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Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme de Magister en Génie civil Op

Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme de Magister en Génie civil Option : Interaction sol-structure Présenté par : ZERGUINE Salah Soutenu publiquement le :06/11/2013 Devant le jury composé de : Dr. BENMEBAREK Sadok Professeur Président Université de Biskra Dr. BENMEBAREK Naîma Professeur Rapporteur Université de Biskra Dr. BELOUNAR Lamine Professeur Examinateur Université de Biskra Dr. BOURAZZANE Messaoud Maitre de Conférences ‘A’ Examinateur Université de Biskra اﻟﺠﻤﮭﻮرﯾﺔ اﻟﺠﺰاﺋﺮﯾﺔ اﻟﺪﯾﻤﻘﺮاﻃﯿﺔ اﻟﺸﻌﺒﯿﺔ République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة اﻟﺘﻌﻠﯿﻢ اﻟﻌﺎﻟﻲ و اﻟﺒﺤﺚ اﻟﻌﻠﻤﻲ Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Mohamed Khider – Biskra Faculté des Sciences et de la technologie Département : Génie civil et hydraulique Ref :……………… ﺟﺎﻣﻌﺔ ﻣﺤﻤﺪ ﺧﯿﻀﺮ ﺑﺴﻜﺮة ﻛﻠﯿﺔ اﻟﻌﻠﻮم و اﻟﺘﻜﻨﻮﻟﻮﺟﯿﺎ ﻗﺴﻢ :اﻟﮭﻨﺪﺳﺔ اﻟﻤﺪﻧﯿﺔ واﻟﺮى اﻟﻤﺮﺟﻊ: …………… ESTIMATION DES PRESSIONS ACTIVES SUR LES MURS DE SOUTENEMENT EN PRESENCE D'EAU SOUS SOLLICITATION SISMIQUE i Remerciements Avant tout, je remercie mon Dieu pour tout. Ce travail du mémoire de magister, réalisé à Université Mohamed KHIDER- Biskra n’aurait pu être mené à bien sans l’aide des personnes à qui je voudrais adresser toute ma gratitude. Je voudrais remercier tout d’abord le professeur BENMEBAREK Sadok qui m’a fait l’honneur de présider mon jury, ainsi pour leurs conseils scientifiques précis. Je voudrais remercier également le professeur BENMEBAREK Naîma d’avoir accepté de rapporter sur mon mémoire de magister et d’avoir suscité ma réflexion par leurs remarques et questions. J’adresse aussi mes remerciements au professeur BELOUNAR Lamine et au maître de conférences BOURAZZANE Messaoud, qui ont accepté d’examiner mon travail, pour leurs questions pertinentes et remarques constructives. Je réserve aussi une pensée chaleureuse à toute ma famille surtout ma chère mère HAIDER Aziza, ma femme et mes fils Ahmed Said, Mohamed Nacereddine et ma fille Kaouthar, mon frère Mohamed, mes sœurs et ses époux, qui n’ont cessé de m’encourager et de me pousser vers l’avant et qui être toujours de mes côtés. Enfin je dédie ce mémoire à l’esprit de mon cher père que je lui dis:«je sais que tu serais très fier de moi si tu étais là, toutefois que la terre te soit légère». ii اﻟﺨﻼﺻـــــــــﺔ إن ﺗﺼﻤﯿﻢ اﻟﻤﻨﺸﺂت اﻟﺴﺎﻧﺪة ﻟﻸﺗﺮﺑﺔ ﻓﻲ وﺟﻮد اﻟﻤﺎء ﺗﺤﺖ ﺗﺄﺛﯿﺮ اﻟﮭﺰات اﻷرﺿﯿﺔ ھﻲ ﻟﺤﺪ اﻵن ﻓﻦ ﻓﻲ ﻃﻮر اﻟﻨﻤﻮ .اﻟ ﮭﺰا ت اﻷرﺿﯿﺔ اﻟﺸﺪﯾﺪة اﻟﻨﺎﺟﻤﺔ ﻋﻦ اﻟﺰﻻزل ﺗﺆدي ﻏﺎﻟﺒﺎ إﻟﻰ ﺗﺤﻄﯿﻢ اﻟﻤﻨﺸﺂت اﻟﺴﺎﻧﺪة ﻟﻸﺗﺮﺑﺔ ﻣﺮﻓﻮﻗﺔ ﺑﻈﺎھﺮة ﺗﻤﯿﻊ اﻟﺮدوم اﻟ ﻤﺸﺒﻌﺔ ﺑﺎﻟﻤﺎء . ،ﺑﻘﻠﯿﻞ ﻣﻦ إﻣﻌﺎن اﻟﻨﻈﺮ ﻓﻲ ﺗﺠﮭﯿﺰ و ﻣﻘﺎرﻧﺔ ﺑﻌﺾ اﻟﻤﻨﺸﺂت ﺗﻜﺎد ﻃﺮق اﻟﺤﺴﺎب اﻟﺘﺤﻠﯿﻠﻲ اﻟﻤﺘﻮﻓﺮة ﺗﻜﻮن ﻣﺤﺪودة اﻟﻘﺪرة ﻋﻠﻰ ﺗﻔﺴﯿﺮ ﺑﻌﺾ اﻟﻈﻮاھﺮ . ﻛﻤﺎ أﻧﮫ ﻣﻦ اﻟﻮاﺿﺢ أن ھﻨﺎك ﻋﺪم إﻟﻤﺎم ﺑﻈﺎھﺮة اﻟﺘﻔﺎﻋﻞ ﺑﯿﻦ اﻟﺘﺮﺑﺔ و اﻟﻤﻨﺸﺈ، ﺿﻐﻂ اﻟﻤﺎء اﻟﺰاﺋﺪ و اﻟﻔﻌﻞ اﻟﺰﻟﺰاﻟﻲ . ،ﻓﻲ ھﺬا اﻟﻌﻤﻞ ﻧﮭﺘﻢ ﺑ ﺎﻟﺘﻘﯿﯿﻢ اﻟﺮﻗﻤﻲ ﻟﻠﻀﻐﻮط اﻟﻔﻌﺎﻟﺔ اﻟﻤﺆﺛﺮة ﻋﻠﻰ ﺟﺪران اﻻﺳﺘﻨﺎد ﺑﻮاﺳﻄﺔ ﺑﺮﻧﺎﻣﺞ ﺑﻼﻛﺴﯿﺲ. اﻟﻌﺪﯾﺪ ﻣﻦ اﻻﻓﺘﺮاﺿﺎت ﺑﺨﺼﻮص اﻟﻀﻐﻮط، ﺿﻐﻮط اﻟﻤﯿﺎه اﻟﺰاﺋﺪة ، اﻻﻧﺘﻘﺎل و اﻟﺘﺴﺎرع ﺳﺘﺠﺮب . اﻟﻜﻠﻤﺎت اﻟﻤﻔﺘﺎﺣﯿﺔ: اﻻﺳﺘﻨﺎد، اﻟﺪﻓﻊ، اﻟﺰﻟﺰال، اﻟﻀﻐﻂ ا ﻟﺰاﺋﺪ، ،اﻻﻧﺘﻘﺎل، اﻟﺘﺴﺎرع اﻟﺘﻤﺎﺛﻞ اﻟﺮﻗﻤﻲ iii Résumé La conception des structures de soutènement des terres en présence d'eau sous l'action d'un tremblement de terre est encore un art en évolution. Les secousses sismiques violentes induisent souvent la rupture des structures de soutènement accompagnée par la liquéfaction du sol soutenu particulièrement dans le cas des sols saturés par une nappe d'eau. Avec peu d'opportunité de comparaison avec des ouvrages auscultés et observés, les méthodes de calcul théorique disponibles en littérature semblent être limitées. Ainsi, il est noté une insuffisance de compréhension de l'interaction complexe sol-structure, surpression interstitielle et action sismique. Le présent travail s'intéresse à l'estimation numérique des pressions actives sur les murs de soutènement rigides en présence d'eau sous sollicitation sismique à l'aide du logiciel Plaxis. Différentes hypothèses sur les pressions, les surpressions interstitielles, les déplacements et les accélérations seront testées. Mots clés: Soutènement, poussée, séisme, pression interstitielle, déplacement, accélération, modélisation numérique. iv Abstract The design of earth retaining structures in the presence of water, under the action of an earthquake is an art in evolution. Violent earthquake often induce the breakdown of retaining structures accompanied by liquefaction of embankments saturated by water. With little opportunity of comparison with works auscultated and observed, the theoretical calculation methods available in literature seem to be limited. Thus, it is noted a lack of understanding of the complex soil-structure interaction, pore pressure and seismic action. This work focuses on the numerical estimation of active pressure on rigid retaining walls in the presence of water under seismic loading using PLAXIS software. Different assumptions about the pressure, pore pressure, displacement and acceleration will be tested. Key words: Retaining, thrust, earthquake, pore water pressure, displacement, acceleration, numerical modeling. TABLE DES MATIÈRES v TABLE DES MATIÈRES Remerciement .................................................................................................................................................................................... i ﺻﺧﻼ ــــــ ﺔ ..................................................................................................................................................................................................... ii Résumé ..................................................................................................................................................................................................... iii