Développements récents

Slake: votre nouveau logiciel pour l’analyse du risque de liquéfaction

(Parution Lettre Terrasol – Juin 2019)

Slake est le dernier-né des logiciels Terrasol : il est dédié à l’analyse quantitative de l’aléa de liquéfaction des sols sous sollicitations sismiques par application de la méthode semi-empirique directe dite « NCEER » (Youd et Idriss, 2001).

La phase de beta-test se termine et Slake sera commercialisé dès cet été. Nous aurons l’occasion de le présenter lors du Salon Solscope les 26 et 27 juin à Marseille.

Pour plus d’informations

M. Hocdé et M. Huerta

Vers de nouveaux Eurocodes structuraux et géotechniques

(Parution Lettre Terrasol Juin 2019)

TERRASOL a toujours été très impliquée dans les activités de recherche et développement, ainsi que dans les actions de  normalisation. Dans le cadre de la mise en place de la seconde génération des Eurocodes, TERRASOL participe actuellement aux travaux de la dernière équipe projet en charge de la version finale des trois nouvelles parties de l’Eurocode 7 qui sont à finaliser pour avril 2021. Le vote de ce nouvel Eurocode 7 (et des autres Eurocodes) devrait intervenir en 2022, pour une application probable en 2024.

Le nouvel Eurocode 7 traitera de nouveaux sujets : simplification des formats de sécurité, gestion de la fiabilité des études, effets de l’eau, charges dynamiques et cycliques, mécanique des roches, etc. L’objectif est de disposer d’une norme européenne de conception géotechnique facilement applicable en Europe, mais aussi et surtout hors Europe, en promouvant les différentes facettes de l’ingénierie européenne. Il s’agit ainsi de tirer profit des principaux savoir-faire européens pour optimiser les ouvrages géotechniques et rendre l’ingénierie européenne réellement compétitive.

Au niveau français, il s’agira ensuite de mettre à jour les différentes normes d’application nationale de l’Eurocode 7, et le cas échéant de proposer de nouvelles normes détaillant les sujets complémentaires abordés.

S. Burlon

Concilier une approche théorique avec les besoins concrets sur les projets

(Parution Setec Mag Décembre 2018)

S’associer à la recherche scientifique dans une démarche d’innovation et de progrès fait partie de l’ADN du groupe Setec en général, et de Terrasol en particulier. A la clé, pour les ingénieurs-chercheurs, la possibilité d’abolir les frontières entre théorie et pratique en se confrontant à la réalité, et pour Setec, l’opportunité d’insuffler les technologies de pointe dans ses projets en les rendant applicables au sein de l’entreprise.

« Nous encourageons nos ingénieurs à mettre en pratique et à utiliser dans leur quotidien les résultats de leurs travaux de recherche, en lien notamment avec notre activité logiciels. Actuellement, nous avons chez Terrasol deux ingénieurs en thèse CIFRE et huit ingénieurs docteurs, dont certains ont réalisé leur thèse chez Terrasol. Par ailleurs, nous entretenons des liens étroits avec les écoles, que ce soit à travers des activités de recherche ou d’enseignement (en formations initiale et continue).

Au total, nous sommes présents dans une vingtaine d’écoles. Cela nous permet de former de jeunes ingénieurs, de les familiariser à nos logiciels, de les recruter également, et de tisser des liens avec des futurs partenaires et clients. »

F. Cuira

Pour accéder à l’article complet : site web du groupe Setec ou article au format pdf.

Des macro-éléments pour étudier la réponse sismique des fondations superficielles et profondes

(Parution Lettre Terrasol Décembre 2018)

Terrasol poursuit son activité de création d’outils de calcul originaux en s’intéressant au développement de macro-éléments permettant d’approfondir la notion de stabilité sismique par une estimation des déplacements irréversibles post-séisme. L’objectif est de quantifier de manière plus réaliste les efforts inertiels transmis par la structure portée à ses fondations. La prise en compte de déplacements irréversibles, même minimes, permet de diminuer de manière notable ces efforts par rapport à un calcul supposant un comportement linéaire élastique.

Pour le calcul sismique des fondations profondes, Terrasol s’est ainsi engagée dans un travail de thèse CIFRE, en collaboration avec l’IFSTTAR et l’Ecole Centrale de Nantes, en vue de développer un macro-élément capable d’estimer l’impédance dynamique d’un groupe de pieux, en tenant compte des effets non-linéaires qui caractérisent l’interaction pieu/sol/structure. Ce macro-élément est en cours de calibration à partir de modélisations numériques et physiques en centrifugeuse.

S’agissant du calcul sismique des fondations superficielles, nous assurons une mission de Recherche et Développement pour le compte d’EDF-TEGG, visant à implémenter dans Code_Aster un macro-élément sismique représentant la réponse d’une fondation superficielle étendue de type radier. En parallèle,  nous venons de mettre au point un outil de calcul autonome, appelé FONDSIS, basé sur une extension du modèle « brochette » au cas d’un calcul non-linéaire : la structure portée et le terrain de fondation sont représentés par un ensemble de masses, de ressorts et d’amortisseurs ; l’interface sol/structure est dotée d’un mécanisme de plasticité traitant les effets combinés de poinçonnement, de glissement et de décollement.

