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In geotechnical engineering, geostructures with thermo-active functions establish direct thermal exchange between the ground and buildings. They can transfer energy from or into the ground to heat or cool a building. However, adapting foundation piles, completely or in part, to produce energy piles results in heat exchange with the soil, which changes the temperature of the soil and could thereby and affects the geotechnical properties and load bearing capacity of the geostructure. Most calculations of the bearing capacities of deep foundations conducted in France are currently based on in-situ testing results using a pressuremeter. Using finite element method to model the pressuremetric behaviour of a compacted soil subjected to thermo-mechanical variations is the main motivation for this work. In this study, several pressuremeter tests were conducted on a compacted illitic soil in a laboratory tank at temperatures between 1° and 40°C. The impact of temperature variation on the limit pressure (Pl), the creep pressure (Pf) and the Ménard pressuremeter modulus (EM) were determined. The results showed a significant decrease for both limit pressure (Pl) and creep pressure (Pf) with the increase of temperature. Numerical simulations of these tests were used to calibrate a bilinear constitutive model, taking into account temperature effects on soil compressibility within a coupled thermo-mechanical framework. Thereafter, a case study of a heat exchanger pile was simulated using the proposed approach.

L’effet de la température et des cycles thermique sur les paramètres thermiques est étudié sur deux sols compactés. Les résultats montrent que la conductivité, la capacité thermique et la diffusivité thermique augmentent légèrement avec l’augmentation de la température. Cette augmentation est plus importante dans le cas des éprouvettes compactées du côté sec de la courbe de compactage. L’effet des cycles thermiques sur les propriétés thermiques est réversible après plusieurs cycles de chauffage – refroidissement., Academic Journal of Civil Engineering, Vol 36 No 1 (2018): Special Issue - RUGC 2018 St Etienne

The impact of temperature on the creep deformation of compacted clayey soils is a major issue in the prediction of thevery long term settlement of soils used as engineered barriers for the disposal of high and long-life radioactive wastes at great depth.This paper is focused on the creep behavior of two compacted materials, illite and a swelling clayey soil, as a function of temperatureand suction. Specific temperature controlled oedometric cells have been developed to perform constant rate of strain (CRS)consolidation tests under different strain rates (0.002%/min to 0.02%/min) within a temperature range of 5 to 70° C. Results indicatedthat the compression and swelling indices could be considered independent of temperature and strain rate with both materials. Withtemperature increase, the preconsolidation pressure decreased, and creep index increased. This can be related to a soil softeningbehavior under high temperatures., Influence de la température sur le fluage d'une argile compactée Temperature effect on the creep behaviour of a compacted clay RÉSUMÉ : L'étude de l'influence des variations de température sur le comportement au fluage des sols compactés argileux est indispensable pour la prédiction des tassements et des déformations des dispositifs d'enfouissement des déchets radioactifs à très long terme. Ce travail est axé sur la compressibilité et le fluage de deux sols compactés : une illite et un sol argileux gonflant. L'impact de la température et de la succion sur les caractéristiques de compactage a été évalué. Cet article présente les résultats d'une campagne d'essais de compression à vitesse de déformation constant (CRS) effectuée dans des cellules oedométriques à température contrôlée. Différentes valeurs de vitesse de déformation allant de 0,002%/min à 0,02%/min ont été appliquées, dans une gamme de température comprise entre 5 et 70°C. Les résultats ont montré que les indices de compression et de gonflement sont peu sensibles à une variation de la température, cette observation étant valable pour les deux sols compactés utilisés. L'augmentation de température entraîne en revanche une baisse de la pression de préconsolidation et une augmentation significative de l'indice de fluage.

