Seismic Fragility and uncertainty Analysis of Concrete Gravity Dams under Near-Fault Ground Motions

Throughout the world there are numerous concrete gravity dam has been made in areas of very high seismicity with least attention to seismic actions. Dam safety during and after an earthquake, is the objective of the present study. The failure of a dam in a seismic excitation has dramatic consequences in terms of loss of human lives and financial losses. In the present work, an analytical fragility analysis was performed in order to characterize the seismic vulnerability of concrete gravity dams by using a numerical simulation procedure to model sources of uncertainty that could impact dam performance, with combination with non-linear dynamic response analysis. The seismic fragility of concrete gravity dams under near-fault ground motions was performed and compared to assess their performance against seismic hazards. An uncertainty analysis is also carried out to evaluate the effectiveness of the Latin Hypercube Sampling method using different combinations of performance thresholds through fragility analysis. A case study was considered, it is about the dam of Oued el Fodda on the Oued Chelif River, West Algeria. This dam was designed in the early 1930s

Dimensionnement d'une assise de chaussée à base d'un sol latéritique traité au ciment à différents dosages

International audienceCette communication présente deux approches de dimensionnement d'une structure de chaussée. Il s'agit de dimensionner une assise de chaussée à base d'un sol latéritique traité au ciment à différents dosages (3%, 6% et 9% en poids sec du sol) par la méthode américaine de l'AASHTO, qui fait appel à une approche empirique couramment utilisée dans le monde et particulièrement en Afrique subsaharienne. Ensuite, les résultats sont comparés avec ceux obtenus à l'aide de la méthode Française du LCPC (qui fait appel à une approche mécaniste-empirique), en utilisant le logiciel Alizé du LCPC. Enfin, une étude paramétrique est menée afin d'observer l'influence de l'indice CBR, du module d'élasticité, du sol support et du nombre structural sur l'épaisseur de la chaussée

Piles in chalk under axial loading

Chalk exhibits a viscous behavior depending on time and it presents a noticeable creep under constant load. Consequently, piles founded in chalk media may have their design greatly affected. However, the different standards of the design of deep foundations don’t take into account this viscous behavior and its effect on the pile settlement in the long term. This paper deals with the case of piles under monotonic axial loads in chalk. Two methods of predicting pile settlement are developed: the transfer curves method tz, taking into account the viscosity, and the macroelement technique

Thermo-mechanics behaviour of energy pile subjected by monotonic thermal loading

Cet article passe en revue le développement des pieux géothermiques intégrés dans la conception de bâtiments. Il présente le processus physique de transfert de chaleur et l'observation du comportement mécanique des pieux à l'aide de modèles numériques basés sur la méthode des différences finies (FLAC3D). Un modèle préliminaire a été étudié, portant sur la diffusion de la chaleur en régime permanent dans un pieu isolé. Il est constaté que le pieu est en contraction pendant le mode de réchauffement (en hiver) et en dilatation pendant le mode de refroidissement (en été)

Proposition d’une loi t-z cyclique au moyen d’expérimentations en centrifugeuse

Cet article propose une extension de la loi t-z de Frank et Zhao (1982) pour le calcul des déplacements d’un pieu soumis à des charges axiales cycliques. Les potentialités de cette nouvelle loi sont présentées et une comparaison est effectuée entre des résultats expérimentaux issus d’essais en centrifugeuse pour quatre pieux soumis à des charges cycliques et des résultats numériques obtenus au moyen de cette nouvelle loi. Pour chaque cas, le déplacement de la tête de pieu en fonction du nombre de cycles de chargement est analysé. Une discussion est menée pour mieux cerner l’influence de chaque paramètre de la nouvelle loi t-z cyclique développée et envisager les développements futurs à mettre en ½uvr

Importance of the traffic model in the reliability estimation of highway bridges

Road bridges are exposed to stochastic traffic loadings that are not simply determined. The international codes for the design and assessment of highway bridges provide some standard trucks that can be used in the design process. Knowing that the traffic can vary considerably from one bridge to another, standard trucks may lead to poorly estimate the reliability in the assessment process. So, the sensitivity of the reliability indices to the load models will be discussed, on one hand by considering the standard truck given by the French Fascicule 61 and on the other hand by adopting real vehicle data from existing weigh-in-motion station. A set of reinforced concrete bridges will be used for the application

