Modélisation physique et numérique des interactions sol-structure sous sollicitations dynamiques transverses

Physical modelling of the dynamical soil-structure interactions

• Auteur / Autrice : Xiangwei Zhang
• Direction : Pierre Foray, Philippe Gotteland
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 28/10/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Sols, Solides, Structures-Risques
• Jury : Président / Présidente : Richard Kastner
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Foray, Philippe Gotteland, Serge Lambert, Marcello Coppola, Vitalij Pecharsky, Luca Perniola
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Levacher, Luc Thorel, Joseph Dichy

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation

Physique

Numérique

Dynamique

Interaction sol-structure,

Modelling

Physical

Numerical

Dynamical

Soil-structure interaction

Résumé

Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse portent sur la modélisation physique etnumérique du comportement des fondations superficielles sous sollicitations transverses dynamiques.Deux nouveaux modèles physiques sont développés.Le premier, en chambre d’étalonnage permet de réaliser des expériences sur modèle réduitd’une fondation superficielle encastrée dans un sable sec en respectant les conditions de confinementréelles. Des adaptations prototypes sont spécialement conçues pour permettre unchargement horizontal rapide, le couplage chargement vertical-horizontal, ainsi qu’un libremouvement de la fondation. L’influence des différents paramètres (densité du sable, amplitudedu déplacement horizontal et de la charge verticale, pressurisation du massif) est miseen évidence sur le comportement de la fondation.Le second porte sur l’interaction sol renforcé-fondation superficielle dans une " VisuCuve "de visualisation latérale du comportement. Il est mené sur une argile molle renforcée soit parun système de Colonnes à Module Mixte (CMM) soit par un système d’Inclusions Rigides etmatelas granulaire (IR). Ces modèles physiques en 2D sont soumis à des chargements horizontauxcycliques en quasi-statique et en dynamique pour l’étude de l’effet inertiel. L’efficacitécomparée des systèmes en termes de dissipation d’énergie est présentée.Une modélisation numérique des systèmes CMM et IR correspondant à la configuration expérimentaleet en vraie grandeur est développée à l’aide du logiciel FLAC3D. Les résultatsnumériques nous permettent de confirmer partiellement des tendances constatées lors des expériences.Les calculs des ouvrages en vraie grandeur permettent d’étudier plus précisémentla dissipation d’énergie par le calcul des coefficients d’amortissement dans les différents systèmes.L’effet inertiel et l’effet de la hauteur de la partie supérieure en gravier sont égalementdémontrés par les efforts internes calculés dans les inclusions.

The main issues of this work concern the physical and numerical modeling of the response ofa shallow foundation under dynamic horizontal loadings.Two novative physical modeling were performed.The first one uses a calibration chamber to carry out tests on a model of shallow foundationembedded in a dry sand, simulating the field confining conditions. A new experimental setup isbuilt up in order to allow the foundation movement under the coupling of vertical and dynamichorizontal loading. The effect of the different parameters on the foundation behavior (sanddensity, horizontal and vertical loading amplitude, pressure on the sand bulk) is presented.The second one concerns the interaction between a shallow foundation and a reinforced soil,consisting in soft clay reinforced either by a Mixed Module Columns (MMC) system or aRigid Inclusions (RI) system. The 2D physical models subjected to quasi-static and dynamichorizontal cyclic loadings are set up in the "VisuCuve" of the laboratory to study the inertialeffect by lateral visualization of the behavior. The energy dissipation efficiency between theMMC system and the RI system is compared.The numerical modeling of the experiments and the full scale MMC and RI systems areperformed with FLAC3D. In spite of some differences, the 2D numerical results show generallythe same tendencies with the experimental ones. The damping ratios calculated in the fullscale modeling lead to the more accurate energy dissipation analyses. The inertial effect andthe influence of the upper gravel part height are also displayed in terms of the internal forces.