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This paper presents an attempt to use crushed quartzite as a substitute to crushed basalt, which is since more than sixty years the most systematically used aggregate on all the Senegalese territory to formulate the bituminous mixes for pavement. This massive use induced a decrease of basalt reserves and it is urgent to find other substitution materials. This article reports an attempt to valorize crushed massive quartzite from Bakel in the region of Tambacounda in Senegal. The studies carried out on a mixture of quartzite composed of 23% of 8/14, 25% of 3/8 and 52% of 0/4 and bitumen 35/50 showed that this quartzite material complies with the rules and practices currently in force in Senegal.

The disorders caused by the swelling of the soil on the structures have been observed for several years in the city of Rufisque. This article presents the results of the study of swelling kinetics of expansive soils in Rufisque and their prediction based on the hyperbolic rule. The odometer is used as an instrument for measuring swelling and the tests are carried out on some intact samples at their sampling water content. The present study shows that in Rufisque the most swelling layer is marl. The results show two phases of development. The first phase is very fast and represents 77% of the final deformation and the second one is slower. The prediction of the issue by the hyperbolic rule shows that it underestimates the first phase but gives a good prediction of the second phase of the swelling rate. There is a good correlation between the final swelling rates. However, the model gives a bad approximation of the half-swelling time.

This paper discusses the possibility to use CBR moduli, as deduced from CBR penetration curves, as parameters for the design of pavements. Series of CBR tests on compacted lateritic samples are analysed. These moduli, determined on soaked compacted samples, are compared with subgrade and resilient moduli of various types of materials from literature. The influence of water content in laboratory tests and full scale structures may play a significant role. CBR moduli offer an alternative to other ways of assessing the stiffness of pavement underlying layers. Experimental data on the relations of CBR index, CBR modulus, particle size distribution and optimum Proctor density are presented and discussed.

A permanent ultra wide band radar was installed thirteen years ago in front of a large landslide at Sechilienne (Isere, France) to observe continuously the movements of the slope or individual blocks at a distance of about one kilometre. The detectable displacements are of the order of one tenth of millimetre. A new portable radar offering the same possibilities was developed to detect eventual movements in slopes that are not yet considered as unstable, in particular rock slopes. A prototype of this new radar was manufactured in 2013 and it will tested on a few sites to check its actual capabilities to make discontinuous measurements on a slope or structure and give reliable estimates of their movements with time. The paper describes the radar and typical applications.

In earthworks engineering, predicting the influence of the water content and the dry density on compacted soils deformation is a fundamental issue, which is particularly important for the use of clays in embankments. This paper presents the experimental results and a microstructural interpretation of swelling tests performed on four clays, compacted at different water contents and dry densities. The influences of dry density and water content on the swelling potential are described, showing the coupled effect of these two parameters. In order to quantify this coupling, the initial air void ratio is defined and it is observed that this air void ratio has an apparent linear relationship with the void ratio after swelling. This observation enables analysing all the tests in a synthetic manner, by plotting the origin ordinate and the slope of the linear relationships versus the initial hydrous state. Moreover, one of the clays microstructure was analysed using mercury intrusion porosimetry (MIP). The results show that swelling leads to a micropores increase and a macropores decrease. In addition, micropores volume increase does not depend on the initial dry densities, whereas the macropores volume increase does. For further discussion, a simplified microstructural model is proposed allowing the interpretation of the soil swelling using MIP results. The comparison between the model prediction and the microstructure observation supports the interpretation of the swelling tests and shows that the origin ordinate and the slope of the relationship between the initial air void ratio and the final void ratio can be linked to micropores and macropores volume variations. However, the comparison also shows that the simplified microstructural model presents some limitations when applied to very dry or wet soils.

Wetting-induced deformations of compacted fine-grained soils are of particular interest in earthworks engineering, where embankment design needs to take into account potential future water-content variations. The influence of compaction rate on swelling potential and, more generally, wetting-induced deformations are analyzed in this paper on the basis of an original physical microstructural model. The interpretation of macroscopic experimental results obtained on a high-plasticity clay and a silty clay shows that the model enables quantitative description of intra- and inter-aggregate pore volume changes due to wetting. Using this approach, a fundamental difference was observed between the high-plasticity clay and the silty clay in wetting tests under vertical stress: tests performed on the high-plasticity clay can be analyzed using a microstructural model, whereas this model is not relevant for the analysis of silty clay behaviour, which is better interpreted in the framework of a conventional elastoplastic model. The interpretations were compared to microstructure observations, which support the main tendencies deduced from the model.

Les deformations des sols fins dues aux variations d'etat hydrique causent de nombreux dommages aux structures et ouvrages du genie civil, et on peut encore deplorer un deficit methodologique permettant leur prevision. Dans le cadre de recherches visant a optimiser l'emploi des sols fins dans les remblais routiers et ferroviaires, l'etude presentee avait pour objectif de proposer une methodologie d'etude destinee a evaluer l'influence de la nature et de l'etat initial des sols compactes sur les risques de desordres par humidification. Pour aborder cette question, un modele de microstructure reposant sur l'organisation de la fraction argileuse en agregats a ete definie. Grace aux developpements technologiques recents en microscopie electronique a balayage et en porosimetrie par intrusion de mercure, les parametres du modele ont pu etre reformules uniquement sur la base de parametres geotechniques conventionnels. Ce modele quantitatif de microstructure a ete utilise pour decrire le gonflement libre et les deformations par humidification sous contrainte, en etudiant l'influence du volume des vides inter-agregats initial. Cette approche a permis de decrire quantitativement les evolutions de la microstructure causees par l'humidification, et de mettre au point une methodologie d'etude des sols compactes dans la perspective de leur reutilisation dans des remblais en contexte delicat (zone inondable, remblais de grande hauteur...). (A). (Titre en anglais : Sensitivity of compacted fine-grained soils to wetting : Contribution of a microstructural model).

