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Los suelos arcillosos tienen la propiedad de hincharse en presencia de agua y contraerse en su ausencia, produciendo así grietas por desecación que alteran significativamente su desempeño mecánico e hidráulico. En este estudio se investigó la mejora de la resistencia al agrietamiento de una arcilla (CL), proveniente de la región Delta del Llobregat en Barcelona, mediante el refuerzo con fibra de polietileno tereftalato. Se realizaron ensayos de laboratorio para evaluar cuantitativamente el efecto del contenido de fibra y el grado de compactación del suelo sobre el agrietamiento por desecación de la arcilla reforzada con fibra. Se empleó un sistema de adquisición de imágenes digitales para capturar la evolución y propagación de grietas en el espécimen de suelo sometido a desecación. Los resultados demuestran una influencia significativa del refuerzo de fibra sobre el comportamiento de agrietamiento de la arcilla durante la desecación. Se midió el ancho medio de la abertura de la fisura, la separación de las fisuras y el área media de las celdas y se comparó con los de una muestra no reforzada. En arcillas reforzadas con fibra se observa una notable reducción del área total fisurada, que se debe a la presencia de fibras. El factor de intensidad de grietas (relación entre el área de las grietas y el área total de la muestra), el ancho promedio, el espaciado de las grietas y el área de la celda disminuyeron con la inclusión de fibras, lo que aumentó relativamente la integridad relativa de la muestra.

La partie « IV » du livre est consacrée à une approche enrichie du coefficient de Bishop qui permet d'élargir le principe des contraintes effectives aux sols non saturés. Ce modèle s'intéresse à l'expression de ce coefficient sur un chemin de drainage en prenant en compte : l'effet de la variation de la compacité ; l'existence possible d'air occlus post entrée d'air ; le rôle du chaînage capillaire. On reprend et développe la notion de degré de saturation effectif de Alonso (2010), pour quantifier la quantité d'eau capillaire qui assure cette continuité.

In the context of sustainable development, and to limit environmental impact, usage of fine-grained soils takes an expending place in earthworks. Sadly, the control of such materials through construction leads to difficulties during compaction, such as lamination and wave effect. As part of the French ANR project TerreDurable, this thesis aims to research compaction, mostly marls close to saturation. Observations carried out by practitioners serves as base for the experimental programme (Vinci Construction Terrassement, Valerian, Egis Géotechnique), to achieve surveys showing the main known difficulties and poor usages. After a discussion on the effect of measurement methods on nucleation in fine-grained soils, the study follows a full-scale in situ compaction test, articulated around four parameters: water content, grinding, compactor type and compaction energy. These variations lead 24 parcels sometimes out of the French legal frame (Guide des Terrassement Routiers). After realisation and visual observations, each of the parcels undergoes samplings and dynamic penetrometers to evaluate their state and hydro mechanical response. These analyses give data regarding good compaction practice, but also soil state variables after compaction. Then, proctor and CBR tests first show the effect of soil preparation on their outcomes. Afterwards, retention curves in the quasi-saturated domain are conducted from the Proctors. These measures compared to the full scale in situ compaction test, provide a frame to its results and confirm initial observations. Finally, aiming to study state variables evolution during compaction, a triaxial cell is developed. Equipped with a tensiometer at its base, flat Plexiglas windows are created enabling digital image correlation (DIC) for volume changes assessments. These windows allow for limited optical deformations and measurement facilitation. The conception and the calibration of the cell are presented to evaluate its precision. Then, the first tests to reproduce compaction, based on in-situ references, are carried out. Despite difficulties to simulate compactor passes in the cell, it provided elements of reflexion regarding the effect of compaction., Dans le contexte du développement durable, et dans un objectif de limitation de l’impact environnemental, le recours à des sols fins prend une place croissante dans la construction d’ouvrages en terre. Mais la maîtrise de ces matériaux amène au cours de l’exécution des difficultés lors du compactage, telles que le feuilletage et