particulier connaissent depuis quelques années un développement important. Cette dernière méthode est apparue sur les chantiers depuis plus de dix ans, alors que le comportement des parois clouées n'est toujours pas réellement maîtrisé. Le présent rapport traite de ce comportement et du dimensionnement de tels ouvrages. Après une présentation sommaire de la méthode, la première partie du mémoire concerne les connaissances bibliographiques en matière de comportement des parois clouées, et les résultats obtenus sur les modèles réduits développés dans le cadre de ces travaux. Les aspects originaux découverts, notamment sur la rupture et les essais d'arrachement, sont valorisés par la bonne représentativité générale des modèles. Dans une deuxième partie, les méthodes actuelles de dimensionnement sont présentées, avant la description du nouveau logiciel développé durant ces travaux. Conçu spécialement pour le dimensionnement des parois clouées, ce logiciel est basé sur des idées nouvelles propres au concept de clouage. Les premiers résultats obtenus permettent de constater une bonne concordance avec les quelques résultats expérimentaux disponibles à l'heure actuelle.

L'étude de l'équilibre à long terme du tunnel revêtu suscite un intérêt important. D'un point de vue mécanique, il s'agit d'un problème d'interaction complexe entre deux structures de comportement très différent : le massif avec la cavité d'une part, le soutènement d'autre part. Les effets différés qui apparaissent dans un massif sont principalement liés à deux phénomènes qui peuvent être couplés : - la viscosité du squelette solide du massif ; - la diffusion du fluide interstitiel au sein du massif. On commence par présenter une étude bibliographique assez générale concernant les différentes étapes d'étude, de conception et de réalisation d'un projet de tunnel profond. Dans la seconde partie du mémoire, on étudie l'influence de l'histoire du chargement (vitesse de creusement et instant de pose du soutènement) sur l'équilibre d'un tunnel soutenu creusé dans un massif monophasique à comportement viscoplastique. Une méthode simplifiée de dimensionnement des tunnels dans de tels milieux a été élaborée. On a également abordé les effets de couplage entre comportements hydraulique et mécanique dans le cadre des tunnels profonds creusés dans un milieu poreux saturé isotherme ayant un comportement poro-élastique ou poro-élasto-plastique. Une étude analytique du tunnel 1D révèle l'influence de l'histoire du chargement mécanique et des conditions aux limites hydrauliques imposées en paroi. Des simulations numériques de creusement de tunnel en géométrie 2D axisymétrique sont menées. L'étude analytique permet, grâce à la généralisation de la notion de contrainte fictive de soutènement, de localiser le point d'équilibre du tunnel soutenu dans le plan (convergence en paroi - contrainte appliquée en paroi). Ces résultats permettent d'aborder le calcul en déformation plane des tunnels creusés en milieux biphasiques avec plus de rigueur.

L'interaction entre un renforcement linéaire (clou) et un sol granulaire (sable) est étudiée à plusieurs échelles en vue de réaliser des calculs en déformation de murs en sol cloué. L'interaction entre un clou et un sol à l'échelle des grains est étudiée à l'aide d'un milieu continu généralisé avec microstructure rigide (milieu de Cosserat). Trois lois de comportement du sol : élastique anisotrope, rigide parfaitement plastique et élastoplastique avec écrouissage, ainsi que deux jeux de conditions aux limites microscopiques : statiques et cinématiques, sont considérés pour modéliser la formation des couches d'interfaces. Le lien entre les phénomènes de localisation surfacique (couche d'interface) et volumique (bande de cisaillement) est établi. L'interaction entre un lit de clous et la tranche de sol afférente du mur en sol cloué est étudiée dans le cas d'un chargement thermique (gel). Un modèle couplant les effets thermiques (pénétration du gel), hydrauliques (gonflements du sol gelé) et mécaniques (interaction sol-clou) est développé et validé à partir des mesures réalisées sur les soutènements en vraie grandeur de La Clusaz durant l'hiver 1980/1981. Des dispositions constructives innovantes sont proposées pour limiter les effets du gel. L'interaction entre les clous et le sol à l'échelle d'un ouvrage de soutènement est analysée afin de développer une correspondance entre le mur 3D et le modèle numérique calculé en déformations planes (calcul 2D). Les méthodes de détermination des paramètres mécaniques des matériaux à partir des essais in situ et en laboratoire sont analysées et comparées. Le calcul en déformation de la construction du mur expérimental en vraie grandeur CLOUTERRE-CEBTP no. 1 est réalisé à l'aide de deux logiciels (CESAR et FLAC) pour valider l'approche proposée.

