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Projet de Fin d’Etudes : Interaction Sol-Structure : calcul des impédances et e

Projet de Fin d’Etudes : Interaction Sol-Structure : calcul des impédances et effets sur les fondations Auteur : BUCHI Eric, élève-ingénieur de 5ème année Section : Génie Civil, INSA de Strasbourg Tuteur entreprise : LAMBERT Serge Enseignant-superviseur : NOWAMOOZ Hossein Juin 2013 BUCHI Eric GC 5 Projet de Fin d’Etudes 2 Résumé Ce Projet de Fin d’Etudes a pour objet l’étude de l’interaction entre le sol et la structure (ISS) afin de pouvoir la prendre en compte lors d’un dimensionnement parasismique. En effet, la prise en compte de l’ISS dans la modélisation d’une structure peut avoir des effets significatifs sur les efforts sismiques s’appliquant à la fondation. Généralement, les effets de l’Interaction Sol-Structure (ISS) sont favorables, c’est-à-dire qu’ils induisent une diminution des efforts sismiques. Il peut cependant arriver que ses effets soient défavorables dans certains cas particuliers. Afin de prendre en compte les effets de l’ISS une modélisation par ressorts amortis peut-être adoptée. Le but de ce rapport est de présenter les différentes formules qui existent dans la littérature traitant ce sujet. Il y a plusieurs formules de raideurs de sol pour les fondations superficielles. Notamment les formules de Gazetas qui ont l’avantage de prendre en compte l’encastrement de la fondation dans le sol et permettent également de modéliser le sol comme un bi- couche alors que la plupart des autres formules le modélisent uniquement en monocouche. Au vu d’un comparatif entre les formules on constate que la prise en compte d’un encastrement ainsi que la modélisation du sol en bi-couche, avec la couche inférieure plus raide, donne des raideurs de sol plus élevées que la modélisation par monocouche. Concernant les fondations profondes il n’existe pas beaucoup de formules permettant de calculer la raideur d’un pieu. On trouve cependant dans les règlements parasismiques tels que la norme NF P 94-262 fondations profondes des formules permettant de calculer des modules de réaction frontale du sol, ce qui permet de modéliser les pieux dans des logiciels tel que Foxta. Il est ensuite possible de déterminer le déplacement du pieu suite à l’application d’un effort. Ce qui permet de calculer la raideur en divisant l’effort appliqué par le déplacement obtenu. Un exemple a également été traité pour connaitre l’influence de ces paramètres sur les sollicitations dans la structure de l’ouvrage. Il a permis de constater qu’une diminution de la raideur du sol entrainait une diminution de la contrainte au sol sous un radier soumis à un chargement sismique. Mots clés : Interaction sol-structure (ISS), raideurs des sols, amortissements, fondations superficielles, fondations profondes. BUCHI Eric GC 5 Projet de Fin d’Etudes 3 Abstract This internship has for goal to study the soil-structure interaction (SSI) in order to take it into account for the seismic design. Indeed, the consideration of this interaction in the modeling of a structure can have significant effects on the seismic forces which are applied on the foundation. Generally, effects of the Soil-Structure Interaction (SSI) are favorable, which means that they induce a diminution of the seismic forces. However, in some particular cases, the effects of SSI are detrimental. In order to take the SSI into account a model with springs and dashpots can be used. The goal of this report is to present the different formulas which can be found in the scientific literacy. There are several formulas which give the soil stiffness of shallow foundations. Especially, Gazetas formulas which have the advantage to take the embedment of the foundation into account. Moreover these formulas also allow modeling the soil with two layers whereas the others use a homogenous half space. After a comparison between the different formulas we can see that the soil stiffness is higher when we take the embedment into account. Moreover the fact to take a model with two layers, with the deepest layer stiffer than the surface layer, give higher soil stiffness than with an homogenous half space. Concerning deep foundations there are few formulas to calculate the stiffness of a pile. However, some seismic rules, such as NF P 94-262 deep foundations, give formulas to calculate the frontal modulus of soil reaction. With these formulas it is possible to model the pile with software like Foxta. Thanks to that it is possible to determine the displacement of the soil under a load. So you can find the stiffness by dividing the load by the displacement. An example is also given in order to know how these parameters influence the stresses in the structure. Thanks to it, we saw that a diminution of the soil stiffness has for effect to decrease the stress under a raft with a seismic load. Key words: Soil-Structure Interaction (SSI), soil stiffness, damping, shallow foundations, deep foundations. BUCHI Eric GC 5 Projet de Fin d’Etudes 4 Remerciements Pour commencer je tiens à remercier M. LAMBERT Serge, directeur technique, pour m’avoir donné la possibilité d’effectuer mon PFE au sein de Keller Fondations Spéciales. Je le remercie également pour m’avoir guidé et pour avoir répondu à mes questions tout au long de mon stage. Je tiens ensuite à remercier M. QUIRIN Léo, M.VEERECKE Edouard et M. MULLER Stéphane, tous trois ingénieurs études au siège de Keller, pour m’avoir accueilli au sein de leur bureau. Je les remercie pour avoir répondu à mes interrogations, pour leurs explications et également pour m’avoir permis de découvrir un peu le métier d’ingénieur étude. Je les remercie également pour leur sympathie et pour leur bonne humeur qui m’ont permis d’effectuer mon stage dans une ambiance de travail chaleureuse. Je remercie également Mme. NARCY Estelle pour avoir pris le temps de lire certains de mes travaux et pour m’avoir fait part de ses remarques. Je souhaite remercier M. NOWAMOOZ Hossein pour avoir effectué mon suivi de PFE et pour avoir pris le temps de lire mes différents rapports que j’ai pu lui envoyer. Enfin je souhaite remercier tous les autres membres du personnel de Keller Fondations Spéciales que j’ai pu côtoyer au cours de ces 20 semaines, en particulier les membres de l’agence de Strasbourg et les dessinateurs. BUCHI Eric GC 5 Projet de Fin d’Etudes 5 Sommaire Résumé...............................................................................................................................................2 Abstract ..............................................................................................................................................3 Remerciements...................................................................................................................................4 Sigles ..................................................................................................................................................7 Introduction........................................................................................................................................8 1. L’entreprise Keller Fondations spéciales ......................................................................................9 1.1. Historique du groupe ...........................................................................................................9 1.2. Le groupe Keller...................................................................................................................9 1.3. Keller France........................................................................................................................9 1.3.1. Le personnel .............................................................................................................. 