S. Burlon et F. Cuira

Pour une meilleure prise en compte de l’interaction sol/structure

(Parution Lettre Terrasol Juin 2018)
La conception et le dimensionnement des fondations et des constructions (bâtiments, tours, ponts, etc.) reposent actuellement sur l’utilisation des Eurocodes, avec la combinaison de différents facteurs partiels permettant d’atteindre un coefficient de sécurité global acceptable tant pour les états limites de service et que pour les états limites ultimes. Tout projet de construction s’appuie donc sur ces textes pour garantir des niveaux de fiabilité et de robustesse satisfaisants.

Néanmoins, du fait du découpage actuel de ces textes normatifs (Eurocode 1 pour les actions, Eurocode 2 et 3 pour les structures en béton armé ou précontraint et les structures en acier, Eurocode 7 pour le dimensionnement géotechnique, et Eurocode 8 pour le dimensionnement sismique), et aussi de l’ingénierie, qui distingue l’ingénierie des structures et l’ingénierie géotechnique, les justifications des fondations d’une part, et de la superstructure d’autre part, sont souvent menées séparément. Chaque ingénierie cherche ainsi à atteindre les niveaux de sécurité requis, sans nécessairement prendre en compte l’interaction qui existe entre la structure et ses fondations.

Depuis plusieurs années, TERRASOL engage sur chacun de ses projets un dialogue avec l’ingénierie des structures pour mener de front la conception et le dimensionnement des fondations et des structures. Cet échange permet de mettre en application les bases de l’interaction sol-structure et ainsi d’optimiser globalement le dimensionnement des ouvrages, c’est-à-dire d’aboutir à des projets moins coûteux tout en garantissant toujours de meilleurs niveaux de fiabilité.

L’interaction sol-structure suppose le calcul des déplacements de la structure en adéquation avec celui des fondations. Pour mettre en pratique ce principe, TERRASOL développe tout une gamme de logiciels permettant de calculer les déplacements verticaux et horizontaux des fondations. Ces logiciels sont basés sur des méthodes de calculs hybrides au sens où ils couplent le comportement de la structure et du terrain. Ils sont développés pour des applications spécifiques, ce qui permet de diminuer grandement les temps de calcul et de procéder rapidement aux études paramétriques à mener pour tout projet de construction. Il ne s’agit donc pas ici d’utiliser des codes de calcul généralistes complexes souvent lourds à manipuler.

Longtemps, le calcul du tassement des fondations a été un problème car il met en oeuvre des méthodes complexes basées sur la théorie de l’élasticité. Mal maîtrisée, cette théorie fournit souvent des résultats pessimistes quant à l’évaluation des tassements. Afin de dépasser ce stade, TERRASOL a engagé à l’occasion du Projet National ARSCOP (nouvelles Approches de Reconnaissance des Sols et de Conception des Ouvrages géotechniques) un travail de développement sur les modules de la suite logicielle FOXTA afin d’y intégrer les spécificités du comportement des sols dans la gamme des faibles déformations. La prise en compte de ce type de comportement permet d’améliorer les prévisions de tassements et ainsi d’optimiser significativement la conception des fondations au-delà des coefficients de sécurité. Dans le cas particulier du module TASPLAQ, il s’agit de lier le module de déformation du sol, souvent mesuré avec le pressiomètre, au niveau de déformation ou de contrainte.

F. Cuira et S. Burlon

Analyse du risque de liquéfaction

(Parution Lettre Terrasol Décembre 2017)
Terrasol est fréquemment sollicitée pour des analyses d’aléa liquéfaction (par SNCF, EDF, CEA, …). Celles-ci sont aujourd’hui quasi systématiquement conduites par recours à la procédure semi-empirique dite « NCEER »,  formalisée par Youd et Idriss (2001), à la suite des séminaires NCEER/NSF de 1996/1998.

Elle repose sur l’introduction de facteurs de sécurité basés sur la comparaison entre la contrainte de cisaillement induite par le séisme de projet (CSR) et la résistance au cisaillement cyclique des matériaux du site (CRR),  déterminée à partir de l’exploitation d’essais in situ.

Ces études sont l’occasion de relever les ambigüités, voire les insuffisances, des guides de recommandations spécifiques et de l’arsenal normatif existant.

Terrasol mène à ce sujet une réflexion sur les principaux points d’achoppement de l’implémentation de la procédure NCEER dans le cadre normatif applicable aux différentes catégories d’ouvrages et en lien avec les hypothèses initiales du domaine de validité définies par ses auteurs, réflexion qui se traduit dans la pratique par le développement en cours d’un logiciel dédié.

