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Titre
du projet |
Prévision
de la liquéfaction de strates sableuses : prévision
de la liquéfaction des dépôts sableux
lors des séismes |
| Type
d'aléa |
Risque
Sismique |
| Mots-clés |
Liquéfaction
des sables - Risque potentiel - Expérimentation in situ |
| Champs
disciplinaires |
Géomécanique,
géotechnique |
1) Organismes et auteurs
| Organisme
pilote |
Laboratoire
3S |
| Organisme(s)
associé(s) |
-
Université Canterbury (Nouvelle Zélande),
- INPG, Ecole des Ponts et Chaussées (Paris),
- BE nationaux TERRASOL et locaux Mr TALLOURD (St Pierre de
Chartreuse), HYDROGEO (Chambéry), SOLEN,
- Bureau de contrôle VERITAS. |
| Coordonnateur |
Pierre
FORAY |
| Participants |
H.
BOUGUERRA |
2) Contexte du projet
| Site(s)
d'étude |
Région
grenobloise (Grésivaudan, Lans en Vercors) |
|
Contexte
de l'étude |
Depuis
plusieurs années, le laboratoire 3S (anciennement IMG)
étudie le phénomène de liquéfaction
des sables saturés sous l’effet de sollicitations
rapides, soit monotones (c’est le cas de la liquéfaction
« statique »), soit cycliques comme dans le cas
de séismes (c’est la liquéfaction cyclique).
La compréhension des mécanismes qui conduisent
au phénomène de liquéfaction s’effectue
d’abord au laboratoire à partir d’essais
triaxiaux cycliques non-drainés. On élabore ainsi
des courbes de résistance cyclique du sable, selon sa
densité et le niveau de contrainte cyclique appliquée.
Ceci implique de pouvoir reconstituer en laboratoire des échantillons
de sable ayant une compacité voisine de celle en place,
ce qui n’est pas toujours aisé.
D’un point de vue pratique, il est en général
préférable de pouvoir estimer directement la capacité
d’un sol à se liquéfier, ce qu’on
appelle son potentiel de liquéfaction, à partir
des données des essais de reconnaissances en place couramment
utilisés en géotechnique : Standart Penetration
Test (SPT), Pénétromètre Statique, Piézocône,
Pressiomètre…
Le laboratoire 3S est impliqué dans un programme de recherche
international visant à utiliser l’essai au piézocône
(pénétromètre statique muni de capteur
de pression interstitielle mesurant les sur ou sous-pressions
engendrées lors du fonçage de la pointe) comme
un outil de prévision de la liquéfaction des sables.
Ce programme combine des essais en laboratoire et des essais
sur site ayant liquéfié (Nouvelle-Zélande,
Californie). i) Au laboratoire, outre des essais triaxiaux non
drainés cycliques, on teste les appareils in situ dans
un massif sableux reconstitué artificiellement dans des
conditions de densité et de confinement parfaitement
contrôlées.
Ces essais de pénétration (ou de pressiomètres)
sont effectués une Chambre d’Etalonnage de 1,20m
de diamètre et de 1,50m de hauteur. ii) On étudie
en parallèle la réponse de ces appareillages sur
des sites réels connus pour avoir liquéfié
lors de séismes ; plusieurs campagnes ont ainsi été
effectuées en Nouvelle-Zélande dans le cadre d’une
collaboration avec l’université de Canterbury.
L’ensemble de ces études doit permettre d’élaborer
des méthodes de prévision de la liquéfaction
: suivant la sismicité locale (accélération
maximale de projet), et les données de la reconnaissance
en place (qui donnent une estimation indirecte de la compacité
du site), on peut prévoir si le site est liquéfiable
ou non. |
| Programme
plus vaste |
Programme
de recherche international visant à utiliser l’essai
au piézocône comme un outil de prévision
de la liquéfaction des sables (« Programme Piézocône
»), associant la Nouvelle Zélande. |
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Initiation
du projet |
Participation
du PGRN |
| Montant
du financement
(k€) |
4,573
k€ (30 kF) |
Part
du CG38 - PGRN |
environ
5 % (coût global environ 500 kF) |
| (Co)-Financements |
? |
|
Appréciation
du rôle du financement CG38 - PGRN |
Ce
financement a permis de mener les études sur le
terrain dans la région grenobloise. |
3)
Objectifs, méthodes et résultats
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Objectifs |
Rechercher
des sites sableux ou limoneux lâches dans la région
grenobloise, y effectuer des essais in situ et caractériser
leur risque de liquéfaction à partir des méthodes
mises au point.
A plus long terme, il pourrait déboucher sur une «
cartographie » des zones liquéfiables, utilisable
par des projeteurs dans le cadre d’un PER. |
|
Méthodologie |
a)
Développement d’une collaboration avec certains
bureaux d’études et de contrôle grenoblois
(CEBTB, SIMECSOL, CEP…) de façon à faciliter
d’abord le travail d’enquêtes : au cours de
leurs études de routine, ces entreprises peuvent signaler
certains sites pouvant présenter des risques et méritant
des études de liquéfaction plus approfondies.
b) Mise au point d’un dispositif expérimental
permettant d’adapter la pointe piézocônique
de laboratoire à un bâti de pénétration
industriel, permettant ainsi d’effectuer des essais in-situ.
c) Interprétation des reconnaissances
en place effectuées sur ces sites au pénétromètre
léger (Grésivaudan, Sablons de l’Isère)
et au piézocône (cas du site de Lans en Vercors).
Méthodologie :
1) Première identification à l’aide des
courbes granulométriques.
