Sujet de thèse IFSTTAR

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Fiche détaillée :

Titre : Comportement des inclusions rigides en zone sismique : de la caractérisation à la modélisation

Laboratoire principal - Référent principal   -

Directeur du laboratoire principal   -

Spécialité de la thèse sismique

Axe 2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures

Site principal Marne-la-Vallée

Etablissement d'inscription UNIVERSITE DE MARNE-LA-VALLEE

Ecole doctorale SCIENCES, INGENIERIE ET ENVIRONNEMENT (SIE)

Directeur de thèse prévu LENTI Luca  -  Université Gustave Eiffel  -  GERS - SRO

Type de financement prévu Contrat doctoral  - Ifsttar

Résumé

Le renforcement des sols par des éléments rigides de fondation (inclusions verticales) s’est développé en France depuis les années 1990. Il permet de réduire de manière significative les tassements des massifs de fondation sous les chargements appliqués, tout en améliorant leur stabilité au poinçonnement. Ce procédé de renforcement consiste à créer un massif composite dans lequel les charges se distribuent entre le sol lui-même et les inclusions rigides. Le projet national ASIRI (Amélioration des Sols par Inclusions Rigides – www.asiri.irex.asso.fr) s’est attaché à définir, conduire et interpréter les expérimentations et modélisations nécessaires à la compréhension des mécanismes grâce auxquels ce système de fondation innovant fonctionne. Observations et modélisations ont ainsi pu être confrontées pour une grande variété d’ouvrages. Des perspectives nouvelles ont été dégagées, elles montrent comment l’association d’éléments aussi différents (sol, inclusions, matelas granulaire) aboutit à un système composite efficace et économique. Au terme de ce projet, des recommandations ont été publiées [(AFPS, CFMS), 2012]. les conclusions du projet ont fait émerger le besoin d’approfondir certains sujets qui n’ont pas été traités dans le PN ASIRI et notamment le comportement des massifs de sol renforcés par inclusions rigides sous sollicitations sismiques.
Des règles existent actuellement [AFPS, 2012] pour dimensionner des ouvrages «courants » soumis à de telles sollicitations. Cependant, pour des ouvrages complexes, des questions demeurent d’actualité comme en témoignent les actions en cours en France : le montage d’un deuxième Projet National ASIRI+ et d’une ANR ASIRI+SDS. L’équipe MouvGS est partie prenante de ces projets et souhaite développer ses compétences dans ce domaine. Un stage de Master 2 sur le sujet a été encadré par Nathalie Dufour en 2018.
Les ouvrages étudiés par le Projet National ASIRI [IREX, 2012] étaient principalement des remblais, des dallages et des semelles soumis à des sollicitations verticales statiques et le plus souvent uniformes. Le bon comportement des ouvrages courants sur inclusions rigides conduit à ce que cette technique soit proposée pour d’autres ouvrages en dehors du champ d’application des recommandations ASIRI. En particulier, en contexte sismique, les ouvrages sont soumis à des sollicitations complexes mettant en jeu des efforts dynamiques et non verticaux. Le doctorant sera confronté à ce problème de la modélisation complexe de massif de sol renforcé par inclusions rigides prenant en compte les différentes interactions qui se développent entre la fondation proprement dite, le matelas, les inclusions, le sol qui les entourent ainsi que la superstructure.
