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De plus en plus utilisés car c'est un domaine d'inovations tant du point de vue chimique
que
pour l'usage de propriétés mécaniques nouvelles. |
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Le tricotage chaîne ou “warp
knitting”
Une
technologie utilisée permet d’obtenir des caractéristiques techniques de haut
niveau sur les produits géotextiles, en particulier pour la résistance des matériaux
et leur comportement dans le sol.
Cette
technologie appelée « warp knitting » ou « tricotage chaîne »
autorise
l’insertion et le liage de fils droits en chaîne (dans la longueur, le sens de sortie du
textile ou sens production) et en trame (dans la largeur du métier ou du textile)
conférant au produit un usage bloqué dans les deux directions. On utilise pour
cette technologie des métiers « chaîne » ou des métiers « Rachel ».
Chaînette :
On observe ici la fabrication d’une chaînette. Le fil alimente toujours
la même
aiguille. Sur le métier, il y donc autant de fils et d’aiguilles que nécessaire pour
réaliser une largeur complète de textile (5,30 m par exemple) avec un
espacement des aiguilles choisi. Le textile final tel qu’il est ici n’a pas de
structure car il n’y a pas de liage en sens trame.
Trame partielle :
Dans ce cas, une barre à passette fournit du fil sur des aiguilles différentes
par un mouvement de translation sur la largeur. Les chaînettes sont liées
entre elles et confèrent au textile un premier niveau de blocage.
Chaînes
et trames rectilignes :
En sélectionnant le travail de certaines aiguille et en utilisant un « trameur »,
il
est possible d’insérer des chaînes et trames parfaitement rectilignes. On
assure un niveau de blocage supplémentaire et la maîtrise de la résistance
mécanique des produits.
La
combinaison de ces procédés est possible pour maîtriser les paramètres
d’extension et de blocage du textile. Ceci marque la différence entre cette
technologie et le tissage qui résulte d’un entrecroisement plus ou moins
complexe de chaînes et de trames.
Le
tissage
Les
non tissés
En
effet, on peut grâce au « warp knitting » bénéficier immédiatement
de 100%
des caractéristiques des fils techniques utilisés sur les métiers. En fonction des
qualités de fil, on obtient des caractéristiques mécaniques exceptionnelles ainsi
qu’une certaine « raideur » qui facilite avantageusement une stabilité
dimensionnelle, une haute résistance en traction, un haut module d’élasticité,
un
excellent coefficient de frottement entre le sol et le géotextile, etc… |
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Des complexes multimatières, multicouches,
multifonctions…
Les
technologies de liage ouvrent un champ d’action sans limite car en plus de la
linéarité des fils techniques, elle permet d’associer entre elles différentes
matières, ceci :
On
obtient des produits multifonctions aux propriétés intéressantes
(renforcement + séparation, instrumentation pour mesures, passages de câbles,
etc...)
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Produits certifiés
Les produits les plus couramment commercialisés sont certifiés
par
l’ASQUAL par l’intermédiaire de laboratoires accrédités. Ceci permet une
fiabilité des valeurs annoncées et un agrément rapide des produits par les
maîtrises d’ouvrages.
Marquage
L’ASQUAL assure aussi le marquage CE des produits. Ce marquage
obligatoire pour chaque produit commercialisé en Europe assure un niveau
minimal de sécurité pour la mise sur le marché.
Organisations professionnelles et scientifiques
Le milieu industriel, commercial et scientifique est lié par plusieurs
organisations professionnelles, au niveau français et international. De
nombreux congrès montrent le dynamisme de la profession.
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Norme
référence : NF EN ISO 9864
On
pèse à l’aide d’une balance de précision un échantillon de 100 cm²
de
géotextile.
L’échantillon
doit être représentatif du matériau. Les éprouvettes sont donc
découpées avec un emporte pièce assez loin des « bordures de métier à
tricoter »
ou des « lisières du tissu » qui peuvent donner lieu à des variations
de masse.
On
en déduit facilement la masse surfacique du produit en g/m². La masse
surfacique des géotextiles est importante car elle définit les quantités de matière
mises en jeu dans les renforcements ainsi que les masses probables des
rouleaux à mettre en œuvre.
Norme
référence : NF EN ISO 9863-1
On
dispose d’un appareil de mesure muni d’un pied presseur et instrumenté à
l’aide d’un comparateur. On charge le pied avec une masse qui permet
d’appliquer une pression de 2 kPa sur le géotextile.
Le
comparateur donne la distance entre le plateau inférieur sur lequel repose le
géotextile et la surface du pied presseur qui applique la pression sur le géotextile.
La
valeur indiquée par le comparateur nous donne l’épaisseur du géotextile en
mm.
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Norme
référence : NF EN ISO 10319
On
utilise une machine de traction a vitesse de déformation constante équipée
d’un logiciel spécialisé. On place entre les mâchoires de la machine des
éprouvettes de 200 mm de large et 100 mm de long, pincées à un effort connu.
L’essai s’arrête lorsqu’il y a rupture en traction de l’éprouvette.
Cet
essai est très important car il permet de caractériser les capacités
mécaniques du géotextile qui sont essentielles dans les applications de
renforcement.
On
obtient la courbe des efforts en kN, en fonction de la déformation ainsi que
l’effort et la déformation en traction à la rupture. La courbe peut servir à calculer
le module élastique sécant en kN/m.
Norme
référence : prEN ISO 12957
On
fait un essai à la boîte de cisaillement encore appelée boîte de Casagrande.
Les
sols sont compactés dans les parties inférieures et supérieures de la boîte.
Le géotextile est installé dans le plan préférentiel de cisaillement.
Cet
essai permet de caractériser l’angle de frottement φ en degré
entre un sol
donné et le géotextile. Cette valeur est importante pour déterminer les ancrages
des nappes de géotextile et les efforts de traction mobilisables par frottement
dans les nappes. On peut aussi exprimer le résultat sous forme d’un ratio :
On
utilise généralement 3 types de sols pour pouvoir caractériser l’interaction sol-
geotextile : un sable, une gravette, une argile.
Norme
référence : NF EN ISO 12236
Une éprouvette de géotextile est coincée entre deux anneaux en acier. On vient
appliquer perpendiculairement un poinçon entre ces deux anneaux. Cet essai
permet de simuler l’endommagement du géotextile par poinçonnement des
grains de sols.
On
peut obtenir la courbe force en kN – enfoncement en mm, ainsi que la
résistance au poinçonnement en kN et l’enfoncement de poinçonnement en mm.
Norme
référence : NF EN ISO 918
Une éprouvette de géotextile est coincée entre deux anneaux en acier. Un cône
normalisé en acier est lâché en chute libre d’une hauteur de 500 mm, guidé
vers
le centre de l’éprouvette. Cet essai permet de simuler l’endommagement du
géotextile lors du passage de charges roulantes par exemple.
Le
cône étant gradué, il est possible de connaître le degré de pénétration
par
simple lecture. Il s’agit du diamètre en mm du trou formé par la pointe une fois
l’essai terminé.
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Norme
référence : NF EN ISO 11058
La
mesure du coefficient de perméabilité des géotextiles se fait à l’aide d’un
perméamètre. Le principe est de relier le débit q qui traverse un échantillon de
géotextile avec la charge hydraulique sous laquelle se produit l’écoulement.
On
obtient le coefficient de perméabilité exprimé en m/s. Ce coefficient est
essentiel dans toutes les applications de filtration, notamment dans le cadre de
l’utilisation des géotextiles pour les ISD (Installations de Stockage des Déchets).