International audience; The stability of underground mines represents a key issue for active and abandoned mines. Over the last few years, several collapses of underground mines in France have affected existing buildings and infrastructures. Many factors are generally identified as the cause of failures: pillar ageing, fractures, and pillars' height to width ratio, etc. Among the treatment techniques available to prevent instability and reduce the deterioration of pillars, backfill is the most frequently used. A research programme, supported by the French Ministry of the Environment, was developed to study the operability of partial and total backfill using waste material in the Livry-Gargan gypsum mine (near Paris, France), where pillar height is 17 m. The paper focuses on: (1) the characterisation of the gypsum and fill material (laboratory and in situ tests), (2) the in situ measurements, involving 5 pillars equipped with 19 pressure cells, since 1999, (3) and numerical modelling of fractured pillars performed in order to improve understanding of the effects of backfill on the stability of room-and-pillar mines. The study clearly shows the operability and the advantages of partial and total backfill for short-term pillar stability. The induced horizontal pressure generated by backfill can reach 200 kPa. The use of numerical modelling also shows the effect of backfill on fractures and that backfill reduces indicatively the shear displacement and the opening of fractures. Numerical modelling helps in identifying the mechanisms of backfill and in a better understanding of the behaviour of backfilled mines.

National audience; Energetic geostructures consist in establishing a thermal exchange with the ground directly through systems integrated into the building foundations or structures. Incorporation of heat exchangers into geostructures brings questions on the impact of the temperature variations on the geotechnical parameters of the sensitive soils (illite, smectite...). The design of the bearing capacities of deep foundations is actually based on pressuremeter or penetrometer test results. In this study, a mini-pressuremeter test was developed to carry out laboratory tests on compacted samples submitted to different thermal variations. Mini-pressuremeter tests were conducted on an illitic soil compacted in a cylindrical container, submitted to temperature equal to 1, 20 and 40 °C. The impact of the temperature variation on the limit pressure (pl) and the creep pressure (pf) is presented.; Les géostructures énergétiques consistent à établir un échange thermique avec le sol directement grâce à des systèmes intégrés dans les fondations ou la structure. L’incorporation des échangeurs de chaleur aux géostructures pose des questions sur l'impact des variations de température sur les paramètres géotechniques des sols sensibles (illite, smectite...). Le dimensionnement des capacités portantes des fondations prof ondes est basé sur l es résultats d’essais pressiométriques ou pénétrométriques. Dans cette étude, des essais mini-pressiométriques ont été réalisés dans des conditions de laboratoire sur un massif de sol compacté dans un modèle réduit thermorégulé. Le matériau argileux testé, riche en illite, est préparé à une masse volumique sèche de 1,29 Mg/m 3 et une teneur en eau de 31,3 % puis soumis à des températures de 1, 20 et 40 ° C. L’impact de la variation de la température a été mis en évidence sur la pression limite (p l ) et la pression de fluage (p f ).

National audience; Energetic geostructures consist in establishing a thermal exchange with the ground directly through systems integrated into the building foundations or structures. Incorporation of heat exchangers into geostructures brings questions on the impact of the temperature variations on the geotechnical parameters of the sensitive soils (illite, smectite...). The design of the bearing capacities of deep foundations is actually based on pressuremeter or penetrometer test results. In this study, a mini-pressuremeter test was developed to carry out laboratory tests on compacted samples submitted to different thermal variations. Mini-pressuremeter tests were conducted on an illitic soil compacted in a cylindrical container, submitted to temperature equal to 1, 20 and 40 °C. The impact of the temperature variation on the limit pressure (pl) and the creep pressure (pf) is presented.; Les géostructures énergétiques consistent à établir un échange thermique avec le sol directement grâce à des systèmes intégrés dans les fondations ou la structure. L’incorporation des échangeurs de chaleur aux géostructures pose des questions sur l'impact des variations de température sur les paramètres géotechniques des sols sensibles (illite, smectite...). Le dimensionnement des capacités portantes des fondations prof ondes est basé sur l es résultats d’essais pressiométriques ou pénétrométriques. Dans cette étude, des essais mini-pressiométriques ont été réalisés dans des conditions de laboratoire sur un massif de sol compacté dans un modèle réduit thermorégulé. Le matériau argileux testé, riche en illite, est préparé à une masse volumique sèche de 1,29 Mg/m 3 et une teneur en eau de 31,3 % puis soumis à des températures de 1, 20 et 40 ° C. L’impact de la variation de la température a été mis en évidence sur la pression limite (p l ) et la pression de fluage (p f ).