10 1.3.2. Le bureau d’étude ...................................................................................................... 10 1.3.3. La cellule Développement .......................................................................................... 11 1.4. Les techniques proposées par Keller Fondations Spéciales ................................................. 11 1.4.1. Présentation générale ................................................................................................ 11 1.4.2. La colonne ballastée .................................................................................................. 12 1.4.3. Les inclusions rigides .................................................................................................. 14 1.4.4. La colonne à module mixte CMM ............................................................................... 17 2. Interaction sol-structure (ISS) [1],[2],[3],[4] et [5] ...................................................................... 19 2.1. Généralités ........................................................................................................................ 19 2.2. Les effets de l’ISS ............................................................................................................... 22 2.3. Modélisation de l’ISS *1+*2+ ................................................................................................ 23 2.4. Equation générale formulant un problème d’ISS *5+ ........................................................... 24 2.5. Influence de l’amortissement ............................................................................................ 25 3. Fondations superficielles ........................................................................................................... 28 3.1. Inventaire des méthodes ................................................................................................... 28 3.1.1. Méthode de Newmark-Rosenblueth [1] ..................................................................... 28 3.1.2. Méthode de Deleuze [1] ............................................................................................ 29 3.1.3. Les formules de la norme NF P 94-261 Fondations superficielles [7] ........................... 32 3.1.4. Guide du SETRA pour les ponts en zone sismique [8].................................................. 33 3.1.5. Méthode simplifiée de Veletsos [1] ............................................................................ 35 3.1.6. Formule de Gazetas ................................................................................................... 39 3.1.7. Recommandations pour les éoliennes [9] ................................................................... 44 BUCHI Eric GC 5 Projet de Fin d’Etudes 6 3.2. Comparatif ........................................................................................................................ 45 3.2.1. Fondation circulaire ................................................................................................... 45 3.2.2. Fondations rectangulaires .......................................................................................... 54 3.2.3. Calcul d’un module de cisaillement équivalent *3+, *13+ .............................................. 57 3.3. Validité des formules ......................................................................................................... 57 3.3.1. Raideurs horizontales avec Piecoef+ .......................................................................... 57 3.3.2. Modélisations aux éléments finis avec Plaxis 3D......................................................... 58 3.4. Conclusion fondations superficielles .................................................................................. 59 4. Fondations profondes ............................................................................................................... 62 4.1. Méthode de Winkler [5], [14] ............................................................................................ 62 4.2. Guide du SETRA [8] ............................................................................................................ 64 4.3. Eurocode 8-5 [4] ................................................................................................................ 66 4.4. Exemple de calcul de raideur de pieux ............................................................................... 67 4.4.1. Cas 1 : Monocouche ................................................................................................... 67 4.4.2. Cas 2 Bi-couche : 2 m de sol compact + sol mou ......................................................... 68 4.4.3. Cas 3 Bi-couche : 2 m de sol mou + sol compact ......................................................... 69 4.5. Conclusion fondations profondes ...................................................................................... 70 5. Mémorial ACTe Guadeloupe ..................................................................................................... 71 5.1. Présentation du projet ....................................................................................................... 71 5.2. Contexte géotechnique ..................................................................................................... 72 5.3. Calcul des raideurs et amortissements ............................................................................... 73 5.3.1. Raideurs..................................................................................................................... 73 5.3.2. Amortissement .......................................................................................................... 75 5.4. Influence des raideurs sur les contraintes et le soulèvement du radier .............................. 77 Conclusion ........................................................................................................................................ 79 Liste des figures ................................................................................................................................ 80 Liste des tableaux ............................................................................................................................. 81 Bibliographie .................................................................................................................................... 82 BUCHI Eric GC 5 Projet de Fin d’Etudes 7 Sigles AFPS : Association française de génie parasismique BET : Bureau d’étude technique CMM : Colonne à Module Mixte CFMS : Comité français de mécanique des sols et de géotechnique EC 8 : Eurocode 8 ISS : Interaction sol-structure NDC : Note de calcul NGG : Nivellement général de la Guadeloupe PF : Plateforme PS 92 : Règles de construction parasismique RDC : Rez-de-chaussée SETRA : Service d’études sur les transports, les routes et leurs aménagements TN : Terrain naturel BUCHI Eric GC 5 uploads/Ingenierie_Lourd/ interaction-sol-structure-calcul-des-impedances-ensa-strasborg.pdf