L’épaisseur du géotextile et le niveau de contrainte normale sur l’éprouvette
sont
des facteurs déterminant dans cet essai.
Norme
référence : NF EN ISO 12956
On
fait circuler un débit d’eau définit à travers le géotextile en présence
d’un
matériau granulaire. Le matériau granulaire contient assez d’éléments passants
à chaque tamis pour être représentatif. Le tout est placé sur une table vibrante.
On
recueille en sortie l’eau qui a circulé à travers le lit de sol + géotextile.
L’ouverture
de filtration est la taille en µm du plus gros grain de sol capable de
traverser le géotextile. Il suffit de tamiser les grains qui sont arrivés à percoler
jusqu’au récipient final pour connaître cette valeur.
C’est
un résultat important car certains géotextiles ont pour vocation la
séparation entre les couches de sols en laissant l’eau circuler, voire même la
filtration de particules. On connaît ainsi leur limite en filtration.
Norme
référence : NF EN ISO 12958
L’essai
est réalisé à l’aide d’une cellule de mesure conforme à la norme citée
ci-
dessus. L'alimentation en eau se fait à température constante et aux gradients
hydrauliques souhaités.
L'appareillage
permet la mesure sous contrainte de compression de la capacité
de débit dans le plan en m²/s de tous les produits géosynthétiques. Le débit
dans
le plan est influencé par de multiples facteurs dans le sol, notamment
l’imbrication des grains et le colmatage éventuel entre les mailles du géotextile.
La capacité de débit dans le plan doit être interprétée avec prudence.
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Les
géotextiles peuvent assurer des fonctions mécaniques et hydrauliques :
-
Renforcement
- Protection
- Filtration / Séparation
AVANTAGES DES GEOTEXTILES
C’est une solution économique, fiable, permettant les travaux dans
des
accès difficiles et respectant les contraintes environnementales des
constructions modernes.
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Fonction mécanique de renforcement
Les
sols sont composés de particules organiques ou minérales. Ils sont qualifiés
de fins ou grenus suivant le diamètre de leurs particules. Ainsi, ils sont plus ou
moins cohérents, mais disposent de très peu voire aucune résistance en traction
suivant leur nature. Ainsi, leur stabilité ne peut être assurée dans un massif que
par leur poids propre et leur résistance au cisaillement.
Les
géotextiles ancrés dans le massif par frottement travaillent en traction. Ce
sont des armatures qui reprennent les efforts de poussée des terres et
surcharges. |
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Fonction de séparation
Le
géotextile permet d’éviter la circulation des fines particules vers une couche
supérieure grenue, tout en laissant passer l’eau.
Ainsi
il est ainsi possible :
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Avant travaux
Agrément
des géotextiles
L’agrément
se prononce par comparaison entre les caractéristiques spécifiées
dans les documents contractuels du marché, sur la base des recommandations
du C.F.G. et les fiches produits proposées par les constructeurs de géotextiles.
Préparation
de chantier
La
construction est organisée comme un chantier de terrassement classique et
dépend donc des possibilités d’approvisionnement, de mise en œuvre, et de
compactage.
A
la réception des géotextiles
Le
contrôle des géotextiles est nécessaire pour s’assurer qu’il n’y a
pas eu
d’erreur lors de la fourniture ou sur les valeurs caractéristiques annoncées.
Pour
un contrôle minimum, il convient de vérifier l’étiquetage, le marquage CE et
s’il y a lieu l’étiquette de certification qualité. On pourra alors procéder à deux
vérifications simples et rapides pour recoupement avec les valeurs annoncées
qui sont :
Ensuite,
un contrôle des caractéristiques est nécessaire. La vérification est
d’autant plus poussée que le rôle du géotextile dans l’ouvrage suivant sa
nature
est important. Dans les « recommandations pour l’emploi des géotextiles dans le
renforcement des ouvrages en terre », on trouve des tableaux permettant
d’expliciter le degré d’importance du géotextile dans l’ouvrage ainsi que
les
essais à réaliser dans chaque cas avec leur fréquence. Il est à noter que
l’utilisation de géotextiles certifiés* allège considérablement ces contrôles.
Une
fiche de prélèvement type pour essai est aussi disponible dans les
documents du CFG.
Stockage et manutention
De
manière générale, il ne doit pas compromettre les possibilités de mise en
oeuvre (gel, imbibition...) ni leurs caractéristiques (U.V., dégradations...).
Pour
cela, il est notamment nécessaire de stocker le géotextile sur palettes (hors
d’eau) à l’abri des U.V. dans une enveloppe opaque du fait de la dégradation de
certains polymères soumis à cette sollicitation. Lorsque le produit peut-être utilisé
comme filtre, il convient aussi d’empêcher son colmatage.
Bon
nombre de produits livrés sont de dimensions et poids variables. Leur
déplacement peut en conséquence être manuel ou nécessiter des engins de
levage et de transport. Pourtant, les rouleaux comportent toujours un mandrin qui
permet l’utilisation des engins simples de manutention disponibles sur tout
chantier.
Pose
des géotextiles
Elle
s’effectue sur plate-formes compactées et nivelées, sans éléments saillant
susceptibles d’endommager les nappes de géotextiles.
L’étalement
est réalisé par déroulement manuel ou avec un engin de chantier des
rouleaux, avec découpage des nappes aux longueurs appropriées.
Dans
le cas d’une sollicitation considérée comme unidirectionnelle des nappes,
le raccordement dans le sens opposé au sens de travail en traction peu se faire :
Le
raccordement des nappes influence le sens de remblaiement futur comme on
peu le voir sur ce schéma :
Mise
en pré-tension des nappes
Cette
opération simple peut-être réalisée par 2 ou 3 ouvriers qui progressent petit
à petit de la manière suivante :
Réglage
et compactage des couches de sol
Il
convient de respecter les règles éditées dans les fascicules de
recommandation n°2 et 3 : Recommandations pour les Terrassements Routiers
du SETRA ou de créer une planche d’essai de compactage dans le cas ou
celles-ci ne suffiraient pas.
Par
exemple pour un remblai routier courant, l’obtention de 95% de l’Optimum
Proctor lors des terrassements est nécessaire. C’est l’adéquation matériau-
compacteur- épaisseur de réglage qui est à résoudre pour cela tout en
respectant l’espacement des nappes nécessaire à l’équilibre du massif de
sol*.
L’obtention
d’une épaisseur de réglage égale à l’espacement entre les nappes
est intéressante pour le chantier mais pas toujours réalisable. On se placera
alors pour l’épaisseur de compactage vers une valeur sous-multiple de
l’espacement entre les nappes de géotextiles, soit en ajustant les paramètres de
compactage, soit en ajustant les espacements entre les nappes en vérifiant la
stabilité générale du remblai.
Exécution
des talus
Ceci
concerne les talus dont la pente n’est pas supérieure à l’angle de talus
naturel et tan β reste
< 1/1. La principale information est qu’il n’est pas
nécessaire de prévoir un dispositif
de soutènement pour mettre en œuvre les
différentes couches de remblai.
Plusieurs
autres conditions s’appliquent aussi :
-
Si tan β ≈
1 et que le talus doit être végétalisé,
il est nécessaire de prévoir
dispositif spécial le long de la pente. Pour cela, on utilise souvent un
géotextile de parement. Ce géotextile peut servir de support à la terre
végétale ou directement de support pour les graines nécessaire à
l’engazonnement*.
Ceci
concerne les talus dont la pente est supérieure à 1/1. Dans ce cas, il est
nécessaire de prévoir un dispositif de soutènement pour la construction du talus.
