Description analytique de la houle, effet de la déformabilité et de la perméabilité du fond marin sous la propagation de la houle, valeur de la pression cyclique induite sur le fond marin. Développement analytique pour l'effet de porosité et de perméabilité, propagation sur un fond incliné. Définition des contraintes induites et analyse de la réponse du sol sous ces sollicitations. Modélisation de l'action d'une houle sinusoïdale sur un fond marin élastique. Expansions analytiques des contraintes par la transformation de MELLIN. Calcul quasi statique de l'évolution d'un milieu poreux. Traitement numérique du problème par éléments finis. Etude paramétrique. La connaissance du comportement des massifs sous marins est devenue nécessaire au développement des travaux en mer.

On s'intéresse dans ce travail à l'applicabilité de la sollicitation pressiométrique à l'évaluation des caractéristiques de liquéfaction des sables. Apres une étude bibliographique consacrée au comportement mécanique des sables et aux méthodes actuelles d'évaluation du risque de liquéfaction de massifs sableux, on présente dans un deuxième chapitre les résultats d'un programme expérimental réalisé à l'appareil triaxial pour préciser les caractéristiques de liquéfaction et de mobilité cyclique d'un sable de référence, le sable d'Hostun RF. Dans un troisième chapitre, on présente les résultats d'une étude réalisée au cylindre épais, destinée à simuler un essai d'expansion de cavité cylindrique représentative de la sollicitation pressiométrique, sous chargement monotone et cyclique, en vue de mettre en évidence l'influence de paramètre de base sur la réponse observée. Le quatrième chapitre est consacré à la mise en oeuvre d'une chambre d'étalonnage et à la réalisation d'essais au mini pressiomètre pour valider les essais au cylindre épais. A partir des résultats des chapitres précédents, on propose dans le cinquième chapitre deux méthodes d'utilisation des résultats d'essais d'expansion de cavité pour l'évaluation des caractéristiques de liquéfaction d'un sable, l'une basée sur l'utilisation des essais d'expansion monotone, et l'autre basée sur l'utilisation des essais d'expansion cyclique.

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.

Parmi les techniques de renforcement des sols par inclusions, les micropieux offrent un très vaste champ d'application pour les fondations, les reprises en sous-oeuvre et la stabilisation des pentes et talus. La présente recherche qui fait partie du projet national FOREVER (Renforcement des Sols par Micropieux) a pour objet de modéliser le comportement des micropieux isolés ou en groupe, plus particulièrement développer des outils numériques permettant le calcul. Pour l'étude du comportement des micropieux isolés sous charge axiale, en prenant en compte deux modèles pour la mobilisation du frottement latéral et la résistance de pointe (modèle basé sur l'utilisation des résultats pressiométriques MENARD et modèle basé sur le mécanisme de cisaillement pur d'anneaux concentriques avec une nouvelle définition pour le rayon d'influence), trois micropieux d'essai en vraie grandeur réalisé sur le chantier du TGV Paris-Bruxelles (1994) sont analysés. Un modèle, dit modèle "Multizones", a été présenté et développé pour l'analyse non linéaire des micropieux isolés et chargés latéralement. Ce modèle basé sur le concept de rotule plastique, calcule l'expansion de la zone plastifiée le long du micropieu. Il est introduit dans le programme PILATE-LCPC, donnant le nouveau programme "PILATEP". Les résultats de PILATEP sont comparés avec ceux obtenus par la méthode des éléments finis (programme CESAR-LCPC) ainsi qu'avec des résultats d'essais en modèle réduit par MAHMOUD et BURLY (1994). Un nouveau modèle "hybride" de type "facteur z" et "facteur y" pour le calcul des groupes et des réseaux de micropieux est présenté. Ce modèle combine, d'une part, la méthode des fonctions de transfert de charge pour analyser chacun des micropieux du groupe (modèles 't-z' et 'p-y'), et d'autre part, les concepts du continuum élastique pour déterminer l'interaction entre les micropieux du groupe, appelée "effet de groupe". Ce modèle est introduit dans le programme GOUPIL-LCPC, donnant naissance au programme "GOUPEG". Afin de valider ce logiciel, on compare les résultats de GOUPEG aux résultats expérimentaux du groupe de trois micropieux en vraie grandeur (à Rueil-Malmaison, 1994). Dans un réseau, les micropieux sont chargés axialement et latéralement. Dans ce cas, le couplage entre les efforts axiaux et latéraux est étudié. Enfin, les résultats de GOUPEG sont comparés, avec succès, à ceux obtenus par les méthodes du continuum ainsi que par la méthode des éléments finis (programme CESAR-LCPC).

