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Modélisation numérique tridimensionnelle Partie III : Modélisation numérique 26

Modélisation numérique tridimensionnelle Partie III : Modélisation numérique 267 MODELISATION NUMERIQUE TRIDIMENSIONNELLE La modélisation la plus réaliste du renforcement des sols compressibles par inclusions rigides nécessite de prendre en compte l’aspect tridimensionnel des ouvrages et de simuler le comportement réel des différents matériaux. L’étude présentée ici consiste en une modélisation numérique tridimensionnelle en milieu continu de cas académiques de remblais édifiés sur sols compressibles renforcés par inclusions rigides, avec le souci de prendre en compte des sols et des configurations géométriques réalistes. Le chapitre 8 concerne la prise en compte sur une cellule élémentaire d’un réseau d’inclusions. L’étude met en œuvre différents modèles constitutifs, adaptés au comportement du sol granulaire du remblai et du sol compressible, afin d’étudier l’impact de la complexité du modèle sur la représentation des phénomènes. Différents types de sol de remblai et d’horizons compressibles sont mis en œuvre, présentant des propriétés mécaniques variables. L’étude ne prend pas en compte le mode de réalisation des inclusions qui sont constituées de béton armé. Le chapitre 9 constitue une extension à cette modélisation, en simulant une tranche de remblai courante, présentant des talus latéraux. Modélisation numérique tridimensionnelle Partie III : Modélisation numérique 268 Chapitre 8 : Prise en compte 3D – cellule élémentaire Partie III : Modélisation numérique 269 Chapitre 8 Prise en compte tridimensionnelle du comportement d’un massif renforcé sur une cellule élémentaire Chapitre 8 : Prise en compte 3D – cellule élémentaire Partie III : Modélisation numérique 270 SOMMAIRE 1 INTRODUCTION................................................................................................................................... 271 2 PRESENTATION DU CALCUL........................................................................................................... 271 2.1 MODELE NUMERIQUE........................................................................................................................ 271 2.2 SOL COMPRESSIBLE : DEUX TYPES D’ARGILE.................................................................................... 272 2.2.1 Argile de Cubzac-les-Ponts : horizon compressible A1 .............................................................. 273 2.2.2 Argile de Muar : horizon compressible A2 ................................................................................. 278 2.3 SOL CONSTITUANT LE REMBLAI ........................................................................................................ 281 2.3.1 Matériau de remblai M1 (grave alluvionnaire de la Seine)........................................................ 281 2.3.2 Matériau de remblai M2 (sol grossier de Lake Valley Dam)...................................................... 285 2.3.3 Résumé des paramètres pour simuler le comportement du sol de remblai ................................. 287 2.4 ETUDES PARAMETRIQUES EFFECTUEES............................................................................................. 288 2.4.1 Etudes paramétriques sur la modélisation du comportement et les caractéristiques mécaniques des matériaux ............................................................................................................................................ 288 2.4.2 Etude de l’influence du maillage................................................................................................ 289 2.4.3 Apport d’une tête d’inclusion...................................................................................................... 289 3 RESULTATS DES SIMULATIONS ..................................................................................................... 290 3.1 TASSEMENT DU SOL COMPRESSIBLE SANS RENFORCEMENT PAR INCLUSIONS.................................... 290 3.2 IMPACT DE LA MODELISATION DU COMPORTEMENT.......................................................................... 291 3.2.1 Tassement maximum à la base du remblai.................................................................................. 291 3.2.2 Distribution du tassement à la base du remblai.......................................................................... 294 3.2.3 Tassements en surface du remblai............................................................................................... 294 3.2.4 Tassements dus à l’application d’une surcharge en surface...................................................... 297 3.2.5 Distribution des tassements dans le remblai............................................................................... 297 3.2.6 Report de charge vers les inclusions........................................................................................... 299 3.2.7 Bilan sur l’impact du modèle de comportement.......................................................................... 303 3.3 INFLUENCE DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES ........................................................................... 304 3.3.1 Tassement à la base du remblai .................................................................................................. 304 3.3.2 Tassements en surface du remblai............................................................................................... 305 3.3.3 Tassements dus à l’application d’une surcharge en surface....................................................... 307 3.3.4 Distribution des tassements dans le remblai............................................................................... 307 3.3.5 Report de charge vers les inclusions........................................................................................... 308 3.4 SYNTHESE DES RESULTATS DE L’ETUDE PARAMETRIQUE SUR LA MODELISATION DU COMPORTEMENT ET DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES........................................................................................................ 309 3.5 ZONES DE PLASTIFICATIONS DANS LE MASSIF ................................................................................... 310 3.6 INFLUENCE DE LA DENSITE DU MAILLAGE......................................................................................... 311 3.6.1 Influence de la densité du maillage sur les tassements à la base du remblai.............................. 