Calcul de Drain Verticaux [PDF]

Zitiervorschau

Projets d’amélioration des sols Problème: Construction décidée … .. sol à problèmes

But: Solution de fondation à coût et temps d’exécution raisonnables

Technique d’amélioration envisagée

Avantages escomptés

Amélioration des sols

1

Campagne géotechnique: à compléter • Dimensionnement: conformément avec les recommandations de la technique décidée Plots d’essais: Zone limitrophe au projet: - Faisabilité de la technique sur le site; - exécution possible? - vérifier les avantages de l’amélioration : avant et après le traitement - valider les méthodes de dimensionnement

Amélioration des sols

2

Suivi dans le temps: avant et après la construction • Essais de chargement • Mesures enregistrées • Comportement observé : évolution au cours du temps; exploitation du projet de construction

Amélioration des sols

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Techniques en fonction de la granulométrie du sol à améliorer

Amélioration des sols

4

Usage combiné de Techniques d’amélioration des sols

Amélioration des sols

5

Programme: Chapitre 1. Pré chargement et drains verticaux Chapitre 2. Le renforcement par colonnes

Références bibliographiques: •

M. Bouassida. Cours « Techniques d’amélioration des sols ». Polycopié ENIT, 2008.

•

Bouassida M., Hazzar L. & de Buhan P. (2009). A software for the design of reinforced soils by columns. Proc. 2nd Int. Workshop on Geotechnics of Soft Soils- Focus on Ground ImprovementKarstunen & Leoni (Editors), September 03rd-05th 2008, Glasgow, pp 327-332.

•

Bergado D.T., Anderson L.R., Miura N., Balasubramaniuam A .S. (1996). Soft Ground Improvement in lowland and other Environments. ASCE Press. New York.

Amélioration des sols

6

Pré chargement & Drains verticaux Essentiellement dédiés à l’amélioration des sols mous très compressibles 1. Pré chargement 2. Drains verticaux (DV): sable & drains préfabriqués, matériau constitutif, exécution 3. Dimensionnement des réseaux de drains verticaux 4. Projets de drains verticaux en Tunisie 5. Contrôle et suivi de projets

Amélioration des sols, MB

1

Pré chargement • Sols compressibles saturés: capacité portante faible • Remblai de chargement: simple Buts • Augmenter la cohésion non drainée (Cu): consolidation primaire partielle • Réduction du tassement Prédiction: à partir d’un essai triaxial CU Contrainte Temps (consolidation verticale très longue) Amélioration des sols, MB

2

Principe du pré chargement P0 : fondation projetée P1 : chargement admissible

C u1 = C u0 + U (C uf − C u0 ) Amélioration des sols, MB

3

Limitation du pré chargement: Construction par étapes: argiles molles & (ou) remblais de grande hauteur, consolidation prolongée Besoin réel: accélérer la consolidation primaire

L’usage de drains verticaux : consolidation horizontale plus efficace pour réduire le temps de consolidation Distance de drainage bien réduite & perméabilité élevée (kh > kv) du matériau drainant Amélioration des sols, MB

4

Consolidation d’un sol mou avec drains verticaux Q Couche drainante L

H

Substratum rigide Amélioration des sols, MB

5

Drains Verticaux associés à un pré chargement • Drains de sable: peuvent contribuer à la réduction du tassement; • Une meilleure option pour la profondeur. • Géo drains = Drains Verticaux Préfabriqués (DVP): exécution rapide & propriétés de drainage • Profondeur limitée (équipement)

Centre d’intérêt: Exécution des drains, dimensionner les réseaux de drains Critère essentiel: Espacement entre les drains

Réseaux, Cas d’étude: projets réalisés. Amélioration des sols, MB

6

Drains de sable Efficacité: assurer le drainage • Matériau constitutif : Sable Obéit à la condition de filtre qui conditionne sa granulométrie: éviter le colmatage. Courbe granulométrique • Méthode d’exécution: Plusieurs procédés; nécessite parfois de substituer le sol initial Amélioration des sols, MB

7

Condition de Filtre : expérimentale • Barrages en terre (Terzaghi) : • Matériaux cohérents minimum de 15 % d’argile Non colmatage du filtre D15 ≈ 0,1 mm.