2) Interprétation de la résistance de pointe au
pénétromètre et au piéeocône.
3) Comparaison avec la classification de Roberston & Campanella.
4) Interprétation ds surpressions interstitielles mesurées
au piézocône.
d) Poursuite en laboratoire de l’étude
de la réponse du piézocône dans les sables
lâches, par des essais en Chambre d’Etalonnage. |
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Résultats |
Remise
en état de la pointe piézocônique.
a) Deux sites à risque ont été
détectés sur l’agglomération grenobloise,
en milieu urbain.
b) Mise au point du dispositif expérimental.
c) Les interprétations effectuées
ont permis de mettre en évidence dans plusieurs cas
un risque non négligeable de liquéfaction, à
prendre en compte dans des dispositions constructives. Dans
un autre cas (Lans en Vercors), le piézocône,
par sa mesure de pression interstitielle, s’est révélé
un outil intéressant pour écarter le risque
de liquéfaction, alors que les autres essais montraient
un doute.
Il
ressort de cette première approche qu’il existe
effectivement dans la région grenobloise un certain
nombre de sites avec un risque de liquéfaction non
négligeable pour un séisme de projet d’accélération
0,05g. S’il se produit un séisme d’accélération
plus forte, le risque sera bien plus élevé.
|
4)
Débouchés du projet
| Utilisateurs
finaux potentiels |
Bureaux
d’études géotechniques et bureaux de contrôle
du risque (pour l’implantation des grands ouvrages et
en sites urbanisés), industriels. |
| Production
scientifique |
-
Méthodologie innovante
- Production de connaissances locales / régionales
- Production de connaissances théoriques
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles |
| Partenariats |
-
Préexistant
- Initié par ce projet (Tallourd, Hydrogéo)
- Qui se poursuit (avec les BE) |
| Retombées
du projet |
Un
réseau a été tissé avec les bureaux
d’études sensibilisés au problème
du risque de liquéfaction et prêts à collaborer
avec le laboratoire dans le cadre d’une action conjointe
avec le Pôle Grenoblois (dans le contexte de la nouvelle
réglementation parasismique).
Cette étude pouvait déboucher sur une autre, plus
générale, qui concerne la mesure des paramètres
dynamiques des sols à injecter dans les codes de calcul,
à l’aide des appareils in situ. Les essais effectués
en place et dans la chambre d’étalonnage doivent
servir de base par exemple pour des corrélations entre
le module dynamique Gmax et la résistance de pointe qc.
Large diffusion via la thèse de H Bougerra (épuisée)
et lors de conférences locales et internationales, de
cours…
Poursuite des travaux sur cette thématique avec le projet
CG38 - PGRN de 1998 de P. Foray : "Développement
d'un sismopiézocône en tant qu'outil de prévision
des risques sismiques dans la région grenobloise"
Une thésarde néo-zélandaise travaille sur
la liquéfaction depuis 2003. |
5)
Valorisation du projet
| Publications
et communications |
-
Hafid BOUGUERRA, « Prévision du Potentiel de
liquéfaction des sites sableux à l’aide
d’appareillages in-situ » Thèse Institut
National Polytechnique de Grenoble, soutenue le 23 janvier
1997. Directeurs de Thèse : P.Foray, E. Flavigny.
-
Foray, P. (1991) “Prediction of seismic liquefaction
of sands from in-situ tests” Short course “Soil
Mechanics in Earthquake Engineering” Politecnico di
Milano, September 1991.
Foray, P. (1991) « Recherches sur le piézocône
: essais sur sites » Conférence aux journées
« Techniques de reconnaissances en géotechnique
» ENPC, octobre 1991.
- Foray, P. (1991) « Synthèse des recherches
sur la résistance des pieux-pénétromètres
dans les sables » Séminaire de Formation Doctorale
Européenne « Lois de comportement des sols et
outils de calcul », Ecole Centrale de Paris, nov. 1991.
- Foray, P., Berrill, J.B., Canou, J. (1991) « Action
internationale: Prévision du potentiel de liquéfaction
des sables à l’aide du piézocône
» Colloque Association Française de Génie
Parasismique- Ministère de la Recherche et de la Technologie
« Bilan-Impact-Perspectives de la recherche française
en Génie Parasismique nov. 91, Paris, pp. 123-132.
- Flavigny, E., Foray, P. (1992) « Essais géotechniques
pour l’environnement » Colloque « Des capteurs
pour l’environnement » Grenoble 9-10 avril 1992.
Berrill, J.B., Canou, J., Foray, P., Pautre, J.L. (1992),
“Piezocone Testing of Liquefaction Sites: Normalization
of Excess Pore Pressure” Proc. X World Conf. On Earthquake
Engineering, 19-24 July 1992, Madrid, Spain.
- Foray, P. (1994) « Prévision du potentiel de
liquéfaction des sites sableux à partir des
essais de reconnaissance in-situ » Conférence
au Bureau « Contrôle et Prévention »,
Grenoble, mars 1994.
- Foray, P., Balachowski, L., Bouguerra, H. (1995) “
Pénétromètres et Propriétés
Mécaniques des Sables. Expériences de la Chambre
d’Etalonnage de Grenoble”. Séminaire «
De la Géologie au Calcul des Ouvrages”, Grenoble
6-10 novembre 1995.
- Foray, P. (1996) “ Liquefaction of Sands and Prediction
from in-situ Tests” Short Course on Soil Dynamics, University
of Queensland, Brisbane, Australia, 25 july 1996.
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| Pages
Web |
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