Conséquences du mode d'effondrement sur les mécanismes de transfert de charge et sur le dimensionnement des géosynthétiques sur cavités potentielles
Résumé
Consequence of the sinkhole mode on the load transfer mechanisms and on the design of geotextile-reinforced embankments overlying voids. The good geosynthetic sizing of the reinforcements on cavity requires a thorough knowledge of the mechanisms of load transfer of the zone of ground collapsed towards the stable zones. At present, the load acting on the geosynthetic sheet is estimated most of the time by using the mechanism of collapse proposed by Terzaghi and by supposing a uniform distribution of the stress on the sheet. To analyze more in detail these mechanisms of load transfer, full-scale experiments and DEM numerical simulations were performed. By testing two numerical processes, it was demonstrated that the cavity opening modes have a great influence on the shape of the load distribution transmitted to the geosynthetic sheet above the cavity and on the expansion mechanisms of the soil. An approximate conical load distribution seems well adapted when considering a progressive cavity diameter opening process, whereas an inverted load distribution seems more suitable for a gradual settlement process. In both cases and for the 20/40 mm used rolled gravel in the experimentation, the intensity of the load transfer mechanism can be approached by the Terzaghi's formulation using an appropriate value for the ratio between the horizontal and vertical stresses estimated at 1.3. The confrontation between the numerical and experimental results shows that all the complex mechanisms which are mobilized during the collapse of the ground on the geosynthetic is well enough taken into account in the numerical modelling (soil expansion, tension and displacement of the geosynthetic in the anchorage zones, distribution of load, etc.). An improvement of the design method is finally proposed from the results of this study with the consideration of a normative context including SLS and ULS calculations and with consideration of the safety factors.
Le bon dimensionnement des renforts géosynthétiques sur cavité nécessite une connaissance approfondie des mécanismes de report de charge de la zone de sol effondrée vers les zones stables. Actuellement, la charge agissant sur la nappe géosynthétique est le plus souvent estimée en utilisant le mécanisme d'effondrement proposé par Terzaghi et en supposant une répartition uniforme des contraintes sur la nappe. Pour analyser plus en détail ces mécanismes de report de charge, des expérimentations en vraie grandeur et des simulations numériques mettant en oeuvre une modélisation éléments discrets ont été réalisées. En testant numériquement différents modes d'ouverture de la cavité (ouverture progressive du diamètre de la cavité et tassement progressif du sol situé sous la nappe au droit de la cavité), il a été démontré que le mécanisme d'ouverture de la cavité avait une influence importante sur le mode de distribution de la charge sur la nappe (répartition des charges tronconiques pour une ouverture progressive du diamètre de la cavité et parabolique inversée lors d'un tassement progressif du sol situé sous la nappe) et sur les mécanismes de foisonnement du sol. L'analyse des mécanismes de transfert de charge a montré que pour le matériau granulaire testé le coefficient K à considérer dans la formulation de Terzaghi utilisée pour évaluer l'intensité du report de charge est de 1,3. Globalement la confrontation entre les résultats numériques et expérimentaux montre que l'ensemble des mécanismes complexes qui sont mobilisés lors de l'effondrement du sol sur la nappe sont assez bien pris en compte dans la modélisation numérique (foisonnement du sol, mise en tension de la nappe dans les zones d'ancrages, transfert de charge, etc.). Enfin, une amélioration des méthodes de dimensionnement actuelles est proposée dans un contexte normatif incluant les calculs aux états limites et avec prise en compte des coefficients de sécurité. Mots clés : renforcement géosynthétique / effondrement localisé / expérimentation en vraie grandeur / modélisation numérique / dimensionnement analytique