Plusieurs
types de coffrage sont envisageables comme :
-
Un coffrage perdu au fur et à
l’avancement du remblai de type : merlons de
matériau sol, des panneaux en L préfabriqués en béton, des gabions,
panneaux préfabriqués avec dispositif d’ancrage des géotextiles, etc…
- Un coffrage amovible général de type : chaise coffrante réglable,
treillis soudé
plié à l’inclinaison de la pente, etc…
- Un coffrage perdu général servant de parement : mur en béton
toute hauteur,
panneaux préfabriqués bois glissés entre poteaux, blocs en béton, etc…
Les
solutions sont à adapter suivant la hauteur du mur pour assurer la stabilité de
l’ouvrage. Quelques schémas sont observables ci-dessous.
Encore
une fois, les géotextiles travaillant en tant qu’armatures, leur
dégradation
éventuelle serait très préjudiciable pour la pérennité de l’ouvrage.
Il convient donc
d’assurer une protection minimale de toutes les nappes visibles des ouvrages
renforcés par géotextiles.
Les
exigences concernent essentiellement :
-
le rayonnement solaire
- la protection mécanique (vandalisme, poinçonnement par chute de pierres…)
- l’esthétisme du parement
Voici
quelques exemples de protections couramment employées sur ces
ouvrages :
Il
est bien sûr intéressant de recouper ces informations avec celles du
paragraphe précédent. |
|
Durabilité physico-chimique
Le
vieillissement physico-chimique des géotextiles est un domaine complexe
particulièrement abordé dans les thèmes de recherche actuels.
Deux
paramètres essentiels influencent ce vieillissement qui sont :
Etant
données les possibilités de réemploi des sols en place avec les géotextiles
de renforcement, les combinaisons entre les sols et les géotextiles sont
pratiquement aussi variées que les couches superficielles de sols dans leur état
naturel.
Pourtant
il existe une grande stabilité physico-chimique de la plupart des
polymères utilisés, principalement le polyester et le polypropylène. De plus, les
conditions de sol une fois l’ouvrage terminé ne donnent que rarement des
ambiances très défavorables en températures, pH, association air et humidité
(oxydation), rayonnements solaires, etc…Toute ambiance particulière doit être
analysée avant travaux et donner lieu à une étude du comportement des
géotextiles dans le cas ou elle pourrait être préjudiciable.
A
l’heure actuelle, l’application principale qui pourrait donner lieu à dégradation
est
la réalisation d’un ouvrage en milieu alcalin par exemple des géotextiles en
contacts avec du béton ou les géotextiles utilisés avec des sols traités à
la chaux
ou dolomitiques. Dans certaines conditions de pH, le géotextile polyester est
soumis à une forte réaction d’hydrolyse qui peut faire chuter ses propriétés
mécaniques. Les derniers résultats d’études sont présentés dans ce paragraphe.
La
notion de durabilité d’un produit ou d’un ouvrage peut être définie de la
manière
suivante : « durée d’usage au cours de laquelle il devient inapte à sa
fonction ».
L’analyse
du vieillissement consiste donc à déterminer la courbe de durée de vie
d’un produit qui caractérise la diminution d’une de ses fonctions essentielles au
cours du temps. Cette courbe permet de fixer les seuils limites à ne pas
dépasser.
Pour
cela les recherches actuelles s’organisent de la façon suivante :
L’état
des lieux est le suivant :
Elle
a pour but de caractériser les modifications
-
Morphologique
- Chimique
- Physico-chimique
- Mécanique
Les
essais se déroulent pour 2 valeurs de température 45°C et 75°C et 2 valeurs
de pH 9 et 11. A l’image de ce qui a été présenté pour le fluage, les conditions
simulent un vieillissement accéléré qui est ensuite interpréter avec la loi
d’Arrhenius pour donner des prédictions de durabilité en résistance.
Après
un an d’essai, les conclusions sont les suivantes en terme de résistance à
la rupture :
Tous
les résultats de cette étude ne sont pas connus mais elle pourra servir de
base à la rédaction de la norme NF XPG 38064 sur les coefficients partiels de
sécurités*. En observant ces premiers résultats, on peut avancer l’hypothèse
que
pour assurer 100 ans de fiabilité physico-chimique, il conviendra de prendre à pH
9 une marge de sécurité de 25% et à pH 11, une marge de sécurité de 40%.
Le
béton frais engendre un pH alcalin supérieur à 12. Cette situation est
préjudiciable pour le géotextile polyester car la réaction d’hydrolyse est rapide
dans ce cas. Il faut éviter tout contact pour préserver l’intégralité des
propriétés
physico-chimiques du géotextile polyester et sa durabilité.
Dans
la plupart des cas, les géosynthétiques utilisés pour la réalisation de murs
de soutènement sont utilisés avec un procédé utilisant des blocs de béton sec,
manu- portable et emboîtables. Les géotextiles sont donc en contact d’une peau
de béton, dans des conditions d’humidité variables.
Dans
ce dernier cas, il n’y a généralement pas de problème de dégradation des
géotextiles car pas de pH > 10. Le maximum peut être de 9 à 9,5 en surface des
blocs de béton lors de la carbonatation du béton. Ce phénomène nécessite la
présence d’humidité et d’air (CO2) à proximité. Il est donc limité
dans les sols et
n’intervient que lorsque l’humidité est présente. Pour appuyer la très lente
évolution de la réaction d’hydrolyse, Texinov à fait réaliser le test suivant.
Conditions
des tests
Eprouvettes :
16 cm * 10 cm entourées d’un géotextile polyester sur 1 tour et ½.
Le contact se fait ainsi pour avoir une épaisseur de géotextile en contact sur
toute la surface et deux épaisseurs sur ¼ de la surface.
Ambiance :
sans lumière, 20 à 22°C, 50% d’humidité relative.
Test
milieu humide : Les éprouvettes sont humidifiées toutes les quatre heures à
l’éponge, volume d’eau de 0,250 litre, soit 4 fois dans la journée à 7 h,
11 h, 15 h,
19 h.
Test
en immersion : Les éprouvettes sont en permanence dans l’eau du réseau
pH 7,8, dureté 16°F, température 20°C et sorties uniquement pour effectuer les
tests.
Evolution
du pH en milieu humide
|
Durée
|
pH
|
|
Départ
|
8,2
|
|
2 semaines
|
8,2
|
|
4 semaines
|
8,3
|
|
6 semaines
|
8,3
|
|
10 semaines
|
8,3
|
Evolution
du pH en immersion
|
Durée
|
pH
|
|
2 semaines
|
7,8
|
|
4 semaines
|
7,84
|
|
6 semaines
|
7,88
|
|
10 semaines
|
7,88
|
pas d’évolution notable du pH dans ces deux cas.
Ces études de durabilité physico-chimique montrent que les connaissances
dans ce domaine progressent efficacement. On peut dire que l’analyse de la
nature des sols qui vont être en contact avec le géotextile est essentielle avant
tous travaux.
Les
géotextiles polyester sont utilisables sans risques dans une plage de pH
variant de 4 à 9. Cette plage de variation représente la plupart des conditions
classiques de sol pour les ouvrages de renforcement.
Pour
les applications particulières notamment en présence d’un pH alcalin, des
tests fiables de durabilités sont en cours pour définir les conditions raisonnables
d’application.
La
norme NF XPG 38064 en cours d’élaboration prend en compte toutes ces
conditions pour définir les coefficients de sécurités applicables à chaque cas
d’utilisation.
