Développement d'un macroélément 3D pour l'analyse du ...
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Développement d’un macroélément 3D
pour l’analyse du comportement
sismique des fondations superficielles
Par:
Youssef Abboud (IFSTTAR – GERS)
Sous la direction de:
Jean-François Semblat (IFSTTAR – GERS)
et
Sébastien Burlon (IFSTTAR – GERS)
Contenu de l’exposé
• Contexte et problématique
• Approche macroélément
Principe de l’approche, exemples dans la bibliographie
• Mise en œuvre
comment construire et implémenter un macroélément
• Calculs réalisés
Chargement statique – excitation dynamique
• Conclusions et perspectivesYoussef ABBOUD - IFSTTAR Page 2/28
Contenu de l’exposé
• Contexte et problématique
• Approche macroélément
• Mise en oeuvre
• Calculs réalisés
• Conclusions et perspectives
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CONTEXTE
• Elaboration de méthodes de justification de fondations superficielles sous séisme:
Réduire les conservatismes en vigueur.
Assurer la compatibilité entre les méthodes de dimensionnement statique et dynamique
• Radiers de grande taille
• Niveaux de séisme élevés
Dans le contexte du nouveau zonage sismique entré en vigueur en 2011
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PROBLEMATIQUE
• Nécessité de la prise en compte des non linéarités dans l’étude de l’ISS:
Niveaux de déformation élevés dans le sol.
Limitation des approches linéaires et linéaires équivalentes.
Particularité de la sollicitation sismique (décollement, glissement).
• Coût élevé des calculs dynamiques non linéaires
Temps de calcul – mémoire requise
• Gestion des non linéarités géométriques
Les éléments d’interface classiques permettent soit une rigidité élevée, soit une rigidité nulle – Pas de phase de transition.
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Contenu de l’exposé
• Contexte et problématique
• Approche macroélément
• Mise en œuvre
• Calculs réalisés
• Conclusions et perspectives
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L’APPROCHE MACROELEMENT
• Définition
Le macroélément est un outil qui permet la prise en compte de l’ISS non linéaire en dynamique
• Principe de base
L’approche de base consiste à concentrer les non linéarités matérielles (plasticité du sol) et géométriques (décollement, glissement) en des
points particuliers.
Le comportement est supposé linéaire ailleurs
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• Macroéléments dans la littérature:
- Nova et Montrasio 1991
- Crémer 2001
- Chatzigogos 2007
- Grange 2008
- Zheng Li 2014
- …
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Contenu de l’exposé
• Contexte et problématique
• Approche macroélément
• Mise en œuvre
• Calculs réalisés
• Conclusions et perspectives
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Simulation EF Macroélément
Sol élastique
Non linéarités aux nœuds du ME
Simulation du comportement non linéaire
C, φ, ψ Vlim , Hlim , Mlim
E, ν E, ν
+ lois d’écrouissage
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Signal d’excitation dynamique
Récupération des déplacements aux nœuds du
Macroélément
ui , vi , wi (i=1 à 4)
E, ν
Macroélément installé aux 4 coins de la
fondation
Calcul de déplacements généralisés de la fondation:
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Calcul des efforts généralisés d’essai (trial efforts)
Les valeurs des raideurs K sont fournies dans les travaux de Gazetas
Vérification des efforts généralisés vis-à-vis des 3 critères de plasticité
• critère de glissement (modèle de frottement de Coulomb):
• critère de poinçonnement (Eurocode 7):
• critère de renversement (vérification de la surface comprimée):
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Vérification des mécanismes actifs
• Si les 3 critères sont vérifiés:
Aucun mécanisme est actif, incrément élastique.
on passe au pas de temps suivant.
• M>1 critère(s) sont dépassés:
M mécanismes sont actifs
on cherche les efforts corrigés à l’aide d’un algorithme de plasticité multimécanisme.
3 critères de plasticité → 8 combinaisons à envisager
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Algorithme plastique multi-mécanisme
Détaillé dans Simo et Hughes 1998.
Le déplacement plastique est une sommation des contributions des M mécanismes actifs:
Résolution de M équations à M inconnues pour trouver les multiplicateurs plastiques λi (i=1 à M):
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Efforts corrigés:
Déplacements plastiques:
Ces efforts représentent le torseur d’efforts induits à la fondation
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Signal d’excitation dynamique
Efforts injectés aux nœuds du macroélément
Res(i) = Fext – Fcorrigé
Vérification de l’équilibre global:
Si |Res| < ε, on passe à l’incrément suivant
Si |Res| > ε, on réitère
E, ν
Injection des efforts aux noeuds
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Contenu de l’exposé
• Contexte et problématique
• Approche macroélément
• Mise en oeuvre
• Calculs réalisés
• Conclusions et perspectives
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Modèle d’application
• Fondation
Semelle rectangulaire de 3m x 4m en béton.
• Massif de sol sous jacent
Sol cohérent de masse volumique 1400 KN/m3
module de plasticité E = 10 Mpa
Cohésion C=50KPa ; Angle de frottement interne de 10°
• Superstructure
Portique en béton
Permet de prendre en compte l’interaction inertielle sol-structure pour les calculs dynamiquesYoussef ABBOUD - IFSTTAR Page 19/28
Modèle sol-fondation
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Chargement vertical monotone de 8000KN
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Chargement vertical de 3500 KN suivi d’un chargement horizontal de 1800 KN
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Chargement vertical de 3500KN suivi d’un moment de 6000 KN.m
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Signal d’excitation dynamique
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Comparaison entre réponse dynamique linéaire et non linéaire
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Contenu de l’exposé
• Contexte et problématique
• Approche macroélément
• Mise en œuvre
• Calculs réalisés
• Conclusions et perspectives
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CONCLUSIONS
• Fiabilité de l’approche macroélément
Cette approche permet l’étude de l’ISS dynamique non linéaire
• Coût de calcul réduit
• Nécessité de la prise en compte des non linéarités
Cela permet de limiter les efforts induits dans la superstructure et sur la fondation
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PERSPECTIVES
• Prise en compte des forces d’inertie dans le sol
Formule Eurocode 8
• Etude de l’effet de l’encastrement de la fondation
• Effets liés aux radiers de grande dimension.
• Validation à partir d’essais expérimentaux
Essais en centrifugeuse, sur table vibrante.
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Merci de votre attention
Questions?
Organigramme de calcul
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