Etude du comportement mécanique des matériaux fins non saturés sous sollicitations cycliques. Application au développement d'une méthodologie de diagnostic et de maintenance de la plateforme ferroviaire du Transgabonais - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Study of the mechanical behavior of unsaturated fine materials under cyclic solicitations - Application to the development of a diagnosis and maintenance methodology for the Trans-Gabon Railway subgrade soil

Etude du comportement mécanique des matériaux fins non saturés sous sollicitations cycliques. Application au développement d'une méthodologie de diagnostic et de maintenance de la plateforme ferroviaire du Transgabonais

Bilal Yoka Khail
  • Fonction : Auteur

Résumé

The Trans-Gabon Railway, Gabon’s main railway line, is an essential component of thecountry’s economy. Indeed, this line is used for the transport of goods and passengers but alsoand mainly for the transport of ores (especially manganese), one of the country’s main resources.Part of this line is built on pelitic soils with unknown mechanical behavior. In this part of theline, significant deformability problems, present on portions listed as ”unstable areas” and havingled to several accidents, currently force the operating company to increase maintenanceoperations and reduce the number and the speed of convoys, resulting in a de facto slowdownin the ore production chain.The objective of this work is double. Firstly, to study the behaviour of the fine-grained soil,constituting the subgrade soil, in unsaturated conditions and under cyclic loading. In addition,it is a question of proposing a methodology for characterizing and diagnosing the track in-situto provide a model for predicting permanent deformations in order to optimize the maintenancepolicy. For this purpose, two particular unstable areas have been studied. An in-situ test campaignwas carried out on each of these areas in order to characterize their in-situ properties andthe variability of these properties. Subsequently, laboratory test campaigns were carried out withtwo objectives. On the one hand, to determine the calibration curves of the materials constitutingthe subgrade soil in order to relate their dry unit weight to the dynamic cone resistance.On the other hand, to characterize the properties of these materials, to determine their retentioncurves as a function of their density and to study their behavior in unsaturated condition andunder cyclic loading.The results obtained firstly allowed the identification of the materials constituting the subgradesoil. In a second step, the water retention curves for different initial void ratio were obtained,allowing to establish a linear relationship between the void ratio and the air entry value.Triaxial tests (monotonic and cyclic) were used to study the behaviour of the soil and to ”lock”a model for predicting permanent deformations. This model gives a good estimate of the permanentdeformation and, it is powered from in-situ measurements. It can also be used to estimatesubgrade soil settlements.
Le Transgabonais, principale ligne ferroviaire du Gabon, constitue un maillon essentiel dans l’économie de ce pays. En effet, cette ligne est utilisée pour le transport des biens et des personnes mais également et principalement pour l’acheminement des minerais (notamment du manganèse), l’une des principales ressources du pays. Une partie de cette ligne est construite sur des sols pélitiques au comportement mécanique méconnu. Dans cette partie de la voie, des problèmes de déformabilité importants, présents sur des portions répertoriées comme "zones instables" et ayant entrainés plusieurs accidents, obligent actuellement l’entreprise exploitante à multiplier les opérations de maintenance et à réduire le nombre et la vitesse des convois entrainant de fait, un ralentissement de la chaine de production des minerais.L’objectif de ce travail est double. Premièrement, il s’agit d’étudier le comportement de ces sols fins, constitutifs de la plateforme, en conditions non saturées et sous sollicitations cycliques. Par ailleurs, il s’agit de proposer une méthodologie de caractérisation et de diagnostic de la voie in-situ permettant d’alimenter un modèle de prédiction de déformations permanentes en vue d’optimiser la politique de maintenance. Pour ce faire, deux zones instables particulières ont été étudiées. Une campagne d’essais in-situ a été réalisée sur chacune de ces zones en vue de caractériser leurs propriétés en place et la variabilité de ces propriétés. Par la suite, des campagnes d’essais de laboratoire ont été effectuées avec deux objectifs. D’une part, déterminer les courbes calibration des matériaux constituant la plateforme en vue de relier leur poids volumique sec à la résistance dynamique de pointe. D’autre part, caractériser les propriétés de ces matériaux, déterminer leurs courbes de rétention en fonction de leur densité et étudier leur comportement en condition non saturée et sous sollicitations cycliques.Les résultats obtenus ont permis premièrement d’identifier les matériaux constituants la plateforme. Dans un deuxième temps, l’obtention des courbes de rétention d’eau pour différents indices des vides initiaux, a permis d’établir une relation linéaire entre l’indice des vides et la succion d’entrée d’air. Les essais triaxiaux (monotones et cycliques) ont permis d’étudier le comportement du sol et de "caler" un modèle de prédiction des déformations permanentes. Ce modèle donne une bonne estimation de la déformation permanente et, est alimenté à partir des mesures in-situ. Il peut être aussi utilisé pour estimer les tassements du sol de plateforme.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03564314 , version 1 (10-02-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03564314 , version 1

Citer

Bilal Yoka Khail. Etude du comportement mécanique des matériaux fins non saturés sous sollicitations cycliques. Application au développement d'une méthodologie de diagnostic et de maintenance de la plateforme ferroviaire du Transgabonais. Génie civil. Université Clermont Auvergne, 2021. Français. ⟨NNT : 2021UCFAC020⟩. ⟨tel-03564314⟩
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