Cet outil incorporera des indicateurs complémentaires existant dans la littérature (disposition spatiale des épaisseurs liquéfiables cumulées, indice de potentiel liquéfaction, indice de gravité vis-à-vis de la liquéfaction),
qui, associés à l’évaluation des tassements sismo-induits, permettront d’apporter un éclairage spatial à l’analyse restreinte aux facteurs de sécurité, ouvrant la perspective à des cartographies multicritères de l’aléa.

M. Hocdé et F. Cuira

Variabilité spatiale : application aux barrages en terre

(Parution Lettre Terrasol Décembre 2017)
Les justifications des ouvrages géotechniques suivent généralement des approches déterministes avec prise en compte de coefficients de sécurité partiels ou globaux. Ces coefficients sont évalués pour que dans les cas courants, le niveau de sécurité de l’ouvrage respecte les
probabilités de défaillance (ou les indices de fiabilité) imposées dans les documents normatifs.
Ils considèrent une incertitude type sur la donnée d’entrée au sein du calcul.
Nous développons à TERRASOL, en collaboration avec EDF / CIH, une approche pour apprécier la dispersion spatiale des paramètres de dimensionnement sur l’indice de défaillance.
Utilisant la position de la donnée d’entrée géotechnique afin d’optimiser le calcul, elle ne considère plus la dispersion naturelle comme une véritable incertitude de mesure mais comme une information supplémentaire à intégrer au calcul.

La méthode consiste à définir des distances et modèles de corrélation spatiale des paramètres géotechniques. Le modèle est alors divisé en macro-éléments indépendants, de dimensions comparables aux distances de corrélation. C’est ici le krigeage qui est adopté.

C’est une méthode d’interpolation intégrant la corrélation spatiale, capable d’évaluer l’espérance et l’écart-type de l’erreur pour chaque macro-élément en fonction de la position de la donnée. L’écart-type est alors le plus faible au niveau de la position de la donnée. Le krigeage est associé à la méthode probabiliste des surfaces de réponse, ou RSM. Rapide et fiable, cette méthode permet, à partir d’un nombre limité de calculs déterministes, de calculer avec précision un indice de fiabilité β pour l’ouvrage.

La méthode mise au point est testée sur un cas réel d’ouvrage en terre et montre des résultats encourageants. Le niveau de sécurité est augmenté pour cet ouvrage par rapport à l’utilisation de méthodes déterministes ou probabilistes classiques, notamment grâce à la précision apportée sur la localisation des zones critiques du sol.

A. Bergère, H. Pillard et F. Cuira

Etude approfondie du comportement des fondations gravitaires d’éoliennes offshore

(Parution Lettre Terrasol Décembre 2016)
TERRASOL a réalisé pour le compte d’EDF-EN une étude approfondie du comportement des fondations gravitaires d’éoliennes offshore. L’objectif de l’étude était de caractériser le décollement, la raideur et la stabilité de ce type de fondation en considérant différentes combinaisons de charges, stratigraphies et géométries de fondation (circulaire ou annulaire présentant un diamètre intérieur variable).

Plusieurs approches de calcul ont été employées : analytique, semi-analytique à partir de Foxta, et numérique aux éléments finis à partir de Plaxis. L’influence des lois de comportement du sol utilisées dans les calculs aux éléments finis a également été étudiée. Les résultats obtenus ont été comparés aux recommandations existantes sur le sujet (DNV, GLW guideline, Eurocodes, articles de recherche…).

L’étude paramétrique a mis en évidence la pertinence des approches analytiques par rapport à des approches numériques par éléments finis trop simplistes. Mais lorsque la stratigraphie du site ne permet pas d’appliquer les solutions analytiques de la bibliographie, les méthodes numériques simplifiées ou semi-analytiques se révèlent toutefois intéressantes pour caler les modèles de calcul.

J.F. Bruchon et F. Cuira

Le défi de l’ingénierie géotechnique face à la généralisation des modèles numériques

Conférence Solscope 2017
Cette conférence a été présentée lors de l’édition Solscope à Lyon en juin 2017, lors de la matinée consacrée au thème « Géotechnique et transition numérique ». Elle a porté sur les points suivants, largement illustrés par des cas d’études sur des projets réels :

• Apports des modèles numériques dans l’identification desmécanismes de ruine et d’interaction
• Choix des paramètres : la question des modules
• Les couplages hydro-mécaniques
• Quels modèles pour l’avenir ?

La conférence se conclut avec les défis du géotechnicien aujourd’hui dans ce domaine :

• Garantir une continuité avec les approches semi-empiriques =>améliorer état de la pratique en matière de choix de paramètres (ex. PN ARSCOP)
• Faire parler les modèles au-delà des données d’entrée : études de sensibilité notion de diagramme d’interaction
• Opportunité des modèles « hybrides » : perfectionnement (dans la continuité) des approches de dimensionnement usuelles

Le support de la conférence dans son intégralité est disponible ici.

