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1 Renforcement par inclusions rigides : 3 types de modèles physiques L. Thorel

1 Renforcement par inclusions rigides : 3 types de modèles physiques L. Thorel J.C. Dupla, D. Dias, J. Canou, G. Rault, B. Simon, O. Jenck, A.Q. Dinh, G. Baudouin, U.S. Okyay 2 [Simon & Schlosser, 2005] Rion-Antirion Bridge www.gefyra.gr 90 m Introduction [Pecker & Garnier, 1999] Pont du Gard Effets de voûtes? 3 Exploration de problèmes spécifiques : - Développement de l’ «effet de voûte» dans le matelas granulaire - Comportement d’un groupe élémentaire - Report des efforts sur les inclusions (et sur le sol compressible) - Réduction des tassements Calage des modèles numériques (thème 4) + expérimentations en vraie grandeur (thèmes 1&2) Nécessité d’études paramétriques (essais multiples sous conditions contrôlées) Sol type choisi, homogène Reproductibilité Contrôle des conditions aux limites Etat de contrainte Instrumentation Comportement des matériaux Introduction : objectifs 4 Comportement : Matériaux du matelas granulaire (Navier) Sol traité (LCPC-Nantes) Interface matelas-géosynthétique (INSA-Lyon) Modélisation physique : Rouleaux de Schneebeli (INSA-Lyon) Chambre d’étalonnage (Navier) Centrifugeuse (LCPC-Nantes) Modèles numériques Méthodes de dimensionnement pratiques Données In Situ : Plots d’essais & Chantiers Introduction : méthodologie 5 Introduction Geometry A : Influence surface area of a pile (pile + soil) Ap : Surface area of pile cap As : Surface area of the soft soil around the pile A = Ap + As with (circular section) Ap = π π π πa2 / 4 As = s2 Covering area : α = Ap / A α ~ qq% A P A S s a s a H M s a/2 a/2 H M H T H T 6 Modèles Physiques – Thème 3 Appareillages Paramètres étudiés Résultats : report des efforts répartition des tassements dallage Conclusions & Perspectives 7 Appareillages 3 approches expérimentales sur modèles physiques : Modèle 2D : Rouleaux de Schneebeli 2 inclusions 2D (éch.~ 1/3) (INSA de Lyon) Modèle axisymétrique : ~chambre d’étalonnage 1 inclusion axisymétrique (éch.~ 1/5) (Laboratoire Navier Equipe Géotechnique) Modèles 3D : Centrifugeuse géotechnique 3×3 inclusions 3D (éch.~1/28) & 13 à 61 inclusions (éch.~1/12 & 1/20) (LCPC-Centre de Nantes) 8 [Thèse Orianne Jenck, 2005] Appareillages : Modèle 2D Rouleaux de Schneebeli (INSA Lyon) Capteur de force Mousse « « Inclusion Inclusion » » rigide rigide HM < 0,7 m Sol analogique Sol analogique Support rigide fixe a Téflon s s' Support rigide amovible Nappe géosynthétique h = 0,15 m Surcharges 0,56 – 1,40 m Système de fixation de la nappe Principe α=15%, 22% & 31% 9 [ASIRI-1.06.3.01, 2006] Appareillages : Modèle 2D Rouleaux de Schneebeli (INSA Lyon) Lois d’échelle 1 9.81m/s² 9.81m/s² g > 2,1 – 5,4 17-43 kPa > 8 kPa HM γdM 0 – 4 kPa 6320 kg/m3 0,28 – 0,70 m 0,06 – 0,15 m 0,28 – 0,70 m Modèle réduit 1/25 3,1 1/14 – 1/6 1/8 – 