A/S f 4 9-f (*) THESE DE DOCTORAT

prsente

L'ECOLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSEES

Araidou SERE Ingnieur en gnie civil

pour obtenir le titre de DOCTEUR de FENPC

Sujet de la thse :

UVRAGES RENFORCES PAR GEOTEXTILES CHARGES EN TTE : COMPORTEMENT ET DIMENSIONNEMENT

Soutenue le 20 janvier 1995 devant le jury d'examen compos de Messieurs:

Jean-Pierre MAGNAN

Jean-Pierre GOURC

Isam SHAHROUR

Philippe DELMAS

Jean-Pierre MAGNAN

Prsident

Rapporteur

Rapporteur

Examinateur

Directeur de Thse

/ Thse prpare au sein du Laboratoire Central des Ponts et Chausses (LCPC-Paris) et de l'Institut Fdral Allemand de la Recherche Routire (BASt-Bergisch Gladbach)

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4/r /s 4*9 (s) THESE DE DOCTORAT

prsente

L'ECOLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSEES

par

Amidou SERE Ingnieur en gnie civil

^ :\ pour obtenir le titre de DOCTEUR de l'ENPC

Sujet de ia thse :

OUVRAGES RENFORCES PAR GEOTEXTILES CHARGES EN TTE : COMPORTEMENT ET DIMENSIONNEMENT

Soutenue le 20 janvier 1995 devant le jury d'examen compos de Messieurs:

Jean-Pierre MAGNAN

Jean-Pierre GOURC

Isam SHAHROUR

Philippe DELMAS

Jean-Pierre MAGNAN

Prsident

Rapporteur

Rapporteur

Examinateur

Directeur de Thse

(CENTRE PDAGOGIQUE DE DOCUMENTATION

Thse prpare au sein du Laboratoire Central des Ponts et Chausses (LCPC-Paris) et de l'Institut Fdral Allemand de la Recherche Routire (BASt-Bergisch Gladbach)

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AVANT-PROPOS

Les travaux prsents dans ce mmoire ont t raliss dans le cadre d'une coopration franco-allemande sur le renforcement des sols entre la division de mcanique des sols et des fondations du Laboratoire Central des Ponts et Chausses (LCPC) et le service de mcanique des roches et des fondations de l'Institut Fdral Allemand de Recherche Routire (Bundesanstalt fr Straenwesen - BASt).

Je remercie les membres du jury devant qui j'ai t honor de prsenter ce travail :

Monsieur Jean-Pierre GOURC, Professeur l'Universit Joseph Fourier de Grenoble I, d'avoir eu l'amabilit d'accepter la charge de rapporteur de cette thse ;

Monsieur Isam Shahrour, Professeur l'Ecole Centrale de Lille, d'avoir eu l'amabilit d'accepter la charge de rapporteur de cette thse ;

Monsieur Philippe DELMAS, Directeur technique MV Bidim-Geosynthetics, d'avoir eu l'amabilit d'accepter la charge d'examinateur de cette thse.

Je tiens remercier tout particulirement Monsieur J.-P. Magnan, Directeur Technique au LCPC, Professeur l'Ecole Nationale des Ponts et Chausses, Directeur de thse, qui est l'origine de ce travail de thse et qui a su l'orienter par son aide prcieuse et son apport scientifique. Je lui exprime ici ma profonde gratitude pour son soutien moral, sa disponibilit sans jamais mnager son temps et pour ses nombreuses aides qui m'ont assur les conditions ncessaires la ralisation de ce travail aussi bien en Allemagne qu'en France.

J'exprime ma reconnaissance Messieurs Ph. Demas, Directeur Technique MV Bidim-Geosynthetic et B.R. Thamm, Chef de la section de Mcanique des roches et et des fondations la BASt qui ont t les initiateurs de la coopration franco-allemande, ainsi qu' Monsieur Yves Matichard, chef du groupe sol du Laboratoire Rgional des Ponts et Chausses de Nancy, actuellement Geosynthec (USA), qui a t le responsable franais de la coopration.

Je remercie tous les membres des laboratoires suivants pour leur collaboration lors de la ralisation des travaux exprimentaux :

- Messieurs H. G. Faust, W. Decker (BASt) ; - Messieurs J. Gamier, J.M. Cottineau, J.C. Larget (LCPC, centre de Nantes) ; - Messieurs R. Stock, M. Montaut (LRPC, Nancy) ; - Messieurs J. C. Berche (LCPC, Paris), D. Mascre (CER, Rouen) ;

Je remercie enfin M. J.P Goure et Ph. Gotteland, Professeur et matre assistant l'Universit Joseph Fourier de Grenoble I, pour leurs conseils lors des tudes thoriques.

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RESUME

OUVRAGES RENFORCS PAR GOTEXTILES CHARGS EN TTE : COMPORTEMENT ET DIMENSIONNEMENT

Premire Partie : Elments bibliographiques.

Deuxime Partie : Etudes exprimentales.

Troisime Partie : Analyses thoriques

La technique de renforcement des sols par des gosynthtiques permet, par l'utilisation d'un matriau d'apport de caractristiques moyennes et le choix d'une gomtrie approprie, la ralisation d'ouvrages en terre caractre dfinitif conomiques. L'application de la technique de renforcement des sols par gosynthtiques pour a conception des cules de ponts est pour sa part srement envisageable du point de vue technique et pratique. Toutefois, le comportement de tels ouvrages, surtout leur comportement la rupture, est encore mal dfini.

Dans ce mmoire, on s'est plus spcifiquement intress au comportement d'un massif de sol renforc par des nappes d'un non tiss, dans lequel une instrumentation complexe a t applique. L'ouvrage a t soumis a un chargement vertical concentr en tte jusqu' la rupture. Une tude paramtrique du chargement en tte a t ensuite ralise sur cinq modles rduits en centrifugeuse, pour approfondir l'tude du comportement la rupture.

La premire partie du mmoire prsente brivement les gotextiles actuels et leurs techniques d'utilisation en gotechnique, ainsi que les mthodes de dimensionnement des ouvrages renforcs par gotextiles. La seconde partie expose toutes les informations et les principaux rsultats des tudes exprimentales. La troisime partie regroupe les analyses des comportements observs et propose une mthodologie de dimensionnement pour les ouvrages renforcs par gotextiles chargs en tte.

Les rsultats des mesures faites au cours de la mise en oeuvre et du chargement la rupture de l'ouvrage en vraie grandeur, ainsi que l'tude paramtrique du chargement en tte sur les modles rduits, ont permis de mieux comprendre le comportement de tels ouvrages et montrer qu'il est possible de dcrire de faon satisfaisante les comportements observs par des calcul classiques l'quilibre limite.

MOTS CLES : gosynthtique - gotextile - non tiss - renforcement - dimensionnement -extensomtre - chargement en tte - ouvrage en vraie grandeur - modle rduit - centrifugeuse - quilibre limite - rupture - comportement - mthode de calcul.

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ABSTRACT

GEOTEXTTLES REINFORCED EARTH STRUCTURE UNDER CONCENTRATED LOADS APPLIED ON TOP: BEHAVIOUR AND DESIGN

First Part : bibliographical synthesis

Second Part : experimental studies

Third Part : theoretical analysis

The use of geotextiles to reinforce sous has enabled this technique to be adopted for a wide variety of applications, where economical solutions can be reached for permanent earth retaining structures. The technique of geotextiles reinforced soils can be extended, from technical and practical point of view, to earth structures used as bridge abutment. However the behaviour of such structures, particularly the behaviour at failure remained up now relative unknown.

In this thesis work, the behaviour of a non woven geotextile reinforced full scale test wall with numerous measuring elements was studied. The test wall was loaded to failure under incremental vertical loading applied on top. Thereafter a parametric study of the loading on top was achieved with five model test walls in the centrifuge to collect more informations concerning the behaviour at failure.

The measurement results obtained during the construction and the loading to failure of the full scale test wall and during the parametric study with the model walls on centrifuge gave a better understanding of the behaviour of such structures and have schown that it is possible to analyse correctly the observed behaviour during the tests on the basis of common calculations at limit equilibrium.

MOTS CLES : geosynthetic - geotextile - non woven - reinforcement - design - extensometer - loading on top - full scale test wall - model wall - centrifuge - limit equilibrium - failure-behaviour - design method.

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TABLES DES MATIERES

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INTRODUCTION GENERALE

PREMIERE PARTIE

OUVRAGES RENFORCES PAR GEOTEXTTLES : SYNTHESE BD3LIOGRAPHIQUE

INTRODUCTION 3

Chapitre 1 - LES GEOTEXTTLES ACTUELS

1.1 Gnralits 4

1.2 Matriaux et procdures de fabrication 4

1.2.1 Les matires premires et leurs proprits 5 1.2.2 Procds de fabrication et types de produits 7

1.3 Les proprits des gotextiles 16

1.3.1 Proprits physiques 16 1.3.2 Proprits mcaniques 18 1.3.3 Proprits hydrauliques 22 1.3.4 Comportement long terme (endurance) 25 1.3.5 Durabiit (Dgradation) 27

1.4 Les modes opratoires des essais 30

1.4.1 Prlvement des chantillons et prouvettes 32 1.4.2 Masse par unit de surface et homognit 33 1.4.3 Epaisseur et compressibilit 33 i .4.4 Force et allongement de rupture, comportement traction-dformation 33 1.4.5 Force de dchirure (amorce) 3 6 1.4.6 Rsistance au poinonnement 3 8 1.4.7 Rsistance la perforation 3 9 1.4.8 Comportement de fluage 4 0 1.4.9 Comportement de frottement 41

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1.5 Conclusion 44

Chapitre 2 - LES OUVRAGES RENFORCES

2.1 Gnralits 46

2.2 Principaux rles des gotextiles 47

2.2.1 Sparation 47

2.2.2 Filtration 49 2.2.3 Drainage 51 2.2.4 Barrire 54 2.2.5 Renforcement 55

2.3 Remblais renforcs par gotextiles 57

2.3.1 Principe gnral du renforcement des remblais 59 2.3.2 Applications des gosynthtiques pour le renforcement 60

2.4 Conclusion 70

Chapitre 3 - LES METHODES DE CALCUL

3.1 Gnralits 72

3.2 Stabilit externe 73

3.2.1 Mthode traditionnelle 73 3.2.2 Mthode de la stabilit des pentes 76

3.3 Calcul l'quilibre limite 77

3.3.1 Equations d'quilibre (mthode "deux blocs" ou "DB-I.R.I.G.M.") 331 3.3.2 Conditions d'quilibre des massifs renforcs 83 3.3.3 La mthode du "double bloc" 84 3.3.4 Mthode des perturbations 88

