Etude expérimentale et numérique de l'interaction sol-structure lors de l'occurence d'un fontis

= Experimental and numerical study of soil-structure interaction during a sinkhole

• Auteur / Autrice : Matthieu Caudron
• Direction : Richard Kastner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGCIE - Laboratoire de Génie Civil et d' Ingénierie Environnementale, EA 4126 (Villeurbanne, Rhône2007-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles techniques

Simulation par ordinateur

Interaction sol-structure

Subsidences (géologie)

Résumé

Les affaissements de terrain de grande ampleur résultent de l'effondrement de cavités souterraines issues de l'activité industrielle humaine ou formées naturellement par la circulation d'eau. Leur impact sur le bâti en surface est généralement important comme l'attestent les exemples récents des affaissements d'Auboué (1996) et de Roncourt (1999) qui ont endommagé plus de cinq cents bâtiments et ouvrages ou le fontis sur le chantier METEOR en 2003. Il est donc nécessaire de prévoir les mouvements du sol de surface (tassements et déformation horizontale) résultants et de déterminer l'influence que peut avoir la présence d'une structure en surface sur la forme et l'amplitude de ces mouvements. Cette thèse s'articule autour de la thématique suivante : évaluation des risques urbains liés aux mouvements de sol dus à la présence de cavités souterraines et interaction avec le bâti. La première partie porte sur la conception d'un modèle réduit physique permettant de représenter un effondrement de cavité (fontis). Elle apporte une contribution innovante à la conception de modèles réduits physiques 1g par la mise au point d'un matériau analogique cohérent, dérivé du matériau de Schneebeli. Des essais sont menés pour caractériser l'influence de l'interaction sol-structure lors d'un tel phénomène. Ensuite un modèle numérique est développé, permettant l'emploi conjoint de deux codes de calcul basés sur une approche en milieu continu et sur la mécanique des éléments distincts. Les résultats sont comparés avec ceux du modèle expérimental. La dernière étape est une confrontation de cet outil dans un essai de rétroanalyse d'un fontis réel survenu dans le massif de l'Hautil en 1991.

The great subsidences result from the collapse of underground cavities resulting from the human industrial activity or formed naturally by the water. Their impact on the existing buildings is generally important as attest some of the recent examples of Auboué (1996) and Roncourt (1999) which damaged more than five hundred buildings or the sinkhole on site METEOR in 2003. It is thus necessary to consider the movements of the ground at the surface (settlements and horizontal deformations) resulting from these phenomena and to determine the influence which can have the presence of a structure on the form and the amplitude of these movements. The thesis program is focused on the evaluation of the urban risks related to the movements of ground due to the presence of underground cavities and interactions with the buildings and the structures. The first part is devoted to the set-up of a physical small-scale model allowing the simulation of a cavity collapse. It brings a new way to the set-up of 1g small-scale physical model according to the use of a cohesive material derived from Schneebeli material. Soil-structure interaction is then studied during a sinkhole. Afterwards a numerical simulation is developped using a coupling scheme between two codes based on a continuum approach and the Distinct Element Method. Results are compared to those of the experimental model. The last step is the use of this tool in a back-analysis test of a sinkhole observed in the Hautil area (France, 1991).