Etude théorique et expérimentale du flambement de pieux

Theoretical and experimental study for buckling of piles

• Auteur / Autrice : Emile Youssef
• Direction : Roger Frank
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
• Jury : Président / Présidente : François Schlosser
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Degny, Daniel Gouvenot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marc Boulon, Isam Shahrour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Constructions -- Calcul

Ouvrages d'art

Résumé

En géotechnique, le phénomène du flambement se rencontre principalement dans le cas des micropieux traversant des sols de faibles caractéristiques mécaniques. Pour des pieux plus massifs chargés latéralement et soumis à une charge verticale importante se pose plutôt le problème de l’influence de l’effort normal sur la réponse en flexion des pieux. Ces deux problèmes traitent mécaniquement en tenant compte des non-linéarités géométriques (effets de second ordre – grands déplacements). Une synthèse bibliographique est d’abord entreprise. Il ressort que la théorie de Mandel est souvent utilisée dans la pratique. Une approche théorique appelée « résistance des matériaux locale (RDM locale) » est ensuite développée pour tenir compte des non linéarités géométriques. Cette approche est mise en œuvre numériquement par le programme GOUFLA de calcul de la réponse d’un groupe de pieux en tenant compte des grands déplacements. La validation du programme GOUFLA s’appuie, d’une part, sur les résultats analytiques obtenus par la théorie de Mander et, d’autre part, sur les résultats numériques obtenus par le logiciel CESAR-LCPC (code par éléments finis). Les principaux résultats d’un programme d’essais de chargement axial sur des modèles réduits de pieux centrifugés sont ensuite présentés, ainsi qu’une confrontation de ces résultats avec les prévisions théoriques de Mandel ; une méthode est ainsi proposée pour une bonne estimation de la force critique à partir de la théorie de Mandel. Les résultats expérimentaux sont aussi comparés avec ceux obtenus numériquement par le programme GOUFLA. Des prévisions de la force critique de flambement sont calculées par le programme GOUFLA pour le dimensionnement des fondations de plusieurs ouvrages réels. L’interprétation et l’analyse d’un essai de flambement d’un micropieu en vraie grandeur sont présentées.

The buckling of micropiles can occur especially when they are founded through weak soils. In case of more standand piles, the flexural deformation due to lateral loads is sensitive to the vertical loads acting on the pile. These two phenomena cannot be taken into account by commonly used theories of strengh of materials. The aim of this research is to consider the geometrical non linearities of the pile ‘second order effect, large displacement), in order to better study the pile response due to such phenomena and to better estimate the critical buckling load that it can support. A bibliographic research is undertaken which concludes that Mandel’s theory is the most used in practice. Secondly, a theoretical approach to take into account the geometric nonlinearities is developed. This approach is implemented into a numerical code « GOUFLA ». The code validation is carried out by comparing the results to whose obtained by the finite element code CESAR-LCPC and to analytical solutions given by Mandel. The results of a centrifuge testing program on axially loaded piles is presented. Centrifuge measurements are used to validate the theoretical estimations. A method is proposed to estimate the buckling load when using the Mandel theory. These measurements has also used to validate the numerical results obtained by GOUFLA. Finally, the programm GOUFLA is used to predict buckling design loads for several existing structures. The analysis of a buckling test on a full scale micropile is presented.