Interaction Sol-Structure : calcul des impédances et effets sur les fondations

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    15-Aug-2015

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  1. 1. Projet de Fin dEtudes : Interaction Sol-Structure : calcul des impdances et effets sur les fondations Auteur : BUCHI Eric, lve-ingnieur de 5me anne Section : Gnie Civil, INSA de Strasbourg Tuteur entreprise : LAMBERT Serge Enseignant-superviseur : NOWAMOOZ Hossein Juin 2013
  2. 2. BUCHI Eric GC 5 Projet de Fin dEtudes 2 Rsum Ce Projet de Fin dEtudes a pour objet ltude de linteraction entre le sol et la structure (ISS) afin de pouvoir la prendre en compte lors dun dimensionnement parasismique. En effet, la prise en compte de lISS dans la modlisation dune structure peut avoir des effets significatifs sur les efforts sismiques sappliquant la fondation. Gnralement, les effets de lInteraction Sol-Structure (ISS) sont favorables, cest--dire quils induisent une diminution des efforts sismiques. Il peut cependant arriver que ses effets soient dfavorables dans certains cas particuliers. Afin de prendre en compte les effets de lISS une modlisation par ressorts amortis peut-tre adopte. Le but de ce rapport est de prsenter les diffrentes formules qui existent dans la littrature traitant ce sujet. Il y a plusieurs formules de raideurs de sol pour les fondations superficielles. Notamment les formules de Gazetas qui ont lavantage de prendre en compte lencastrement de la fondation dans le sol et permettent galement de modliser le sol comme un bi- couche alors que la plupart des autres formules le modlisent uniquement en monocouche. Au vu dun comparatif entre les formules on constate que la prise en compte dun encastrement ainsi que la modlisation du sol en bi-couche, avec la couche infrieure plus raide, donne des raideurs de sol plus leves que la modlisation par monocouche. Concernant les fondations profondes il nexiste pas beaucoup de formules permettant de calculer la raideur dun pieu. On trouve cependant dans les rglements parasismiques tels que la norme NF P 94-262 fondations profondes des formules permettant de calculer des modules de raction frontale du sol, ce qui permet de modliser les pieux dans des logiciels tel que Foxta. Il est ensuite possible de dterminer le dplacement du pieu suite lapplication dun effort. Ce qui permet de calculer la raideur en divisant leffort appliqu par le dplacement obtenu. Un exemple a galement t trait pour connaitre linfluence de ces paramtres sur les sollicitations dans la structure de louvrage. Il a permis de constater quune diminution de la raideur du sol entrainait une diminution de la contrainte au sol sous un radier soumis un chargement sismique. Mots cls : Interaction sol-structure (ISS), raideurs des sols, amortissements, fondations superficielles, fondations profondes.
  3. 3. BUCHI Eric GC 5 Projet de Fin dEtudes 3 Abstract This internship has for goal to study the soil-structure interaction (SSI) in order to take it into account for the seismic design. Indeed, the consideration of this interaction in the modeling of a structure can have significant effects on the seismic forces which are applied on the foundation. Generally, effects of the Soil-Structure Interaction (SSI) are favorable, which means that they induce a diminution of the seismic forces. However, in some particular cases, the effects of SSI are detrimental. In order to take the SSI into account a model with springs and dashpots can be used. The goal of this report is to present the different formulas which can be found in the scientific literacy. There are several formulas which give the soil stiffness of shallow foundations. Especially, Gazetas formulas which have the advantage to take the embedment of the foundation into account. Moreover these formulas also allow modeling the soil with two layers whereas the others use a homogenous half space. After a comparison between the different formulas we can see that the soil stiffness is higher when we take the embedment into account. Moreover the fact to take a model with two layers, with the deepest layer stiffer than the surface layer, give higher soil stiffness than with an homogenous half space. Concerning deep foundations there are few formulas to calculate the stiffness of a pile. However, some seismic rules, such as NF P 94-262 deep foundations, give formulas to calculate the frontal modulus of soil reaction. With these formulas it is possible to model the pile with software like Foxta. Thanks to that it is possible to determine the displacement of the soil under a load. So you can find the stiffness by dividing the load by the displacement. An example is also given in order to know how these parameters influence the stresses in the structure. Thanks to it, we saw that a diminution of the soil stiffness has for effect to decrease the stress under a raft with a seismic load. Key words: Soil-Structure Interaction (SSI), soil stiffness, damping, shallow foundations, deep foundations.
  4. 4. BUCHI Eric GC 5 Projet de Fin dEtudes 4 Remerciements Pour commencer je tiens remercier M. LAMBERT Serge, directeur technique, pour mavoir donn la possibilit deffectuer mon PFE au sein de Keller Fondations Spciales. Je le remercie galement pour mavoir guid et pour avoir rpondu mes questions tout au long de mon stage. Je tiens ensuite remercier M. QUIRIN Lo, M.VEERECKE Edouard et M. MULLER Stphane, tous trois ingnieurs tudes au sige de Keller, pour mavoir accueilli au sein de leur bureau. Je les remercie pour avoir rpondu mes interrogations, pour leurs explications et galement pour mavoir permis de dcouvrir un peu le mtier dingnieur tude. Je les remercie galement pour leur sympathie et pour leur bonne humeur qui mont permis deffectuer mon stage dans une ambiance de travail chaleureuse. Je remercie galement Mme. NARCY Estelle pour avoir pris le temps de lire certains de mes travaux et pour mavoir fait part de ses remarques. Je souhaite remercier M. NOWAMOOZ Hossein pour avoir effectu mon suivi de PFE et pour avoir pris le temps de lire mes diffrents rapports que jai pu lui envoyer. Enfin je souhaite remercier tous les autres membres du personnel de Keller Fondations Spciales que jai pu ctoyer au cours de ces 20 semaines, en particulier les membres de lagence de Strasbourg et les dessinateurs.
  5. 5. BUCHI Eric GC 5 Projet de Fin dEtudes 5 Sommaire Rsum...............................................................................................................................................2 Abstract..............................................................................................................................................3 Remerciements...................................................................................................................................4 Sigles ..................................................................................................................................................7 Introduction........................................................................................................................................8 1. Lentreprise Keller Fondations spciales......................................................................................9 1.1. Historique du groupe...........................................................................................................9 1.2. Le groupe Keller...................................................................................................................9 1.3. Keller