1/2 1/9 – 1/3 Modèle / proto ~2000 kg/m3 ρdM ~ 100 kPa q0 > 0,4 m HM 0,3 – 0,5 m a 2 – 2,5 m s Prototype (vraie grandeur) Pas de respect strict des similitudes (hormis échelle ~1/3) => Etude qualitative des phénomènes Données pour modélisation numérique 10 s [Thèse Orianne Jenck, 2005] Appareillages : Modèle 2D Rouleaux de Schneebeli (INSA Lyon) Analyse d’image 11 [Thèse Anh Quan Dinh, 2009] Appareillages : Modèle Axisymétrique Chambre d’étalonnage (Navier-Géotechnique) Principe 3 têtes d’inclusion interchangeable deq = 550mm Nouveau dispositif inspiré de la chambre d’étalonnage α=2.22%, 4.44% & 8.88% 12 [ASIRI 3.09.3.15, 2010] Appareillages : Modèle Axisymétrique Chambre d’étalonnage (Navier-Géotechnique) 1 9.81m/s² 9.81m/s² g > 1/4 – 1/1,6 2-5 kPa > 8 kPa HM γdM 0 – 100 kPa 1630 kg/m3 0,1 – 0,3 m 0,082 – 0,164 m 0,49 m Modèle réduit 1 0,8 1/4 – 1/1,3 1/6 – 1/1,8 1/5 – 1/4 Modèle / proto ~2000 kg/m3 ρdM ~ 100 kPa q0 > 0,4 m HM 0,3 – 0,5 m a 2 – 2,5 m s Prototype (vraie grandeur) Pas de respect strict des similitudes (hormis échelle ~1/5) => Etude qualitative des phénomènes Données pour modélisation numérique Lois d’échelle 13 [Thèse Anh Quan Dinh, 2009] Appareillages : Modèle Axisymétrique Chambre d’étalonnage (Navier-Géotechnique) 7 6 1 2 3 4 5 Simulation d’un remblai Capteur de Pression Tassomètres Capteur de Force 14 [ASIRI 3.09.3.15, 2010] Appareillages : Modèle Axisymétrique Chambre d’étalonnage (Navier-Géotechnique) Servo vérin hydraulique Embase de chargement Simulation d’un dallage 15 Appareillages : Modèle 3D Centrifugeuse géotechnique (LCPC-Nantes) Principe Augmenter les forces de masse => reproduire les états de contrainte dans le modèle réduit Grandeur Facteur d'échelle Longueur, déplacement l l l l*=1/N Masse volumique ρ ρ ρ ρ*=1 Forces de masse g*=N Contrainte σ σ σ σ*=1 Force F*=1/N2 Déformation ε ε ε ε*=1 5.5 m M max = 2 t g max = 200×g [Garnier et al., 2007] l l l l *= l l l l M / l l l l P= 1/N 16 [ASIRI 2.08.3.08, 2008] Appareillages : Modèle 3D Centrifugeuse géotechnique (LCPC-Nantes) 27,8 27,8×9.81m/s² 9,81m/s² g > 1 – 3 9-25 kPa > 8 kPa HM γdM 0 – 160 kPa 1669 kg/m3 0,021-0,054 m 0,018 m 0,072 – 0,090 m Modèle réduit (groupe élém.) 1 0,8 1,45 – 3,8 1/27,8 1/27,8 Modèle / proto ~2000 kg/m3 ρdM ~ 100 kPa q0 > 0,4 m HM 0,3 – 0,5 m a 2 – 2,5 m s Prototype (vraie grandeur) Respect strict des similitudes => Etude quantitative des phénomènes Transposition à l’ouvrage en vraie grandeur Données pour modélisation numérique Lois d’échelle 17 Appareillages : Modèle 3D Centrifugeuse géotechnique (LCPC-Nantes) Groupe élémentaire 3×3 inclusions de maille carrée Sol compressible = kaolin + sable D matelas sol en place D D s L inclusion instrumentée q0 D HM Développement des voûtes dans le matelas 13 à 61 inclusions Sol compressible = plateau mobile perforé sable fond de conteneur inclusion système de déplacement vertical contrôlé