8th International RILEM SIB Symposium, ANCONE, Italie, 07-/10/2015 - 09/10/2015; Clay fines are known to reduce the water resistance of bitumen-aggregates binding and cause stripping in Asphalt Concrete (AC) mixtures. To address this phenomenon, a better understanding of the mineralogical composition of aggregates is needed as well as an assessment of the bitumen-clay-water interactions. This paper contributes to reach this goal from a mineralogical perspective. The most common clays in natural aggregates, kaolinite, illite and montmorillonite, were used to prepare thin clay films and artificial clay-rich aggregates. The bitumen-clay interaction was studied using the sessile drop and the Oliensis spot tests on those thin clay films, whereas Duriez tests allowed measuring the stripping potential of AC mixtures containing the clay-rich aggregates. The results show that the water-bitumen-clay interaction and water resistance of the AC mixture are specific to the clay mineralogy. Furthermore, they show that the bitumenclay interaction may be captured upon determining the surface energy of bitumen, the chemical composition and pH value of the clay and the bitumen-clay compatibility. Hence, predicting the water resistance of clay rich AC mixtures from mineralogical properties of the bitumen-clay interaction seems feasible.

L’auteur introduit par des exemples les sources usuelles d’incertitudes de la geotechnique : manque de chance dans l’implantation des sondages, erreurs humaines dans la manipulation ou l’interpretation des donnees, remaniement des eprouvettes de laboratoire... Dans ce contexte, la caracterisation des incertitudes, definies comme l’ecart entre le modele de l’ingenieur et la realite, est une entreprise complexe, qui ne se reduit pas a l’application de simples analyses statistiques ou probabilistes. Il en est de meme pour la theorie de la decision, qui necessite des schemas d’analyse plus complexes que ceux que l’on avait appliques dans les annees 1960-1970. Neanmoins, ces techniques d’analyse doivent etre connues pour eclairer la reflexion des ingenieurs.

(1999). Pierre MORIN (1952–1999) Revue Francaise de Genie Civil: Vol. 3, No. 7-8, pp. 775-778.

Nonlinear consolidation analysis using a finite-element (FE) formulation based on Biot's consolidation theory has been used to study the time-dependent behavior of three-dimensional (3D) frame structures resting on an elastic or elastic perfectly plastic soil satisfying the Drucker-Prager yield criterion. The effect of soil consolidation on the behavior of a 3D frame-raft-soil mass system is considered. The initial stress method with a modified Newton-Raphson iterative scheme has been used for this study. A coupled finite-infinite element modelization is used for the physical representation of the system. Time history of axial forces and bending moments of the mat foundation and the structural elements (beams and columns) are compared with those of time-independent analysis. The results show that the consolidation of soil increases the internal forces in some elements, so that checking the final forces in the frame by time-independent conventional frame analysis may not be sufficient.

In this paper infinite elements are coupled to conventional elements in order to model the far field response and attention is focused on problems in which soil consolidation takes place. The used element preserves the compability between the variations of effective stress and pore pressure. This compatibility is a basic requirement for the accurate numerical modelling of saturated media. The applicability of this infinite element has been shown with the help of an example. The accuracy of the element has been evaluated by comparing the numerical results with the corresponding analytical solution.

This paper deals with the soil-structure interaction analysis of a space frame-raft-soil system, taking into account the elasto-plastic behaviour of the compressible subsoil. The system has been idealised using isoparametric beam bending elements to represent beams and columns, thick shell elements for representing raft as well as slabs, and coupled finite-infinite brick elements for modelling the soil mass. The elasto-plastic analysis has been carried out using the Drucker-Prager yield criterion for the soil. The elastic and elasto-plastic interactive behaviours of the space frame-raft-soil system are compared.

Cet article presente une etude en laboratoire de l'infiltration dans une colonne du sol initialement non sature. Considerant certaines hypotheses simplificatrices, le phenomene du transfert hydrique est ramene physiquement a un processus decrit par une equation aux derivees partielles type parabolique detaillee dans un premier temps. Dans un second temps l'article decrit le materiau utilise dans cette etude. Il donne une description de montage utilise pour suivre l'infiltration. Les courbes d'infiltration cumulee sont analysees en detail. Les auteurs montrent comment la conductivite hydraulique peut etre deduite de ces mesures. L'application aux resultats du modele de Philip montre une bonne concordance avec les mesures. Enfin, les conditions d'application et les interpretations sont detaillees (A).

Tous les sols se deforment sous les charges qui leur sont appliquees, avec des amplitudes qui peuvent aller de quelques millimetres a quelques metres. La prevision de ces deplacements est demandee par les nouvelles normes de calcul, pour verifier qu’ils seront acceptables par les ouvrages a construire. L’amplitude des deformations du sol depend de la nature et de l’etat du sol et des charges appliquees. Ces charges sont limitees par les conditions de stabilite qu’il faut respecter lors de la conception des ouvrages. En pratique, les fondations superficielles de bâtiments sont construites sur des sols relativement resistants et subissent des deformations faibles, que l’on peut habituellement estimer par un calcul lineaire. Les deformations les plus importantes sont celles des massifs d’argiles molles saturees, qui peuvent durer pendant des periodes longues (quelques mois a quelques dizaines d’annees). Dans ce cas, on utilise une loi de deformabilite non lineaire (semi‐logarithmique) pour evaluer l’amplitude finale du tassement et des deformations horizontales, et l’evolution du tassement au cours du temps est analysee en tenant compte de l’effet de la permeabilite limitee du sol sur la vitesse de deformation (consolidation) et de la viscosite du sol (fluage). Cet article traite successivement de la deformabilite des sols (compressibilite œdometrique, estimation des modules de deformabilite), du calcul de l’amplitude des tassements finals et de la description de l’evolution des deformations au cours du temps. Il se termine par quelques considerations sur le calcul pratique des tassements.

L’eau appartient a de nombreuses sciences de la nature et de la vie. Elle interesse les gestionnaires des ressources en eau, les chimistes, les biologistes, les meteorologues, les specialistes des sols agricoles, les ecologues, les marins... Pour sa part, l’ingenieur de genie civil connait surtout l’eau comme composante du sol et pour ses interactions mecaniques avec les ouvrages. Dans cet article sont introduites les notions utilisees pour la description du comportement mecanique de l’eau dans les sols, notamment la loi de Darcy, base de l’analyse des ecoulements de l’eau dans les milieux poreux naturels ; l’equation fondamentale des ecoulements permanents dans les sols, ses methodes de resolution et quelques exemples sont etudies. Enfin, quelques notions d’hydrogeologie utiles pour les etudes de genie civil sont donnees.

