On the finite element analysis and design of the spider net system footing (SNSF) considering static and seismic loadings

Contribution à l'analyse approfondie par éléments finis et conception d'un système de fondation type '' toile d'araignée '' en tenant compte des charges statiques et sismiques

• Auteur / Autrice : Soelarso Soelarso
• Direction : Eduard Antaluca, Jean-Louis Batoz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la construction : Laboratoire Avenues - GSU (EA-7284)
• Date : Soutenance le 14/12/2021
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Flexion (mécanique)

Sols mous

Élasticité

Constructions -- Dynamique

Vibrations

Construction parasismique

Interaction sol-structure

Éléments finis, Méthode des

Fondations (construction)

Mots clés libres

Fondations superficielles

Simulation par éléments finis

Analyse vibratoire

Fondations type '' toile d'araignée ''

Shallow foundation system

Finite element simulation

Earthquake resistant

Free vibration analysis

Spider net system footing (SNSF)

Soil structure interaction

Résumé

Cette thèse est consacrée à la compréhension approfondie du comportement mécanique de fondations superficielles de bâtiments construits sur sols relativement mous en s’appuyant sur des modélisations numériques par éléments finis tridimensionnels. Les fondations superficielles concernées permettent une diffusion et transferts de charges de type « toile d’araignée » ou « pieds de poule », fréquemment utilisés en Indonésie et appelés Spider Net System Footing (SNSF). Ces types de fondation sont adaptées aux sols mous mais aussi aux sollicitations de type tremblement de terre. Elles ont été très peu étudiées d’un point de vue scientifique. L’approche de modélisation par éléments finis en élasticité tridimensionnelle est bien adaptée aux couplages de la fondation avec la structure supérieure et avec le sol de support. Après validation des modèles éléments finis en comparant nos résultats avec des approches numériques et expérimentales existantes, nous proposons deux types d’analyses s’appuyant sur des données géométriques, mécaniques et matérielles d’une construction récente sur l’ile de Java, Province de Banten. Le premier type de modélisations permet une analyse fine du comportement statique d’une cellule de fondation avec deux poteaux, soumise à des charges verticales. Le second type de modélisations permet d’estimer les fréquences propres de vibrations libres et d’étudier le comportement d’une cellule de fondation représentative soumise à des actions sismiques, traduites en sollicitations sous charges latérales équivalentes. Les travaux incluent non seulement des analyses détaillées avec des données existantes mais aussi une proposition de dimensionnement pour projets futurs. Par ailleurs le rôle de la fondation et du sol support sur la rigidité axiale, sur les fréquences de vibration et sur la rigidité en flexion ont fait l’objet d’une attention particulière.Toutes les analyses (ou presque) ont été réalisées à l’aide des modules de la suite Hyperworks d’Altair (Hypermesh, Optistruct).

This thesis is devoted to a thorough understanding of the mechanical behavior of shallow foundations of buildings built on relatively soft soils, based on three-dimensional finite element numerical modelling. The shallow foundations involved allow the diffusion and transfer of loads, as for ''spider webs'' or ''chicken feet''. They are frequently used in Indonesia and called Spider Net System Footing (SNSF). These types of foundations are suitable for soft soils but also resistant under earthquake actions. They have little been studied from a scientific point of view. The finite element modeling approach in three-dimensional elasticity is well suited to take into account the couplings of the foundation with the upper structure and with the supporting soil. After validation of our finite element models by comparing our results with existing numerical and experimental ones, we propose two types of analyses based on geometric, mechanical and material data extracted from of a recent construction on the island of Java, Province of Banten. The first type of analyses allows fine relevant modelling of the static behavior of a foundation cell with two columns, subjected to vertical gravity loads. The second type of modelling makes it possible to estimate the frequencies of free vibrations and to study the behavior of a representative foundation cell subjected to seismic actions, under equivalent lateral loads via the Elastic Response Spectrum Approach. The present work includes not only detailed analyses with existing data but also a design proposal for future projects. Special attention is also paid to the role of the foundation and the supporting soil on the axial rigidity, vibration frequencies and bending stiffness. Almost all finite element analyses have been done using the Hyperworks software from Altair (Hypermesh, Optistruct).