Comportement et dimensionnement aux impacts des merlons de protection en sol renforcé par géosynthétiques

Design of Geosynthetics Reinforced Soil Bunds for Rockfall Protection

• Auteur / Autrice : Oltion Korini
• Direction : Jean-Pierre Rajot, Marion Bost
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 12/01/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des réseaux. Laboratoire Risques rocheux et ouvrages géotechniques
• Jury : Président / Présidente : Henry Kwai-Kwan Wong
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Delmas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Conrad Boley, Pascal Villard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères

Glissements de roches

Sols -- Consolidation

Mots clés libres

Aléa rocheux

Géosynthétiques

Expérimentation en vraie grandeur

Merlon en sol renforcé

Rockfall hazard

Geosynthetics

Experiments in real scale

Reinforced soil bund

Résumé

L'objectif de cette thèse est la conception et l'analyse d'un merlon en sol renforcé avec des parements verticaux, utilisé comme protection contre les chutes de blocs rocheux. Ce type de merlon a une section transversale rectangulaire avec un élancement supérieur à l'unité, ce qui signifie que l’emprise de la fondation est inférieure par rapport à celle d’un merlon en sol renforcé usuellement de section trapézoïdale. Deux types de renforcement par géosynthétiques sont utilisés dans ce merlon, des bandes géosynthétiques (geostrips) et des géogrilles. Les geostrips sont utilisées liées à des panneaux de treillis en acier soudés pour assurer l'intégrité structurelle tandis que les géogrilles sont utilisées pour répartir l'effet de l'impact dans la direction longitudinale du merlon. La première partie de cette thèse présente le contexte et les objectifs de la recherche. Elle est suivie d'un état de l’art concernant l'analyse et la conception des merlons en sol renforcés. Les parties principales de cette thèse sont les deux campagnes expérimentales réalisées sur des merlons en sol renforcé à parements verticaux. Les merlons sont soumis à des impacts horizontaux à l'aide d'un dispositif pendulaire. La première campagne est conçue pour déterminer la conception de renforcement la plus performante entre trois options, en utilisant des merlons de taille réduite et donc une énergie d'impact plus faible par rapport aux essais à grande échelle décrits dans la littérature. La conception du renforcement qui généré le moins de déformation parmi les merlons de la première campagne est choisie et adaptée pour être utilisée dans la campagne suivante d’essais. Pour cette campagne, le merlon avait une taille échelle 1 conduisant à un niveau d'énergie d'impact parmi les plus élevés trouvés dans la littérature pour des structures similaires testées. Pour les deux campagnes d’essais, le merlon est instrumenté avec plusieurs capteurs et dispositifs de mesure, ce qui a permis une description détaillée du son comportement et du rôle du renforcement pendant l'impact. Les données des essais permettent de calibrer un modèle numérique simplifié, en considérant uniquement le sol et les renforcements. A l’aide de ce modèle, une étude de l’influence de la taille de l’impacteur sur la réponse du merlon est réalisée, en maintenant constante l’énergie d’impact. Ensuite, différentes discussions issues des travaux effectués sont présentées et quelques recommandations de conception concernant les merlons en sol renforcé sont proposées. La dernière partie de cette thèse comprend les conclusions les plus importantes et les perspectives de recherche future.

The focus of this thesis is the design and analysis of a reinforced soil bund with vertical faces, which will be used as rockfall protection. This type of bund has a rectangular cross section with a slenderness ratio greater than unity, which means that the foundation width is lower compared to the common trapezoidal reinforced soil bund with similar height. Two types of geosynthetic reinforcements are used in the bund, geosynthetic strips (geostrips) and geogrids. The geostrips are used in cooperation with welded steel mesh panels to assure the structural integrity while the geogrids are used for distributing the effect of the impact in the longitudinal direction of the bund. The first part of this thesis establishes the background and the objectives of the study and it is followed by a review of the literature concerning the analysis and design of reinforced soil bunds. The main parts of this thesis are the two experimental campaigns performed on reinforced soil bunds with vertical faces. The bunds are tested by horizontal impacts that are carried out using a pendulum device. The first campaign is conceived for finding the most efficient reinforcement design between the three chosen options, using reduced size bunds and lower impact energy compared to other full scale tests in the literature. The reinforcement design of the bund with the lowest deformation from the first campaign is taken and further adjusted for being used in the next test campaign. In the latter the bund has a larger size and the impact energy level was among the highest considered in the literature for similar structures. In both test campaigns, the bund is monitored with several sensors and devices, which allows a detailed description of the bund’s behavior and of the reinforcement’s role during the impact. The data from the tests is used to calibrate a simplified numerical model, representing the bund only by the soil and the reinforcements. With this model is performed a study of the influence of the impactor size on the bund’s response by keeping the impact energy constant. Next it is continued with different discussions derived from the effectuated works and some design recommendations regarding the studied reinforced soil bunds. The last part of this thesis consists of the most important conclusions and the future research perspectives.