Etude sur les facteurs influençant la qualité et la représentativité des essais au déflectomètre portable
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Niveau: Supérieures
Etude sur les facteurs influençant la qualité et la représentativité des essais au déflectomètre portable 1 Alexis DEJEAN – Projet de Fin d'Etudes – Juin 2011 INSA de Strasbourg – Spécialité GENIE CIVIL Rapport final de Projet de Fin d'Etudes « Etude sur les facteurs influençant la qualité et la représentativité des essais au déflectomètre portable » Superviseurs : DORE Guy, BILODEAU Jean-Pascal Encadrant INSA : REGENASS Pierre Auteur : DEJEAN Alexis, élève-ingénieur de 5ème année 18 Juin 2011
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Etude sur les facteurs influençant la qualité et la représentativité des essais au déflectomètre portable 1 Alexis DEJEAN – Projet de Fin d'Etudes – Juin 2011 INSA de Strasbourg – Spécialité GENIE CIVIL Rapport final de Projet de Fin d'Etudes « Etude sur les facteurs influençant la qualité et la représentativité des essais au déflectomètre portable » Superviseurs : DORE Guy, BILODEAU Jean-Pascal Encadrant INSA : REGENASS Pierre Auteur : DEJEAN Alexis, élève-ingénieur de 5ème année 18 Juin 2011
- corrélations entre lwd avec fwd
- capteur de contrainte
- passage de la déflexion au module réversible
- campagne expérimentale
- description du lwd
- principe
- interprétation du pic de déflexion
- représentativité des essais au déflectomètre portable
- principe général de la campagne d'essais
INSA de Strasbourg – Spécialité GENIE CIVIL
Rapport final de Projet de Fin d’Etudes « Etude sur les facteurs influençant la qualité et la représentativité des essais au déflectomètre portable »
Superviseurs: DORE Guy, BILODEAU Jean-Pascal Encadrant INSA: REGENASS Pierre Auteur: DEJEAN Alexis, élève-ingénieur de 5èmeannée
18 Juin 2011
Etude sur les facteurs influençant la qualité et la représentativité des essais au déflectomètre portable
Annotations du correcteur :
Alexis DEJEAN – Projet de Fin d’Etudes – Juin 2011
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Remerciements
Je souhaite en premier lieu, remercier toutes les personnes qui ont contribué au très bon déroulement de mon Projet de Fin d’Etudes, réalisé au sein du Groupe de Recherche en Ingénierie des Chaussées de l’université LAVAL et plus particulièrement au sein de la Chaire de recherche i3C, et qui m’ont permis de mener à bien mon projet et de tirer bons nombres d’enrichissements personnels au cours de cette expérience. Je commencerais par remercier de tout cœur mes parents Guy et Colette DEJEAN, eux qui ont été les instigateurs de mon goût pour les études et qui m’ont toujours permis de poursuivre celles-ci aussi bien au niveau du soutien financier, que du soutien moral et affectif. Je continuerais en remerciant vivement monsieur Guy DORE (professeur titulaire au sein du département de Génie Civil de l’université LAVAL) qui m’a accepté au sein de son équipe de recherche et qui, malgré la distance, s’est toujours montré très disponible, très à l’écoute et très impliqué dans notre projet commun. Je remercie également monsieur Pierre REGENASS (enseignant-chercheur au sein du département de Génie Civil de l’INSA de Strasbourg), qui m’a suivi tout au long de mon projet en tant qu’encadrant INSA et qui s’est également montré très disponible malgré des conditions de communication difficiles, me faisant part de conseils avisés à chaque fois que je l’ai sollicité. J’en viens à remercier Jean-Pascal BILODEAU et Jérôme FACHON (respectivement enseignant-chercheur et chercheur titulaire) qui m’ont épaulé au quotidien, qui ont contribué aux discussions constructives permettant de faire avancer mon projet et qui ont contribué à instaurer, dès le début de mon stage, un climat de confiance et de bonne humeur. Je remercie également l’entreprise danoise Grontmij / Carl Bro qui a sponsorisé mon projet de fin d’études. Je remercie également chaleureusement les étudiants en maîtrise du laboratoire de chaussée qui ont été très amicaux dès les premiers jours et au côté de qui, il fut très plaisant de travailler. Enfin, je tiens à remercier l’ensemble des partenaires et sponsors de la Chaire de recherche sans qui la réalisation de mon projet de recherche aurait été impossible, aussi bien de par l’absence de leur soutien financier que de leur apport technologique.