le matelassage. Au sein du projet ANR TerreDurable, cette thèse vise à l’étude du compactage, plus particulièrement pour les marnes proches de la saturation. Le programme d’essais se base principalement sur les observations apportées par les praticiens (Vinci Construction Terrassement, Valerian, Egis Géotechnique), pour parvenir à des essais mettant en évidence difficultés et mauvais usages rencontrés. Après une discussion sur l’effet des méthodes de contrôle de succion sur la nucléation dans les sols fins, l’étude porte sur une planche de compactage in situ. Elle s’articule autour de 4 paramètres : teneur en eau, mouture, type de compacteur et énergie de compactage. Ces variations mènent à la réalisation de 24 plots sortants parfois du cadre règlementaire, incarné en France par le Guide des Terrassements Routiers (GTR). Une fois terminés, et après des observations visuelles, les plots subissent carottages et pénétromètres dynamiques pour évaluer l’état et la réponse hydromécanique du matériau. Les mesures recueillies permettent de fournir des informations quant aux bonnes pratiques de compactage, mais aussi vis-à-vis des variables d’état du sol selon le jeu de paramètre. Dans un deuxième temps, l'effet de la préparation du matériau est étudié dans la cadre d'essais Proctor et IPI. Le matériau de chaque essai est alors exploité pour la réalisation de courbes de retentions dans le domaine quasi saturé. Toutes ces mesures sont alors comparées à la planche, de manière à cadrer les essais de cette dernière et confirmer les observations faites en première instance. Pour finir, une cellule triaxiale de révolution est développée dans l'objectif d’étudier l’évolution des variables d’état du sol au cours du compactage. Elle présente un tensiomètre à sa base, mais aussi des fenêtres planes en plexiglas pour permettre l’utilisation de la corrélation d’images pour l’estimation des changements de volume. Ces fenêtres ont pour objectif de limiter les déformations optiques et faciliter la mesure. La conception et la calibration de la cellule sont présentées, tout en mettant en avant sa précision. Sont alors réalisés les premiers essais de reproduction du compactage, basés sur des références in situ. Malgré les difficultés rencontrées pour simuler les passes d’un compacteur au sein de la cellule, les essais apportent des éléments de réflexion quant à l’effet de ce dernier sur le sol.

Soil treatment is a well known earthwork technique which has been widely used in constructions of railway and highway substructures. It can improve the workability of soils by lowering their water contents and improve the hydro-mechanical performance by reinforcing and binding the soil grains/aggregates. However, the durability of the treated soils is still an open question. It constitutes the main objective of the ANR project TerDOUEST (Terrassements Durables - Ouvrages en Sols Traités, 2008 - 2012).The present study is part of the works in TerDOUEST project, and deals with the aggregate size effect on the stiffness (Gmax) development of lime and/or cement treated fine-grained soils from Héricourt using bender element technique. In the laboratory conditions, four aggregates sizes were accounted for (Dmax = 0.4, 1, 2 and 5 mm). To prepare an aggregate size, the soils were first air-dried, crushed and sieved through a target sieve. The soils were then brought to a desired water content, mixed with additive (lime and/or cement) and compacted both dry and wet of optimum of normal Proctor by keeping the same dry density. The Gmax measurements were performed during curing and during application of wetting/drying cycles. In field conditions that refer to the experimental embankment in Héricourt, the aggregates size is significantly larger: Dmax = 20 mm and 31.5 mm for the silt and the clay, respectively. Cores samples were taken from the embankment at two different times and the Gmax measurements on core specimens were performed. The results show that the hydromechanical behaviour of the cementitious treated soils is strongly influenced by the aggregates size for the treated silt and clay prepared in both laboratory and field conditions: the larger the aggregates, the lower the Gmax and the resistance to wetting/drying cycles. The high heterogeneity of the in-situ soils was also clearly identified. A hyperbolic model was developed enabling up-scaling the results in laboratory conditions to those in field conditions by considering the effect of aggregate size. Comparison between the model predictions and experimental measurements shows the performance of the model proposed, provided that the mean values of experimental data are used to minimize