Influence des différents matériaux de remplissage sur les performances de la géocellule

Oct 22, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12330 (2023) Citer cet article

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Cet article présente une étude complète sur l'étude numérique et paramétrique des lits de sol cohésifs renforcés par des géocellules, en se concentrant sur différents matériaux de remplissage. Les calculs numériques ont été validés par rapport aux résultats des tests sur modèle à l'aide du logiciel FLAC3D. Par la suite, le modèle vérifié a été étendu aux lits de sol cohésifs renforcés par des géocellules. Six cas ont été simulés pour étudier les performances renforcées, notamment les réponses à la pression et au tassement, le facteur d'amélioration de la capacité portante, le pourcentage de réduction du tassement et la déformation de la surface. Les résultats numériques soulignent que l'importance d'un renforcement supérieur des géocellules ne doit pas éclipser la prise en compte des propriétés mécaniques du remplissage du sol. Dans le cas d'un sol cohésif comme matériau de remplissage, la faible amélioration des performances renforcées par les géocellules peut être attribuée à son faible module et à sa cohésion. Des études paramétriques suggèrent que les géocellules ont un impact significatif sur les performances renforcées lorsque le matériau de remplissage est constitué d'un sol de fondation présentant un module plus élevé et une cohésion plus faible. De plus, selon cette étude numérique, un sol sans cohésion avec un module de 20 MPa et un frottement de 40° est le sol de remplissage optimal dans les poches pour renforcer les lits de sol cohésifs.

Les géocellules ont une géométrie pliable et en forme de nid d'abeille, ce qui peut améliorer la cohésion apparente du sol grâce au système de limitation latérale (LL) tridimensionnel. Les poches de la structure géocellulaire sont remplies de matériaux granulaires, qui sont ensuite compactés pour créer une couche composite renforcée. En raison de leurs excellentes performances renforcées et économiques, les géocellules ont été largement utilisées en ingénierie géotechnique1,2,3,4,5,6,7,8. Les géocellules augmentent la cohésion du sol tout en maintenant la friction en fournissant du LL à travers leurs parois verticales. En plus de l'effet LL apporté par les géocellules, deux autres effets renforcés sont observés sous chargement statique : la dispersion verticale des contraintes et le mécanisme membranaire9. De plus, les géocellules peuvent isoler les vibrations et réduire les contraintes dynamiques sous des charges dynamiques9,10,11,12.

Les tests de chargement de plaques modèles sont largement utilisés pour évaluer la capacité portante des lits de sol renforcés par des géocellules. Dash et al.13,14 ont mené un essai sur modèle de laboratoire pour étudier l'amélioration de la capacité portante des semelles filantes supportées sur du sable renforcé par géocellules en ce qui concerne les courbes de pression-tassement, les facteurs d'amélioration de la capacité portante et le tassement/déchargement de la surface. En analysant certains paramètres, notamment la taille et le module des géocellules, la profondeur du matelas géocellulaire et la densité relative du sable, l'auteur a affirmé que le dessus du matelas géocellulaire devait être à une profondeur de 0,1 fois la largeur de la semelle pour obtenir la performances renforcées maximales. À la suite de ces recherches, des études ultérieures menées par Ujjawal et al.11, Hegde et Sitharam15, Hegde et Sitharam16, Hegde et Sitharam17, Hegde et Sitharam18, Venkateswarlu et al.19 ont toutes adopté cette profondeur enfouie de matelas géocellulaire pour étudier le comportement des lits de sol renforcés. basé sur des tests sur modèle ou sur site. Historiquement, les chercheurs se sont principalement concentrés sur l’amélioration de la capacité portante des lits renforcés par géocellules20,21, la répartition de la charge des matelas géocellulaires22 et l’isolation des vibrations11,12. Ces résultats de recherche ont grandement influencé l’application des géocellules dans l’ingénierie géotechnique et de fondation. Par ailleurs, concernant la technologie numérique, il a été accepté par de nombreux chercheurs d'étudier le comportement des lits de sol renforcés par des géocellules. Ujjawal et al.11, Hegde et Sitharam23, Latha et Somwanshi24 ont utilisé l'approche composite équivalente (ECA) pour simuler la couche composite géocellule-sol. Cependant, à mesure que les techniques de modélisation progressent, l’utilisation de modèles 3D réels pour simuler l’interaction géocellule-sol est devenue plus importante. Han et al.25 ainsi que Latha et Somwanshi24 ont adopté le motif en losange pour simuler la forme de la géocellule. De plus, Leshchinsky et Ling26, Biabani et al.27, Ngo et al.28, Siabil et al.29 ont utilisé le motif carré et hexagonal pour calculer. La forme en nid d'abeille (forme réelle) a également été adoptée ces dernières années17,19,30. Dans l'ensemble, l'utilisation de la forme réelle des géocellules dans les modèles numériques peut représenter avec précision le comportement des lits de sol renforcés par des géocellules, y compris la réponse à la pression et au tassement/soulèvement de la surface. Un logiciel numérique permet un calcul efficace de divers cas en ajustant les paramètres, permettant une visualisation directe des mécanismes renforcés et des répartitions des contraintes à travers les contours de déplacement et de contrainte.