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Modélisation pertinente de l’interaction sol-structure d’un ouvrage complexe
Centrale thermique à charbon de RUDA
Présentation AFGC du 07/04/2014Mathieu AVRIL, Joffrey BARDIN
Imagine the result
SOMMAIREI. PRESENTATION DU PROJET RUDA
1. Situation2. La centrale actuelle3. La future centrale supercritique
II. JUSTIFICATION DES CHOIX DE MODELISATION1. Intéraction Sol / Structure, la problématique majeure2. Modèle « complet »3. Choix de modélisation
III. CALCULS GEOTECHNIQUES1. Contexte géologique2. Méthodologie de calcul
IV. CALCULS STRUCTURELS1. Les Modèles EF2. Définition des appuis pour ISS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE1. Principe itératif2. Calculs3. Résultats
VI. CONCLUSION
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I. PRESENTATION DU PROJET RUDA
Imagine the result
I.1 - SituationProjet : Construction d’une nouvelle centrale thermique
supercritique au charbon à RYBNICK
Centrale thermique existante
RUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA1. Situation
2. Centrale actuelle
3. Future centrale supercritique
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
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I.2 - La centrale actuelle
� Centrale thermique au charbon,
� Mise en service : 1972 à 1978,
� 8 chaudières pour une capacité électrique de 1720 MW,
� Rendement 30%,
� 8% de la fourniture en électricité de Pologne,
� 4 000 000 T de charbon / an.
RUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA1. Situation
2. Centrale actuelle
3. Future centrale supercritique
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
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� Centrale thermique supercritique au charbon,
� avec 1 seule chaudière d’une capacité électrique de 900 MW,
� Rendement 45%,
� Remplacera 4 tranches de production initiales (trop polluantes),
� 1.8 Milliards € investissement,
I.3 - La future centrale
LAC ARTIFICIEL
RUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA1. Situation
2. Centrale actuelle
3. Future centrale supercritique
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
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� Le Powerblock :
- bâtiment chaudière (UHA)
- bâtiment turbogénérateur (UMA)
- bâtiment électrique (UBA)
I.3 - La future centrale
LAC ARTIFICIEL
� Les ouvrages annexes
� L’Aéroréfrigéran t
RUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA1. Situation
2. Centrale actuelle
3. Future centrale supercritique
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
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� Le Powerblock :
- Descente de charges de 280 000 t ELS qp sur une surface de 11 500 m²
- sur barrettes pour les bâtiments UBA et UMA
- sur parois moulées et barrettespour le bâtiment UHA
pour le bâtiment Chaudière.
I.3 - La future centrale
LAC ARTIFICIEL
RUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA1. Situation
2. Centrale actuelle
3. Future centrale supercritique
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
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II. JUSTIFICATION DES CHOIX DE MODELISATION
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II.1 - Interaction sol-structure, la problématique majeure
� Sols de compacité moyenne mais non négligeable
� Charges énormes (environ 1000 kPa au droit des tours escaliers)
� Ampleur du site (bâtiments + terrassements) très importante : environ 700 m de long x 300 m de large
� Tassements attendus importants (40 cm au max.)
� Interaction sol-structure primordiale à prendre en compte de manière réaliste et sur l’ensemble du site pour :
• Modéliser correctement le comportement des structures
• Évaluer les tassements à reprendre (notamment par les équipements sensibles)
RUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION1. ISS, la problématique majeure
2. Modèle « complet »
3. Choix de modélisation
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
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II.2 - Modèle « complet » ?
• Modèle éléments finis intégrant structures et sols
Logiciels : Plaxis, Cesar, Ansys, Robot avec loi de raideur non linéaire…
Pas d’itération « manuelle » entre les modèles structure et sols
Calculs non linéaires � plus longs qu’un modèle linéaire
• Modèle « complet » pour le comportement vertical des fondations
� Nécessité de modéliser l’interaction entre toutes les charges du site � modèle 3D sol + structure énorme avec tous les bâtiments
� Impossible de mener en parallèle les études de chaque bâtiment
� Temps de calcul gigantesque
� Complexe à valider (notamment hypothèses éléments finis) et à exploiter
���� modèle « complet » irréalisable dans les délais
RUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION1. ISS, la problématique majeure
2. Modèle « complet »
3. Choix de modélisation
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
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• Comportement vertical
� Modèles indépendants éléments finis structure de chaque bâtiment (logiciel Robot)
� Modèle de tassement de sol (sans structure) de l’ensemble du site réalisé avec le logiciel Foxta à partir des descentes de charges des modèles Robot
� Itérations entre modèles jusqu’à converger
II.3 - Choix de modélisation
Modèlesstructure
Modèle de tassement
Descente de charges
Raideurs du sol
RUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION1. ISS, la problématique majeure
2. Modèle « complet »
3. Choix de modélisation
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
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• Comportement horizontal des fondations : modèle « co mplet »
� Raideur à loi bilinéaire avec palier plastique (Fascicule 62) sous Robot
� Eviter itérations en horizontal également (sinon convergence plus difficile à atteindre)
� Impossible en vertical car lois de sols plus complexes et interaction entre les charges à prendre en compte
soil reaction (kPa)
p2
K2
p1
K1
relative displacement
δ1 δ2 y - g
II.3 - Choix de modélisationRUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION1. ISS, la problématique majeure
2. Modèle « complet »
3. Choix de modélisation
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
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III. CALCULS GEOTECHNIQUES
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III.1 - Contexte géologique
Stratigraphie générale
- Sols du quaternaire : Sables plus ou moins graveleux
- Sols du Miocène : Silts argilo-sableux avec passages de sablo-graveleux
- Frange supérieure altérée
- Toit très variable
RUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES1. Contexte géologique
2. Méthodologie de calcul
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
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PORTANCE DES FONDATIONS PROFONDES
3 conditions à respecter :- Portance seule,
- Effet de groupe,
- Ancrage au Miocène.