• Matériau purement frottant :

( D15 ) filter =9 ( D85 ) soil

• Kérisel : Condition complémentaire (forme de la courbe granulométrique) • D100 : Diamètre maximum des grains du filtre D 3

• •

Particules de diamètre D : Validité condition de filtre (Terzaghi) : Essais en laboratoire (Bertram, 1940)

Amélioration des sols, MB

D 100

(%)

D15 ( filter ) D ( filter ) p 4to5 p 15 D85 ( soil ) D15 ( soil )

8

Fuseau granulométrique des filtres D 15, filtre

85%

15%

Amélioration des sols, MB

9

Exécution: méthode du tube fermé à pointe récupérable, Magnan (1983) Amélioration des sols, MB

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A retenir : • Drain de sable: durée de vie limitée. risque de colmatage par le sol environnant: • Drain de sable « bien exécuté »: fonctionne correctement lors de la consolidation primaire du sol à améliorer. . Usage, de nos jours, très réduit (les géodrains sont plus avantageux) Amélioration des sols, MB

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Drains Verticaux Préfabriqués (DVP) Un DVP est défini comme tout matériau (or produit) constitué d’une enveloppe en filtre synthétique entourant une âme en plastique qui possède les caractéristiques suivantes:

1. Capacité de drainage de l’eau à partir du sol jusqu’à atteindre le noyau du drain; 2. Rôle de filtre: empêche la migration des fines du sol à améliorer; 3. L’eau collectée au sein du drain s’achemine le long du drain, via l'âme, vers un niveau drainant. Amélioration des sols, MB

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Exécution des Géodrains Drain en mèche de carton, Magnan (1983)

Amélioration des sols, MB

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Formes de sabots d’ancrage

Amélioration des sols, MB

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Caractéristiques d’un DVP

illustration de l’équivalence entre un DVP et unValidation du diamètre équivalent d’un DVP drain circulaire (Indraratna et al., 2005) (Indraratna et al., 2005)

Amélioration des sols, MB

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Effets d’exécution des DVP 1) Remaniement: Pénétration du géodrain: Expansion latérale du sol (zone perturbée). * Remaniement du sol autour du drain * Déplacement engendrant un cisaillement * Création de surpressions interstitielles: augmetation des contraintes totales. Performance du géodrain: affectée. 2) Capacité de décharge: relie le degré de consolidation horizontale à la longueur du drain. Perte d’efficacité de consolidation en profondeur Amélioration des sols, MB

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Expérience de projets Taux de consolidation

Mandrin

Zone perturbée

Rapide

Section réduite

Réduite

Lent

Section grande Significative

Amélioration des sols, MB

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Dimensionnement de drains verticaux: accélération de consolidation 1) Théorie de Barron (1948): cellule élémentaire: Diamètre équivalent:

De

(maillage régulier de drains)

Hypothèses: • Drainage horizontal (consolidation uni dimensionelle) : • Charge appliquée: assimilée à contrainte verticale constante • Déformation verticale uniforme.

⎡⎛ ∂ 2u ⎞ 1 ∂u ⎤ ∂u = Ch ⎢ ⎜ 2 ⎟ + ⎥ r r r ∂t ∂ ∂ ⎠ ⎣⎝ ⎦

u: excès de pression interstitielle

Amélioration des sols, MB

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ZONE D’INFLUENCE D’UN DRAIN

Relation entre l’espacement entre drains (S) et le diamètre de la zone d’influence(De) (Rixner et al, 1986) Amélioration des sols, MB

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Consolidation horizontale Coefficient de consolidation horizontale: Facteur Temps Abaques :

d

Th =

Ch =

kh Eoed

γw

Ch 1≤ ≤5 Cv

Cht De2

U h = f (Th , n)

De n= d

Diamètre du drain (équivalent pour DVP)

Dimensionnement: temps nécessaire pour atteindre un degré fixé de consolidation horizontale? n ; Cr and De : Données (Paramètres) Méthode applicable pour tous types de drains verticaux Amélioration des sols, MB

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Théorie de Carillo (1942): même cadre Consolidation 3D (Ch et Cv) Solutions de Terzaghi & Barron combinées: (3 abaques)

1 − U = [1 − U h ][1 − U v ] U et t

Uv et Uh

Se donner « n » (d fixé)

Type de maillage Vérifier la convergence de « n »:

Espacement entre drains procédure itérative

Amélioration des sols, MB

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Abaque de consolidation horizontale, Barron (1947).

Degré de consolidation radiale Uz et Ur (%)

0

20

n = 20 n = 30

40 n=5

n = 40 n=6

Ecoulement vertical 60

Ecoulement radial

n = 50 n=7 n = 100

n=8 n=9

80

n = 10

100 1E-3

0,01

0,1

1

Facteur temps Tr Amélioration des sols, MB

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Consolidation 3D

Amélioration des sols, MB

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5 an s 10 an s

s 3

an

s

oi

s

18

m

oi

s

m

oi

oi m

m

8

-6

4

1

2

cr = (m /s)

2

m

oi

s

s

Dimensionnement d'un réseau de DV (Barron, 1948) 10

5

n,

t

2 -7

id

at

io

10

co

ns

ol

5 de

2 ps

-8

em

10

T

5 2 -9

10

2

D

0

5

)

)

(%

d

ai

m

r

m

re

dr

(c

10 20 30 50 80 90 99,9

U

ia

èt

es

ns

5

10 20 30 40 50

0,5 0,6

0,7 0,91 0,8

1,25

1,75 2 1,5

3

4

5

6 7 8

Diamètre d'influence des drains D (m)

Amélioration des sols, MB

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Dimensionnement des Drains Verticaux Préfabriqués (Hansbo, 1979)

