Développement d’un macroélément pour l’étude des fondations superficielles sous charge sismique

Abstract

This PhD work concerns the elaboration of a method to verify the seismic sustainability of shallow foundations considering 2011 seismic zoning of France. It is a part of a research contract between EDF CEIDRE and IFSTTAR.To this end, a macroelement based model is developed in order to assess nonlinear soil structure interaction. The elastoplastic formulation of the macroelement constitutive model is compliant with the classical plasticity theory. The formulations for the plastic mechanisms are inspired from the applied standard (Eurocodes 7 & 8). The rate dependent response and the effects of the embedment and the soil inertia efforts are taken into account. The parameters for the constitutive model are defined from laboratory or field tests, or calibrated from static finite element method simulations. The calculation cost is significantly reduced due to the simplified modelling of the soil and its non linearities. Another advantage is that the macroelement based tool is formulated in terms of generalized variables (forces and displacements): this promotes its application in the verification of the sustainability of shallow foundations (bearing capacity, sliding, overturning, settlements, translations, rotations and distortions).The macroelement is implemented in the Finite Element software CESAR LCPC. It allows to simulate the static and the seismic behaviour of a shallow foundation. Three alternative approaches to assess SSI through this model are possible. These alternative approaches are explained and tested under static and seismic load.Then, it is used to perform parametric studies involving various input motions derived from earthquake recordings. The seismic response of a simple structure is studied with respect to the input motion key parameters.Finally, the static and seismic behaviour of a real structure is analysed. The structure is founded on a large raft foundation laying on a multi-layered soil. The seismic hazard is defined by five 0.4 g-PGA accelerograms. Verification to the applied standards is performed on the base of the simulation results, considering many features of the seismic behaviourCette thèse vise à développer une méthode pour la justification des fondations superficielles sous charge sismique dans le cadre du nouveau zonage sismique de la France, entré en vigueur en 2011 et des justifications post Fukushima. Elle s’inscrit dans le cadre d’un contrat de recherche entre l’IFSTTAR et EDF CEIDRE.Un modèle basé sur le concept de macroélément est développé pour étudier l’interaction sol-structure (ISS) en prenant en compte les différentes non linéarités. Sa formulation se base sur la théorie de l’élastoplasticité et s’inspire des normes en vigueur (Eurocodes 7 et 8) et. Les différents paramètres sont définis à partir d’essais au laboratoire ou in situ, ou à partir de simulations numériques en conditions statiques. Les coûts de calcul sont réduits du fait que les non linéarités liées à l’interaction sol-structure sont concentrés en des points particuliers du modèle de calcul. L’avantage du macroélément réside dans une formulation en efforts et déplacements, ce qui facilite son utilisation pour la justification des fondations (capacité portante, glissement, décollement, tassements, translations, distorsions et rotations).Le macroélément est implémenté dans le code par éléments finis CESAR LCPC et permet de simuler le comportement statique et sismique d’une fondation superficielle. Trois approches pour la modélisation de la radiation des ondes sismiques dans le sol sont comparées en considérant des chargements statiques et sismiques.Ensuite, des études paramétriques sont réalisées sur une structure en mettant en jeu plusieurs signaux réels. L’influence des différents paramètres de nocivité sur le comportement de la structure est étudiée.Le comportement statique et sismique d’un ouvrage réel est aussi analysé. Il s’agit d’un bâtiment fondé sur un radier reposant sur un sol stratifié. L’aléa sismique est défini par 5 accélérogrames d’accélération maximale égale à 0.4g. Des justifications normatives sont menées en se basant sur les résultats des différentes simulations réalisée