Les parametres utilises pour decrire les proprietes physiques et mecaniques des sols sont de nature tres variee : parametres d’ identification et d’ etat (porosite, indice des vides, densite, densite relative, limites d’Atterberg, etc.) ; parametres de deformabilite (indices de compression et de gonflement, module œdometrique, module pressiometrique, etc.) ; parametres de resistance (cohesion et angle de frottement interne, pression limite pressiometrique, resistance de cone statique ou dynamique, etc.) ; parametres de permeabilite . Il est tres rare que, sur un meme site, tous ces parametres soient mesures en un nombre de points suffisant pour que l’on puisse juger bien connu l’ensemble du massif de sol. Habituellement, la reconnaissance geotechnique est limitee au strict minimum, et l’on dispose des valeurs de certains parametres en certains points et d’autres parametres en d’autres points. L’ingenieur geotechnicien doit tirer le meilleur parti possible de ces informations eparses et etablir une coupe geotechnique representative du site etudie. C’est dans ce cadre general que l’utilisation de correlations entre les proprietes physiques et mecaniques des sols peut contribuer efficacement au travail de synthese du geotechnicien.

Les symboles et unites recommandes pour le traitement des problemes de resistance au cisaillement ont ete definis par la Societe Internationale de Mecanique des Sols et des Travaux de Fondations * Mecanique des sols- Symboles, unites et definitions .

LE PROGRAMME DE CALCUL PAR ELEMENTS FINIS ROSALIE - GROUPE 9, DEVELOPPE AU LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSEES, A ETE UTILISE POUR CALCULER LA CONSOLIDATION DU SOL DE FONDATION DU REMBLAI B DU SITE EXPERIMENTAL DE CUBZAC-LES-PONTS. TROIS MODELES DE COMPORTEMENT DU SQUELETTE DU SOL ONT ETE SUCCESSIVEMENT UTILISES : ELASTICITE LINEAIRE ISOTROPE ; ELASTICITE LINEAIRE ANISOTROPE (ORTHOTROPE A SYMETRIE DE REVOLUTION) ET ELASTOPLASTICITE ISOTROPE AVEC ECROUISSAGE (MODELE CAM CLAY MODIFIE). LA COMPARAISON DES RESULTATS DES CALCULS ET DES MESURES MONTRE QUE L'ELASTICITE ISOTROPE EST PEU ADAPTEE A LA MODELISATION DES SOLS REELS MAIS QUE L'ELASTICITE ANISOTROPE ET L'ELASTOPLASTICITE DONNENT DES RESULTATS QUALITATIVEMENT INTERESSANTS. IL EST CEPENDANT TROP TOT POUR POUVOIR TIRER DES CONCLUSIONS DEFINITIVES SUR CES DEUX DERNIERS MODELES. (A).

Les methodes d’amelioration des sols sont l’un des outils dont dispose l’ingenieur pour resoudre les problemes de stabilite ou de deformations qu’il rencontre lors de l’elaboration d’un projet. Certaines de ces methodes sont tres anciennes, comme le battage de pieux de bois dans les sols de faible portance, d’autres sont plus recentes, comme les methodes d’injection, de pilonnage ou de congelation. Elles ont connu, depuis une vingtaine d’annees, un developpement considerable et sont maintenant utilisees comme un element a part entiere des projets. Les methodes d’amelioration des sols decrites dans le present article ont ete classees par type de sols a traiter : sols fins, sols grenus et sols particuliers. On passe en revue dans chaque cas les principaux types de problemes que l’on rencontre en pratique, puis on decrit sommairement les methodes d’amelioration les plus couramment utilisees, les methodes de calcul et de controle correspondantes, ainsi que les domaines d’application de chaque methode. Les methodes de renforcement des sols par geotextiles ou par clouage, ainsi que les techniques d’injection ne sont pas decrites ici.

