Développement d’un modèle pour les courbes de réduction du module de cisaillement et du coefficient d’amortissement des argiles sensibles de l’est du Canada

Les courbes de réduction du module de cisaillement et du coefficient d’amortissement sont parmi les paramètres dynamiques les plus importants des argiles sensibles de l’est du Canada. Ces courbes sont obtenues avec l’assemblage de résultats de plusieurs appareils de laboratoire, ainsi que des essais in situ qui sont utilisées à des plages de déformations différentes. Dans cette étude, le module de cisaillement et le coefficient d’amortissement des argiles sensibles de l’est du Canada ont été extensivement étudiés à l’aide des essais expérimentaux en laboratoire ainsi que des analyses numériques qui ont permis d’établir un modèle pour les courbes G/Gmax et d'amortissement en fonction des paramètres basiques des sols. Pour arriver à cette fin, plusieurs étapes ont été suivies. Tout d’abord, une étude sur l’exactitude des mesures du module de cisaillement sur les sols cohésifs en laboratoire a été conduite. L’étude consiste à des investigations expérimentales et numériques sur quatre appareils de laboratoire : anneaux piézoélectrique (P-RAT), la colonne de résonance (CR), cisaillement simple direct DSS et un cisaillement simple triaxial TxSS. Les appareils ont été utilisés à différentes amplitudes de déformation pour évaluer la courbe complète de réduction du module de cisaillement et la compatibilité entre les mesures. Les résultats expérimentaux ont montré un écart significatif entre les modules de cisaillement (G) mesuré sur les quatre appareils étudiés. Il a été démontré que trois sources d'erreur peuvent contribuer de manière significative à l'écart observé : (1) la différence dans la vitesse de déformation employée dans chaque appareil (2) l’état des contraintes non uniformes imposées dans les appareils de cisaillement simple (3) et l'hypothèse de comportement linéaire élastique prise dans la méthode d'interprétation des résultats de la CR. Dans la deuxième partie, l’effet de la fréquence des sollicitations sur les propriétés des sols a été étudié. Dans cette partie, les résultats d'une série d'essais de cisaillement simple monotone et cyclique effectuée pour examiner l'effet de la vitesse de déformation sur le comportement monotone et cyclique de sols de l'est du Canada ont été présentés. Les résultats des essais monotones indiquent que la résistance non drainée augmente proportionnellement avec la vitesse de déformation par environ 10-17% par cycle logarithme de la vitesse de déformation. Les résultats montrent également que le module de cisaillement sécant G augmente avec la vitesse de déformation particulièrement à grande déformation. De plus, l'analyse des résultats a révélé que l'amplitude de l'effet de la vitesse de déformation semble être corrélée à l'amplitude de la déformation de cisaillement ainsi qu’à l'indice de plasticité (Ip). Une fois que les erreurs de mesures ainsi que l’effet du contenu fréquentiel ont été examinés, la tendance générale du module de cisaillement et du coefficient d’amortissement des argiles de l’est du Canada a été examinée. Au début, le module de cisaillement et le coefficient d'amortissement de trois argiles sensibles typiques provenant des sédiments de mer de Champlain ont été étudiés à l'aide de l’appareil de cisaillement simple triaxial combiné. Bien que le module de cisaillement et le coefficient d'amortissement des argiles sensibles de l'est du Canada suivent certains modèles classiques, les résultats montrent que les argiles examinées présentent un comportement plus linéaire. Un tel comportement pourrait être attribué à la forte structuration de ces argiles par rapport aux autres argiles. La compilation des données disponibles sur le module de cisaillement et le coefficient d'amortissement de plusieurs argiles sensibles de l'est du Canada confirme cette tendance et montre que certains modèles de littérature ne sont peut-être pas représentatifs. Les résultats montrent que l'utilisation des courbes déterminées expérimentalement pourrait induire une plus grande amplification du mouvement du sol que l'utilisation des courbes standards de la littérature. À la suite de cette étude qualitative sur la tendance générale du module de cisaillement et du coefficient d’amortissement des argiles sensibles de l’est du Canada, un nouveau modèle prédictif des courbes de réduction du module de cisaillement et d’amortissement a été établi. Le modèle a été établi en se basant sur des mesures expérimentales du module de cisaillement et d'amortissement effectuées sur 69 spécimens d'argile sensibles de l'est du Canada. La base de données compilée a d'abord été analysée pour évaluer qualitativement l'influence des différents paramètres du sol sur les mesures. Par la suite, des analyses statistiques utilisant l'analyse de régression et le modèle hyperbolique modifié ont été effectuées. Il a été montré que les argiles sensibles de l'est du Canada sont influencées par l'indice de plasticité, la contrainte effective moyenne et l’effet de structure qui est quantifiée par l'indice de liquidité. Sur la base de l'analyse statistique effectuée, de nouvelles équations du module de cisaillement et d'amortissement ont été proposées. Le modèle nouvellement proposé a été comparé aux modèles publiés précédemment. La comparaison a clairement montré que le modèle proposé est plus représentatif pour les argiles sensibles de l'est du Canada. Par conséquent, il est suggéré que le modèle proposé soit plus approprié pour être utilisé dans l'analyse dynamique des dépôts d'argile sensibles de l'est du Canada ainsi que pour d'autres sols similaires. Enfin, pour les résultats des courbes de réduction du module de cisaillement et d’amortissement ont été utilisé dans le calcul à rebours du Glissement de Saint-Adelphe qui est survenu à la suite du séisme de Saguenay 1988. Ce glissement est survenu dans un dépôt d’argile sensible avec un profil du sol qui indiquait que le dépôt était composé d'une couche d'argile raide recouvrant une argile plastique sensible de consistance molle à raide. Une étude géotechnique a été réalisée in situ et en laboratoire, et a inclus l'utilisation d'un nouveau simulateur sismique pour développer un modèle géotechnique de l'argile de Saint-Adelphe. Le modèle a été incorporé dans une analyse de stabilité des pentes par différences finies avant et pendant le tremblement de terre. Les résultats ont montré le développement de zones de déformations et la génération d'une pression d'eau interstitielle au pieds du talus, mais le facteur de sécurité global est resté supérieur à l'unité. Une analyse post-sismique qui a utilisé un modèle de comportement d’anti-écrouissage a montré l'initiation et la propagation de la zone de déformation, ainsi que le développement d'une surface de rupture proche de la surface de rupture observée. Par conséquent, il est proposé que le glissement de terrain de Saint-Adelphe puisse être expliqué par un mécanisme de rupture progressive.

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