Influence de l'hétérogénéité géologique et mécanique sur la réponse des sols multicouches, Influence of the geological and mechanical heterogeneity on multilayered soils response

M'Hammed Badaoui

Description

Sous la direction de Ahmed Mébarki, Mounir Khaled Berrah
Thèse soutenue le 30 mars 2008: Ecole nationale polytechnique (Alger), Paris Est
Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à établir une formulation probabiliste pour l’analyse du comportement d’un sol multicouche avec des caractéristiques aléatoires. Deux grands axes sont traités : ?la consolidation primaire et ?la réponse sismique des sols multicouches ayant des caractéristiques aléatoires. Nous utilisons les simulations de Monte Carlo associées à des méthodes semi-analytiques adaptées aux sols multicouches avec une stratification horizontale. Nous avons aussi comparés les résultats obtenus à partir de cette formulation à ceux fournis par les règlements parasismiques suivants : RPA 99 (version 2003), UBC 97 et l’EC8. Cette étude a montré que les valeurs maximales des forces de cisaillement à la base des bâtiments variaient substantiellement en fonction de la variation de la hauteur du profil de sol ainsi que de son hétérogénéité pouvant atteindre un rapport relatif de l’ordre de 3 dans les cas les plus défavorables. Ce rapport peut également être inférieur à 1 conduisant à des structures moins économiques
-Formulation probabiliste
-Consolidation primaire
-Réponse sismique
-Spectre de réponse
In this thesis we are interested to establish a probabilistic formulation for the behavior analysis of a multilayered soil with random characteristics. Two main axes are treated: ?primary consolidation and ?seismic response of multilayered soils with uncertain characteristics. We use Monte Carlo simulations associated with semi-analytical methods adapted for the multilayered soils with horizontal stratification. We have also compared the results obtained from this formulation with those provided by the following seismic codes: RPA 99 (version 2003), UBC 97 and EC8. This study showed that the maximum values of the shear forces at the base of the buildings vary substantially according to the variation of the soil profile height as well as its heterogeneity which can reach a relative ratio of about 3 in the extreme cases. This ratio can also be lower than 1 leading to less economic structures
-Probabilistic formulation
-Primary consolidation
-Seismic response
-Monte Carlo
-Thin Layer Method
-Response spectrum
Source: http://www.theses.fr/2008PEST0212/document

Sujets

• Spectre de réponse
• Monte-Carlo

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 290
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

(ALGERIE) (FRANCE)
Département de Génie Civil Ecole Doctorale Matériaux Ouvrages
Durabilité Environnement Structures
(ED MODES)
Doctoratt
Génie Civil
BADAOUI M’hammed’
Magister de l’Ecole Nationale Polytechnique
INFLUENCE DE L’HETEROGENEITE GEOLOGIQUE ET’
MECANIQUE SUR LA REPONSE DES SOLS
MULTICOUCHES
Thèse dirigée par : Pr. BERRAH Mounir Khaled / Pr. MEBARKI Ahmed
Soutenue le 30 mars 2008
Jury :
Président Abdelmalek HAMMOUTENE Professeur, ENP
Rapporteurs Hamid AFRA Directeur de Recherches, CNERIB
Abdelkhalek EL HAMI HDR, INSA de Rouen
Examinateurs Djillali BENOUAR Professeur, USTHB
Smaïn BELKACEMI Maître de conférence, ENP
Invité Mohamed BELAZOUGUI Directeur, CGS
tel-00462182, version 1 - 8 Mar 2010Remerciements

Une thèse de Doctorat ne peut se faire sans l’aide, les encouragements et le réconfort des
personnes rencontrées au cours de son élaboration. Elle est le fruit de nombreuses rencontres,
échanges et collaborations.

Je tiens tout d'abord à remercier le professeur Malek Hammoutène de l’Ecole Nationale
Polytechnique (Alger) d’avoir accepté de présider le jury de cette thèse de doctorat, ainsi que
pour l’intérêt qu'il lui a porté.

Mes remerciements s'adressent ensuite à mes deux rapporteurs de thèse :
- Le professeur Hamid Afra du Centre National d'Etudes et de Recherches Intégrées au
Bâtiment (CNERIB/Alger) pour l’honneur qu’il a bien voulu me faire en acceptant
d’examiner ma thèse de doctorat et pour le regard critique qu'il a apporté sur mes travaux de
thèse.
- Le Docteur Abdelkhalek El Hami de l'INSA de Rouen pour avoir accepté de rapporter ma
thèse en donnant son avis d’expert sur mes travaux.

Je tiens également à remercier le professeur Djillali Benouar de l’Université des Sciences et
de la Technologie Houari Boumediene (Alger) et les Docteurs Smaïn Belkacemi de l’Ecole
Nationale polytechnique (Alger) et Mohamed Belazougui du Centre National de Recherche
Appliquée en Génie Parasismique (CGS/Alger) pour avoir accepté de faire partie de mon jury
de thèse. J’ai recueilli leurs remarques et leurs critiques avec intérêt.

Je tiens également à remercier mes directeurs de thèse, le professeur Mounir Khaled Berrah
de l’Ecole Nationale Polytechnique (Alger) et le professeur Ahmed Mébarki de l’Université
Paris-Est Marne-la-Vallée (France), pour avoir accepté de m'encadrer et pour m'avoir fourni
de judicieux conseils, de part leurs expériences et leurs connaissances. Leur soutien m’a
permis de mener ma thèse dans de bonnes conditions et avec un certain degré de liberté.