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Etude sur les facteurs influençant la qualité et la représentativité des essais au déflectomètre portable
Sommaire
Chapitre 1 – Revue littéraire Introduction ................................................................................................................................................... 9 I. Description du LWD et Principe................................................................................................................ 10 I.1 - Historique et contexte de développement du LWD ........................................................................ 10 I.2 - Description ....................................................................................................................................... 11 I.3 - Principe d’utilisation......................................................................................................................... 12 I.4 - Principes théoriques......................................................................................................................... 13 I.4.1 – La zone de contraintes significatives ........................................................................................ 13 I.4.2 – Comportement mécanique fondamental des sols et matériaux granulaires........................... 15 I.4.3 – Passage de la déflexion au module réversible ......................................................................... 15 II. Etudes réalisées sur le LWD – Corrélations ............................................................................................. 17 II.1 – Corrélations entre LWD avec FWD ................................................................................................. 17 II.1.1 – Retour sur les études antérieures ........................................................................................... 17 II.1.2 – Discussions............................................................................................................................... 18 II.2 - Corrélations et comparaisons entre le LWD et les autres PFWDs .................................................. 19 II.2.1 – Corrélations entre LWD et divers essais.................................................................................. 19 II.2.2 – Comparaisons entre le LWD et d’autres dispositifs de mesures............................................. 20 III - Facteurs influençant les essais au LWD et les limites de son................................................................ 22 utilisation ..................................................................................................................................................... 22 III.1 - Facteurs liés au matériau, à l’environnement et au dispositif....................................................... 22 III.1.1 – Facteurs liés aux matériaux et à l’environnement ................................................................. 22 III.1.1.4 – Type de distribution de contrainte...................................................................................... 25 III.1.2 – Facteurs liés à la surface de contact....................................................................................... 27 III.1.3 – Facteurs liés aux caractéristiques du dispositif ...................................................................... 30 III. 2 - Limites théoriques......................................................................................................................... 32 III.2.1- Remise en cause de l’utilisation des lois d’élasticité................................................................ 32 III.2.2- Interprétation du pic de déflexion ........................................................................................... 33 Conclusion ................................................................................................................................................... 35
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Chapitre 2 – Modélisation sous Géostudio Contexte et Présentation ............................................................................................................................ 37 I. Modélisation sous Géostudio d’un essai au LWD sur sol granulaire .................................................. 37 I.1 - Détermination de la charge.............................................................................................................. 37 I.2 - Conditions limites............................................................................................................................. 39 I.3 - Paramètres divers ............................................................................................................................ 39 I.3.1 - Matériaux .................................................................................................................................. 39 I.3.2 - Maillage ..................................................................................................................................... 40 II. Résultats et Discussions ...................................................................................................................... 40 II.1 - Résultats .......................................................................................................................................... 40 II.2 - Analyse ............................................................................................................................................ 42 II.3 - Validation de la modélisation.......................................................................................................... 44 III. Modélisation sous Géostudio d’un essai au LWD sur une plaque de UHMW ................................ 48 III.1 – Description de la modélisation...................................................................................................... 48 III.2 – Résultats et Analyse ...................................................................................................................... 49 Chapitre 3 – Campagne expérimentale Introduction, contexte et objectifs.............................................................................................................. 51 I. Le dispositif expérimental ................................................................................................................... 52 I.1- Le Prima 100...................................................................................................................................... 52 I.1.1 - Description des pièces de l’appareil.......................................................................................... 52 I.1.2 - Comment choisir la plaque de chargement .............................................................................. 55 I.1.3 - Vérification de la calibration ..................................................................................................... 56 I.1.4 - Instructions d’utilisation............................................................................................................ 56 I.2- Le support d’essai.............................................................................................................................. 58 I.3 – Le capteur de contrainte ................................................................................................................. 61 I.3.1 - Principe de fonctionnement des capteurs à fibre optique ....................................................... 61 I.3.2 - Choix de notre capteur.............................................................................................................. 64 II. Le déroulement des essais - Étude de l’uniformité de la distribution de contrainte sous la plaque.. 65 II.1 - Principe général de la campagne d’essais....................................................................................... 65 II.2 – Description des différents cas de figure selon les premiers résultats............................................ 67 5