Abstract ................................................................................................................................................................................................... iv Table des matières .......................................................................................................................................................................... v Notations et abréviations .......................................................................................................................................................... x Liste des figures ................................................................................................................................................................................ xiii Liste des tableaux ............................................................................................................................................................................ xviii Introduction générale .................................................................................................................................................................. 1 CHAPITRE 1: SYNTHÈSE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES OUVRAGES DE SOUTÈNEMENT. 1.1 Introduction ................................................................................................................................................................................ 3 1.2 Généralités sur les ouvrages de soutènement ................................................................................................ 4 1.2.1 Introduction ........................................................................................................................................................................... 4 1.2.2 Les différents types de soutènement .................................................................................................................. 4 1.2.2.1 Fonctionnement par le poids ............................................................................................................................ 4 1.2.2.2 Fonctionnement par encastrement ............................................................................................................... 5 1.2.2.3 Fonctionnement par ancrage ............................................................................................................................ 5 1.2.3 Dimensionnement des ouvrages de soutènement ..................................................................................... 5 1.2.3.1 Modes de rupture des ouvrages de soutènement ............................................................................... 6 1.2.3.1.1 Influence de la résistance au cisaillement .......................................................................................... 6 1.2.3.1.2 Frottement sol-mur ()....................................................................................................................................... 7 1.2.4 Dimensionnement des murs poids ....................................................................................................................... 7 1.2.4.1 Sécurité contre le glissement de la base du mur ............................................................................. 9 1.2.4.2 Sécurité au renversement .................................................................................................................................... 10 1.2.4.3 Sécurité contre le poinçonnement ................................................................................................................ 10 1.2.4.4 Sécurité au grand glissement ........................................................................................................................... 12 1.2.5 Différences étapes de calcul de la stabilité d’un ouvrage de soutènement ............................ 13 1.3 Généralités sur les effets des séismes .................................................................................................................... 13 1.3.1 Introduction ........................................................................................................................................................................... 13 1.3.2 Les catégories de séismes ......................................................................................................................................... 14 TABLE DES MATIÈRES vi 1.3.2.1 Les séismes tectoniques ........................................................................................................................................... 14 1.3.4 Les ondes sismiques ....................................................................................................................................................... 16 1.3.4.1Généralités ....................................................................................................................................................................... 16 1.3.4.2 Les ondes de fond (de volume) ...................................................................................................................... 16 1.3.4.2.1 Les ondes primaires P .................................................................................................................................... 16 1.3.4.2.2 Les ondes secondaires S ............................................................................................................................. 16 1.3.4.3 Les ondes de surfaces ............................................................................................................................................ 18 1.3.4.3.1 Les ondes de Love ............................................................................................................................................ 