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Journées des 22 et 23 avril 2010Modèles numériques et comportement réel des ouvrages géotechniques

Daniel Dias

Inclusions rigides : calculs en éléments finis

16 Mars 2011

Journées des 22 et 23 avril 2010

Solcompressible

Substratum

Surcharge

Dallette

Remblai ou matelas

Renforcement horizontal

Interaction sol - structure

Mode de fonctionnement



� Modélisation d’une expérimentation en vraie grandeur

� Modélisation en centrifugeuse

� Dallages

� Semelles

Modélisations effectuées



Expérimentation en vraie grandeur

de Chelles



ALLUVIONS SABLO-ARGILEUSES:

• EM < 3MPa

• pl < 0.3MPa

• 0.06 < Cc/(1+e0 ) < 0.2

ALLUVIONS ANCIENNES

• 22.5MPa < EM < 34.5MPa

• 2.3MPa < pl < 4.2MPa

- Comportement oedométrique => Cam-Clay- Surconsolidation- Comportement drainé

Profil géologique



Plots expérimentaux



Inclusion

Inclusion

Sols

Interface latérale

Interface en pointe

10 nœuds

2 éléments

(Nunez et al., ASIRI)

• Conclusions de l’étude de sensibilité– Extension

• latérale 15D depuis axe

• verticale 10D sous pointe

– minimum 2 éléments 15 nœuds en pointe• meilleur compromis précision/temps calcul

– interface verticale sous pointe• Influence faible

Chargement d’une inclusion - Elaboration du modèle numérique



-7.0

-6.0

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.00 100 200 300 400

Efforts le long de l'inclusion (kN)

z (m

) NumériqueExpérimentale

Qp(z)Qs(z)

Qp=66kN Qp=84kNQs=285kN

Qs=274kN

• Chelles

8

Chargement d’une inclusion

8

Distribution des efforts

Resistance de l’inclusion

Frottement Effort axialInclusion flottanteInclusion flottante-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.00 100 200 300 400

Charge en tête (kN)

S0

(cm

)

NumériqueExpérimental

340kN

369kN



• Le calage de la modélisation numérique sur l’essai

de chargement de pieu est nécessaire :

=> S’assurer que les hypothèses géotechniques

retenues correspondent à la réalité du site en

place.

=> Première étape lors d’un dimensionnement.

• Propriétés du substratum => calage de la pointe

• Paramètres d’interaction sol/structure =>

nécessité d’une interface

9

Recommandations



Modèles globaux

• Impact entre différents plots

• Temps de calculs

Cellule Elémentaire

• Modèle rapide de mettre en œuvre

• Réseau infini

A

BCA

BC

PLAXIS

Modèles numériques


Comportement des plots - Chelles

-60

-50

-40

-30

-20

-10

00 100 200 300 400 500 600

Effort axial (kN)

Enf

once

men

t de

la tê

te (

mm

)

Modèle globalCellule élémentaire2R3R4R

Charge en pointe Charge en tête

Expérimental



0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 10 20 30 40 50 60Y [m]

Effi

caci

té e

n ta

ssem

ent

Entre inclusionsAu droit des inclusions

Tassements

TALUS 1R 4R 3R 2R TALUSAvec inclusions:Avec inclusions:

0.7 < E0.7 < ETass Tass < 0.9< 0.9

MaxTass Tassement

TassementE −=1


Journées des 22 et 23 avril 2010 13

Confrontations entre modèle 2D axisymétrique et 3D en cellule élémentaire :

Comportement semblables et cohérents

Faible écart entre les résultats (de l'ordre de 9%)

L’utilisation d’une modélisation 2D axisymétrique est suffisante dans le cas

d’un dimensionnement réel si les conditions de symétrie sont remplies.

Les inclusions du centre des plots sont proches des conditions de symétrie

nécessaires pour l’utilisation des cellules élémentaires. Il n'est donc pas

nécessaire d'utiliser un modèle tridimensionnel pour les inclusions centrales.

