Ouvrages Géocomposites renforcés Personnels

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Fiches thématiques : Conseil Scientifique du 07/11/2007
Ouvrages Géocomposites renforcés
Les ouvrages géotechniques sont pour des raisons économiques et du fait de la raréfaction des sols de bonne
qualité de plus en plus sophistiqués. Ses ouvrages sont en général constitués de sols hors norme (tout venant,
matériaux grossiers) le plus souvent associés à des renforts ou inclusions diverses (pieux, géosynthétiques,
déchiqueté de pneus). Leur dimensionnement est problématique en raison du comportement mal maitrisé de ces
sols et de l’interaction complexe des divers matériaux en présence. Les méthodes de calcul usuelles sont bien
souvent inopérantes et des développements numériques importants sont nécessaires pour une meilleure approche
de leur comportement.
Les méthodes et codes de calcul originaux développés par l’équipe sont basés sur des couplages entre
les méthodes éléments finis et éléments discrets : les modèles discrets étant particulièrement bien adaptés pour
décrire le comportement extrême des sols de manière localisée (effondrement, rupture, fissuration, dilatance,
effet voûte, transfert de charge, déstructuration sous impact, etc.) alors que les modèles continus sont plus aptes à
modéliser les inclusions, les interactions avec le sol, et les comportements plus diffus. Les modèles sont donc
soit appliqués à l’échelle des mécanismes locaux soit à l’échelle des ouvrages. Pour déterminer les paramètres à
introduire dans les codes des partenariats industriels importants ont été mis en place. Ils permettent de pouvoir
participer à des acquisitions expérimentales sur ouvrages réels.
Les thématiques developpées et sur les trois prochaines années représentent des défis technologiques ou
des enjeux économiques importants. Elles concernent les ouvrages en sols renforcés par des inclusions
anthropiques (inclusions rigides: projet national A.S.I.RI, inclusions souples: projet ANR-ARVISE), les
ouvrages de protection de type merlon contre les impacts localisés (projet ANR-PGCU Rempare), les remblais
routiers et ferroviaires en zones d’effondrements potentiels renforcés par nappes géosynthétiques et les assises
de voies ferrés renforcés par géogrilles et géotextiles.
Equipe impliquée : Géomécanique et Ouvrages (GEO)
Chercheurs permanents impliqués : G. Combe, P. Foray, Ph Gotteland, P. Villard.
Personnels techniques impliqués : R. Cailleteaud.
Doctorants et Post Doc impliqués :
Post Doc : Bastien Le Hello, début Juillet 2007, 12 mois, financement SNCF, « renforcement des sous couches
des assises ferroviaires par géosynthétique », encadrants : P. Villard, G. Combe.
Doctorants :
Xiangwei Zhang, début Oct. 2006, bourse ministere, “ Etude sous comportement cyclique d’une interaction sol
structure ; apport d’un matériau composite dissipatif de substitution”, encadrants : P Foray, Ph Gotteland.
Antonin Breugnot, début Nov. 2007, bourse Cifre EGIS, “ Modélisation du comportement d’un merlon à
technique cellulaire par une approche couplée continue-discontinue », encadrants : P Villard, Ph Gotteland.
Bastien Chevalier, début Oct. 2008, Allocation couplée, "Comportement des sols à granulométrie étalée (étude
par simulation numérique)", encadrants : P. Villard, G.Combe.
Johan Andromeda, début Oct. 2005, bourse Cifre Menard Soltraitement, "Renforcement des sols par inclusions
rigides", encadrants : P. Villard, L. Briançon (CNAM Paris).
Ressources financières : (Contrats – ANR – Bourses de thèse – Post Doc)
Post Doc de bastien LE Hello « renforcement des sous couches des assises ferroviaires par géosynthétique » en
partenariat avec la SNCF. (57 k€) - Projet national A.S.I.RI (Amélioration des Sols par Inclusions Rigides) (15
k€) - ANR-RGCU REMPARE (Réingenierie des Merlons de protection par composants Anthropiques recyclés),
(150 k€) - Contrat CIFRE de Andromeda Johan en partenariat avec la société Menard Soltraitement, (affectation
CNAM) - Contrat CIFRE de Bastien Le Hello en partenariat avec la société Bidim Geosynthetics (45 k€) Contrat CIFRE de Antonin Breugnot, en partenariat avec la société EGIS Géotechnique.
Collaborations extérieures :
Collaborations multiples dans le cadre du projet national A.S.I.RI et du projet ANR REMPARE :
Bidim Geosynthetics, Tencate, SNCF, EGIS, Razel, Geolythe, France Maccaferri, Keller, Chaire de
Geotechnique du Cnam (Paris), Cemagref, Laboratoire des ponts et chaussées, CER rouen.
Besoins spécifiques acquis ou souhaités (moyen technique, personnel, etc.) :
Personnels demandés : personnel technique, et chercheur pour acquisitions expérimentales – Ingénieur
informatique pour l’aide au développement de calculs intensifs.
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Valorisation (thèses, publications) :
Thèses :
§ Le Hello Bastien (2007) : "Renforcement des remblais sur sol compressible par association d’un réseau de
pieux et de nappes géosynthétiques", encadrant : P.Villard.