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; L'étude porte sur le comportement de trois limons traités avec un produit acide contenant du limonène sulfonaté. Les effets du traitement sur les propriétés mécaniques (compactage et résistance à la compression simple) ainsi que sur les caractéristiques d'identification (valeur au bleu de méthylène, pH, granulométrie) sont évaluées dans l'objectif de définir les applications de ce type de traitement en terrassement.

Le traitement à la chaux ou aux liants hydrauliques est couramment utilisé afin d’améliorer les caractéristiques géotechniques des sols. Cependant, certains sols ne sont pas aptes à ce type de traitement. Afin de répondre aux problématiques de développement durable impliquant notamment la valorisation de l’ensemble des matériaux naturels excavés, il a été proposé l’utilisation de dérivés de sous-produits industriels. Dans ce contexte, trois sols fins ont été traités avec un produit acide contenant du limonène sulfonaté. Les résultats ont mis en évidence un décalage de la courbe Proctor vers le coté sec. Cette modification conduit à une amélioration immédiate des résistances à la compression simple du sol traité. La modification des caractéristiques de compactage rend ce type de traitement intéressant pour la mise en oeuvre des sols secs et permettrait de réaliser des économies d’eau et d’énergie. Cependant,les effets observés apparaissent comme très dépendants de la nature du sol. ABSTRACT. Lime or cement treatment is commonly used in earthworks 29ème rencontre de l’AUGC Tlemcen (29-31 Mai 2011).

International audience

International audience; To further our knowledge of coupling between the hydraulic cycles and mechanical behaviour of the swelling soils, this paper presents an experimental study on a bentonite/silt mixture using an odometer with suction controlled by the osmotic technique. A loading/unloading cycle was applied to each of the samples at different constant suctions (0, 2, 3 and 8 MPa). Moreover, successive wetting and drying cycles were applied under constant vertical stress at a suction range of 0 to 8 MPa, followed by a loading/unloading cycle at similar suctions (0, 2, 3 and 8 MPa). Finally, the compression curves of the aforementioned suctions with and without the application of suction cycles were compared, so as to analyse the influence of hydraulic cycles on the soil fabric and the mechanical parameters. It is observed that the wetting and drying cycles applied to both the micro- and macrostructure significantly influenced the virgin compression index λ(s), the apparent preconsolidation stress p0(s) and the elastic compression index values κ. However, the hydraulic cycles imposed only on the micro- or macrostructure induce negligible changes in the mechanical parameters of the soil.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Cet article présente les résultats d'études expérimentales effectuées au laboratoire sous différents chemins de contraintes hydrique et mécanique sur un matériau gonflant compacté. Plusieurs cycles de variation de potentiel hydrique compris entre 0 et 8 MPa ont été appliqués sur des éprouvettes sous différents chargements mécaniques constants (15, 30 et 60 kPa). Les éprouvettes manifestent un retrait cumulé pendant ces cycles, et les déformations convergeant vers un point d'équilibre. L'ensemble de ces résultats expérimentaux a été interprété par le modèle élastoplastique du sol gonflant BExM proposé par Alonso et al. (1999) qui prend en compte l'accumulation des déformations lors de l'application de différents chemins de chargement. La correspondance entre les résultats mesurés et calculés est satisfaisante pour chacun des chemins suivis.

