Ecole Doctorale

SCIENCES POUR L'INGENIEUR : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique

Spécialité

Sciences pour l'ingénieur : spécialité Mécanique des Solides

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

sols tropicaux,sols residuels,barrage sous séisme,modélisation numérique,microstructure,paramètres cycliques,

Keywords

tropical soils,residual soils,earthquake dam,numerical modeling,microstructure,cyclic parameters,

Titre de thèse

Etude expérimentale et numérique du comportement hydromécanique des sols résiduels tropicaux. Application à la modélisation sismique des barrages en remblai aux Antilles
Experimental and numerical study of the hydromechanical behavior of tropical residual soilsApplication to seismic modeling of embankment dams in the Antilles

Date

Lundi 22 Novembre 2021 à 14:00

Adresse

INRAE – Centre Provence-Alpes-Côte d’Azur 3275 route de Cézanne F-13182 Aix-en-Provence Cedex 5 Salle Cézanne

Jury

Directeur de these M. Laurent PEYRAS Aix Marseille Université
CoDirecteur de these M. Daniel DIAS université Grenoble alpes
Examinateur Mme Farimah MASROURI Université Lorraine
Examinateur M. Pierre LEGER Ecole Polytechnique Montréal
Examinateur M. Eric ANTOINET Antea Group
Examinateur M. Guillaume VEYLON INRAE
Rapporteur M. Philippe REIFFSTECK Université Gustave Eiffel
Rapporteur M. Pierre BREUL Université Clermont Auvergne

Résumé de la thèse

La réutilisation des sols résiduels tropicaux pour la construction de barrages en remblais constitue un enjeu important. Les barrages situés dans les régions tropicales sont souvent soumis au risque sismique. Le plus souvent, les fondations ayant des faibles caractéristiques sont purgées et substituées par des sols compactés. Ainsi, le comportement sismique des barrages situés dans ce régions dépend des propriétés dynamiques des sols résiduels compactés puis saturés lors du remplissage de la retenue. L’évaluation du comportement sismique d’un barrage repose sur la capacité des modèles à prédire l’évolution de la rigidité de la structure au cours de la sollicitation sismique. Il est donc important de disposer de modèles fiables permettant de prédire le module de cisaillement aux petites déformations (Gmax), la courbe de réduction du module de cisaillement normalisé (G/Gmax) et la courbe d’amortissement (D). Les objectifs de notre travail de recherche sont de contribuer à l'amélioration de la connaissance du comportement mécanique cyclique des sols résiduels tropicaux compactés et de proposer des modèles permettant de prédire leur comportement. Pour répondre à ces objectifs, une étude expérimentale des propriétés cycliques de sols prélevés sur le site d’un barrage en construction dans les Antilles Françaises a été menée à partir d’essais triaxiaux cycliques non drainés et d’essais à la colonne résonnante. L’influence de l’indice des vides (e) et la pression moyenne effective (p’) sur le module de cisaillement en très petites déformations (Gmax), sur la courbe de dégradation (G/Gmax) et l’évolution du rapport d’amortissement en fonction de la distorsion (γ) est étudiée. On montre ainsi que les équations existantes dans la littérature ne sont pas adaptées à nos résultats expérimentaux. Des équations prédictives pour la détermination de Gmax, de G/Gmax et de D sont développées pour une large gamme d’indices des vide (e = 1,00-1,50) et de pressions effectives moyennes (p’= 50-300 kPa). La comparaison des modèles proposés aux valeurs mesurées suggère que les incertitudes associées aux modèles sont inférieures à 20% de la prévision des valeurs expérimentales. Sur la base des résultats expérimentaux obtenus, des simulations numériques dynamiques non-linéaires ont été menées à l’échelle de l’échantillon puis à l’échelle d’un ouvrage via le logiciel Flac.

Thesis resume

The use of residual tropical soils for the construction of embankment dams is an important issue. In the tropical regions, the dams are often submitted to seismic risk. Low, foundations with low characteristics are purged and replaced with compacted soils. Thus, the seismic behavior of the dams located in these regions depends on the dynamic properties of the compacted residual soils and then saturated soils during reservoir filling. The evaluation of the seismic behavior of a dam is based on the capacity of the models to predict the evolution of the structure’s rigidity during the seismic response. Therefore, it is important to have models That might enable to predict the shear modulus at small strains (Gmax), the reduction curve of the normalized shear modulus (G / Gmax) and the damping curve (D). The objectives of our research work are to contribute. To improving the knowledge of the cyclic mechanical behavior of compacted residual tropical soils and to propose models That might enable to predict their behavior. To achieve this goal, an experimental study of the cyclic properties of soils sampled from the site of a dam under construction in the French West Indies was carried out using undrained cyclic triaxial test objectives and resonant column tests. The influence of the void index (e) and the effective mean pressure (p ') on the shear modulus in very small deformations (Gmax), on the degradation curve (G / Gmax) and the evolution of the ratio damping as a function of the distortion (γ) is studied. It is thus shown that the existing equations in the literature are not adapted to our experimental results. Predictive equations for the determination of Gmax, G / Gmax and D are developed for a wide range of vacuum indices (e = 1.00-1.50) and mean effective pressures (p '= 50-300 kPa). The comparison of the proposed models to the measured values suggests that the uncertainties associated with the models are less than 20% of the predicted experimental values. Based on the results obtained, nonlinear dynamic numerical simulations were obtained at the sample scale then at the scale of a structure using the Flac software.