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Modélisations de l’interaction sol-pieux pour le calcul d’impédances dynamiques
Numerical modelling of soil-pile interaction and evaluation of dynamic impedances
Breugnot A., Allagnat D.
Egis Géotechnique, Grenoble, France.
Baguelin F., Schlosser F.
Experts, Fondasol, Paris, France.
Osmani E., Servant C.
Eiffage, Neuilly s/Marne, France.
RÉSUMÉ : Pour le projet du Grand Stade de Lille, deux méthodes ont été appliquées pour déterminer les impédances des pieux sous
les sollicitations dynamiques. Ces méthodes, qui tiennent compte du comportement fortement non-linéaire des sols, selon une loi de
dégradation des modules en fonction de la distorsion, sont présentées pour l’impédance horizontale, et leurs résultats comparés. La
première, méthode analytique simplifiée, a fourni les valeurs de projet de l’étude d’interaction sol-ouvrage. Celles-ci ont été validées
par la deuxième méthode, qui est une modélisation numérique tridimensionnelle par différences finies (Flac3d).
ABSTRACT: For the Grand Stade de Lille project, the dynamic impedances of piles have been determined by two different methods.
They both account for the non-linear behaviour of soils, as described by a modulus reduction curve with respect to shear strain. They
are presented for the case of the horizontal impedance and their results are compared. The first method, which is simplified and of
analytical type, has provided the design values for the soil-structure interaction analysis. These values have been validated by the
second method, which is a three-dimensional numerical modelling using finite differences (Flac3d)
MOTS-CL
e
S : Fondation, pieux, impédance, dynamique, interaction sol-structure, modélisation numérique.
KEYWORDS: Foundation, pile, impedance, dynamic, soil-structure interaction, numerical modelling
1 INTRODUCTION
Dans le cadre des études des fondations du Grand Stade de Lille
Métropole, Eiffage a confié aux bureaux d’études géotechniques
Fondasol et Egis Géotechnique la mission de détermination des
impédances dynamiques des pieux.
Cette tâche a été conduite en deux temps, utilisant deux
approches différentes:
- des modèles analytiques simplifiés ont d’abord été
élaborés par Fondasol, et ont permis de donner
rapidement des valeurs de référence, K
réf
.
- ensuite, une vérification par modélisation numérique a
été réalisée par Egis Géotechnique à l’aide du logiciel
Flac3D (différences finies, Itasca 2009).
Dans cet article, on se limite à la question de la
détermination des impédances horizontales K
x
. La géologie et
les caractéristiques géomécaniques du site, les systèmes de
fondations sur pieux sont d’abord présentés. Puis on expose,
successivement pour la méthode analytique et pour la
modélisation numérique, les méthodologies de calcul et les
valeurs obtenues pour K
x
, avec une comparaison des résultats.
2 CONTEXTE
1.1
Géologie
Le site d’implantation du Grand Stade de Lille présentait en
surface, sur une épaisseur de l’ordre de 6m, des formations
superficielles (limons, sables et remblais), qui ont été
intégralement décaissées jusqu’à la tête d’un horizon crayeux
compact. Dans la couche de craie sableuse à marneuse d’une
épaisseur de 15 à 17m environ, des galeries partiellement
comblées ont été rencontrées (éboulis crayeux, coulis de
remplissage). En deçà, des marnes compactes ont été reconnues.
Le niveau de nappe est situé à plus de 10m de profondeur
par rapport au toit de l’horizon crayeux.
1.2
Fondations
L’ouvrage est fondé sur des pieux forés, de longueur 15 à 20m,
dont la tête correspond au toit de l’horizon crayeux et dont
l’ancrage se situe au-delà des terrains décomprimés par la
présence d’anciennes galeries, partiellement comblées par un
coulis de remplissage. Les pieux, au nombre de 821, se
répartissent en 297 pieux de diamètre 0,52m, 132 de diamètre
0,62m, 215 de diamètre 0,72m et 177 de diamètre 0,92m. Au
droit de chacun des quatre poteaux (appelés « méga-poteaux »)
supportant l’ensemble de la charpente, le système de fondation
est composé d’un groupe de 8 pieux de diamètre 0,92m,
disposés selon un cercle de 6,4m de diamètre. Ces pieux sont
considérés parfaitement encastrés dans la semelle. A l’inverse,
les pieux des autres fondations sont considérés comme articulés
en tête.
1.3
Données géotechniques
Les campagnes de reconnaissances géotechniques initiales ont
été complétées par des investigations destinées :
- d’une part à obtenir les paramètres géotechniques de type
dynamique, notamment les modules de sol aux faibles
déformations. Ainsi 3 sondages cross-hole ont été réalisés.
- d’autre part à effectuer un zonage plus précis du module
pressiométrique E
m
, base de l’estimation des modules de sols
aux déformations habituelles, de l’ordre du pourcent. Pour ce
faire, 36 sondages pressiométriques ont été réalisés.
Les modules pressiométriques E
m
, donnent les modules
statiques, d’Young E
stat
et de cisaillement G
stat
par :