3.4 Calculs en dformations 90

3.4.1 Principe de calcul de l'quilibre local 92 3.4.2 Premire tape 93 3.4.3 Deuxime tape 94 3.4.4 Troisime tape 99

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3.5 Conclusion 100

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DEUXIEME PARTIE

ETUDES EXPERIMENTALES

INTRODUCTION 103

Chapitre 4 - OUVRAGE EXPERIMENTAL EN VRAIE GRANDEUR "LCPC-BASt"

Gnralits

Objectifs de l'exprimentation Matriau de remblai

4,3.1 Essais de laboratoire 4.3.2 Contrle de mise en place du remblai Le matriau gotextile

4.4.1 Essai de traction 4.4.2 Essais de performance L'ouvrage exprimental "LCPC-BASt"

4.5.1 Gomtrie 4.5.2 Instrumentation Construction du mur exprimental

4.6.1 Procd de construction 4.6.2 Prparation 4.6.3 Excution du massif renforc 4.6.4 Phasage Chargement

4.7.1 Principe de chargement 4.7.2 Phasage

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4.8 Mesures et observations 146

4.8.1 Construction 146 4.8.2 Conditions de service 159 4.8.3 Chargement jusqu' la rupture 160 4.8.4 Rupture du mur exprimental 174 4.8.5 Mode de rupture observ 183

4.9 Conclusion 185

Chapitre 5 - ETUDES SUR MODELES REDUITS EN CENTRIFUGEUSE

5.1 Gnralits 188

5.2 Objectifs de l'exprimentation 188 5.3 Matriau de remblai 189

5.4 Le matriau gotextile 191

5.5 Les modles rduits 193

5.5.1 Gomtrie 193 5.5.2 Instrumentation 194

5.6 Construction des modles rduits 202

5.6.1 Procd de construction 202 5.7 Chargement 209

5.7.1 Principe de chargement 209 5.7.2 Phasage 212

5.8 Mesures et observations 213

5.8.1 Conditions de service 214 5.8.2 Chargement jusqu' la rupture 214 5.8.3 Ruptures des modles 224 5.8.4 Modes de rupture observs 228

5.9 Conclusion 230

CONCLUSION 231

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TROISIEME PARTIE

METHODES DE CALCUL

INTRODUCTION 233

Chapitre 6 - ANALYSE DU COMPORTEMENT DE L'OUVRAGE EN VRAIE GRANDEUR

6.1 Gnralits 235

6.2 Dimensionnement du mur exprimental 235

6.2.1 Prdimensionnement 235 6.2.2 Dimensionnement 236 6.2.3 Recherche de la rupture (tape du dimensionnement) 239

6.3 Recherche de la rupture aprs la construction 242

6.4 Analyse du comportement la fin de la construction 244

6.4.1 Pressions des terres sur la face du mur 244 6.4.2 Contraintes verticales dans le massif renforc 245 6.4.3 Stabilit interne par la mthode en "dplacement" 247

6.5 Analyse du comportement la rupture 250

6.5.1 Pressions des terres et dplacement de la face du mur 250 6.5.2 Contraintes verticales dans le massif renforc 2 51 6.5.3 Stabilit interne par la mthode en "dplacement" pour l'tat de rupture 253 6.5.4 Stabilit interne par la mthode "double bloc" pour l'tat de rupture 256

6.6 Analyse du comportement du modle rduit en centrifugeuse 258

6.7 Conclusion 260

Chapitre 7 - METHODOLOGIE DE DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES CHARGES EN TTE

7.1 Gnralits 261

7.2 Principe de calcul et dtermination des paramtres de calcul 261

7.2.1 Coefficients de scurit sur les matriaux 261 7.2.2 Principe de calcul du massif renforc 264

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7.3 Dimensionnemen interne 265

7.3.1 Synthse des exprimentations 266 7.4 Modes de rupture observs sur d'autres ouvrages exprimentaux 269

7.5 Conclusion 274

CONCLUSION 275

ANNEXE 1 - Etudes sur un ouvrage exprimental en vraie grandeur : rsultats des nil

mesures

ANNEXE 2 - Etudes sur modles rduits en centrifugeuse : rsultats des mesures 280

CONCLUSION GENERALE 320

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 3 21

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INTRODUCTION GENERALE

Le principe de renforcement des sols par des matriaux plus ou moins extensibles est une technologie trs ancienne dans le gnie civil. Selon les produits naturels existant dans les diffrentes rgions, des sarments de vignes, branches, bambous et autres fibres furent utiliss pour renforcer des briques argileuses et des sols granulaires. Dans le gnie civil moderne, par contre, le renforcement des sols s'est dvelopp partir des annes 1960 par l'utilisation, dans les ouvrages en terre, de bandes mtalliques d'abord (Vidal, 1966) et par la suite de gotextiles.

L'utilisation de la technique de renforcement des sols par gotextiles s'est dveloppe pour une large varit d'applications dans les domaines hydraulique et mcanique. L'inclusion de gotextiles dans les sols permet, selon le domaine ou la fonction de l'ouvrage, d'amliorer les proprits de ces sols.

Dans le domaine hydraulique, les gosynthtiques (gotextiles, gnralement non-tisss, gocomposites ou gomembranes) contribuent amliorer les fonctions de filtration, de drainage et d'tanchification.

Dans le domaine mcanique, les gosynthtiques (gnralement tisss ou grilles) contribuent amliorer les proprits de sparation et de renforcement.

De nombreuses applications exprimentales ou relles de renforcement des sols par des gosynthtiques dans le cas des murs de soutnement, des talus ainsi que des remblais construits sur des sols de fondation mous ont t ralises avec succs. Ces ouvrages prsentent les avantages suivants :

- une structure relativement souple, - des pentes de talus plus raides (jusqu' 90), - une vgtalisation possible des talus, - un cot relativement peu lev, - un temps d'excution court avec peu de personnel qualifi.

L'application de la technique de renforcement des sols par gotextiles pour la conception des cules de ponts est srement envisageable du point de vue technique et pratique, bien que les autorits techniques et les matres d'ouvrage hsitent parfois autoriser leur emploi, ceci tant d pour partie au manque de validation des mthodes de dimensionnement existantes.

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Devant l'intrt potentiel de la technique de renforcement par gotextiles dans ce cas prcis, un programme franco-allemand de recherches exprimentales a t tabli entre le rseau des LPC (LCPC, LRPC de Nancy) et la BASt sur le thme, "Comportement d'ouvrages renforcs par gotextiles sous l'effet de chargements verticaux concentrs en tte".

Le programme de recherche exprimentale, excut d'avril 1989 octobre 1992, comportait deux parties :

premire partie : tude du comportement d'un ouvrage exprimental en vraie grandeur, renforc par du non-tiss, construit et amen la rupture par un chargement vertical au hall des essais statiques de la BASt Bergisch Gladbach, prs de Cologne ; deuxime partie : tude du comportement de modles rduits en centrifugeuse amens la rupture par chargement en tte au LCPC (Centre de Nantes).

Les travaux de recherches ont t financs conjointement par le LCPC et la BASt, avec l'assistance technique de la socit Mur Ebal pour la construction du mur exprimental en vraie grandeur.

Le prsent mmoire, qui s'inscrit dans ce cadre, comprend sept chapitres regroups en trois parties :

- la premire partie, compose de trois chapitres, est consacre une synthse bibliographique sur les gotextiles actuels (chapitre 1), une revue des techniques d'utilisation des gosynthtiques en gotechnique et une revue des mthodes de calcul utilises pour le dimensionnement de tels ouvrages (chapitre 3) ;

- la seconde partie, comportant deux chapitres, prsente les principaux rsultats des tudes exprimentales sur le comportement d'un ouvrage exprimental en vraie grandeur (chapitre 4) et le comportement de cinq modles rduits en centrifugeuse (chapitre 5) ;

- la troisime partie, divise en deux chapitres, est consacre 3'analyse thorique du comportement de l'ouvrage exprimental en vraie grandeur et des modles rduits en centrifugeuse (chapitre 6), sur la base principalement de deux mthodes de calcul, la mthode dite du "double bloc" et la mthode dite "en dplacements". Le chapitre 7 dcrit une mthodologie possible pour le dimensionnement des ouvrages renforcs par gotexties chargs en tte.

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Premire partie

OUVRAGES RENFORCES PAR GEOTEXTILES :

SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE

INTRODUCTION

Bien qu'une littrature technique abondante existe sur les gotextiles et leurs applications pour le renforcement, une brve revue des diffrents types de produits actuels, ainsi que des divers procds d'application semble tre un prambule utile pour faire ressortir l'opportunit des travaux prsents dans ce mmoire. L'tude bibliographique a par consquent pour seul but de dfinir le cadre dans lequel se placent ces travaux de recherches.

Le premier chapitre prsente sommairement les matriaux gotextiles actuels, leurs proprits et les modes opratoires des essais qui servent dterminer les proprits spcifiques pour les utilisations de renforcement.

Le deuxime chapitre est consacr aux problmes gotechniques qui entranent ou permettent l'utilisation des gotextiles ainsi qu'aux diffrentes applications et techniques de renforcement.

Le troisime chapitre, enfin, est consacr aux mthodes de calcul utilises couramment pour la justification des ouvrages renforcs par gotextiles.

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Chapitre 1

LES GOTEXTILES ACTUELS

1.1 Gnralits

Les gosynthtiques sont dfinis comme tant des produits synthtiques, utiliss en relation avec les sols et les roches dans les domaines suivants : gotechnique, gnie civil (constructions lourdes et btiment), hydrogologie, environnement (Koemer, 1990). Les gosynthtiques sont produits sous diffrentes formes partir de matires synthtiques sur la base de divers polymres provenant de l'industrie chimique. Les centaines de produits gosynthtiques existant actuellement sur le march peuvent tre classs en 6 groupes, d'aprs les matires premires utilises, les modes de fabrication et les domaines d'utilisation :

1 - les gotextiles, 2 - les gogrilles, 3 - les gofilets, 4 - les gomembranes, 5 - les gocomposites, 6 - les "godivers" ou ngoautresw.

