Comportement des colonnes ballastées au cours de temps

INTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
Introduction
I-1 Présentation des techniques d’amélioration des sols
I-2 Amélioration des sols par colonnes ballastées
I.2.1 Définition de l’amélioration des sols par colonnes ballastées
I.2.2. Techniques de mise en œuvre
I.2.2.1. Colonnes exécutées par voie humide
1.2.2.2. Colonnes exécutées par voie sèche
I.2.2.3. Colonnes ballastées pilonnées
I.2.3. Domaines d’application
I.2.3.1. Ouvrages
I.2.3.2. Sols concernés
I.2.3.3. Charge appliquées et tolérances imposées
I.2.4. Caractéristiques des colonnes ballastées
I.2.4.1 La longueur
I.2.4.2. Le diamètre
I.2.4.3. Maillage
I.2.5. Choix des matériaux
I.2.5.1 Matériaux constitutifs des colonnes
I.2.5.2. Matériaux de matelas de répartition
1.2.6. Conclusion
I.3. Mécanismes de comportement des colonnes ballastées
I -3-1 Paramètres caractéristiques
I.3.1.1. Equation d’équilibre
I.3.1.2. Taux d’incorporation
I.3.1.3. Rapport de concentration des contraintes verticales
I.3.1.4. Facteur de réduction de tassement
I.3.1.5 Cas particulier : Relation entre paramètres caractéristiques
I.3.2. Comportement des colonnes ballastées au cours de temps
I.3.2.1. La phase initiale
I.3.2.2. La phase de consolidation
I.3.2.3. La phase de fluage
I.3.3. Modèle de comportement mécanique d’une colonne ballastée isolée sous chargement statique verticale
I.3.3.1. Comportement de la colonne sous une fondation souple
I.3.3.2. Comportement de la colonne sous une fondation rigide
I.3.3.3. Mécanisme de rupture de la colonne ballastée
I.3.3.4. Interaction entre le sol et la colonne ballastée
I.3.4. Modèle de comportement mécanique d’un réseau de colonnes ballastées sous chargement statique verticale
I.3.4.1. Propriétés du sol entre les colonnes
I.3.4.2. Comportement des colonnes ballastées sous une fondation souple
I.3.4.3.Incidence du matelas de répartition
I.3.4.4. Comportement des colonnes ballastées sous une fondation rigide
I.3.5. Comportement des colonnes ballastées en zone sismique
I.3.6 Conclusion
I.4. Méthode de dimensionnement
I.4.1. Rappel des paramètres intervenant dans le dimensionnement
I.4.1.1. Données du dimensionnement
I.4.1.2. Paramètres à déterminer
I.4.2. Dimensionnement des colonnes ballastées par des méthodes empiriques
1.4.2.1. Détermination de l’espacement entre les colonnes
I.4.2.2. Prévision de la capacité portante et du diamètre de la colonne
I.4.3. Dimensionnement des colonnes ballastées par des méthodes analytiques
I.4.3.1. Dimensionnement des colonnes ballastées « isolées »chargées en tête
I.4.3.2 Tassement d’une colonne isolée chargée en tête
I.4.4. Dimensionnement des réseaux des colonnes ballastées
I.4.4.1. Réduction des tassements d’un sol traité par des réseaux de colonnes ballastées
I.4.4.2. Amélioration de la stabilité générale d’un ouvrage en terre
I.4.5 Conclusion
I.5. Conclusion du chapitre I
CHAPITRE II: COMPORTEMENT DES SOLS
Introduction
II.1 Comportement des sables saturés
II.1.1 Comportement drainé des sables
II.1.2 Comportement non drainé des sables
II.2 Comportement des argiles saturées
II.2.1 Essai consolidé drainé
II.2.2 Essai consolidé non drainé
II.2.3 Essai non consolidé non drainé
II.3 Conclusion
CHAPITRE III: PHÉNOMENE DE LIQUÉFACTION ET STABILITE PAR  COLONNES BALLATÉES
Introduction
III-1 Le phénomène de liquéfaction, définition et historique
III-2 Comportement des sols
III-2-1 Sols pulvérulents lâches
III-2-2 Sols pulvérulents denses
III-3 Identification des sites liquéfiables
III-4 Paramètres affectant la résistance à la liquéfaction
III-4-1 Influence de l’état de contrainte actuel
III-4-2 Influence de la structure du sol
III-4-3 Influence de l’incrément de contrainte appliqué
III-4-4 Influence de la saturation
III-4-5Effet des fines sur le potentiel de liquéfaction
III-5 Constatation sur des ouvrages
III-6 Evaluation du risque (potentiel) de liquéfaction
III-6-1 Evaluation du potentiel de liquéfaction à partir de l’essai SPT
III-6-2 Evaluation du potentiel de liquéfaction à partir de l’essai CPT
III-6-3 Evaluation du potentiel de liquéfaction à partir de célérité VS
III-6-4 Essai de pénétration de Becker (BPT)
III-7 Stabilisation de sites liquéfiable par colonnes ballastées
III-8 Conclusion
CHAPITRE IV: MODELISATION NUMERIQUE
Introduction
IV-1 Problème de la modélisation 3D, d’un réseau de colonnes ballastées
IV-2 Simulation de la mise en place
IV-3 Modélisation en 3D d’une cellule élémentaire de radier rectangulaire (déformation plane)
IV-3-1Propriétés mécaniques des matériaux
IV-3-2Présentation du modèle
IV-3-3 Modélisation de la phase de mise en place de la colonne
IV-3-4 Influence de l’épaisseur du matelas de répartition sur le tassement
IV-4 Modélisation en 3D d’une semelle filante
IV-4-1Présentation du modèle
IV-4-2Etude de la capacité portante du sol
IV-4-2-1 Cas du sol non renforcé
IV-4-2-2 Cas du sol traité
IV-4-3Accélération de consolidation par colonnes ballastées
IV-4-4 Étude de phénomènes de liquéfaction (Modélisation numérique des  colonnes ballastées comme solution de liquéfaction)
CONCLUSION GÉNERALÉ ET PERSPECTIVE
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES.
ANNEXE A : Données expérimentale en place et en laboratoire
ANNEXE B : Méthode de Priebe, 1995
ANNEXE C : Plaxis 3D Foundation