International audience

This work fits in the protection of natural resources. It aims the valorization urban soils excavated during earthworks. Given their high degree of heterogeneity and disturbed history, urban soils remain poorly characterized from a geotechnical and environmental point of view. In addition, their specificities generally do not allow the application of currently available regulatory guides, the purpose of which is to supervise the reuse of materials in the fields of civil engineering.The first part of the this work consisted of a geotechnical, chemical and mineralogical characterization of two urban soils. These soils were excavated more than one meter deep in the Paris region in an industrial area (in Boulogne Billancourt) and in an area near the Paris peripheral road (in Ivry-sur-Seine). This step made it possible to show some common characteristics: close geotechnical, gypsum (main support of sulfur and strontium), elements based on concrete and slags (magnetic and non-magnetic), important phases falling respectively to classifications (C1B5 / C1A1 according to the RTM), a remarkable content of organic carbon, significant amounts (in total content) of metallic trace elements and sulphates, and finally a complex composition with a natural and anthropogenic component evidenced by a test of sorting imported from the field of aggregates. This latter component comprises bricks, gypsum (main support of sulfur and strontium), concrete-based elements as well as slags (magnetic and non-magnetic), main phases respectively carrying the metallic and carbon phases. Using a linear regression approach, the distribution of anthropogenic artifacts was evaluated in the different soil size compartments, which allows understanding the natural processes of urban soil degradation (phase fragmentation accompanied by pollutant transfer).According to environmental regulations based on leaching tests, metallic pollutants do not exhibit critical mobility (leaching). However, these soils are not considered inert waste because of their high total organic carbon content and their excessive release of sulphates (the main soil pollutant), fluorine and antimony.The treatment with 1% lime for use in backfill has been validated, despite the mechanical performance required for road use after treatment with 5% cement and the suitability for treatment with the presence of disturbing pollutants (in especially sulphates). The permeability properties of compacted urban soils (OPN or OPM) with or without treatment have made it possible to study the transfer of pollutants under conditions close to those in situ. If the lime treatment seems to increase the permeability, the treatment with cement seems to strongly reduce it on certain test pieces (no flow below 5 kPa of hydraulic load). The treatments could also have an effect on the release of certain pollutants from the results of the leaching test at pH 12 with sometimes an inhibitory effect (for Ba, Sb, Mo Ni or As), sometimes an activating effect (for Cu or V or As). Finally, an immersion test on a monolith showing the diffusion of pollutants rather than their percolation under the effect of a hydraulic load completes the panel of experiments to observe the transfer of pollutants.; Dans le cadre général de la préservation des ressources naturelles, cette thèse vise la valorisation des sols urbains excavés lors des opérations de terrassements. Compte tenu de leur forte hétérogénéité et de leur histoire perturbée, les sols urbains restent assez mal caractérisés du point de vue géotechnique et environnemental. De plus leurs spécificités ne permettent pas en général d’appliquer les guides réglementaires actuellement disponibles qui ont pour objet l’encadrement de la réutilisation de matériaux dans les domaines du génie civil.La première partie du travail de thèse a consisté en une caractérisation géotechnique, chimique et minéralogiques de deux sols urbains excavés à plus d’un mètre de profondeur en région parisienne dans une zone industrielle (à Boulogne Billancourt) et dans une zone proche du périphérique parisien (à Ivry-sur-Seine). Cette étape a permis de mettre en évidence certaines caractéristiques communes : des classifications géotechniques proches (C1B5/C1A1 selon le GTR), une teneur remarquable en carbone organique, des quantités non négligeables (en contenu total) d’éléments trace métalliques et de sulfates, et enfin une composition complexe avec une composante naturelle et anthropique mise en évidence par un essai de tri importé du domaine des granulats. Cette dernière composante comprend des briques, du gypse (porteur principal du soufre et du strontium), des éléments à base de béton ainsi que des scories (magnétiques et non magnétiques), principales phases porteuses des phases métalliques et carbonées respectivement. A l’aide d’une approche en régression linéaire, la répartition des artefacts anthropiques a été évaluée dans les différents compartiments granulométriques du sol, ce qui permet d’appréhender les processus de dégradation naturels des sols urbains (fragmentation des phases accompagnée d’un transfert de polluants).Selon la réglementation environnementale basée sur des essais de lixiviation, les polluants métalliques ne montrent pas une mobilité (lixiviation) critique. Néanmoins ces sols ne sont pas considérés comme des déchets inertes du fait de leur teneur élevé en contenu total en carbone organique et d’un relargage trop élevés en sulfates (principal polluant du sol), en fluorure et en antimoine.Les performances mécaniques requises pour un usage routier après un traitement avec 5% de ciment ainsi que l’aptitude au traitement avec un traitement à 1% de chaux pour un usage en remblai ont été validées, et ce en dépit de la présence des polluants perturbateurs (notamment les sulfates). Les propriétés de perméabilité des sols urbains compactés (à l’OPN ou l’OPM) avec ou sans traitement ont permis d’étudier le transfert des polluants dans des conditions proches de celles in situ. Si le traitement à la chaux semble augmenter la perméabilité, le traitement au ciment semble fortement la diminuer sur certaines éprouvettes (absence d’écoulement sous 5 kPa de charge hydraulique). Les traitements pourraient également avoir un effet sur le relargage de certains polluants si on se base sur les résultats de test de lixiviation à pH 12 avec tantôt un effet inhibiteur (pour Ba, Sb, Mo Ni voire As), tantôt un effet activateur (pour Cu ou V voire As). Enfin, un essai d’immersion sur monolithe qui met en avant la diffusion des polluants plutôt que leur percolation sous l’effet d’une charge hydraulique complète le panel des expériences pour observer le transfert des polluants.

This work fits in the protection of natural resources. It aims the valorization urban soils excavated during earthworks. Given their high degree of heterogeneity and disturbed history, urban soils remain poorly characterized from a geotechnical and environmental point of view. In addition, their specificities generally do not allow the application of currently available regulatory guides, the purpose of which is to supervise the reuse of materials in the fields of civil engineering. The first part of this work consisted of a geotechnical, chemical and mineralogical characterization of two urban soils. These soils were excavated more than one meter deep in the Paris region in an industrial area (in Boulogne Billancourt) and in an area near the Paris peripheral road (in Ivry-sur-Seine). This step made it possible to show some common characteristics: close geotechnical, gypsum (main support of sulfur and strontium), elements based on concrete and slags (magnetic and non-magnetic), important phases falling respectively to classifications (C1B5 / C1A1 according to the RTM), a remarkable content of organic carbon, significant amounts (in total content) of metallic trace elements and sulphates, and finally a complex composition with a natural and anthropogenic component evidenced by a test of sorting imported from the field of aggregates. This latter component comprises bricks, gypsum (main support of sulfur and strontium), concrete-based elements as well as slags (magnetic and non-magnetic), main phases respectively carrying the metallic and carbon phases. Using a linear regression approach, the distribution of anthropogenic artifacts was evaluated in the different soil size compartments, which allows understanding the natural processes of urban soil degradation (phase fragmentation accompanied by pollutant transfer).According to environmental regulations based on leaching tests, metallic pollutants do not exhibit critical mobility (leaching). However, these soils are not considered inert waste because of their high total organic carbon content and their excessive release of sulphates (the main soil pollutant), fluorine and antimony. The treatment with 1% lime for use in backfill has been validated, despite the mechanical performance required for road use after treatment with 5% cement and the suitability for treatment with the presence of disturbing pollutants (in especially sulphates). The permeability properties of compacted urban soils (OPN or OPM) with or without treatment have made it possible to study the transfer of pollutants under conditions close to those in situ. If the lime treatment seems to increase the permeability, the treatment with cement seems to strongly reduce it on certain test pieces (no flow below 5 kPa of hydraulic load). The treatments could also have an effect on the release of certain pollutants from the results of the leaching test at pH 12 with sometimes an inhibitory effect (for Ba, Sb, Mo Ni or As), sometimes an activating effect (for Cu or V or As). Finally, an immersion test on a monolith showing the diffusion of pollutants rather than their percolation under the effect of a hydraulic load completes the panel of experiments to observe the transfer of pollutants, Dans le cadre général de la préservation des ressources naturelles, cette thèse vise la valorisation des sols urbains excavés lors des opérations de terrassements. Compte tenu de leur forte hétérogénéité et de leur histoire perturbée, les sols urbains restent assez mal caractérisés du point de vue géotechnique et environnemental. De plus leurs spécificités ne permettent pas en général d’appliquer les guides réglementaires actuellement disponibles qui ont pour objet l’encadrement de la réutilisation de matériaux dans les domaines du génie civil. La première partie du travail de thèse a consisté en une caractérisation géotechnique, chimique et minéralogiques de deux sols urbains excavés à plus d’un mètre de profondeur en région parisienne dans une zone industrielle (à Boulogne Billancourt) et dans une zone proche du périphérique parisien (à Ivry-sur-Seine). Cette étape a permis de mettre en évidence certaines caractéristiques communes : des classifications géotechniques proches (C1B5/C1A1 selon le GTR), une teneur remarquable en carbone organique, des quantités non négligeables (en contenu total) d’éléments trace métalliques et de sulfates, et enfin une composition complexe avec une composante naturelle et anthropique mise en évidence par un essai de tri importé du domaine des granulats. Cette dernière composante comprend des briques, du gypse (porteur principal du soufre et du strontium), des éléments à base de béton ainsi que des scories (magnétiques et non magnétiques), principales phases porteuses des phases métalliques et carbonées respectivement. A l’aide d’une approche en régression linéaire, la répartition des artefacts anthropiques a été évaluée dans les différents compartiments granulométriques du sol, ce qui permet d’appréhender les processus de dégradation naturels des sols urbains (fragmentation des phases accompagnée d’un transfert de polluants).Selon la réglementation environnementale basée sur des essais de lixiviation, les polluants métalliques ne montrent pas une mobilité (lixiviation) critique. Néanmoins ces sols ne sont pas considérés comme des déchets inertes du fait de leur teneur élevé en contenu total en carbone organique et d’un relargage trop élevés en sulfates (principal polluant du sol), en fluorure et en antimoine. Les performances mécaniques requises pour un usage routier après un traitement avec 5% de ciment ainsi que l’aptitude au traitement avec un traitement à 1% de chaux pour un usage en remblai ont été validées, et ce en dépit de la présence des polluants perturbateurs (notamment les sulfates). Les propriétés de perméabilité des sols urbains compactés (à l’OPN ou l’OPM) avec ou sans traitement ont permis d’étudier le transfert des polluants dans des conditions proches de celles in situ. Si le traitement à la chaux semble augmenter la perméabilité, le traitement au ciment semble fortement la diminuer sur certaines éprouvettes (absence d’écoulement sous 5 kPa de charge hydraulique). Les traitements pourraient également avoir un effet sur le relargage de certains polluants si on se base sur les résultats de test de lixiviation à pH 12 avec tantôt un effet inhibiteur (pour Ba, Sb, Mo Ni voire As), tantôt un effet activateur (pour Cu ou V voire As). Enfin, un essai d’immersion sur monolithe qui met en avant la diffusion des polluants plutôt que leur percolation sous l’effet d’une charge hydraulique complète le panel des expériences pour observer le transfert des polluants

