Etude de l’interaction sol-structure et de la fondation d’une éolienne offshore soumise à des chargements statiques/cycliques

Soil-structure interaction of offshore wind turbine pile foundations under static monotonic/cyclic loads

• Auteur / Autrice : Rocio Isorna
• Direction : Panagiotis Kotronis, Luc Thorel, Christophe Dano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 06/01/2017
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes ; 2004-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Breul
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Panagiotis Kotronis, Luc Thorel, Christophe Dano, Pierre Breul, Hussein Mroueh, Jean-Claude Dupla, Maxime Philippe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hussein Mroueh, Jean-Claude Dupla

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Éoliennes

Pieux

Structures offshore

Mots clés libres

Pieu

Fondation

Offshore

Chargement axial

Hypoplasticité

Modélisation physique

Macro-élément

Pile

Foundation

Offshore

Axial load

Hypoplasticity

Physical modeling

Macro-element

Résumé

Les structures offshores sont conçues pour résister à des chargements environnementaux sévères. Des études expérimentales et numériques de la fondation d’une éolienne offshore soumise à des chargements statiques monotones/cycliques sont présentées dans ce manuscrit. Des pieux isolés (diamètre de 1,8 m et 40 m de longueur) et une structure en treillis fondée sur 4 pieux ont été testés à 100×g en centrifuge dans un massif de sable de Fontainebleau dense. Le comportement du pieu isolé a été identifié à travers des essais de chargement axial monotone. Différentes méthodes de mise en place de pieu ont été adoptées (installation à 1×g et à 100×g) et leur influence sur la capacité portante a été mesurée. Le diagramme de stabilité du pieu a été construit à partir des résultats des essais cycliques, des essais CPT ont été réalisés et l’influence des contraintes initiales a été étudiée. Des résultats expérimentaux de la fondation jacket soumise à des chargements latéraux cycliques sont enfin présentés. La méthode des éléments finis et un macro-élément pour des pieux ont été utilisés pour reproduire numériquement les résultats expérimentaux. Les lois de comportement adoptées sont basées sur la théorie d’hypo-plasticité et les contraintes initiales dans le sol sont issues de la méthode ICP-05. Les résultats numériques sont confrontés aux résultats expérimentaux et aux résultats analytiques obtenus à partir de la norme API.

Offshore structures are designed to resist to severe environmental loads. This manuscript presents experimental and numerical studies on offshore wind turbine pile foundations submitted to static monotonic/cyclic loads. Isolated piles (diameter of 1.8 m and embedded length of 40m) and a four-legged truss structure installed in dense Fontainebleau sand have been tested at 100×g in a geotechnical centrifuge. The behavior of the isolated piles has been characterized under monotonic axial load. The piles have been jacketed at 1×g and 100×g and the influence of the setup method on the bearing capacity has been measured. The stability diagram of a pile has been constructed using cyclic tests, CPT experiments have been performed and the influence of the initial stresses has been studied. Finally, experimental results of the jacket foundation submitted to lateral cyclic loadings are presented. The finite element method and a macro-element for piles have been used to numerically reproduce the experimental results. Constitutive laws are based on the hypoplasticity theory and the initial stresses in the soil have been calculated using the IC-05 method. The numerical results are compared with the experimental and the analytical results from the API standards.