Les gotextiles, qui seront principalement traits dans ce mmoire et qui forment le groupe de gosynthtiques le plus important, sont des textiles au sens propre du mot, constitus surtout de fibres synthtiques, plutt que de fibres naturelles comme le coton ou la jute. Les fibres synthtiques sont transformes en un tissu flexible et poreux, par tissage, par tricotage et par liaison de voile ou de nappes de fibres.

1.2 Matriaux et procdures de fabrication

Les matires premires utilises par l'industrie textile pour la fabrication des gotextiles ont t d'abord des produits naturels d'origine vgtale (jute, coton), animale (laine, soie) et minrale (amiante). Les produits chimiques organiques comme les polymres naturels transforms (viscose, actate), les polymres synthtiques (polyester, polyamide, polyethylene, polypropylene) ainsi que les produits chimiques inorganiques d'origine minrale (verre, carbone) et mtallique constituent actuellement la plus grande source d'approvisionnement en matires premires.

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1.2.1 Les matires premires et leurs proprits

Les polymres synthtiques sont composs de grandes molcules (macro-molcules) obtenues par polymrisation, c'est dire par jonction de plusieurs petites molcules identiques (monomres). La majorit des produits gotextiles existant sur le march est fabrique partir de polymres thermofusibles comme le polypropylene (PP), le polyethylene (PE), le polyester (PETT) et le polyamide (PA).

Plusieurs additifs, comme des catalyseurs, des acides accepteurs et des lubrifiants, sont rajouts aux matires premires pour amliorer le processus de polymrisation. Des anti-oxidants, des stabilisateurs d'ultraviolets, des stabilisateurs biologiques et des pigments sont aussi utiliss lors de la production des gotextiles pour donner aux matriaux des proprits particulires selon les applications.

- Le polypropylene (PP) Le polypropylene est obtenu par polymrisation du propylene en prsence de catalyseurs.

Les polypropylnes ont des caractristiques mcaniques relativement faibles mais ont une inertie totale l'eau. Leur temprature de transition vitreuse est de l'ordre de -10 C et la temprature de fusion de 160 C.

- Le polyethylene (PE) Le polyethylene est obtenu par polymrisation de longues chanes d'thylne. Il existe

trois principaux groupes de polythylnes, qui ont des caractristiques mcaniques variables selon le procd de polymrisation : les polythylnes faible densit (920 - 930 kg/m^), les polythylnes faible densit linaire (925 - 940 kg/m^) et les polythylnes haute densit (940 - 960 kg/m^). Leurs caractristiques de tenue au fuage, aux rayons ultraviolets et la temprature sont faibles. La temprature de transition vitreuse est de l'ordre de -10 C.

- Le polyester (PETP) Le polyester est obtenu par polymrisation du glycol ethylene en prsence du dimethyl

trphtalique ou d'acide trphtalique. Le polyester prsente sur le plan mcanique de bonnes caractristiques, comme une rsistance la traction leve et une faible sensibilit au fluage, en raison de sa temprature de transition vitreuse (80 C), suprieure en gnral sa temprature de fonctionnement. H possde outre une grande inertie chimique face aux solvants, l'eau de mer et aux acides. Par contre, le polyester est sensible aux produit basiques.

- Le polyamide (PA) Il existe deux types de polyamide, le polyamide 6 et le polyamide 66. Le polyamide 6 est

obtenu par polymrisation du caprolactam, produit driv du ptrole. Le polyamide 66 est obtenu partir du sel d'acide adipique et de l'hexamthylne diamine, tous deux produits drivs du ptrole. Les polyamides ont un comportement mcanique semblable au polyester

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mais prsentent une perte sensible de leurs caractristiques par hydrolyse lorsqu'ils sont dans un milieu pH faible ou simplement dans un milieu humide. Leur temprature de transition vitreuse est de l'ordre de 60 C.

(s) Liaisons des monomres de polythene dans une macro-

c o * H

H CH, H CH3 H CH, H CH, H CHj H M ! I I I I ! ! I I

C==C C C CCC C C - C C - (b) Polypropylene 1 |PelymriMtion| | | ! I M I I H H H H H H H H H H H

Polypropylen

H H H H H H H H H H C H j H H M II i I ! I l II I i C=C C-C-CC-C-CC- 'C-C-CC (e) Ethylene I IPeVmristtionJ | { | | | j M I I

H H H H H H H H H H H H H

CH, 1

H C H j H H H H C H j H H H H H M l ! c*c-cc- -(d) Polyester

H H H H H H H H H H H H LLDPE

H^-CH.-cf 0 V ? ? 9 * 1 > H H N-(CH) s -C-N- tCH) s C-N(e) Potyamide6

HC-CHJ-CH, Polyamide -6

H H O O

t i Il H T N-(CHf),-NC-(CH*)4-C j Polyamide6.6

Figure 1,1 - Structures des polymres courants utiliss pour la fabrication des gotexties

- Proprits des matires premires

En raison de leurs structures molculaires et procds de fabrication diffrents, les proprits de base de ces quatre polymres varient considrablement comme on peut le voir dans les tableaux suivants.

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Tableau 1.1 - Principales proprits des matires premires des fibres (OECD, 1991) Proprit

Masse volumique (kN/mr)

Point de fusion (C)

Rsistance la rupture (N/mm*^)

Allongement la rupture (%)

Polyester

PETP

13,80

260

350-1300

10-55

Polyamide

PA 6 /66

11,40

212 / 256

350 / 1000

15/70

Polypropylene

PP

9,10

165

220-550

15-50

Polyethylene

PE

9,50

125

300-650

10-45

Tableau 1.2- Apprciation gnrale de la rsistance aux agents chimiques, biologiques et physiques (OECD, 1991)

Rsistance

Micro-organismes

Acides

Bases

Agents oxidants

Rayons ultraviolets

Ge! jusqu'-30C

Chaleur jusqu'

Inflammabilit

Polyester

PETP

++

++

+

++

++

++

220C

-

Polyamide

PA 6 / 6 6

++

+

++

+

+

++

170C / 230C

-

Polypropylene

PP

++

++

-H-

T""T*

+

++

140C

0

Polyethylene

PE

++

++

++

++

+

++

110C

0

++ : bonne + : suffisante 0 : modique - : faible

1.2.2 Procds de fabrication et types de produits

Les polymres et les additifs ncessaires sont soumis sous fusion aux diffrents processus de fabrication (tableau 1.3) pour la production des matriaux dont les gotextiles sont finalement fabriqus.

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Tableau 1.3 - Production des gotextiles (OECD, 1991)

Procds de

fabrication

ms-fr-i Fh 7h i ^

2 o

LU b ai

Fibrillage

Coupage

Filage

Retordage

Dcoupage

Perforage

Etirage

Formage

Tissage

Tricoiag

Nappage

Liage

Faonnage

o-

oo-o-o

K> Assemblage!

O

O

O o

O

CKK> O

O

o Uni-

dimen-

t t I I

a

o o

O

Bi-dimert-sionnei il Tri-

dimen-sionnel

1 1-*-

1 il 5 .2 2

8

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La masse en fusion est extrade travers une druse de filature, similaire en principe une douche, l'abri de l'air et de l'humidit. Les fibres textiles ou filaments obtenus sont alors refroidis l'air ou dans l'eau. Plusieurs techniques d'assemblage des fibres textiles donnent les matriaux servant la confection des tissus gotextiles comme les fus (monofilament, multifilament), les fils de fibres discontinues, les bandelettes et les bandelettes dcoupes de film (figure 1.2).

bandelette dcoupe de film

Figure 1.2 - Fibres textura utilises pour la confection des tissus gotextiles

Selon les elemente constituants, le procd de fabrication (tableau 1.3) et la structure, plusieurs types de gotextiles et produits apparents sont obtenus.

- Non-tisss

Un gotextile non tiss est une nappe de textile obtenue par mise en place, gnralement au hasard, de fibres ou de fils lis entre eux par trois types de techniques : liaison mcanique, liaison chimique ou liaison thermique.

La liaison mcanique est obtenue par entrelacement des fils, partir d'une srie d'aiguilles s'enfonant dans la nappe qui dfile lors du processus de fabrication. Dans certains cas, une vibration ou une rotation des aiguilles affine le processus d'entrelacement. Les gotextiles ainsi obtenus sont de haute densit et pais. Leurs paisseurs se situent entre 1 et 6 mm.

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La liaison chimique est raliste par addition de rsines ou d'mulsions qui collent les fibres ou fus leurs points de contact. Cette liaison est la moins utilise et les gotextiles ainsi obtenus ont une paisseur entre 0,5 et 3 mm.

La Maison thermique est obtenue par l'effet conjugu de la chaleur et de la pression sur les fibres ou fils qui passent entre deux rouleaux lors du processus de fabrication (calandrage). Une fusion partielle des points de contact des fils est obtenue. Les gotextiles ainsi obtenus sont gnralement trs fins, avec des paisseurs entre 0,5 et 3 mm.

Figure 1.3 - Structure d'un non-tiss liaison mcanique Ofc..- - . V M M H U tMMMP j M u u g

Figure 1.4 - Structure d'un non-tiss liaison chimique

Figure 1.5 - Structure d'un non-tiss liaison thermique

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- Tisss

Un gotextile tiss est une nappe de textile produite avec les techniques classiques de tissage, c'est dire par entrelacement de deux fils ou filaments, de plusieurs faisceaux de fibres, de bandelettes ou d'autres composants. Le processus de tissage leur donne une apparence caractristique, qui montre deux sries de fils parallles entrelacs angle droit. Les fils utiliss pour la fabrication des tisss peuvent tre des monofilaments, des multifilaments ou des combinaisons des deux. Les bandelettes sont de plus en plus utilises pour la fabrication des tisss, en combinaison avec des monofilaments et multifilaments.