312 3.6.2 Influence de la densité de maillage sur les tassements en surface du remblai............................ 313 3.6.3 Influence de la densité de maillage sur la distribution des tassements dans le remblai ............. 313 3.6.4 Influence du maillage sur le report de charge ............................................................................ 313 3.6.5 Influence de la densité de maillage sur les temps de calcul........................................................ 314 3.6.6 Conclusions sur l’influence de la densité du maillage................................................................ 314 3.7 INFLUENCE DE L’AJOUT D’UNE TETE D’INCLUSION ........................................................................... 314 3.7.1 Influence de la tête d’inclusion sur les tassements à la base du remblai .................................... 315 3.7.2 Influence de la tête d’inclusion sur les tassements en surface du remblai.................................. 316 3.7.3 Influence de la tête d’inclusion sur la distribution des tassements dans le remblai.................... 317 3.7.4 Influence de la tête d’inclusion sur le report de charge.............................................................. 317 3.7.5 Influence de la forme de la tête d’inclusion ................................................................................ 319 3.7.6 Conclusions sur l’apport d’une tête d’inclusion ......................................................................... 319 4 CONCLUSION........................................................................................................................................ 320 Chapitre 8 : Prise en compte 3D – cellule élémentaire Partie III : Modélisation numérique 271 1 INTRODUCTION La première étape de la modélisation numérique tridimensionnelle consiste à modéliser une maille élémentaire appartenant à un réseau régulier d’inclusions. On considère alors que l’inclusion modélisée est suffisamment éloignée des extrémités de la zone de sol traitée. Le calcul numérique proposé simule le sol compressible, les inclusions et le remblai. La première partie de ce chapitre présente le modèle numérique et les différents matériaux constituant l’horizon compressible et le remblai mis en œuvre ainsi que l’identification des paramètres. Différentes études paramétriques sont menées portant sur : • les types de matériaux et la simulation de leur comportement, • l’apport d’une tête d’inclusion, • la densité du maillage. 2 PRESENTATION DU CALCUL 2.1 Modèle numérique Le réseau d’inclusion étudié est carré. De par les conditions de symétrie, seul un quart de la maille élémentaire est représenté comme explicité sur la Figure 1. La Figure 2 présente des vues du modèle numérique. Le maillage simulé dans cet exemple n’est pas tiré d’un cas réel, mais l’ordre de grandeur des dimensions géométriques est déterminé suite à l’état de l’art de Briançon (2002). Le même type de modèle numérique a déjà été mis en œuvre par Laurent (2002) pour une étude de faisabilité numérique avec le logiciel Flac3D. Cette étude préliminaire n’avait utilisé que le modèle élastique parfaitement plastique avec critère de rupture de Mohr-Coulomb pour simuler le comportement du sol du remblai et du sol compressible. Figure 1 – Cellule élémentaire a – Horizon compressible renforcé par inclusions b – Vue en plan Figure 2 – Maillage Maille élémentaire Modèle numérique Cellule élémentaire Inclusion s 1 m 175 mm Sol compressible Couche superficielle Inclusion rigide Chapitre 8 : Prise en compte 3D – cellule élémentaire Partie III : Modélisation numérique 272 L’épaisseur totale de sol compressible est de 5 m, la longueur de l’inclusion étant identique. L’horizon compressible comprend une couche superficielle hors d’eau dont l’épaisseur est fixée à 1 m. L’étude bibliographique montre que les horizons de sol compressibles présentent généralement une couche superficielle, située au dessus du niveau de la nappe, surconsolidée et plus rigide que le sol sous-jacent (Magnan et Belkeziz, 1982 ; Crooks et al., 1986 ; Vepsäläinen et al. 1991 ; Indraratna et al., 1992 ; Khemissa et al., 1997 ; Chai et al., 2002). L’inclusion repose sur le substratum rigide, qui est pris en compte par blocage des nœuds situés à l’extrémité inférieure du sol compressible et de l’inclusion. L’inclusion a un diamètre de 0,35 m. L’espacement entre les inclusions est de 2,0 m. Le taux de recouvrement, soit la proportion de la surface de sol compressible à traiter recouverte par les têtes d’inclusions, est alors de 2,4 %. Cette valeur est faible car dans un premier temps nous n’avons pas simulé la présence d’une tête d’inclusion qui permet d’augmenter la surface de reprise des charges. Les conditions de symétrie sont prises en compte par blocage des nœuds dans la direction normale au plan de symétrie. Les dimensions géométriques de ce maillage sont reportées dans le Tableau 1. Distance entre inclusions 2,0 m Diamètre de l’inclusion 0,35 m Taux de recouvrement 2,4 % Longueur d’inclusion 5 m Hauteur de remblai 5 m Tableau 1 – Dimensions géométriques du maillage Le remblai a une hauteur maximale de 5 m. Il est composé d’un sol unique : il n’y a pas de mise en place d’un matelas spécifique de transfert de charge en base du remblai, qui serait constitué d’un sol de meilleure qualité (sol traité, sol compacté). Le remblai est mis en place par couches successives de 0,5 m sur le système sol compressible - inclusion, qui est initialement équilibré. L’équilibre du modèle est atteint entre chaque mise en place de couche. Une charge uniforme est ensuite appliquée en surface du remblai, de 10 à 100 kPa par palier de 10kPa, avec équilibre du modèle entre chaque incrément de charge. Les calculs sont effectués en considérant la présence d’une nappe affleurant sous la couche superficielle. On utilise alors le poids volumique déjaugé dans le sol compressible γ’ = γ - γw, et le poids volumique total dans la couche superficielle hors d’eau. Le mode de réalisation de l’inclusion n’a pas été pris en compte. Elle est constituée de béton armé. Son comportement est élastique linéaire. Les propriétés utilisées sont les suivantes : E = 10 GPa ν = 0,2 Aucune interface n’a été prise en compte entre l’inclusion et le sol compressible. L’étude numérique bidimensionnelle présentée dans cette thèse ainsi que l’étude numérique tridimensionnelle menée par Laurent (2002) montrent effectivement que la présence des interfaces a peu d’influence sur les mécanismes. 2.2 Sol compressible : deux types d’argile Une étude bibliographique a été effectuée afin de répertorier des sites présentant une uploads/Ingenierie_Lourd/ 18-chapitre-8-3d.pdf