§ Christophe Salot (2007) : “ Modélisation par éléments discrets de matériaux hétérogènes composites ;
application au mélanges pneu sables”. encadrants : Ph Gotteland, P Villard.
§ Stéphane Lambert (2007) : “ Modélisation physique multi-échelle du comportement sous impact d’un
complexe composite sol inclusion, application aux merlons de protection contre les chutes de blocs ”.
encadrants : Ph Gotteland, F Nicot.
Articles internationaux :
§ Bertrand, D., Nicot, F., Gotteland, P., Lambert, S. (2008) D.E.M. numerical modelling of double twisted
hexagonal mesh, Canadian Geotechnical Journal, acceptée, en cours d’expertise après revision mineure.
§ Briançon L. and P. Villard (2008) “Design of geosynthetic reinforced platforms spanning localized
sinkholes” Geotextiles and Geomembranes, Accepté Janv. 2008.
§ Lambert, S., Gotteland, P., Bertrand, D., Nicot, F. (2007) “ comportement mécanique de géo-cellules sous
impact – application aux ouvrages pare-blocs », Revue Française de Géotechnique, 15p, Novembre 2007
§ Nicot F., Gotteland P., Bertrand D., Lambert, S. (2007)– Multi-scale approach to geo-composite cellular
structures subjected to rock impacts. International Journal for Numerical and Analytical Methods in
Geomechanics, accepted March 2007, à paraître Décembre 2007.
§ P. Villard and L. Briançon (2008): "Design of geosynthetic reinforcements of platforms subjected to
localized sinkholes". Canadian Geotechnical Journal, Accepté Juin 2007.
§ Bertrand D., Nicot N., Gotteland Ph., Lambert S.,(2005) “Modelling a geocomposite cell using discrete
analysis“, Comp uter and Geotechnics, vol. 32, n° 8, pp. 564-577.
§ Chevalier Bastien, Combe Gaël, Villard Pascal (2008) DEM numerical analysis of load transfers in granular
soil layer, Studia Geotechnica et Mechanica, 2007 (submitted).
Conférences internationales :
§ B. Le Hello, P. Villard, A. Nancey and Ph. Delmas (2006) : "Coupling finite elements and discrete elements
methods, application to reinforced embankment by piles and geosynthetics”. Sixth European Conference on
Numerical Methods in Geotechnical Engineering - NUMGE2006, Graz, Austria, 6-8 September 2006,
Schweiger Editor, pp. 843-848.
§ S.H. Chew, H.L. Phoon, B. LE Hello and P. Villard (2006) : "Geosynthetic Reinforced Piled Embankment –
Large-Scale Model Tests and Numerical Modelling". 8th International Conference on Geosynthetics,
Yokohama, Japon, 18-22 September 2006, pp 901-904.
§ M. Jamei, P. Villard, K. Zaghouani and F. Cadillac (2006) : "Prevention of risk due to karstic cavities
detected in a recent motorway in Tunisia using geotextiles". 8th International Conference on Geosynthetics,
Yokohama, Japon, 18-22 September 2006, pp. 809-812.
§ B. Chareyre and P. Villard (2005): "DEM Modelling of soil structures reinforced with geosynthetics".
Powders and grains, 18th - 22nd July 2005, Stuttgart, Germany, 4 p.
§ B. Chevalier, G. Combe et P. Villard (2007) : "Load transfers and arching effects in granular soil layer".
18ème Congrès Français de Mécanique - 14ème Colloque Franco-Polonais de mécanique des sols appliquée.
Grenoble, 27-31 août 2007, 6 pp.
§ Gotteland, Ph., Bertrand D., Nicot, S. Lambert (2005) Modelling an unusual geocomposite material barrier
against a rockfall impact, 11th Int. Conference of IACMAG, Torino, Italie, June 2005, pp 529-536.
§ Bertrand D., Gotteland, Ph., Nicot F, (2005) Bertrand D., Gotteland P., Nicot F. – D.E.M. modelling of
natural stones assembly confined in wire mesh, Powders & Grains 2005, Rojo-Garcia Herrman and
McNamara Eds., Balkema, Stuttgart (Germany), Vol. 1, 2005, pp. 681-685.
§ Bertrand D., Gotteland P., Lambert S., Nicot F. 2006. D.E.M. modeling in impact condition of geocomposite
cells dedicated to rockfall protection barrier. NUMGE, Graz (Austria), pp. 849-856.
§ Bertrand D., Gotteland P., Lambert S., Nicot F. 2006. Numerical modelling of cellular soil geocomposite
material, First Euro Mediterranean in Advances on Geomaterials and Structures – Hammamet (Tunisia), 10p.
§ Gotteland, P., Nicot, F., Bertrand, D., Lambert, S., Aubry, K. (2007), Modelling of impacted structures
reinforced with cellular geocomposite, XIV Congrès Européen de mécanique des sols et géotechnique,
Madrid, Septembre, 8p.