the effect of soil heterogeneity; Le traitement des sols est une technique connue qui a largement été utilisée dans les constructions ferroviaires et routières. Il améliore la maniabilité des sols en réduisant la teneur en eau et en améliorant les performances hydromécaniques par renforcement et lien des agrégats du sol. Cependant, la durabilité des sols traités reste une question ouverte, elle constitue l'objectif principal du projet ANR TerDOUEST (Terrassements Durables – Ouvrages en Sols Traités, 2008-2012).La présente étude fait partie des travaux réalisés dans le cadre du projet TerDOUEST, et traite de l'effet de la taille des agrégats sur l'évolution de la raideur (Gmax) des sols fins provenant d'Héricourt (70) et traités à la chaux et/ou au ciment, à l'aide de la technique piézo-électrique (bender element). Dans les conditions de laboratoire, quatre tailles d'agrégats ont été étudiées (Dmax = 0.4, 1, 2 et 5 mm). Afin d'obtenir des tailles d'agrégats souhaitées, les sols ont d'abord été séchés, broyés puis tamisés à une taille désirée. Les sols ont ensuite été ramenés à la teneur en eau souhaitée, mélangés au liant hydraulique (chaux et/ou ciment) puis compactés du côté sec et du côté humide de l'optimum du Proctor normal, tout en conservant la même densité sèche. Les mesures de Gmax des sols traités ont été réalisées pendant la cure et pendant l'application de cycles humidification/séchage. Dans les conditions du terrain, qui correspondent au remblai expérimental d'Héricourt, les tailles des agrégats sont nettement plus élevées : Dmax = 20 et 31.5 mm pour le limon et l'argile, respectivement. Les résultats montrent que le comportement hydromécanique des sols traités est fortement influencé par la taille des agrégats, que les sols soient argileux ou limoneux, préparés en laboratoire ou bien dans les conditions du terrain : plus la taille des agrégats est élevée, plus la raideur diminue avec le temps de cure et moins les sols résistent à la succession de cycles humidification/séchage. Une forte hétérogénéité des sols in-situ a aussi été identifiée clairement. Un modèle hyperbolique a été développé afin de permettre l'application des résultats obtenus en laboratoire à ceux obtenus dans des conditions de terrain, étant donné l'effet de la taille des agrégats. La comparaison entre le modèle de prédictions et les mesures expérimentales démontre la performance du modèle proposé, à condition d'utiliser les valeurs moyennes des données expérimentales afin de minimiser l'effet de l'hétérogénéité du sol

Soil treatment is a well known earthwork technique which has been widely used in constructions of railway and highway substructures. It can improve the workability of soils by lowering their water contents and improve the hydro-mechanical performance by reinforcing and binding the soil grains/aggregates. However, the durability of the treated soils is still an open question. It constitutes the main objective of the ANR project TerDOUEST (Terrassements Durables - Ouvrages en Sols Traités, 2008 - 2012).The present study is part of the works in TerDOUEST project, and deals with the aggregate size effect on the stiffness (Gmax) development of lime and/or cement treated fine-grained soils from Héricourt using bender element technique. In the laboratory conditions, four aggregates sizes were accounted for (Dmax = 0.4, 1, 2 and 5 mm). To prepare an aggregate size, the soils were first air-dried, crushed and sieved through a target sieve. The soils were then brought to a desired water content, mixed with additive (lime and/or cement) and compacted both dry and wet of optimum of normal Proctor by keeping the same dry density. The Gmax measurements were performed during curing and during application of wetting/drying cycles. In field conditions that refer to the experimental embankment in Héricourt, the aggregates size is significantly larger: Dmax = 20 mm and 31.5 mm for the silt and the clay, respectively. Cores samples were taken from the embankment at two different times and the Gmax measurements on core specimens were performed. The results show that the hydromechanical behaviour of the cementitious treated soils is strongly influenced by the aggregates size for the treated silt and clay prepared in both laboratory and field conditions: the larger the aggregates, the lower the Gmax and the resistance to wetting/drying cycles. The high heterogeneity of the in-situ soils was also clearly identified. A hyperbolic model was developed enabling up-scaling the results in laboratory conditions to those in field conditions by considering the effect of aggregate size. Comparison between the model predictions and