Le clouage est une technique de renforcement des sols en place par des inclusions passives. Dans la première partie de ce rapport, on présente les résultats expérimentaux et théoriques d'une recherche approfondie sur le mécanisme d'interaction sol-renforcement rigide et la mobilisation de la résistance au cisaillement du sol lors du cisaillement direct de la masse du sol cloué. La méthode des éléments finis a été utilisée pour la simulation numérique des essais de cisaillement direct effectués au CERMES en 1980-1981 sur des éprouvettes de grandes dimensions (40 x 60 x 40 cm) de limon argileux renforcé par des inclusions perpendiculaires à la surface de cisaillement. Cette étude a permis de mettre en évidence la mobilisation d'une cohésion apparente et une diminution de l'angle de frottement interne de la masse du sol renforcé et d'étudier l'effet de certains paramètres (contrainte normale appliquée ; rigidité et nombre de renforcements) sur l’effet des inclusions, le comportement de la masse du sol renforcé et la mobilisation de sa résistance globale au cisaillement. La deuxième partie de ce rapport présente une analyse du comportement des ouvrages de soutènement en sol renforcé. On étudie, d'une part, les remblais en Terre Armée, et d'autre part, les soutènements in-situ par clouage. Si la technique de la Terre Armée a fait l'objet de plusieurs recherches et observations sur ouvrages en vraie grandeur, peu d'expérimentations ont été effectuées jusqu'à présent sur des soutènements par clouage. Ces quelques expérimentations montrent une certaine analogie entre le comportement de ces deux types d'ouvrages. Cependant, il existe des différences fondamentales qui concernent en particulier : - Les modes de constructions, - La rigidité des renforcements, - L'inclinaison des renforcements, - La technique de mise en place des renforcements, - La nature du sol. Notre travail a essentiellement pour objectif d'étudier l'influence de ces paramètres sur le comportement global de l'ouvrage sur les efforts mobilisés dans les inclusions ainsi que sur le déplacement de la paroi. On a utilisé une simulation numérique à l'aide d'un programme de calcul en éléments finis, permettant une modélisation phase par phase de ces deux techniques. Pour vérifier cette modélisation on compare les résultats de calculs, d'une part, avec les mesures sur ouvrages réels, et d'autre part, avec observations sur modèles réduits.

La technique de renforcement des sols par des géosynthétiques permet, par l'utilisation d'un matériau d'apport de caractéristiques moyennes et le choix d'une géométrie appropriée, la réalisation d'ouvrages en terre à caractère définitif économiques. L'application de la technique de renforcement des sols par géosynthétiques pour la conception des culées de ponts est pour sa part sûrement envisageable du point de vue technique et pratique. Toutefois, le comportement de tels ouvrages, surtout leur comportement à la rupture, est encore mal défini. Dans ce mémoire, on s'est plus spécifiquement intéressé au comportement d'un massif de sol renforcé par des nappes d'un non tissé, dans lequel une instrumentation complexe a été appliquée. L'ouvrage a été soumis à un chargement vertical concentré en tête jusqu'à la rupture. Une étude paramétrique du chargement en tête a été ensuite réalisée sur cinq modèles réduits en centrifugeuse, pour approfondir l'étude du comportement à la rupture. La première partie du mémoire présente brièvement les géotextiles actuels et leurs techniques d'utilisation en géotechnique, ainsi que les méthodes de dimensionnement des ouvrages renforcés par géotextiles. La seconde partie expose toutes les informations et les principaux résultats des études expérimentales. La troisième partie regroupe les analyses des comportements observés et propose une méthodologie de dimensionnement pour les ouvrages renforcés par géotextiles chargés en tête. Les résultats des mesures faites au cours de la mise en oeuvre et du chargement à la rupture de l'ouvrage en vraie grandeur, ainsi que l'étude paramétrique du chargement en tête sur les modèles réduits, ont permis de mieux comprendre le comportement de tels ouvrages et de montrer qu'il est possible de décrire de façon satisfaisante les comportements observés par des calculs classiques à l'équilibre limite.

Cette thèse examine la réponse de différents types de lois de comportement en chargement et en déchargement et modélise numériquement les problèmes du creusement dans un massif du sol. Deux méthodes de modélisation d'excavation par éléments finis, l'une proposée par Ghaboussi et Pecknold (1984) et Brown et Booker (1985) et l'autre par Borja et al. (1989) ont été programmées dans le code CESAR-LCPC. Ces deux méthodes ont été ensuite comparées pour la simulation par étapes de l'excavation de massifs de sol élastique et élastoplastique. Nous avons également développé la notion de chargement-déchargement-rechargement multiaxial basée sur le signe du travail incrémental. L'application de ce principe (qui englobe le cas unidirectionnel) à une excavation pour différents types de lois de comportement, nous permet de connaître l'étendue des zones en chargement et/ou en déchargement autour de l'ouvrage. Un modèle élastique non-linéaire (Wong et Duncan), un modèle élastoplastique parfait à critère de Mohr-Coulomb et un modèle élastoplastique avec écrouissage (Nova) ont été étudiés plus en détail dans cette étude. Ces modèles ont été d'abord appliqués à la simulation d'essais triaxiaux, puis à un problème d'excavation. Ce travail s'achève par la modélisation d'un ouvrage réel : une excavation réalisée devant un rideau de palplanche butonné dans un milieu sableux (Université de Karlsruhe). Dans cette partie, nous avons comparé avec les observations sur site, les résultats des modélisations en éléments finis avec le modèle élastoplastique à critère de Mohr-Coulomb et avec le modèle de Nova.