On
peut conclure qu’en cas de doute persistant du client sur la sécurité de son
projet vis à vis de l’environnement physico-chimique, il est tout à fait possible
d’utiliser un géotextile en polypropylène. Ce polymère a une excellente stabilité
chimique et peut être sans danger utilisé pour un chantier même en présence de
pH extrêmes.
|
|
Durabilité mécanique
En
premier lieu, il convient d’assurer toutes les conditions de stockage et de
mise en œuvre préconisées dans le chapitre précédent. En effet, la longévité
d’un ouvrage ne peut être envisagée que si les propriétés des matériaux
qui le
constituent sont conservées et fiables au moment de sa réalisation.
La
valeur nominale de résistance en traction annoncée doit aussi être fiable. Elle
constitue le premier gage de durabilité des produits géotextiles. Pour chaque
géotextile, 5 essais sont prévus par la réglementation, la moyenne des tensions
ultimes trouvées pour ces 5 essais devant être supérieure à la valeur annoncée,
conformément aux exigences de la certification ASQUAL.
Exemple
de test
A
titre d’exemple voici, les tests effectués sur un des produits standard
TEXINOV, le NOTEX GX 07, qui est censé avoir une résistance dans le sens
production de 150 kN par mètre. Les courbes obtenues sur les 5 essais + la
courbe moyenne sont les suivantes :
L’observation
de ces résultats montre bien que la moyenne des essais se trouve
au- dessus de la valeur annoncée de 150 kN, de plus, on constate que toutes les
courbes sont très proches les unes des autres, la plage des valeurs va de 148
kN à 153 kN, ce qui correspond à une plage relative (PRV) à 96,6%, supérieure à
la PRV à 95% prévu par la norme ASQUAL. Ceci montre l’excellente répétitivité
de l’essai, et donc la qualité de fabrication des géotextiles Texinov.
Mise
en évidence de la très bonne corrélation entre la résistance du fil et celle du
géotextile
La
technologie de production particulière Texinov permet aux produits de
conserver la quasi-totalité de la résistance des fils qui les constituent. Elle assure
aussi la répartition de l’effort de traction de manière égale pour tous les câblés
de
fil . Ainsi lorsque le géotextile est sollicité en traction, il est efficace dès le début
de la sollicitation. C’est un net avantage par rapport à des produits concurrents
plus classiques qui passent d’abord par une phase pré-tension, pendant laquelle
les fils se tendent au sein du géotextile, avant de pouvoir donner la pleine mesure
de leur résistance.
Pour
montrer cette corrélation entre fils et géotextile, des essais de traction
effectués individuellement sur le type de câblé qui constitue le géotextile GX 07
sont présentés sur les courbes suivantes :
D’après
les courbes obtenues, on observe des fils d’une résistance d’environ 650
N. Sachant qu’il y a 6 fils sur un pouce de largeur, on a donc environ 236,22 fils
sur un mètre, donc une résistance de 236,22*650= 153543 N ce qui équivaut à
153 kN par mètre. Si l’on compare à la valeur de 150 kN annoncée et mesurée
pour ce géotextile, l’erreur spécifique est de 2%, donc négligeable. La quasi-
totalité de la résistance des fils se retrouve donc bien dans le géotextile.
L’ensemble
des processus permettant d’obtenir ces résultats a permis
l’obtention de la certification ASQUAL.
Modules
sécants
Dans
un calcul prenant en compte la compatibilité des déformations, il est
nécessaire de définir le module du géotextile. On utilise alors les modules
sécants car la courbe non linéaire ne permet pas l’obtention d’un seul module.
La
formule du module sécant J se définit comme suit :
Le
tableau ci-dessous indique d’une part des valeurs de résistance pour
différentes élongations, et d’autre part des valeurs de modules sécants pour
également différentes élongations, dans le sens de la longueur.
|
|
RESISTANCE A
DIFFERENTES
ELONGATIONS
KN/m
Sens longueur
|
MODULE J
SECANT (KN/m)
Sens longueur
|
|
|
3%
|
5%
|
10%
|
3%
|
5%
|
10%
|
|
GX 04
50/50
|
12
|
20
|
45
|
400
|
400
|
450
|
|
GX 06
100/50
|
24
|
38
|
88
|
800
|
760
|
880
|
|
GX 07
150/50
|
31
|
50
|
115
|
1000
|
1000
|
1150
|
|
GX 01
200/50
|
50
|
80
|
180
|
1660
|
1600
|
1800
|
Le
fluage des géosynthétiques est un sujet très abordé dans les thèmes de
recherche actuels. C’est un des points clés de la durabilité des ces matériaux à
base de polymères.
Le
fluage se traduit par l’augmentation avec le temps des déformations d’une
éprouvette de matériau soumise à une contrainte constante.
La
courbe de fluage typique d’un géotextile se présente comme sur la figure ci-
dessous :
On
distingue 3 types de comportement du matériau au cours du temps :
Le
second palier est un point clé du dimensionnement au fluage qui varie en
fonction de la nature chimique du géotextile, du degré de polymérisation du
polymère utilisé, etc…
Approche
analytique
La
déformation de fluage peut être associée à un modèle rhéologique de type
visco- élastique tel un amortisseur de suspension de voiture soit l’association
d’un comportement élastique
avec
un comportement visqueux (linéaire ou non)
pour
donner un modèle visco-élastique de type
Ce
dernier modèle est particulièrement intéressant car il décrit bien les trois
étapes du fluage tel qu’indiqué sur la courbe ci-dessus, la première réponse
quasi-élastique modélisée par un ressort, la seconde phase visco-élastique de
fluage sur la durée (modèle en parallèle de Kelvin-Voigt) et la dernière phase
d’écoulement visqueux avant la rupture.
La
détermination de la loi de fluage passe part le choix des bonnes conditions à
la limite et les associations en série et en parallèle des modèles de base pour
donner la relation finale avec le modèle de Burger :
Approche
expérimentale
La
norme concernant le test de fluage est la NF EN ISO 13341.
Le
principe de l’essai est simple. Il se déroule sous atmosphère normalisée sur
des éprouvettes de géotextiles de dimensions 200 mm * 50 mm. On doit veiller
lors de la découpe des éprouvettes à conserver en proportion adéquate les
câblés de fils nécessaires pour reprendre l’effort de traction dans les même
conditions que la résistance par mètre donnée par les fabricants. La charge qui
peut être appliquée sous la forme d’un poids ou d’un système de leviers est
maintenue pendant 1000 heures pour l’essai de référence mais cette durée peut
être étendue. Cette charge correspond à un pourcentage de la limite de rupture
en traction du géotextile. 4 valeurs sont choisies par le producteur entre les
pourcentages : 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60. Les durées prévues entre les mesures,
les appareils nécessaires et le principe de la mesure sont détaillés dans la
norme. Les résultats essentiels à fournir sont ceux du tableau suivant :
|
Détermination
du comportement au fluage en traction
|
|
(EN ISO 13431)
|
|
|
|
|
|
Niveau de charge (1)
|
e
100h (%)
|
e
1000h (%)
|
trupture (2)
|
|
|
(%)
|
|
|
|
|
|
(%)
|
|
|
|
|
|
(%)
|
|
|
|
|
|
(%)
|
|
|
|
|
|
(1) les quatre niveaux de charge doivent être choisis
parmi ceux définis dans la norme EN
ISO 13431
|
|
|
(2) temps de rupture si celle-ci
se produit avant la fin de l'essai
|
|
Ce
protocole est normalisé mais il n’existe pas de norme sur l’interprétation des
résultats et le dimensionnement au fluage. La NF XP G 38064 est en cours pour
permettre de définir le coefficient de sécurité nécessaire au dimensionnement
sécuritaire d’un ouvrage renforcé par géotextiles. Elle compte s’appuyer
sur les
résultats des tests de fluage.