F. Cuira

Interaction sol-fondation : 10 ans de développements scientifiques

(Parution Lettre Terrasol Juin 2016)
Nous avons mené ces dernières années de nombreuses actions scientifiques notamment sur la question de l’interaction sol-fondation. Ces développements, tous motivés par des problématiques concrètes rencontrées au fil des études géotechniques que nous traitons au quotidien, se sont concrétisés par des outils de calcul nouveaux intégrés progressivement à la suite logicielle Foxta. En voici un rapide bilan.

Le développement du module Tasplaq a constitué un grand pas en avant dans la modélisation des radiers et dallages en offrant une méthode de calcul pratique qui s’affranchit de la représentation de type « dalle sur ressorts » tout en évitant le recours à des traitements complets en éléments finis 3D. La méthode s’est révélée efficace dans de nombreux projets d’envergure (Tours de la Défense, EPR UK, …) et a bénéficié de plusieurs évolutions récentes comme le traitement d’un multicouche non horizontal ou la prise en compte des effets de déchargement/rechargement.

Les enseignements du projet ASIRI ont nourri le module Taspie+ qui traite de manière simplifiée les interactions complexes mises en jeu dans un massif renforcé par inclusions rigides. La puissance de la méthode développée réside dans sa capacité à prendre en compte
les effets de rigidité relative sol/inclusion dans la modélisation des mécanismes de transfert de charges. La dernière évolution du module permet d’intégrer les effets de bord dans le cas
d’un nombre limité d’inclusions.

La généralisation des modèles « t-z » et « p-y » telle qu’implémentée dans les modules Taspie+ et Piecoef+ apporte une réponse satisfaisante et rigoureuse à la problématique des effets parasites tenant compte de l’interaction solfondation (frottement négatif, poussées latérales, gonflement, …). Un autre aspect « parasite » propre à la justification des micropieux est celui du flambement. La formulation mathématique de Piecoef+ propose une nouvelle approche pour l’estimation directe de la charge critique de flambement, approche qui permet également d’évaluer les effets de 2nd ordre en présence d’une courbure initiale non nulle.

Le nouveau module Groupie+ dédié aux groupes de pieux permet de traiter aisément dans un seul modèle l’équilibre 3D du système pieux/sol/fondation, et ce en tenant compte des non-linéarités liées à la réponse du sol. Les développements se poursuivent avec comme objectif l’introduction de la souplesse de la semelle de liaison ainsi que le traitement des effets d’interaction pieu/sol/pieu.

Le développement récent des fondations géothermiques a motivé celui d’un nouveau module, appelé Thermopie+, et destiné à l’évaluation des sollicitations thermo-mécaniques dans un groupe de pieux géothermiques liaisonnés en tête par un élément de structure de rigidité quelconque. L’approche proposée rend compte des effets d’interaction pieu/structure/pieu, ce que ne permet pas la modélisation classique limitée à un pieu isolé avec simple liaison élastique en tête.

En parallèle, la prise de conscience récente des enjeux liés au risque sismique nous a amenés à travailler sur des méthodes d’analyse complémentaires permettant de rendre compte pleinement du caractère dynamique des sollicitations sismiques. Ainsi, nous sommes actuellement mobilisés sur les sujets suivants :

• Pieux sous séisme : la réponse sismique d’une fondation sur pieux nécessite en toute rigueur de tenir compte des effets (dynamiques) d’interaction pieu/sol/pieu, ce qui est implicitement ignoré dans les analyses « pseudo-statiques » usuelles. Cela a motivé l’initiation début 2016 d’une thèse CIFRE en collaboration avec AP Consultants, l’ECN et l’IFSTTAR Nantes, qui vise à développer un « Macro-élément » apte à représenter la réponse non linéaire d’un groupe de pieux sous séisme tenant compte des effets fréquentiels.
• Inclusions rigides sous séisme : au-delà du calcul des sollicitations internes sous effets inertiels et cinématiques, la justification parasismique d’une fondation sur inclusions rigides passe par une évaluation des déplacements irréversibles liés à l’effet « fusible » joué par le matelas. Le développement et l’évaluation pratique d’un modèle de type « Newmark généralisé » intégrant les effets d’interaction sol-structure ont été menés dans le cadre d’un partenariat R&D actuellement en cours avec Hyundai Engineering & Construction.

F. Cuira

Conception parasismique des ouvrages de soutènement

Calcul à la rupture (Parution Lettre Terrasol Juin 2016)

La méthode cinématique du calcul à la rupture telle qu’implémentée dans Talren permet d’évaluer les diagrammes de poussée/butée « dynamiques » à considérer pour la justification parasismique des ouvrages de soutènement. Cela permet d’aller bien au-delà du domaine de validité des modèles analytiques usuels tels que celui de Mononobe-Okabe étendu au cas d’un sol cohérent (Okabe, 1924).

