Download - calcul des soutenements 2007.pdf
IPER 29/3/2007 1
Calcul desCalcul dessoutènementssoutènements
PhPh. JOIGNANT. JOIGNANT
PAH -PAH - Sce Etudes Sce Etudes et Travaux et Travaux
IPER 29/3/2007 2
1. Historique1. Historique
2. Type de profilés - sections2. Type de profilés - sections
3. Calcul3. Calcul
IPER 29/3/2007 3
Poids:Poids:< 20ème siècle
Plans - métalliques:Plans - métalliques:
USA - 1908,France - 1934.
Plans - béton armé:Plans - béton armé:
France - 1955
IPER 29/3/2007 4
Métallique:Métallique:plate,module: Pu - Larssen - Au - Az,Composite:
tube + palplanchesHZ...
Profil section(cm²/m)
module(cm3/m)
inertie(cm4/m)
L3s 201 2000 40010Pu 25 199 2500 56490Au 26 192 2580 58140AZ 26 198 2600 55510
Comparaison des caractéristiques à section équivalente
IPER 29/3/2007 5
gammepalplanches
largeur par paires
(m)
module inf(cm3/m)
module sup(cm3/m)
Larsen 1.00 1 600 2 500Pu 1.20 600 3 200Au 1.50 1 410 2 580
Az12 à 14: 1.3417 à 38: 1.2646 à 50: 1.16
1 200 5 015
combiné Au 1/1 à 1/4 1 685 5 820combiné Hz - 3275 27155
Gamme des modules
0
5 000
10 000
15 000
20 000
25 000
30 000
Larsen Pu Au Az combinéAu
combinéHz
cm3/
m
IPER 29/3/2007 7
RéglementationMéthode de calculParamètres de calculs
• Théories de poussée-butée• Détermination des efforts:
Calcul à la ruptureCalcul aux modules de réactionCalcul EF
Calcul de la paroi:Béton arméMétalliqueCorrosionAncrage
Stabilités:Stabilité hydrauliqueStabilité d’ensemble
IPER 29/3/2007 8
Règlements:Règlements:actuelle Eurocode
base des EL DC.79 Ec 0-1matériaux fasc.61 titre V Ec 3
BAEL 99 Ec 2fondation fasc.62 Titre V Ec 7tirant TA99 Ec 3 - 7Stabilité Clouterre 1991 Ec 7
+ additif 2002
Recommandations:Recommandations:Rosa 2000 Recommandations pour le calcul aux états limitesdes Ouvrages en Site Aquatique
Future norme:Future norme:Nf Pr 94-282 - ouvrage de soutènement
IPER 29/3/2007 13
avantages inconvénientssimples conditions limites
2Ddéplacements
micro ordinateur
déplacements
micro ordinateur calage des lois de comportement
déplacementsMC: module
charge/décharge identique et linéaire
pas d'intéraction
calculs manuels
aux éléments finis
à la rupture
aux modules de réaction
rupture modulede réaction
EFMohr Coulomb
EFHSM
poids volumique γ x x x xcohésion c x x x xangle de frottement φ x x x xdilatance ψ x xinclinaison poussée/ butée δ/φ x x x xmodule I/v x x x xmodule young matériau E x x x xmodule young sol E - G x xmodule Ménard Em xperméabilité kh - kv x xmodule sécant triaxial E50 ref xmodule tangent oedométrique Eoedo ref x
paramètres
IPER 29/3/2007 14
Théorie de poussée-butée:Théorie de poussée-butée:
Coulomb:Coulomb:ligne de rupture depuis la base du rideaumatériau situé à l'intérieur du prisme de glissementindéformable,pas d'écoulement.
Rankine:Rankine:massif amont non surchargé,l'orientation de la poussée est liée à celle de la surfacelibre du massif amont.
BoussinesqBoussinesq::massif avec surchargel'inclinaison des poussées est indépendante de celle dutalus et varie suivant le frottement sol/écran
IPER 29/3/2007 15
Hypothèse:Hypothèse:sols en poussée - butée limite.
Méthodes:Méthodes:rideau non ancré,
rideau ancré et buté en pied,
rideau ancré et encastré en pied.
IPER 29/3/2007 16
Rideau ancré & encastré:Rideau ancré & encastré:Hypothèses: Kao Kpo
Les inconnues sont t, fo, T et Cb: problème hyperstatique.La méthode se limite aux sols frottants.Hyperstaticité levée par une hypothèse supplémentaire:
point de contrainte résultante nulle # point de Mf nul(Tschebotarioff).