CHARGES
DDC RobotType radier équivalent selon théorie de Terzaghi appliquée aux fondations profondes
TASSEMENTS
Modélisation- Lois de comportement du sol de type œdométrique,
- Calcul des contraintes dans le sol selon la théorie de Boussinesq.
Phasage travaux et Exploitation- Court Terme / 3 phases de construction : consolidation
- Long Terme / 5, 10 et 50 ans : consolidation + fluage
Autres charges- Terrassements préalables aux structures,
- Terrassements complémentaires,
- Structures.
III.2 - Méthodologie de calculRUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES1. Contexte géologique
2. Méthodologie de calcul
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
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IV. CALCULS STRUCTURELS
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1. Les modèles EFRUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
1. Les modèles EF
2. Définition des appuis pour ISS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
� Logiciel Autodesk Robot Structural Analysis Professionnel 2013.
� 2 modèles indépendants :
- Un modèle pour UHA.
- Un modèle pour UMA + UBA
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1. Les modèles EFRUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
1. Les modèles EF
2. Définition des appuis pour ISS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
� Modèle UHA :
- 37 127 nœuds
- 1 528 panneaux de type coque
- 36 861 Eléments finis
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1. Les modèles EFRUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
1. Les modèles EF
2. Définition des appuis pour ISS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
� Modèle UMA+UBA : un seul modèle car liaison par radier
- 34 786 nœuds
- 2 873 panneaux de type coque
- 35 382 Eléments finis
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2. Définition des appuis pour ISSRUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
1. Les modèles EF
2. Définition des appuis pour ISS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
� Barrettes :
- Barres non pesantes
- Sections 2/3 Ak pour prise en compte du raccourcissement élastique du béton
- Inerties non modifiées
- Appuis élastiques en X, Y et Z et non linéaires en X et Y
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2. Définition des appuis pour ISSRUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
1. Les modèles EF
2. Définition des appuis pour ISS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
VI. CONCLUSION
� Parois Moulées :
- Inerties inchangées
- Appuis élastiques verticaux
- Appuis élastiques linéaires horizontaux
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V. ITERATIONS ET CONVERGENCE
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Sol
Structure
Convergé
Convergé
FFF F
Cas intermédiaire
Convergé
F
RUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE1. Principe itératif
2. Calculs
3. Résultats
VI. CONCLUSION
V.1 - Principe itératif
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STRUCTURERaideurs de sols intégrées
dans modèle de calcul (Robot)
GEOTECHNIQUECalcul des tassements
(Foxta)
Raideurs du sol
Convergé
Répartition des charges fiabilisée
Optimisation des fondations profondes
Sécuriser la structure vis-à-vis du tassement
CONVERGENCE
Critères :
- Tassements (Robot / Foxta)
ou
- Evolution charges (F n / Fn-1)
RUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE1. Principe itératif
2. Calculs
3. Résultats
VI. CONCLUSION
V.1 - Principe itératif
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1ère itération 2ème itération 3ème itération
Foxta 1
Modèles simplifiés Robot 1
Foxta 2
Robot 2
Foxta 3
Robot 3
TURBINE HALL – MAIN ELECTRICAL BUILDING
BOILER
Pourquoi un processus itératif différent ?
- Des bâtiments structurellement dissociés,
- Particularités du Boiler :
- Charges importantes et très hétérogènes (appuis de chaudière et tours)
- Présence de parois moulées en périphérie (points durs).
RUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE1. Principe itératif
2. Calculs
3. Résultats
VI. CONCLUSION
V.2 - Calculs
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TURBINE HALL & MAIN ELECTRICAL BUILDING
1ère itération
Rapport de convergence
Rappel :- Tassements (Robot / Foxta)- DDC (Robot 1 / Robot 0)
-32 % < x < -10 %-10 % < x < 10 %10 % < x < 61 %
RUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE1. Principe itératif
2. Calculs
3. Résultats
VI. CONCLUSION
V.3 - Résultats
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Rapport de convergence
Rappel :- Tassements (Robot / Foxta)- DDC (Robot 2 / Robot 1)
-12 % < x < -10 %-10 % < x < 10 %x > 10 %
RUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE1. Principe itératif
2. Calculs
3. Résultats
VI. CONCLUSION
V.3 - Résultats
TURBINE HALL & MAIN ELECTRICAL BUILDING
2ème itération
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RUDA
I. PRESENTATION PROJET RUDA
II. JUSTIFICATION MODELISATION
III. CALCULS GEOTECHNIQUES
IV. CALCULS STRUCTURELS
V. ITERATIONS ET CONVERGENCE1. Principe itératif
2. Calculs
3. Résultats
VI. CONCLUSION
V.3 - Résultats
TURBINE HALL & MAIN ELECTRICAL BUILDING
Tassements Long terme – 50 ans
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VI. CONCLUSION
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ConclusionRUDA
I. PRESENTATION
II. ENJEUX
III. MISSION ARCADIS1. Interaction sol / structure
2. Calculs structure
3. Plans
4. Suspension des études
IV. CONCLUSION
� Méthodologie permettant d’intégrer des modifications en cours de projet (charges par exemple)
� Méthodologie permettant d’optimiser les longueurs de barrettes
� Maîtrise du processus itératif et du calcul sur toute la durée du projet
� Etude d’ISS réalisée dans les courts délais convenus
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MERCI DE VOTRE ATTENTION