Etude des phénomènes d'affouillement autour de piles de pont fondées sur sols cohésifs

Scοur investigatiοn arοund a bridge pier fοunded in cοhesive sοil

• Auteur / Autrice : Jana Zaidan
• Direction : Ahmed Benamar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 14/12/2023
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire ondes et milieux complexes (Le Havre, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement co-accrédité : Université du Havre (1984-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Gondret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Chassagne, Damien Pham Van Bang, Abdelkrim Bennabi, François Marin, Adrien Poupardin, Vincent Rey
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claire Chassagne, Damien Pham Van Bang

Mots clés

Mots clés contrôlés

Affouillement (génie hydraulique)

Ponts -- Fondations et piles -- Affouillement

Mots clés libres

Affouillement local

Scanner laser 3D

Lit cohésif

SRICOS-EFA

Local Scour

3D Scanner Laser

Cohesive bed

Résumé

L’affouillement local autour des piles est considéré comme un des principaux risques de rupture et d’effondrement des ponts. Les expériences en laboratoire sont un élément crucial de l’étude du processus d’affouillement. Pourtant, il n’existe pas d’instrument robuste et standard pour suivre l’évolution de ce phénomène physique dans les études de laboratoire. Les études expérimentales en canal sur l’affouillement autour d’une pile circulaire dans un sol non cohésif sont nombreuses. Cependant, le lit des canaux alluviaux naturels contient souvent des sédiments cohésifs. Comparativement, il existe peu de recherches sur l’affouillement local autour des piles circulaires fondés dans des lits cohésifs. Dans le cadre de cette recherche doctorale, un scanner laser 3D est utilisé pour suivre l’affouillement local autour d’une pile circulaire. Les résultats obtenus avec cette technique, en accord avec les recherches précédentes, notamment celles effectuées sur un lit de sable, démontrent son efficacité. Elle offre des avantages tels qu’une résolution spatio-temporelle continue, mais aussi de nombreuses limitations. Dans une seconde étape, l’étude a porté sur l’effet du type et de la proportion des fines sur la profondeur et la forme de la fosse d’affouillement et sur la propagation temporelle du processus d’affouillement autour du pile circulaire. Les résultats montrent que l’augmentation de l’argile dans la fraction fine réduit significativement l’affouillement. Le mélange avec une gamme d’environ 7.5-10 % de teneur en argile fournit la composition seuil pour un comportement cohérent du sol dans le processus d’affouillement. En outre, la prédiction de la profondeur d’affouillement dans les sols cohésifs dans la conception des fondations de ponts n’est pas encore complètement développée. Dans la pratique, les méthodes d’estimation de la profondeur d’affouillement actuellement utilisées sont celles proposées pour des sols non cohérents. De nombreux chercheurs ont mis au point des méthodes pour optimiser la conception des piles de pont dans le cas d’un sol cohésif. Parmi elles, celle basée sur l’utilisation de l’érodimètre EFA (Erosion Function Apparatus) et appelée SRICOS (Scour Rate In COhesive Soil) a été examinée dans le cadre de ce travail afin de prédire la profondeur d’affouillement maximal dans un lit cohésif.

Local scour is considered to be one of the main causes of bridge failure and collapse. Laboratory experiments are a crucial and important approach for the scour process investigation. Yet, there is no robust and standard instrumentation for tracking the evolution of this physical phenomenon in laboratory studies. There are several flume-based studies of scour around a circular bridge pier on cohesionless soil. However, the bed of natural alluvial channels often contains cohesive sediments. Comparatively, there is a limited research on local scour around circular pier founded in cohesive beds that has been documented. In this PhD research, a 3D Laser Scanner is used to monitor scour around a circular pier. The results obtained with this technique, in line with previous research, in particular that carried out on a sandy bed, demonstrate its effectiveness. The technique offers advantages such as continuous spatiotemporal monitoring, but also many limitations. In a next step, the study focused on the effect of the type and proportion of fines in the sediment mixture on the depth and the shape of the scour hole and the temporal propagation of scour process around a circular pier. Results show that increasing the clay in the fine fraction reduce significantly the scour. The mixture with a range around 7.5-10 % of clay fines content provides the threshold composition for coherent soil behavior in scouring process. In addition, scour depth prediction for bridge piers in cohesive soil is not yet fully developed. In engineering practice, scour depth estimation methods currently used are those proposed for sand bed. Many researches aimed to adress a method to optimize the design of bridge piers in the case of cohesive soil. Among the different methods, the one based on the use of the EFA (Erosion Function Apparatus) erodimeter and called SRICOS (Scour Rate In COhesive Soil) was examined as part of this work in order to predict the deepest scour in cohesive bed.