experimental measurements shows the performance of the model proposed, provided that the mean values of experimental data are used to minimize the effect of soil heterogeneity; Le traitement des sols est une technique connue qui a largement été utilisée dans les constructions ferroviaires et routières. Il améliore la maniabilité des sols en réduisant la teneur en eau et en améliorant les performances hydromécaniques par renforcement et lien des agrégats du sol. Cependant, la durabilité des sols traités reste une question ouverte, elle constitue l'objectif principal du projet ANR TerDOUEST (Terrassements Durables – Ouvrages en Sols Traités, 2008-2012).La présente étude fait partie des travaux réalisés dans le cadre du projet TerDOUEST, et traite de l'effet de la taille des agrégats sur l'évolution de la raideur (Gmax) des sols fins provenant d'Héricourt (70) et traités à la chaux et/ou au ciment, à l'aide de la technique piézo-électrique (bender element). Dans les conditions de laboratoire, quatre tailles d'agrégats ont été étudiées (Dmax = 0.4, 1, 2 et 5 mm). Afin d'obtenir des tailles d'agrégats souhaitées, les sols ont d'abord été séchés, broyés puis tamisés à une taille désirée. Les sols ont ensuite été ramenés à la teneur en eau souhaitée, mélangés au liant hydraulique (chaux et/ou ciment) puis compactés du côté sec et du côté humide de l'optimum du Proctor normal, tout en conservant la même densité sèche. Les mesures de Gmax des sols traités ont été réalisées pendant la cure et pendant l'application de cycles humidification/séchage. Dans les conditions du terrain, qui correspondent au remblai expérimental d'Héricourt, les tailles des agrégats sont nettement plus élevées : Dmax = 20 et 31.5 mm pour le limon et l'argile, respectivement. Les résultats montrent que le comportement hydromécanique des sols traités est fortement influencé par la taille des agrégats, que les sols soient argileux ou limoneux, préparés en laboratoire ou bien dans les conditions du terrain : plus la taille des agrégats est élevée, plus la raideur diminue avec le temps de cure et moins les sols résistent à la succession de cycles humidification/séchage. Une forte hétérogénéité des sols in-situ a aussi été identifiée clairement. Un modèle hyperbolique a été développé afin de permettre l'application des résultats obtenus en laboratoire à ceux obtenus dans des conditions de terrain, étant donné l'effet de la taille des agrégats. La comparaison entre le modèle de prédictions et les mesures expérimentales démontre la performance du modèle proposé, à condition d'utiliser les valeurs moyennes des données expérimentales afin de minimiser l'effet de l'hétérogénéité du sol

Non disponible / Not available, Les argiles et les sols fins naturels ou compactés, grâce à leurs propriétés hydriques sont utilisés dans les sites de stockage souterrain, les centres d'enfouissement de déchets industriels et urbains. Ces milieux sont plus particulièrement exposés aux changements de volume (tassement ou gonflement) dus à des variations de la teneur en eau et/ou du chargement. La connaissance des caractéristiques hydriques des sols déformables partiellement saturés constitue un préalable pour pouvoir prévoir leur comportement hydromécanique. Cependant, les expériences de mesure de perméabilité et de diffusivité de ces milieux sont récentes et encore peu nombreuses tant pour les études in situ qu'en laboratoire. Dans ce travail, nous présentons des résultats pour deux types d'essais de laboratoire réalisés sur un mélange de bentonite et de limon de Xeuilley préparé par compactage semistatique. Nous avons conçu un nouveau perméamètre à paroi flexible pour évaluer la perméabilité des sols déformables. Ce perméamètre est constitué de deux cellules de diamètres différents qui s'emboîtent l'une dans l'autre ; ceci permet d'imposer la même pression dans les deux cellules simultanément et d'éliminer les variations de volume de la cellule lors des essais de mesure de perméabilité sous différents chemins de contrainte mécanique. Par ailleurs, un piston équipé à son extrémité d'un capteur de déplacement magnétique permet de suivre l'évolution du gonflement longitudinal. Comme il est préférable que les mesures des propriétés hydriques et mécaniques d'un milieu poreux soient réalisées avec des méthodes non destructives, la spectrométrie gamma double-source a été utilisée parallèlement. Cette technique permet d'évaluer simultanément la teneur en eau et la masse volumique sèche du milieu à tout instant, à différentes hauteurs de l'éprouvette de sol. L'identification des paramètres du modèle de diffusivité préalablement choisi s'effectue alors, par méthode inverse.