Figure 1.6 - Structure de diffrents tisss

- Tricots

Un gotextile tricot est obtenu par assemblage de deux nappes de fils parallles au moyen d'un fil de liaison, de faon obtenir la rpartition gomtrique dsire. On peut trouver les tricots sous forme de panneau ou de tube, cette dernire prsentation tant trs

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utile pour le revtement ou l'enrobage d'lments tels que celui des tuyaux drainants. Ils sont utiliss gnralement pour remplacer les filtres d'enrobage, souvent confectionn en matire vgtale.

b) tricots manies jetes Figure 1.7 - Structure de diffrents tricots

Les produite prsents ci-dessus constituent les catgories principales des gotextiles proprement parler. Outre ces produits, il faut distinguer certains produits apparents, galement trs employs dans le domaine de la gotechnique et du gnie civil : les gogriles, les gofilets, les nattes et les gotextiles alvolaires.

- Gogrilles

Une gogrille est une structure plane constitue par un rseau ouvert d'lments rsistant la traction, relis entre eux selon un motif rgulier. Elle est fabrique partir de bandes de polymres de haut module, selon le processus prsent sur la figure 1.8.

La bande de polymre est gnralement porte haute temprature et ensuite tire. L'tirage peut tre ralis dans une seule direction (gogrille uniaxiale) ou dans deux directions (gogrille biaxiale). Au cours de l'tirage, une orientation des macromolcules se produit, ce qui entrane une grande rsistance la traction dans le sens de l'tirage. Les gogrilles sont

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aussi fabriques par soudure de lanires de polymres ou par liaison thermique de fibres extrades.

Figure 1.8 - Processus de fabrication d'une gogrille biaxiale

coupe an travers coupe en travers a) gogrille uniaxiale b) gogrille biaxiale

Figure 1.9 - Structures de gogrilles

- Gofdets Un gofilet est une structure plane constitue par un rseau ouvert d'lments relis par

des noeuds. Il est form de deux sries de fils parallles extrades se croisant avec des angles constants (gnralement entre 60 et 90). Les intersections des fils sont lies thermiquement. Certains gofilets sont lgrement tirs lors de la fabrication pour leur donner une haute rsistance la traction. Des paisseurs de fils entre 1 et 5 mm sont utilises pour fabriquer des gofilets avec des ouvertures entre 10 et 75 mm.

Figure 1.10 - Structure d'un gofilet

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- Nattes

Une natte est une structure tridimensionnelle trs ouverte constitue de gros fils relativement rigides, dont es intersections sont lies thermiquement. Les nattes ont des paisseurs entre 10 et 20 mm.

Figure 1.11 - Structure d'une natte

- Gotextiles alvolaires

Un gotextile alvolaire est une structure tridimensionnelle, forme d'une nappe rgulire constitue de bandes de gotextiles soudes par point entre elles. Les alvoles obtenues ont d'habitude une forme peu prs hexagonale. Une structure alvolaire type est prsente sur la figure 1.12.

Figure 1.12 - Structure d'un geotexule alvolaire

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- Gomembranes

Les gomembranes constituent, aprs les gotextiles, le second groupe par ordre d'importance parmi les gosynthtiques. Ce sont des feuilles tanches, souples, minces et continues fabriques partir de produits synthtiques comme le polyethylene de haute densit, le polyethylene de basse densit et le Polyvinylchloride ou de produits comme le copolymre bitumineux. H existe plusieurs types de gomembranes, qui se diffrencient selon les produits chimiques de base, les processus de fabrication et les structures macroscopiques. Les gomembranes sont principalement utilises comme barrires contre les gaz et les liquides dans les dchetteries et les dcharges de produits toxiques.

- Gocomposites

Un gocomposite est une structure fabrique partir de deux ou plusieurs types de gotextiles. Il existe de multiples combinaisons possibles partir de la gamme de produits (fil, filament, fibres coupes) ou de matriaux (gotextiles, gogrilles, gomembranes ...) disponibles. Cela permet la fabrication de structures fonctions trs spcifiques. La diversit des produits gocomposites est norme. Quelques exemples de produits gocomposites sont prsents sur la figure 1.14.

53 ront

49 mm y-nappa de gotextile

nappe de gotextile filtrant

ouverture de 5x5 mm 10x10 mm gofilet de polyethylene

Figure 1.14 - Diffrents produits gocomposites

Godivers ou goautres

Aux gosynthtiques prsents ci-dessus, il faut ajouter une varit de produits ayant des structures et des caractristiques spciales, dveloppe presque sur commande pour des

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conditions particulires d'application. Ces produits sont obtenus par affinement et par combinaison des matires premires des procds de fabrication des caractristiques et des fonctions dj utiliss pour les autres gosynthtiques. De tels produits sont regroups sous ie nom de godivers ou goautres.

1.3 Les proprits des gotextiles La connaissance des proprits des gotextiles permet l'ingnieur de suivre sa

philosophie rationnelle de dimensionnement et de slectionner le type de gotextile prescrire. Du fait du dveloppement rapide des produits gotextiles et de leurs modes d'application, ii n'a pas t possible d'unifier les mthodes d'analyse du comportement des gotextiles. Les proprits des gotextiles sont gnralement regroupes dans les cinq catgories suivantes :

1 - proprits physiques, 2 - proprits mcaniques, 3 - proprits hydrauliques, 4 - comportement long terme, 5 - durabilit,

1.3.1 Proprits physiques

Les principales proprits physiques des gotextiles sont la masse par unit de surface et l'paisseur. On utilise aussi la masse volumique des fibres et la flexibilit.

- Masse volumique des fibres

La masse volumique des fibres est la masse volumique du polymre de base partir duquel le gotextile est fabriqu . Elle est dfinie comme la masse d'une unit de volume du polymre 4C. Les valeurs usuelles sont de l'ordre de 0,91 t/m3 pour le polypropylene, 1,22 1,38 t/m3 pour le polyester, 1,05 1,14 t/m3 pour le Nylon, 0,91 0,95 t/m3 pour le polyethylene, et, par comparaison, de 2,54 t/m3 et 7,87 t/m3 respectivement pour le verre et l'acier. Il faudra noter que la masse volumique de certains polymres est infrieure 1 t/m3, ce qui est un dsavantage lorsque le gotextile est mis en place sous l'eau.

- Masse surfacique

La masse surfacique est la masse d'un tissu gotextile par unit de surface. Elle s'exprime en g/nfi ou kg/m^ et les valeurs usuelles se situent entre 100 et 300 g/m^ pour les tisss, entre 90 et 400 pour les non-tisss (jusqu' 1000 g/m^ pour les tisss et non-tisss

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spciaux). La masse surfacique prsente une corrlation directe avec les caractristiques mcaniques, hydrauliques et aussi le prix du gotextile.

JFbss Ncn-tsae

0 100 200 300400S008C07D0800900 1000 Masse par untttds maca (j/m2>

*=Tfn "too 600 Masse par unite de surface (g/m )

Figure 1.15 - Relation masse par unit de surface-force de rupture (Manuel Suisse des Gotextiles, 1988)

- Epaisseur

L'paisseur est la distance entre les deux faces du gotextile. L'paisseur des gotextiles est plus une proprit dcrivant le produit qu'une proprit servant pour le dimensionnement. Les non-tisss mesurent gnralement entre 0,2 et 5 mm d'paisseur. Les non-tisss lis mcaniquement sont les plus pais, tandis que ceux lis thernquement ou chimiquement forment les espces les plus fines. Les paisseurs e$ tisss se situent entre 0,2 et 1,5 mm.

L'paisseur des non-tisss est fortement fonction de la charge applique (compressibilit). Les tisss, par contre, sont beaucoup moins compressibles sous charge.

- Flexibilit

La flexibilit ne doit pas tre confondue avec le module de raideur dtermin d'aprs la courbe traction-longation. La flexibilit dcrit l'interaction entre le poids et la raideur propre du tissu, c'est dire la faon dont le gotextile se comporte sous l'effet de son poids propre. Cette proprit donne une indication sur la capacit du gotextile fournir une surface de travail approprie lors des mises en place. Pour la mise en place d'un gotextile sur des sols extrmement mous, une grande flexibilit du matriau est un avantage.

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-1.3.2 Proprits mcaniques

Les caractristiques mcaniques dterminent largement ie domaine d'application des gotextiles car elles indiquent ia rsistance aux contraintes mcaniques issues des forces extrieures appliques ou des conditions d'application (construction).

- Compressibilit.

La compressibilit du gotextile est la variation de l'paisseur du tissu sous l'effet de contraintes normales son plan. Elle est gnralement caractrise par un module de compressibilit, qui est le rapport entre la contrainte moyenne normale au plan et la dformation correspondante du gotextile. Le module de compressibilit est souvent exprim en kilopascals (kPa). La compressibilit dpend plus du procd de fabrication que des matires premires (les non-tisss aiguillets de fibres courtes sont beaucoup plus compressibles que les non-tisss thermolis). Les matriaux compressibles verront leurs caractristiques hydrauliques (surtout la transmissivit) diminuer en fonction de la charge applique.

(kPa)

0,13 k

0,25 h

14,4

de momofiiament i liaison thermique

tiss de bandelette de film

S 0.36 h

0,50 k

non tiss liaison mcanique

Figare 1.16 - Compressibilit de dfreats goexiies (Krner, 1990)

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Comportement en traction

Le comportement en traction est srement la caractristique la plus importante d'un gotextile pour ses applications en renforcement. La plupart des applications des gotextiles se rfrent cette proprit comme fonction premire (renforcement) ou comme fonction secondaire (sparation, filtration ou drainage). Le comportement en traction, dtermin lors de la mise en traction jusqu' la rupture du gotextile en dformation plane, est caractris par la relation entre l'effort de traction a (force par unit de largeur exprime en kN/m) et l'allongement e du gotextile (dformation relative la longueur de traction, exprime en pourcentage). A partir de la courbe "effort de traction-allongement", on caractrise la fois la rsistance la traction (rupture) et la raideur du gotextile. La figure 1.17 donne une ide des variations possibles entre diffrents gotextiles.

