Modélisation cyclique des sols et interfaces sol/structure

par Yoann Bagagli

Thèse de doctorat en Génie Civil

Sous la direction de Alexandre Danescu et de Eric Vincens.

Le président du jury était Isam Shahrour.

Le jury était composé de Jean-Jacques Fry, Bernard Cambou, Claudio Di Prisco.

Les rapporteurs étaient Pierre-Yves Hicher, Marc Boulon.


  • Résumé

    Le projet ANR SOLCYP dans lequel s’inscrit ce travail a pour objectif premier l’étude et la modélisation du comportement des pieux sous sollicitations cycliques à grand nombre de cycles, typiquement de l’ordre du million. Ce type de sollicitations engendre une forte évolution de l’état interne de l’interface pieu/sol et les modèles de comportement classiques ne sont alors pas adaptés pour traiter ce problème. La prise en compte plus fine de l’état interne dans les modèles de comportement semble être nécessaire pour ce genre d’application qui est celui des champs d’éoliennes, hydroliennes, fondations de plateforme offshore. Cette tâche a été envisagée ici dans le cadre d’un nombre de cycles modéré, plus simple à manipuler.Le problème de l’interface est en soi complexe car l’interface mécanique peut se dissocier singulièrement de l’interface géométrique en étant repoussée vers le matériau sol. Les deux cas de comportement extrêmes sont celui des pieux bétons, où l’interface suivra un comportement analogue à celui du sol et celui des peux tubés en acier, qui s’apparentera à un comportement de type Coulomb .Deux variables internes ont pu être identifiées : une variable qualifiée de non-orientée dont la mesure est facilement accessible et une variable orientée associée à l’anisotropie de comportement du matériau. Classiquement, seule la première variable est retenue comme explicative des propriétés du matériau ou de son comportement. Il s’agit bien sûr d’une approximation et la variable orientée dont l’influence est sous-jacente en général tout le long du chemin de contraintes doit apparaître plus explicitement dans certains cas. Les lois d’évolution des propriétés du matériau aux différents états repères ont été données tout comme l’évolution des paramètres de modèle en fonction de ces variables internes.Ce travail a conduit à la mise au point de deux modèles : le premier destiné à la modélisation des éléments de volume de sol. Il compte un jeu unique de 20 paramètres identifiable sur quatre essais et permet de modéliser convenablement le comportement du sol sous des chemins de contrainte très variés (monotone, cyclique, drainé, non-drainé) et différents états internes initiaux (densités, pression de confinement). Le second modèle consiste en l’adaptation du premier à la structure des interfaces, il compte 14 paramètres et permet également de reproduire le comportement de ce type de système pour une large gamme d’états initiaux et différentes conditions aux limites. Chacun de ces modèles, validé sur quelques dizaines de cycles, pourra ultérieurement servir de base à une formulation du problème à grands nombres de cycles.


  • Résumé

    This work is include in the national project SOLCYP. This project, support by ANR, focus on the observation and modeling of behavior of pile under cyclic loading with large number of cycles (about one million). This type of solicitations leads to an important change in the internal state of the interface soil/pile and classic models aren’t adapted to deal with this issue. Here, internal state of material is taken into account with a number of cycle limited (easier to study).In geometrical, interface issue is pretty difficult, mainly due to the fact that mechanical interface can be shifted from the geometrical contact to the mass of soil. In extreme ways, concrete pile will have a behavior mainly linked to the behavior of soil when steel pile behavior can be assessed with coulomb friction.Two internal variables have been identifies: the first one can be regarded as isotropic and can be easily assessed when the second one is considered as anisotropic harder to quantify. Generally, just the first variable is taken into the account to forecast the evolution of material properties and behavior. But this is no more than an approximation. In fact, anisotropic variable has an action as well as the isotropic one. But, depending to the type of solicitations, these actions can be strongly linked or really uncorrelated. Evolution of parameters set is given depending these variables.This work has made possible the design of two models: the first one is a mass soil model. It needs 20 parameters, identified from four triaxial and isotropic tests, and is able to reproduce the soil behavior under numerous loading paths (monotonic, cyclic, drained, undrained) and different initial states (density, mean pressure…). The second one is an adaptation of the soil model for rough interface issues. It needs 14 parameters and is also able to forecast interface behavior under different initial state and limit conditions. Both, confirmed for some dozens of cycles, will be used in the large number of cycles issues formulation.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (xxiv-206 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 125-130

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
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  • Cote : T2250
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