18 1.3.4.3.2 Les ondes de Rayleigh .................................................................................................................................. 18 1.3.5 Caractéristiques des séismes ................................................................................................................................... 19 1.3.5.1 Le foyer ............................................................................................................................................................................ 19 1.3.5.2 L'épicentre ...................................................................................................................................................................... 19 1.3.5.3 La magnitude ................................................................................................................................................................ 20 1.3.5.4 L’intensité ....................................................................................................................................................................... 22 1.3.5.4.1 Diversité des échelles d’intensité macrosismique ................................................................. 22 1.3.6 Les facteurs désespérants ............................................................................................................................................ 23 1.3.6.1 Les effets de site ........................................................................................................................................................ 24 1.3.6.2 La liquéfaction ............................................................................................................................................................ 24 1.3.6.3 Les tsunamis ................................................................................................................................................................. 25 1.3.6.4 Les mouvements de terrain ............................................................................................................................. 26 1.3.7 L’Algérie et le risque sismique .............................................................................................................................. 27 1.4 conclusion ...................................................................................................................................................................................... 29 CHAPITRE 2: METHODES DE CALCUL 2.1 Introduction ................................................................................................................................................................................ 30 2.2 Pression active statique ................................................................................................................................................... 32 2.2.1 Théorie de Rankine ......................................................................................................................................................... 32 2.2.1.1 Introduction ................................................................................................................................................................... 32 2.2.1.2 Etat actif - sols pulvérulents ............................................................................................................................. 33 2.2.1.3 Etat actif - sols cohérents (cas général) .................................................................................................... 34 2.2.2 Théorie de Coulomb ....................................................................................................................................................... 35 2.2.2.1 Introduction ................................................................................................................................................................... 35 TABLE DES MATIÈRES vii 2.2.2.2 Etat actif - sols pulvérulents ............................................................................................................................. 35 2.2.2.3 Etat actif - sols cohérents .................................................................................................................................... 37 2.2.2.3.1 Cas général ............................................................................................................................................................ 37 2.2.2.3.2 Cas d’un mur vertical et un sol horizontal ..................................................................................... 38 2.2.3 Théorie de Boussinesq (la méthode spirale logarithmique) ............................................................. 38 2.2.4 Méthode de Sokolovski ............................................................................................................................................. 40 2.2.5 Méthode d’analyse limite .......................................................................................................................................... 41 2.2.6 Comparaison entre les différentes méthodes de calcul statique ................................................... 42 2.3 Pression active dynamique ............................................................................................................................................ 43 2.3.1 Méthodes analytiques ...............................................................................................................…..………................... 43 2.3.1.1 Approche de calcul pseudo-statique ........................................................................................................... 