Modèles physiques en géotechnique

I – Évolution des techniques expérimentales et des domaines d’application⁽¹⁾

Physical models in geotechnics

I – Evolution of the experimental techniques and of the domains of application

LCPC Route de Bouaye, BP 4129 44341 Bouguenais Cedex, France.

Résumé

L’expansion rapide de la modélisation en centrifugeuse, depuis le début des années 80, s’explique d’abord par les progrès technologiques dont a bénéficié la méthode dans les domaines de l’informatique, de l’électronique et de la mécanique. De nombreux outils ont été développés pour réaliser les interventions sur le modèle en cours de centrifugation. Les appareils mono-fonction permettent par exemple de pratiquer des essais géotechniques in situ, d’exercer des sollicitations statiques, cycliques, dynamiques voire sismiques, de construire des remblais, de terrasser des excavations ou des tunnels, de battre des pieux isolés ou en groupe, d’exécuter des colonnes ballastées ou de faire du compactage dynamique. Avec le robot récemment mis en service sur la centrifugeuse du Laboratoire central des ponts et chaussées (LCPC), il est possible d’enchaîner des opérations différentes, sans arrêt de la machine, grâce aux outils interchangeables qu’il peut mettre en œuvre.

Les techniques de préparation et de caractérisation des massifs de sol sont par ailleurs bien maîtrisées du moins pour les sols secs et saturés. Elles permettent de disposer de façon très répétitive de massifs homogènes dont les propriétés peuvent être choisies à l’avance. Les caractéristiques rhéologiques des sols soumis à macrogravité et les états de contraintes qui y règnent ont été largement étudiés. De nouvelles données sont aussi disponibles sur les propriétés d’une couche non saturée centrifugée, sur l’ascension capillaire, sur les distributions de teneur en eau et de succion.

De nombreuses expériences sur modèles réduits ont été conduites ces dernières années dans deux domaines d’application émergeants : étude de l’effet de séismes sur les sols et sur les interactions sols-structures et étude de la migration de polluants dans les sols.

Compte tenu des énormes marges de progrès technologique et scientifique qui existent, il est extrêmement difficile d’imaginer ce que seront les modèles réduits géotechniques dans une ou deux décades et quelle sera leur place dans les études et recherches en géotechnique.

Abstract

The rapid expansion of centrifuge modelling since the beginning of the 1980’s can be explained by technological developments in computing, electronics and mechanics. Many tools have been developed to conduct operations on the model in flight. Single-function devices enable, for example, carrying out in situ tests, applying static, cyclic or dynamic loads, building embankments, simulating excavations, boring tunnels, driving piles and pile groups, making sand compaction piles, and simulating dynamic compaction. More recently, with the onboard robot that has been placed into operation at the LCPC research facility, it becomes possible to perform several different operations on the model without stopping the centrifuge.

Soil sample preparation and characterisation techniques are now well-controlled, at least for saturated or dry soils, and allow producing very homogeneous and repetitive samples. The physical and mechanical properties and the actual state of stresses in the sample during centrifugation have been investigated in depth. A new set of results are now also available on the characteristics of a centrifuged unsaturated soil, with respect to capillary rise as well as water content and suction distribution.

Much work has also been accomplished these past few years in developing two domains of application for centifuge modelling : earthquake simulation and transport of pollutants in soils.

In light of the tremendous room for progress in improving centrifuge technology and in extending its fields of application, it is difficult to imagine what geotechnical centrifuge modelling will become in a decade or two and what will be then its contribution to research and study in the field of geotechnical engineering.