Cette recherche concerne l'étude expérimentale et l'analyse théorique de la consolidation des sols fins saturés sous chargement cyclique. La synthèse des travaux antérieurs a révélé que les cycles ont pour effet de retarder la consolidation et que les courbes de consolidation en tassement et en contrainte effective tendent vers un état d'équilibre sous chargement cyclique ; mais les modèles théoriques ne permettent pas d'approcher les résultats expérimentaux. Après cette synthèse, le premier objet de notre travail a consisté à améliorer la modélisation théorique de la consolidation en tenant compte de l'irréversibilité du comportement du sol dans le domaine surconsolidé. Cette modélisation a permis de mieux approcher les résultats expérimentaux obtenus au CERMES par A. BERNARDET. Après avoir analysé les résultats obtenus sur le limon (sol peu plastique), nous avons entrepris 1'étude expérimentale à l'oedomètre d'une kaolinite (argile plastique). Il s'est avéré que les cycles retardent considérablement la consolidation ; mais contrairement au résultat obtenu sur le limon, il a été observé que la courbe de consolidation en tassement ne présente pas d'état d'équilibre sous chargement cyclique. L'analyse théorique de la kaolinite a conduit qualitativement au même résultat ; mais le modèle adopté pour le comportement du sol dans le domaine surconsolidé ne nous a pas permis d'approcher les résultats expérimentaux. Cette analyse nous a en plus révélé que, contrairement au tassement, la courbe de consolidation en contrainte effective présente un état d'équilibre sous chargement cyclique. Les résultats expérimentaux avec mesure de surpressions interstitielles à la cellule de Rowe et au triaxial nous ont permis de confirmer qualitativement ces résultats. Il apparaît donc que, lorsque le sol est plastique, il y a une accumulation de tassements sous chargement cyclique sans dissipation de surpressions interstitielles.

