Calibration de la simulation numérique de la réponse de murs de soutènement renforcé sous chargement statique

par Kianoosh Hatami, PhD, PEng

Un modèle numérique a été mis au point pour reproduire la réponse mesurée des murs d'essai renforcés à l'aide du programme FLAC (Itasca 1998).

Figure 1 : Modèle numérique du mur d'essai segmentaire en grandeur réelle :

Les murs d'essai sont une série de murs de soutènement renforcé, de grandeur réelle et soigneusement équipés d'instruments, qui ont été construits et munis d'une surcharge par le Groupe de recherche géotechnique au Collège militaire royal du Canada (CMR). Les principales variables entre les murs d'essai comprennent le type de renforcement, le nombre de couches de renforcement et le type de parement. L'objectif à long terme des essais expérimentaux et de la modélisation numérique est d'accroître la compréhension actuelle du comportement mécanique des murs renforcés et d'élaborer des méthodes simples pour analyser et concevoir des murs renforcés dans des conditions de charge de service et de charge de rupture.

Vous trouverez ci-dessous un exemple de comparaison entre la réponse mesurée et la réponse numériquement prévue d'un mur d'essai renforcé de grandeur réelle au CMR. Le mur à l'étude est le Mur 1 (le Mur de contrôle) qui comprend six couches de renforcement en polypropylène à un espacement vertical de 0,6 m.

Le code informatique dynamique en différences finies FLAC (Itasca, 1998) a été utilisé pour simuler les résultats des murs à surface dure dans cette série de tests. Les modèles numériques utilisaient des propriétés matérielles pour le sol de remblai, le renforcement et les interfaces des blocs modulaires qui étaient obtenues à partir de tests de laboratoire indépendants.

Figure 2 : Mouvement latéral du bloc deparement mesuré et calculé (numérique) à la fin de la construction pour le Mur 1 :

Résultats mesurés et numériques

Profils et déplacement de la colonne de parement

La figure 2 montre les profils des déplacements latéraux mesurés et calculés numériquement de blocs de parement individuels à des niveaux de renforcement pour le Mur 1 à la fin de la construction. Les résultats de la mesure du déplacement sont des lectures des potentiomètres qui ont été placés contre les blocs de parement aux niveaux des couches de renforcement pendant la construction. Par conséquent, les valeurs de déplacement enregistrées à chaque niveau dans la figure 3 (pas disponible) représentent l'ampleur du déplacement latéral du bloc de parement correspondant à compter de l'installation jusqu'à la fin de la construction du Mur 1. Les résultats des déplacements latéraux du parement dans la figure 3 (pas disponible) montrent des concordances intéressantes entre les valeurs enregistrées et calculées pour la structure de contrôle.

Figure 4 : Charges d'empattement horizontales et verticales mesurées calculées (numériques) pour le Mur 1 pendant la construction :

Charges d'empattement horizontales et verticales

La figure 3 (pas disponible) montre le contexte des charges d'empattement horizontales et verticales mesurées et calculées (numériques) pour le Mur 1 pendant la construction. Le contexte calculé de la réaction d'empattement verticale pendant la construction montre une concordance raisonnable avec les données sur la charge mesurée. Le contexte prévu de la charge d'empattement horizontale est légèrement moins exact mais saisit la tendance dans les données mesurées. La figure comprend, en superposition, le poids propre vertical de la colonne du parement calculé en additionnant les poids de chaque unité de parement individuel. La somme des charges d'empattement verticales mesurées est plus grande que le poids propre de la colonne de parement. Cette observation est attribuée aux forces verticales de résistance vers le bas qui se sont développées aux raccords à cause du mouvement descendant relatif du remblai en sable directement derrière la colonne de parement. Ce mouvement descendant est le résultat du compactage du sol pendant la rotation vers l'extérieur de la colonne de parement. Bien que ce ne soit pas montré ici, les contraintes les plus importantes dans les couches de renforcement à la fin de la construction étaient habituellement situées aux raccords, ce qui est conforme au mécanisme de résistance vers le bas que l'on vient de décrire. À cause de ces contraintes additionnelles (charges), il est difficile de prédire l'ampleur et la répartition des charges de renforcement dans la pratique de conception conventionnelle.

Charges de connexion

La figure 4 montre les charges de connexion pour le renforcement mesurées et calculées (numériques) à la fin de la construction pour le Mur 1. Les charges d'empattement horizontales sont également indiquées sur la figure pour faire ressortir la contribution de la fixation de l'empattement par rapport aux réactions de la colonnne à parement dur. Les données indiquent que les simulations numériques pouvaient saisir à la fois la tendance mesurée et l'importante des charges de connexion dans le renforcement.

Figure 5 : Charges d'empattement et de connexion pour le renforcement mesurées, calculées (numériques) et prévues (analytiques) à la fin de la construction pour le Mur 1 :

La figure 5 comprend aussi les charges de connexion prévues à la fin de la construction à l'aide de la théorie de Coulomb sur la pression terrestre latérale calculée à l'aide de l'approche de zone de contribution, l'angle de frottement de déformation plane du sol et l'hypothèse selon laquelle l'angle de frottement terre-mur entièrement mobilisé (i.e. ?ps = ? = 44o) (NCMA 1997). Contrairement à la répartition triangulaire prévue, les charges de connexion mesurées sont considérablement plus faibles que les prédictions de Coulomb et plus uniformes par rapport à la profondeur. L'ampleur et la répartition des charges de connexion mesurées dans le mur à surface dure sont le résultat combiné de l'empattement rigide attirant une partie importante des forces terrestres latérales et d'une redistribution possible de la charge de renforcement pendant le mouvement extérieur induit par la construction de la colonne de parement. Des observations semblables ont été faites pour les autres murs à surface dure dans le programme d'essai. Par conséquent, une faiblesse des théories conventionnelles sur la poussée des terres appliquées aux murs renforcés avec un parement structural est leur incapacité de représenter la charge qui est encaissée par le pied encastré à la base d'un colonne à parement dur, ce qui constitue donc une source de conservatisme dans la pratique de conception actuelle (c.-à-d. surestimation des charges renforcées).

Références

  1. Itasca Consulting Group 1998. "FLAC - Fast Lagrangian Analysis of Continua" , Version 3.40, Itasca Consulting Group, Inc., Minneapolis, Minnesota, USA.
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