Je voudrais ici exprimer ma reconnaissance envers les personnes qui m’ont aidé et soutenu
durant la période de la thèse. Je tiens à remercier pour cela les collègues et amis croisés au
cours de ces années ; je m’excuse de ne pouvoir les citer tous ici. Je mentionnerai toutefois les
collègues du CGS, en particulier Hassan Aknouche pour son aide et Ali Nour et Nacer
Slimani avec qui l’idée a germé, ceux de l’USTHB et particulièrement Nacer Ihaddoudène,
Rédouane Adman, Mustapha Akchiche et Salah Djellab avec qui j’ai partagé mon bureau
sans oublier Azhar, Saida, Karima et Nadia. Et enfin ceux du Laboratoire de Mécanique de
l’Université de Marne-la-Vallée et particulièrement Chantal Corroy pour sa disponibilité.

Je voudrais aussi remercier spécialement les professeurs qui ont contribué à ma formation au
cours de ma scolarité.

Enfin, je remercie chaleureusement ma Mère pour l'attention, le soutien et la confiance
qu'elle m'a donnée au cours de ces longues années. Merci également à ma femme Souhila
pour sa patience et ses encouragements sans oublier Minoucha. Je n’oublierai pas de saluer la
mémoire de mon Père que je n’ai pas bien connu hélas. Un grand merci à ma Grand-Mère
pour ces précieuses prières. Enfin, un grand merci à toutes ma familles et tous mes amis.

tel-00462182, version 1 - 8 Mar 2010Résumé


Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à établir une formulation probabiliste pour
l’analyse du comportement d’un sol multicouche avec des caractéristiques aléatoires. Deux
grands axes sont traités :

 la consolidation primaire et ;
 la réponse sismique des sols multicouches ayant des caractéristiques aléatoires.

Nous utilisons les simulations de Monte Carlo associées à des méthodes semi-analytiques
adaptées aux sols multicouches avec une stratification horizontale.

Nous avons aussi comparés les résultats obtenus à partir de cette formulation à ceux fournis
par les règlements parasismiques suivants : RPA 99 (version 2003), UBC 97 et l’EC8. Cette
étude a montré que les valeurs maximales des forces de cisaillement à la base des bâtiments
variaient substantiellement en fonction de la variation de la hauteur du profil de sol ainsi que
de son hétérogénéité pouvant atteindre un rapport relatif de l’ordre de 3 dans les cas les plus
défavorables. Ce rapport peut également être inférieur à 1 conduisant à des structures moins
économiques.

Mots clés : Formulation probabiliste, Consolidation primaire, Réponse sismique, Monte
Carlo, Thin Layer Method, Spectre de réponse.
















tel-00462182, version 1 - 8 Mar 2010



Influence of the geological and mechanical heterogeneity on
multilayered soils response

Abstract


In this thesis we are interested to establish a probabilistic formulation for the behavior
analysis of a multilayered soil with random characteristics. Two main axes are treated:

 primary consolidation and
 seismic response of multilayered soils with uncertain characteristics.

We use Monte Carlo simulations associated with semi-analytical methods adapted for the
multilayered soils with horizontal stratification.

We have also compared the results obtained from this formulation with those provided by the
following seismic codes: RPA 99 (version 2003), UBC 97 and EC8. This study showed that
the maximum values of the shear forces at the base of the buildings vary substantially
according to the variation of the soil profile height as well as its heterogeneity which can
reach a relative ratio of about 3 in the extreme cases. This ratio can also be lower than 1
leading to less economic structures.

Key words : Probabilistic formulation, Primary consolidation, Seismic response, Monte
Carlo, Thin Layer Method, Response spectrum.


tel-00462182, version 1 - 8 Mar 2010Sommaire
Sommaire
iSommaire ……………………………………………………………………………………...
ivNotations………...
viiiTable des figures ……………………………………………………………………
xListe des tableaux ……………………………………………………………………………...
Introduction……………………………………………………………………......................... 1
1. Introduction…………………………………………………………………………………. 1
2. Objectifs de la thèse………………………………………………………………………… 4
3. Organisation de la thèse…………………………………………………………………...... 4
Chapitre 1 : Etat de l’art sur les milieux aléatoires…………………………………………..... 7
1.1. Introduction .…………………………………………………………………………….. 7
1.2. Sources et Types d’incertitudes ………………………………………………………..... 7
1.3. Domaines d’application des incertitudes ………………………………………………... 8
1.3.1. Caractérisation des propriétés du sol …………. 8
1.3.2. Chargement ...………………………………………………….…………………… 8
1.3.3. Frontières aléatoires ………………………………………….…………………….. 8
1.3.4. Fondations ………………………………………………….…………………….... 8
1.3.5. Stabilité des pentes ..……………………………………….………………………. 9
1.3.6. L’eau dans les sols ………………………………………….………………………. 9
1.3.7. Structures enterrées ………………...…………………......……………………….. 9
1.3.8. Transports …………………………………………….……………………………. 9
1.3.9. Tassements ...……………………………………………. 10
1.3.10. Interaction sol-structure ..……………………………………………...…………. 10
1.3.11. Réponse sismiques des sols hétérogènes ………………………………………… 10
1.3.12. Stratification ……………………………………………………………………... 11
1.3.13. Spectres de réponse ………………………………….…………………………... 11
1.4. Techniques stochastiques utilisées en géotechnique …………………………………… 11
1.4.1. Introduction ………………………………………………………………………. 11
1.4.2. Solutions analytiques ………………………………………………………………. 11
1.4.3. Techniques Approximatives ………………………………………………………. 12
1.4.4. Méthodes numériques ..……………………………………………………………. 12
1.4.5. Méthode des simulations de Monte Carlo …………………………………………. 13
1.5. Variabilité spatiale ……………………………………………………………………… 14
1.5.1. Introduction ……………………..…………………………………………………. 14
1.5.2. Analyse par régre