These Cifre Vinci-3SR 2012

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1 THESE LABORATOIRE 3S-R 2012/2015 Intitulé français du sujet de thèse proposé (limitée à 200 caractères): Comportement expérimental des remblais en matériaux fins, après réalisation selon les règles de l’art Intitulé anglais du sujet de thèse proposé: Experimental behaviour of plastic soils embankments, after standard compaction Contexte du déroulement de la thèse: Dans le cadre du projet de recherche TerreDurable sur la conception des ouvrages en terre (remblais et déblais pour les autoroutes, voies ferroviaires à grande vitesse, digues, barrages), la thèse proposée porte sur la caractérisation expérimentale des sols naturels non saturés compactés à l’Optimum Proctor (OPM) et correspondant à des ouvrages réels instrumentés. Cette thèse présente un volet expérimental en laboratoire et un volet dédié à des applications pratiques sur ouvrages réels. En conséquence, le doctorant sera amené à de déplacer ponctuellement en France sur des chantiers de références. L’encadrement scientifique: Cette thèse réalisée au Laboratoire 3SR (Laboratoire Sols-Solides-Structures-Risques, UMR CNRS 5521) est proposée dans le cadre d’un financement Cifre en partenariat avec VINCI Construction Terrassement. Directions: Olivier Plé, 3SR, phone 04 76.82.63.48, email : [email protected] Simon Salager, 3SR, phone 04 76.82.63.48, email : [email protected] Jacques Monnet, 3S-R, phone 04 76 82 70 63, email : [email protected] Vinci…………………………… Argumentaire scientifique présentant les enjeux de la thèse (limitée à 2000 caractères): Le sol constitue un milieu triphasique formé de grains solides, que l'on peut, le plus souvent, considérer comme élastiques, d'eau et de gaz. Aux faibles teneurs en eau, correspondant à des degrés de saturation inférieurs à 50 %, l’air est continu et en contact direct avec les particules du sol: dans ce cas, c’est la différence entre la pression de l’air et celle de l’eau interstitielle, appelée succion, qui est responsable du comportement. A l’Optimum Proctor Normal ou Modifié, le degré de saturation est de l’ordre de 75 à 85%, ce qui se traduit, à l’échelle du milieu poreux, par la présence de bulles d’air discontinues au sein de la phase eau continue. La pression de l’air à l’intérieur des bulles contrôle le volume des bulles (loi de Mariotte) et leur dissolution (loi de Henry), mais ne contrôle pas le comportement mécanique du sol (à l’exception de sa compressibilité) dans la mesure où l’air, dans sa majeure partie, n’interagit pas avec le squelette solide. Lorsque le sol est quasi-saturé ou saturé, la succion de l’eau interstitielle résulte de la courbure des interfaces situées sur la surface externe du matériau (et non de celle des bulles d’air s’il en existe). L'eau interstitielle soumise à une succion exerce des forces d'attraction sur les particules solides, contribuant à augmenter les forces de contact entre les grains et, par conséquent, la résistance au cisaillement et la rigidité du squelette. Peu d’auteurs se sont intéressés au comportement des sols non saturés dans la zone de transition entre état désaturé et état saturé qui est la zone de compactage de l’optimum Proctor. Dans ce domaine, l’air est occlus dans le fluide interstitiel. Il apparait donc nécessaire de développer une expérimentation fine du

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THESE LABORATOIRE 3S-R 2012/2015

Intitulé français du sujet de thèse proposé (limitée à 200 caractères): Comportement expérimental des remblais en matériaux fins, après réalisation selon les règles de l’art

Intitulé anglais du sujet de thèse proposé:

Experimental behaviour of plastic soils embankments, after standard compaction

Contexte du déroulement de la thèse:

Dans le cadre du projet de recherche TerreDurable sur la conception des ouvrages en terre (remblais et déblais pour les autoroutes, voies ferroviaires à grande vitesse, digues, barrages), la thèse proposée porte sur la caractérisation expérimentale des sols naturels non saturés compactés à l’Optimum Proctor (OPM) et correspondant à des ouvrages réels instrumentés.

Cette thèse présente un volet expérimental en laboratoire et un volet dédié à des applications pratiques sur ouvrages réels. En conséquence, le doctorant sera amené à de déplacer ponctuellement en France sur des chantiers de références.

L’encadrement scientifique:

Cette thèse réalisée au Laboratoire 3SR (Laboratoire Sols-Solides-Structures-Risques, UMR CNRS 5521) est proposée dans le cadre d’un financement Cifre en partenariat avec VINCI Construction Terrassement.

Directions: Olivier Plé, 3SR, phone 04 76.82.63.48, email : [email protected] Simon Salager, 3SR, phone 04 76.82.63.48, email : [email protected] Jacques Monnet, 3S-R, phone 04 76 82 70 63, email : [email protected] Vinci……………………………

Argumentaire scientifique présentant les enjeux de la thèse (limitée à 2000 caractères):

