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«Étude de phénomènes de liquéfaction»
Fernando LOPEZ-CABALLERO
Modélisation numérique des inclusions rigides comme
solution aux problèmes de liquéfaction
Laboratoire de Mécanique des Sols, Structures, Matériaux
Problèmes liés aux séismes
Projet Européen NEMISREF :
New Methods for Mitigation of Seismic Risk of Existing Foundations
Partenaires :o Soletanche Bachy - FRANCEo Institute of Geology and Mineral Exploration – GREECEo Stamatopoulos & Associates – GREECEo University of Bristol - UKo University of Cambridge – UKo Aristotle University of Thessaloniki – GREECEo Laboratorio Nacional de Engenharia Civil – PORTUGALo Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA
ECP MSSMat - OR : o Milieux poreux et ouvrages géotechniques o Ondes en milieux hétérogènes et aléatoires
Rocher
-0,04
-0,02
0,00
0,02
0,04
0 10 20 30 40 50 60
Time [sec.]
Accele
rati
on
[g
]
Sol
Interaction Sol-Structure
Stabilité des ouvragesde soutènement
Problèmes liés aux séismes
Réponse des ouvrages :
Liquéfaction de sols
Quelques définitions de la mécanique des sols.
Validation du modèle numérique par rapport aux modèles physiques (essais en centrifugeuse)
Calage des paramètres du modèle Validation des paramètres du modèle numérique
Solution aux problèmes de liquéfaction (étude numérique) Cas de référence Utilisation des inclusions verticales (étude paramétrique)
Plan général
Rocher
-0,04
-0,02
0,00
0,02
0,04
0 10 20 30 40 50 60
Time [sec.]
Accele
rati
on
[g
]
Sol
Quelques définitions de la mécanique des sols
Propagation du séisme dans le sol
Hypothèses
Vs, ρ, G, D
Propagation du séisme dans le sol
Chargement sismique
Quelques définitions de la mécanique des sols
Comportement non-linéaire des sols : = G()
Chargement cyclique
Quelques définitions de la mécanique des sols
Tau
(k
Pa)
Gamma (%)
-15
-30
0
15
30
-0,5-1,0 0,0 0,5 1,0
G() et D() = Gmax
COMPUTED DR 30 DR 90
G/G
max
Gamma (%)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.0E-04 1.0E001.0E-03 1.0E-02 1.0E-01
Comportement non-linéaire des sols : = G()
Variation du module & amortissement
Quelques définitions de la mécanique des sols
COMPUTED DR 90 DR 30
D (
%)
Gamma (%)
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
1.0E-04 1.0E001.0E-03 1.0E-02 1.0E-01
Tau
(k
Pa)
Gamma (%)
-15
-30
0
15
30
-0,5-1,0 0,0 0,5 1,0
Définition de la liquéfaction
http://www.ce.washington.edu/~liquefaction/html/main.html
’ = T – I ·U
Chargement sismique
Variation de la pression interstitielle dans les sables
U ’ 0
Quelques définitions de la mécanique des sols
LIQUEFACTION - Problèmes sur le terrain
LIQUEFACTION - Problèmes sur le terrain
Quelques définitions de la mécanique des sols
Plan général
Quelques définitions de la mécanique des sols.
Validation du modèle numérique par rapport aux modèles physiques (essais en centrifugeuse)
Calage des paramètres du modèle Validation des paramètres du modèle numérique
Solution aux problèmes de liquéfaction (étude numérique) Cas de référence Utilisation des inclusions verticales (étude paramétrique)
Validation du modèle numérique
Calage des paramètres pour le sol
Essai en centrifugeuse au Schofield Centrifuge Centre de l’Université de Cambridge :
(Teymur, 2002)
Modèle numérique utilisé
h = 10 m
6 m
4 m
o Comportement des sols : modèle élastoplastique de l’ECP ;o Modèle EF, 2D couplé en déformations planes (Gefdyn) ;o Analyse dans le domaine temporel.
Validation du modèle numérique
Modèle numérique utilisé
Courbes G/Gmax- et D- :
Validation du modèle numérique
Calage des paramètres
Validation du modèle numérique
Pression Interstitielle et Accélération :
Plan général
Quelques définitions de la mécanique des sols.
Validation du modèle numérique par rapport aux modèles physiques (essais en centrifugeuse)
Calage des paramètres du modèle Validation des paramètres du modèle numérique
Solution aux problèmes de liquéfaction (étude numérique) Cas de référence Utilisation des inclusions verticales (étude paramétrique)
Essai en centrifugeuse au Schofield Centrifuge Centre de l’Université de Cambridge :
Validation des paramètres du modèle numérique
Validation du modèle numérique
Cas de Référence – Profil liquéfiable
Validation du modèle numérique
Essai en centrifugeuse au Schofield Centrifuge Centre de l’Université de Cambridge :
Validation des paramètres du modèle numérique
Essai en centrifugeuse au Schofield Centrifuge Centre de l’Université de Cambridge :
Validation du modèle numérique
Maillage utilisé :
h = 15.8m
h = 50.0m
Validation des paramètres du modèle numérique
Validation du modèle numérique
Accélération :Mesuré
Simulation
Validation des paramètres du modèle numérique
Validation du modèle numérique
Pression Interstitielle : MesuréSimulatio
n
Validation des paramètres du modèle numérique
Validation du modèle numérique
Plan général
Quelques définitions de la mécanique des sols.
