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Journée technique du CFMS du 5 décembre 2017 « Pratique de l’interaction sol-st

Journée technique du CFMS du 5 décembre 2017 « Pratique de l’interaction sol-structure sous sollicitations statiques et sismiques » La pratique de l’ISS selon le point de vue de l’ingénieur structure : fondations superficielles et profondes Présentateur : Gurvan SAYER (CTE Paris) 1 Contenu • Introduction • Ouvrages sur pieux • Ouvrages sur semelles superficielles • Ouvrages sur radier • Conclusions 2 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Introduction La prise en compte de l’ISS dans le calcul sismique de l’ouvrage va modifier sa réponse globale : 1. Assouplissement du système ; 2. Modification de l’analyse modale ; 3. Prise en compte de l’amortissement du système de fondation. L’assouplissement du système est souvent synonyme de diminution des efforts, mais le 2ème point est souvent oublié dans les conséquences de l’ISS et peut même engendrer une augmentation des efforts. 3 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Introduction Lors de l’utilisation de la méthode sismique de référence, l’analyse modale spectrale, la question du coefficient de comportement doit être posée: 1. As-t-on un mode de sol dominant ? 2. La structure est elle suffisamment souple pour assurer de la dissipation d’énergie ? De plus cette méthode ne permet pas de tenir compte d’effet non linéaire comme : 1. Radiers et fondations superficielles : possibilité de décollement. 2. Pieux : raideurs différentes en traction et en compression, variation de la raideur horizontale en fonction de la plage d’effort. 4 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Ouvrages sur pieux Incidence de la prise en compte de l’ISS • Modification du comportement de l’ouvrage supporté ; • Modélisation du système pieux-sol à la liaison avec la structure ; • Atténuation des « pics » d’efforts verticaux ; • Comportement non linéaire en traction / Compression du pieu. 5 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Ouvrages sur pieux Type de modélisation (cahier technique n°38) 6 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Ouvrages sur pieux Type de modélisation : cas des groupes de pieux • Modélisation de chaque pieux • Modélisation d’un seul appui regroupant les pieux : • Attention dans ce cas à l’effet de blocage en rotation engendré par le bras de levier entre pieux : • Un moment supplémentaire, se décomposant en effort de traction-compression dans les pieux est a prendre en compte. 7 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Ouvrages sur pieux – ex n°1 8 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure • R+18 • Socle rigide • Structure souple du R+1 au R+18 • Contreventé par noyau Ouvrages sur pieux – ex n°1 9 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Comparaison des efforts globaux en têtes de pieux : • Sans ISS Ved = 1329 t + torsion = 3,31 m • Avec ISS Ved = 1080 t (soit 20 % de gain) + torsion = 4,60 m La prise en compte de la raideur de pieux permet de diminuer les efforts globaux en pieds d’ouvrage. Néanmoins, la torsion est quant à elle augmentée du fait de la souplesse du système de pieux. Ouvrages sur pieux – ex n°1 10 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Comparaison des efforts de traction maxi (exemple du séisme EX) : • Sans ISS Nedmax = 500 t • Avec ISS Nedmax = 220 t (les 500 t se redistribuent sur plusieurs pieux) C’est vis-à-vis des efforts verticaux que la prise en compte de l’ISS permet de réajuster les efforts. Les appuis fixes n’admettent pas de redistribution élastique. La mise en place d’appuis élastiques soulage la structure par la présence d’une rotation globale en pieds. Ouvrages sur pieux – ex n°1 11 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Comparaison des efforts globaux en pieds du R+1 : • Sans ISS Ved = 860 t • Avec ISS Ved = 883 t (soit 3 % d’augmentation) Cet exemple permet de montrer que l’ISS n’a pas ou très peu d’incidence sur les structures souples vis-à-vis de l’effort horizontal. Il persiste néanmoins un intérêt vis-à-vis des « pics » de traction. Ouvrages sur pieux – ex n°1 