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Matériaux sols anthropiques
Les matériaux sols anthropiques (issus de l’activité humaine) sont pour des raisons économiques de plus en plus
utilisés dans les ouvrages géotechniques (tout venant, sols grossiers, sols fins non saturés remaniés, matériaux à
recycler). Leur comportement mécanique complexe est difficile à caractériser compte tenu de leur nature
composite et très fortement hétérogène. Pour ce faire, des dispositifs expérimentaux et des méthodes numériques
spécifiques sont utilisés. La méthode des éléments discrets permet de réaliser dans des conditions de mise en
œuvre contrôlées et maîtrisées des études paramétriques qui définissent le rôle de chaque fraction volumique.
Les études sont faites à l’échelle du volume élémentaire représentatif (VER) ainsi qu’à l’échelle locale
avec un effort particulier de recherche amont sur l’influence des lois d’interaction intergranulaire et des formes
des particules (cluster de sphères, grains polygonaux). Les modeles developpés reproduisent ainsi le
comportement mécanique des matériaux granulaires mais aussi continus au-delà des limtes imposées par la
mécanique des milieux continus (discontinuité, localisation, endommagement).
Les travaux fédérateurs en cours et à venir concernent en premier lieu l’étude du comportement des sols
fins argileux non saturés, avec ou sans inclusions, constitutifs de barrières de confinement. Le problème très
complexe fait intervenir le rôle du compactage, de la non saturation, de l’évolution liée aux conditions
climatiques, de l’endommagement mécanique possible et enfin de l’interaction entre l’argile et les renforts ou
inclusions potentielles. Le deuxième thème très porteur et débouchant sur l’application aux terrains naturels ou
aux remblais est celui de l’étude du comportement de sol très hétérogène dit «grossier», dont le rôle de l’écrêtage
de la granulométrie est analysé de manière théorique et des sols de surface dit « anti-traficable », dont
l’amélioration par inclusions structurelles géosynthétiques est étudiée. Un troisième thème porte sur le
comportement des matériaux anthropiques résiduels ou à valoriser avec une application spécifique au mélange
sols résidus de pneus. Pour ces trois thèmes l’approche « multi-échelles » permet le passage du matériau à
l’ouvrage.
Chercheurs permanents impliqués : B. Loret, P. Villard, G. Combe, P. Gotteland, P. Billet, S.
Labanieh, E. Flavigny, O. Plé.
Personnels techniques impliqués : G. Picaud, JB. Toni, R. Cailletaud.
Doctorants impliqués :
Sophie Camp, début Oct. 2005, bourse Cifre EGIS, ”Comportement d’une argile de couverture : centre de
stockage des déchets faiblement radioactifs (TFA)”, Encadrants : JP. Gourc, O. Plé.
Bastien Chevalier, début Oct. 2005, Allocation couplée, "Comportement des sols à granulométrie étalée (étude
par simulation numérique)", encadrants : P. Villard, G.Combe.
LE Thi Ngoc Ha, début Sept. 2006, bourse ministère, ” Modélisation expérimentale et numérique de sols fins
renforcés ”. Encadrants : P. Villard, O. Plé.
Ammeri Abdelkader, début Oct. 2002, Co-tutelle ENIT/UJF, "Etude du comportement hydromécanique d’une
argile renforcée ou non par des fibres synthétiques ou végétales : Application aux couvertures des centres de
stockage des déchets", encadrants : J.P. Gourc, M. Bouassida, P. Villard, M. Jamei.
PPF CEGEO portant sur le «Changements d’échelles dans les géomatériaux; approche par modélisation
numérique discrète » (2007-2011). ANR-RGCU REMPARE (Réingenierie des Merlons de protection par
composants Anthropiques recyclés), (150 k€).
LTHE (Grenoble), Cemagref (Grenoble), ENIT (Tunisie), Polytech Gdansk (Pologne), UPC Barcelone, Poly
Milano, EGIS-Scetauroute, Razel
Besoins spécifiques acquis ou en perspective (BQR, moyen technique, personnel, etc.) :
BQR07 (50 kEuros) Réhabilitation presse double vérin, demande VOR07 (15 kEuros) Mesure tridimensionnelle
portable.
Valorisation (thèses, publications, etc.) :
Thèses :
§ L. Boutonnier (2007), "Comportement hydromécanique des sols fins proches de la saturation", encadrement
B. Loret.
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§
Christophe Salot (2007) : “ Modélisation par éléments discrets de matériaux hétérogènes composites ;
application au mélanges pneu sables”, encadrants : Ph Gotteland, P Villard.
§ Severine Levasseur (2007) : « Analyse inverse en géotechnique : développement d’une méthode à base
d’algorithmes génétique », encadrants : E. Flavigny, Y. Malecot, M. Boulon.
§ S. Camp, JP. Gourc, O. Plé, P. Villard (2007): “Mechanical behaviour of a clay layer for landfill caps cover
application: experimental investigation and numerical modelling“, Theoretical and Numerical Unsaturated
Soil Mechanics, Springer Publishers, Vol. 113, pp 203-209.
