Evaluation of earth pressure and performance of shoring systems for Québec sensitive clay: experimental and numerical study

Résumé

Les effondrements sont très fréquents dans l'industrie de la construction et présentent un risque très grave pour les travailleurs qui opèrent à l'intérieur de tranchées ou d'excavations. Des études montrent que les excavations ou les tranchées dans les sols argileux sensibles du Québec sont extrêmement dangereuses en raison d'une possible perte grave et soudaine de la résistance au cisaillement du sol sur les structures. Des structures de support flexibles et semi-flexibles sont utilisées comme supports temporaires pour les côtés verticaux des excavations. La répartition de la pression du sol dépend du type de sol, de l'étaiement et de la méthode de mise en oeuvre. Généralement, aucune solution théorique consensuelle satisfaisante n'est disponible pour estimer la pression du sol pour ce type de structure porteuse avec des cloisons soumises à des pressions de sol en argile sensible. De nombreux chercheurs ont proposé des solutions théoriques pour estimer la pression de sol sur un support temporaire flexible. Une lacune de recherche a été observée pour l'étayage de caissons de tranchées à de faibles profondeurs inférieures à 6 m et pour les interactions sol-structure (ISS). Par conséquent, l'interaction entre la masse du sol et le support, la flexibilité dans le développement des charges latérales et le mouvement des éléments structurels doivent être étudiés pour un étayage en caisson de tranchée. La présente étude de recherche s'est concentrée sur l'évaluation de la pression de la terre sur les systèmes structurels de soutènement. Une étude expérimentale, numérique et paramétrique a été menée pour étudier la pression du sol sur un étaiement temporaire de caissons de tranchée flexible en argile sensible en tenant compte de l’ISS. Dans l’étude expérimentale in-situ, deux caissons de tranchées « empilé l’un sur l’autre » conformément à la réglementation américaine OSHA et placés à l’intérieur de la tranchée pour couvrir une profondeur d’excavation totale de 6 m. La pression de sol a été suivie par des cellules de pression totale (TPC). Les résultats des essais sur le terrain ont été présentés en termes de distribution de la pression du sol en fonction de la profondeur d'excavation avec et sans une surcharge de surface de 45 kPa à proximité du bord d'un côté de la tranchée. L’étude numérique par éléments finis (EF) utilisant PLAXIS-3D (logiciel ISS) a été réalisée pour reproduire et valider le test expérimental in-situ à grande échelle et a étudié la pression de la terre sur les parois d’étançonnement de tranchée temporaire flexible pratiquée dans un sol argileux sensible. Le modèle de tranchée d'excavation a été considéré comme une l'argile non linéaire et anisotrope. Les modèles de sols constitutifs de Mohr-Coulomb (MC) et de sol durcissant (HS) ont été considérés pour l'analyse par EF. Différentes valeurs du facteur de réduction du module du sol (MRF) et du coefficient de pression du sol au repos (K0) ont été considérées pour valider le modèle. Par ailleurs, deux études paramétriques par éléments finis ont été réalisées en utilisant le même logiciel PLAXIS-3D pour atteindre les deux objectifs suivants : (i) évaluer la pression effective du sol sur le bouclier de la tranchée en acier pour le till, le sable sec, humide de compacité lâche ainsi que pour le sol argileux sensible ; (ii) évaluer les effets de la géométrie et du matériau du caisson de tranchée (acier et aluminium) sur la pression du sol. En outre, une autre étude de cas expérimentale sur le terrain a été réalisée pour étudier la pression du sol sur une tranchée par étaiement hydraulique vertical en aluminium avec des feuilles de contreplaqué dans une tranchée d'argile molle et sensible. Les procédures d'installation, d'instrumentation et d'essai sur le terrain sont présentées pour ce type d'étaiement hydraulique vertical en aluminium avec feuille de contreplaqué (Speed Shore) conformément aux directives de l'OSHA des États-Unis et placées à l'intérieur de la tranchée pour couvrir la profondeur totale de 2,4 m (8 pi) des fouilles. La pression de sol a été saisie par des cellules de pression totale (TPC). Les résultats des essais sur le terrain sont présentés en termes de répartition de la pression du sol le long de la profondeur de l'excavation avec et sans une surcharge de surface de 30 kPa à proximité du bord d'un côté de la tranchée. Les résultats obtenus révèlent le potentiel d'utilisation d'un système d'excavation et d'étaiement de tranchée existant pour différents types de sol et valident ses performances avec des résultats théoriques et expérimentaux reportés dans la littérature. Les résultats de la présente étude ont également servi à développer un guide permettant de choisir un système d’étançonnement en fonction de la classe de sol du Québec. Ce guide constitue un outil très utile pour l’ingénieur praticien oeuvrant dans le domaine.

Date	3 déc. 2021
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Omar Chaallal (Directeur(-trice))