Sécurité de 2 sur Kp
IPER 29/3/2007 17
Méthode de la poutre équivalente - Blum:Méthode de la poutre équivalente - Blum:• détermination du point de pression nulle,• détermination de T: la poutre 1 est supposée en appui
simple en T et e.Σ M / B =0 ⇒ RΣ F = 0 ⇒ T
• détermination de fo:Σ M / C =0 ⇒ fo
• la fiche est égale à : D = t + fo + 0.20*fo.
IPER 29/3/2007 18
Modules de réactionModules de réactionle sol est assimilé à des ressorts
0)z,y(q)z(y).z(I.E.dzd
4
4
=+
Limitations:Limitations:• indépendance des ressorts• le Kh est supposé décrire l'environnement
Loi de comportement du sol: Loi de comportement du sol:
y
Pa
Pp1
kh
p
Loi élastoplastique
Loi de comportement sol/écran:Loi de comportement sol/écran:
IPER 29/3/2007 19
Détermination:Détermination:essai triaxial drainé.formule de Jacky: Ko=1-sinφ'
v'h'Ko
σσ
=
CoefCoef KoKoPression des terres au repos
IPER 29/3/2007 20
Coef KhCoef KhPente du domaine élastique: ∆p = kh ∆y
Caractéristiques:Caractéristiques:décrit le domaine élastique,n'est pas une caractéristique
intrinsèque du sol.
Détermination:Détermination:Ménard - Bourdon - Houy (1964)Balay (1984)ChadeissonSchmitt (norme soutènement)
y
P P1 p
K
1
P
0y
s
s
P a
h
Fondation rigidesol cohérent
Fondation rigidesol frottant Fondation souple
IPER 29/3/2007 21
Kh Kh - - BalayBalayModule pressiométrique équivalent
Module pressiométrique EM
Z1
Z2
Z3
Z4
Profondeur Z
Partie de l'écrancaracteriséepar leparamètredimensionnel a
Fig.18 - Choix du module pressiométrique équivalent ECas du sol homogène.
_M
0.5 E1moy 1.5 E
1moy
0.5 E2moy 1.5 E
2moy
0.5 E3moy 1.5 E
3moy
IPER 29/3/2007 22
K hE
a a
M=+
α α* . * ( * )2
0 1 3 3 9
Kh Kh - - Balay Balay - hors mise en tension tirant- hors mise en tension tirant
Tourbe Argile Limon Sable GraveType α Em/Pl α Em/Pl α Em/Pl α Em/Pl α
Surconsolidé >16 1 >14 2/3 >12 1/2 >10 1/3Normalement
consolidé 1 9 à 16 2/3 8 à 14 1/2 7 à 12 1/3 6 à 10 1/4sur consolidé 7 à 9 1/2 5 à 8 1/2 5 à 7 1/3
D
HL
a = H L
HL
a = HL
D
Cas ou D < HL
Cas ou D L
La= _23_
D2 3
_D 3
D
H
a= _3D
a= _3
H2
IPER 29/3/2007 23
Kh Kh - - Balay Balay - mise en tension tirant- mise en tension tirant
Tirant
K = rs 4E_
M
l0
a = 2
3LD
HL
d t
Cas ou D L
Tirant
Cas ou D < HL
dt
HL
DK = rs 4E M
l02 D
D 33 a =
a =
23D3
H
DH
Elo
E z dz lo E I
s E
Kh r sElo
Mt
Mdt lo
dt lo
Mt
M
= =⎛
⎝⎜⎜
⎞
⎠⎟⎟
=
−
+∫
13
4
1 50
1 5013
*( ) *
*
* * *
.
.
IPER 29/3/2007 25
khkh - Schmitt - SchmittVoir revue française de géotechnique n°71 et NF P94-282
Méthode:
( ) ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ α= D3
2;EEI7.1mina
33.0
M
[ ]aE2.1;kmin*3k MMénard α=
Le calcul est à faire pour chaque couche en limitant lavaleur de «a » dans les phases travaux.