Le tableau ci-contre présente le résultat d’une comparaison menée pour un mur soutenant un terrain homogène soumis à un séisme caractérisé par kh = ah/g = 0,3 et kv = 0 : le modèle de Mononobe-Okabe conduit à des résultats strictement identiques à ceux d’un calcul à la rupture restreint à des cinématiques planes (θmax = 0), ce qui correspond à l’hypothèse implicitement introduite dans le problème de Coulomb duquel est dérivé le modèle de Mononobe-Okabe. Une telle hypothèse conduit en revanche à des résultats exagérément optimistes lorsque le terme de cohésion devient prédominant, avec une sous-estimation de la poussée dynamique de plus de 20% par rapport à un modèle plus élaboré explorant des cinématiques en arcs de spirale.

Ce constat est corroboré par l’exemple de la figure ci-contre où l’on s’intéresse à la poussée dynamique à l’arrière d’un mur soutenant un terrain hétérogène. La mise en oeuvre du calcul à la rupture avec des mécanismes en arcs de spirale conduit à une poussée dynamique résultante de l’ordre de 980 kN/ml, une valeur 1,50 fois supérieure à celle issue d’un calcul restreint à des cinématiques planes
(660 kN/ml).

F. Cuira

Logiciel K-Réa : développements en cours et nouvelles fonctionnalités

(parution Lettre Terrasol – Juin 2015)
Nous venons de mettre au point un nouveau moteur de calcul pour le logiciel K-Réa, moteur
dont l’intégration est prévue dans la version commercialisée de K-Réa en début d’automne
2015. Basé sur une formulation entièrement matricielle, ce nouveau moteur permet d’étendre
considérablement les possibilités offertes par le logiciel K-Réa pour le dimensionnement des
projets de soutènement. Parmi les principales nouveautés, on peut relever :

• Traitement automatisé des effets de talus et risbermes par la méthode cinématique du calcul à la rupture (figure ci-contre).
• Traitement direct et sans itérations des projets de double-rideaux, et ce, sans limite sur le nombre de liaisons.
• Généralisation des conditions initiales avec notamment la possi bilité de définir un historique de chargement antérieur à la réalisation de l’écran de soutènement.
• Perfectionnement des conditions d’ancrage : ancrages surfaciques ou ponctuels, élasto-plastiques (plafonnement de la réaction d’ancrage), généralisation des actions de « fluage » et de « pré-contrainte » à tous les types d’ancrage y compris les ancrages de liaison.
• Traitement automatisé des combinaisons de charges sur le terrain et l’écran (indispensable pour les projets portuaires par exemple).
• Gradient hydraulique : possibilité de définir un profil point par point (z, u) de chaque côté de l’écran.
• Calcul aux états limites ultimes : prise en compte des approches 1 et 3 de l’Eurocode 7 (en plus de l’approche 2 déjà intégrée à la version actuelle), analyse de la stabilité du massif d’ancrage (Kranz) étendue aux projets de double-rideaux, vérification automatique de la stabilité du fond de fouille par un modèle de type « renard solide ».

F. Cuira

Conception parasismique et interaction sol-structure

(parution Lettre Terrasol – Juin 2014)
Le risque sismique représente une menace contre laquelle il est impératif de prendre des dispositions permettant d’en minimiser les conséquences matérielles et humaines. Cette approche préventive passe surtout par une conception adaptée des ouvrages considérant pleinement le caractère dynamique des sollicitations sismiques.

Dans les études d’ouvrages géotechniques, la prise en compte du séisme était, jusqu’à un passé récent, principalement abordée par des modèles pseudo-statiques simplifiés permettant de se raccorder aux pratiques usuelles de dimensionnement. Aujourd’hui, l’arrivée des Eurocodes et la prise de conscience récente des enjeux liés au risque sismique font privilégier des modèles de calcul aptes à traiter d’une manière réaliste le comportement dynamique du sol en interaction avec la structure qu’il supporte. Ces modèles, qui exigent de l’ingénieur un regard neuf et éclairé, se heurtent néanmoins à un corpus géotechnique peu développé sur les aspects sismiques et qui privilégie largement les dimensionnements semi-empiriques basés sur le pressiomètre.

C’est dans ce contexte, et grâce à la formation pluridisciplinaire de son équipe, que TERRASOL a développé une pratique confirmée en conception parasismique. Celle-ci requiert une parfaite maîtrise des effets d’interaction sol-structure allant bien au-delà de la simplification radicale consistant à supposer la structure parfaitement encastrée à sa base, une simplification dont les résultats peuvent s’avérer parfois exagérément irréalistes. En pratique, cette interaction peut être analysée en représentant la réponse du sol par des fonctions d’impédances dynamiques (exprimant la raideur et l’amortissement du sol selon le contenu fréquentiel propre de la sollicitation) et en considérant, en toute rigueur, le mouvement sismique affecté par la présence de la structure (interaction cinématique). Ce type d’analyse, qui peut être conduit facilement à l’aide d’un modèle de type SASSI, est régulièrement mis en oeuvre pour la conception parasismique d’installations industrielles existantes ou nouvelles, notamment pour le compte d’EDF et AREVA.