Energy Pile Resistance Calculation Method using Genetic Algorithm

International audienc

Modélisation numérique des problèmes d'interfaces sable-pieu pour les très grands nombres de cycles (développement d'une méthode de sauts de cycles)

Ce travail concerne l étude du comportement des interfaces dans le cas de pieux chargés axialement pour un très grand nombre de cycles. Les principaux points abordés sont relatifs au développement d une part d une loi de comportement comprenant un mécanisme d écrouissage cinématique non linéaire permettant de prendre en compte les chargements cycliques et d autre part d une méthode de sauts de cycles donnant la possibilité de réaliser des économies de temps de calcul conséquents par rapport à une méthode cycle à cycle. Le travail s articule autour de 4 chapitres. Le premier chapitre comprend une synthèse bibliographique relative à la prise en compte des chargements cycliques en géotechnique. Les essais de laboratoire permettant d étudier les phénomènes liés aux chargements cycliques ainsi que les principales méthodes de calcul sont décrits. Le second chapitre aborde le domaine des lois de comportements adaptées à la prise en compte de chargements cycliques. Différentes manières de considérer le problème sont présentées (modèle de Ramber-Osgood, modèle de Mroz, modèle à écrouissage cinématique non linéaire). Une loi de comportement particulière Modjoin (Shahrour, 1997) est présentée. Des évolutions y sont apportées afin notamment de diminuer les phénomènes de rochet et de pouvoir analyser le comportement de structures pour des très grands nombres de cycles de charge et décharge (n>103). Une étude de l ensemble de ses potentialités est réalisée à la fin du chapitre. Le troisième chapitre présente deux exemples d utilisation de cette loi. Il s agit d une part de vérifier si la loi est correctement implémentée et permet de modéliser plusieurs milliers de cycles de charge et de décharge et d autre part d analyser le comportement des deux exemples traités au cours des cycles. Le quatrième chapitre comporte la présentation d une méthode de sauts de cycles . Cette méthode permet de déterminer le comportement de la structure à un cycle donné sans pour autant calculer tous les cycles précédents. Les cycles sont sautés sur la base d une extrapolation des déformations plastiques qui sont injectées dans le modèle sous forme de forces nodales. L extrapolation repose sur un développement limité au second ordre et pour une des variantes de la méthode sur une régression des moindres carrés. Divers développements permettant des gains de temps sont aussi présentés.This thesis deals with a numerical analysis of structure-soil interface under the cyclic loading by finite different method. The principal of this work relates to the development of a constitutive law, including the nonlinear kinematic hardening which allows to simulate the behavior of structure under the cyclic loading. Instead of using a method calculation cycle by cycle, we develop a method called Cycles Skipped , which gives the possibility to reduce the computation time of the simulation. The thesis is organized as follow: The first chapter discusses about the synthesis bibliography of cyclic loading in geotechnical engineering. Based on the laboratory tests, some experimental observations are presented and analyzed in this chapter. Besides, the principal existed methods are presented to describe the behavior of elementary soil or interface under cyclic loading. The second chapter; from the laboratory and in-situ observations, the different models are presented to describe the behavior of structure under cyclic loading. Particularly, a cyclic constitutive law Modjoin in elastoplasticity model (Shahrour, 1997) is proposed and improved to decrease the ratchet phenomenon of cyclic loading for analyzing the behavior of structure under a very large number of cyclic loading (n>103). A deep study of its potential is realized and some numerical applications are presented in this chapter. The third chapter proposes a Modjoin modeling, which involves the validity of this model and the analysis of the behavior of structure under cycles load. Two modelings with thousand cycle loads are carried out to verify that the law is correctly implanted in finite difference code. The fourth chapter concerns about the development of a method cycles skipped which allows to estimate the structure behavior under a large number of loading cycles without calculating cycle by cycle. This method based on an extrapolation of plastic deformation which is injected into the model as the nodal forces. The extrapolation of plastic deformation consists of Taylor s expansion and least squares regression. Finally, some calculations are performed and a comparison of results observed between different methods will be presented.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF

Caractérisation du comportement mécanique d un sable lâche amélioré avec du ciment (application à la technique du Deep Mixing )