§ A. Ammeri, M. Jamei, M. Bouassida, O. Plé, P. Villard, J.P Gourc (2007): “A numerical study of compacted
clay tensile strength by discrete element modeling: a bending test application“, International Journal of
Computer Applications in Technology, Inderscience Publishers. (Accepted 09/07).
§ B. Chevalier, G. Combe and P. Villard (2008): "DEM numerical analysis of load transfers in granular soil
layer". Studia Geotechnica et Mechanica, Wroclaw University of Technology Publishers.
§ Balachowski_L., Gotteland, P., (2007) Characteristics of Tyre Chips-Sand Mixtures from Triaxial Tests,
Archives of Hydro-Engineering and Environmental Mechanics, Vol. 54 , No. 1, pp. 3–14, IBW PAN, ISSN
1231–3726
§ Dixon, N., Langer, U., Gotteland P., (2008), Classification and Mechanical Behaviour Relationships for
MSW: A Study Using Synthetic Wastes, ASCE, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,
accepted May 2007, à paraitre Janvier 2008.
§ Gotteland, P., Plé O., Benoit, O. (2008) In-place determination of topsoil shear properties for off road
mobility, Studia Geotechnica et Mechanica, soumis Septembre 2007.
§ J. Monnet, P. Billet, D. Allagnat, J. Teston, F. Baguelin, 2005, The foundation of the crozet bridge, Studia
Geotechnica et Mechanica, vol XXVII, N°1-2, pp.23-32.
§ J. Monnet, P. Billet, D. Allagnat, J. Teston, F. Baguelin, 2006, Foundation design for a large arch bridge on
alluvial soil, Proceeding of the Institution of the Civil Engineers Geotehnical Engineering ; London, vol
159,n°1, pp 19-28.
§ Levasseur S., Malecot Yann, Boulon Marc, Flavigny Etienne, Soil parameter identification using a genetic
algorithm, International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 2007.
§ Rechea C., Levasseur S., Finno R.J. (2007) : « Inverse analysis techniques for parameter identification in
simulation of excavation support systems ». Computers and Geotechnics, en ligne sur Internet, 2007.
§ A.P.S. Selvadurai, Labanieh S., Boulon M. (2006) On the mechanics of contact between a flexible transducer
diaphragm located at a rigid boundary and an elastic material, International Journal for Numerical and
Analytical methods in Geomechanics pp. 1-20.
§ Boutonnier, L. (2005). Tassements et gonflements différés dans les sols fins proches de la saturation. Revue
Française de Géotechnique, n°111, p.17-32.
§ Gajo A, Loret B (2007) The mechanics of active clays circulated by salts, acids and bases Journal of the
mechanics and physics of solids 55 (8): 1762-1801.
§ Gotteland, P., Lambert, S., Salot, Ch., (2007), Investigating the Strength characteristics of tyre chips – sand
mixtures for geo-cellular structure engineering, Int Workshop on scrap tire derived geomaterials, yokosuka,
Japan, 10p
§ Gotteland, P., Plé O., Benoit, O. (2007) In-place determination of topsoil shear properties for off road
mobility, Congrès Français de Mécanique, Grenoble (France), 6p.
§ Chevalier B., Combe G., Villard P, (2007) Load transfers and arching effects in granular soil layer, 18ème
Congrès Français de Mécanique, Grenoble 27-31 Août 2007, CDROM, 6 pages.
§ Levasseur S., Malecot Yann, Boulon Marc, Flavigny Etienne (2007) Soil parameter identification from in
situ measurements using a genetic algorithm and a principle component analysis. Proceeding of the 10th
NUMOG conference, Rhodes - 25, 26, 27 avril 2007.
§ S. Camp, JP. Gourc, O. Plé, JL.Kaelin, C. Round : “field tests on landfill clay barrier submitted to local
subsidence“, 11 International Waste Management and Landfill Symposium (SARDINIA 2007), S.
Margherita di Pula, Sardinia Italy, 1-5 October 2007.
§ S. Camp, JP. Gourc, O. Plé, JL.Kaelin, A. Marchiol, C. Round : “Behaviour of the clay cover of a site for
very low level nuclear waste : bending fields tests“, 3rd International Meeting on clays in natural and
engineered Barriers for radioactive Waste confdinement, Lille, France, 17-20 September 2007.
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Interactions dynamiques sol-structure et prévision de la liquéfaction
L'analyse du risque sismique pour les ouvrages géotechniques ou pour les sols de fondation implique une
modélisation correcte des non-linéarités de la réponse des sédiments en place, et l'évaluation du risque de
liquéfaction des couches superficielles. Elle implique également une modélisation pertinente des interactions solstructure en dynamique et la recherche de solutions de renforcement des sols permettant de limiter les effets
sismiques. La liquéfaction semble être également un facteur important dans les processus d'érosion des ouvrages
côtiers soumis à la houle. Notre équipe possède une solide expérience sur la prévision de la liquéfaction à partir
des essais in-situ, ainsi que dans l’instrumentation en laboratoire et sur le terrain dans le domaine des interactions
sol-fluide interstitiel-structures.
Nous proposons de faire porter nos efforts dans ce domaine sur trois axes :
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La modélisation physique des interactions dynamique sol-structure en Chambre d’Etalonnage. Il s’agit de
compenser le non respect du niveau de contrainte dans le modèle réduit de fondation par la pressurisation du
massif de sol. La taille de la chambre permet une liaison avec un élément de structure de taille suffisante pour
en observer l’endommagement de manière directe. Cette approche est complémentaire de la modélisation
dynamique en centrifugeuse qui sera effectuée en parallèle dans le cadre du projet ANR ARVISE. Une
première approche de la représentativité d’un tel système sera effectuée à l’aide de modèles numériques
simples, comme cela a déjà été abordé par Zhang (2005). On s’intéressera ensuite à l’analyse de l’interaction
dynamique sol-structure en présence de sols composites avec des inclusions de type linéaire rigide (radiers
brosse, colonnes ballastées…) contribuant au renforcement ou formées d’éléments grossiers issus de
récupération de déchets (pneumatiques,…).
L’amélioration des méthodes de prévision de la liquéfaction à travers notre participation au programme ANR
« Belle-Plaine » d’instrumentation d’un site reconnu comme potentiellement liquéfiable aux Antilles et pour
lequel nous aurons à notre disposition à la fois les données sismologiques et une reconnaissance complète des
terrains (essais in-situ et prélèvements d’échantillons intacts). Notre participation consistera à effectuer les
essais de reconnaissance au sismopiézocône et à implanter des capteurs de pression interstitielle. Nous
effectuerons en parallèle une modélisation numérique de la réponse des couches, ce qui permettra de tester
sur un cas réel les méthodes et de préciser les méthodes pratiques de prévision de la liquéfaction.
La liquéfaction engendrée par la houle en site côtier : Il s’agit de poursuivre les recherches engagées dans le
cadre du projet européen LIMAS, en collaboration avec le LEGI, pour instrumenter un site côtier et pour
modéliser en parallèle les interactions fluide-sol-structure pouvant amener à la liquéfaction et au processus
d’érosion au voisinage des structures côtières.
Chercheurs permanents impliqués : P. Foray, E. Flavigny, Ph. Gotteland.
Personnels techniques impliqués : B. Rey, J.C. Rousseau, J.B. Toni.
Doctorants et Post-Doctorants impliqués:
Post-Doc : à recruter pour 1 an sur les programmes ANR.
Doctorants :
David Bonjean, début octobre 2003, bourse MEN Interactions cycliques sol-pipe dans les grands fonds marins.
Encadrants : P. Foray, M. Mory (UPPA) actuellement à Perth (Australie).
Jane Jerram, début octobre 2004 bourse MEN Encadrants : P. Foray, E. Flavigny.
Xiangwei Zhang, début octobre 2005 « Modélisation physique et numérique des interactions dynamiques solstructures » Encadrants : P. Foray, Ph. Gotteland.
Ressources financières :
ANR Belle Plaine (2007-2009), 400 keuros.
ANR ARVISE (2007-2009) 400 keuros.
Keller France (en discussion).
Collaborations internationales:
University of Canterbury (New Zealand).
Advanced Geomechanics, Perth, Western Australia.
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Personnel demandé : MCF orienté ouvrages géotechniques.
Thèses :
§ Bonjean D. (2008) « Liquéfaction induite par la houle au voisinage des ouvrages côtiers » Thèse INPG
Encadrants : P. Foray et M. Mory (UPPA), soutenance prévue d’ici sept2008.
§ Jerram Jane (2008) « Non-linéarités et liquéfaction sismique des sols. Application à la réponse des vallées
alpines ». Encadrants : P. Foray, E. Flavigny . Thèse INPG « in memoriam » à présenter au printemps 2008.
Articles internationaux:
§ Foray, P., Bonjean, D., and Michallet, H. (2005) “Influence of Sand Liquefaction on Self-burial of a Pipe
subject to wave actions” International Journal of Offshore and Polar Engineering Vol.15, N°4, December
2005, pp. 304-311.
§ Foray, P., Bonjean, D., Michallet, H., Mory, M. (2006) “Fluid-Soil-Structure interaction in Liquefaction
around a Cyclically moving Cylinders” ASCE, Journal of Waterways, Port and Coastal Engineering, Vol.
132, N°4, July/August 2006, pp.289-299.
§ De Groot, M.B, Bolton, M., Foray,P., Meijers, P., Palmer, A., Sandven, A., Sawicki, A. (2006) “Physics of
Liquefaction Phenomena around Marine Structures”, ASCE, Journal of Waterways, Port and Coastal
Engineering, Vol. 132, N°4, July/August 2006, pp.227-243.
§ Damgaard, J., Sumer, M., The, T.C., Palmer, A., Foray, P., Osorio, D. (2006) “Guidelines for Pipeline ONBottom Stability on Liquefied Noncohesive Seabeds” ASCE, Journal of Waterways, Port and Coastal
Engineering, Vol. 132, N°4, July/August 2006, pp.300-309.
§ Emerson, M., and Foray, P.(2006) “Laboratory P-wave measurements in dry and saturated sand”, Acta
Geotechnica, Vol.1, N°3, December 2006, pp.167-177.
§ Mory, M., Michallet, H., Abadie, S. Piedra Cueva, I., Bonjean, D., Foray, P. (2007) “A field study of
Momentary Liquefaction caused by waves around a coastal structure ”, ASCE, Journal of Waterways, Port
and Coastal Engineering, Vol.133, N°1, January/February 2007, pp.28-38.
§ Bonjean, D., Foray, P., Michallet, H. (2004) “Occurrence of liquefaction in cyclic burial of a structure
submitted to wave action and resting on the seabed” in “Cyclic Behavior of Soils and Liquefaction
Phenomena”, Proc. Int. Conf. Cyclic Behavior of Soils, CBS’04, Bochum, March 2004, pp.389-398.
§ Bonjean, D., Foray, P., Michallet, H., Mory, M., Breul, P. (2004) “Monitoring of the foundations of a coastal
structure submitted to breaking waves: occurrence of momentary liquefaction”. Int. Conf. On Offshore and
Polar Engineering, ISOPE 04, Toulon (France) May 2004.
§ Foray, P., Bonjean, D., Michallet, H. (2004) “Influence of sand liquefaction on the self-burial of a pipe
submitted to the wave action” Int. Conf. On Offshore and Polar Engineering, ISOPE 04, Toulon (France)
May 2004. Paper n° 2004-JSC-225, Vol. II, pp.571-578.
§ Mory, M., Michallet, H., Abadie, S. Piedra Cueva, I., Bonjean, D., Foray, P., Breul, P. Cassen, M. (2004) :
« Observations of momentary liquefaction and scour caused by breaking waves around a coastal structure »
Int. Conf. On Coastal Engineering, ICCE Lisbon 2004.
§ Jerram J., Foray P., Labanieh S. et Flavigny E.(2006) Characterising the non linearities of lacustrine clays in
the Grenoble basin, Third International Symposium on the Effects of Surface Geology on Seismic Motion,
Grenoble, France, August 2006.
§ Jerram J., Foray P. et Flavigny E.(2007) Liquefaction susceptibility of silty sand layers in the Grenoble
basin: investigation by in situ testing, 4th International Conference on Earthquake Geotechnical Engineering,
Thessaloniki, Greece, June 2007.
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Géomécanique Offshore
L'exploration des grands fonds marins et la recherche de solutions pour les énergies renouvelables représentent
des enjeux fondamentaux pour la recherche en géomécanique offshore. Des nouveaux types de structures sont
apparus pour répondre aux exigences des sources d’énergie (grandes tours d’éoliennes en mer, tours
d’hydroliennes, structures flottantes pour l’exploration des très grands fonds…). On doit rechercher des systèmes
de fondations ou d'ancrage appropriés ainsi qu’étudier l’influence de sollicitations spécifiques, en particulier
cycliques, appliquées à ces structures. Nos recherches doivent porter sur les points suivants:
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l'amélioration des reconnaissances des couches superficielles des sédiments marins se trouvant au-delà du
plateau continental. Il faut en particulier développer la synthèse entre l'approche géophysique (à grande
échelle) et les reconnaissances géotechniques ponctuelles.
La connaissance du comportement mécanique des argiles très molles et à plasticité élevée rencontrées sur
ces sites. Ces terrains sont à la frontière entre comportement de sol et comportement de fluide visqueux et
on doit déterminer une loi de comportement appropriée.
L'étude des interactions cycliques sol-structure à la fois pour les structures d'ancrages (ancres à succion),
des pipes, ou des pieux, les structures étant soumises à des très grands nombres de cycles. Cette recherche
s'effectuera à la fois au niveau expérimental par des études en modèle physique de taille semi-réelle et au
niveau numérique, en traitant l’accumulation des quantités irréversibles d'origine cyclique (déformations, y
compris volumique en drainé, pression interstitielle en non drainé) comme un pseudo-fluage cyclique, le
nombre de cycles tenant lieu de temps fictif. On développera des lois de comportement sous grand nombre
de cycles à partir de données expérimentales (triaxiaux cycliques, cisaillement d’interface cyclique) et en les
intégrant dans un code de calcul convivial utilisable par les praticiens.
L’aspect particulier de la dégradation du frottement des pieux sous l’effet des cycles provoqués par le
battage a été abordé à travers l’élaboration d’une méthode de calcul du frottement prenant en compte cette
dégradation (Progamme Européen EURIPIDES, Foray et Colliat 2005). Un projet de collaboration est en
cours avec Imperial College of London (Prof. Jardine) et des partenaires pétroliers (Shell, Total) pour
étudier la récupération du frottement (« set-up ») après battage à travers une expérimentation de grande
envergure et de longue durée dans notre Chambre d’étalonnage.
Ces thématiques sont porteuses vis à vis de nos collaborations industrielles et des débouchés offerts à nos
doctorants.
Chercheurs permanents impliqués : Pierre Foray, Marc Boulon, Etienne Flavigny.
Personnels techniques impliqués : B. Rey, J.C. Rousseau, J.B. Toni.