Les
modèles présentés dans l’approche analytique sont à la base de
l’interprétation des courbes. L’équation de modélisation des courbes n’est
pas
forcément celle de Burger, elle peut-être plus simple, bien souvent, elle est de la
forme :
Déformation
totale = déformation initiale + constante en fonction du temps par
exemple :
équation
linéaire
La
linéarité ne s’applique pas à tous les matériaux d’autres modélisations
ont été
expérimentées comme par exemple :
loi
exponentielle
L’autre
manière d’aborder l’interprétation des tests pour le dimensionnement est
de travailler avec la décroissance de l’effort mobilisable au cours du temps. Cette
solution intéresse particulièrement les concepteurs qui analysent aussi bien les
états limites de déformation que les états limites de résistance des ouvrages.
La
courbe souhaitée se présente de la manière suivante :
L’échelle
logarithmique est nécessaire pour regrouper sur le même graphe de
manière précise des points de mesure allant de quelques heures à une centaine
d’années, durée de vie préconisée pour les ouvrages de génie civil de
nos jours.
Approche
expérimentale : le vieillissement accéléré
Pour
pouvoir prédire des durées de vie d’une telle ampleur, il faudrait avoir les
résultats de tests de fluage pendant des durées équivalentes. Il n’est pas
envisageable d’attendre 100 années et pour bénéficier au plus tôt de ces
informations, des tests de vieillissement accéléré sont en cours.
Le
comportement visco-élastique des polymères présenté ci-dessus est
essentiel pour les méthodes de vieillissement accéléré. L’effet de la température
influence le comportement rhéologique du matériau et notamment un
accroissement de température accélère le comportement de fluage.
La
méthode référence actuellement utilisée est la méthode SIM (Stepped
Isothermal Method). Elle est basée sur la superposition des déformations temps-
température selon les principes de Boltzmann (1872) et Williams Landel et Ferry
(1955). L’éprouvette est soumise à une contrainte de fluage constante sous une
température de référence. L’augmentation pallier par pallier de cette température
induit une succession de déformations supplémentaires mesurable. On fait
correspondre à chaque pallier de température un allongement de la durée du
chargement de fluage. L’interprétation de ces résultats à l’aide d’une
loi de type
Arrhenius permet de prédire durée de vie à long terme des géotextiles. Il existe
actuellement une bonne concordance entre le vieillissement accéléré et les
méthodes conventionnelles.
Test
de fluage en cours
|
Tps
(h)
|
20% of
tensile
strength
|
40% of
tensile
strength
|
60% of
tensile
strength
|
10% of
tensile
strength
|
30% of
tensile
strength
|
50% of
tensile
strength
|
60% of
tensile
strength
|
|
0,016
|
2,37
|
5,19
|
7,31
|
0,77
|
3,78
|
6,27
|
5,09
|
|
0,033
|
2,42
|
5,23
|
7,34
|
0,77
|
3,81
|
6,30
|
5,11
|
|
0,1
|
2,50
|
5,29
|
7,38
|
0,80
|
3,88
|
6,34
|
5,13
|
|
0,2
|
2,55
|
5,31
|
7,41
|
0,83
|
3,92
|
6,36
|
5,19
|
|
0,35
|
2,58
|
5,33
|
7,44
|
0,85
|
3,94
|
6,39
|
5,20
|
|
0,5
|
2,60
|
5,34
|
7,46
|
0,87
|
3,95
|
6,40
|
5,21
|
|
0,75
|
2,63
|
5,36
|
7,48
|
0,89
|
3,97
|
6,42
|
5,21
|
|
1
|
2,64
|
5,38
|
7,49
|
0,90
|
3,97
|
6,43
|
5,22
|
|
2,5
|
2,69
|
5,40
|
7,52
|
0,95
|
4,02
|
6,47
|
5,28
|
|
5
|
2,73
|
5,42
|
7,55
|
1,00
|
4,05
|
6,48
|
5,29
|
|
10
|
2,76
|
5,45
|
7,57
|
1,05
|
4,07
|
6,50
|
5,30
|
|
20
|
2,78
|
5,46
|
7,60
|
1,08
|
4,10
|
6,53
|
5,31
|
|
40
|
2,81
|
5,49
|
7,62
|
1,13
|
4,11
|
6,55
|
5,33
|
|
60
|
2,82
|
5,50
|
7,65
|
1,16
|
4,12
|
6,55
|
5,34
|
|
80
|
2,83
|
5,50
|
7,65
|
1,17
|
4,13
|
6,57
|
5,35
|
|
100
|
2,85
|
5,50
|
7,66
|
1,19
|
4,13
|
6,57
|
5,36
|
|
200
|
2,87
|
5,52
|
7,69
|
1,23
|
4,16
|
6,61
|
5,37
|
|
400
|
2,89
|
5,54
|
7,73
|
1,28
|
4,17
|
6,64
|
5,39
|
|
600
|
2,92
|
5,56
|
7,75
|
1,30
|
4,19
|
6,64
|
5,39
|
|
800
|
2,93
|
5,56
|
7,77
|
1,31
|
4,19
|
6,65
|
5,41
|
|
1000
|
2,93
|
5,57
|
7,78
|
1,32
|
4,20
|
6,67
|
5,41
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sol de fondation
Il
est nécessaire d’évaluer la stabilité externe de l’ouvrage et donc la qualité
du sol
sur lequel il va être fondé. Pour cela, on doit faire réaliser une étude géotechnique
classique à l’image des autres ouvrages en terre (sondages, géologie, études,
travaux antérieurs…).
Matériaux de remblai
L’un
des principaux intérêts des ouvrages renforcés par géotextiles est la
possibilité de réutiliser
en remblai les matériaux de déblai
dans la majeure
partie des cas en respectant les Recommandations pour les Terrassements
Routiers (RTR) du SETRA, LCPC.
Pour
cela, il convient de préciser les caractéristiques suivantes :
Ce
sont les paramètres permettant d’identifier la nature et l’état du matériau
sol
tels que la granulométrie, l’indice de plasticité, la teneur en eau, etc...
L’essai
Proctor Normal, donne la densité sèche maximale du sol. Pour les sols
fins humides, on détermine avec le même essai la densité à teneur en eau réelle.
Le poids volumique intervient pour connaître notamment la résistance au
cisaillement, le poids des terres ou le frottement sol-géotextile.
La
fourchette classique des pH des sols est 6<pH<9. Dans le cas de pH
différents, il faudra choisir un polymère adéquat pour limiter la dégradation du
géotextile.
Dans
le cas des matériaux non ou peu cohérents, on utilise les caractéristiques
à long terme c’ (cohésion) et φ’ (angle de frottement interne), aux densités sèche
de mise en œuvre et saturée. Pour les matériaux cohérents, on utilise cu et φu à
court terme à la densité sèche de mise en œuvre et à la teneur en eau la plus
défavorable prévisible sur chantier.
Elle
est à connaître dans le cas de matériaux fins suffisamment humides pouvant
générer des pressions interstitielles et des tassements de consolidation sous
l’effet du poids propre ou des surcharges du projet. On utilise alors la courbe
œdométrique du matériau.
Les
géotextiles
Les
géotextiles utilisés dans le renforcement sont des armatures qui
assurent la
stabilité des remblais. Leurs caractéristiques descriptives, mécaniques et
hydrauliques doivent être clairement identifiées. En outre, les caractéristiques
concernées par le marquage CE* des produits géotextiles sont obligatoires.
