WP2 : Expérimentations en environnement contrôlé

Les activités expérimentales en environnement contrôlé regroupent deux 2 parties: 1) modélisation physique sur modèle réduit en centrifugeuse géotechnique; 2) caractérisation du sol et de l'interface sol-pieu avec des méthodes et essais de laboratoire classique, mais aussi des méthodes plus avancées et innovantes.

Le but principal de cet ensemble de travaux est de caractériser finement le comportement de la masse du sol autour du tunnelier en action. Ce travail est complémentaire du WP3. Il permettra notamment de nourrir les travaux de modélisation (WP4 et WP5) et de calibrer les lois de comportement utilisées dans ces travaux.

Modélisation en centrifugeuse

Crédit photo : Université Gustave Eiffel

La centrifugeuse permet de reproduire à échelle réduite les mêmes états de contrainte que ceux de l'ouvrage en vraie grandeur. Les paramètres de l'ouvrage géotechnique et les sollicitations subies sont mis à l'échelle en suivant les règles de similitude. La centrifugeuse géotechnique du campus nantais de l'Université Gustave Eiffel permet de tester des modèles réduits au 1/100ème soumis à une accélération centrifuge de 100xg.

L'effet de l'excavation d'un tunnel sur des structures sur pieux est représenté de manière simplifiée par le truchement de "trappes" situées aux limites du conteneur : trappe horizontale à la base pour simuler (à une profondeur plus importante que la pointe du pieu) le déconfinement ou la surpression (due à la phase d'injection), et trappe verticale sur le côté pour simuler les même phénomènes dans le cas d'un tunnel à la même profondeur que les pieux. Pour le projet E-PILOT une nouvelle configuration sera développé en employant un concept de trappes circulaires, s'ouvrant uniformément verticalement ou horizontalement. La trappe, contrôlée par un actionneur, permet alors de d'imposer un mouvement du sol en profondeur et se répercutant en surface.

Le chargement du pieu (intrumenté de fibre optique) est contrôlé par un actionneur vertical. Ainsi, à l'issue des essais d'excavation, la capacité portante pourra être testée et comparée à celle de pieux témoins.

Enfin, les essais seront conduits dans un conteneur à face transparente de manière à observer les différents mécanismes développés lors du creusement de tunnels. Les mouvements induits dans le sol pourront être suivi par analyse d'image et suivit de particules.

Essais de laboratoire

Le premier objectif de ce travail est de mieux appréhender le comportement du sol à l'approche du tunnelier,  par une série d'essais de laboratoire à haute valeur ajoutée.
Pour ce faire, il est important d'étudier l'aspect tridimensionnel du problème, ainsi que l'anisotropie des masses de sol : les différentes phases du processus de creusement du tunnel seront reproduites en termes de chemins de contrainte, en tenant compte de la position du sol par rapport à l'axe du tunnel.

Les essais cylindre creux sont une méthode unique qui permet la caractérisation de l'anisotropie du sol dans les trois axes et d'imposer des chemins de contraintes complexes imposer par le processus de creusement. Afin de fournir touts les paramètres nécessaires aux travaux numériques, ces essais seront produits sur des sols réels correspondant aux zones d'essais in-situ identifier par le WP3.

Le second objectif de cette tâche sera de caractériser précisément l'interface sol-pieu, et donc l'interaction sol-structure. Dans ce but, un test innovant sera développé pour permettre la réalisation d'un test de cisaillement direct sous une rigidité normale constante. Ce test sera réalisé par l'adaptation d'une boîte de cisaillement existante afin de réaliser des essais entre une demi boite remplie de béton tandis que l'autre demi boite est remplie de sols.

La dernière partie de ce travail sera finalement de déterminer les propriétés mécaniques des sols rencontrés sur les zones d'essais in-situ du WP3. Le programme d'essais comporte alors des essais plus classiques tels que des essais tri-axiaux, en traction et en compression et en conditions drainées ou non drainées. Ces résultats permettront de déterminer les paramètres des surfaces de charge complète utiliser dans le WP4. Enfin, un éventail d'essais sera réalisés à différent niveau de déformation afin de déterminer la courbe de dégradation du module élastique de très petite à grande déformation (bender elements, colonne résonante, tri-axial cyclique).

En complément, les sols utilisés dans les modèles réduits centrifugés seront également caractérisés.