Les technologies de mélange de sol en profondeur ( deep mixing ) pour le soutènement des excavations sont de plus en plus utilisées dans le monde. Le mélange de sol en profondeur devient une alternative plus économique aux systèmes traditionnels de soutènement pour les travaux d'excavation, pour la conception des fondations superficielles, l'analyse de la stabilité des talus et de la liquéfaction des sols. Ceci nécessite un développement plus poussé des modèles décrivant le comportement mécanique des sols ainsi améliorés, comme base pour accroitre la sécurité et diminuer les coûts économiques. Cette thèse est basée sur l'étude en laboratoire des caractéristiques de résistance au cisaillement d un sable siliceux modifié avec du ciment de Portland, seul ou en combinaison avec des liants à réactions lentes (pouzzolaniques) comme des fumées de silice et de la chaux. Les effets de la cimentation sur la résistance, la rigidité et le comportement contractant-dilatant du sable cimenté sont étudiés au cours d essais de compression simple, de traction, de cisaillement direct et de compression triaxiale drainée pour des éprouvettes maturées jusqu'à 180 jours. Plus précisément, les modes de rupture, les paramètres de résistance au cisaillement pour le sable lâche et dense, le module de cisaillement et les réponses volumétriques, l'état critique des sols cimentés sont décrits. En outre, cette étude vise à développer une formulation Ready Mix , où le type de liant utilisé et le rapport eau/ciment ou eau/liant jouent un rôle fondamental dans l'évaluation de la résistance visée pour une utilisation en deep mixing de sols granulaires de type SM (resp SP) dans la classification LPC (resp USCS). Le comportement contrainte-déformation des sables cimentés est non linéaire avec une alternance contractance-dilatance. Une augmentation de l'angle de résistance au cisaillement et de la cohésion avec l'augmentation de la teneur en ciment a été observée de façon uniforme. Pour le sable sans ciment, la résistance au pic correspond au taux maximum d'expansion volumétrique, alors que pour le sable cimenté elle représente une condition où la sommation de toutes les composantes prend son intensité maximale. Finalement, la corrélation entre la résistance à la compression simple et l'indice lié à la réaction pouzzolaniques de la chaux et de la fumée de silice a été discutée.The use of deep soil mixing technology for excavation support is growing worldwide. As soil deep mixing becomes a more economical alternative to traditional support systems for excavation, shallow foundation design and analysis of slope stability and liquefaction of soil, the amelioration of models describing the mechanical behavior of improved soil is required, as a basis for cost-effectiveness and a safer design. This work features a laboratory study of shear strength of a loose silica sand modified with Portland cement only or in combination with high curing time binders (due to pozzolanic reactions) such as lime and silica fume. The effects of cementation on the stress strain behavior, stiffness and strength of treated sand are investigated through unconfined compression tests, tensile strength tests, direct shear tests and drained triaxial compression tests, for curing times up to 180 days. More precisely, failure modes, shear strength parameters for loose and dense sand, volumetric responses and critical state of cemented sand are described. In addition, this study attempts to develop a ready mix design procedure, where the type of binder, water/cement or water/ binder ratios play a major part in the assessment of the targeted strength in deep soil mixing applications for loose granular soils (SP in the unified classification). The results show that the stress strain behavior of cemented sands is nonlinear with contractive dilative stages. The stress-strain response is strongly influenced by effective confining pressure and cement content. For uncemented sand, the peak strength occurs for a maximum rate of volumetric expansion, whereas for cemented sand it represents a condition where the summation of all components the maximum intensity become. Finally, the correlation of unconfined compression strength with the index of pozzolanic reaction of lime and silica fume is discussed.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF

Étude numérique du comportement des pieux énergétiques dans les sols granulaires

Les pieux énergétiques constituent une technique récente permettant d une part le chauffage et la climatisation de bâtiments et assurant d autre part le rôle de fondations profondes. Cette technique consiste à mettre en place dans des fondations profondes classiques un système échangeur de chaleur. Le principe de transfert de chaleur est similaire à celui utilisé pour des systèmes échangeurs de chaleur conventionnels : un fluide caloporteur permet d extraire de l énergie thermique du sol durant l'hiver et d en injecter durant l été. Dans le cas de pieux énergétiques, l interaction entre le sol, le pieu et la structure ne fait pas seulement appel à des considérations mécaniques mais exigent de tenir compte d aspects thermiques et hydrauliques, ce qui rend relativement complexe la compréhension globale du comportement d un pieu énergétique. Actuellement, en France, la réalisation effective de pieux énergétiques rencontre un certain nombre de difficultés qui sont en partie liées à une connaissance insuffisante des effets des cycles de température sur la pérennité d un système de fondations constitué de pieux échangeurs de chaleur. L objectif de ce mémoire est d apporter quelques éclairages sur ce sujet, notamment dans le but de contribuer, à terme, à l élaboration de règles de calcul simples de la portance des fondations profondes énergétiques. Tout d abord, une synthèse des phénomènes physiques régissant l interaction thermo-hydro-mécaniques mis en jeu est présentée. Ensuite, considérant le rapport entre le diamètre d un pieu et sa longueur suffisamment faible, les travaux réalisés se focalisent essentiellement sur les problématiques liées à l allongement et au raccourcissement du pieu dans sa direction axiale. Différentes modélisation numériques sont effectuées par la méthode des différences finies pour étudier la réponse de pieux énergétiques dans des terrains sans cohésion en tenant compte de différentes conditions aux limites. Le premier modèle est relatif à un pieu énergétique isolé soumis à une seule charge thermique. Le second traite d un pieu énergétique isolé soumis à une charge axiale mécanique et des variations de température. Le troisième porte sur le comportement des pieux énergétiques appartenant à un groupe de pieux. L analyse porte en particulier sur l'interaction entre ces pieux et les autres pieux classiques. Dans tous les cas, afin de rendre compte correctement des effets cycliques, l interface sol-pieu est modélisée par la loi Modjoin développée au LGCgE. Enfin, un modèle unidimensionnel basé sur la méthode de courbes de transfert de type t z est mis en oeuvre. Une loi t z prenant en compte les effets de chargements cycliques est mise au point. Elle permet notamment de gérer la non-linéarité des phénomènes cycliques et de rendre compte de différents types d écrouissage.The recent technology for the heating/cooling building system, known as thermo-active piles, has effectively reduced the land use area and drilling cost by incorporating the vertical closed-loop heat exchanger pipes into the pile foundations. The heat transfer principle remains the same with the conventional ground heat exchanger system: an extraction of the steady ground temperature during winter and a recharge of the ground thermal energy during summer. Indeed, the energy transfer in the thermo-active pile system is becoming more complex owing to the thermo-hydro-mechanical interaction between the ground, the aquifer, the concrete pile, and the overlying building. Recently in France, the implementation of this novelty faces some difficulties due to the lack of understanding about the potential impact of seasonal temperature cycles on the environmental sustainability and the structural safety. Considering those concerns, this thesis conducts the study of the thermo-active piles behavior and their interaction with the structure and the environment in the intention to optimize the geotechnical design of such piles according to the French design standard for the deep foundations. First of all, a study of the physical phenomena occurring in the entire system under the thermo-hydro-mechanical interactions is conducted. Since the ratio of the pile diameter and the pile length is very small, the temperature variations in the pile affect mainly the pile axial response. Thus, the study interest is narrowed to the impact of temperature cycles on the pile bearing capacity by paying a particular attention on modeling the soil structure interaction with finite difference method. A set of three-dimensional numerical models is performed to understand the thermo-active piles response located in cohesionless soil with consideration of several loading stages and various restraint conditions. The first model concerns a single thermo-active pile subjected to a single thermal load, the second deals with a single thermo-active pile under combined axial mechanical and cyclic thermal loads, and the third one is related to the thermo-active piles located in a group of piles to observe the influence on the other classical bearing piles. The need to properly render the cyclic plasticity behavior in such piles is provided by modeling the interface elements at the soil pile contact zone using the laboratory-developed law named Modjoin law. Otherwise, the load transfer t z method in one-dimensional model can be an alternative solution in the practical geotechnical design, but no t z law that takes into account the cyclic fatigue effects exists yet. This study carries out a development of the existing t z law by integrating the nonlinearity condition and cyclic hardening rules.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF