RUGC 2021 – Prix René HOUPERT 317 L’effet du modèle de comportement du sol et d

RUGC 2021 – Prix René HOUPERT 317 L’effet du modèle de comportement du sol et de la configuration de digue en enrochements sur le comportement sismique d’un quai sur pieux DEGHOUL Lylia1 1 Laboratoire de Géomatériaux, Environnement et Aménagement (LGEA), Université Mouloud MAMMERI de Tizi-Ouzou (UMMTO), Campus Hasnaoua, Tizi-Ouzou, 15000, Algérie. deghoul.lylia@gmail.com RESUME Durant les séismes passés, les quais sur pieux ont subi des dégâts structurels et matériels très importants. Plusieurs chercheurs se sont intéressés à comprendre le comportement sismique des pieux, mais peu de travaux existent sur les quais et notamment les pieux traversant une pente en enrochements appelée ici digue en enrochements. Cette digue installée en dessous de la plateforme, sert à protéger contre l’érosion des sols et apporter un soutènement aux terres derrière le quai. Elle peut être classée en trois configurations, à savoir cut-slope, multi-lift et single-lift. Cet article s’intéresse à l’influence du choix du modèle de comportement du sol sur les résultats d’une modélisation numérique par la méthode des éléments finis. Un quai typique a été pris pour l’étude, en utilisant trois modèles de sol différents : Mohr-Coulomb (MC), Hardening Soil (HS) et Hardening Soil Small-strain (HSS). L’effet de la configuration de la digue en enrochements sur la réponse des pieux est aussi entrepris. Les résultats montrent que le déplacement des pieux est affecté par le déplacement de la digue. Le modèle avancé HSS obtient des résultats inférieurs aux modèles MC et HS, et cela a permis de valider les résultats obtenus par rapport à ceux de la littérature. La configuration single-lift donne des déplacements de pieux et un déplacement latéral au sommet de la digue très inférieurs aux deux autres configurations. Mots-clefs quai sur pieux, modèle de comportement du sol, digue en enrochements, méthode des éléments finis, séisme I. INTRODUCTION La réponse sismique des quais sur pieux est complexe car elle présente des difficultés à résoudre le problème d'interaction dynamique sol-pieu-structure, en particulier si on prend en considération l’interaction entre les enrochements de grands tailles et les pieux, l’effet de la présence d’une pente, et l’utilisation des pieux inclinés. Pour analyser cette interaction, diverses méthodes sont décrites dans la littérature (Kramer, 1996). Comme il existe aussi quelques travaux qui ont été effectués dans ce domaine, par des moyens RUGC 2021 – Prix René HOUPERT 318 expérimentaux (Iai and Sugano, 1999; Boland et al., 2001; McCullough, 2003; Kawamata, 2009) et numériques (Heidary-Torkamani et al., 2014; Dickenson et al., 2014; Nagao and Lu, 2020) etc. Dans cet article, la méthode globale (directe) a été utilisée afin de résoudre ce problème d'interaction en une seule étape pour l’ensemble du système, permettre d’introduire différentes caractéristiques géométriques, et prendre en compte les non-linéarités du sol et de la structure. L’outil employé pour cette analyse est la modélisation bidimensionnelle par éléments finis du code de calcul PLAXIS (Plaxis bv, 2010). Trois modèles constitutifs de sol de précision différente ont été utilisés pour se rapprocher du comportement réel d’un quai sur pieux soumis à un chargement sismique, et de déterminer leur influence sur les résultats obtenus. Le premier modèle utilisé est le modèle Mohr-Coulomb (MC). Il nécessite cinq paramètres fondamentaux qui sont : l’angle de frottement (ϕ ), la cohésion (c ), l’angle de dilatance (ψ ), le module de Young ( MC E ) et le coefficient de Poisson (ν ) (Brinkgreve et al., 2010). Le deuxième modèle est le modèle élasto- plastique avec écrouissage (modèle Hardening Soil, HS), introduit par Schanz et al. (1999). Lorsqu'il est soumis à un chargement déviatorique primaire, le sol expose une rigidité décroissante et développe des déformations plastiques irréversibles. Il utilise les trois paramètres de plasticité de Mohr-Coulomb (c , ϕ et ψ ), le coefficient de Poisson en déchargement- rechargement ( ur ν ) pour une pression de référence ( ref p ), le facteur  qui permet de relier les contraintes et les déformations selon une loi de puissance, et trois modules de rigidité déterminés pour une pression de référence ( ref p ). Ces modules sont : le module de rigidité sécant de l’essai triaxial drainé standard ( ref 50 E ), le module de rigidité tangent du chargement œdométrique primaire ( ref oed E ) et le module de