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Analyse du comportement sismique dessols renforcés par des inclusions rigides

Alia Hatem, Isam SHAHROURLaboratoire de Mécanique de Lille

Serge LAMBERT, Hassan ALSALEHKELLER Fondations Spéciales

Réponse sismique des sols renforcés par inclusions rigides

ag

Matelas de répartition

Rôle du Matelas de répartition .

Comparaison avec d’autres systèmes.

Champ libre

(14-15)%

Sol-matelas

Sol-matelas-IR

- Approche globale par élément finis,analyse 3D- Cas d’une inclusion isolée- Élasticité non linéaire avec amortissement hystérique- Chargement réelle

Analyse Bibliographique:(J.M.Mayoral et al, 2006)

(25988 zones à 8 noeuds, frontières absorbantes,FLAC3D)

Approche globale

FLAC3D 3.00

Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA

Step 1517462 Model Perspective13:53:36 Fri Sep 19 2008

Center: X: -1.394e+000 Y: -3.831e+000 Z: -4.623e+000

Rotation: X: 40.000 Y: 0.000 Z: 20.000

Dist: 1.386e+002 Mag.: 1.25Ang.: 22.500

View Title: mesh geometry

Surface Magfac = 0.000e+000

Block GroupNoneclaybaseremblaicapmass

SEL Geometry Magfac = 0.000e+000

� Modèle numérique(FLAC 3D,différence finis, analyse 3D)

� Modèle élastoplastique (sol)Modèle élastique (éléments structurels)

� amortissement Rayleigh (sol)Amortissement ‘local’ (éléments structurels)

� frontières absorbantes

� Chargement réelle

FLAC3D 3.00

I t asca C onsu lt ing G roup, Inc.M inneapo lis, M N U SA

St ep 151 7462 Mode l Persp ect ive13 :59:40 Fri Sep 19 2008

C enter: X: -2.4 59e-0 01 Y: -6.7 57e-0 01 Z : -6.2 19e-0 01

R otat io n: X: 40 .000 Y: 0 .000 Z: 20 .000

D ist : 1. 386e+ 002 M ag.: 5 .96Ang.: 22.50 0

View Title: mesh geometry

SEL Geo metr y Magfa c = 0.000e +000

B lock G roupremb laicapinclusio nmass

Cas de référence

(0.5, 1,1,5 m)

5 m

Base rigide

Sol mou

remblai

M st = 100 T

30 m 15 m

Inclusion 2*2

1.2 m 1.2 m

0.34 m

Inclusion E=25 000 MPaδ=2,5 t/m3µ=0,3

Sol mouE= 6 MPaδ=1.7 t/m3µ=0,3C=30 kPaΦ= 10°

RemblaiE= 50 MPaδ=2 t/m3µ=0,3C=0 kPaΦ= 35°

Base rigideE=120 MPaδ=2.2 t/m3µ=0,3C=50 kPaΦ= 0°

2.5 m

0.5 m

(6,5, 6, 5,5 m)

Cas de référence

-1,20E-01

-8,00E-02

-4,00E-02

0,00E+00

4,00E-02

8,00E-02

1,20E-01

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Temps (sec)

Vite

sse

Vélocité appliquée, max=0.08278 m/sec

FLAC3D 3.00


15:06:43 Fri Sep 19 2008

Table

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Fréquence (Hz)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Foureir Amplitude normalisé x10^-4

2 UnNamed Linestyle 0.000e+000 <-> 4.039e-004

Chargement utilisé dans le calcul Enregistrement du séisme de Tabas

(Iran, 1978), PGA < 0.15 g

Fréquence pic F=0.50Hz,Fréquence fondamentale du sol mou=1.2 HzFréquence de superstructure=4.2 Hz

Comparaison interaction cinématique/ inertielle: (Hr=0.5m)L X

mst=100 T.

Üg

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 5 10 15 20 25 30

Moment fléchissant (kN.m)

X/L

IR_Interaction inertielle,(Mst=100 T)

IR_intercation cinématique,( Mst= 0)

( fa=1.2 Hz, fst=4.2 Hz, ßsol= 5%).

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 20 40 60 80

Effort normal dynamique

X/L

Interaction inertielle, (Mst=100 T)

Comparaison interaction cinématique/ inertielle: (Hr=0.5m)

L X

mst=100 T.

Üg

Effort dynamique=Effort total- Effort dû à charge statique de superstructure

( fa=1.2 Hz, fst=4.2 Hz, ßsol= 5%).

0

0,2

0,4

0,6

0,8

10 50 100 150 200 250 300

Effort normal total (kN)

X/L

Interaction inertielle, (Mst=100 T)Interaction cinématique, (Mst=0)

Influence de l’épaisseur de matelas de répartition

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Moment fléchissant normalisé

X/L

0.5 m

1 m

1.5 m

L X

mst=100 T.