Railways, most of them built for over one hundred years, are old structures. They require increasing maintenance, a major technical and economic challenge for the coming years. Until the opening of markets to competition, the implementation of new railroads was empirically controlled by SNCF. Because of the application of the European directive 91/440/10, the historical operator turns from a goal of means to a goal of results. This calls for non-destructive highly efficient auscultation methods to check the right compaction of the ballast. However, existing methods for obtain ballast compaction assessment during implementation stage are surface-limited and difficult to apply; they do not respond to the issue of the doubling of track maintenance. Thus the study of the propagation waves in the ballast is an alternative to these methods and may allow to answer these requirements. The ballast is a discontinuous medium, complex for the understanding of waves, as they propagate in a force link. Modelling ballast is especially difficult because of the large size of its components and because it should be treated as a discrete environment, not following the elastic mechanics of continuous media. Given the difficulty to model this discrete layer, it is necessary to undertake the problem with experimentation. The aim of this thesis is to focus on the use of the propagation of vibration waves in the railroad structure. This work is organized as follows : the first chapter details the structure of the railroad and the ballast as a granular material, and the existing assessment methods for railroad. The second chapter describes the different types of vibration waves that propagate, first, in an elastic homogeneous medium, second in the ballast, and presents the answer of ballast through the answer of the sleeper. The two previous chapters, derived from the state of the art, allow to define in chapter three the experiments implemented as part of this work on a full scale railroad structure : realization, instrumentation, results. This chapter especially endeavours to describe the waves celerity, their damping in ballast and the measured dispersion curves. Finally, the propagation of a vibration wave in the ballast is studied in chapter four and a numerical simulation, compares with a disctete model and a continuous model with experimental results, Les voies ferrées, construites pour la plupart depuis plus d'une centaine d'années, sont des ouvrages vieillissants. Elles nécessitent une maintenance et un entretien accrus, ce qui constitue un enjeu technique et économique majeur pour les années à venir. Jusqu'à l'ouverture des marchés à la concurrence, la mise en œuvre des voies nouvelles était vérifiée empiriquement par la SNCF. Du fait de la mise en œuvre de la directive européenne 91/440/10, l'exploitant historique se tourne d'un objectif de moyen vers un objectif de résultat. Cela nécessite donc de disposer de méthodes d'auscultation non destructives, permettant de vérifier que le compactage du ballast est correctement réalisé, avant de faire circuler le trafic voyageurs, en vue de garantir un niveau de sécurité élevé. Cette première approche pourrait être poursuivie pour assurer une auscultation à grand rendement. Cependant, les méthodes existantes permettant d'obtenir l'état de compactage du ballast à la mise en œuvre sont ponctuelles et difficiles à mettre en place; elles ne répondent pas à la problématique de doublement de la maintenance des voies des prochaines années. L'étude de la propagation d'ondes vibratoires dans le ballast est une alternative à ces méthodes qui peut permettre de répondre à ces contraintes. Le ballast est un milieu discontinu complexe pour la compréhension des ondes car elles se propagent dans un chaînon de force. Il présente une grande difficulté dans la modélisation du fait de la taille élevée des éléments et doit être traité comme un milieu discret ne répondant pas à une mécanique élastique de milieu continu. Étant donné la difficulté de modéliser cette couche discrète, il convient de traiter le problème par l'expérimentation. L'objectif de cette thèse est donc d'orienter la recherche vers l'utilisation de la propagation des ondes vibratoires dans la structure de la voie. Ce mémoire est organisé comme suit :- un premier chapitre détaille la structure de la voie ferrée et le matériau granulaire qu'est le ballast, ainsi que les méthodes de diagnostic des voies ferrées existantes.- le deuxième chapitre décrit les différents types d'ondes vibratoires se propageant dans un milieu élastique homogène, puis dans le ballast, et étudie la réponse du ballast à travers celle de la traverse ferroviaire.- Ces deux chapitres, issus de l'état de l'art, permettent de définir dans le chapitre trois les expérimentations réalisées dans le cadre de ce travail sur une structure ferroviaire en vraie grandeur : mise en œuvre, instrumentation, résultats. Ce chapitre s'attache particulièrement à décrire la vitesse des ondes et leur amortissement dans le ballast, les courbes de dispersion mesurées.- Enfin, la propagation d'une onde vibratoire dans le ballast est étudiée dans le chapitre quatre par le biais d'une simulation numérique, avec la comparaison de deux modélisations discrète et continue avec l'expérimentation