F. Cuira et B. Simon

Classification thermique des sols

(parution Lettre Terrasol – Décembre 2013)
La prise en compte des caractéristiques thermiques des sols dans les projets d’échangeurs géothermiques, d’enfouissement de câbles électriques, ou de chaussées et conduites d’hydrocarbures soumises aux cycles de gel/dégel, représente un enjeu important.TERRASOL en partenariat avec le BRGM et l’université Paris VI a mené une étude pour RTE visant à développer une méthodologie pratique de détermination de la conductivité thermique ds sols basée sur la classification des terrassements routiers dite GTR (NF P11-300).

Cette méthode prend en compte l’état de saturation du massif en s’appuyant sur la détermination des courbes granulométriques synthétiques des différentes classes à partir des points singuliers définis dans la GTR. Une seconde étape permet de définir la relation entre la distribution granulométrique et la teneur en eau caractéristique pour les sols par un modèle empirique simple. Finalement, la conductivité thermique est estimée d’après différents modèles de la bibliographie. Les prédictions obtenues par ces différentes méthodes de détermination de la conductivité thermique ont été comparées avec succès à plusieurs jeux de données couvrant l’ensemble des classes de sol. Cet outil a pu être utilisé pour étudier, avec le module Thermo-Hydro-Mécanique récemment introduit dans Plaxis2D, les flux de chaleur autour de certains ouvrages de référence (un exemple ci-contre, autour d’une tranchée d’enfouissement de câbles haute tension).

P. Reiffsteck

Développements scientifiques récents dans le logiciel Foxta

(parution Lettre Terrasol – Décembre 2013)
L’année 2013 a été marquée pour TERRASOL par une activité scientifique soutenue qui s’est concrétisée par des évolutions notables des moteurs de calcul de plusieurs de nos logiciels, en particulier du logiciel Foxta :

• Le programme Groupie+ bénéficie désormais d’une nouvelle formulation mathématique traitant simultanément et dans un seul système l’équilibre 3D de l’ensemble « fondation + pieux + sol environnant » : cette formulation intègre directement les non-linéarités liées au comportement du sol et permet ainsi de s’affranchir de la complexité de la procédure actuelle qui nécessite des allers/retours entre les trois modules Taspie, Piecoef et Groupie.
• Le programme Taspie++ généralise le modèle de cellule élémentaire en intégrant le cisaillement susceptible de se développer en périphérie de la cellule : cela permet d’aborder le cas d’un nombre fini d’inclusions, d’une file d’inclusions, et plus généralement les effets de bord en périphérie de la zone renforcée (la méthode développée a fait par ailleurs l’objet d’une présentation orale au congrès de Paris 2013).
• Un retraitement de la formulation initiale du programme Tasplaq rend désormais possible la prise en compte d’un multicouche non horizontal avec un pendage défini par couche et par direction. Ces développements, déjà mis à la disposition de nos ingénieurs en interne, seront intégrés à la prochaine version commerciale de Foxta.
  F. Cuira

Incertitudes et analyse de risques en géotechnique

(parution Lettre Terrasol – Juin 2013)
La prise en compte des incertitudes est une préoccupation constante en géotechnique. Tous les acteurs de la profession cherchent à réduire ces incertitudes et leurs effets, en proposant par exemple des actions :

• Visant à réduire les incertitudes sur les données géotechniques, et à mieux anticiper les moyens pour réagir face à ces incertitudes. On peut citer par exemple deux actions «normatives» récentes : l’édition de la recommandation GT32 de l’AFTES sur la caractérisation des incertitudes et des risques géologiques, hydrogéologiques et géotechniques, et la mise à jour en cours de la norme NF P 94-500 qui définit les missions géotechniques et les reconnaissances géotechniques minimales à effectuer dans le cadre d’un projet. Terrasol a participé aux travaux des groupes de travail dans ces 2 cas ;
• Permettant de mieux prendre en compte ces incertitudes dans le dimensionnement des ouvrages, et c’est ce point que nous avons choisi de développer ici, en lien notamment avec les Eurocodes.

En effet, Terrasol a engagé depuis 2009 un travail de recherche et de développement axé sur les techniques d’analyse de risques et leurs applications au dimensionnement d’ouvrages géotechniques. Cela répond d’une part à une forte attente des maîtres d’ouvrage, confrontés à un patrimoine vieillissant et à un corpus technique français peu développé sur le sujet, et d’autre part à des demandes d’optimisation de la part des entreprises dans des contextes de plus en plus complexes, comme par exemple celui des concessions.

Ces techniques s’appuient sur une approche probabiliste dérivée de la théorie de la fiabilité et permettent d’exprimer le niveau de sécurité vis-à-vis d’un mécanisme de ruine donné sous la forme d’une probabilité de défaillance ou de ruine de l’ouvrage.

