Exploitation du signal pénétrométrique pour l'aide à l'obtention d'un modèle de terrain

Exploitation of penetrometer signal in order to obtain a ground model

• Auteur / Autrice : Carlos Sastre Jurado
• Direction : Pierre Breul, Claude Bacconnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 07/02/2018
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Collin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marcos Arroyo, Gabriel Auvinet, Miguel Angel Benz-Navarrete, Catherine Jacquard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marcos Arroyo, Gabriel Auvinet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols -- Essai de pénétration

Pénétromètres

Mots clés libres

Reconnaissance des sols

Modèle de terrain

Techniques de stratigraphie statistiques

Classification automatique

Réseaux de neurones

Simulation conditionnelle

Pénétromètre dynamique Panda

Soil characterization

Ground model

Statistical methods for the identification of layer boundaries

Automatic classification

Neural networks

Conditional simulation

Dynamic penetrometer Panda

Résumé

Ce travail porte sur la reconnaissance de sols à faible profondeur grâce aux données de résistance de pointe recueillies à l'aide de l'essai de pénétration dynamique à énergie variable, Panda®. L'objectif principal est d'étudier et de proposer un ensemble d'approches dans le cadre d'une méthode globale permettant d'exploiter les mesures issues d'une campagne de sondages Panda afin de bâtir un modèle géotechnique du terrain.Ce manuscrit est structuré en quatre parties, chacune abordant un objectif spécifique :dans un premier temps, on rappelle les principaux moyens de reconnaissance des sols, notamment l'essai de pénétration dynamique Panda. Ensuite on réalise un bref aperçu sur le modèle géotechnique et les techniques mathématiques pour décrire l'incertitude dans la caractérisation des propriétés du sol;la deuxième partie porte sur l'identification automatique des unités homogènes du terrain, à partir du signal pénétrométrique Panda. Suite à l'étude réalisée sur l'identification "experte" des couches à partir du signal Panda, des approches statistiques basées sur une fenêtre glissante ont été proposées. Ces techniques ont été étudiées et validées sur la base d'un protocole d'essais en laboratoire et sur des essais effectués en sites naturels et en conditions réelles;la troisième partie porte sur l'identification automatique des matériaux composant les unités homogènes détectées dans le signal Panda à partir des méthodes proposées en partie II. Une méthode de classification automatique basée sur des réseaux de neurones artificiels a été proposée et appliquée aux deux cas d'étude : la caractérisation de sols naturels et la classification d'un matériau granulaire argileux industrialisé (bentonite) ; enfin, la dernière partie est consacrée à la production d'un modèle de terrain basé sur la modélisation et la simulation de la résistance de pointe dynamique au moyen de fonctions aléatoires de l'espace. Cette modélisation est basée sur une approche par champs aléatoires conditionnés par les sondages Panda du terrain. Sa mise en œuvre a été étudiée pour un terrain expérimental situé dans la plaine deltaïque méditerranéenne en Espagne. Des études complémentaires en vue de raffiner cette démarche ont été réalisées pour un deuxième site expérimental dans la plaine de la Limagne en France.

This research focuses on the site characterization of shallow soils using the dynamic cone penetrometer Panda® which uses variable energy. The main purpose is to study and propose several techniques as part of an overall method in order to obtain a ground model through a geotechnical campaign based on the Panda test.This work is divided into four parts, each of them it is focused on a specific topic :first of all, we introduce the main site characterization techniques, including the dynamic penetrometer Panda. Then, we present a brief overview of the geotechnical model and the mathematical methods for the characterization of uncertainties in soil properties;the second part deals with the automatic identification of physical homogeneous soil units based on penetration's mechanical response of the soil using the Panda test. Following a study about the soil layers identification based only on expert's judgment, we have proposed statistical moving window procedures for an objective assessment. The application of these statistical methods have been studied for the laboratory and in situ Panda test;the third part focuses on the automatic classification of the penetrations curves in the homogeneous soil units identified using the statistical techniques proposed in part II. An automatic methodology to predict the soil grading from the dynamic cone resistance using artificial neural networks has been proposed. The framework has been studied for two different research problems: the classification of natural soils and the classification of several crushed aggregate-bentonite mixtures;finally, the last chapter was devoted to model the spatial variability of the dynamic cone resistance qd based on random field theory and geostatistics. In order to reduce uncertainty in the field where Panda measurements are carried out, we have proposed the use of conditional simulation in a three dimensional space. This approach has been applied and studied to a real site investigation carried out in an alluvial mediterranean deltaic environment in Spain. Complementary studies in order to improve the proposed framework have been explored based on another geotechnical campaign conducted on a second experimental site in France.