_. . . ^. masse surfacique paisseur court* typedegotexiile

( ^ } ( m m )

A tiss de monofilament 204 B tiss de bandelette de film 170 C tiss de multifilament 272 0 non tiss liaison thermique 136 E non tiss liaison mcanique 204

j

15 10 28 13 25

Figure 1.17 - Comportement en traction de diffrents gotextiles (d'aprs Koerner, 1986)

La rsistance la traction est donne par la force de rupture par unit de largeur ocf (kN/m), correspondant l'effort de traction maximal et l'allongement la rupture Ef (pourcentage), obtenue sous l'effort de traction maximal. Dans le cas des gotextiles tisss, ces proprits dpendent essentiellement des matriaux constituants, alors que, pour les gotextiles

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non-tisss, la structure interne joue un rle dterminant (MacGown et al. 1984). A mme masse surfacique pf les non-tisss thennolis ont une force de rupture par unit de largeur af plus grande que celle des non-tisss aiguillets. Les tisss ont une rsistance en traction encore bien suprieure, mais prsentent une anisotropic entre le sens chane (sens d'avancement de la nappe en cours de fabrication) et trame (sens perpendiculaire celui de la chane).

Outre la force de rupture af et l'allongement la rupture f, qui caractrisent le comportement en traction d'un gotexte, un troisime paramtre, la raideur J, est obtenu partir de la courbe "effort de traction-allongement". La raideur J est le rapport entre la force de traction par unit de largeur a et l'allongement e correspondant. Elle s'exprime en kN/m. Les courbes "effort de traction-allongement" ne sont pas forcment linaires. On dfinit alors plusieurs raideurs, correspondant des forces de traction a ou des dformations s donnes (figure 1.18) : raideur tangente initiale, raideur scante, raideur tangente.

J sect te

raideur tangente initiale raideur scante raideur tangente

Figure 1.18 - Diffrentes dfinitions de la raideur (d'aprs Paulson, 1987])

Resistance au dchirement

La rsistance du gotextile au dveloppement ou la propagation de dchirures locales (dchirures amorces) est caractrise par la force de rupture Rw, gnralement exprime en

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kN. Le dchirement d'un gotextile se produit par la conjonction de deux actions : une action localise de type "percement" et une action rpartie de type "traction".

- Rsistance au percement

La rsistance au percement permet de mesurer la vulnrabilit des gotextiles aux divers chocs provoqus par la chute de corps rigides. Ces chocs provoquent des mcanismes de percement de trois types principalement : la perforation, le poinonnement et l'clatement.

La rsistance au percement est caractrise par la force de poinonnement Rp exprime N ou/et par le diamtre 0 en mm de l'ouverture du trou due la perforation.

- Rsistance des joints (couture)

Les nappes de gotextUes sont trs souvent relies entre elles lors de la mise en place, gnralement par couture. La rsistance des joints est caractrise par la perte de rsistance en traction d'un gotextile cousu a, exprime en kN/m, par rapport au gotextile sans couture.

- Rsistance la fatigue

La rsistance la fatigue est l'aptitude du gotextile supporter les sollicitations alternes (par exemple, le chargement et le dchargement dus au trafic pour une voie de circulation) avant sa rupture. Jusqu' ce jour, ce phnomne n'a pas fait l'objet d'tudes approfondies ; mais il semble cependant que la structure du gotextile soit plus sensible la fatigue que le polymre lui-mme. La rsistance la fatigue est caractrise par une traction de fatigue a t en kN due au cycle de charge-dcharge, qui sert diminuer la valeur ctf obtenue par l'essai de traction, utilise pour le dimensionnement.

- Proprits de frottement

Ces proprits sont en relation directe avec la structure des matriaux en prsence (sol-gotextile et gotextile-gotextile) et caractrisent les rsistances au cisaillement (frottement) de l'interface entre le matriau de remblai et le gotextile ou des gotextiles placs les uns sur les autres. Le frottement sol-gotextile est le phnomne dcisif dans le principe du renforcement, dans la mesure o les dplacements relatifs du sol de couverture par rapport au gotextile lui transmettent des efforts tangentiels qui entranent finalement la mise en tension de ces gotextiles (rle d'armature). Les interfaces sol-gotextile et gotextile-gotextile sont gnralement caractrises par les angles de frottement q>Sg et cpgg exprims en degrs.

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- Rsistance Parrachement (ancrage)

Une autre proprit de frottement dterminante pour le renforcement est la rsistance du gotextile l'arrachement. Cette proprit dfinit non seulement les conditions adquates du gotexte jouer son rle de renforcement, mais aussi l'aptitude d'un gotextile fonctionner comme ancrage. Les dplacements du gotextile par rapport au sol de couverture lui transmettent des efforts tangentiels (rle d'ancrage). La rsistance l'arrachement est caractrise par un angle de frottement q>a exprim en degrs.

Les caractristiques de frottement dtermins par le cisaillement sol-gotextile sont gnralement plus leves que ceux obtenues par l'arrachement (figure 1.19).

50

f 40

I | 3 0

I 2 0 * tO

0 10 20 30 40 50 (rettsment soi (dgri)

Figure 1.19 - Caractristiques de frottement cisaillement-extraction (d'aprs Jewell, 1990)

1.3.3 Proprits hydrauliques

Les proprits hydrauliques ont une importante dterminante lorsque le gotextile doit assurer une fonction de filtre ou de drainage. Les principales proprits hydrauliques sont la distribution des pores, la permittivit et la transmitivit. Elles sont moins influences par la matire premire que par le mode de fabrication des gotextiles.

- Porosit

La porosit d'un gotexte est, comme en mcanique des sols, le rapport du volume des vides sur le volume total. Elle caractrise l'aptitude de l'eau couler travers le gotexte et est gnralement calcule comme suit:

, m n~ \

Pt

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avec n - porosit ; m - masse par unit de surface;

p - densit du gotextile ; t - paisseur du gotextile

- Ouverture des pores et distribution des pores

L'ouverture des pores (Op), exprime en pourcentage, est une proprit relative seulement aux tisss, particulirement aux tisss de fils monofilaments et est en fait une comparaison entre l'ouverture totale de la surface d'une structure gotextile (l'espace des vides entre les fibres adjacentes) et la surface totale de la structure. Les tisss de monofilaments vont des structures fermes, dont les valeurs O sont proches de 0, des structures ouvertes avec O voisins de 36%. Les valeurs Op de la plupart des tisss commercialiss se situent entre 4 et 10%.

L'ouverture des pores, qui n'est autre que la dimension des mailles du gotextile, fixe le diamtre des lments du sol qui sont retenus par le gotextile et est de ce fait dterminante pour l'efficacit du filtre. En considrant que le gotextile est un tamis recouvert par diffrentes fractions de grains de sable, on dtermine le diamtre moyen des grains pour lequel n% de la fraction est retenu sur ou dans le gotextile. On parle alors de diamtre des pores On, exprim en mm ou en /m. Les gotextiles sont trs souvent caractriss par les ouvertures correspondantes 90 ou 95 %, nomms respectivement "diamtre efficace des pores Ow et "ouverture apparente des pores O95" qui sont dtermins sur la courbe de distribution des pores obtenue par tamisage

0,6 0.2 0,06 0,02 0,006 dimension da rouverture des pores (mm)

Figure 1.20 - Ouverture des pores pour une gamme de produit (d'aprs ICI-Fibres, 1988)

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Les valeurs usuelles de l'ouverture apparente des gotextiles sont comprises entre 0,06 et 0,15 mm pour les non tisss et entre 0,05 et 1,5 mm pour les tisss (figure 1.21).

La distribution des pores varie en fonction de la masse surfacique des nappes, de la pression applique normalement au plan de la nappe, de la dformation dans le plan, suivant des directions quelconques, du colmatage interne, ou du blocage des lments solides sur les nappes, et cela pendant la priode de fonctionnement.

2 0,6 0,2 grossiar moyen

0,06 0,02 0.O061 moyen

A - non tiss liaison chimique (250 g/m2) B - non tiss liaison mcanique (300 g/m2) C - non tiss liaison thermique (140 g/m2) D - tiss (380 g/m2) E-tiss (185 g/m2)

Figure 1.21 : Distribution des pores de diffrents gotextiles (d'aprs McGown, 1971)

- Permittivit

La permittivit du gotexte est caractrise par son aptitude permettre un coulement de liquide perpendiculaire au plan de la nappe. La permabilit normale au plan de la structure est fonction de l'paisseur et, comme les gotextiles se dforment sous l'effet des contraintes cause de leur compressibilit, la notion de permittivit a t dfinie : la permittivit *F (exprime en s"*) est le rapport entre la permabilit normale au plan du gotextile et l'paisseur du gotexte T. Les condition hydrauliques tant fixes, le dbit unitaire passant au travers du gotextile est proportionnel la permittivit. La permittivit, qui dpend de l'ouverture des pores, varie pour les tisss d'environ 0,05 0,5 s~*(15 35 s"* pour les

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produits particuliers). Pour les gotextes non tisss, la permittivit varie d'environ 0,2 2,5 s-1.

- Transmissivit

La transmissivit du gotextile est caractrise par son aptitude permettre un coulement de liquide dans son plan. Comme la permittivit, la transmissivit 0 tient compte de l'paisseur du gotextile : elle est le produit de la permabilit dans le plan du gotextile (selon une certaine direction) par rpaisseur Tg du gotextile et est usuellement exprime en nfi/s. Le dbit passant dans le plan du gotextile est proportionnel la transmissivit. La permissivit dpend de l'paisseur ( donc de la pression applique au gotextile) mais aussi de la structure des pores. Les tisss, qui sont des produits gnralement minces, prsentent une faible transmissivit. Les valeurs pour les non tisss se situent dans l'intervalle de variation de 10-4 KT8 m2/s.

1.3.4 Comportement long terme (endurance)

Dans la mesure o les divers produits gotextiles et les diffrents processus d'application sont assez rcents, des questions concernant leur comportement dans le temps sont toujours poses. Les causes de l'volution des proprits des gotextiles dans le temps sont gnralement lies des facteurs internes (volution de la matire premire) et externes (volution des conditions gotechniques, c'est dire des conditions mcaniques, hydrauliques et physico-chimiques). Les principales caractristiques du comportement des gotextiles long terme sont le fluage, l'abrasion et l'obstruction ou l'engorgement.