rigidité en déchargement-rechargement ( ref ur E ). Leurs expressions sont présentées dans le manuel de Brinkgreve et al. (2010). Le dernier modèle utilisé, est une évolution du modèle HS qui tient compte de la rigidité du sol sous petites déformations (appelé le modèle Hardening Soil Small-strain, HSS), développé par Benz (2007). IL dispose donc de toutes les caractéristiques du modèle HS en plus deux autres paramètres d’entrée : le module de cisaillement initial sous très petites déformations ( ref 0 G ) et la déformation de cisaillement ( 7 , 0 γ ) pour laquelle le module de cisaillement sécant ( S G ) est réduit à 72,2% du module de cisaillement initial 0 G ( S G = 0,722 0 G ). Le module de cisaillement ( 0 G ) et la déformation en cisaillement ( 7 , 0 γ ) sont exprimés respectivement par les équations (1) et (2) : m ' ref 3 0 0 ref ccos sin G G ccos p sin ϕ σ ϕ ϕ ϕ   − =     +   (1) ( ) ( ) ' ' ' ' 0,7 1 0 0 1 2c 1 cos(2 ) 1 K sin(2 ) 9G γ ϕ σ ϕ   ≈ + − +   (2) 0 K étant le coefficient de pression des terres au repos. ' 1 σ est la contrainte verticale effective. ' 3 σ est la contrainte principale mineure, qui est aussi la pression de confinement dans l’essai triaxial. A noter que ' 3 σ est négative en compression (Brinkgreve et al., 2007). RUGC 2021 – Prix René HOUPERT 319 II. ANALYSE DE L’INFLUENCE DU MODELE DE COMPORTEMENT DU SOL Le modèle JCB01 a été sélectionné parmi une série d’essais réalisés à l’Université de Californie, campus de Davis (Boland et al., 2001; McCullough, 2003). A. Modèle physique Le modèle JCB01 en centrifugeuse (FIGURE 1.a), a une configuration de quai typique des ports de la côte ouest des Etats-Unis d’Amérique. Il est constitué d'une plateforme fondée sur trois rangées de sept pieux verticaux et de deux paires de pieux inclinés. Les pieux traversent une couche d’enrochements recouvrant un talus en remblai de sable lâche. Cette couche d’enrochements est appelée digue en enrochement de configuration cut-slope (ou sliver). Le sol de fondation et le remblai derrière le quai sont en sable dense. FIGURE 1. Section transversale du modèle JCB01: a) en centrifugeuse (McCullough, 2003), b) modèle en éléments finis (modifiée, Deghoul et al. (2020)) C. Modèle numérique Le modèle numérique est représenté sur la FIGURE 1.b. Un maillage en éléments triangulaires à 15 nœuds a été adopté. L'analyse a été effectuée dans le domaine temporel et une modification du schéma initial de Newmark défini avec la méthode α (ou méthode HHT) (Hilber et al., 1977) a été utilisée. Les propriétés du sol pour le modèle MC sont représentées dans le TABLEAU 1 (McCullough, 2003). Le concept de la pseudo-cohésion des enrochements introduit par Diaz et al. (1984) a été pris en considération. Le modèle a été soumis au séisme de Loma Prieta de 1989 enregistré à la station d’Oakland Outer Harbor (FIGURE 2). TABLEAU 1. Propriétés du sol Les expressions adoptées pour les modules de rigidité des modèles avancés (HS et HSS) sont : ref 50 E = MC E ; ref 50 E = 1,25 ref oed E et ref ur E = 3 ref 50 E (Brinkgreve et al., 2010). ϕ (°) ψ (°) c (kN/m²) ν (-) MC E (kN/m²) Sable dense 37 21 0,5 0,3 6,032 x 4 10 Sable lâche 33,2 7 0,5 0,3 1,638 x 4 10 Enrochements 45 0 15 0,2 2,232 x 4 10 -150 -50 50 150 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Accélération (cm/s²) Temps (s) FIGURE 2. Accélérogramme du séisme de Loma Prieta de 1989 (PGA 0,15g) RUGC 2021 – Prix René HOUPERT 320 En absence des données expérimentales pour la détermination du paramètre ref 0 G , des approximations par des équations empiriques peuvent être utilisées, comme par exemple en utilisant l’équation (3) donnée par Hardin and Black (1969), avec  étant l’indice des vides : 2 ref 0 33(2,97 e) G 1 e − = + (MPa) (3) Les paramètres constitutifs du sol ont été calibrés par des essais numériques présents dans le code PLAXIS 2D (l’outil SoilTest). Les principaux résultats obtenus sont présentés ci-dessous, sont analysés et comparés avec les résultats existant dans la littérature, en vue de leur validation. D. Déplacement total maximal des pieux En examinant la FIGURE 3, il a été remarqué que le plus grand des déplacements totaux maximaux des différents pieux du quai, pour les trois modèles de sol était obtenu au dernier pieu du quai, c.-à-d. au pieu 7, se trouvant côté terre, uploads/Societe et culture/2757-rugc-rene-houpert-10893-2-10-20210528.pdf

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Société et culturemodèle déplacement configuration digue pieux
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