«Étude de phénomènes de liquéfaction» Laboratoire de Mécanique des Sols, Structures, Matériaux «Étude de phénomènes de liquéfaction» Modélisation numérique des inclusions rigides comme solution aux problèmes de liquéfaction Fernando LOPEZ-CABALLERO

Problèmes liés aux séismes Projet Européen NEMISREF : New Methods for Mitigation of Seismic Risk of Existing Foundations Partenaires : Soletanche Bachy - FRANCE Institute of Geology and Mineral Exploration – GREECE Stamatopoulos & Associates – GREECE University of Bristol - UK University of Cambridge – UK Aristotle University of Thessaloniki – GREECE Laboratorio Nacional de Engenharia Civil – PORTUGAL Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti - ROMANIA ECP MSSMat - OR : Milieux poreux et ouvrages géotechniques Ondes en milieux hétérogènes et aléatoires

Stabilité des ouvrages Problèmes liés aux séismes Réponse des ouvrages : Interaction Sol-Structure Stabilité des ouvrages de soutènement Liquéfaction de sols Rocher Sol

Plan général Quelques définitions de la mécanique des sols. Validation du modèle numérique par rapport aux modèles physiques (essais en centrifugeuse) Calage des paramètres du modèle Validation des paramètres du modèle numérique Solution aux problèmes de liquéfaction (étude numérique) Cas de référence Utilisation des inclusions verticales (étude paramétrique)

Quelques définitions de la mécanique des sols Propagation du séisme dans le sol Hypothèses Vs, ρ, G, D Sol Rocher

Quelques définitions de la mécanique des sols Propagation du séisme dans le sol Chargement sismique

Quelques définitions de la mécanique des sols Comportement non-linéaire des sols : t = G(g) g Chargement cyclique G(g) et D(g) t = Gmax g g t

Quelques définitions de la mécanique des sols Comportement non-linéaire des sols : t = G(g) g Variation du module & amortissement

Définition de la liquéfaction Chargement sismique Variation de la pression interstitielle dans les sables ’ = T – I ·U U  ’  0 http://www.ce.washington.edu/~liquefaction/html/main.html

Quelques définitions de la mécanique des sols LIQUEFACTION - Problèmes sur le terrain

Quelques définitions de la mécanique des sols LIQUEFACTION - Problèmes sur le terrain

Plan général Quelques définitions de la mécanique des sols. Validation du modèle numérique par rapport aux modèles physiques (essais en centrifugeuse) Calage des paramètres du modèle Validation des paramètres du modèle numérique Solution aux problèmes de liquéfaction (étude numérique) Cas de référence Utilisation des inclusions verticales (étude paramétrique)

Validation du modèle numérique Calage des paramètres pour le sol Essai en centrifugeuse au Schofield Centrifuge Centre de l’Université de Cambridge : (Teymur, 2002)

Validation du modèle numérique Modèle numérique utilisé 4 m h = 10 m 6 m Comportement des sols : modèle élastoplastique de l’ECP ; Modèle EF, 2D couplé en déformations planes (Gefdyn) ; Analyse dans le domaine temporel.

Validation du modèle numérique Modèle numérique utilisé Courbes G/Gmax- et D- :

Validation du modèle numérique Calage des paramètres Pression Interstitielle et Accélération :

Plan général Quelques définitions de la mécanique des sols. Validation du modèle numérique par rapport aux modèles physiques (essais en centrifugeuse) Calage des paramètres du modèle Validation des paramètres du modèle numérique Solution aux problèmes de liquéfaction (étude numérique) Cas de référence Utilisation des inclusions verticales (étude paramétrique)

Validation du modèle numérique Validation des paramètres du modèle numérique Essai en centrifugeuse au Schofield Centrifuge Centre de l’Université de Cambridge :

Cas de Référence – Profil liquéfiable Validation du modèle numérique Essai en centrifugeuse au Schofield Centrifuge Centre de l’Université de Cambridge :

Validation du modèle numérique Validation des paramètres du modèle numérique Essai en centrifugeuse au Schofield Centrifuge Centre de l’Université de Cambridge :

Validation du modèle numérique Validation des paramètres du modèle numérique Maillage utilisé : h = 15.8m h = 50.0m

Validation du modèle numérique Validation des paramètres du modèle numérique Accélération : Mesuré Simulation

Validation du modèle numérique Validation des paramètres du modèle numérique Mesuré Simulation Pression Interstitielle :

Plan général Quelques définitions de la mécanique des sols. Validation du modèle numérique par rapport aux modèles physiques (essais en centrifugeuse) Calage des paramètres Validation des paramètres du modèle numérique Solution aux problèmes de liquéfaction (étude numérique) Cas de référence Utilisation des inclusions verticales (étude paramétrique)

Solution aux problèmes de liquéfaction Cas de référence Profil de sol + fondation : b = 10 m