Doctorants et Post Doc impliqués :
Post-Doc :
Mark Emerson, début Janv. 2006 jusqu’en juillet 2007 : Financement 6 mois Région Rhône-Alpes sur le projet
« Hydroliennes », puis par Imperial College of London sur le projet « Ageing of Piles », encadrant : P. Foray.
Doctorants :
Marcos Orozco, début Oct. 2003, bourse CONACYT/ SFERE Interactions cycliques sol-pipe dans les grands
fonds marins, encadrants : P. Foray, E. Flavigny.
L. Equihua, début Oct. 2003, bourse CONACYT/ SFERE Modélisation numérique des ancrages de structures
flottantes dans les grands fonds marins, encadrants : P. Foray, M. Boulon.
Nguyen Ngoc Thanh, bourse BDI CNRS, Modélisation numérique du renforcement des sols mous par
fondations mixtes et colonnes ballastées. Encadrants : P. Foray, E. Flavigny.
ANR cycles SOLCYP (2007-2010), Projet National « Cycles » de l’IREX, 800 keuros sur 4 ans.
ANR Harvest “Hydroliennes”(2007-2009) 100 keuros en 2008.
Programme CLAROM Grands Fonds (2004-2008) 300 keuros.
Imperial College of London TotalFinaElf, Shell UK, IFREMER, Institut Français du Pétrole, ACERGY, FugroFrance, SAIPEM, TECHNIP.
-7-
Personnel demandé : MCF orienté ouvrages géotechniques.
Thèses :
§ Emerson, M. (nov. 2005) « Corrélations entre données géotechniques et géophysiques à faible profondeur
dans les sables . Encadrant : P. Foray.
§ Mortana G., Boulon M., V. N. Ghionna (2002), A 2-D constitutive model for cyclic interface behaviour,
International Journal for Numerical and Analytical Methods in geomechanics pp. 1071-1096.
§ Emerson, M., and Foray, P. (2006) “Laboratory P-wave measurements in dry and saturated sand”, Acta
Geotechnica, Vol.1, N°3, December 2006, pp.167-177.
§ Mortana G., Boulon M., V. N. Ghionna (2002), A 2-D constitutive model for cyclic interface behaviour,
International Journal for Numerical and Analytical Methods in geomechanics pp. 1071-1096.
§ Fontaine, E., Foray, P., Nauroy, J-F., Gueveneux, H., Roux, A. (2004) « Pipe-soil interaction in soft
kaolinite : vertical stiffness and damping » Int. Conf. On Offshore and Polar Engineering, ISOPE 04, Toulon
(France) May 2004.
§ Foray, P., Alhayari, S., Pons, E., Thorel, L., Thetiot, N., Bale, S., Flavigny, E. (2005) “Ultimate Pullout
Capacity of SBM’s VErtically Loaded Plate Anchor (VELPA) in Deep Sea Sediments” in Frontiers in
Offshore Geotechnics, Proc. Int. Symp. on Foundations in Offshore Geotechnics, ISFOG Perth, Western
Australia, sept. 2005, pp.185-190.
§ Foray, P., Colliat J.L.(2005) “ CPT-based Design method for steel pipe piles driven in very dense silica sand
sand” in Frontiers in Offshore Geotechnics, Proc. Int. Symp. on Foundations in Offshore Geotechnics,
ISFOG Perth, Western Australia, sept. 2005, pp.669-676.
§ Equihua Anguiano, L. N. and Foray, P. (2006), “Modelación de anclas a succión usando el método de
elementos finitos en dos- y tres dimensiones”, XXIII Reunión Nacional de Mecánica de Suelos, SMMS, pp.
213-220, Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, México, Noviembre 23-25.
§ Orozco Calderón, M. y Foray, P. (2006), “Interacción suelo-ductos a grandes profundidades marinas”,
Memorias XXIII Reunión Nacional de Mecánica de Suelos, SMMS, pp. 653-659, Tuxtla Gutiérrez, Chiapas,
México, Noviembre 23-25.
§ Orozco Calderón, M. y Foray, P. (2007), “Pipe-soil horizontal dynamic stiffness in soft soils”, 17th Int
Offshore (Ocean) and Polar Engineering Conference, ISOPE-2007, Lisbon, Portugal, July 1-6,.
§ Equihua Anguiano, L. N. and Foray, P. (2007), “Modelling the effects of short- and long-term loading on
suction caissons using 2- and 3-finite element methods”, 17th Int. Offshore (Ocean) and Polar Engineering
Conference, ISOPE 2007, Lisbon, Portugal, July 1-6.
§ Equihua Anguiano, L. N. and Foray, P. (2007), “Modelling of suction caissons using two- and threedimensional finite element method”, International Symposium on Numerical Models in Geomechanics,
NUMOG X, Rhodes, Greece.
§ Nguyen, N.T, Foray, P., Flavigny, E. (2007) ”Prise en compte de l’effet de la mise en place dans la
modélisation numérique 3D des colonnes ballastées dans l’argile molle ». Congrès Français de Mécanique,
août 2007.