Validation du modèle numérique par rapport aux modèles physiques (essais en centrifugeuse)
Calage des paramètres Validation des paramètres du modèle numérique
Solution aux problèmes de liquéfaction (étude numérique) Cas de référence Utilisation des inclusions verticales (étude paramétrique)
Solution aux problèmes de liquéfaction
Cas de référence
Profil de sol + fondation :
b = 10 m
Variation de la pression interstitielle :
Distribution de Pw à 9s (Séisme Synthétique)
Solution aux problèmes de liquéfaction
Cas de référence
Variation du taux ru pour le modèle sans inclusions :
taux ru(Séisme Synthétique)
Sans inclusions
Liquéfactionentre 1m et 3m de
profondeur
Solution aux problèmes de liquéfaction
Cas de référence
Plan général
Quelques définitions de la mécanique des sols.
Validation du modèle numérique par rapport aux modèles physiques (essais en centrifugeuse)
Calage des paramètres Validation des paramètres du modèle numérique
Solution aux problèmes de liquéfaction (étude numérique) Cas de référence Utilisation des inclusions verticales (étude paramétrique)
Solution aux problèmes de liquéfaction
Utilisation des inclusions verticales rigides
Mise en place sur le terrain :
• Disposition (i.e. solidaires ou séparées de la fondation);
• Épaisseur des inclusions : 0.5, 0.8 et 1 m;
• Différents coefficients de perméabilité pour les inclusions.
Solution aux problèmes de liquéfaction
Utilisation des inclusions verticales rigides
Étude paramétrique :
Solution aux problèmes de liquéfaction
Disposition (i.e. solidaires ou séparées de la fondation) :
Utilisation des inclusions verticales rigides
Solution aux problèmes de liquéfaction
Utilisation des inclusions verticales rigides
Disposition (i.e. solidaires ou séparées de la fondation) :
Pw sous fondation (Séisme synthétique)
SéparéesSolidaires
Inclusions séparées pas
d’effet significatif sur
la réponse
Solution aux problèmes de liquéfaction
Utilisation des inclusions verticales rigides
Disposition (i.e. solidaires ou séparées de la fondation) :
Inclusions séparées de la fondation.
Distribution de Pw à 5s (Séisme Synthétique)
Solution aux problèmes de liquéfaction
Utilisation des inclusions verticales rigides
Disposition (i.e. solidaires ou séparées de la fondation) :
Inclusions
Inclusions séparées de la fondation.
Déformée du maillage (Séisme Synthétique) (Pas à l’échelle)
• Disposition (i.e. solidaires ou séparées de la fondation);
• Épaisseur des inclusions : 0.5, 0.8 et 1 m;
• Différents coefficients de perméabilité pour les inclusions.
Solution aux problèmes de liquéfaction
Utilisation des inclusions verticales rigides
Étude paramétrique :
Solution aux problèmes de liquéfaction
Utilisation des inclusions verticales rigides
Épaisseur des inclusions :
b = 10 m
Solution aux problèmes de liquéfaction
Utilisation des inclusions verticales rigides
Épaisseur des inclusions :
2 inclusions 5x0.5m
Distribution de Pw à 6s (Séisme Synthétique)
Solution aux problèmes de liquéfaction
Utilisation des inclusions verticales rigides
Épaisseur des inclusions :
Pw sous fondation (Séisme synthétique)
2i 5x1m2i 5x0.8m2i 5x0.5m
efficiente pour des épaisseurs d’inclusion plus
grandes que 0.8m
Solution aux problèmes de liquéfaction
Utilisation des inclusions verticales rigides
Épaisseur des inclusions :
2 inclusions 5x1.0m
Distribution de Pw à 6s (Séisme Synthétique)
Solution aux problèmes de liquéfaction
Utilisation des inclusions verticales rigides
Épaisseur des inclusions :
Variation de la distorsion induite
dans le sol
Solution aux problèmes de liquéfaction
Utilisation des inclusions verticales rigides
Épaisseur des inclusions :
Variation de la contrainte de
cisaillement induite dans le sol
• Disposition (i.e. solidaires ou séparées de la fondation);
• Épaisseur des inclusions : 0.5, 0.8 et 1 m;
• Différents coefficients de perméabilité pour les inclusions.
Solution aux problèmes de liquéfaction
Utilisation des inclusions verticales rigides
Étude paramétrique :
Solution aux problèmes de liquéfaction
Utilisation des inclusions verticales rigides
Coefficient de perméabilité des inclusions :
k = 1E-4 m/sk =
Pw sous fondation (Séisme synthétique)
Pas d’effet
Conclusions
• Efficacité des inclusions due principalement au fait de rigidifier le sol plutôt qu’au fait de drainer de l’excès de pression interstitielle ;
• Efficacité des inclusions rigides est fonction de leur interaction avec le sol de fondation et dans certaines conditions, elle peut produire des effets négatifs ;
• Les inclusions doivent avoir un effet de confinement sur le sol afin d’améliorer sa réponse ;
• Prochaine étape :o Validation des inclusions avec modèle en centrifugeuse.o Dimensionnement sur un site réel en Grèce
