Development and experimental validation of a new in-situ geotechnical test - Cyclic CPT, with emphasis on identifying liquefiable soils - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Development and experimental validation of a new in-situ geotechnical test - Cyclic CPT, with emphasis on identifying liquefiable soils

Développement et validation expérimentale d'un nouvel essai géotechnique in-situ - CPT cyclique, avec l'accent mis sur l'identification des sols liquéfiables

Résumé

With rapidly growing projects in remote, unexplored areas, finding time-efficient methods to identify the potential risks at these sites is becoming imperative. Furthermore, these risks have to be studied for the project's entire life cycle to decide the project viability and, often, the project design.Geotechnical engineers depend on several tests to predict these risks and their impacts. These geotechnical tests are expected to provide a detailed understanding of ground conditions, without which no foundation should be built. In-situ geotechnical tests are often the most precise and cost-effective solution to define these ground conditions. However, most of these in-situ tests conventionally estimate the static properties of in-situ soil and rely on correlations for predicting the response of the soil to repeated disturbances like the one caused by an earthquake.Cone Penetration Testing (CPT) is one of the most widely used in-situ geotechnical tests in large portions of the globe. Its repeatability, high speed and relative ease have made it a prevalent option among geotechnical engineers. This test relies on data from several sensors like pore pressure sensor, friction sleeve sensor, tip resistance etc. Using the data from these sensors; the user generally relies on correlations between the measurements and soil properties. However, this test has its limitations and applies a load different to those experienced by soil in real-world events like an earthquake.This research focuses on developing a new geotechnical test. The test is called Cyclic CPT test and uses a mechanical Gouda tip with no embedded sensors. This tip, combined with a cyclic loading module developed by Equaterre Company, enables stress and displacement control of the tip. A robust tip makes this test much more durable and cost-effective, while the possibility to have a stress controlled test, makes it possible to apply a cyclic loading on the tip and therefore on the soil layer.This thesis discusses the different steps involved in this Cyclic CPT test and the information extracted from them. During the application of uniform stress cycles, the displacement measurement of the tip enables the calculation of stiffness parameters. It is attempted to study the changes of these stiffness parameters during cyclic loading. The dependency of these changes on different conditions of vertical stress, saturation and density is also discussed. This thesis also involves the characterization of the clean sand (Fontainebleau GA39) and introduction of new experimental equipment designed for this project. Results from the in-situ campaign are used to demonstrate the possibility and ease of performing this test.
Avec la croissance rapide des projets dans les régions éloignées et inexplorées, il devient impératif de trouver des méthodes efficaces en termes de temps pour identifier les risques potentiels sur ces sites. De plus, ces risques doivent être étudiés pendant tout le cycle de vie du projet pour décider de la viabilité du projet et, souvent, de sa conception.Les ingénieurs géotechniques dépendent de plusieurs tests pour prévoir ces risques et leurs impacts. Ces tests géotechniques sont censés fournir une compréhension détaillée des conditions du sol, sans laquelle aucune fondation ne devrait être construite. Les essais géotechniques in situ sont souvent la solution la plus précise et la plus rentable pour définir ces conditions du sol. Cependant, la plupart de ces tests in situ estiment conventionnellement les propriétés statiques du sol in situ et s'appuient sur des corrélations pour prédire la réponse du sol à des perturbations répétées comme celle provoquée par un tremblement de terre.L'essai de pénétration au cône (CPT) est l'un des essais géotechniques in situ les plus utilisés dans de grandes parties du monde. Sa répétabilité, sa rapidité et sa relative facilité en ont fait une option prévalente parmi les ingénieurs géotechniques. Ce test s'appuie sur les données de plusieurs capteurs tels que le capteur de pression de pore, le capteur à manchon de friction, la résistance de pointe, etc. En utilisant les données de ces capteurs, l'utilisateur se fie généralement aux corrélations entre les mesures et les propriétés du sol. Cependant, ce test a ses limites et applique une charge différente de celles subies par le sol lors d'événements réels comme un tremblement de terre.Cette recherche se concentre sur le développement d'un nouveau test géotechnique. Ce test, appelé test CPT cyclique, utilise une pointe de Gouda mécanique sans capteurs intégrés. Cette pointe, associée à un module de chargement cyclique développé par la société Equaterre, permet de contrôler la contrainte et le déplacement de la pointe. Une pointe robuste rend ce test beaucoup plus durable et rentable, tandis que la possibilité d'avoir un test contrôlé en contrainte, permet d'appliquer une charge cyclique sur la pointe et donc sur la couche de sol.Cette thèse aborde les différentes étapes de ce test CPT cyclique et les informations qui en sont extraites. Lors de l'application de cycles de contraintes uniformes, la mesure du déplacement de la pointe permet de calculer les paramètres de rigidité. On tente d'étudier les changements de ces paramètres de rigidité pendant le chargement cyclique. La dépendance de ces changements à différentes conditions de contrainte verticale, de saturation et de densité est également discutée. Cette thèse implique également la caractérisation du sable propre (Fontainebleau GA39) et l'introduction de nouveaux équipements expérimentaux conçus pour ce projet. Les résultats de la campagne in-situ sont utilisés pour démontrer la possibilité et la facilité de réaliser ce test.Enfin, sur la base des expérimentations de ce travail de recherche, les paramètres d'entrée pour les futurs tests et une méthodologie d'interprétation sont suggérés.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04048691 , version 1 (28-03-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04048691 , version 1

Citer

Ankit Sharma. Development and experimental validation of a new in-situ geotechnical test - Cyclic CPT, with emphasis on identifying liquefiable soils. Mechanics [physics]. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2022. English. ⟨NNT : 2022GRALI101⟩. ⟨tel-04048691⟩

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