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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

«Étude de phénomènes de liquéfaction»

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Laboratoire de Mécanique des Sols, Structures, Matériaux. «Étude de phénomènes de liquéfaction». Modélisation numérique des inclusions rigides comme solution aux problèmes de liquéfaction. Fernando LOPEZ-CABALLERO. Problèmes liés aux séismes. Projet Européen NEMISREF :. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

«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

Page 2: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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

Page 3: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Rocher

-0,04

-0,02

0,00

0,02

0,04

0 10 20 30 40 50 60

Time [sec.]

Acce

lera

tion

[g]

Sol

Interaction Sol-Structure

Stabilité des ouvragesde soutènement

Problèmes liés aux séismes

Réponse des ouvrages :

Liquéfaction de sols

Page 4: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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

Page 5: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Rocher

-0,04

-0,02

0,00

0,02

0,04

0 10 20 30 40 50 60

Time [sec.]

Acce

lera

tion

[g]

Sol

Quelques définitions de la mécanique des sols

Propagation du séisme dans le sol Hypothèses

Vs, ρ, G, D

Page 6: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Propagation du séisme dans le sol Chargement sismique

Quelques définitions de la mécanique des sols

Page 7: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Comportement non-linéaire des sols : = G() Chargement cyclique

Quelques définitions de la mécanique des sols

Tau

(kPa

)

Gamma (%)

-15

-30

0

15

30

-0,5-1,0 0,0 0,5 1,0

G() et D() = Gmax

Page 8: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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

(kPa

)

Gamma (%)

-15

-30

0

15

30

-0,5-1,0 0,0 0,5 1,0

Page 9: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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

Page 10: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Quelques définitions de la mécanique des sols

LIQUEFACTION - Problèmes sur le terrain

Page 11: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

LIQUEFACTION - Problèmes sur le terrain

Quelques définitions de la mécanique des sols

Page 12: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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)

Page 13: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Validation du modèle numérique

Calage des paramètres pour le sol Essai en centrifugeuse au Schofield Centrifuge Centre de l’Université de Cambridge :

(Teymur, 2002)

Page 14: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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

Page 15: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Modèle numérique utilisé Courbes G/Gmax- et D- :

Validation du modèle numérique

Page 16: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Calage des paramètres

Validation du modèle numérique

Pression Interstitielle et Accélération :

Page 17: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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)

Page 18: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Essai en centrifugeuse au Schofield Centrifuge Centre de l’Université de Cambridge :

Validation des paramètres du modèle numérique

Validation du modèle numérique

Page 19: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Cas de Référence – Profil liquéfiable

Validation du modèle numérique Essai en centrifugeuse au Schofield Centrifuge Centre de l’Université de Cambridge :

Page 20: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Validation des paramètres du modèle numérique Essai en centrifugeuse au Schofield Centrifuge Centre de l’Université de Cambridge :

Validation du modèle numérique

Page 21: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Maillage utilisé :

h = 15.8m

h = 50.0m

Validation des paramètres du modèle numérique

Validation du modèle numérique

Page 22: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Accélération :Mesuré

Simulation

Validation des paramètres du modèle numérique

Validation du modèle numérique

Page 23: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Pression Interstitielle : MesuréSimulatio

n

Validation des paramètres du modèle numérique

Validation du modèle numérique

Page 24: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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)

Page 25: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Solution aux problèmes de liquéfaction

Cas de référence Profil de sol + fondation :

b = 10 m

Page 26: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Variation de la pression interstitielle :

Distribution de Pw à 9s (Séisme Synthétique)

Solution aux problèmes de liquéfaction

Cas de référence

Page 27: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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

Page 28: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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)

Page 29: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Solution aux problèmes de liquéfaction

Utilisation des inclusions verticales rigides Mise en place sur le terrain :

Page 30: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

• 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 :

Page 31: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Solution aux problèmes de liquéfaction

Disposition (i.e. solidaires ou séparées de la fondation) :

Utilisation des inclusions verticales rigides

Page 32: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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

Page 33: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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)

Page 34: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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)

Page 35: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

• 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 :

Page 36: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Solution aux problèmes de liquéfaction

Utilisation des inclusions verticales rigides Épaisseur des inclusions :

b = 10 m

Page 37: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Solution aux problèmes de liquéfaction

Utilisation des inclusions verticales rigides Épaisseur des inclusions :

2 inclusions 5x0.5m

Distribution de Pw à 6s (Séisme Synthétique)

Page 38: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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

Page 39: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Solution aux problèmes de liquéfaction

Utilisation des inclusions verticales rigides Épaisseur des inclusions :

2 inclusions 5x1.0m

Distribution de Pw à 6s (Séisme Synthétique)

Page 40: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Solution aux problèmes de liquéfaction

Utilisation des inclusions verticales rigides Épaisseur des inclusions :

Variation de la distorsion induite

dans le sol

Page 41: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

Solution aux problèmes de liquéfaction

Utilisation des inclusions verticales rigides Épaisseur des inclusions :

Variation de la contrainte de

cisaillement induite dans le sol

Page 42: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

• 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 :

Page 43: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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

Page 44: «Étude de phénomènes de liquéfaction»

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