International audience; The main objective of the paper is to present a study on compacted expansive soil strains generated by complex hydric or mechanical loadings and their consequences on tested soil compressibility. In the first part of the paper, the suction controlled testing devices are described (osmotic and salt solutions methods). All the presented tests were performed in the range of suctions comprised between 0 and 40 MPa. The consequences of the strains induced by wetting as a function of the applied mechanical stress were analyzed. The results showed that, under these conditions, strain depends on the followed hydraulic path whereas the slope of the plastic compression line λ(s) was only affected by the suction applied during themechanical loading. The second test series demonstrated that the stress path influenced both deformation and slope λ(s) if suction higher than the initial sample suction was imposed during the test. As a conclusion, it could be stated that the slope λ(s) depends on the suction applied during a mechanical loading and on the maximum suction experienced by an expansive material during its past “history”.; L’objectif de cet article est de présenter une étude sur les déformations d’un sol gonflant provoquées par des sollicitations hydriques et/ou mécaniques complexes ainsi que leurs conséquences sur sa compressibilité notamment. Dans la première partie de l’article, les dispositifs expérimentaux à succion contrôlée employés (méthodes osmotique et solutions salines) pour conduire l’ensemble des essais sont décrits brièvement. Les essais ont été réalisés dans la gamme des succions comprises entre 0 et 40 MPa. Les conséquences d’une sollicitation hydrique monotone (humidification) conduite sous différentes contraintes ont d’abord été caractérisées. Il est apparu que dans ces conditions d’essai, les déformations dépendent du chemin de contrainte contrairement à la pente de compression plastique λ(s) qui ne dépend que de la succion imposée durant le chargement mécanique. Une deuxième série d’essais a permis de montrer l’influence du chemin de contrainte sur les déformations ainsique la pente λ(s) si une succion supérieure à la succion initiale des éprouvettes est imposée au cours de l’essai (dessiccation). En conclusion, la valeur de la pente λ(s) dépend de la succion sous laquelle est effectué le chargement mécanique mais aussi de la plus grande succion connue par le matériau au cours de son « histoire ».

National audience; L'exploitation des mines de charbon en France se terminera au courant de l'année 2004. Comme dans de nombreux pays de longue tradition minière, les anciennes exploitations souterraines se comptent par centaines en France. A leur fermeture, il est nécessaire de mettre en sécurité les orifices des ouvrages d'infrastructure minière débouchant au jour tels que les puits. Parmi les méthodes de mise en sécurité des puits de mine, on peut citer la réalisation de bouchons (autoportants ou non) ou de serrements au sein de la colonne de puits. Le positionnement précis de ces bouchons est déterminé en fonction de la nature et de la compétence des terrains traversés par ces ouvrages. La reconnaissance des terrains est généralement réalisée par sondages carottés et/ou pressiométriques, ces derniers étant plutôt destinés à caractériser des terrains peu cohérents. Les Houillères du Bassin de Lorraine ont entrepris une campagne d'essais de cisaillement en laboratoire et de sondages pressiométriques pour caractériser la formation des Grès Vosgiens traversée par de nombreux puits de mine. L'objectif de cette étude, effectuée en étroite collaboration entre l'INERIS et le LAEGO, était d'établir une éventuelle corrélation entre les différents paramètres déterminés à partir de ces deux types d'essai, et de pouvoir ensuite utiliser les méthodes classiques de dimensionnement des bouchons basées sur la résistance au cisaillement des terrains environnants. Afin d'établir une méthodologie simple et efficace pouvant être appliquée à la mise en sécurité de la plupart des puits du bassin houiller lorrain, nous avons analysé 14 sondages pressiométriques, réalisés à une profondeur comprise entre 30 et 50 m, et localisés dans un rayon de 40 m au maximum de l'axe des puits de mine étudiés. Dans notre analyse, nous avons retenu, entre autres, les paramètres suivants : la pression limite et les modules pressiométriques maximal et moyen. Des essais de compression simple et de cisaillement rectiligne à la boîte de Casagrande ont été réalisés en laboratoire sur des échantillons carottés provenant des mêmes sondages. La méthode de corrélation utilisée est celle de Combarieu (1995) car elle permet d'estimer les caractéristiques de résistance au cisaillement (cohésion et angle de frottement interne) à partir des paramètres de l'essai pressiométrique.

International audience; This paper presents a study performed on a compacted swelling material in the range of suctions comprised between 8.5 and 287.9 MPa. Two series of tests were carried out with suction controlled oedometers. The aim of the first series was to study the compressibility as a function of suction. It showed that the apparent preconsolidation pressure and the plastic compression line are greatly affected by the applied suctions. The other series of tests highlighted the influence of complex hydromechanical paths on the compressibility of the studied material that appeared to be greatly influenced by the stress path followed.; Cet article présente une étude menée sur un matériau gonflant compacté dans la gamme des succions comprises entre 8,5 et 287,9 MPa. Deux séries d'essais œdométriques à succion contrôlée sont présentées. La première permet la caractérisation de l'évolution de la compressibilité avec la succion. Elle montre que la pression de préconsolidation apparente et la pente de compression plastique sont significativement influencées par la succion. La deuxième série étudie l'influence de sollicitations hydromécaniques complexes sur la compressibilité du matériau qui apparaı̂t très dépendante du chemin hydromécanique.

