SECTION GENIE CIVIL 3 EME SEMESTRE 2010 MECANIQUE DES SOLS ET ECOULEMENTS SOUTERRAINS PROFS. L. VULLIET ET L. LALOUI SEANCE D EXERCICES DU 20/12/2010 Labo informatique 3 - Stabilité de pente Dans cet exercice, la stabilité des parois de la fouille de notre bâtiment va être examinée de manière plus approfondie à l aide du logiciel SLOPE/W. La géométrie du problème vous est donnée (les fichiers sont sur DGCVIA). Après avoir vérifié cette dernière (niveau des couches, propriétés des sols, niveau de la nappe...), aidez-vous de la marche à suivre donnée en annexe, et répondez aux questions suivantes : LI 3.1 A long terme : a) Quelle est la surface de rupture la plus probable dans la configuration initiale (fichier LI3_1a.slz)? Faire une copie. Quel en est son coefficient de sécurité? Cette géométrie est nommée pente 1. b) Refaites le calcul précédent mais en modifiant la pente du talus : le point haut (point 4) est décalé de 4.0m vers la gauche. Cette géométrie est-elle plus stable? Quel en est son coefficient de sécurité? Cette géométrie est nommée pente 2. LI 3.2 Influence des paramètres a) Observez l influence du nombre de tranches utilisées sur la valeur de Fs. Commentaires? b) Observez les distributions des forces inter-tranches selon le type de méthode choisie. Elles peuvent être visualisées sur les graphes dans Contour. Commentaires? LI 3.3 A court terme : Refaites les calculs du LI 3.1 à court terme pour les deux cas : pente 1 et pente 2. LI 3.4 Influence de la nappe : Les calculs précédents supposent une nappe affleurant au fond de fouille. On imagine qu une forte période de pluie fasse monter le niveau de la nappe comme indiqué dans le fichier LI3_4.slz. Examinez comment évolue le facteur de sécurité dans la configuration proposée à long terme. Remarque : Ces questions feront l objet d un compte-rendu, à remettre après la séance, ou, au plus tard, le 10 janvier 2009 au secrétariat des LMS/LMR ou aux assistants (J. Eichenberger, S. Fauriel). Annexes : A) Marche à suivre et conseils pour l utilisation de SLOPE/W B) Feuille de résultats Labo informatique 3 Labo informatique 3 Page 1 sur 10 20/12/2010
Annexe A: Marche à suivre et conseil pour l utilisation de SLOPE/W L objectif principal de la séance est, d une part, de vous familiariser avec le logiciel SLOPE/W, et, d autre part, de voir quels sont les principaux critères à étudier dans l analyse d un problème de stabilité de pente. 1. Présentation du logiciel Comme beaucoup de logiciels d application Génie Civil, Slope possède trois modules: Le préprocesseur Define (Slope 1) : il permet à l utilisateur de définir un modèle de son problème, qui comporte la géométrie du massif étudié, les caractéristiques des sols rencontrés, les conditions hydrauliques et de chargement, et la méthode de calcul du facteur de sécurité. L opérateur de calculs Solve (Slope 2) : c est lui qui va résoudre le problème posé. Le postprocesseur Contour (Slope 3) : ce module permet de visualiser graphiquement les résultats obtenus concernant l ensemble des surfaces de glissement, ainsi que la valeur des facteurs de sécurité associés. Il est possible d afficher pour chaque tranche les diagrammes de force, la valeur de grandeurs caractéristiques le long de la surface de glissement ( e.g contrainte), etc.. 2. Travail à faire Vous devez copier les fichiers-données sur le disque dur local à partir de DGCVIA\Geoslope. Slope\Define utilise des fichiers de données avec extension *.slz. Vous devez faire une copie des fichiers initiaux sur votre disque local afin de pouvoir faire les modifications demandées tout en gardant intacts les fichiers de référence. Vous trouverez les trois modules programme Slope dans le menu déroulant des programmes sous Programmes GC\GeoSlope\Office 5\Slopew. Utiliser la licence étudiant (Use a Student licence) et aller chercher la géométrie LI3_1a.slz du problème que vous avez pris soin de sauvegarder sur votre disque C:. Labo informatique 3 Page 2 sur 10 20/12/2010
2.1 Familiarisation avec Slope/W. Cette première partie va vous permettre une prise en main rapide de Slope, en vous guidant étape par étape pour l exécution du premier calcul. Vérification du modèle : premièrement, prenez connaissance du modèle. Contrôlez les épaisseurs des couches, les caractéristiques des sols, le niveau de la nappe. Pour cela, vous pouvez utiliser le menu KeyIn\Soil Properties en cliquant sur les différents matériaux pour vérifier leurs paramètres et KeyIn\Points comme suit. Vérification de la géométrie Vérifications des matériaux Si vous désirez modifier ou ajouter un point ou une caractéristique d un sol, cliquez sur la grandeur que vous voulez changer, faites votre modification, et enfin validez par Copy.! Vérifier toujours que la valeur validée par Copy est bien affichée avant de presser Ok! Vérification des paramètres d exécution du calcul : menu /KeyIn /Analysis Setting Sous Control, c est là que l utilisateur doit en particulier définir la direction du glissement et la technique de spécification de la ligne de rupture. Sous Convergence, l utilisateur introduit le nombre de tranches qui subdivisera la masse instable lors du calcul de stabilité. Labo informatique 3 Page 3 sur 10 20/12/2010
