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Analyse sismique couplée des sols renforcés par inclusions rigides
Coupled dynamic analysis of soils reinforced with stiff columns
Zerfa FZ.
ARCADIS, Le Plessis Robinson, FRANCE,
RÉSUMÉ : L’emploi des inclusions rigides et des colonnes à modules contrôlés s’est beaucoup développé dans le cadre
d’amélioration de sol pour augmenter la capacité portante et pour limiter les tassements sous chargements statiques. Cependant, l’effet
de ce type d’amélioration de sol sous sollicitations sismiques sur le développement de la liquéfaction est méconnu. L’objet de cette
étude consiste à analyser le comportement des sols renforcés par inclusions rigides soumis à un chargement sismique. Un code
éléments finis basé sur la théorie des mélanges développée par Bowen a été utilisé. Le comportement du sol a été modélisé par une loi
élastoplastique à surfaces de charges multiples. La forme des surfaces de charge adoptée est celle d’Eeckleen. Elle permet de prendre
en compte l’aspect tridimensionnel du chargement. Le comportement des inclusions rigides est supposé élastique.
Les résultats montrent que pour de faible taux de recouvrement et pour des accélérations sismiques importantes, les inclusions rigides
n’évitent pas le développement de la liquéfaction et le développement des surpressions interstitielles dans le sol entre les colonnes.
Cependant, la capacité portante peut être sauvegardée si le taux de recouvrement est suffisant.
ABSTRACT: The use of stiff inclusions is one of the well-known processes to improve the bearing capacity and to reduce settlements
in soft soil layers under static loads. However, when subjected to earthquake loading, the behavior of stiff columns in liquefiable and
very soft soils is not well known. The main aim of this study is to investigate the behavior of such reinforced ground when subjected
to earthquake loading. For that purpose a finite element code based on Bowen mixture formulation has been used. The soil behavior is
assumed to obey constitutive multi-yield surfaces model based on Prevost model. Eeckleen yield surfaces have been considered to
take into account the three dimensional loading induced by earthquake shaking. The behavior of stiff columns is assumed elastic. The
seismic loading is applied at the base of the model.
Results show that for small area replacement and for high seismic accelerations, stiff columns could be not able to mitigate
liquefaction neither large pore pressures nor large settlements to occur between columns. However, the overall bearing capacity could
be saved if the area replacement is sufficient.
KEYWORDS: seismic, stiff columns, liquefaction, soil mixture.
1 INTRODUCTION
Ces dernières décennies, la technique de renforcement de
sols compressibles par inclusions rigides s’est beaucoup
développée. Cette technique permet de réduire et
d’homogénéiser les tassements sous les ouvrages. Les
inclusions rigides transmettent à une couche moins
compressible en profondeur, une importante fraction des
charges appliquées en surface. L’autre part de la charge est
reprise par le sol entre les inclusions rigides.
Cette technique, applicable pour de nombreux types
d’ouvrages, permet de réduire considérablement les coûts des
projets. A cet effet, son utilisation en zone sismique est
souhaitable. Cependant, en site liquéfiable, la capacité des
inclusions rigides à réduire le risque de liquéfaction ne semble
pas acquise. Ainsi, l’objectif de la présente étude consiste à
analyser l’aptitude des inclusions rigides à réduire le risque de
liquéfaction. Pour réaliser cette analyse, des calculs éléments
finis ont été effectués. Le code de calcul utilisé est basé sur la
théorie des mélanges développée par Bowen pour modéliser le
sol par un milieu poreux. Le comportement élastoplastique du
sol est simulé par le modèle multi-surfaces développé par
Prévost. Ce dernier a été amélioré pour prendre en compte
l’effet tridimensionnel de la sollicitation sismique. Les surfaces
de charge de Drucker-Prager utilisées dans le modèle de Prévost
ont été remplacées par les surfaces d’Eckelen. Des frontières
absorbantes ont également été prévues pour prendre en compte
l’aspect semi infini du massif de fondation.
Le but principal de ce travail consiste à quantifier la capacité
des inclusions rigides à réduire les contraintes de cisaillement et
les pressions interstitielles qui se développent dans le sol, entre
les inclusions, lors des secousses sismiques. Les résultats
obtenus pour le sol amélioré sont comparés à ceux du sol non
renforcé.
2 EQUATIONS D’EQUILIBRE POUR UN MILIEU
POREUX SATURE
Les équations d’équilibre régissant les milieux poreux saturés
établis par Bowen (1982) sont données ci-après :
w
w
w
w w
w
w
s
s
s
s
s
p
v v p b
u
p b σ
u
ˆ
ˆ
ˆ
div
(1)
où:
s
w
w
w
g
n
v v v v k
p
ˆ , ˆ
ˆ
1
2
(2)
s
et
w
sont respectivement les accélérations des phases
solide et liquide,
u
u
s
et
sont respectivement les vitesses des phases solide et
liquide,
v
w
v
s
et
sont respectivement les masses volumiques des
phases solide et liquide,
w