Ainsi, dans cette approche, les caractéristiques géotechniques sont des variables aléatoires, munies d’une loi de probabilité avec une moyenne et un écart type. Par rapport à un dimensionnement classique par approche déterministe ou semi-probabiliste, la mise en oeuvre des techniques fiabilistes permet soit de sécuriser un ouvrage quand les paramètres géotechniques présentent une dispersion significative, soit d’optimiser le dimensionnement quand cette dispersion est en revanche limitée.

Ce travail s’est conclu par la mise au point d’un outil d’analyse des risques basé sur la méthode approchée « Response Surface Method » (RSM) qui s’est révélée efficace dans ses applications aux ouvrages géotechniques. Cet outil sera intégré progressivement aux logiciels de calcul de Terrasol sous la forme d’un assistant de « dimensionnement fiabiliste » permettant l’évaluation de la probabilité de dépassement d’un état limite prédéfini par l’utilisateur (portance, glissement, tassement, butée…). Les probabilités ainsi obtenues sont à comparer aux valeurs de probabilité cible définies par l’Eurocode 0 pour les états limites ultimes ou de service. La méthode qui a été développée a également vocation à éclairer l’application des Eurocodes lorsque des méthodes numériques comme celle des éléments finis ou des différences finies sont utilisées pour le dimensionnement des ouvrages.

F. Cuira & B. Simon

Modélisation aux éléments finis en 3D des ouvrages géotechniques

(parution Lettre Terrasol – Juin 2013)
Les grands projets nécessitent de plus en plus souvent des modélisations en déformation complexes et aptes à appréhender l’interaction sol – structure. Depuis quelques années, TERRASOL a conduit des modélisations aux éléments finis en 3D pour des ouvrages aussi variés que des soutènements (tour Odéon à Monaco), des fondations de bâtiments complexes (Fondation Louis Vuitton pour la Création, Tribunal de Grande Instance de Paris), des travaux souterrains (prolongement de la ligne 14 du métro parisien), des fondations d’ouvrages d’art (3ème pont sur le Bosphore), etc.

Citons deux exemples récents :

• Pour le nouveau Tribunal de Grande Instance de Paris aux Batignolles, bâtiment d’une hauteur de 160 m (ci-contre), l’objectif de la modélisation 3D était la compréhension du fonctionnement des fondations profondes des trois noyaux de l’ouvrage et de leur interaction avec la géologie complexe du sous-sol parisien. Ce modèle a permis d’affiner l’estimation des tassements et du transfert des charges en fondation mixte.
• Pour la chambre de démontage du tunnelier de la ligne 14, creusée en souterrain au droit de bâtiments anciens du 8ème arrondissement parisien, il s’agissait de montrer que la forme ramassée de l’ouvrage et les méthodes de réalisation retenues contribuent à la maîtrise des tassements.

Ces nombreux cas ont permis de conforter notre savoir-faire, de préciser les limites de ces modélisations, et par là même, d’être en mesure de proposer des approches adaptées aux objectifs recherchés, en fonction du stade d’avancement des études.

A. Beaussier, JP Janin et P. Reiffsteck

Géotechnique et réhabilitation d’ouvrages

(parution Lettre Terrasol – Décembre 2012)
Les projets de réhabilitation des constructions, bâtiments ou ouvrages d’art, intègrent une composante géotechnique qui doit chercher à répondre à la fois aux impératifs techniques et aux enjeux du Développement Durable. On doit en effet viser une réutilisation maximale des fondations existantes pour limiter les travaux de démolition et de reconstruction, et minimiser la consommation de matériaux neufs. TERRASOL est actuellement engagée sur ces sujets à la fois :

• dans un projet de recherche intitulé Rufex (RéUtilisation de Fondations EXistantes) dans le cadre du pôle de compétitivité Advancity, visant à développer l’utilisation du Sol Mixing avec outil rétractable (Procédé Solétanche- Bachy) pour le renforcement de plateformes ferroviaires sans dépose de la voie, et de fondations existantes de bâtiments ;
• et dans divers projet de réhabilitation de bâtiments en région Parisienne : les anciens entrepôts Calberson, situés Boulevard Mac Donald (pour en faire bureaux et logements), la réhabilitation du secteur Est du campus de Jussieu, et un ancien centre de tri postal à Pantin réaménagé en Data Center.

Dans de tels contextes, les problématiques géotechniques apparaissent nouvelles par rapport à un projet neuf, et conduisent à développer des méthodologies d’étude qui diffèrent largement de celles des projets neufs :

• pour réutiliser les fondations existantes, il faut bien les connaître, et donc, alors que les plans de récolement des constructions ne sont pas toujours disponibles, mettre en oeuvre des moyens d’investigation et de contrôle de la géométrie des fondations existantes, de la qualité du béton, etc ;
• dans les cas où la réhabilitation conduit à une augmentation des charges, il faut soit renforcer les fondations existantes soit en créer de nouvelles, ce qui soulève des questions de redistribution des charges, intégrant toutes les phases de construction, depuis la démolition jusqu’à la reconstruction. Les modélisations sont souvent complexes et doivent intégrer tout cet historique de chargement ;
• et même lorsqu’il n’y a pas de modification significative des charges, l’application des règlements actuels pourrait paradoxalement conduire à renforcer des fondations qui se sont très bien comportées pendant des décennies, au motif qu’elles ne seraient plus règlementaires ?
• enfin, que l’on soit amené à renforcer les fondations existantes ou à en créer de nouvelles, les espaces souvent restreints contraignent à choisir des techniques d’exécution singulières et innovantes, et le tout en minimisant les démolitions sur l’existant.

Nous avons notamment appliqué cette méthodologie à la réhabilitation des entrepôts Calberson, dont la structure avait été conçue à l’origine pour reprendre des charges plus élevées que celles de l’ouvrage futur. Mais les fondations avaient été dimensionnées « au plus juste », et la découverte d’une couche anomalique sous la base des pieux a conduit à renforcer par Jet grouting les fondations existantes en pointe des pieux, leur permettant ainsi de travailler à un niveau optimal. La création de fondations nouvelles sur micropieux fut ensuite la deuxième étape significative du projet. A ce stade, une étude de l’interaction entre ces fondations nouvelles, dites « souples », et les pieux existants plus raides, a été menée pour évaluer au mieux les transferts de charges. Enfin, afin de vérifier le bon comportement de l’ouvrage, mêlant structures nouvelle et ancienne, il a été décidé d’instrumenter et de suivre le comportement du bâtiment dans le temps selon les principes de la méthode observationnelle.

Les projets de réhabilitation s’inscrivent ainsi dans une volonté de concevoir les bâtiments du futur en y intégrant une composante du passé. Et ces projets nous obligent à repenser et revisiter notre savoir-faire en matière d’ingénierie.

A. Guilloux

Logiciel Foxta V3 – Flambement

(parution Lettre Terrasol – Juin 2012)
Un calcul de flambement « direct » a été intégré au module Piecoef+ du logiciel Foxta v3. Il s’est révélé efficace dans de nombreuses études de fondations sur inclusions souples ou micropieux, verticaux ou inclinés, où la problématique du flambement devait être abordée.
La méthode utilisée s’appuie sur la formulation matricielle utilisée dans Piecoef+ et s’affranchit de la limitation des approches analytiques usuelles en fournissant une estimation directe de la charge critique de flambement pour des configurations complexes. Elle permet également d’évaluer les effets de second ordre dans le cas d’un défaut de forme ou d’un chargement latéral concomitant à une charge axiale.

F. Cuira

Contribution de Terrasol au projet de recherche ASIRI

(parution Lettre Terrasol – Décembre 2011)
L’année 2011 a marqué l’aboutissement du Projet national ASIRI consacré au renforcement des sols par inclusions rigides entamé en 2005 après diverses études exploratoires menées dès 1999 avec le soutien de l’IREX et du RGCU. Cela fait donc plus de 11 années que TERRASOL s’est investi dans ce projet coopératif de recherche, dont Bruno Simon a assuré la coordination et la direction technique depuis l’origine.

L’engagement de chacun des 41 partenaires du projet a permis de mener ce projet dans le respect du budget initial (2,4 M€) et en remplissant les objectifs assignés : mieux comprendre les mécanismes de fonctionnement et élaborer des Recommandations pour la conception, l’exécution et le contrôle de ces travaux. L’ouvrage de 360 pages publié fin 2011 par les Presses des Ponts est le fruit de ce travail. Les journées de présentation de ces Recommandations, organisées à Lyon, Paris, Toulouse et Nantes au cours du dernier trimestre, ont souligné l’intérêt porté à ce projet par le monde de la construction en réunissant au total plus de 400 personnes.

L’investissement de TERRASOL dans ce projet a été conséquent puisqu’il représente plus d’une année de temps plein ingénieur depuis 2005. Outre la direction scientifique du projet et la coordination des actions expérimentales et numériques, de nombreuses études ont été engagées en propre pour évaluer les données des chantiers d’essai, participer aux concours de prévision (« benchmark »), élaborer et évaluer de nouvelles méthodes de calcul adaptées à ces ouvrages. Une part de ce travail a nourri l’évolution des modules de calcul Taspie+ et Piecoef+ du logiciel Foxta. Plusieurs articles ont également été rédigés pour présenter des méthodes simplifiées mais efficaces comme par exemple pour le calcul des semelles sur inclusions rigides.

Ce projet illustre de manière exemplaire l’intérêt des projets nationaux pour la recherche en génie civil en général, et en géotechnique tout particulièrement. Le domaine des fondations demeure un champ largement ouvert à l’innovation lorsqu’il peut s’appuyer sur des expérimentations et des acteurs aux compétences complémentaires.

B. Simon