En outre, l’analyse du comportement de massif de sol renforcé amène à considérer à la fois les sollicitations d’origine inertielle (transmises au matelas et au sol renforcé par la fondation) et celles d’origine cinématique (interaction des inclusions avec le mouvement sismique du sol en champ libre). Le travail du doctorant devra aboutir à une évaluation réaliste des sollicitations développées sous séisme dans les inclusions, analyse qui fait défaut jusqu’à présent, enjeu important du dimensionnement des inclusions.
Les règles ou dispositions constructives disponibles actuellement dans [(AFPS, CFMS), 2012] sont adaptées pour la plupart des chantiers de taille modeste. Cependant, aucune recommandation ne définit comment l’interaction Sol Renforcé/Structure doit être prise en compte. Le doctorant sera confronté à ce problème et pourra s’appuyer sur l’équipe encadrante et sur des ingénieurs « structure » du Cerema et de l'Ifsttar pour le résoudre.
Le travail sera séquencé en 3 parties.
La première partie sera consacrée à la caractérisation dynamique des sols en laboratoire via des essais de différente nature. L'objectif sera d'aboutir à la définition des courbes de réduction du module de cisaillement et augmentation de l’amortissement avec la déformation induite pour un ensemble d’échantillons prélevés sur site et/ou reconstitués en laboratoire. L’idée est de reconstruire selon le niveau de plasticité et/ou autres paramètres à définir la variation attendue sur les modules G et E pour différents niveaux de déformation maximale imposée et pour les sols de fondation des ouvrages dont les fondations sont renforcées par inclusions rigides.
La deuxième partie sera consacrée à la reproduction des courbes contrainte-déformation obtenues pendant les essais cycliques en laboratoire, en utilisant la modélisation numérique par éléments finis. Cette phase est nécessaire pour d'une part calibrer les modules rhéologiques qui seront pris en compte dans la modélisation numérique conduite à partir de l'expérimentation à l'échelle réduite (en centrifugeuse) et, d'autre part, pour la modélisation du cas d'étude relatif au site de la Préfecture de Nice.
La troisième partie concernera la modélisation numérique des expérimentations à l'échelle réduite et du site de la Préfecture de Nice en considérant les propriétés des sols et la calibration obtenues dans les deux premières parties de cette étude ainsi que les signaux sismiques caractérisant l'aléa de la zone sismique 4. Plus particulièrement, les modèles rhéologiques qui seront considérés tiendront compte de la génération possible de pressions interstitielles responsable de la diminution de résistance au cisaillement des sols et par conséquent du tassement induit des sols. Ces effets seront étudiés pour différents signaux sismiques (contenus en fréquence, PGA, etc) associés à la même classe de sismicité.