- Fluage

Le fluage est le phnomne qui caractrise l'augmentation des elongations d'un gotextile dans le temps sous l'action d'une contrainte constante. Le fluage des structures gotextiles a fait l'objet de plusieurs tudes (Shrestha et Bell, 1982 ; Hdt, 1986 ; Matichard et al., 1990). Le comportement de fluage des gotextiles dpend de l'tat des contraintes appliques mais surtout du type de polymre. Le procd de fabrication a une importance plus faible.

Ces informations sont trs importantes pour le dimensionnement, dans la mesure o l'inverse du pourcentage des contraintes quasi statiques sous lesquels le fluage se produit est utilis comme coefficient de scurit F, ncessaire viter les dformations de fluage (Hoedt, 1986).

On donne ci-aprs quelques valeurs proposes par Hoedt :

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ct 2

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goextes de polypropylene : F =4 gotextiles de polyethylene : F=4 gotextiles de polyamide : F=2,5 gotextiles de polyester : F=2

I 3

L-V j _ _i_ 3 4 5 log. temp (s)

1 anne

PETP

3 0 h

2 0 h

10

l_J^__J_ 3 4 S

log. temps (s)

PETP

Figure 1.22 - Fluage de quelques fils de diffrents polymres (d'aprs Hoedt, 1986)

Abrasion

L'abrasion des gotextiles est l'usure (usage) d'une partie quelconque de la surface d'une structure gotextile suite au frottement ou ponage contre un autre corps. L'abrasion des gotextiles dans les conditions de service peut tre, et est mme souvent, la cause de rupture d'une structure sol-gotextile.

- Obstruction long terme (colmatage)

L'obstruction d'un gotextile est sa dgradation dans le domaine hydraulique, qui peut entraner une rduction notable de la permabilit du gotextile. Il existe trois phnomnes causant l'obstruction d'une structure gotextile : l'obstruction minrale, chimique ou biologique.

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L'obstruction minrale se produit par l'effet de pntration (interne) ou de rpartition (externe) de particules l'intrieur ou sur la surface du gotextile. Il y a alors diminution du volume des pores ou obturation des entres des pores du gotextile. Les non tisss sont beaucoup plus affects par le phnomne d'obstruction interne que les tisss, et les non tisss minces beaucoup plus que les non tisss pais. Par contre, les tisss et les non tisss les plus compacts sont les plus concerns par le phnomne d'obstruction externe.

L'obstruction chimique se produit quand les eaux ont une haute teneur en matires dissoutes (carbonate de calcium, oxydes de fer, ...) par l'action de bactries sur le gotextile.

L'obstruction biologique se produit principalement par les prolifrations vgtales (algues).

1.3.5 Durabilit (dgradation)

- Dgradations l'installation

Il est bien connu que les contraintes svres subies durant l'installation peuvent endommager srieusement les gotextiles. Dans certains cas, ces contraintes d'installation sont plus nuisibles au gotextile que les contraintes pour lesquelles il a t dimensionn. Diffrents produits gotextiles utiliss dans divers domaines d'applications ont t prlevs un certain nombre d'heures ou de jours aprs l'installation et les caractristiques suivantes ont t dtermines pour les comparer aux caractristiques des produits neufs :

- force de rupture mesure dans un "grabtest", - force de rupture de poinonnement, - force de rupture de dchirure, - pression d'clatement, - comportement en traction.

Un coefficient de scurit compris entre 1 et 3 est gnralement ncessaire pour parer aux dommages dus l'installation.

- Dgradations de temprature

Les tempratures normales ambiantes ne sont pas nuisibles pour les diffrent polymres utiliss dans la fabrication des gotextiles. Par contre, il est recommand de ne pas exposer les gotextiles de trs hautes tempratures comme lors du placement de matriaux chauds, par exemple l'asphalte ou les joints hydrauliques (plomb, rsine). Rappelons que le polypropylene a une temprature de fusion de 165 C et le polyester de 250C. Dans des conditions spciales

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d'application, il peut s'avrer utile ou mme ncessaire de tenir compte d'une certaine rduction des proprits des gotextiles due la temprature, mais un coefficient de scurit n'est gnralement pas ncessaire.

- Dgradations chimiques

Comme pour la temprature, les polymres utiliss pour la fabrication des gotextiles ne sont pas spcialement exposs une dgradation dans leurs conditions normales d'utilisation. La rsistance des polymres de base aux ractifs chimiques qui causent des changements du poids, des dimensions, de l'apparence et des proprits mcaniques est gnralement dtermine par les producteurs. D existe plusieurs tudes (Du Pont, 1956) sur le comportement de la plupart des fils des polymres de base sous l'effet d'un grand nombre de produits chimiques, diffrents degrs de concentration et de tempratures. Pour les gotextiles utiliss dans les remblais et qui sont soumis diverses sortes de lessivages, la prsence de ractifs chimiques spcifiques du milieu doit tre dtermine.

- Dgradations d'hydrolyse

Tous les polymres ont une capacit absorber l'humidit dans le temps. Les polyamides sont les plus susceptibles, ensuite les polyolfines, et les polyesters en dernier. L'humidit cause un certain gonflement mais pas assez pour entraner des changements notables des proprits mcaniques et hydrauliques. Lorsque l'humidit est acide (dans les tourbes) ou alcaline (dans les calcaires ou les gypses), des ractions nuisibles peuvent se produire. De faibles valeurs du pH peuvent tre svres pour les polyamides, tandis que de hautes valeurs affectent plutt certains polyesters. Dans les cas extrmes cits ci-dessus, il est recommand de contrler la rsistance des gotextiles aux dgradations d'hydrolyse et gnralement de connatre le comportement des gotextiles par rapport au pH de 7.

- Dgradations biologiques

Pour que les micro-organismes comme les bactries ou les champignons attaquent les polymres, il faut qu'ils puissent se coller aux surfaces des fils et les utiliser pour la nutrition. La dgradation des polymres de base sous l'action d'agents biologiques est peu probable. Les diffrents additifs utiliss lors du processus de fabrication des masses polymres peuvent tre plus vulnrables. Plusieurs tudes (Ionescu et al., 1982) sur le phnomne de dgradation biologique des polymres n'ont pas relev de changements notables des principales proprits.

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- Dgradations dues au rayons ultraviolets

Le rayonnement solaire (ultraviolet) est une cause importante de la dgradation de tous les matriaux organiques et bien sr des polymres. La dgradation des gotextiles suite aux attaques d'ultraviolets dpend de l'intensit. Ainsi, les ultraviolets UV-A (longueur d'ondes entre 400 et 315 nm) causent de lgres dgradations des polymres, tandis que les ultraviolets UV-B (longueur d'ondes 315 280 nm) provoquent des dgradations trs svres. La temprature, les nuages, le vent et l'humidit sont des facteurs qui influencent le processus de dgradation d au rayonnement solaire et doivent tre considrs pour l'utilisation des gotextiles dans les diffrentes rgions gographiques. Les producteurs de gotextiles spcifient gnralement les rsistances de leurs produits la lumire et aux intempries (Raumann, 1982). Dans la mesure o les radiations ultraviolets peuvent entraner des diminutions rapides des proprits des gotextiles, il est recommand d'viter de les exposer nu.

O Florid A o Arizona

a Carolin du Nord

8 16 24 semaine d'exposition

16 24 32 semaine d'exposition

(perte sur la rsistance la traction et sur l'allongement des polyesters)

too r * * Floride

Caroline du Nord

V, ***** 8 16 24

semaine d'exposition S 16 24

semaine d'exposition

(perte sur la rsistance la traction et sur l'allongement des polypropylnes)

Figure 1.23 - Diminution des proprits des gotextiles exposs(d'aprs Raumann 1982)

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- Vieillissement des polymres

Cette caractristique concerne les proprits chimiques intrinsques des polymres. Le vieillissement est le dveloppement long terme des structures molculaires vers un certain tat d'quilibre dans des conditions donnes. Cet tat d'quilibre est souvent exprim sous la forme d'une courbe "densit-temps" ou "logarithme d'un module-temprature" (figure 1.24), qui montrent les polymres voluant vers l'tat d'quilibre. La densit p et la temprature de transition vitreuse Tv sont de bons indicateurs de vieillissement. Il est important de noter que les polymres en l'tat d'quilibre ne sont pas sujets un vieillissement notable quand d'autres processus de dgradations n'affectent pas les polymres.

0 d'quilibre

temps () a) densit-temps

temps (T) b) module de temprature

Figure 1.24 - Etat d'quilibre d'un polymre (d'aprs Lord et Comeliussen, 1988)

1.4 Modes opratoires des essais

Les mthodes d'essai concernant les proprits physiques et mcaniques des gotextiles ont t tires en partie ou en entier des normes textiles dj existantes. Seules les mthodes d'essai concernant les proprits hydrauliques, la durabiiit et les effets de l'environnement

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sont diffrentes de celles des textiles classiques et sont gnralement de nouvelles mthodes d'essai spcifiques aux gotextiles. Des nonnes d'essai ont t dveloppes dans plusieurs pays par les organismes comptents (AFNOR, ASTM, BS, DIN, ASPG, SNRA, ...), mais il n'existe pas jusqu' prsent de document unique sur les mthodes d'essai. Le Comit Europen de Normalisation (C.E.N.) a cr en 1989 le comit Technique 189 "Gotextiles et produits apparents" avec l'objectif d'laborer une normalisation unifie en ce qui concerne la terminologie, l'identification, l'chantillonnage, les mthodes d'essai et la classification des gotextiles et produits apparents. Le comit de normalisation et des spcifications de la socit internationale des gotextiles (IGS) collecte, compare et fournit des informations sur les normes d'essai de par le monde.

Tous les produits gotextiles doivent tre dots de leur fiche technique fournissant leurs caractristiques de fabrication, leurs proprits mcaniques et hydrauliques et donnant des indications sur leur durabilit vis--vis des agents chimiques, biologiques et physiques. En fin de compte, ces donnes sont dterminer par des examens plus ou moins normaliss. A l'aide de ces examens, il est possible d'apprcier et de comparer des produits gotextiles de types diffrents, ce qui est un premier pas vers le choix techniquement correct et l'utilisation conomique des gotextiles.

