Une nouvelle approche des calculs d'interaction sol-structure

A new approach for soil-structure interaction

Soletanche entreprise 6, rue de Watford, 92000 Nanterre, France

Résumé

Cet article fait la synthèse de la méthode désormais traditionnelle de calculs aux modules de réaction et montre ses insuffisances. Afin de pallier les problèmes ainsi mis à jour, une nouvelle méthode de calculs d'interaction sol-structure est proposée. Ce modèle, dans lequel le sol est modélisé comme un ensemble de ressorts dépendants, est tout aussi simple d'utilisation que celui aux modules de réaction et permet de définir de façon indépendante du chargement les caractéristiques intrinsèques du sol et de la structure. Il permet donc de s'affranchir de la définition d'un module indéfini qui prête toujours à discussion et de se ramener aux propriétés du matériau seul, c'est-à-dire module d'Young et module de cisaillement. Le comportement non linéaire du sol défini par des paliers de plasticité au niveau de la contrainte de cisaillement est aussi intégré au modèle développé. La génération de contraintes de cisaillement permet de mettre en évidence les effets voûtes dans le terrain et ainsi de concentrer les efforts sur les points durs. Basé sur ces principes, un programme de calcul tridimensionnel a été développé afin de traiter les problèmes d’amélioration de terrain par inclusions (rigides ou non rigides) en prenant en compte la couche de répartition éventuelle ainsi que le dallage. Les équations utiles au développement du modèle sont données et des exemples sont traités. En particulier, la notion de module de Westergaard ainsi que la notion d'effet voûte dans les sols sont analysées.

Abstract

This article summarizes the traditional method of soil-structure interaction based on the modulus of subgrade reaction and shows its weakness. In order to avoid these weakness, a new soil-structure interaction model is proposed. This model considers the soil as a set of connected springs which enables interaction between springs. Its use is as simple as the traditional model but allows to define the soil properties independently from the structural properties and the loading conditions. Thus the definition of the modulus of subgrade reaction is unnecessary as each component is defined by its own modulii (Young's modulus and shear modulus). The non-linear soil behavior for the shear stress versus distortion is also incorporated in the model. This feature allows to pinpoint the arching effect in the ground and shows how the stresses concentrate on stiff materials. Based on these principles, a three dimensional program has been developed in order to solve the difficult problem of soil improvement by inclusions (stiff or soft). Also the possibility to take into account a flexible mat and/or a subgrade layer has been implemented. Equations used in the model are developed and a parametric study of the necessary data used in the program is presented. In particular, the Westergaard modulus notion and the arching effect are analyzed.