Modélisation de l interaction sol-structures en statique - Exemples pratiques. Réunion CFMS du 22 mai 2003 Thème des outils pour calculer FNTP, Paris

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1 Modélisation de l interaction sol-structures en statique - Exemples pratiques Réunion CFMS du 22 mai 23 Thème des outils pour calculer FNTP, Paris

2 Contexte du problème d interaction Mots-clés : Non linéaire ; tridimensionnel ; identification des paramètres

3 Quelques exemples d interaction sol-structures Sol compressible Substratum rigide Remblai Colonnes ballastées Emploi de colonnes ballastées dans la construction d un remblai routier sur sol compressible - Ouvrage OA 5 5D Creusement d un tunnel peu profond à proximité d une structure flexible en surface 1D y z x 5D

4 Remblai sur sol compressible - Ouvrage OA5 z (m) m Zone très encombrée (bâtiments, réseaux, infrastructures importantes ) avec de fortes contraintes d exploitation (maintien de la circulation) Description géologique Remblai limoneux Remblai crayeux Remblai argileux avec débris de briques et clinker Craie blanche avec passage de silex Banc de tun Craie blanchâtre en blocs Marne blanchâtre légèrement granuleuse R R R R Cadre du chantier E M (MPa) Pl (MPa) E M /Pl , Zone très remaniée : épaisseur importante de remblais (1 m), hétérogènes, ordures ménagères, caractéristiques mécaniques médiocres,

5 Remblai sur sol compressible - Ouvrage OA5 Dispositions constructives Culées = Piédroits en Béton Armé fondés sur pieux Réseau de colonnes ballastées pour limiter les tassements sous les murs en terre armée (Tassements attendus = 4 à 5 cm)

6 Calculs 2D - Travaux préliminaires Objectifs : (Avant -projet) Rôle des colonnes ballastées (CB) sur la réduction : du tassement du déplacement latéral ( g(z) ) & Recommandations sur la disposition des CB g(z) (en m) Tassement s (en m) Distance du droit du remblai X (m) rangées de 2*2 m 4 rangées de 2*2 m 3 rangées de 2*2 m 2 rangées de 2*2 m référence profondeur (m)

7 Calculs 3D Objectifs : Intégrer les différentes interactions mises-en jeu Influence du type de modélisation Influence du renforcement sur les pieux Modèle 3D linéaire par éléments finis

8 Résultats calculs 3D -1 Mouvements de sol Tassement en surface.5 Déplacement horizontal -.2 surface settlement s / h 1 (%) pressure load (Model I) staged construction - 1 step (Model II.a) staged construction - 4 steps Lateral distance from A (x / l) Relative depth, z / h Lateral displacement δ s (m)

9 Résultats calculs 3D Efforts internes Modèle simplifié ( p ) Modèle avec phasage

10 Synthèse de l étude Rôle des colonnes ballastées Importance du type de modélisation Mouvements de sols Efforts dans les pieux En cours : études sur les interactions en jeu

11 Interaction tunnel-structure Problème posé : Site urbain Creusement d un tunnel peu profond à proximité d une structure flexible en surface 5D 1D y z x 5D

12 Modélisation numérique du creusement L dec Modèle numérique de creusement incrémental prise en compte du déconfinement partiel pression au front Soutènement définitif 2 paramètres α dec et L dec L lin (1-α dec )σ i-1 p Stage (i) L lin (1-α dec )σ i Stage (i+1)

13 Données du problème étudié a s h s h s Tunnel : D = 7.5 m e =.5 m H = 2.5D Structure : h s = 4 m a s = 5 m D e H 1D y z x 5D 5D Quelques indications : calcul 3D élastoplastique Modèle EF : 3912 éléments, 1917 nœuds, ddl Schéma incrémental de Newton-Raphson E3 A3 E1 A4 E2 A1 A2

14 -8 Mouvements de sols Y Y (m) (m) X X (m) (m) D y Position of the tunnel face Position of the tunnel face Position of the tunnel face Position of the tunnel face Y (m) -1 z x 5D

15 Efforts dans la structure E3 A3 E1 A4 A1 E2 A2 Efforts induits par le creusement seul A3 E3 A4 E4 Analyse couplée Effort normal (kn) Moment fléchissant (kn.m)( ) Poids propre Effort normal (kn) négligé Moment fléchissant (kn.m) Analyse Effort normal (kn) simplifiée Moment fléchissant (kn.m) Détermination du champs de déplacements induits par le creusement Transmission des déplacements à la structure Détermination des efforts induits

16 Synthèse importance de l interaction sol-structures Importance du type de modélisation Mouvements de sols Efforts dans la structure Calage des paramètres du creusement