International audience; Pillar failure in underground quarries can generate surface subsidence with public safety and environmental implications can be severe. In this context, various preventing and protecting methods such as the backfilling of cavities, should be used to control and to settle the hazards linked to underground quarries. The lines to select the most appropriate solution are the cost of the operation, the technical data (accessibility and stability of the site), the planned land use, the aims of the prevention. This article synthesizes the economical and technical advantages or disadvantages for each preventing or protecting method.; Les manifestations en surface des désordres se produisant dans les carrières souterraines peuvent engendrer de graves conséquences en termes de sécurité publique, de dégâts sur le bâti et d'impacts sur l'environnement. Dans ce contexte, différentes techniques de prévention et de protection, telles que le remblayage des vides, sont alors à mettre en oeuvre pour maîtriser et traiter les risques induits par ces travaux. Le choix entre ces différentes méthodes dépend des conditions générales d'accessibilité et de stabilité du site, de la destination de l'ouvrage souterrain, du niveau de protection souhaité et du coût de l'opération. Cet article présente une synthèse des techniques de traitement des cavités souterraines, en indiquant leurs avantages et leurs inconvénients, autant d'un point de vue technique qu 'économique.

International audience

International audience; To further our knowledge of the coupling between the hydraulic and mechanical behaviours of the swelling soils, this paper presents an experimental study on a bentonite/silt mixture using an osmotic odometer. A loading/unloading cycle was applied to samples with different initial dry densities (1.27, 1.48, and 1.55 Mg m− 3) at different constant suctions (0, 2, and 8 MPa). We noted that the initial state of the soils after compaction significantly influenced the values of the apparent preconsolidation stress p0(s), the virgin compression index λ(s), and the elastic compression index κ. These experimental results provided a sufficient database to interpret the mechanical behaviour of the swelling soil and define three yielding surfaces: - the suction limit between micro- and macrostructure (sm/M) and the suction limit between nano- and microstructure (sn/m), which depend completely on the soil fabrics and the diameter separating the nano-, micro-, and macrostructure, - the Loading Collapse (LC) curve, representing the preconsolidation stress variation as a function of suction, - the Saturation Curve (SC), representing the variation of the saturation stress (Psat) as a function of suction. In general, we can state that the increase of compaction pressure unified the LC and SC surfaces and decreased the (sm/M) value without modifying the (sn/m) value

International audience; Evaluation of soil shear strength is an important step in the stability analysis of earth structures, foundations and natural slopes. The shear strength pro le of unsaturated soil is dictated by the suction pro le. This pro le depends on the evaporation rate, depth of the water table and the soil water retention curve. In this paper, the soil water retention curve of a dual porosity silt-bentonite mixture is determined; employing the vapor equilibrium method and osmotic suction technique, and the validity of these approaches is examined against the results from the lter paper technique. Besides, the e ect of the stress state on the suction value is studied employing the lter paper method. Furthermore, the shear strength response of the material is evaluated for a wide range of suction values (0-287MPa) employing the direct shear apparatus. Results of direct shear tests show that the expansive clay behaves like a normal consolidated soil at suction values less than, or equal to, 20.5MPa, while its behavior is similar to the heavily over consolidated soils for suction more than 20.5MPa.