⎛ −8Th ⎞ U h = 1 − exp ⎜ ⎟ ⎝ F ⎠

F = F(n) + Fs + Fr Barron

F(n):

Capacité de décharge

Perturbation

U = f(Th , n) :Uh et n

Th

Calculer temps de consolidation

Amélioration des sols, MB

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Dimensionnement DVP (Hansbo, 1979) Diamètre équivalent

du drain

dw =

F = F(n) + Fs + Fr

a+b 2

Influence de la zone perturbée (due à la mise en place): ⎡k ⎤ ⎛d ⎞ Fs = ⎢ h − 1⎥ Ln⎜⎜ s ⎟⎟ ⎣ ks ⎦ ⎝ dw ⎠

Diamètre de la zone perturbée autour du drain

ds

Perméabilité horizontale du sol de la zone perturbée

kh

Perméabilité horizontale du sol non remanié

ks

Amélioration des sols, MB

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Dimensionnement DVP (2) kh Fr = πz (L − z ) qw

Influence de la capacité de décharge

Drainage d'une seule extrémité du drain: L= 2 x longueur du drain Drainage des deux extrémités du drain: L= longueur du drain Capacité de décharge du drain au gradient hydraulique égal à 1: q w Distance de drainage à partir de l'extrémité du drain: Z Temps nécessaire pour un degré de consolidation: Abaques de Bergado et al (1991)

⎛ De2 t = ⎜⎜ ⎝ 8C h

Ch =

Coefficient of horizontal consolidation: Abaques de Rixner et al (1986)

⎞ 1 ⎟⎟( F (n) + Fs + Fr ) Ln 1−Uh ⎠

kh Cv kv

kh kv

Amélioration des sols, MB

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Exécution de DVP (Tunisie)

Amélioration des sols, MB

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Suivi de comportement du sol mou amélioré

Amélioration des sols, MB

29

Influence de l’espacement entre DVP

Amélioration des sols, MB

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Suivi d'un remblai sur sol amélioré par drains verticaux

Amélioration des sols, MB

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Amélioration des sols, MB

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Amélioration des sols, MB

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Amélioration du sol initial

Amélioration des sols, MB

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Techniques d'amélioration des sols Exercice d'application Drains verticaux préfabriqués

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Amélioration des sols

1

Un remblai routier est à édifier sur une couche d'argile d'épaisseur 9,2 m située entre un sable limoneux en haut, et une couche de sable dense en bas. Le degré de consolidation exigé avant la construction est de 90 %, sur une durée de 9 mois. A cette fin on propose des drains de sable, de 450 mm de diamètre, à exécuter suivant un maillage carré. Calculer l'espacement optimisé des drains? 13/07/2009

Amélioration des sols

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Caractéristiques de consolidation A partir d'essais de laboratoire , il a été adopté: Ch= 0,288 m²/mois et Cv= 0,187 m²/mois.

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3

Solution 1.

1.

Déterminer Tv Tv = Cv* t / H² Couches de sable: milieux drainants, H = distance de drainage = 9,2/2 = 4,6 m D'où, Tv = (0.187 / 4,6²)*9 = 0,08 Estimer Uv (abaque de Terzaghi)

Uv = 0,32

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Solution 3. Calcul de Uh (Formule de Carillo) 1- U = (1- Uh)(1- Uv) 1.0 – 0.9 = (1- Uh)(1.0 – 0.32) Uh = 0,85

1.

Optimisation de l'espacement n = De/dw On suppose: n1 = 5, Th = 0,25 (Abaque de Barron)

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Amélioration des sols

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Méthode itérative De = (Ch*t / Th)1/2 = (0,288*9 / 0,25)1/2 = 3.219 m D'où: n2 = 3,219 / 0,45 = 7 Si n1 et n2 ne sont pas différents, on adopte une nouvelle valeur de n et répète les calculs. Supposons n1 = 6, Th = 0,27 (Abaque de Barron) De = (Ch*t / Th)1/2 = (0,288*9 / 0,27)1/2 = 3,09 m D'où: n2 = 3,09 / 0,45 = 6,8 Supposons n3 = 6,5, Th = 0,29 (Abaque de Barron) De = (Ch*t / Th)1/2 = (0,288*9 / 0,29)1/2 = 2,98 m D'où: n3 = 2,98 / 0,45 = 6,6

Solution (conclusion) La valeur de n converge. On adopte, donc, la dernière valeur: n = 6,6 Les drains verticaux sont exécutés selon un maillage carré, d'où: L'espacement des drains est: S = 2,98 m / 1,13 = 2,63 m

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Dimensionnement « GSVDrains » Hazzar L., Bouassida M. (2009). A first version software programme for designing improved soils by vertical drains. Proceed. 2nd Int. Conf. New Develop. in SMGE. Edit. Atalar et al. 28-30 May NEU Nicosia. pp 176 – 181.

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Evolution: Tassement - temps

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