Interaction inertielle et interaction cinématique sol - pieu

par Nawel Chenaf

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Richard Lagabrielle, Jean-Louis Chazelas et de Alain Pecker.

Soutenue en 2007

à Nantes , dans le cadre de École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes) , en partenariat avec Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (France ; 19..-2011) (laboratoire) et de Centrale Nantes (autre partenaire) .

mots clés

• Interaction sol-structure
• Chaussées -- Charges dynamiques
• Génie civil -- Essais dynamiques

Résumé

Le présent travail vise d'abord à étudier expérimentalement les interactions inertielle et cinématique sol-pieu dans un sol non-cohérent à l'aide de modèles réduits centrifugés, à construire ensuite une plate forme de modélisation numérique dynamique non-linéaire de la réponse temporelle du système sol-pieu et à proposer une première génération des modèles d'élément d'interface de type Winkler calés sur les résultats expérimentaux. Les essais sous impact en tête fournissent des données sur l'interaction inertielle pure, les essais sous séisme sans chevêtre, puis avec chevêtre permettent d'observer respectivement l'interaction cinématique pure et l'interaction couplée inertielle et cinématique. Les boucles P - réaction du sol – Y déplacement du pieu aux différentes profondeurs sont établies et analysées dans les trois situations. La modélisation numérique de type Winkler dynamique non-linéaire 1D implémente l’algorithme de Newton-Raphson et l’algorithme de Hilbert-Hugues-Taylor. Des modèles d'éléments d'interface sont choisis dans la littérature parmi ceux fondés sur des paramètres physiques. La plate-forme numérique permet de proposer un calage des paramètres de ces éléments sur les résultats expérimentaux pour reproduire les trois types d’interaction. La séparation des interactions inertielle et cinématique a été observée expérimentalement pour la première fois dans le présent travail

Titre traduit

Soil-pile inertial and kinematic interactions

Résumé

The present work is first an experimental study of the inertial and the kinematic soil pile interaction of a single pile in a non-coherent soil through reduced scale model tests in the centrifuge. Then a numerical modelisation is built to compute the nonlinear dynamic response of the soil-pile system in the time domain. The experimental results make it possible to build a first generation of Winkler interface elements numerical models. Impacts experiments on a single pile with a pile cap provide an insight in the purely inertial interaction. Tests in the earthquake simulator embarked in the centrifuge give also experimental data about the purely kinematic interaction (without pile cap) and the combination of the two forms of interaction (with a pile cap). P-y loops (Soil reaction–Pile displacement) are established for the three different experimental conditions and reveal important differences. The numerical model is that of the 1D Winkler beam on nonlinear interface punctual elements. It implements the modified Newton algorithm and the Hilbert-Hugues-Taylor algorithm. The different interface elements based on physical parameters are chosen from the literature. They are fitted on the experimental data to reproduce the three forms of interactions. A separation of the inertial type interaction and the kinematic type has been experimentally observed for the first time in the present work