Modélisation et simulation numérique d un quai sur pieu avec le code de calcul FLAC 2D

Modélisation et simulation numérique d un quai sur pieu avec le code de calcul FLAC 2D Hermime Tassadit 1, Gabi Smail 2 1 Département de Génie-civil, Laboratoirede Recherche de Géo matériaux Environnement et Aménagement (L.G.E.A.), UniversitéMouloud Mammeri, Tizi -Ouzou, Algérie. 2 Département de Génie-civil, Laboratoirede Recherche de Géo matériaux Environnement et Aménagement (L.G.E.A.), UniversitéMouloud Mammeri, Tizi -Ouzou, Algérie. Résumé : Le comportement des pieux fait intervenir plusieurs paramètres notamment les propriétés du sol etl interaction sol-pieux. La modélisation de l interaction sol-pieux joue un rôle majeur dans la définition des conditions de stabilité de l ouvrage. Aujourd hui, il existe plusieurs méthodes pour étudier cette interaction que ce soit théorique telle que la méthode des éléments finis, la méthode des différences finies, ou expérimentale telle que les essais de laboratoire comme l essai de cisaillement, ou même numérique en utilisant des logiciels ROSA 2000, CESAR- LCPC, FLAC 2D ou autres. Nous avons entrepris la simulation du comportement du sol et du pieu dans leur interaction par le logiciel de calcul FLAC 2D dans le cas d un quai sur pieu,en l occurrence,le quai du port de «Djen djen» à JIJEL dans l est Algérien. Mots clés : pieu ; interaction ; sol ; FLAC 2D 1. INTRODUCTION Les pieux sont très utilisés dans les ouvrages portuaires : quais sur pieux [1]et aussi comme solution de confortement et de renforcement [2], pour cela on s est intéressé à un cas réel, qui est le quai du port de Djen- Djen à Jijel. Ce travail consiste à la modélisation de l interaction sol-pieu sous ouvrage portuaire et à la simulation du comportement du sol et celui des pieux dans un milieu marin. Nous avons opté pour la méthode numérique avec le code de calcul FLAC 2D dédié à la résolution des problèmes géotechniques et dont dispose notre laboratoire [3]. 2. MODELISATION NUMERIQUE Nous avons choisi ce site car nous disposons de données suffisantes pour réaliser ce calcul numérique. Le modèle pris dans cette analyse est le modèle du Mohr Coulomb, qui s approche le plus de la réalité de notre cas. Les paramètres géotechniques du sol et les propriétés des pieux et de la poutre de couronnement ont été mis à notre disposition par le L.E.M (Laboratoire des Etudes Maritimes). Fig. 1. Le modèle à étudier Après avoir introduit le maillage du sol, les conditions initiales et aux limites, le modèle de comportement ainsi que les propriétés du matériau à modéliser, la structure (les pieux et la poutre de couronnement); le code de calcul FLA C 2D procède à la résolution des équations différentielles du système modélisé[4]. Ceci va nous conduire à sortir les résultats qu on a préalablement introduits dans le code de calcul. 1

3.Affichage et interprétation des résultats Fig.2. Déplacement horizontal du sol Fig. 3. Déplacement vertical du sol Sur les figures 2et 3 la valeur maximale du déplacement horizontal du sol est égale à 1.25 mm et le déplacement vertical est égal à 8.00 mm, c est un déplacement acceptable. Le profil du sol est constitué d une alternance de grés,de gravier et de sable. Certes pour un sable il n est pas pertinent de parler de tassement puisque ce dernier est relativement nul et il est du à un réarrangement de la structure du sol[5]. 2

Fig. 4. Déplacement vertical des pieux Fig. 5. Déplacement horizontal des pieux Fig. 6. Moment fléchissant des pieux 3

Fig. 7.Moment fléchissant de la poutre de couronnement Fig. 8.Déplacement vertical de la poutrede couronnement Fig. 9.Déplacement horizontal de la poutrede couronnement 4