-8-
Milieux poreux à porosités multiples
- Applications à la géomécanique et à la biomécanique La mécanique des sols saturés considère que le fluide est contenu dans un seul type de porosité. La mécanique
des sols non saturés introduit une partition du fluide en une espèce mouillante et une espèce non mouillante, mais
ne s’intéresse pas plus à la structure du squelette solide. Hors, dans certains milieux poreux, il existe clairement
des porosités de natures distinctes. Un grand nombre de roches sont fracturées naturellement. D’un autre côté, la
fracturation peut être induite artificiellement (p.e. fracturation hydraulique). En conséquence, ces roches peuvent
être considérées comme des milieux poreux avec double porosité : l’une des porosités, associée aux fissures,
joue un rôle prépondérant dans le transport du fluide, alors que l’autre porosité, associée aux pores en place, sert
au stockage du fluide. En effet, même si ces pores sont connectés, leur perméabilité globale est bien moindre que
la perméabilité due aux fissures. De plus, un phénomène nouveau intervient qui introduit un effet de mémoire :
l’échange des fluides d’une porosité à l’autre. Parallèlement aux aspects liés au transport, la présence d’une
seconde porosité modifie les couplages hydro-mécaniques associés à la simple porosité.
Des extensions de ce cadre sont nécessaires pour une prise en compte plus réaliste des conditions de terrain :
-
-
-
les travaux sur la double porosité ont considéré jusqu’à présent les propriétés mécaniques et de transport
comme isotropes. Par essence la fissuration est orientée. Il convient donc de proposer des formulations
anisotropes pour ces deux aspects, s’inspirant de Loret and Rizzi (1999).
dans de nombreuses situations du génie civil, du génie pétrolier, les effets thermiques sont à prendre en
compte. De plus, les températures des constituants (solide, fluide des pores, fluide des fissures) sont a priori
différentes, du moins de façon transitoire. Une extension thermo-hydro-mécanique devra donc prendre en
compte l’existence d’un non-équilibre thermique entre phases, et donc de trois températures.
dans certaines applications, le fluide est en fait constitué d’un liquide, ou de deux liquides (eau+huile) et
d’un gaz. La présence du gaz peut être liée à un phénomène de transport, Tuncay and Corapcioglu (1996).
Elle peut être due à la vaporisation-condensation du fluide en présence d’effets thermiques.
Les applications industrielles sous-jacentes sont la récupération de pétrole par injection d’un fluide chaud, d’un
fluide fracturant, et l’extraction de gaz.
Les tissus biologiques mous sont également le lieu d’échanges de fluides et de gaz. Le transport de matière, la
mécanique et les phénomènes de croissance y sont couplés. La structure des tissus est variable d’un organe à
l’autre et est adaptée à la fonction physiologique. La modélisation doit prendre ces disparités en compte.
Chercheurs permanents impliqués : Benjamin Loret.
Doctorante impliquée :
Rachel Gelet, début Sept. 2007, « Etude du comportement thermo -hydro-mécanique des milieux poreux
déformables à double porosité », Encadrant : B. Loret.
Prof. N. Khalili, The University of New South Wales, Sydney, Australia.
§ Loret Benjamin, E. Radi (2001): The effects of inertia on crack growth in poro-elastic fluid-saturated media,
Journal of the Mechanics and Physics of Solids, pp: 995-1020.
§ Loret Benjamin, Zerfa F., Rizzi E (2001): Relations between drained and undrained moduli in anisotropic
elastic fluid-saturated porous media, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, vol: 49, pp: 2593-2619.
§ Loret Benjamin, Khalili N. (2001): An elasto-plastic model for non-isothermal analysis of flow and
deformation in unsaturated porous media: formulation, International Journal of Solids and Structures, 38(4647), pp. 8305-8330.
-9-
§
§
Loret Benjamin, Hueckel T, Gajo A (2002): Chemo -mechanical coupling in saturated porous media :elasticplastic behaviour of homoionic expansive clays, International Journal of Solids and Structures, 39, pp: 27722806.
Gajo A, Loret Benjamin, Hueckel T (2002): Electro-chemo -mechanical coupling in saturated porous media :
elastoplastic behaviour of heteroionic expansive clays, International Journal of Solids and Structures, 39, pp:
4327-4362.
§ Loret Benjamin and Khalili N. (2000) : Thermo -mechanical potentials for unsaturated soils, CISM Courses
and Lectures, Advanced Numerical Applications and Plasticity in Geomechanics, n° 426, Udine, edited by
D.V. Griffiths and G. Gioda, Springer Wien New York (2001), pp : 253-276.
§ Khalili N. and Loret Benjamin (2001) : A constitutive model for thermo -hydro-mechanical analysis in
unsaturated porous media, International Conference Computer Methods and Advances in Geomechanics
IACMAG, Tucson, January 2001, in Computer Methods and Advances in Geomechanics, C.S. Desai et al.
eds, pp : 341-346.
§ Khalili N. and Loret Benjamin (2002) : On Coupling Aspects of Thermo -Hydro-Mechanical Analysis in
Unsaturated Porous Media, Third International Conference on Unsaturated Soils Unsat2002, March 10-13,
2002, Recife, Brazil.
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