Certaines autres peuvent être demandées par la maîtrise d’œuvre pour des
applications particulières. Les paragraphes ci-dessous résument les principales
caractéristiques employées dans le cas des seuls renforcements.
|
Caractéristique
|
Unité
|
Norme
|
Marquage
CE
|
|
Masse surfacique
|
g/m²
|
NF EN 964-1
|
oui
|
|
Epaisseur
|
mm
|
NF EN ISO 9864
|
oui
|
|
Porosité
|
%
|
|
non
|
|
Caractéristique
|
Unité
|
Norme
|
Marquage
CE
|
|
Résistance ultime à la
traction
|
kN/m
|
NF EN ISO 10319
|
oui
|
|
Résistance à la
traction à 2% de
déformation
|
kN/m
|
NF EN ISO 10319
|
non
|
|
Résistance à la
traction à 3% de
déformation
|
kN/m
|
NF EN ISO 10319
|
non
|
|
Résistance à la
traction à 5% de
déformation
|
kN/m
|
NF EN ISO 10319
|
oui
|
|
Déformation à l’effort
de traction maximal
|
%
|
NF EN ISO 10319
|
oui
|
|
Frottement sol-
géotextile
|
|
pr EN ISO 12957-1
|
non
|
|
Module sécant
d’élongation
|
kN/m
|
NF EN ISO 10319
|
oui
|
|
Poinçonnement
statique CBR
|
kN
|
NF EN 12936
|
oui
|
|
Perforation
dynamique
|
mm
|
NF EN 918
|
oui
|
|
Poinçonnement
|
kN
|
NF G 38-019
|
NR
|
NR = Non Requis pour l’application unique de renforcement
D’autres tests peuvent aussi être envisagés ayant un impact sur
la mise en
œuvre telle que la résistance à la déchirure, la souplesse, le fluage. Ce
dernier est un paramètre activement étudié à l’heure actuelle et qui sera
intégré au marquage CE dès que possible. Il est toutefois envisageable de
prescrire des tests en se basant sur les normes : NF G 38125 et pr EN ISO
13431*.
|
Caractéristique
|
Unité
|
Norme
|
Marquage
CE
|
|
Perméabilité
|
m/s
|
NF EN ISO 11058
|
NR
|
|
Ouverture de
filtration
|
μm
|
NF EN ISO 12956
|
NR
|
|
Capacité de débit dans
leur plan
|
m²/s
|
NF EN ISO 12958
|
NR
|
NR = Non Requis pour l’application unique de renforcement
Ce
sont les paramètres de frottement et/ou d’adhérence entre le sol et le
géotextile qui permettent de mobiliser un effort de traction dans les nappes*.
La
procédure envisagée pour les déterminer est présentée dans la norme pr EN
ISO 12957-1. Il s’agit d’un essai de cisaillement direct modifié à la boîte
de
Casagrande**.
L’essai
permet de déterminer la cohésion et l’angle de frottement interne entre le
sol et le géotextile.
|
|
Stabilité externe d’un ouvrage
Les
remblais en terre renforcés par géotextiles sont classés dans la catégorie
des murs autostables, c’est à dire des ouvrages qui résistent à la poussée
des
terres sous leur propre poids. On considère le massif comme un bloc dont les
dimensions sont définies par la présence des armatures géotextiles qui peuvent
être de longueur variable.
La
vérification de la stabilité générale du massif doit s’effectuer conformément
au
fascicule 62-Titre V et au D.T.U. 13-12 sur les fondations superficielles.
Il
existe différentes méthodes pour vérifier chaque cas de stabilité qui sera
présenté ci-dessous (Meyerhof, contrainte aux ¾, à partir d’un essai
pressiométrique, etc…). La suite de ce paragraphe donne quelques principes de
dimensionnement. Il s'agit d’une notice informative et explicative à qui n’a aucune
valeur normative.
Les
4 modes de rupture possibles sont :
-
Renversement
- Poinçonnement
- Glissement
- Stabilité d’ensemble
Il
convient de déterminer la répartition des contraintes sous l’ouvrage en terre. On
doit vérifier à l’E.L.U., que le sol comprimé sous l’ouvrage soit au moins égal à
10% de sa surface.
Par
exemple, avec la méthode Meyerhof on travaille à l’E.L.U. combinaisons
fondamentales et accidentelles et à l’E.L.S. combinaisons rares. Ces conditions
permettent de garantir la stabilité du sol sous l’ouvrage renforcé pour éviter
la
ruine et de vérifier la compatibilité des déformations entre l’ouvrage et son sol
de
fondation.
La
contrainte de référence s’exprime par la relation :
(Pa)
Il
faut alors vérifier l’inéquation suivante :
avec : γq=2 à l’E.L.U. et γq=3 à l’E.L.S*.
La
partie gauche de l’inéquation correspond à la sollicitation et la partie droite à
la
capacité portante du sol de fondation.
q'o
est la contrainte effective la plus faible au niveau du sol de fondation.
(Pa)
Il y a une influence d’un calcul court terme ou long terme et de φ’
sur la
détermination des facteurs de portance
(Ni), coefficients de forme (si) et
coefficients de Meyerhof (ii). Ces coefficients sont exprimés dans le DTU 13-1.
La
vérification s’effectue sous combinaisons E.L.S. rares et fréquentes. Elle
exprime le fait qu’une dissymétrie trop importante des contraintes sous la
semelle puisse entraîner un tassement plus important du bord aval de celle-ci,
plus sollicité que le bord amont.
Ceci
contribue à augmenter l’excentricité et donc accélérer le basculement du
mur. On doit vérifier que :
Remarque :
On verra dans les paragraphes 2.3. et 2.4. comment limiter l’effet de
poinçonnement en interposant un ou plusieurs lits de géotextiles en bas de
remblai.
C’est
une vérification qui s’opère à l’E.L.U.
Il
faut vérifier la relation suivante :
γg1
= 1,2 et γg2
= 1,5 sous combinaisons fondamentales*.
Remarque :
on verra au paragraphe 2.2.4 comment étudier le frottement entre un
géotextile et le sol dans le cas ou le géotextile serait appliqué le long de la ligne
de glissement.
La
vérification de la stabilité d’ensemble se fait par les méthodes de calcul à
la
rupture de la mécanique des sols. Il s’agit de modéliser la rupture probable par
détachement complet de l’ouvrage en suivant une surface de glissement
privilégiée.
Cette
surface de glissement n’est pas connue à l’avance et peut être modélisée
sous différentes formes (circulaires, non circulaires, en coins, polynôme, etc…).
Le principe du calcul est d’en modéliser un nombre suffisant et de retenir celle
qui apporte le plus petit coefficient de sécurité, en vérifiant qu’il respecte
la valeur
minimale normative nécessaire.
Le
calcul ne doit pas être fait à l’aveugle. Les sorties graphiques doivent
permettre de valider la rupture retenue et l’ingénieur doit juger si cette rupture est
plausible.
Quand
la surface de rupture coupe quelques géotextiles, on peut se reporter au
paragraphe 2.2.4.
|
|
Stabilité interne d’un massif
renforcé
Le
massif renforcé par géotextiles nécessite souvent la mise en place d’un
parement, notamment pour la protection des armatures qui sont susceptibles
d’être détériorées* (U.V.,
vandalisme, etc…). La stabilité de cette partie de
l’ouvrage doit être établie à la construction et pendant toute la durée de
vie de
l’ouvrage en suivant les dimensionnements règlementaires applicable à chaque
cas (par exemple pour un mur en béton armé, on se réferera à l’EUROCODE 2).