This study is devoted to the gravelly lateritic soils used in many countries as foundation and base layers of road structures. In Senegal, road materials are selected according to the CEBTP 1972 rules, which were revised in 1980. Lateritic gravel grain size curves must lay between lower and upper limit curves before or after compaction. Additional conditions are put on CBR index, plasticity index and modified Proctor optimum. The researches presented in this report concern various aspects of the use of lateritic soils:- what is the influence of compaction at different energy levels on the fragmentation of solid particles and the changes in the grain-size curve? How can particle fragmentation be taken into account in the selection and classification of materials? What is the behaviour of lateritic gravels in road pavements once they have been compacted then submitted to traffic?- can a relation be found between CBR index and grain size curve and other geotechnical properties of the soil? Are correlations valid for all sites or only for a particular quarry?- what is the evolution of a gravelly lateritic soil when it is mixed with another material without fines to improve its plasticity and resistance?- since part of the research was made in Brazil, experimental procedures used in Brazil and Senegal, where French standards are used, are compared. The relevance of fragmentability and degradability coefficients, which are used in the classification for lateritic soils proposed by Rodriguez et al., to characterize the evolution of lateritic gravels was assessed by means of laboratory tests on samples from Lam-Lam quarry and samples of the same material taken from the base layer of two roads sections in Senegal. The degradability coefficient does not differentiate the materials and the coefficient of fragmentability seems to be a better parameter. The evolution of granular classes of laterites taken from two quarries in Senegal and two quarries in Brazil, which were submitted to CBR compaction, confirms the importance of the fragmentation of the bigger particles and the shift of grain size curves towards finer soils, but these changes depend on the nature of the tested laterites. As a consequence, the study of gravelly lateritic materials must still be done at the scale of a quarry. Multilinear regression techniques were applied to the prediction of CBR index of materials taken from two Senegalese quarries (40 samples from Sindia quarry and 46 from Dougar quarry). It was shown that acceptable approximations can be found for each quarry to calculate CBR index from grain size curves, on one side, and from the values of six parameters, which were deemed to influence the CBR index value: mass percentage of particles finer that 80µm (C0,08mm), curvature and extension coefficients of the grain size curve (CUL et CCL), plasticity index (IP) and Proctor characteristics (wOPM et ρdOPM). Nevertheless, the formula established for a given site cannot be used for predicting CBR index on another site. This confirms that analyses should be made at the scale of a quarry. Lithostabilisation of Lam-Lam and Sindia laterites by adding 30% and 10% of sand from KeurMassar quarry, which aimed at reducing the plasticity index of these laterites, had the expected effect on plasticity, while conforming to granularity criteria. But the addition of sand on CBR index had contradicting effects, which should be further studied: decrease of CBR index for Lam-Lam laterite and increase of CBR index for Sindia laterite. The comparison of French and Brazilian standards showed that, despite slightly differing procedures, the results are globally equivalent. The biggest difference concerns CBR index, which is determined using different compaction energies and yields smaller values in Brazil. But the conditions put on materials are adapted to these values, Cette étude porte sur les matériaux graveleux latéritiques utilisés dans de nombreux pays pour la construction des couches de fondation et de base des chaussées routières. Au Sénégal, les matériaux sont sélectionnés par référence aux règles du CEBTP de 1972, révisées en 1980. Les graveleux latéritiques doivent respecter des fuseaux granulométriques avant ou après compactage. Des conditions sont aussi imposées à l'indice CBR, à l'indice de plasticité et à l'optimum Proctor. Les recherches présentées dans ce rapport concernent différentes questions :- quel est l'effet du compactage à différentes énergies sur la fragmentation des particules solides et la modification de la courbe granulométrique ? Comment en tenir compte dans la sélection des matériaux et donc leur classification ? Comment se comportent ces matériaux dans les chaussées sous l'effet du compactage à la mise en œuvre puis de la circulation ?- peut-on trouver une corrélation entre l'indice CBR et les paramètres granulométriques ou géotechniques du sol ? Les corrélations sont-elles valables pour tous les sites ou seulement à l'échelle d'une carrière ?- comment réagit le sol graveleux latéritique lorsqu'on le mélange avec un autre matériau dépourvu de particules fines pour améliorer sa plasticité et sa résistance ?- comme une partie des recherches a eu lieu au Brésil, le rapport compare les procédures expérimentales utilisées au Brésil et au Sénégal. La pertinence de l'utilisation des coefficients de fragmentabilité et dégradabilité, introduits dans la classification des sols latéritiques de Rodrigues et al. pour caractériser l'évolution des graveleux latéritiques, a été évaluée par des essais de laboratoire sur le matériau de la carrière de Lam-Lam et le même matériau mis en œuvre en couche de base sur deux routes du Sénégal. Le coefficient de dégradabilité ne différencie pas les matériaux et le coefficient de fragmentabilité semble être un meilleur paramètre. L'étude de l'évolution des classes granulaires des latérites de deux carrières du Sénégal et deux carrières du Brésil sous compactage CBR confirme l'importance de la fragmentation des particules les plus grandes et le décalage des courbes granulométriques vers les sols plus fins, mais ces changements dépendent de la nature des latérites testées. Il en résulte que l'étude des matériaux graveleux latéritiques doit continuer de se faire à l'échelle de la carrière. La méthode de régression linéaire multiple a été appliquée à la prévision de l'indice CBR des matériaux prélevés dans deux carrières sénégalaises (40 prélèvements à Sindia et 46 à Dougar). Cette étude a montré que l'on peut trouver des approximations acceptables à l'échelle de chaque carrière pour calculer l'indice CBR à partir des courbes granulométriques et à partir de six paramètres choisis pour leur influence potentielle sur cet indice : le passant au tamis 80µm, les caractéristiques de courbure et d'étendue de la courbe granulométrique, l'indice de plasticité et les caractéristiques Proctor. Mais les formules établies sur un site sont inadaptées à la prévision de l'indice CBR sur d'autres sites, ce qui confirme que les analyses doivent se faire à l'échelle de la carrière. La lithostabilisation des latérites de Lam-Lam et de Sindiapar mélange avec 30% et 10% de sable de KeurMassar pour abaisser leur indice de plasticité naturel a eu l'effet attendu sur la plasticité, tout en respectant les critères granulométriques. Mais l'effet de l'ajout du sable sur l'indice CBR est inattendu et devra être étudié : diminution pour la latérite de Lam-Lam et augmentation pour la latérite de Sindia. La comparaison des normes françaises et brésiliennes a montré que, malgré de légères différences, les résultats sont globalement équivalents. La plus grande différence concerne l'indice CBR, qui est déterminé avec des énergies de compactage différentes et donne des résultats plus faibles au Brésil. Mais les conditions imposées aux matériaux sont adaptées à ces valeurs