Pour l'application des gotextiles dans les diffrents domaines, les proprits suivantes doivent faire l'objet d'essais :

- Proprits physiques et mcaniques masse par unit de surface et homognit, paisseur et compressibilit, force et allongement de rupture, comportement traction-dformation, rsistance la dchirure, rsistance la perforation, rsistance au poinonnement ;

- Durabilit fluage, stabilit aux micro-organismes, stabilit chimique, stabilit aux rayons ultraviolets ;

- Proprits hydrauliques permabilit l'eau, normale au gotextile, permabilit l'eau, dans le plan du gotextile, diamtre efficace des pores.

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Dans ce qui suit, seuls les modes opratoires usuels des essais pour la dtermination des caractristiques mcaniques et de durabilit en vue des applications de renforcement seront traits.

1.4.1 Prlvement des chantillons et prouvettes

Pour l'excution des essais de laboratoire, il est recommand de disposer d'un chantillon de surface suffisante, autour de 12 m^ comportant toute la largeur d'un rouleau, e dont la longueur est d'au moins 3 m. Cet chantillon ne doit tre prlev ni au dbut, ni la fin d'une unit de production.. Pour la ralisation de tous les essais susceptibles d'tre excuts, une aire minimale de 25 m^ est recommand par la norme franaise NF G 38-011.

Tableau 1.3 - Nombres et dimensions des prouvettes pour les essais courrants

Type de l'essai

Masse par unit de surface

Homognit

Epaisseur

comportement force-dformation (force et allongement de rupture)

- Tiss

- Non tiss

Force de dchirure

Essai de poinonnement

Rsistance la perforation

Fluage

Durabilit -UV - chimique - biologique

Nombres d'prouvettes

1

10

30

10 en long 10 en travers

10 en long 10 en travers 10 en diagonale

10 en long 10 en travers

10

10

10 en long 10 en travers

10 30 10

r ! . . ! ! - ,

Dimensions des prouvettes

1000x1000 mm

F 1000,2 cm2

F= 1000,2 cm2

500x100 1 mm

Trapze 670x225 mm

240x240 mm

240x240 mm

1000x100 lmm

300x50 lmm

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1.4.2 Masse par unit de surface et homognit

La masse par unit de surface permet un simple contrle de la marchandise reue. Elle est dtermine sur une prouvette d'au moins 1 rn^. Le poids de l'prouvette doit tre mesur 0,01 % prs du poids total. Comme rsultat, on donne la masse par unit de surface en g/m^.

La dispersion de la masse par unit de surface donne une indication sur l'homognit du gotextile. Les essais sont raliss sur une dizaine d'prouvettes circulaires ou rectangulaires de 100 0,2 cm^ chacune. Comme rsultat, on donne la masse moyenne par unit de surface en g/m^ et le coefficient de variation.

1.4.3 Epaisseur et compressibilit

L'paisseur du gotextile est dtermine sous des pressions diffrentes (gnralement 3 pressions). Pour chaque pression, une dizaine d'prouvettes circulaires de 1000,2 cm^ sont charges par un poinon de 250,2 cm^, pour les pressions suivantes : 2 0,02 kPa (pour une mesure d'identification), 200,02 kPa et/ou 2000,02 kPa (pour un rapprochement avec les conditions d'emploi). Comme rsultat, on donne l'paisseur moyenne pour la pression correspondante, avec le coefficient de variation.

1.4.4 Force et allongement de rupture, comportement traction-dformation

La force et l'allongement de rupture (ocf, er) sont dtermins sur des prouvettes mises en traction vitesse constante jusqu' la rupture du gotextile. Durant le processus de traction, les forces et les allongements (utiliss pour le calcul des dformations) du gotextile sont aussi mesurs. Ces mesures permettent d'tablir une courbe caractrisant le comportement traction-dformation du gotextile test. La vitesse de traction et les dimensions des prouvettes varient considrablement selon les diverses mthodes d'essai proposes. Selon les normes franaises, par exemple, les prouvettes de 100 mm de longueur et de 500 mm de large sont mises en traction une vitesse de 50 mm par minute. En Allemagne, des prouvettes de 100 mm de longueur et de 200 mm de large sont mises en traction 50 mm par minute et, selon les normes suisses, on utilise des prouvettes de 100 mm de longueur, 300 mm de largeur 100 mm par minute.

Pour les tisss, est recommand d'excuter les essais dans le sens longitudinal et transversal. Pour les non tisss, il faut en plus le sens diagonal. Le nombre d'prouvettes pour un essai dans un sens (sens production, par exemple) est de 10.

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ct 2

010

130 120

110 I 100 90 .5 -S 80 1 * > I 60 S 50

k .8***

/ * non tisss

130 5> 1 2 0 t S 110 f 100 S 90 1 70 J go I 50

2%/min 10%/min /

40%/min-*^ (

J '

If f

^40%/min / \ ^ r ' 10%/min

r/s tri i j *

ifty JE' *~

L

> V ^ f 2%/min

f

m fibre ds polyester M grille de polyethylene

f I ... . 0 200 400 600 800 1000

largeur de f charrtiuon (mm) 12 16 20

Figure 1.25 - Influence de la largeur des prouvettes et de la vitesse sur l'essai de traction (Jewel, 1990)

Comme rsultats, on donne :

- la force de rupture moyenne otf (en kN/m) des dix prouvettes dans le sens longitudinal et transversal (sens diagonal en plus pour les non tisss) avec les coefficients de variation correspondants,

- l'allongement moyen la rupture s r (pourcentage) dans les sens longitudinal et transversal (sens diagonal en plus pour les non tisss) avec les coefficients de variation correspondants,

- le diagramme force-allongement (enveloppe des dix courbes de chacune des prouvettes).

Pour viter le phnomne de striction lors de l'essai de traction, particulirement avec les non tisss, des mesures de cette striction ou des modifications sont proposes permettant de conserver les largeurs initiales des prouvettes pendant l'essai.

L'essai de traction en tenant compte de la striction a pour but de simuler le comportement rel des gotextiles lorsque ceux-ci sont placs dans le sol. Selon les normes franaises [NF G 38-014], la rsultante de la dformation la rupture est calcule partir des mesures de la striction.

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b) * avec ixilion transversale (carteurs)

Figure 1.26 - Essai de traction sur une prouvette de non-tiss

McGown et al. ont dvelopp un essai de traction incluant le confinement du gotextile. L'appareil d'essai est une bote forme de deux chambres spares (Figure 1.27).

L'prouvette de gotextile est prise en sandwich entre deux fines couches de sol sur lesquelles des pressions rglables peuvent tre appliques par l'intermdiaire de soufflets en caoutchouc. Les pressions de confinement appliques sur les soufflets simulent les pressions in-situ et les fines couches de sol peuvent tre constitues du mme sol que le remblai utilis, L'prouvette de gotextile est de 100 mm de longueur et de 200 mm de largeur.

Une autre mthode utilise des carteurs placs le long de l'prouvette avec un certain espacement, perpendiculaire au sens de la sollicitation (figure 1.26).

a) essai libre

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IT

pince suprieur

pirn infrieur

r~-> i ' - ' I

m E3"

i

t Tl I Kr i l l 1 n=n I

jL

J T

1 ITO.

ih i-t-jf-Tl la

P^71

b^cJ

ru^q

LQ-q

i^

confin

gotextile

M I- -J capteur

**l -tore

I Figure 1.27 - Confinement du gotextile dans l'essai de traction (d'aprs McGown, et al 1982)

1.4.5 Force de dchirure (amorce)

Il existe trois types d'essais de dchirure usuels, l'essai trapzodal, l'essai de languette et l'essai d'Elmendorf.

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- Essai de dchirure trapzodal

On dessine sur une prouvette un trapze isocle dont les cts parallles ont respectivement 670 et 225 mm de longueur selon la nonne franaise (NF G 38-015) et 100 et 25 mm selon les normes suisses et les recommandations allemandes. L'prouvette est incise sur 70 ou 15 mm au milieu du ct parallle le plus court. Elle est ensuite fixe le long de ces deux cts obliques dans les pinces d'un dispositif de traction.

Le plus court des deux cts de l'prouvette est tendu lors de sa mise en place dans le dispositif d'essai, tandis que le plus long doit prsenter quelques ondulations dans son plan. L'prouvette est dchire, par traction de l'incision, vers le ct dtendu du trapze. La vitesse d'tirement de l'incision est de 50 ou 100 mm par minute. Le nombre minimal pour un essai est de 6 dans le sens de production et de 6 dans le sens travers. Le dispositif d'enregistrement doit donner une courbe en "dents de scie", qui est caractristique d'une propagation de dchirure. La rsistance maximum est la force de dchirure Rw exprime en kN. C'est la force ncessaire pour casser les fils (fibres) individuels du gotextie. Comme rsultat on donne la moyenne des forces correspondant cinq pics maximaux relevs sur la zone de dchirure de la courbe "force-longation de dchirure" (figure 1.28).

Z2SJM tore

l\

ion de dchirure

1

1

2 J 3

< * V

4 LLJ ^ longueur de dchirure

Figure 1.2S - Eprouvette et courbe de propagation de la dchirure amorce (NF G 38-015)

- Essai de dchirure par languette Une prouvette de 200 mm de longueur et de 75 mm de largeur, sur laquelle une incision

de 75 mm est faite, est utilise. L'prouvette est place dans un dispositif de traction avec la fin de l'incision dans les pinces du dispositif. Des forces de traction sont appliques jusqu' la dchirure de l'prouvette le long de l'incision initiale. Ce mode d'essai permet aux fils (fibres) de se serrer entre eux et de rsister ainsi la propagation de la dchirure amorce. Les valeurs de la force de dchirure obtenues par cet essai sont gnralement plus leves que celles de l'essai trapzodal.

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- Essai de dchirure d'Elmendorf

Ce mode d'essai inclut une procdure pour la dtermination de la force moyenne ncessaire la propagation d'une dchirure partir d'une incision initiale dans le gotextie. Un dispositif de type pendule tombant est ensuite utilis pour accentuer la dchirure amorce. La force de dchirure est la force ncessaire pour continuer la dchirure initiale amorce sur l'prouvette. Ce essai est trs controvers surtout pour les non-tisss,

1.4.6 Rsistance au poinonnement

Ce mode d'essai est ralis avec une presse CBR modifie. Une prouvette circulaire de gotextile est fixe rigidement au moyen d'une bague sur le sommet d'un moule CBR. La pression de serrage de la bague doit viter tout glissement de l'prouvette pendant l'essai. Le diamtre de l'prouvette est de 150 mm. Un cylindre de 50 mm de diamtre et d'une hauteur minimale de 100 mm est utilis comme poinon. L'arte du piston est arrondie par un rayon de 2,5 mm (poinon CBR modifi).

in

V i mm/s

'|so.

rfp\ A IS2

TOS

Figure 1.29 - Dispositif d'essai de poinonnement

L'prouvette est place dans le dispositif de serrage sans tension, mais sans creux. Le poinon est pouss une vitesse de 1 mm/s travers le gotextile.