Cette recherche traite de l'interprétation des mesures des pressions interstitielles au cours des essais in situ au piézocone et au pressiomètre autoforeur en vue de la détermination des caractéristiques géotechniques des sols en place. L'interprétation des essais s'appuie essentiellement sur la modélisation du phénomène d'expansion de cavité provoquée par la sollicitation appliquée. Dans la première partie de ce rapport, on passe en revue les études antérieures concernant l'utilisation des mesures obtenues au piézocone. On tente à travers cette étude bibliographique de déterminer les paramètres principaux influençant la réponse du sol à la pénétration et les valeurs des surpressions interstitielles ; cela en analysant les résultats expérimentaux rapportés dans la littérature d'une part et ceux obtenus théoriquement d'autre part, en particulier à partir des approches d'interprétation en contraintes totales du phénomène d'expansion de cavité. La deuxième partie du rapport a pour objectif de tester différentes approches de modélisation en laboratoire, à partir d'essais d'expansion sur des échantillons annulaires sur un sol limoneux. Le type d'essai a été conçu de manière à obtenir une reproductibilité des résultats expérimentaux d'essais d'expansion sur un sol remanié dont les caractéristiques sont déterminées à partir d'essais triaxiaux sous des conditions aux limites bien définies. L'interprétation des essais a eu essentiellement pour objectif de vérifier les hypothèses des diverses approches de modélisation. On a considéré d'une part une approche en contraintes totales considérant un sol élastique parfaitement plastique avec le critère de Tresca et d'autre part une approche d'analyse en contraintes effectives. Cette dernière utilise un modèle relativement simple (GUERMAZI, 1985) considérant le sol comme un matériau élastoplastique écrouissable à loi d'écoulement non associée. On montre que l'approche de modélisation en contraintes totales permet de déterminer les caractéristiques du sol à court terme. La cohésion non drainée et le module de cisaillement sont comparables avec ceux obtenus aux essais triaxiaux. Cependant, il est nécessaire d'élaborer une approche en contraintes effectives pour une interprétation adéquate des mesures des surpressions interstitielles permettant une détermination des caractéristiques effectives du squelette du sol à savoir sa résistance au cisaillement, sa compressibilité et ses propriétés de contractance et/ou dilatance. Dans la troisième partie, la comparaison des résultats théoriques avec ceux obtenus au laboratoire montre que la détermination des caractéristiques du sol étudié est assez fiable. On montre ainsi que les caractéristiques effectives du squelette du sol ainsi obtenues sont en accord avec celles déterminées à partir d'autres types d'essais, in situ et en laboratoire. Dans la quatrième et dernière partie, on expose les différents essais effectués in situ au pénétromètre à tête piézoélectrique. Deux types de sites ont été testés ; d'une part des sols argileux relativement homogènes où l'effet du drainage partiel au cours de la pénétration pourrait être négligé, d'autre part des sols sableux où la perméabilité est assez importante et où l'hypothèse d'essai non drainé n'est plus vérifiée. Sur le premier type de sol, on a essayé de tester les approches de modélisation en contraintes totales du phénomène d'expansion de cavité. L'utilisation de paramètres adimensionnels a présenté un intérêt particulier pour la reconnaissance et la classification des sols. Sur le deuxième type de sol, en l'occurrence à DUNKERQUE où le site présente un intérêt particulier compte tenu de la présence des inclusions de sable lâche et dense entre des couches argileuses, on a utilisé une pointe permettant de mesurer d'une part la résistance de pointe et le frottement latéral, d'autre part les surpressions interstitielles sur la pointe et sur le manchon de frottement latéral et ceci au cours du même essai. On a insisté en particulier sur les résultats des études paramétriques concernant : - l'effet de la position de la cellule des mesures des surpressions interstitielles ; - l'effet de la vitesse d'enfoncement ; - l'effet du diamètre du cône. Ces essais ont permis de mettre en évidence l'effet de la position de la cellule sur les mesures des pressions interstitielles. Les mesures avec la cellule placée sur le manchon de frottement latéral semblent plus adéquates pour caractériser la susceptibilité des sables à se contracter ou à se dilater. Cependant, c'est la différence de comportement sur la pointe et sur le manchon du frottement latéral qui permet d'identifier les inclusions de sable à l'état lâche ou dense. Cela met en évidence l'intérêt du "dual" piézocone pour la détermination in situ du potentiel de liquéfaction des sols en place.