This report is divided into six chapters. In the first chapter the problems of expansive clayey soils around the world and in Morocco are reviewed, then their physical and mechanical properties, mineralogy and structure are described, with emphasis on their behaviour during wetting. In the second chapter, on the basis of the authors' experience, the various damages observed in buildings in Morocco because of the expansion of clayey soils are described. The following two chapters are devoted to the calculation of stresses in shallow foundations and of the foundation settlement or heave : Chapter 3 analyses the stress changes in reinforced concrete shallow foundations which are induced by the non homogeneous heave produced by soil wetting from a water source which can be located at any position with respect to the structure. Chapter 4 is devoted to the effect of the foundation load on the stress state in the soil and on the strains which develop upon wetting and can produce either settlement or heave, depending on the relative values of the swelling pressure and the vertical stress in the soil. The last two chapters present an experimental study of shallow foundations on expansive soils, which was performed in the city of Ouarzazate: In Chapter 5 the results of laboratory tests on soil samples taken at two depths under the foundations are presented and analysed in terms of water content effect on the deformations, permeability and resistance of the expansive clayey soils. The full scale experimental site and the results of the load tests performed on four shallow foundations at different stages of wetting and drying of the expansive soils are presented in Chapter 6. These results are then analysed with due account of the laboratory test results and calculation formulae presented in the preceding chapters., Ce mémoire comporte six chapitres. Le premier chapitre passe en revue les problèmes des sols argileux gonflants dans le monde et au Maroc, décrit leurs propriétés physiques et mécaniques, leur nature minéralogique et leur structure, en insistant sur leur comportement lors de l'humidification. Le deuxième chapitre analyse, sur la base des travaux de l'auteur, les différentes pathologies induites dans les bâtiments par le gonflement des sols argileux du Maroc. Les deux chapitres suivants portent sur le calcul des efforts dans les fondations superficielles et de leurs tassements ou gonflements : le chapitre 3 analyse les modifications des contraintes qui sont induites dans les fondations superficielles en béton armé par le gonflement non homogène du sol que provoque l'humidification du massif de sol à partir d'une source d'eau qui peut avoir une position quelconque par rapport à la structure. Le chapitre 4 étudie l'effet de la charge transmise par la fondation sur l'état des contraintes dans le sol et sur les déformations qui se développent en cas d'humidification, qui peuvent être des tassements ou des gonflements suivant les valeurs de la pression de gonflement et de la contrainte verticale dans le sol. Les deux derniers chapitres du mémoire décrivent une étude expérimentale de chargement de fondations superficielles sur des sols gonflants, réalisée dans la ville d'Ouarzazate : le chapitre 5 présente les résultats de l'étude en laboratoire et leur interprétation en termes d'effet de la teneur en eau sur les déformations, la perméabilité et la résistance des sols à deux niveaux sous les fondations. Le chapitre 6 décrit l'expérimentation en vraie grandeur, donne les résultats des essais réalisés sur les quatre fondations superficielles à différents instants du processus d'humidification et de séchage du sol et les interprète à la lumière des résultats des essais de laboratoire et des formules de calcul développées dans les chapitres précédents.

The recent developments of the civil engineering create multiples problems of soils-structure interactions. The comprehension of soils and structures behaviour as well as soil-structure interactions therefore becomes a growing and important role in the geotechnical research. This requires a reliable and pertinent estimation of soils deformation and resistance characteristics. The determination of mechanical parameters, especially modulus and knowledge of its evolution from small to large strains and variation according to the stress paths followed become important issues. To obtain the parameters characterizing the deformation and rupture of soils, two methods are currently proposed as follows: - Intact soil sampling and sophisticated laboratory tests, - In situ testing more or less rustic. This thesis presents a study of the behaviour of a natural clay of Cubzac-les-Ponts experimental site using different tests allowing the investigation in laboratory and in situ of the small strains range. The idea is to realize tests in laboratory with devices such as consolidometer, triaxial with local measurement system, and and in situ with innovating equipments such as the self-boring pressuremeter (P.A.F 2000), the triaxial in situ (T.I.S) and slotted tube with inside disintegrating tool and mud circulation (S.T.A.F). Laboratory studies permitted to determine the shape of the yield surface and the soil behaviour when the stress path attains this surface. Attention was paid to analyze the evolution of the yield surfaces with soil loading history, test procedure and to study the variation of the modulus with strain levels, depth of samples, and stress path. For in situ tests, the new self-boring pressuremeter (P.A.F 2000), equipped with radial transducers and geophones allowed establishing a continuous profile of the modulus from small to large strains. The triaxial in situ (T.I.S) tried to recreate in situ the geometry, boundary conditions of a triaxial test as in laboratory and to realize all types stress path imposed during triaxial tests. Our work presents a data synthesis collected from different tests in laboratory and in situ, and methods to investigate different strains levels also its evolution., Les développements récents du génie civil créent de multiples problèmes d'interaction entre structures et sols. La compréhension du comportement des sols et des ouvrages et de leurs interactions joue donc un rôle croissant et important dans les études géotechniques. Cela suppose une estimation fiable et pertinente des caractéristiques de déformation et de résistance des sols. La détermination des paramètres mécaniques, notamment modules de déformation des sols et la connaissance de leur évolution des petites aux grandes déformations, et de leur variation suivant les chemins de contraintes deviennent donc des enjeux importants. Pour l'obtention de valeurs appropriées des paramètres caractérisant la rupture et la déformabilité, deux voies actuellement sont offertes :- le prélèvement d'éprouvettes « intactes » et l'exécution d'essais sophistiqués en laboratoire,- les essais sur le sol en place, plus ou moins rustiques. Ce mémoire de thèse expose une étude du comportement d'un sol argileux naturel prélevé sur le site expérimental de Cubzac-les-Ponts en combinant différents types de chargement aptes à explorer le domaine des petites déformations au moyen d'essais au laboratoire et in situ. L'idée est de réaliser des essais en laboratoire à l'aide d'appareils tels que l'oedomètre, l'appareil triaxial de précision avec système de mesure locale, les capteurs piézo-électriques et la colonne résonnante et les essais en place en utilisant des matériels innovants comme le pressiomètre autoforeur (P.A.F 2000), le triaxial in situ (T.I.S) et le système de tubage autoforé (S.T.A.F). Le programme d'essais en laboratoire a permis de déterminer la forme de la surface de charge et le comportement des sols lorsque le chemin de contraintes atteint cette surface, à analyser l'évolution des surfaces de charge en fonction de l'histoire de chargement du matériau et de la procédure d'essai ainsi la variation des modules de déformation en fonction du niveau des déformations, de la profondeur et du chemin de contraintes. Lors des essais réalisés en place, le pressiomètre autoforeur de nouvelle génération (P.A.F 2000), équipé de palpeurs et de géophones, a permis de déterminer un profil continu de modules de déformation des très petites déformations aux grandes déformations. Le triaxial in situ (T.I.S) a essayé de récréer in situ les conditions aux limites maîtrisées d'un essai triaxial de laboratoire et de réaliser des essais triaxiaux. Ce mémoire présente également une synthèse des données collectées avec différents types d'essais de laboratoire et en place des méthodes d'essais adaptés pour tester les différentes échelles de déformations ainsi que l'évolution des modules de déformation.