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La force de poinonnement est enregistre durant tout l'essai. Comme rsultat, on donne la force moyenne de poinonnement R, correspondant la force maximale moyenne enregistre, en newtons, avec le coefficient de variation.

1.4.7 Rsistance la perforation

On utilise le mme dispositif de fixation de l'prouvette que pour l'essai de poinonnement ; au-dessous de l'prouvette, on doit cependant disposer d'une hauteur libre d'au moins 200 mm. On fait tomber au centre de l'prouvette de gotextile une masse conique d'acier, dcrite sur la figure 1.30, d'une hauteur de 500 mm.

On utilise pour la mesure du diamtre du trou provoqu par la chute de la masse conique, le cne dcrit par la figure 1.30. Lors de la lecture du diamtre du trou 0 sur le cne de mesure, ce cne doit se maintenir par son propre poids de 600 g sur les bords du trou. Comme rsultat, on donne le diamtre moyen de l'ouverture 0

1.4.8 Comportement de fluage

Le dispositif d'essai se compose de deux pinces parallles entre lesquelles l'prouvette de gotextile est fixe. La pince suprieure est fixe tandis que la pince infrieure est soumise une force constante quelconque, par exemple des masses suspendues. Les dimensions des prouvettes poux l'essai de fluage peuvent tre les mmes que pour Fessai de traction, mais on prend gnralement des prouvettes plus longues.

Figure 1.31 - Dispositif d'essai de fluage (d'aprs Murray et McGown, 1987)

L'essai se passe trs souvent dans un milieu ferm avec rgulation de la temprature et de l'humidit. Le choix de la contrainte appliquer est trs important et est usuellement un pourcentage de la force de rupture obtenue par l'essai de traction. Les contraintes pour l'essai de fluage peuvent tre 20, 25 50, 60 et 80% de la force de rupture du gotextile. On utilise couramment 25% de la rsistance la rupture. La mesure de la dformation se fait aprs 1,24 et 500 heures. Comme rsultat, on donne l'allongement moyen SJQ^S qui est l'allongement de fluage dans le sens longitudinal et transversal sous 25% de la force de rupture aprs 1,24 et 500 heures de chargement.

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allongement^*)

14

12

10

8

6

4

2

0 10

gri tes (HOPE)

.

bandelettes c

fibres poryester (haute densit)

a m i

# polypropylene

-

14

* 1 2

I 10 I 8 m

6

4

2

ix * "

1

I grilles (KDPE)

. ^ * - t

, *

4 *"* ^ s . bandelettes ** d polypropylene . . -

fibras polyester (haut densrt)

"

10 10 10 temps (heur)

20% de la force de rupture 23

10 10 10 10 10 10

temps (heure)

40% de la force de rupture 23

Figure 1.32 - Fluage des trois types de polymres utiliss pour le renforcement (d'aprs Jewel, 1989)

1.4.9 Comportement de frottement

Les paramtres caractrisant le comportement de frottement sol-gotextie et gotextile-gotextile sont dtermins avec une modification des dispositifs d'essais utiliss pour la dtermination des proprits de cisaillement des sols (appareil triaxial et/ou bote de cisaillement). Les essais pour les gotextes sont plus souvent raliss avec les grandes botes de cisaillement.

gotextiie

contrainte normale

gotextile

w

sal /

w^ force

d'arrachement

a) technique de cisaillement technique de l'arrachement

Figure 1.33 - Dtermination des caractristiques de frottement sol-gotextile

- Frottement sol-gotextile

Les grandes botes de cisaillement sont conues sur le principe de Casagrande et compose de deux demi-botiers (longueur dans le sens du dplacement, gnralement entre 300 et 500 mm), dont l'un peut se dplacer. Le gotextiie est soit fix sur un support plan rigide (figure 1.33), soit li l'extrmit amont d'un demi-botier. Le sol de remblai est alors

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plac dans l'autre demi-botier. Les prouvettes de gotextiles ont une longueur utile entre 300 et 500 mm avec une largeur entre 200 et 300 mm. Le cisaillement est obtenu par le dplacement du demi-botier mobile une vitesse entre 0,1 et 1 mm/s jusqu' ce qu'un glissement entre le sol et le gotextile se produise. Comme l'essai est rpt avec diffrentes contraintes normales, une relation est obtenue partir de laquelle les paramtres de cisaillement suivants sont dtermins (figure 1.34) :

- u, dplacement relatif du sol par rapport au gotextile, - Cg, adhrence limite sol-gotextile, - g, angle de frottement limite sol-gotextile.

?c(kPa) 100-1-

50+

o + -10 20 30

lOQyZfcikPa)

50+

*>l : Alluvion * RHONE footextito

: TT 150/50 (GAMA 20.8 kN/m3)

150 j j p X> . * *-" / /

s xr

" t ' j * . - * - * - - * - - * - * / ^ ~

/ * I / X

y _ J K - * - * * - * - - - *

' L _ a

100 75

- _ 41-,- - . x- _ _>:. _ _ a

25kPa Uimm)

40 50

150

Figure 1.34 - Rsultats d'essai de frottement 0RIGM, 1991)

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La liaison entre le soi et le gotextile ainsi caractrise partir de l'essai de friction permet de dfinir une loi d'interaction. Cette loi est trs souvent lastoplastique, fonction du dplacement relatif sol-gotextile. La figure 1.34 dfinit graphiquement une telle loi. La courbe en pointills reprsente une loi approche de type lasto-plastique retenue l'appui d'essais de friction sol-gotextile. Des pics de friction sont rarement observs au cours des essais et la valeur x retenue est gnralement la valeur maximale obtenue, La loi d'interface est caractrise par les paramtres suivants :

- Up, dplacement relatif minimum du sol par rapport au gotextie ncessaire la mobilisation de x - i, contrainte tangentielle limite au plan du gotextile obtenue pour un dplacement relatif u, - u, = Wup la pente de friction

allongement ( /)

loi de comportement en traction du gotextie

UP dplacement relatif u (mm) loi de frottement sol-gotextile

Figure 1.35 - Loi d'interaction sol-gotextile (d'aprs Delmas et a!., 1987)

- Frottement gotextile-gotextile

Pour la caractrisation de l'interaction gotextile-gotextile, le dispositif d'essai prsent ci-dessus, est utilis, la diffrence que les prouvettes de gotextiles sont fixs sur des plans rigides des botiers gnralement recouverts de bronze frit.

Comme rsultat, on donne un angle de frottement (jw et une adhrence Cgg dtermins partir de la courbe de comportement de friction obtenue.

- Arrachement

Une autre caractrisation de l'interface sol-gotextile, surtout pour des fonctions d'ancrage, est ralise par l'extraction d'une prouvette de gotextile prise en sandwich entre deux couches de sol une vitesse constante entre 0,1 et 1 mm/s. L'prouvette a une longueur

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utile entre 400 et 600 mm, sa surface de contact avec le sol restant constante. Le gotextile est pinc entre des mors sur lequel on mesure l'effort total d'arrachement T j (kN) ou a j (kN/m) et le dplacement total correspondant ux (mm) (figure 1.33). H faut signaler qu'une longueur initiale d'environ 100 mm du gotextile, comprise entre les mors et le bord de la bote, est soumise l'effort de traction alors qu'elle n'est pas confine dans le sol. Ceci perturbe sensiblement les valeurs des diffrents paramtres dterminer.

L'essai est rpt avec l'application de diffrentes contraintes verticales de confinements et comme rsultat on donne un angle de frottement de contact *g, qui est gnralement infrieur g. Pour viter le phnomne de la longueur initiale, le gotextie est souvent pinc entre deux tles minces rivetes dont on dtermine au paravent les angles de frottement de contact (Gotteland et al., 1990). L'essai d'arrachement est considrer comme un "test de maintien" des gotextiles, permettant de tester la possibilit de transmission des efforts le long de la nappe. Des tudes sur les essais d'arrachement (Colios et al., 1980 et Jewel, 1987) mettent en vidence une relation entre les rsultats des essais de friction et ceux d'arrachement (voir figure 1.19).

1.5 Conclusion

Dans ce chapitre, les gosynthtiques les plus courants, leurs principales proprits ainsi que les modes opratoires d'essais permettant de les caractriser ont t brivement prsents. Les polymres et diffrents additifs utiliss pour la fabrication des gosynthtiques permettent de rsoudre des problmes particuliers de telle sorte qu' chaque problme, finalement, on peut trouver un type de polymre appropri. On voit de plus en plus apparatre et utiliser des gosynthtiques dits "multifonctions'', pour lesquels deux et mme plusieurs fonctions (renforcement, sparation, drainage, filtration, etc.) sont assures par un seul produit. Cette volution rapide des produits gosynthtiques favorise le dveloppement de nouvelles applications pour ces produits.

Cependant, deux difficults majeures existent qui contribuent ralentir la reconnaissance gnralise de l'utilisation des gosynthtiques dans la gotechnique. D'une part, la nature mme du gosynthtique, qui fait que ce matriau ne peut pas tre caractris par quelques valeurs indices fixes, comme l'acier par exemple ; d'autre part, le manque de spcifications harmonises concernant les modes opratoires des essais du matriau, les mthodes de dimensionnement et les modes d'application. Mais des progrs sont en cours sur ce plan, avec la mise au point de normes europennes d'essai.

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Chapitre 2

LES OUVRAGES RENFORCS PAR GOTEXTILES

2.1 Gnrats

L'utilisation des matriaux gosynthtiques (gotextiles) dans le Gnie Civil a connu un dveloppement considrable ces dernires annes, grce un cot de fabrication bas et une mthode d'emploi facile. La rduc