Points clés



Essais en centrifugeuse



15

Principe des essais



16


Modèles numériques

(Okyay et al., ASIRI)


0

50

100

150

200

250

300

-14-12-10-8-6-4-20

Déplacement vertical (mm)

For

ce (

N)

ExpérimentalNumérique

0

100

200

300

400

500

-6-5-4-3-2-10Déplacement vertical (mm)

For

ce (

N)

ExpérimentalNumérique

αααα = 4,91% αααα = 2,45%

αααα = 1,23%

050

100150200250300350400450500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Déformation axiale, εεεεa (%)

Dév

iate

ur d

es c

ontr

aint

es, q

(kP

a)

ID = 0,60

ID = 0,90φφφφ'=43°

φφφφ'=38°Φ’ = 38°, ψ = 5°

MATELAS GRANULAIRE

Essais triaxiaux


Confrontation Expérimental/Numérique


18

DALLAGE

DALLAGE


Dallages



FLAC3D 3.10

Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA

©2006 Itasca Consulting Group, Inc.

Step 185566 Model Perspective17:02:22 Mon Jun 07 2010

Center: X: 8.354e+000 Y: 6.737e+000 Z: -5.593e+000

Rotation: X: 21.192 Y: 0.426 Z: 21.170

Dist: 4.898e+001 Mag.: 0.938Ang.: 22.500

Job Title: Dallage Continu sur 49 IR

Block Group Live mech zones shown

inclusionmatelassol compressible 1 hnsol compressible 2 hnsol compressible 2 snsubstratum

Flac3D, 80000 zones


Impact des inclusions sur les sollicitations dans le dallage

Journées des 22 et 23 avril 2010Inclusions rigides : calculs en éléments finis

Prise en compte

des joints du dallage et des racks


FLAC3D 3.10


©2006 Itasca Consulting Group, Inc.

Step 6786956 Model Perspective17:56:59 Sun Oct 10 2010

Center: X: 7.442e+000 Y: 7.706e+000 Z: -4.758e+000

Rotation: X: 90.000 Y: 0.338 Z: 0.000

Dist: 4.898e+001 Mag.: 1.11Ang.: 22.500

Job Title: Dallage, Joints et Racks

Sketch Magfac = 0.000e+000 Live mech zones shown Linestyle

Interface Locations


Flac3D, 170 000 zonesMy : IR(JT)

X

2,5 5,0 7,5 10,0 12,5

Y

2,5

5,0

7,5

10,0

12,5

-20000 -15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000

Journées des 22 et 23 avril 2010Inclusions rigides : calculs en éléments finis

Objectif : méthode simple

• Les calculs ont permis de mettre en évidence 3 termes isolés :

– modèle avec joints reposant sur un sol homogénéisé

équivalent

– l’influence des Inclusions Rigides sur le moment de flexion

d’un dallage sans joint,

– l’interaction entre Inclusions Rigides et joints

• Mise au point d’une méthode dite des moments additionnels


Semelles



Problème 3D d’interaction sol/structure 3D (Semelle sous 4 inclusions)

Modélisation des semelles



Interfaces => temps de calculs très importants (2 à 3 semaines si chargement NTM)

FLAC3D 3.10


Step 536244 Model Perspective22:35:19 Mon Dec 07 2009

Center: X: 7.500e-001 Y: 6.575e+000 Z: -5.250e+000

Rotation: X: 30.000 Y: 0.000 Z: 20.000

Dist: 7.025e+001 Mag.: 1.25Ang.: 22.500

Contour of Displacement Mag. Magfac = 0.000e+000Live mech zones shown

0.0000e+000 to 2.0000e-003 2.0000e-003 to 4.0000e-003 4.0000e-003 to 6.0000e-003 6.0000e-003 to 8.0000e-003 8.0000e-003 to 1.0000e-002 1.0000e-002 to 1.2000e-002 1.2000e-002 to 1.4000e-002 1.4000e-002 to 1.6000e-002 1.6000e-002 to 1.8000e-002 1.8000e-002 to 1.9135e-002

Interval = 2.0e-003

Sketch Magfac = 0.000e+000Live mech zones shown Linestyle

Modélisation des semelles



Chargement vertical



Chargement NTM (200kPa à 10°)



Chargement N & NTM (150kPa)



Merci de votre attention


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