Murs de soutènements renforcés par géosynthétiques - Approches déterministe et probabiliste

Geosynthetic-Reinforced Retaining Walls-Deterministic And Probabilistic Approaches

• Auteur / Autrice : Hicham Alhajj Chehade
• Direction : Daniel Dias, Marwan Sadek
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Soutenance le 09/02/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes en cotutelle avec Université Libanaise. Faculté des Sciences (Beyrouth, Liban)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sols, solides, structures - risques (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Villard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Farimah Masrouri, Yasin Fahjan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dashnor Hoxha, Isam Shahrour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Monte-Carlo, Méthode de

Murs de soutènement

Mots clés libres

Mur de soutènement en sol renforcé

Analyse limite

Pseudo-Dynamique

Variabilité Spatiale

Analyse probabiliste

Chaos Polynomiaux

Reinforced soil

Limit analysis

Pseudo-Dynamic

Spatial Variability

Reliability analysis

Polynomial Chaos Expansion

Résumé

L'objectif de cette thèse est de développer, dans le cadre de la mécanique des sols, des méthodes d’analyse de la stabilité interne des murs de soutènement renforcés par géosynthétiques sous chargement sismique. Le travail porte d'abord sur des analyses déterministes, puis est étendu à des analyses probabilistes. Dans la première partie de cette thèse, un modèle déterministe, basé sur le théorème cinématique de l'analyse limite, est proposé pour évaluer le facteur de sécurité d’un mur en sol renforcé ou la résistance nécessaire du renforcement pour stabiliser la structure. Une technique de discrétisation spatiale est utilisée pour générer une surface de rupture rotationnelle, afin de pouvoir considérer des remblais hétérogènes et/ou de représenter le chargement sismique par une approche de type pseudo-dynamique. Les cas de sols secs, non saturés et saturés sont étudiés. La présence de fissures dans le sol est également prise en compte. Ce modèle déterministe permet d’obtenir des résultats rigoureux et est validé par confrontation avec des résultats existants dans la littérature. Dans la deuxième partie du mémoire de thèse, ce modèle déterministe est utilisé dans un cadre probabiliste. Tout d'abord, l’approche en variables aléatoires est utilisée. Les incertitudes considérées concernent les paramètres de résistance au cisaillement du sol, la charge sismique et la résistance des renforcements. L'expansion du chaos polynomial qui consiste à remplacer le modèle déterministe coûteux par un modèle analytique, combinée avec la technique de simulation de Monte Carlo est la méthode fiabiliste considérée pour effectuer l'analyse probabiliste. L'approche en variables aléatoires néglige la variabilité spatiale du sol puisque les propriétés du sol et les autres paramètres modélisés par des variables aléatoires, sont considérés comme constants dans chaque simulation déterministe. Pour cette raison, dans la dernière partie du manuscrit, la variabilité spatiale du sol est considérée en utilisant la théorie des champs aléatoires. La méthode SIR/A-bSPCE, une combinaison entre la technique de réduction dimensionnelle SIR (Sliced Inverse Regression) et une expansion de chaos polynomial adaptative (A-bSPCE), est la méthode fiabiliste considérée pour effectuer l'analyse probabiliste. Le temps de calcul total de l'analyse probabiliste, effectuée à l'aide de la méthode SIR-SPCE, est considérablement réduit par rapport à l'exécution directe des méthode probabilistes classiques. Seuls les paramètres de résistance du sol sont modélisés à l'aide de champs aléatoires, afin de se concentrer sur l'effet de la variabilité spatiale sur les résultats fiabilistes.

The aim of this thesis is to assess the seismic internal stability of geosynthetic reinforced soil retaining walls. The work first deals with deterministic analyses and then focus on probabilistic ones. In the first part of this thesis, a deterministic model, based on the upper bound theorem of limit analysis, is proposed for assessing the reinforced soil wall safety factor or the required reinforcement strength to stabilize the structure. A spatial discretization technique is used to generate the rotational failure surface and give the possibility of considering heterogeneous backfills and/or to represent the seismic loading by the pseudo-dynamic approach. The cases of dry, unsaturated and saturated soils are investigated. Additionally, the crack presence in the backfill soils is considered. This deterministic model gives rigorous results and is validated by confrontation with existing results from the literature. Then, in the second part of the thesis, this deterministic model is used in a probabilistic framework. First, the uncertain input parameters are modeled using random variables. The considered uncertainties involve the soil shear strength parameters, seismic loading and reinforcement strength parameters. The Sparse Polynomial Chaos Expansion that consists of replacing the time expensive deterministic model by a meta-model, combined with Monte Carlo Simulations is considered as the reliability method to carry out the probabilistic analysis. Random variables approach neglects the soil spatial variability since the soil properties and the other uncertain input parameters, are considered constant in each deterministic simulation. Therefore, in the last part of the manuscript, the soil spatial variability is considered using the random field theory. The SIR/A-bSPCE method, a combination between the dimension reduction technique, Sliced Inverse Regression (SIR) and an active learning sparse polynomial chaos expansion (A-bSPCE), is implemented to carry out the probabilistic analysis. The total computational time of the probabilistic analysis, performed using SIR-SPCE, is significantly reduced compared to directly running classical probabilistic methods. Only the soil strength parameters are modeled using random fields, in order to focus on the effect of the spatial variability on the reliability results.