Soil is a particulate material that may undergo irreversible strain as the relative positions of the constituent particles change. That irreversible behaviour may be induced not only by an external stress variation but also by temperature or suction changes. The geomaterials that will be involved in the confinement of radioactive waste in deep geological formations will be submitted to strong thermal, hydraulic, and mechanical modifications. Those modifications may produce a significant change of the characteristics of the confinement barrier. A safety assessment of such facilities must be performed that considers the potential thermo-plasticity effects in the confining soil. Following the need for understanding and quantifying such effects, a constitutive model that deals with the thermo-mechanical modelling of unsaturated soils is proposed. In light of elasto-plasticity, this model is based on the relevant temperature and suction effects on the mechanical behaviour of fine-grained soils, as observed in experiments. In addition, an experimental program has been undertaken in order to corroborate and to extend the existing results. Finally, the developed constitutive model has been properly implemented in a finite element code in order to study the behaviour of the soils that confine the nuclear waste. Therefore, this work addresses the issue from three different directions: a constitutive, experimental, and numerical point of view. (i) Constitutive study. The elaboration of a thermo-plastic constitutive model for unsaturated soils is done in a systematic manner. Starting from a hardening plasticity model for isothermal and saturated conditions, the constitutive relations are progressively extended to non-isothermal conditions and then to unsaturated states. For the more advanced model, a generalized effective stress framework is adopted, which includes a number of intrinsic thermo-hydro-mechanical connections, to represent the stress state in the soil. Two coupled constitutive aspects are used to fully describe the soil behaviour. The mechanical constitutive part is built on concepts of bounding surface theory and multi-mechanism plasticity, while water retention characteristics are described using elasto-plasticity to reproduce the hysteretic response and the effect of temperature and dry density on the soil's water retention properties. The theoretical formulation is supported by comparisons with experimental results. (ii) Experimental study. Aiming at a better understanding of the non-isothermal mechanical behaviour of unsaturated soils, a series of oedometric compression tests under controlled temperatures and suction conditions has been carried out on a silty material. The characteristics and the calibrations of the experimental apparatus are presented. The main results are interpreted in light of the proposed constitutive framework. The compressibility of the soil tested appears not to be affected by the temperature, but it decreases with a suction increase. As far as the preconsolidation stress is concerned, the results show a decrease of the yield limit with increasing temperature, while a suction increase tends to enhance this limit. Finally, an analytical expression is proposed to describe the evolution of the preconsolidation stress with respect to temperature and suction. (iii) Numerical study. In the issue of nuclear waste disposal, the quantification of the temporal and spatial distributions of the thermo-hydro-mechanical phenomena that occur in the confining soils requires that numerical simulations be carried out under imposed boundary conditions. To this end, the last part of this work presents finite element modelling results of several in-situ or laboratory simulation tests through using the developed constitutive model that was implemented in an advanced finite element code. The parameters of the different materials involved in the simulated experiments are determined by means of an extensive literature analysis on their thermal, hydraulic, and mechanical characteristics. The simulation results are interpreted in light of the elasto-thermoplasticity of saturated and unsaturated soils, which emphasizes the significant role of thermo-plastic processes in the global thermo-hydromechanical response of the confining materials. In that sense, this work supplies, in a systematic and progressive manner, constitutive explanations that may help to provide a better understanding of what the effects of thermo-plasticity in soils involved in the confinement of nuclear waste are.