France........................................................................................................................9 1.3.1. Le personnel ..............................................................................................................10 1.3.2. Le bureau dtude......................................................................................................10 1.3.3. La cellule Dveloppement..........................................................................................11 1.4. Les techniques proposes par Keller Fondations Spciales.................................................11 1.4.1. Prsentation gnrale................................................................................................11 1.4.2. La colonne ballaste ..................................................................................................12 1.4.3. Les inclusions rigides..................................................................................................14 1.4.4. La colonne module mixte CMM...............................................................................17 2. Interaction sol-structure (ISS) [1],[2],[3],[4] et [5]......................................................................19 2.1. Gnralits........................................................................................................................19 2.2. Les effets de lISS...............................................................................................................22 2.3. Modlisation de lISS *1+*2+................................................................................................23 2.4. Equation gnrale formulant un problme dISS *5+...........................................................24 2.5. Influence de lamortissement ............................................................................................25 3. Fondations superficielles...........................................................................................................28 3.1. Inventaire des mthodes...................................................................................................28 3.1.1. Mthode de Newmark-Rosenblueth [1] .....................................................................28 3.1.2. Mthode de Deleuze [1] ............................................................................................29 3.1.3. Les formules de la norme NF P 94-261 Fondations superficielles [7]...........................32 3.1.4. Guide du SETRA pour les ponts en zone sismique [8]..................................................33 3.1.5. Mthode simplifie de Veletsos [1]............................................................................35 3.1.6. Formule de Gazetas ...................................................................................................39 3.1.7. Recommandations pour les oliennes [9]...................................................................44
  6. 6. BUCHI Eric GC 5 Projet de Fin dEtudes 6 3.2. Comparatif ........................................................................................................................45 3.2.1. Fondation circulaire ...................................................................................................45 3.2.2. Fondations rectangulaires..........................................................................................54 3.2.3. Calcul dun module de cisaillement quivalent *3+, *13+..............................................57 3.3. Validit des formules.........................................................................................................57 3.3.1. Raideurs horizontales avec Piecoef+ ..........................................................................57 3.3.2. Modlisations aux lments finis avec Plaxis 3D.........................................................58 3.4. Conclusion fondations superficielles..................................................................................59 4. Fondations profondes ...............................................................................................................62 4.1. Mthode de Winkler [5], [14] ............................................................................................62 4.2. Guide du SETRA [8]............................................................................................................64 4.3. Eurocode 8-5 [4]................................................................................................................66 4.4. Exemple de calcul de raideur de pieux...............................................................................67 4.4.1. Cas 1 : Monocouche...................................................................................................67 4.4.2. Cas 2 Bi-couche : 2 m de sol compact + sol mou.........................................................68 4.4.3. Cas 3 Bi-couche : 2 m de sol mou + sol compact.........................................................69 4.5. Conclusion fondations profondes ......................................................................................70 5. Mmorial ACTe Guadeloupe .....................................................................................................71 5.1. Prsentation du projet.......................................................................................................71 5.2. Contexte gotechnique .....................................................................................................72 5.3. Calcul des raideurs et amortissements...............................................................................73 5.3.1. Raideurs.....................................................................................................................73 5.3.2. Amortissement..........................................................................................................75 5.4. Influence des raideurs sur les contraintes et le soulvement du radier ..............................77 Conclusion........................................................................................................................................79 Liste des figures................................................................................................................................80 Liste des tableaux .............................................................................................................................81 Bibliographie ....................................................................................................................................82
  7. 7. BUCHI Eric GC 5 Projet de Fin dEtudes 7 Sigles AFPS : Association franaise de gnie parasismique BET : Bureau dtude technique CMM : Colonne Module Mixte CFMS : Comit franais de mcanique des sols et de gotechnique EC 8 : Eurocode 8 ISS : Interaction sol-structure NDC : Note de calcul NGG : Nivellement gnral de la Guadeloupe PF : Plateforme PS 92 : Rgles de construction parasismique RDC : Rez-de-chausse SETRA : Service dtudes sur les transports, les routes et leurs amnagements TN : Terrain naturel
  8. 8. BUCHI Eric GC 5 Projet de Fin dEtudes 8 Introduction De nos jours, les pratiques standards pour le dimensionnement parasismique des fondations, consistent dans un premier temps calculer les efforts sismiques sappliquant sur la fondation et dans un second temps vrifier la rsistance des fondations ces efforts. Dans la plupart des rglements de construction, la rponse de la structure et les charges arrivant sur la fondation sont calcules en ngligeant les effets de lInterac...

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