12 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Analyse modale: • Amortissement de la structure : 5% • Amortissement des pieux : 10% • La valeur de 10 % pour les pieux n’est pas retenue pour le calcul mais permet juste de conclure sur la présence ou non de mode de sol. • Dans le cas présent les modes principaux sollicitent principalement la structure, le coefficient de comportement peut donc rester identique à celui sans ISS (la correction d’amortissement ne devra néanmoins pas être prise en compte). • Dans le cas inverse, le coefficient de comportement doit être borné à 1,50. Mode N° Pulsation (Rad/s) Période (s) Fréquence (Hz) Énergie (J) Masses modales Amort. (%) X T (%) Y T (%) 1 3.21 1.96 0.51 3.22121.16 ( 1.01) 6167.75 ( 51.26) 5.07 2 3.74 1.68 0.6 3.785951.46 ( 49.46) 227.61 ( 1.89) 5.11 3 5.86 1.07 0.93 9.01437.57 ( 3.64) 38.09 ( 0.32) 5.08 Ouvrages sur pieux – ex n°2 13 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure • R+17 • Socle rigide • Structure semi rigides du R+1 au R+17 Ouvrages sur pieux – ex n°2 14 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Comparaison des efforts globaux en têtes de pieux : • Sans ISS Ved = 2500 t + torsion = 2,00 m • Avec ISS Ved = 3000 t (soit 20 % de plus) + torsion = 2,15 m Dans cet exemple, l’ISS a augmenté les efforts horizontaux sur les pieux. Ouvrages sur pieux – ex n°1 15 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Mode N° Pulsation (Rad/s) Période (s) Fréquence (Hz) Énergie (J) Masses modales X T (%) Y T (%) 1 8.53 0.74 1.36 23.7 7659.28 ( 35.37) 634.26 ( 2.93) 2 13.22 0.48 2.1 56.22 72.52 ( 0.33) 11550.10 ( 53.33) 3 15.3 0.41 2.43 68.05 5003.41 ( 23.10) 340.55 ( 1.57) 4 27.74 0.23 4.41 241.11 2114.10 ( 9.76) 59.85 ( 0.28) 5 35.42 0.18 5.64 351.84 1160.69 ( 5.36) 1606.12 ( 7.42) 6 39.22 0.16 6.24 445.94 554.69 ( 2.56) 1684.00 ( 7.78) 7 51.46 0.12 8.19 772.48 234.95 ( 1.08) 8.73 ( 0.04) 8 51.88 0.12 8.26 455.17 44.48 ( 0.21) 1.10 ( 0.01) 9 53.25 0.12 8.48 915.72 228.43 ( 1.05) 311.28 ( 1.44) 10 60.63 0.1 9.65 1121.6 714.32 ( 3.30) 592.01 ( 2.73) Mode N° Pulsation (Rad/s) Période (s) Fréquence (Hz) Énergie (J) Masses modales X T (%) Y T (%) 1 6.85 0.92 1.09 17.25 9864.11 ( 45.27) 1011.51 ( 4.64) 2 10.15 0.62 1.61 38.95 444.66 ( 2.04) 12710.89 ( 58.33) 3 12.5 0.5 1.99 51.9 3710.77 ( 17.03) 219.81 ( 1.01) 4 25.39 0.25 4.04 213.93 2658.32 ( 12.20) 19.17 ( 0.09) 5 31.52 0.2 5.02 321.94 411.98 ( 1.89) 3828.06 ( 17.57) 6 34.03 0.18 5.42 377.5 1431.00 ( 6.57) 460.99 ( 2.12) 7 37.84 0.17 6.02 590.35 39.50 ( 0.18) 330.71 ( 1.52) 8 45.75 0.14 7.28 502.14 11.85 ( 0.05) 2.49 ( 0.01) 9 46.75 0.13 7.44 745.31 489.86 ( 2.25) 307.34 ( 1.41) 10 51.25 0.12 8.16 846.74 350.68 ( 1.61) 543.65 ( 2.49) Ouvrages sur pieux – ex n°2 Cause de cette augmentation: • L’analyse modale a évoluée en intégrant les raideurs des fondations. • Les modes principaux concernent plus de masses : • Suivant X : 45% au lieu de 35 % • Suivant Y : 58% au lieu de 53% • Le mode secondaire selon Y a regroupé 2 modes : • 17% au lieu de 7,42% + 7,78% 16 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Ouvrages sur pieux – ex n°3 17 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure • R+4 • Structure rigide Ouvrages sur pieux – ex n°2 Calcul initial sans ISS : • L’analyse modale montre plusieurs modes sur la même plage de période : • La structure peut être jugée comme raide. 18 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Ouvrages sur pieux – ex n°2 Introduction de l’ISS : • L’analyse modale fait ressortir 2 modes principaux avec la quasi-totalité des masses en mouvement : • L’amortissement modale de 8% montre qu’il s’agit certainement de mode de fondation (4% pour le Béton et 10% pour les pieux, valeur uniquement utilisée lors de cette étape). 19 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Ouvrages sur pieux – ex n°3 20 Journée Technique du CFMS du 5 décembre 2017 – Interaction Sol-Structure Coefficient de comportement : • En appliquant l’EC8-1, la structure pourrais bénéficier d’un coefficient de comportement de l’ordre de 2. uploads/Ingenierie_Lourd/ pratique-de-l-x27-ineraction-sol-structure-sous-sollicitations-statiques-et-sismiques.pdf