Le sol constitue un milieu triphasique formé de grains solides, que l'on peut, le plus souvent, considérer comme élastiques, d'eau et de gaz. Aux faibles teneurs en eau, correspondant à des degrés de saturation inférieurs à 50 %, l’air est continu et en contact direct avec les particules du sol: dans ce cas, c’est la différence entre la pression de l’air et celle de l’eau interstitielle, appelée succion, qui est responsable du comportement. A l’Optimum Proctor Normal ou Modifié, le degré de saturation est de l’ordre de 75 à 85%, ce qui se traduit, à l’échelle du milieu poreux, par la présence de bulles d’air discontinues au sein de la phase eau continue. La pression de l’air à l’intérieur des bulles contrôle le volume des bulles (loi de Mariotte) et leur dissolution (loi de Henry), mais ne contrôle pas le comportement mécanique du sol (à l’exception de sa compressibilité) dans la mesure où l’air, dans sa majeure partie, n’interagit pas avec le squelette solide. Lorsque le sol est quasi-saturé ou saturé, la succion de l’eau interstitielle résulte de la courbure des interfaces situées sur la surface externe du matériau (et non de celle des bulles d’air s’il en existe). L'eau interstitielle soumise à une succion exerce des forces d'attraction sur les particules solides, contribuant à augmenter les forces de contact entre les grains et, par conséquent, la résistance au cisaillement et la rigidité du squelette.

Peu d’auteurs se sont intéressés au comportement des sols non saturés dans la zone de transition entre état désaturé et état saturé qui est la zone de compactage de l’optimum Proctor. Dans ce domaine, l’air est occlus dans le fluide interstitiel. Il apparait donc nécessaire de développer une expérimentation fine du

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comportement des sols pour des degrés de saturation correspondant à la zone d’air occlus (généralement entre 80% et 100%). Cette zone correspond au domaine de mise en œuvre de la plupart des sols fins en remblais. Elle couvre également l’état de la plupart des sols fins à l’état naturel en région tempéré ou humide

Description du projet : Les objectifs de cette thèse sont sur un sol choisi dans le cadre du projet TERREDURABLE et en collaboration avec les autres partenaires du projet :

- d’étudier les changements d’état et les variations de volume du sol par des essais de drainage-humidification à succion contrôlée ; une synthèse des résultats disponibles sur les sols compactés à l’OPN ou à l’OPM a été effectuée en 2002 par Fleureau et al., mais cette synthèse doit être élargie, notamment dans le cas de cycles d’humidification-drainage. L’impact des cycles sur les vitesses de transfert hydrique sera étudié.

- d’analyser le comportement mécanique du sol dans différentes conditions hydriques pour des sollicitations mécaniques compatibles avec les contraintes d’exploitation, selon la destination des remblais (routiers, ferroviaires, canaux, digues et barrages) et des sollicitations hydriques compatibles avec les valeurs extrêmes estimées. Les études seront menées à partir d’essais oedométriques et triaxiaux, drainés ou non drainés, effectués avec mesure ou imposition de succion.

Les résultats de ces essais seront utilisés pour alimenter les modèles théoriques et valider les hypothèses.

Un point particulier concernera l’étude de la fissuration d’origine hydrique des matériaux. Des observations seront faites sur des échantillons de laboratoire pour essayer de définir les conditions d’apparition des fissures. Dans un certain nombre de cas, les observations pourront être associées à des mesures de résistance à la traction du sol. Ces résultats fourniront des informations complémentaires pour l’élaboration de modèles de comportement.

Points forts du projet: - Non-Saturé : comportement du sol dans un état de saturation dépassant 80% quand l’air est occlus, et

proche de l’optimum Proctor,

- Forte interaction avec une thèse théorique menée en collaboration avec EGIS Géotechnique (dans la cadre de l’ANR TERREDURABLE) et qui porte sur la modélisation du comportement des sols non saturés.

- Forte implication du milieu professionnel dans la cadre de l’ANR TERREDURABLE (EGIS géotechnique ; Vinci-Terrassement ; Valérian; Lcpc; EDF) qui attend de ces travaux des retombées pratiques (optimisation du compactage et de l’usage des terres lors de terrassements).

Publications jugées significatives des encadrants, avec une priorité sur les plus récentes et sur celles en lien avec le sujet. Camp S., Gourc J.P., Plé O., Landfill clay barrier subjected to cracking: multi-scale analysis of bending tests, Applied Clay

Science, Elsevier Publishers, Vol. 48, N°3, 2010, pp384-392. Camp S., Plé O., Gourc J.P., Proposed protocol for characterizing a clay layer subjected to bending, Geotechnical Testing Journal,

ASTM Publishers, Vol. 32, N°3, 2009, pp273-279. Camp S., Gourc J.P., Ple O., Villard P., 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, 2007, pp 203-209.

Monnet J. and Allagnat D. (2006), Interpretation of pressuremeter results for the design of diaphragm wall. Geotechnical Testing Journal, American Society Testing Materials, 29(2), 126-132.

Monnet J. (2007). Numerical validation of an elasto-plastic formulation of the conventional limit pressure measured with the pressuremeter test in cohesive soil, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, American Society of Civil Engineers, 133(9), 1119-1127.

Salager S., Ferrari A., Laloui L. (2010) New experimental tools for the characterization of highly overconsolidated clayey materials in unsaturated conditions, In Unsaturated Soils, London, Taylor & Francis Group, pp 485-490

Salager S., El Youssoufi M.S., Saix C. (2010), Definition and experimental determination of a Soil Water Retention Surface,

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Canadian Geotechnical Journal, 47(6), pp 609–622. Connaissances et compétences requises du futur doctorant

• formation d’ingénieur complétée par un master II ou un stage long de recherche dans un laboratoire reconnue,

• intérêt pour la mécanique des sols, • intérêt pour des expérimentations en laboratoires et in-situ, • curiosité et intérêt pour la recherche appliquée; • aptitude à communiquer (Thèse Cifre envisagée).