La
vérification de la stabilité interne du mur est aussi menée par les méthodes de
calcul des surfaces de glissement potentiel comme expliqué au paragraphe
précédent. Dans ce cas, on ne vérifie pas de ruptures de grand glissement, mais
des surfaces de rupture qui coupent directement l’intérieur du remblai renforcé.
On
peut travailler avec différentes formes de surfaces de rupture, circulaires ou
non. Il est toutefois important de vérifier les surfaces qui viennent tangenter les
lits de géotextile et de procéder à l’analyse nombreuses ruptures potentielles.
Les
particularités de déformation des ouvrages en terre renforcés par géotextiles
n’ont pas encore fait l’objet de normes spécifiques c’est pour cela qu’il
faut donc
être vigilant sur le nombre de ruptures à envisager.
La
vérification s’opère à l’E.L.U. en combinaisons fondamentales. Les méthodes
de calcul à la rupture sont nombreuses (Fellenius, coin de coulomb, méthode
des perturbations, etc…) et ont toutes leur validité confirmée. A titre d’exemple,
il
sera abordé dans la suite de ce paragraphe la méthode de Bishop qui, de part
son utilisation très fréquente dans le milieu du génie civil, est une méthode
référence.
La
méthode de Bishop consiste en un découpage du massif en un nombre fini de
tranches, le long de la surface de rupture. On évalue l’équilibre de chaque
tranche et l’on somme sur le nombre de tranche pour déterminer l’équilibre global
du massif et le coefficient de sécurité qui traduit cet équilibre.
Hypothèses
communes des méthodes à la rupture
Notations
Pour
une tranche d’indice i, on connaît l’angle d’inclinaison de la surface de
rupture et la largeur de la tranche.
V
et V’ : efforts de liaison intertranche verticaux (N)
H
et H’ : efforts de liaison intertranche horizontaux (N)
Y
et y’, bras de levier (m)
W :
poids de la tranche (N)
T :
effort tangentiel de frottement sur la surface de rupture (N)
N :
effort normal sur la surface de rupture
Application
de la méthode de Bishop
Hypothèse
spécifique : la résultante verticale des forces intertranches est nulle.
La
méthode de Bishop simplifiée est la plus utilisée des méthodes de calcul en
rupture circulaire. Bien qu’elle possède un certain nombre d’imperfections son
grand usage lui confère un statut de méthode de référence.
On
considère une tranche verticale de sol soumise à l’action de ses voisines,
celles- ci n’ayant qu’une action horizontale, et aux forces normales et de
cisaillement centrées à la base de la tranche.
La
construction du funiculaire des forces appliquées à cette tranche permet
d’écrire l’équilibre vertical qui fournit une expression de la force à la
base de la
tranche : l.
(N)
On
considère maintenant une surface de rupture circulaire pour écrire l’équilibre
global du bloc de sol soumis à cette rupture. Le coefficient de sécurité F est
donné par :
Le
moment moteur, est du au poids des terres, et a pour expression :
(N.m) avec R
rayon du cercle de rupture
Le
moment résistant ne correspond qu’aux forces de cisaillement à la rupture, on
utilise donc la loi de coulomb pour obtenir l’expression suivante :
(N.m)
En
développant on trouve :
ou
L’expression
du coefficient de sécurité montre que le procédé est itératif puisque
F apparaît dans les deux membres de l’expression. La convergence est rapide
quand F0, première valeur de F dans le processus itératif, est pris égal à
FFellenius. Ce coefficient de sécurité est calculé par la méthode de
Fellenius
(1927). Il résulte de l’équilibre vertical des tranches en considérant les efforts
intertranches nuls et le critère de rupture de coulomb.
Prendre
F0 = constante (1 par exemple) peut faire converger le processus vers
une valeur erronée de F, la courbe F = f(F) possédant plusieurs asymptotes dans
le cas de sols frottants.
L’expression
de la contrainte de Bishop s’obtient à partir des équations
précédentes et s’écrit :
(Pa)
Remarque :
Si F>1,5 on admet, dans la plupart des cas, que cette valeur est
suffisante pour qualifier l’ouvrage de stable. Etant donné l’expression du
coefficient de sécurité Moment résistant / Moment moteur, F=1 indique un
équilibre parfait des efforts, donc une sécurité nulle pour la vie de l’ouvrage.
Cercles
de rupture
Les
géotextiles sont mis en œuvre à plat, et travaillent uniquement en traction
dans la direction des fibres.
Interactions
sol-géotextile
Lorsque
l’on réalise un remblai avec inclusions de géotextiles on forme un
mélange intime entre les nappes de géotextiles et le sol.
Le
géotextile se retrouve « coincé » par la contrainte exercée par le
poids des
terres situées au-dessus de lui.
C’est
le frottement avec le sol de la partie gauche (zone passive) qui permet de
maintenir en équilibre le massif qui veut se détacher. A droite, dans la partie en
mouvement, une longueur minimale d’ancrage est nécessaire sauf si le
géotextile est solidaire du parement.
Pour
connaître les valeurs d’effort mobilisable, il faut connaître la valeur du
coefficient de frottement entre le géotextile et le sol*.
On
a alors l’effort par la simple relation
par mètre
linéaire dans la profondeur du remblai**.
L’ancrage
n’est mobilisable que s’il se fait sur une longueur minimale en dessous
de laquelle il n’est pas assez satisfaisant pour empêcher un glissement direct de
la nappe.
Insertion
dans la méthode de Bishop
L’effort
mobilisable stabilisateur des géotextiles est pris en compte comme un
effort tangentiel résistant. Il s’ajoute simplement à l’effort tangentiel mobilisable à
la rupture pour le calcul du coefficient de sécurité défini ci-dessus dans la
méthode de Bishop.
L’espacement
entre les géotextiles, le type de géotextile utilisé et la longueur des
géotextiles sont autant de paramètres qui peuvent être utilisés par le concepteur
pour assurer l’équilibre d’un massif de sol.
Il existe donc une très forte influence des armatures géotextiles
sur la
stabilité du massif en terre et sur le coefficient de sécurité que l’on peut
obtenir.
Dans
le cas de déformations importantes, le comportement local du géotextile le
long de la surface de rupture s’apparente plus à celui présenté ci-dessous :
On
remarque une inclinaison du géotextile et donc une direction de l’effort
différente de l’horizontale comme indiqué dans le calcul ci-avant. On pourra alors
:
Une
approche multicritère va permettre de définir les efforts dont les géotextiles
sont capables, en terme de rupture comme de déformations. Ces états limites
sont à considérer avec les coefficients partiels et globaux de sécurité
réglementaires sur les charges, matériaux et méthodes utilisés.
Il
y a 4 critères de rupture :
Critère
de rupture par glissement de la nappe de géotextile
L’ancrage
exprimé ci-avant est un peu analogue à la notion d’ancrage ou de
scellement en béton armé.
Il
faut s’assurer que la longueur d’ancrage choisie pour les géotextiles dans le
projet sera suffisante pour assurer la stabilité du massif. Cette vérification est
nécessaire aussi bien dans la zone active que dans la zone passive, sauf dans
le cas d’un parement adapté du côté actif, (Leromur par exemple) avec
coincement du géotextile.
Dans
tous les cas, il faudra vérifier que la longueur des nappes respecte une
longueur minimale dite : « longueur limite ». Elle correspond à
la longueur
nécessaire pour que l’effet de frottement puisse être pris en compte. Sinon, le
géotextile risque de glisser directement. Cette longueur résulte de l’interpolation
de l’essai à la boîte de cisaillement ainsi que d’essais en vraie grandeur destinés
à mieux connaître le comportement d’ancrage des nappes de géotextiles*.