Solution aux problèmes de liquéfaction Cas de référence Variation de la pression interstitielle : Distribution de  Pw à 9s (Séisme Synthétique)

entre 1m et 3m de profondeur Solution aux problèmes de liquéfaction Cas de référence Variation du taux ru pour le modèle sans inclusions : Liquéfaction entre 1m et 3m de profondeur Sans inclusions taux ru (Séisme Synthétique)

Plan général Quelques définitions de la mécanique des sols. Validation du modèle numérique par rapport aux modèles physiques (essais en centrifugeuse) Calage des paramètres Validation des paramètres du modèle numérique Solution aux problèmes de liquéfaction (étude numérique) Cas de référence Utilisation des inclusions verticales (étude paramétrique)

Solution aux problèmes de liquéfaction Utilisation des inclusions verticales rigides Mise en place sur le terrain :

Solution aux problèmes de liquéfaction Utilisation des inclusions verticales rigides Étude paramétrique : Disposition (i.e. solidaires ou séparées de la fondation); Épaisseur des inclusions : 0.5, 0.8 et 1 m; Différents coefficients de perméabilité pour les inclusions.

Solution aux problèmes de liquéfaction Utilisation des inclusions verticales rigides Disposition (i.e. solidaires ou séparées de la fondation) :

Inclusions séparées pas d’effet significatif sur la réponse Solution aux problèmes de liquéfaction Utilisation des inclusions verticales rigides Disposition (i.e. solidaires ou séparées de la fondation) :  Pw sous fondation (Séisme synthétique) Inclusions séparées pas d’effet significatif sur la réponse Séparées Solidaires

Solution aux problèmes de liquéfaction Utilisation des inclusions verticales rigides Disposition (i.e. solidaires ou séparées de la fondation) : Inclusions séparées de la fondation. Distribution de  Pw à 5s (Séisme Synthétique)

Solution aux problèmes de liquéfaction Utilisation des inclusions verticales rigides Disposition (i.e. solidaires ou séparées de la fondation) : Inclusions Inclusions séparées de la fondation. Déformée du maillage (Séisme Synthétique) (Pas à l’échelle)

Solution aux problèmes de liquéfaction Utilisation des inclusions verticales rigides Étude paramétrique : Disposition (i.e. solidaires ou séparées de la fondation); Épaisseur des inclusions : 0.5, 0.8 et 1 m; Différents coefficients de perméabilité pour les inclusions.

Solution aux problèmes de liquéfaction Utilisation des inclusions verticales rigides Épaisseur des inclusions : b = 10 m

Solution aux problèmes de liquéfaction Utilisation des inclusions verticales rigides Épaisseur des inclusions : 2 inclusions 5x0.5m Distribution de  Pw à 6s (Séisme Synthétique)

efficiente pour des épaisseurs d’inclusion plus grandes que 0.8m Solution aux problèmes de liquéfaction Utilisation des inclusions verticales rigides Épaisseur des inclusions :  Pw sous fondation (Séisme synthétique) efficiente pour des épaisseurs d’inclusion plus grandes que 0.8m 2i 5x1m 2i 5x0.8m 2i 5x0.5m

Solution aux problèmes de liquéfaction Utilisation des inclusions verticales rigides Épaisseur des inclusions : 2 inclusions 5x1.0m Distribution de  Pw à 6s (Séisme Synthétique)

Variation de la distorsion induite dans le sol Solution aux problèmes de liquéfaction Utilisation des inclusions verticales rigides Épaisseur des inclusions : Variation de la distorsion induite dans le sol

Variation de la contrainte de cisaillement induite dans le sol Solution aux problèmes de liquéfaction Utilisation des inclusions verticales rigides Épaisseur des inclusions : Variation de la contrainte de cisaillement induite dans le sol

Solution aux problèmes de liquéfaction Utilisation des inclusions verticales rigides Étude paramétrique : Disposition (i.e. solidaires ou séparées de la fondation); Épaisseur des inclusions : 0.5, 0.8 et 1 m; Différents coefficients de perméabilité pour les inclusions.

Solution aux problèmes de liquéfaction Utilisation des inclusions verticales rigides Coefficient de perméabilité des inclusions :  Pw sous fondation (Séisme synthétique) Pas d’effet k = 1E-4 m/s k = 

Conclusions Validation des inclusions avec modèle en centrifugeuse. Efficacité des inclusions due principalement au fait de rigidifier le sol plutôt qu’au fait de drainer de l’excès de pression interstitielle ; Efficacité des inclusions rigides est fonction de leur interaction avec le sol de fondation et dans certaines conditions, elle peut produire des effets négatifs ; Les inclusions doivent avoir un effet de confinement sur le sol afin d’améliorer sa réponse ; Prochaine étape : Validation des inclusions avec modèle en centrifugeuse. Dimensionnement sur un site réel en Grèce