This thesis deals with the effect of the principal stress rotation on the behavior of natural soils. The importance of this parameter is based on many observations on the state of stress nearby geotechnical constructions such as foundations, tunnels, retaining walls and embankments. The purpose of this report is to investigate the phenomenon by performing sophisticated stress path using the LCPC hollow cylinder apparatus. This behavior is not taken into consideration in numerical modeling. The work consists of validating classical soil constitutive models for several types of stress paths and proposing some modifications. The research includes three main parts: - a bibliographic study of laboratory and in situ research work concerning the rotation of principal stress and its effect on the behavior of constructions - an experimental program using the hollow cylinder apparatus as well as standard triaxial tests; - an analysis of the results and a numerical simulation of the experiments. The final goal is to improve the fine soils behavior law which has been developed in the LCPC since 1983. The application of our conclusions is finally presented for three types of construction., Ce travail de thèse est issu de l'analyse des sollicitations complexes appliquées au sol à proximité des ouvrages de génie civil tels que les fondations, les tunnels, les murs de soutènements ou les remblais. Il consiste en une étude expérimentale de l'influence de la rotation des contraintes sur le comportement à la rupture de sols fins à l'aide d'un appareil triaxial pour éprouvettes cylindriques creuses. Ce comportement n'est pas pris en compte de façon explicite dans les modèles de calcul. Le travail a consisté à valider les modèles de comportement utilisés classiquement pour ces types de sollicitations et d'en proposer éventuellement la modification. La recherche comporte trois parties : - une étude bibliographique préliminaire sur les recherches réalisées en laboratoire et en place sur la rotation des contraintes et son influence sur le fonctionnement des ouvrages, - une étude expérimentale en laboratoire avec l'appareil triaxial pour éprouvettes cylindriques creuses et avec des appareils triaxiaux classiques (essais sur sols argileux), - un travail d'interprétation des résultats et de modélisation de ces expériences. L'objectif final est d'améliorer la loi de comportement des sols fins développée au LCPC depuis 1983 et de la valider sur les essais réalisés. L'application à trois ouvrage-types est finalement présentée.

The report analyses four cases of new French disasters: le Grand-Bornand (1987), Nîmes (1988), Paris (1990) and Vaison-La-Romaine (1992).Chapter 1 deals with run-off waters definition in agricultural, forest and urban environment . Chapter 2 describes the four disasters, cited above, and some new foreseeable disasters. Chapter 3 is an attempt to analyse the reasons for aggravation or limitation of the impacts of rains and to describe techniques against run-off waters in urban site. At the end, a methodical guide with examples is proposed for the management of flood risks due to run-off waters. The report is intended for the town and country planning experts (urban planners, architects, landscapers and street engineers). It gives complementary mark for sewage engineers, in fighting against centennial run-off waters. In conclusion, the report sets up the basic techniques, for setting in motion appropriate means in fighting against run-off damages, knowing that such a fight must concern both the formation of run-off waters and their effects. Furthermore,there are different technical solutions for each stage of the run-off process., Le travail présenté dans ce mémoire s'appuie sur quatre études de cas de récentes catastrophes françaises : le Grand-Bornand (1987), Nîmes (1988), Paris (1990) et Vaison-La-Romaine(1992). Après avoir fait le point sur les connaissances actuelles sur les ruissellements en milieu agricole, forestier et urbain (chapitre 1) et avoir analysé les quatre catastrophes citées et des catastrophes prévisibles (chapitre 2), nous abordons les facteurs qui nous semblent aggraver ou limiter le risque pour en arriver à une série de propositions techniques de lutte contre le ruissellement en milieu urbain (chapitre 3). Enfin, un guide méthodologique et des exemples,pour approcher le problème de la gestion de ces crues, sont proposés. Cette thèse, destinée aux aménageurs du territoire, Urbanistes, Architectes, Paysagistes et Ingénieurs de voirie, est une recherche multidisciplinaire : elle sert d'approche complémentaire aux efforts réalisés par les responsables des réseaux d'assainissement pour lutter contre les crues centennales. Le rapport pose les bases techniques élémentaires pour enclencher les moyens de lutte contre le ruissellement, sachant que cette lutte doit s'effectuer aussi bien contre la formation du ruissellement que contre ses effets, et qu'à chaque phase différente du processus de ruissellement (rétention, conduite d'écoulement, protection) correspondent différentes solutions techniques.