Üg

2* /( . /st i iN M x xN = ∑* . / stM n M M=

( fa=1.2 Hz, fst=4.2 Hz, ßsol= 5%).

1,2

1,4

1,6

1,8

0,5 1 1,5

Epaisseur de matelas (m)

acc

(m/s

ec²)

Acc max en masse

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Effort normal dynamique normalisé

X/L

0.5 m

1 m

1.5 m

Influence de l’épaisseur de matelas de répartition

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

-4 -2 0 2 4 6 8

Contraintes aux extremités de section (MPa)

X/L

L Xm

st=100 T.

Üg

( fa=1.2 Hz, fst=4.2 Hz, ßsol= 5%).

1,2

1,4

1,6

1,8

0,5 1 1,5


acc

(m/s

ec²)

Acc max en masse

CompressionTraction

Influence de l’épaisseur de matelas de répartition :Distribution de l’effort inertiel

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Temps (sec)

Effo

rt t

ranc

hant

(kN

)

sum en tête des inclusion , max=121.643 kN

Effort inertiel total, max=174.95 kN

Hr=0.5 m

40

50

60

70

0.5 1 1.5


sum

/tota

l (%

)

Sum/total %

äg

Tst

T inc

Mst*äs

Comparaison de comportement sismique

Inclusion rigides/groupe de pieux

Comparaison de comportement sismique: Inclusion rigides/ groupe de pieux

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 10 20 30 40 50 60 70


X/L

IR

Pieu

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 20 40 60 80 100

Effort normal dynamique (kN.m)

X/L

IR

Pieu

Conclusions

• Une influence importante de matelas de répartition sur les efforts induits dans les inclusions rigides.

• L’augmentation de l’épaisseur de matelas conduit à une réduction des forces transmises aux inclusions.

• Les efforts sismiques dans les pieux sont supérieurs à ceux induits dans les IR.

MERCI POUR VOTRE ATTENTION

Zone d plastification: (Hr= 0.5 m)

FLAC3D 3.00


Step 1340985 Model Perspective14:09:18 Thu Dec 11 2008

Center: X: 3.665e+000 Y: -1.818e-001 Z: -1.648e+000

Rotation: X: 20.000 Y: 0.000 Z: 30.000

Dist: 1.002e+002 Mag.: 1.95Ang.: 22.500

View Title: dynamique, groupe centre, 0.5m

Block StateNoneshear-nshear-n tension-ntension-n

SEL Geometry Magfac = 0.000e+000

FLAC3D 3.00


Step 1340985 Model Perspective14:10:45 Thu Dec 11 2008

Center: X: 3.665e+000 Y: -1.818e-001 Z: -1.648e+000

Rotation: X: 20.000 Y: 0.000 Z: 30.000

Dist: 1.002e+002 Mag.: 1.95Ang.: 22.500

View Title: dynamique, inclusion axe, 0.5 m

Block StateNoneshear-nshear-n tension-ntension-n

A

-Au niveau (A)-

-Au niveau (B)-

Niveau de têtes des inclusions

Niveau de pieds des inclusions

Matelas de répartition

Influence de l’épaisseur de charge appliqué :

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Turquie, max=39.1 cm/sec

Chargement utilisé dans le calcul Enregistrement du séisme de Turquie

Fréquence pic F=0.90Hz

Influence de l’épaisseur de charge appliqué :Effort dans l’inclusion: enveloppes

0 20 40 60 80 100

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1


TobasTurquie

X/L

100 150 200 250 300 350

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Effort normal total (kN)

TobasTurquie

X/L

2.9505 m/sec²Turquie

1.7495 m/sec²Tobas

Accélération maximale

Charge appliquée

Influence de l’épaisseur de charge appliqué :

Effort dans l’inclusion: enveloppes normalisés

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Moment fléchissant normalisé

TobasTurkey

X/L

0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Effort normal normalisé

TobasTurkey

X/L

2.9505 m/sec²Turquie

1.7495 m/sec²Tobas

Accélération maximale

Charge appliquée

Influence de l’épaisseur de charge appliqué :Distribution de l’effort inertiel: Tobas

La reprise de l’effort inertiel en tête des inclusions est presque 70 %de l’effort inertiel total de la superstructure

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Temps (sec)

Eff

ort

tra

nch

ant

(kN

)



Influence de l’épaisseur de charge appliqué :Distribution de l’effort inertiel: Turquie

La reprise de l’effort inertiel en tête des inclusions est presque 75 %de l’effort inertiel total de la superstructure

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 5 10 15 20

Temps (sec)

Effo

rt tr

anch

ant (

kN)



Comparaison de comportement sismique: Inclusion rigides/ groupe de pieux

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

-10 -5 0 5 10 15

Contraintes aux extremités de section (MPa)

X/L

IR_σmax

IR_σmin

Pieu_σmax

Pieu_σmin

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