IPER 29/3/2007 26
khkh - Comparaison des méthodes - Comparaison des méthodesLes kh obtenus pour chacune des méthodes pour les
grands ouvrages de soutènements conduisent à desvaleurs:
Kh Balay < Kh Schmitt < Kh Chadeisson
IPER 29/3/2007 27
Coef KiCoef KiPression des terres après coulage d'une PM.
rideau de palplanches: Ki=Koparoi moulée:
Kiz ui z
z ui zbé ton=
−−
0 80. ** ( )
* ( )γγ
IPER 29/3/2007 30
Modélisation d’une tranche de 1 m d ’épaisseur:Modélisation d’une tranche de 1 m d ’épaisseur:Correction des charges à appliquer
port 2000: boggie de 8 galets de 103t10*103/6.8=12.1t/ml 6.6 t/ml
(F,d) k
Calcul 2D vertical
Calcul 2D horizontal
Coef d'influence
IPER 29/3/2007 31
Correction des raideurs équivalentes d’appuisCorrection des raideurs équivalentes d’appuis
Problème:Problème:calcul non global à partir des valeurs max.non prise en compte du frottement sur les tirants
rideautirant kst
kk111 +=
IPER 29/3/2007 32
Profilés métalliques:Profilés métalliques:corrosionbutée mobilisée / butée mobilisable < 0.5calcul "ELS"calcul "ELU"=1.40*"ELS" 1
.00m
1.0
0m
Niveau desplus basses
eaux
Paroi moulée:Paroi moulée:condition de fissurationfc=inf(fcj;fclim)/(k1 k2)butée mobilisée / butée mobilisable >2calcul "ELS"calcul "ELU"=1.40*"ELS"% minimum
IPER 29/3/2007 33
Ancrage passif sur rideau arrièreAncrage passif sur rideau arrière
Vérification des tirants:Vérification des tirants:hypothèses identiques à la paroi avantTs <0.50 Le fond de filet,Ts<0.60 Le section courante.
Vérification du rideau:Vérification du rideau:• δ a=0,• T=1.50 Ta,• surcharge en arrière du rideau d'ancrage.
sécurité de 1 sur la butée mobilisable.σ< σ e
IPER 29/3/2007 34
Ancrage actifAncrage actifTs: traction de serviceTu: traction limite conventionnelleTp: traction à Le
armature:armature:Ts < 0.75 Tp tirant provisoire,Ts < 0.60 Tp tirant définitif.
bulbe:bulbe:injection IRS ou IGUsécurité de 2 entre Tu & Ts
Tu=π∗Ds*Ls*qsDs=α*Dd
IPER 29/3/2007 35
Stabilité hydrauliqueStabilité hydrauliquenon soulèvement du fond de fouille
Fvstab/Fvsoul > 1.10
H*u*'wt γγ≥
td11
1u++
=
• condition de boulance (mise en suspension des grains)
IPER 29/3/2007 36
• condition de renard "solide":méthode de Mandel
• suffosion: amoindrissement du squelette granulairerègle des filtres
σ'1
σ'2
HDt
σ'1 = q+γd h1+γ'(D+t)+γw (1-u) Hσ'2 = γ' t - u γw Hσ'1 < Nq σ'2
IPER 29/3/2007 37
EpureEpure de Rankine de RankineNon interaction des cônes de poussée -butéeAdapté aux ancrages peu profonds
IPER 29/3/2007 38
EpureEpure de de KranzKranz - tirant passifs: - tirant passifs:LRP: droite - cercle - spirale, rejoint les points de V=0.Recherche de Am fermant le polygone des forces
Am>1.50*Ta
Fig. V9_ Exemple d'application de la methode de Kranz
Echelle des forces
1 u : 10t
Echelle des longueurs 1u = 1m
P1 = 2.51
P2 = 13.75
P3 = 13.08
P4 = 20.46
G3
G2
G1Pa = 5.21
1.85
2.30
( - 2.60)
( + 1.50)
( - 12.67)
5.84
4.397.31( - 6.00)
5.773.66
( + 3.00) 0.66
( + 1.85) 1.85
Q1
Q2
Q3
Am
l = 4.200
Fc 30
10
B=2830
18.007.50 3.70 6.80
v =
2.85
t=1.
15
Am = 39.00 t PA Q1
Q2
FcQ3
G1
G2
G3P1 P2 P3 P4
Unite graphiqueu
q0 =2t / m 2
IPER 29/3/2007 39
EpureEpure de de KranzKranz - tirant actif: - tirant actif:LRP rejoint le point V=0rideau au centre du bulbe du tirant.
IPER 29/3/2007 40
Stabilité globaleStabilité globale
approche globale:approche globale:Coef > 1.50
approche ELU:approche ELU:pondération des actionscoef. partiels sur les matériauxCoef > 1.00