La vitesse de propagation des ondes de cisaillement dans les argiles de l’Est du Canada: mesures et corrélations

Elbeggo, Dania (2023). La vitesse de propagation des ondes de cisaillement dans les argiles de l’Est du Canada: mesures et corrélations. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le module de cisaillement sous très petites déformations, Gmax, est le paramètre physique principalement en cause lors de la caractérisation de sols sollicités en cisaillement dans plusieurs applications géotechniques. Ce module est par ailleurs lié à la vitesse de propagation des ondes de cisaillement uniquement via la masse volumique du milieu. D'un autre côté, le paramètre Vs gagne de plus en plus de popularité. En effet, il s'agit d’un paramètre principalement requis pour procéder à l’analyse de la réponse dynamique des sols et les codes de construction exigent de plus en plus de caractériser un site à l'égard de son potentiel de liquéfaction. En plus, les développements des dernières années ont rendu disponibles différentes méthodes pour mesurer la vitesse des ondes de cisaillement in situ et en laboratoire. Les méthodes in situ paraissent intéressantes d'un point de vue économique, notamment celles basées sur les ondes de surface, tandis que les techniques en laboratoire permettent de caractériser des sols en termes de Vs et de quantifier les effets de divers paramètres sur Vs.

Les facteurs précédents contribuent à rendre intéressante l'utilisation de Vs pour fins de caractérisation des sols. Le présent projet doctoral porte ainsi sur la mesure de vitesse des ondes de cisaillement en laboratoire au moyen de la technique P-RAT (Piezoelectric ring-actuator technique) et le développement de corrélations entre Vs et les propriétés géotechniques des sols testés. La robustesse de P-RAT et la performance de la méthode d’interprétation pour caractériser les sols cohérents dans le domaine élastique (γ < 10-3 %) ont été évaluées au moyen de deux séries d’essais réalisés aux laboratoires de l’UdeS et de l’ÉTS sur des matériaux similaires. Ceci promeut l’utilisation de P-RAT dans d’autres appareils ou laboratoires géotechniques. Des séries d’essais de consolidation ont été effectuées sur des spécimens provenant de différents dépôts de l’argile de l’Est du Canada. Des corrélations empiriques ont été ensuite établies entre la vitesse des ondes de cisaillement et les paramètres géotechniques plus usuels comme l’indice des vides, la contrainte effective verticale et le degré de surconsolidation.

De nombreuses corrélations ont été proposées pour calculer la rigidité sous très petites déformations et donc Vs. Ces corrélations ont été compilées et regroupées sous différentes formes générales en se basant sur les propriétés géotechniques utilisées pour les établir. L’application de ces corrélations aux différents dépôts de l’argile de l’Est du Canada révèle des écarts entre des valeurs de Vs1 selon le coefficient K0. La dispersion entre Vs1MAX et Vs1Min prédite par différentes formes de corrélations et même par des corrélations qui ont la même forme générale a été également calculée pour chaque site étudié. L’applicabilité des corrélations existantes pour l’argile de l’Est du Canada a été évaluée en comparant les valeurs de Vs1 obtenues en se basant sur les corrélations de P-RAT à celles prédites par les corrélations publiées. Les corrélations établies à partir de P-RAT permettent de prédire Vs pour l’argile de l’Est du Canada et de valoriser l’utilisation de Vs pour fins de caractérisation géotechnique.

Titre traduit

Shear wave velocity propagation in Eastern Canadian clays: measurements and correlations

Résumé traduit

The shear modulus under very small strains, Gmax, is the physical parameter mainly involved in the characterization of soils subjected to shear in several geotechnical applications. This modulus is also related to the shear wave velocity only via the density of soil. On the other hand, the parameter Vs is gaining more and more popularity. Indeed, it is a parameter mainly required to perform the analysis of the dynamic response of soils, and the codes of building require increasingly to characterize a site with regard to its liquefaction potential. In addition, the developments in last years have made available different methods for measuring Vs in situ and in the laboratory. The in-situ methods appear interesting for economical purposes, in particular those based on the surface waves. On the other hand, the laboratory techniques of Vs measurements can be used to characterize the soils in terms of Vs and to quantify the effects of various parameters on Vs.

The previous factors promote the use of Vs for soil characterization purposes. This doctoral project thus aims to measure Vs in the laboratory using the P-RAT technique (Piezoelectric ring-actuator technique) and, to develop correlations between Vs and the geotechnical properties of the tested soils. The robustness of P-RAT and the performance of their interpretation method for characterizing the coherent soils in the elastic domain (γ <10 -3%) were evaluated based on two series of tests carried out at the UdeS laboratories and ÉTS on similar materials. This promotes the use of P-RAT in other geotechnical devices or laboratories. Series of consolidation tests were performed on specimens from different deposits of eastern Canadian clay and consolidation curves were presented in terms of Vs. Specific empirical correlations were established between the shear wave velocity and more usual geotechnical parameters such as void ratio, effective vertical stress and overconsolidation ratio.

Many correlations have been proposed in the literature to calculate the stiffness under very small strains and therefore Vs. These laboratory correlations have been compiled and grouped into different general forms based on the geotechnical properties used to establish them. The application of these correlations to eastern Canadian clay deposits reveals the scatter between Vs1 values and the effect of K0 coefficient. The dispersion between Vs1MAX and Vs1Min predicted by different forms of correlations and even by correlations which have the same general form was also calculated for each analyzed site. The applicability of existing correlations was assessed by comparing the values of Vs1 obtained based on P-RAT correlations to those predicted by published correlations. P-RAT correlations allow to predict Vs for eastern Canadian clay and appreciate the use of this parameter for geotechnical characterization purposes.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse par articles présentée à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention du doctorat en génie". Comprend des références bibliographiques (pages 187-199).
Mots-clés libres:	vitesse des ondes de cisaillement, Vs, piezoelectric ring-actuator technique, PRAT, argile de l’est du Canada, corrélations
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Éthier, Yannic
Codirecteur:	Codirecteur Dubé, Jean-Sébastien
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	16 juin 2023 18:14
Dernière modification:	16 juin 2023 18:14
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3231

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