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III. Résultats et Analyse ........................................................................................................................ 68 III.1 – Résultats des essais au LWD sur une plaque de UHMW ............................................................... 68 III.1.1 – Répartition de contraintes – Plaque de 300mm – Position Haute......................................... 69 III.1.2 – Répartition de contraintes – Plaque de 300mm – Position Basse ......................................... 70 III.1.3 – Répartition de contraintes – Plaque de 100mm – Position Haute......................................... 71 III.1.4 – Répartition de contraintes – Plaque de 100mm – Position Basse ......................................... 72 III.1.5 – Tableau récapitulatif des résultats ......................................................................................... 73 III.2 – Analyse et discussion..................................................................................................................... 74 III.2.1 – Caractéristiques des répartitions de contraintes ................................................................... 74 III.2.2 – Uniformité et variabilité des résultats.................................................................................... 75 III.2.3 – Coefficients de correction ...................................................................................................... 75
Chapitre 4 - Conclusion Bibliographie................................................................................................................................................ 78 Annexe 78
Chapitre 1 - Table des illustrations Figure 1 : Schéma descriptif d’un LWD ....................................................................................................... 11 Figure 2: Schématisation du bulbe de contraintes significatives (d’après Lambert. 2007) ........................ 14 Figure 3 : Cheminement Contrainte-Déformation dans un matériau granulaire (d’après Dawson 2001) . 15 Figure 4: Corrélation entre MFWDet ELWD, comparaison entre Nazzal (2003) et Flemming et col (2000), (d’après Nazzal. 2003) ................................................................................................................................. 18 Figure 5 : Tableau comparatif entre LWD et d’autres dispositifs de mesures suivant différents critères caractéristiques (d’après Lambert 2007) .................................................................................................... 21 Figure 6 : Courbes de déflexion, fournies par le LWD, d’une couche de sable suivant une augmentation de l’effort compactif (d’après Fleming. 2006)............................................................................................. 24 Figure 7 : Notation en coordonnées polaires utilisées dans les équations de Boussinesq......................... 25 Figure 8 : Tableau des facteurs de correction en fonction du type de distribution de contrainte............. 27 Figure 9 : Graphique comparatif de la déflexion en fonction de la qualité du contact (d’après Fleming 2006). ........................................................................................................................................................... 28
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Figure 10 : Effet d’impacts répétés au LWD sur une couche de sable: zone de déformation permanente et zone de perturbations sous le pied du géophone (d’après Fleming. 2006)................................................ 29 Figure 11 : Tableau d’effets de la température du tampon de caoutchouc sur les résultats fournis par le LWD (d’après Fleming et col. 2006) ............................................................................................................ 31 Figure 12 : Graphique de répartition des contraintes et de l’accélération dans le temps, suivant la profondeur (d’après Fleming. 2000) ........................................................................................................... 33 Figure 13 : déphasage entre le pic de chargement et le pic de déflexion (d’après Flemming 2006) ......... 34 Chapitre 2 - Table des illustrations Figure 14 : Répartition des contraintes en fonction du module du matériau (d’après Ullidtz 1998)......... 37 Figure 15 : Schématisation de la transmission de la charge lors d'un essai au LWD .................................. 38 Figure 16 : Application de la charge sous Géostudio .................................................................................. 38 Figure 17 : Conditions limites sous Géostudio ............................................................................................ 39 Figure 18 : Nœuds étudiés - Interface Plaque de chargement / Matériau ................................................. 40 Figure 19 : Répartitions de contrainte pour des matériaux granulaires de modules compris entre 10 et 550 MPa - Modélisation sous Géostudio .................................................................................................... 42 Figure 20 : Tableau comparatif des résultats obtenus sous Géostudio ...................................................... 42 Figure 21 : Evolution des contraintes en bordure et au centre de plaque sous Géostudio........................ 43 Figure 22 : Tableau comparatif des coefficients de correction................................................................... 44 Figure 23 : Validation du Modèle - Modélisation sous WinJuléa................................................................ 45 Figure 24 : Validation du Modèle - Modélisation sous Géostudio .............................................................. 46 Figure 25 : Evolution des contraintes suivant la profondeur - WinJuléa VS Géostudio.............................. 47 Figure 26 : Modélisation d’un essai en laboratoire au Prima sur une plaque de UHMW sous Géostudio. 49 Figure 27 : Tableau récapitulatif des résultats de la modélisation des essais sur une plaque de UHMW sous Géostudio ............................................................................................................................................ 49 Chapitre 3 - Table des illustrations Figure 28 : Pièces et accessoires du Prima 100, développés et commercialisés par Carl Bro .................... 55 Figure 29 : Schématisation du support d'essai – Dimensions de la plaque en UHMW .............................. 59 Figure 30 : Schéma de principe d’un transducteur de contrainte à fibre optique (d’après Opsens®). ...... 62 Figure 31: Schéma de principe du Prosens (d’après Opsens®). .................................................................. 63 Figure 32 : Détermination des microdéformations attendues lors des essais sur la plaque de UHMW .... 64 Figure 33: Morphologie du Prima 100 ........................................................................................................ 65 Figure 34 : Repérage de la plaque et du LWD - déplacement du Prima 100 suivant l’axe A – A’ ............... 66 Figure 35 : Repérage de la plaque et du LWD - déplacement du Prima 100 suivant l’axe B – B’ ............... 66 Figure 36 : Représentation des différentes orientations testées – 2ndcas de figure.................................. 67 Figure 37 : Illustration de la campagne expérimentale réalisée en laboratoire ......................................... 68 Figure 38 : Tableau récapitulatif des résultats expérimentaux et modélisés ............................................. 73
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Figure 39 : Représentation des effets de bord pour la plaque de 100mm de diamètre ............................ 74 Figure 40 : Illustration de la régularité de la symétrie et de la convexité................................................... 74
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