Critère
de rupture par défaut de résistance du géotextile
Le
second critère de rupture est la rupture en traction du géotextile. Si le
géotextile est bien ancré, il est possible que le critère de rupture devienne plus
défavorable que le glissement de la nappe. Les valeurs de ruptures résultent
d’essais de tractions**. Il convient de minorer ces valeurs en utilisant les
coefficients partiels de sécurité réglementaires nécessaires, qui permettent de
définir la résistance admissible d’un géotextile. On compare simplement l’effort
sollicitant à cette résistance admissible. Le concepteur et l’équipe de pose
apporteront une attention particulière au sens de travail du géotextile, repéré
par
les fabricants, car certains produits peuvent avoir des résistances différentes
dans les deux directions de leur plan.
Limites
de déformations
Il
convient aussi de vérifier la compatibilité des déformations avec les données du
projet.
La
loi de déformation du géotextile dans son domaine élastique est la suivante :
Fgeo
(kN/m) = J (raideur en kN/m) * déformation
En
couplant cette loi avec la loi de mobilisation de l’effort de contact sol-
géotextile, il est possible d’évaluer les déformations locales au niveau du
géotextile, le long de la ligne de rupture.
En
général, les limites de déformations données par les maîtres d’ouvrage
sont
des limites globales sur l’ensemble de l’ouvrage, par exemple le déplacement
admissible en tête de remblai. On peut procéder à 2 cinématiques différentes
pour respecter ces conditions.
Remarque :
ces vérifications de déformations s’effectuent à l’instant « t »
or on
sait que le fluage et l’altération physico-chimique à long terme existent. Il faut en
conséquence se réserver un marge de sécurité appropriée. Aujourd’hui,
les
ingénieurs et chercheurs utilisent des marges déjà acquisent par l’expérience
et
travaillent à la définition des ouvrages et des produits pour réaliser des
approches de dimensionnement incluant le fluage et la durabilité de manière plus
précise. Le prochain chapitre parlera de ces problèmes.
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Renforcements sur sols mous et sols à risques
d’effondrements
Etant
donné les capacités de grandes déformations à la rupture des géotextiles, il
est possible d’exploiter cette particularité pour des applications intéressantes.
Deux
applications principales se dégagent :
Dans
le cas de l’interposition d’un (ou plusieurs) géotextile entre le sol
compressible et le remblai général, le géotextile permet de maîtriser tassements,
poinçonnements et cisaillements dans le remblai. Il peut avoir notamment
l’avantage de diminuer les durées d’attente lors de la consolidation progressive
des sols mous ou aussi d’éviter la mise en œuvre de travaux très lourds comme
les colonnes ballastées, les pieux, etc…
En
ce qui concerne les vides potentiels sous ouvrages, les nappes de géotextiles
au dessus d’une cavité permettent, grâce à leur fonctionnement en membrane,
d’éviter une rupture brutale, voire de maintenir un niveau minimal de service à
l’apparition d’un fontis.
Le
calcul des armatures géotextiles est donc à adapter aux grandes
déformations. Il s’agit ici, de proposer quelques principes permettant de procéder
au dimensionnement de ces ouvrages.
La
stabilité latérale s’étudie par analogie avec les solutions proposées dans
le
paragraphe 2.1. La rupture peut être des formes suivantes :
Remblai
sur sol mou
Cette
application spécifique concerne le cas où la stabilité au poinçonnement
mentionée dans le paragraphe 2.1. (sol de fondation et décompression) ne peut
pas être assurée par le sol mou de fondation, jusqu'à obtention de son
tassement final. Le remblai se comporte alors de la façon suivante :
Le
radier peut être effectué à l’aide de plusieurs couches de géotextiles. Ces
couches participent aussi à la stabilisation enoncée dans les paragraphes 2.1 et
2.2. Ceci qui peut être un avantage pour le concepteur qui concilie deux effets
simultanés de renforcement.
Remblai
sur fontis
La
présence de cavités peut être d’origine naturelle (dissolution de matériaux
de
type, calcaire, craie, gypse…) ou artificielle (galerie d’exploitations, galeries
militaires…). Il existe des cartes géologiques repérant ces ouvrages mais elles
ne peuvent malheureusement pas être exhaustives.
Le
repérage de ces cavités est possible par différentes techniques comme la
sismique réfraction, la gravimétrie, l’utilisation de champs électriques ou
magnétiques. Ces techniques sont toutefois coûteuses à mettre en œuvre.
Une
fois la cavité repérée, son traitement par injection d’un coulis de ciment
engendre des coûts encore plus importants que ceux de la détection, allant
jusqu’à être le point déterminant du chantier.
De
plus, l’injection et le repérage ne sont pas toujours précis. Ils peuvent donner
lieu à des problèmes importants, voire même dangereux sur chantier lors des
terrassements comme la découverte de nouvelles cavités ou de cavités mal
injectées.
Suivant
le risque géologique de fontis, il peut être très intéressant d’utiliser un
géotextile sous les ouvrages, en prévision de ces phénomènes. Le géotextile
garanti la sécurité de l’ouvrage touché par un effondrement grâce à son
effet
« parachute ». La cavité est injectée à postériori. Ceci permet
de cibler les fontis
à leur apparition, donc d’économiser par rapport à une injection massive
aléatoire avant le chantier.
Le
géotextile se déforme comme une membrane et travaille donc uniquement en
traction. En grandes déformations, on ne peut plu faire l’hypothèse de nappes
horizontales, il est donc nécessaire d’évaluer la flèche prise par le géotextile
pour
pouvoir prendre en compte l’inclinaison de l’effort repris par le géotextile.
Pour
ce qui est du remblai sur sol mou, on peut se reporter au paragraphe 2.1.
2.2. et 2.3. pour avoir quelques indications sur les méthodes de
dimensionnements.
En
ce qui concerne les remblais sur cavités potentiels, des développements sont
en cours pour modéliser de mieux en mieux le comportement du géotextile et de
ses ancrages. Différentes méthodes intéressantes ont déjà été mises élaborées
telles que : le modèle de Giroud (1995), la norme anglaise BS 8006, la méthode
du programme RAFAEL, les modèles d’ancrages Briançon et Villard (2006), etc…
Voici
un exemple de modélisation de ce type d’ouvrages :
Tmax
= tension reprise par le géotextile
dg
= flèche de la membrane géotextile
Toute
la complexité de ces problèmes réside dans la différence de
comportement des sols lors d’un effondrement (argiles traitées, sols
pulvérulents…) et la difficulté d’évaluer les ancrages ainsi que le chargement
de
la nappe. Les dernières orientations prises peuvent être résumées par le schéma
suivant :
Le
point particulièrement intéressant de ces géotextiles est qu’ils assurent un
service minimum à la rupture de la cavité. Mais tant que l’effondrement n’est
pas
survenu, ils fonctionnent comme un renforcement classique explicité dans les
paragraphes précédents.
Pour
répondre à ces deux attentes, Texinov produit des géotextiles bi-module
contenant :
Pour
conclure sur cette partie, on peut ajouter que l’analyse de ces cas
complexes de dimensionnement se fait de plus en plus de manière assistée par
ordinateur, et notamment avec une approche aux éléments finis. La
connaissance du contact entre les sols en jeu et le géotextile est primordiale
dans ce cas.
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1. Ce qu'est un géotextile