Rapport PFE, mémoire et thèse avec la catégorie colonnes ballastées

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La phase de consolidation

Dans la phase de consolidation, les pressions interstitielles se dissipent, le transfert de charge se produit progressivement dans le temps et les tassements primaires se mobilisent. On observe un report progressif de charge qui provoque, entre le temps initial ti et un certain temps final tf, une augmentation de la contrainte verticale σc sur la colonne et une diminution de la contrainte verticale σs sur le sol. A partir d’un certain temps final tf il y a stabilisation des contraintes sur les colonnes et sur le sol.

La phase de fluage

Le fluage, appelée généralement consolidation secondaire, est par définition le déplacement, ou la déformation, en fonction du temps sous un chargement constant ou une contrainte constante. Bell (2000) a réalisé un essai de chargement sur une semelle filante coiffant cinq colonnes ballastées, à partir de cet essai l’auteur a conclu que les déformations des colonnes ballastées dues au fluage augmentent lorsque l’enfoncement de la fondation croit, ce qui peut expliquer par la dégradation de la structure du sol traité. D’une manière générale ce phénomène de fluage est produire lorsqu’il y a un manque de l’étreinte latérale de sol encaissant les colonnes.

Comportement de la colonne sous une fondation souple

Sous la fondation souple (Figure I.13-b), le report de charge est moins accentué, les contraintes réparties sur le sol σs et sur la colonne σc évoluent dans un rapport de 3 à 5 (Vautrain, 1980) et les tassements sont plus importants sur le sol que sur la colonne.

La contrainte horizontale σh qui confine le ballast résulte de la contrainte horizontale initiale qui règne dans le sol σh0 et de la contrainte de compression exercée dans le ballast ∆σh, elle augmente jusqu’à une profondeur caractéristique déterminée, puis diminue (Figure I.13-a).

Remarque :

Sous les charges réparties de grandes dimensions apportées par les remblais, les radiers et les dallages (comme les exemples de la Figure I.18 précédente), les colonnes situées à l’intérieur du maillage sont confinées et peuvent être assimilées à des colonnes isolées sous charges verticales. Le principe de la cellule unitaire (Ghionna et jamiolkowski, 1981) s’applique parfaitement et on peut généraliser les règles de calcul et de dimensionnement des colonnes isolées sous charge verticale aux réseaux de colonnes ballastées sous charge verticale.

Sous les charges centrées par les semelles de fondation, l’application du principe de la cellule unitaire n’est pas judicieuse car elle dépend de la disposition et du nombre de colonnes dans le « groupe » de colonnes adopté.

Sur la Figure I.20, sont données plusieurs configurations de colonnes ballastées sous charge répartie et sous semelles isolées, qui permettent d’illustrer la validité ou non du principe de la cellule unitaire.

Propriétés du sol entre les colonnes

D’une manière générale, l’amélioration des caractéristiques mécaniques des sols fins (limons et argiles) est faible entre les colonnes. Par contre, les sols sableux peuvent être densifiés entre les colonnes comme il a montré Chambosse en 1983 et Bell et el. En 1986.
Leurs travaux montrent clairement que les améliorations des propriétés mécaniques des sols fin pulvérulents sont possibles et essentiellement lorsque le maillage des colonnes est relativement serré.

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