Sur les figures 4-5-6-7-8 et 9, on remarque que le déplacement horizontal de la poutre de couronnement estégal à celui des pieux car le choc d accostage exerce des tensions sur la poutre de couronnement qui les transmet au x pieux encastrés à cette poutre. déformations Sol XX10-3 (m) -1.25 YY 10-3 (m) -8.00 σ (KN/m 2 ) -250.0 σ (KN/m 2 ) -120.0 Tab. 1. Résultats concernant le sol d assise déformations à l interface sol-pieu XX10-3 (m) -0.095 YY 10-3 (m) -5.38 σ (KN/m 2 ) -450.0 σ (KN/m 2 ) -280.0 Tab.2. Résultats à l interface sol-pieu Les résultats obtenus par simulation numérique sont comme suit : - Le déplacement horizontal de la poutre de couronnement est égal à celui des pieux car le choc d accostage exerce des tensions sur la poutre de couronnement qui les transmet aux pieux encastrés en tête à cette poutre de couronnement. - Sous les efforts appliqués aux structures de quai sur pieux, les appuis nœuds des pieux tassent de l ordre du millimètre et induisent une rétribution des efforts internes qui modifient le déplacement des appuis. Le phénomène tend en général vers une situation d équilibre, mais peut provoquer un endommagement de l ouvrage s il est important où différentiel (un pieu tasse plus par rapport à un autre). - Le déplacement et les moments des pieux sont faibles dans la partie ancrée dans le sol, ce qui se justifie par la rigidité de ces pieux et de leur encastrement dans le sol. De même les déplacements et les contraintes à l interface sol-pieu sont faibles. - Apparition d un moment sur toute la longueur du pieu avec un moment nul au niveau de l ancrage. - Les moments max sur les pieux sont dus aux poids propre des pieux et l action de l eau (poussées d Archimède et l effet hydrodynamique des courants)[7]. - Le déplacement vertical du pieu est aussi supérieur au déplacement horizontal (5.538 3.221 mm), le pieu travaille donc en enfoncement. Les pieux travaillent en groupe[6], puisque le comportement de chaque pieu est influencé par les autres. - Le déplacement vertical du sol est supérieur à celui du pieu c.à.d. que le sol se déplace plus vite que le pieu, le sol en tassant entraine le pieu vers le bas et lui applique un frottement négatif. Références [1]J, Chapon, Travaux maritimes, tome 1, Ed. Eyrolles, cinquième édition mise à jour,1984. [2] L, DEGHOUL.S GA BI, Modes de rupture des quais en blocs de béton et solutions de renforcement, Colloque International «Caractérisation et Modélisation des Matériaux et Structures» CMMS14; les 12 & 13 Novembre 2014 à l Université Mouloud Mammeri detizi-ouzou, Algérie. [3] T. Hermime, Etude de l interaction du sol de fondation avec les ouvrages portuaires utilisant des pieux, Mémoire de magister, encadré par Pr GABI Smail, Faculté du Génie de la construction, spécialité Génie Civil, Option Géotechnique et Environnement, Université Mouloud MAMMERI, Tizi Ouzou, Algérie, 2012. 5

[4] Itasca Consulting Group, Inc,FastLagrangian Analysis of Continua (FLAC), User s Guide, Minneapolis; Itasca Consulting Group, Inc, (2005) [5] D,Cordary,Mécaniques des sols, 1994, Ed. Lavoisier- Tec & Doc. [6] S,Mezazigh, Etude expérimentale de pieux chargés latéralement : proximité d un talus et effet de groupe, Thèse de doctorat, Université de Nantes,1995, 217 p. [7] C,Plu melle, Cours-Fondations-Profondes, 2003, CNAM, Paris. Notations XX : C est le déplacement horizontal YY : C est le déplacement vertical σ : C est la contrainte totale σ : C est la contrainte effective 6