Le logiciel permet de rechercher la surface circulaire de rupture la plus probable (sécurité minimale) : spécifier le type d analyse : choisir KeyIn/ Analysis Setting et sous Slip Surface Options, choisissez Grid and Radius. définir une série de tangentes aux cercles de glissement : sélectionner /Draw/SlipSurface/Radius, puis créer, par clics successifs sur le modèle, quatre points qui définiront un quadrilatère. définir de la même manière un ensemble de centres : /Draw / Slip Surface/ Grid. Lorsque votre quadrilatère -définissant la zone à l intérieur de laquelle le logiciel placera les différents centres des cercles- sera défini, une boite de dialogue apparaîtra. Celle-ci vous permet de subdiviser ce quadrilatère en grille, chaque nœud de cette grille correspondant à un centre de cercle. Le logiciel calcule le Fs de tous les cercles construits par la combinaison des centres et des tangentes définis. Spécification des méthodes d analyse : /KeyIn /Analysis Methods. Choisissez Morgenstern-Price en plus des méthodes courantes (Bishop, Janbu). Labo informatique 3 Page 4 sur 10 20/12/2010
Choisissez une distribution constante et cliquez sur OK. N.B : On conservera ces méthodes d analyse pour tout l exercice. Vérification du modèle : Avant de lancer le calcul, il est préférable de vérifier si les données sont cohérentes. Pour cela, choisissez l option Verify dans le menu Tools et cliquez sur Verify. Les erreurs éventuelles sont alors indiquées dans la fenêtre suivante : Exécution du calcul : Si aucun problème n apparaît, pour effectuer le calcul, cliquez sur le bouton pour activer le module de calcul Solve. La fenêtre de calcul suivante s affiche : Cliquez sur start et après exécution, fermez cette fenêtre de calcul! Analyse des résultats : Une fois le calcul effectué, pour analyser les résultats, passez en mode Contour : cliquez sur. Par défaut, le logiciel fournit directement le cercle de sécurité minimale Remarque : cette figure ne correspond pas aux résultats à obtenir Labo informatique 3 Page 5 sur 10 20/12/2010
Comme vous pouvez le voir sur cet exemple traité, il est aussi possible d obtenir les isovaleurs de coefficient de sécurité avec Draw\Contour. Par défaut, l ordinateur vous donnera les résultats du calcul par l analyse de Morgenstern - Price. Pour passer aux autres méthodes : Cliquer ici pour passer en Par ailleurs, vous pouvez aussi voir le diagramme des forces agissant sur n importe quelle tranche de la surface de sécurité minimale. Pour cela, sélectionner View\Slices forces et cliquer sur la tranche que vous souhaitez observer. Avec Draw\Graph, vous avez aussi la possibilité d afficher des graphes de diverses grandeurs (contrainte, pression interstitielle,...) le long de la surface de sécurité minimale. Remarques importantes : 1) Penser à fermer les fenêtres dont vous n avez plus besoin. Sans quoi, vous risquez d avoir rapidement des problèmes. 2) Pour répondre aux différentes questions, vous n aurez qu à procéder par modification du fichier initial proposé. Il est indispensable d enregistrer une copie de ce fichier par File\Save As de façon à conserver l original intact. Labo informatique 3 Page 6 sur 10 20/12/2010
2.2 Conseils pour la résolution des questions posées Une fois le premier calcul réalisé, la procédure à appliquer pour les calculs suivants sera la même. a) Déplacement du point pour modification de la pente. En fait, il n y a qu à modifier le point 2 du tracé comme suit dans Modify\Objects : Sélectionnez le point à modifier Choisissez le vecteur du déplacement Cliquez Move b) Stabilité à court terme. Pour passer à court terme, changez les caractéristiques mécaniques des différentes couches dans KeyIn\Soil properties en prenant (cu donné dans l énoncé, φu=0). c) Modification de la nappe phréatique. La nouvelle géométrie comprenant une forme de nappe particulière se trouve dans le fichier LI3_4.slz. Labo informatique 3 Page 7 sur 10 20/12/2010
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Annexe B: Feuille de résultats Labo informatique 3 Groupe: LI 3.0 Vérification de la géométrie et des paramètres du problème Caractéristiques γ [kn/m 3 ] φ [ ] c [kn/m 2 ] cu [kn/m 2 ] Colluvions 15 Alluvions lacustres 32 LI 3.1 Calcul à long terme a) La surface de rupture la plus probable avec la pente 1 a un coefficient de sécurité Fs = b) L état du massif est-il stable? La surface de rupture la plus probable avec la pente 2 a un coefficient de sécurité Fs = LI 3.2 Influence des paramètres a) Pente 1 Nb de tranches Fs Pente 2 Nb de tranches Fs Commentaires b) Labo informatique 3 Page 9 sur 10 20/12/2010
LI 3.3 Calcul à court terme Caractéristiques à court terme Fs Surface probable pente 1 Surface probable pente 2 LI 3.4 Influence de la nappe Caractéristiques à long terme Fs Surface probable pente 1 Surface probable pente 2 Commentaires : Labo informatique 3 Page 10 sur 10 20/12/2010