q0 HM s 18 Appareillages : Modèle 3D Centrifugeuse géotechnique (LCPC-Nantes) Groupes élémentaires 2 groupes par conteneur Tassements en surface du matelas 3 inclusions instrumentées / groupe [Thèse Gaëlle Baudouin, 2010] Capteurs de force Capteurs de tassement Capteurs de pression α=3.14% & 4.91% 19 Appareillages : Modèle 3D Centrifugeuse géotechnique (LCPC-Nantes) Plateau mobile Contrôle du tassement Tassements en surface du matelas 9 inclusions instrumentées [ASIRI 3.09.3.14, 2009] Capteurs de force Capteurs de tassement Capteurs de pression α=1.23%, 2.47% & 4.91% Capteurs de pression totale 20 Appareillages : Modèle 3D Centrifugeuse géotechnique (LCPC-Nantes) Simulation d’un dallage Divinycell ρ ~50kg/m3 hd=55mm Ø=894mm E~60MPa (EI)M/(EI)P = 1/N4 Prototype épaisseur 18-21 cm béton fibré E~10 GPa 21 α= (Aire inclusions) / (Aire sol renforcé) HM = hauteur du matelas s = entre-axe entre inclusions Paramètres étudiés Géométrie 0 0,5 1 1,5 2 0% 10% 20% 30% 40% α α α α [%] HM / s [-] Centrif Rouleaux 1×g Remblai 0 0,5 1 1,5 2 2,5 0% 10% 20% 30% 40% α α α α [%] HM [m] Centrif Rouleaux 1×g Remblai 22 0 50 100 150 200 0% 20% 40% α α α α [%] q* [kPa] Centrif Rouleaux 1×g Remblai Paramètres étudiés Granulométrie Chargement M dM 0 H q * q γ + = 0 20 40 60 80 100 0 10 20 30 40 a / dmax [-] a / d50 [-] Centrif Rouleaux 1×g Remblai Réservoir à fond rigide Réservoir à fond souple 3D ■ Piston Baudruche Axisymétrique ■ Blocs « Terrassement » 2D ■ Dallage Remblai a = diamètre d’une inclusion 23 Paramètres étudiés Nature des sols Mélange de sable d’Hostun Limon de Goderville traité : 3% CaCO : φ’=18°, c’=35 kPa, E=50MPa 6% Ciment : φ’=22°, c’=85 kPa, E=105MPa Plateau Mobile 3D Plateau ■ Mélange de sable d’Hostun (d50=0,32mm, CU=3,5, CC=0,9) φ=38°- 42°, E=175-325MPa (Compr.) 100-130MPa (Ext.) 80% Kaolin+20% Sable Fontainebleau Cc/(1+e0) ~ 0,13 3D Groupe ■ Grave Silico-Calcaire (d50=10mm, CU=4629) φ’~48°, c’=10-50 kPa Cc/(1+e0) = 0,18 à 0,44 Saint-Ouen Mélange (d50=2.5mm, CU=10, CC=3,9) φ=32 & 35° ID=0.71 & 0.95 Gravier Hostun HN2/4 (d50=2.5mm, CU=2, CC=0,9) φ=36° ID=0.79 Microballast 5-8mm (d50=5mm) φ=38° Micro-ballast 10-16mm (d50=10mm) φ=40° Mélange : Billes polystyrène (1- 3mm) + sable Hostun HN31 + eau (w~10%) Cc/(1+e0) = 0,09 à 0,16 Axisymétrique ■ rouleaux en acier inox φ=21°, E~35 MPa Géosynthétiques : Typar J=20kN/m, RP75 J=140kN/m, RP200 J= 200kN/m 2 mousses : ρ=80kg/m3 E=59 puis 277 kPa ρ=120kg/m3 E=277 puis 134 kPa 2D ■ Matelas Sol compressible ρd=1.62t/m3 24 Résultats : report des efforts q0 s a/2 a/2 Q* QP +/2 QP +/2 QS + q+ P q+ P q+ S q0 s a/2 a/2 Q* Q* P/2 Q* P/2 Q* S s a/2 a/2 q* P q* q* q0 ( ) ( ) ( ) 0 * * 0 * * 0 * . *. . . . . M P M P S M S Q H q A q A Q H q Ap q Ap Q H q As q As γ γ γ = + = = + = = + = . . P P S S Q q Ap Q q As + + + + = = * * * S P S P Q Q Q Q Q + + = + = + uploads/Geographie/b2-thorel-inclusions-rigides-pdf.pdf