Secousses Sismiques: Comment les Remblais Résistent-ils? Une Etude en Centrifugeuse Géotechnique

Publié par Chedid Saade, le 15 novembre 2023   320

Les tremblements de terre figurent parmi les catastrophes les plus dévastatrices dans le monde, pouvant provoquer d'importants désastres, comme cela s'est récemment produit lors du séisme de Gaziantep en Turquie (2023). Les tremblements de terre entraînent divers dommages sur les ouvrages géotechniques : les glissements de terrain et la rupture des grandes structures telles que les digues et les remblais.

Étant donné que les remblais routiers et autres barrages en terre (digues, talus) jouent un rôle crucial dans le développement des infrastructures et ont diverses utilités telles que le transport ou la production d'électricité, il est essentiel d'éviter ou de réduire les risques de défaillance de ces structures géotechniques lors de leur conception et de leur construction.

Des essais au laboratoire et des calculs numériques peuvent aider dans la conception de ces digues afin qu'elle résiste aux séismes.

Les modèles réduits centrifugés d'un remblai

Des modèles réduits sont construits pour reproduire un remblai construit sur une couche de sable. Ces modèles réduits à l'échelle 1/N sont testés dans un champ de gravité macroscopique N fois supérieur à la gravité terrestre (g) afin de reproduire exactement le comportement du prototype à l'échelle réelle. Les essais en centrifugeuse sont effectués à une accélération 60 fois la gravité terrestre. C'est pour cela, les modèles, reproduisant un remblai de hauteur 6 m construit sur une couche de 9m de sol saturée,  sont préparés à l'échelle 1/60 comme illustré dans la figure et le tableau ci-dessous.



Dimensions
modèles réduits
Dimensions
 prototypes
Hauteur du remblai
10 cm
6 m
Épaisseur de la couche de sol
     15 cm
9 m
Largeur de crête      5 cm 3 m

Les modèles réduits centrifugés sollicités par le simulateur de séisme

Les modèles réduits centrifugés sont sollicités par une table vibrante embarquée dans la centrifugeuse (figure ci-dessous). Elle permet d'imposer une vibration horizontale à la base d’un modèle réduit d'ouvrage géotechnique préparé dans un conteneur. Ces vibrations sont des séquences temporelles d'accélération contrôlée pour simuler un séisme.

Les modèles réduits instrumentés par des capteurs

Les modèles réduits sont équipés de différents types de capteurs pour surveiller comment le remblai et le sol de fondation réagissent lors d'un tremblement de terre (figure ci-dessous). Des accéléromètres sont placés dans le modèle pour mesurer les secousses transmises dans le sol. Des capteurs de pression sont utilisés pour suivre la génération de pressions interstitielles (pression du fluide) dans le sol de fondation. Afin d'évaluer les mouvements et les déformations du remblai, des capteurs laser sont utilisés pour enregistrer ses déplacements pendant le séisme.

 Réponse d'un remblai soumis à un séisme

Les modèles préparés et les essais effectués montrent que le remblai soumis à un séisme est susceptible de tasser. Ceci est observé dans la vidéo ci-dessous : un tassement au niveau de la crête du remblai et des déplacements verticaux au niveau des pieds du remblai. Plus précisément, ces essais étudient le comportement d'un remblai suite à la liquéfaction du sol de fondation induite par le séisme.  (La liquéfaction est un phénomène qui se caractérise par la perte de résistance du sol suite à l'accumulation des pressions interstitielles. En termes simplifiés, cela est observé lorsque le sol saturé prend un comportement similaire à celui d'un fluide.)

Ces essais ont été réalisés dans le laboratoire centrifugeuse géotechnique (CG-GERS), dans le cadre des recherches doctorales de Chedid SAADE encadré par Zheng LI, Sandra ESCOFFIER et Luc THOREL. Ces travaux ont été cofinancés par la Région Pays De La Loire et l'Université Gustave Eiffel.

En conclusion, la vidéo ci-dessous résume rapidement les différentes étapes des tests présentés, depuis la construction du modèle réduit jusqu'à l'obtention des résultats.


Pour plus d'informations :

Article publié dans Soil Dynamics and Earthquake Engineering.

Données publiées sur entrepot.recherche.data.gouv.fr

Thèse en ligne sur Youtube et sur theses.fr