International audience; This study presents the influence of suction variation on the fabric of two clayey soils, using the mercury intrusion porosimetry (MIP) technique on dense and loose remoulded samples. The experimental study focussed on the evolution of the compacted soil fabric, including the macropores, mesopores, and micropores under various hydromechanical conditions. The variation of void ratio of both samples was initially studied during a single wetting and drying cycle. The experimental results confirm the existence of a suction limit between the meso- and macropores (sm/M) as well as the soil "shrinkage limit" suction (sSL). The suction increase between (sm/M) and (sSL) completely eliminated the macropores and produced mesostructural rearrangement. The higher suctions modified the meso- and micropores. The measured soil water retention curves (SWRC) of these two soils compared with the MIP calculations showed a more reasonable agreement for the dense soil with a fewer macropores. Moreover, several wetting and drying cycles were applied to the remoulded samples. The suction cycles produced a cumulative swelling strain for the dense soil while a shrinkage accumulation was observed for the loose samples. The wetting/drying cycles induced an equilibrium stage in which the samples behaved in an elastic way. The analysis of the soil fabric at this elastic equilibrium stage showed that the suction cycles created significant macrostructural modifications and reorganization of the mesopores towards smaller sizes

The use of compacted soils in engineering practice is very wide spread, especially in geotechnical and environmental engineering. These soils can be submitted to moisture variations, i.e. suction changes, that induce volumetric deformations. The main objective of this thesis is to study the suction influence on the hydromechanical behaviour of a compacted swelling soil in the range of suction comprised between 0 and 300 MPa.For this purpose, two kinds of suction controlled oedometers, using the osmotic method or the salt solutions technique, were employed. The salt solutions oedometer were especially developed for this study. The samples were made with a compacted swelling material. The experimental study has shown that the apparent preconsolidation stress reaches a constant value above a suction of 38.9 MPa. The slope of the plastic compression curve had a maximum value under a suction of 4 MPa. These results seem to be related to the initial internal structure of the samples. Then the influence of complex hydromechanical stress paths was also investigated. It appeared that the results of the tests conducted on a swelling soil depended on the followed stress path even if a wetting is performed during a test. In the last part of this work, the test results were interpreted with the Barcelona Basic Model and Barcelona Expansive Model (BExM). The possibilities of both models were compared. To interpret the test results with the BExM, it is necessary to conduct some additional tests that include a suction cycle and also a constant volume test with a suction controlled wetting. As a conclusion, two suction controlled experimental devices were developed and validated in this study. With these devices, the influence of structure and suction on the hydromechanical behaviour of a compacted swelling soils was characterised., Les sols gonflants compactés sont utilisés dans de nombreuses applications, notamment en géotechnique et en géotechnique de l'environnement. Ces matériaux subissent d'importantes variations de volume en fonction de leur état hydrique, i.e. de leur succion. L'objectif principal du travail présenté ici est d'étudier l'influence de ce paramètre sur le comportement mécanique d'un matériau gonflant compacté dans la gamme des succions comprises entre 0 et 300 MPa. Pour atteindre cet objectif, deux types d'œdomètre à succion contrôlée, soit par la méthode osmotique, soit par la technique des solutions salines saturées, ont été utilisés, les œdomètres à solutions salines ayant entièrement été développés pour ce travail.Le support de l'étude est un matériau gonflant compacté. Les essais réalisés montrent en premier lieu que la pression de préconsolidation apparente atteint une valeur constante à partir de 38,5 MPa, dans le domaine des fortes succions. Par contre, la pente de compression plastique varie de manière non monotone en fonction de la succion appliquée. La variation de ces deux paramètres apparaît fortement liée à la structure initiale des éprouvettes. Par la suite, l'influence des sollicitations hydriques complexes a été étudiée, ce qui a permis de montrer que les résultats d'un essai sur un sol gonflant dépendent du chemin de contrainte hydrique même lorsqu'une humidification est réalisée en cours d'essai. L'interprétation de ces résultats dans le cadre des modèles de Barcelone a ensuite été proposée afin d'évaluer les possibilités de chacun des deux modèles existants. Le modèle de Barcelone pour sols gonflants nécessite, en outre, la réalisation d'essais comportant des cycles hydriques et au moins un essai à volume constant et à succion contrôlée.En conclusion, ce travail a permis la mise en œuvre, le développement et la validation de deux dispositifs expérimentaux à succion contrôlée. Ceci a rendu possible la caractérisation du comportement hydromécanique d'un sol gonflant compacté en fonction de différentes sollicitations hydriques.