La conversation devient vite complexe lorsque l’on parle de la géotechnique et la résistance des matériaux. On comprend vite pourquoi quand on découvre les méthodes, les contraintes mathématiques et le type de calcul dans ces deux disciplines. Heureusement, la géotechnique et la résistance des matériaux ne se limitent pas qu’aux calculs. Elles sont indissociables de l’étape de conception en construction d’un bâtiment ou d’ouvrages.
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Qu’entend-on par géotechnique dans le domaine de la construction d’ouvrages ?
C’est l’étude des interactions entre les sols et les structures. Dédiée à l’étude des sols, elle s’applique à la construction d’ouvrages et intervient notamment lors de la conception des fondations. Cette discipline permet également le diagnostic des ouvrages sinistrés. Enfin, elle traite aussi des phénomènes de mouvements de sols, de déformation et résistance mécanique. La pratique de cette discipline requiert des bases en géologie, en mécanique des sols, ainsi qu’en mécanique des roches et des structures.
Il est important de dissocier la géotechnique de l’hydrogéologie. En effet, même si ces disciplines tiennent une place prépondérante dans les travaux de construction, l’hydrogéologie est axée sur l’étude des nappes aquifères souterraines.
La géotechnique et les essais pratiqués en mécanique des sols
Très souvent retrouvés dans les sous-sols des surfaces horizontales, les dépôts meubles représentent un gros défi pour les constructeurs de grands ouvrages. C’est la mécanique des sols qui leur apporte des solutions. Il s’agit par ailleurs de la branche la plus ancienne de la géotechnique. Elle concerne les dépôts meubles de faible résistance tels que le sable et l’argile.
Les essais les plus couramment pratiqués en mécanique des sols sont : la mesure du cisaillement, la mesure du tassement, les limites d’Atterberg, la compacité et les essais mécaniques en place.
La mécanique des roches et la construction d’ouvrages
La mécanique des roches permet de déterminer au mieux les dimensions des piliers. Elle évite ainsi l’effondrement des exploitations souterraines. Ce cours permet le calcul de la largeur et de la hauteur des gradins dans une exploitation à ciel ouvert. La mécanique des roches s’attarde sur les risques de rupture qui résultent de sa fissuration.
L’évolution des roches dures n’influence pas les fondations d’ouvrages courants. Contrairement aux ouvrages transmettant au sol de très fortes contraintes. Plusieurs types de constructions subissent des transformations de roches, notamment :
- les barrages;
- les cavités;
- les tunnels;
- les mines;
- les carrières.
Les essais en mécanique des roches et l’étude géotechnique
Les essais les plus courants en mécanique des roches sont : la résistance à l’écrasement et la vitesse de propagation d’une onde sismique. L’étude géotechnique d’un sol quant à elle passe par plusieurs phases :
- la reconnaissance du terrain ;
- la prospection géophysique ;
- le prélèvement des échantillons ;
- les essais in situ ;
- les essais en laboratoires.
En quoi consiste la résistance des matériaux en génie civil ?
Il est important de comprendre la notion de résistance des matériaux pour mieux l’appréhender. La comprendre grâce à une approche définitionnelle, ses objectifs et sa finalité.
La résistance des matériaux et le domaine élastique : définition et objectifs
La résistance des matériaux c’est l’étude du comportement du solide déformable. Elle s’intéresse particulièrement au calcul des dimensions des systèmes mécaniques. Son but est alors de les rendre résistants aux efforts qui leur sont appliqués. La résistance des matériaux a trois objectifs principaux :
- la connaissance des caractéristiques mécaniques des matériaux;
- l’étude de la résistance des pièces mécaniques;
- l’étude de la déformation des pièces mécaniques.
Ces analyses permettent de choisir le matériau et les dimensions d’une pièce mécanique.
En résistance des matériaux, il faut toujours s’assurer de :
- rester dans le domaine élastique, par l’application d’un critère de ruine : c’est la vérification de l’état limite ultime (ELU) ;
- la compatibilité de la déformation élastique avec la fonction de la pièce : c’est la vérification de l’état limite en service (ELS) ;
L’application des lois de l’élasticité et les calculs de validation en résistance des matériaux
L’application des lois de l’élasticité permet de déterminer le tenseur des contraintes. On compare ensuite les valeurs des contraintes avec les limites d’élasticité du matériau. Un «critère de ruine» est utilisé pour valider ou invalider à l’ELU. Les lois de l’élasticité permettent également de déterminer le champ de déplacement. Grâce à cela, il est possible de valider ou d’invalider à l’ELS.
En résistance des matériaux, les calculs de validation nécessitent une modélisation en trois phases.
- L’étude statique pour déterminer des efforts extérieurs auxquels est soumise la pièce étudiée.
- La modélisation du matériau qui permet de retrouver des valeurs caractéristiques par des essais mécaniques, en particulier l’essai de traction.
- La modélisation de la pièce : pour des calculs à la main, on utilise des modèles simples. Le calcul par ordinateur utilise un modèle numérique de la structure.
La résistance des matériaux permet à l’ingénieur travaux de déterminer les dimensions des éléments de construction. Cette discipline favorise également la vérification de la résistance et la déformation desdits éléments de construction. L’importance d’un géotechnicien n’est plus à démontrer dans un nouveau projet de construction. Grâce à son avis, sa méthode et sa responsabilité, il est le garant de la sécurité.