43 2.3.1.1.1 Mononobe-Okabe (1926,1929) .............................................................................................................. 44 2.3.1.1.2 Seed & Whitman (1970) ...............................................................................................…..………............ 46 2.3.1.1.3 Ortigosa (2005) .................................................................................................................................................. 47 2.3.1.2 Approche de calcul pseudo-dynamique ................................................................................…………... 48 2.3.1.2.1 Steedman & Zeng (1990) ........................................................................................................................... 48 2.3.1.2.2 Choudhury & Nimbalkar (2006) ........................................................................................................... 49 2.3.2 Méthodes expérimentales ...........................................................................................................…..………................51 2.3.3 Méthodes numériques .................................................................................................................................................... 54 2.3.3.1 Rouili & al. (2005) ................................................................................................................................................... 54 2.3.3.2 Bhattacharjee & Muralikrishna (2011) ...................................................................................................... 55 2.3.3.3 Jesmani & Alirezanejad ) 2011 ( ...................................................................................................................... 56 2.3.4 Comparaison entre différentes méthodes de calcul dynamique ..................................................... 58 2.4 Pression active dynamique en présence d’eau .................................................................................................59 2.4.1 Effet de saturation du remblai dans la méthode de Mononobe-Okabe .......................................59 2.4.1.1 Remblai saturé sans surpressions interstitielles ..................................................................................59 2.4.1.2 Remblai saturé avec surpressions interstitielles ...................................................................................61 2.4.1.2.1 Dewoolkar & al. (2000) ..................................................................................................................................62 2.4.1.2.2 Sadrekarimi (2010) .............................................................................................................................................63 2.4.2 Effet des accélérations verticales sur les pressions actives dynamiques ................................. 65 2.5 Conclusion .................................................................................................................................................................................... 65 TABLE DES MATIÈRES viii CHAPITRE 3: PRÉSENTATION DE L’OUTIL DE SIMULATION NUMÉRIQUE 3.1 Introduction ................................................................................................................................................................................ 67 3.2 Modélisation des murs gravitaires par PLAXIS 2D ................................................................................. 69 3.2.1 Modélisation du comportement du sol ............................................................................................................. 69 3.2.1.1 Modélisation par PLAXIS 2D V8.2 .............................................................................................................. 69 3.2.1.2 Les évolutions de PLAXIS 2D V 2010 par rapport PLAXIS 2D V 8.2................................ 71 3.2.2 Les éléments de maillage .......................................................................................................................................... 72 3.2.3 Les interfaces ....................................................................................................................................................................... 72 3.2.4 Modélisation de l’interface sol/béton ................................................................................................................ 75 3.2.5 Modélisation d’un mur gravitaire......................................................................................................................... 75 3.2.6 Maillage ................................................................................................................................................................................... 75 3.2.7 Conditions aux limites .................................................................................................................................................. 75 3.3 Modélisation du séisme ..................................................................................................................................................... 75 3.3.1 Introduction ...................................................................................... ............... ........................................... .......................... 75 3.3.2 Étude dynamique .............................................................................................................................................................. 76 3.3.2.1 Procédé pour exécuter une analyse dynamique .................................................................................. 76 3.3.2.2 Problèmes de tremblement de terre (séisme) uploads/Litterature/ estimation-des-pression-actives-sur-les-murs-de-soutenement-pdf.pdf