Mots-clefs: inclusions rigides, comportement dynamique, modélisation

Laboratoire principal - Référent principal	-
Directeur du laboratoire principal	-
Spécialité de la thèse	sismique
Axe	2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures
Site principal	Marne-la-Vallée
Etablissement d'inscription	UNIVERSITE DE MARNE-LA-VALLEE
Ecole doctorale	SCIENCES, INGENIERIE ET ENVIRONNEMENT (SIE)
Directeur de thèse prévu	LENTI Luca - Université Gustave Eiffel - GERS - SRO
Type de financement prévu	Contrat doctoral - Ifsttar
Résumé Le renforcement des sols par des éléments rigides de fondation (inclusions verticales) s’est développé en France depuis les années 1990. Il permet de réduire de manière significative les tassements des massifs de fondation sous les chargements appliqués, tout en améliorant leur stabilité au poinçonnement. Ce procédé de renforcement consiste à créer un massif composite dans lequel les charges se distribuent entre le sol lui-même et les inclusions rigides. Le projet national ASIRI (Amélioration des Sols par Inclusions Rigides – www.asiri.irex.asso.fr) s’est attaché à définir, conduire et interpréter les expérimentations et modélisations nécessaires à la compréhension des mécanismes grâce auxquels ce système de fondation innovant fonctionne. Observations et modélisations ont ainsi pu être confrontées pour une grande variété d’ouvrages. Des perspectives nouvelles ont été dégagées, elles montrent comment l’association d’éléments aussi différents (sol, inclusions, matelas granulaire) aboutit à un système composite efficace et économique. Au terme de ce projet, des recommandations ont été publiées [(AFPS, CFMS), 2012]. les conclusions du projet ont fait émerger le besoin d’approfondir certains sujets qui n’ont pas été traités dans le PN ASIRI et notamment le comportement des massifs de sol renforcés par inclusions rigides sous sollicitations sismiques. Des règles existent actuellement [AFPS, 2012] pour dimensionner des ouvrages «courants » soumis à de telles sollicitations. Cependant, pour des ouvrages complexes, des questions demeurent d’actualité comme en témoignent les actions en cours en France : le montage d’un deuxième Projet National ASIRI+ et d’une ANR ASIRI+SDS. L’équipe MouvGS est partie prenante de ces projets et souhaite développer ses compétences dans ce domaine. Un stage de Master 2 sur le sujet a été encadré par Nathalie Dufour en 2018. Les ouvrages étudiés par le Projet National ASIRI [IREX, 2012] étaient principalement des remblais, des dallages et des semelles soumis à des sollicitations verticales statiques et le plus souvent uniformes. Le bon comportement des ouvrages courants sur inclusions rigides conduit à ce que cette technique soit proposée pour d’autres ouvrages en dehors du champ d’application des recommandations ASIRI. En particulier, en contexte sismique, les ouvrages sont soumis à des sollicitations complexes mettant en jeu des efforts dynamiques et non verticaux. Le doctorant sera confronté à ce problème de la modélisation complexe de massif de sol renforcé par inclusions rigides prenant en compte les différentes interactions qui se développent entre la fondation proprement dite, le matelas, les inclusions, le sol qui les entourent ainsi que la superstructure. En outre, l’analyse du comportement de massif de sol renforcé amène à considérer à la fois les sollicitations d’origine inertielle (transmises au matelas et au sol renforcé par la fondation) et celles d’origine cinématique (interaction des inclusions avec le mouvement sismique du sol en champ libre). Le travail du doctorant devra aboutir à une évaluation réaliste des sollicitations développées sous séisme dans les inclusions, analyse qui fait défaut jusqu’à présent, enjeu important du dimensionnement des inclusions. Les règles ou dispositions constructives disponibles actuellement dans [(AFPS, CFMS), 2012] sont adaptées pour la plupart des chantiers de taille modeste. Cependant, aucune recommandation ne définit comment l’interaction Sol Renforcé/Structure doit être prise en compte. Le doctorant sera confronté à ce problème et pourra s’appuyer sur l’équipe encadrante et sur des ingénieurs « structure » du Cerema et de l'Ifsttar pour le résoudre. Le travail sera séquencé en 3 parties. La première partie sera consacrée à la caractérisation dynamique des sols en laboratoire via des essais de différente nature. L'objectif sera d'aboutir à la définition des courbes de réduction du module de cisaillement et augmentation de l’amortissement avec la déformation induite pour un ensemble d’échantillons prélevés sur site et/ou reconstitués en laboratoire. L’idée est de reconstruire selon le niveau de plasticité et/ou autres paramètres à définir la variation attendue sur les modules G et E pour différents niveaux de déformation maximale imposée et pour les sols de fondation des ouvrages dont les fondations sont renforcées par inclusions rigides. La deuxième partie sera consacrée à la reproduction des courbes contrainte-déformation obtenues pendant les essais cycliques en laboratoire, en utilisant la modélisation numérique par éléments finis. Cette phase est nécessaire pour d'une part calibrer les modules rhéologiques qui seront pris en compte dans la modélisation numérique conduite à partir de l'expérimentation à l'échelle réduite (en centrifugeuse) et, d'autre part, pour la modélisation du cas d'étude relatif au site de la Préfecture de Nice. La troisième partie concernera la modélisation numérique des expérimentations à l'échelle réduite et du site de la Préfecture de Nice en considérant les propriétés des sols et la calibration obtenues dans les deux premières parties de cette étude ainsi que les signaux sismiques caractérisant l'aléa de la zone sismique 4. Plus particulièrement, les modèles rhéologiques qui seront considérés tiendront compte de la génération possible de pressions interstitielles responsable de la diminution de résistance au cisaillement des sols et par conséquent du tassement induit des sols. Ces effets seront étudiés pour différents signaux sismiques (contenus en fréquence, PGA, etc) associés à la même classe de sismicité.
Mots-clefs:	inclusions rigides, comportement dynamique, modélisation

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