Renforcement de fondations existantes par Soil – Mixing - analyse par modélisation numérique

Numerical analysis of the reinforcement of existing foundations by the Soil Mixing technique

• Auteur / Autrice : Anna Marta Grzyb-Faddoul
• Direction : Ali Limam
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 22/12/2014
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGCIE - Laboratoire de Génie Civil et d' Ingénierie Environnementale, EA 4126 (Villeurbanne, Rhône ; 2007-2015) - Laboratoire de Génie Civil et d'Ingénierie Environnementale / LGCIE
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Ferrier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ali Limam, Emmanuel Ferrier, Yu Jun Cui, Daniel Dias, Philippe Gotteland, Richard Kastner, Frédéric Pellet, Henry Wong
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yu Jun Cui, Daniel Dias
• DOI : 10.70675/3c651798z7148z4618zb197z64e8692a9ebc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols -- Consolidation

Fondations (construction)

Analyse numérique

Modèles mathématiques

Mots clés libres

Génie civil

Renforcement du sol

Fondation profonde

Fondation superficielle

Fondation renforcée

Soil Mixing

Modélisation numérique

Loi de comportement

Loi constitutive

Civil engineering

Soil reinforcement

Deep foundation

Shallow foundation

Reinforced foundation

Soil Mixing

Numerical modelling

Behavior law

Constitutive law

Résumé

L'objectif de ce travail est d'analyser l'influence du renforcement du sol par la method Soil Mixing sur le comportement des fondations superficielles et profondes. Une étude numérique a été effectuée – avec des analyses éléments finis dans ABAQUS - dans le but d'acquérir une compréhension du fonctionnement et une estimation de la performance des fondations améliorées. Pour être en mesure d'utiliser des colonnes SM pour l'amélioration de la fondation, il est nécessaire de bien comprendre leur performance sous charge axiale statique. Par conséquent, une série de simulations reproduisant des essais de chargement d'une seule colonne, et d’un groupe de colonnes ont été réalisées. Les essais à pleine et petite échelle ont été modélisés et leurs résultats comparés avec les observations expérimentales. Un bon accord entre les prédictions numériques et les mesures confirme une bonne calibration des lois constitutives des sols, des colonnes et de l’interface sol/colonne en SM. En outre, cette étude a révélé que la colonne SM agit d'une manière similaire à un pieu en béton, son comportement est régi principalement par l'interface. Ensuite, la modélisation numérique d’une fondation superficielle à petite échelle a été menée. Deux types de renforcement ont été étudiés. Le premier consiste en une seule colonne, située au centre sous la semelle analysée. Le second cas correspond à un groupe de quatre colonnes SM. Deux densités de sol ont été analysés. L'objectif de la modélisation est d'identifier l'efficacité du renforcement en termes de capacité portante de la fondation et de la réduction de son déplacement vertical. Il a été trouvé que la densité du sable a un impact significatif sur le comportement de la semelle. La variation de densité a entraîné une différence significative entre les forces totales portées par les fondations. Mais, il a été constaté que le pourcentage de la force reprise par le sol par rapport à la force total, est indépendant de la densité. L'influence du renforcement obtenu par un groupe de colonnes SM sur une fondation profonde, a été étudiée. La modélisation numérique d'un seul pieu théorique installé dans le sol homogène, a été réalisée. L'objectif de l'étude est de détecter l'impact de divers paramètres, tels que la distance horizontale entre les colonnes de SM, la distance verticale entre les têtes de colonnes et la pointe de pieu, le diamètre et la longueur des éléments SM, sur la capacité portante de la fondation. On a montré que la distance entre les colonnes et leur diamètre ont la plus grande influence sur la force de charge, la longueur de renforcement conduit à une moindre influence.

The aim of this work is to analyse the influence of soil reinforcement executed by the Soil Mixing method on the behaviour of shallow and deep foundations. Numerical investigation has been carried out - with the use of Finite Element (FE) analyses in ABAQUS - in an attempt to identify the mechanisms guiding the performance of supported foundations. To be able to use SM columns as the foundation’s improvement, it is necessary to fully understand their performance under applied static, axial load. Therefore, a set of simulations reproducing loading tests of single and group of columns have been carried out. Full and small scale tests have been modelled and their results compared with experimental observations. Good agreement between numerical predictions and measurements, confirms proper calibration of the chosen constitutive laws of: soils, columns and interactions between them. Moreover, this study has revealed that the SM column acts in a similar way to concrete pile, hence its behaviour is governed mainly by the interface. Afterwards, numerical modelling of small scale shallow foundation has been accomplished. Two kinds of reinforcement have been investigated. The first one consists of a single column situated centrally under the analysed footing. The second kind of improvement involves group of four SM columns. Two densities of soil have been analysed. The goal of the modelling is to identify the efficiency of the reinforcement in terms of: bearing capacity of the foundation and reduction of its vertical displacement. Despite significant difference between total forces borne by the foundation tested on soil with different densities, it has been found that the percentage of the total force that was taken by the soil is density independent. The influence of reinforcement executed by group of SM columns on a deep foundation has been studied. Numerical modelling of a theoretical, single pile, installed in homogeneous soil, has been carried out. The aim of the investigation is to detect the impact of parameters such as: pattern of reinforcing elements, horizontal distance between SM columns, vertical distance between columns’ heads and tip of the pile, diameter and length of SM elements, on the bearing capacity of the foundation. It has been found that the distance between columns and their diameter has the biggest influence on the borne force. However, the length of the reinforcement has shown the least significant influence.