[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le laboratoire 3S

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
Année

1991

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.
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

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.
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
Produits délivrables
*
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.

Pages Web
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