Cette thèse a pour cadre général l'étude du comportement des ouvrages de génie civil, sous le double aspect, de la loi de comportement non-linéaire des sols et des roches, et de la résolution des problèmes du creusement des tunnels par la méthode de calcul aux éléments finis. Deux catégories de lois de comportement non-linéaires ont été plus particulièrement considérées : modèles hyperboliques (modèle de Duncan et Chang, 1970 ; modèle modifié de Hardin et Drnevich, 1972) et modèles élastoplastiques avec écrouissage (modèle Cam-Clay modifié, 1968) ; dans le dernier, différentes variantes ont été proposées pour tenir compte de la non-linéarité de la partie élastique, trois variantes de type hyperélastique, considérés à partir d'une fonction énergie complémentaire et obéissent aux principes de la thermodynamique Ces modèles ont été appliqués à la simulation du creusement d'une galerie à section circulaire en milieu homogène. Les variantes élastiques non-linéaires du modèle Cam-Clay modifié donnent, dans le cas de contraintes initiales anisotropes, en piédroit des zones en compression et en clé des zones en extension à l'intérieur du massif. L'étude des chemins de contrainte à proximité de la galerie met en évidence l'influence de l'état des contraintes initiales sur les mécanismes différents de rupture induits par le déconfinement. Les modèles retenus ont également été appliqués à la construction du tube Sud du tunnel de Las Planas, creusé dans des marnes. Le comportement de la marne de Las Planas a été étudié à partir d'essais triaxiaux réalisés sous fortes contraintes (essais isotropes et de cisaillement). Les variantes élastiques non-linéaires de type hyperélastique du modèle Cam- Clay modifié et le modèle de Duncan et Chang (1970) conduisent aux résultats les plus satisfaisants pour la plupart des essais de cisaillement. En revanche, la variante élastique linéaire du modèle Cam-Clay modifié surestime systématiquement les déformations volumiques. La modélisation de creusement du tunnel Sud de Las Planas à l'aide des variantes hyperélastiques du modèle Cam-Clay modifié conduit également à des simulations plus représentatives des mesures expérimentales que les autres modèles. Les modèles hyperboliques tendent à surestimer les déplacements induits, par le creusement, dans le massif encaissant.

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.

Afin d'étudier le rôle de l'humidité dans la déformation du sel gemme, des essais utilisant la microcellule développée au Centre de Géologie de l'Ingénieur ont été conduits sur des échantillons de sel laiteux et de sel phénoblastique du Bassin Bressan ainsi que sur des échantillons de sel de dôme provenant de la mine d'Asse (Allemagne). Le principe de la méthode utilisée est de suivre visuellement, lors des essais effectués, l'évolution texturale des échantillons sous des conditions de contrainte, température et humidité imposées. Une augmentation même faible du degré d'humidité relative se traduit toujours par une phase de fluage transitoire rapide suivie d'une phase de fluage stationnaire à vitesse de déformation constante. La vitesse de déformation lors de cette phase de fluage stationnaire est généralement supérieure à celle de la phase de fluage stationnaire qui précède l'élévation du degré d'humidité. La texture et la composition de l'échantillon ainsi que sa réaction vis-à-vis du couple température-humidité imposé déterminent la prédominance d'un des micromécanismes de déformation possibles. D'un point de vue microstructural, le contenu des cristaux de halite en inclusions fluides et/ou solides exerce une grande influence sur leur ductilité. On montre que le sel laiteux riche en inclusions fluides est plus ductile que le sel de dôme dont les cristaux contiennent des inclusions solides. Au niveau des joints de grains, l'humidité s'adsorbe ou se condense permettant le déclenchement de certains mécanismes de déformation spécifiques. Selon la morphologie et l'état de surface de ces joints on assiste à des mécanismes de lubrification et de glissement (cas du sel de dôme) ou des mécanismes de cisaillement et de microstylolitisation (cas du sel laiteux). Par ailleurs, les films de saumures qui se reconstituent au niveau des joints favorisent la thermomigration des inclusions fluides d'un cristal de halite à un autre à travers ces joints saturés. Dans le sel phénoblastique 1'anhydrite contenue dans la matrice carbonato-sulfatée microporeuse s'hydrate en gypse sous l'action du couple température-humidité. Cette transformation s'accompagne d'un gonflement important qui se traduit par la fissuration prononcée des plages non halitiques ce qui peut entraîner une dégradation notable du matériau. En prenant en compte les trois paramètres essentiels qui conditionnent le fluage du sel gemme: la texture, la température (avec et sans gradient) et l'humidité, l'étude expérimentale tend à reconstituer de manière réaliste l'état des conditions susceptibles de se réunir à proximité d'une galerie de stockage de déchets radioactifs. Par conséquent elle permet d'avancer des arguments nécessaires pour aider à la prévision du comportement d'un massif salifère à long terme.