Le sol présente un défi en terme d’analyse géotechnique en raison de son comportement non linéaire et dépendant du cheminement. Les phases de construction doivent obligatoirement être incluses dans l’analyse aux éléments finis (MEF) pour modéliser l’interaction sol-structure afin d’obtenir des simulations plus précises, des estimations plus réalistes et des conceptions plus sûres. Négliger cet aspect critique peut entraîner des distributions de contraintes invraisemblables, des prédictions de tassement moins précises et compromettre la stabilité structurelle. Cet article examine les raisons principales pour lesquelles cette méthode a été adoptée et souligne son importance dans le domaine de l’analyse géotechnique.
- Non-linéarité et historique des contraintes dans le comportement du sol
Le sol ne se comporte pas de manière linéaire lorsqu’il est soumis à une charge, sa réponse dépend de l’historique des contraintes appliquées. La relation contrainte-déformation évolue à mesure que les charges sont appliquées par incrément pendant la construction. Il est essentiel de saisir cette progression pour obtenir une distribution réaliste des contraintes, car les phases de construction modifient incrément la répartition des contraintes, ce qui affecte le tassement et la résistance.
- Application de charge séquentielle
Dans la construction, les charges sont appliquées par incrément lors de l’ajout de couches ou de structures. La méthode des éléments finis qui intègre les phases de construction et simule des applications de charge réalistes permet une prédiction précise des tassements. De cette manière, la surestimation ou la sous-estimation de la réponse du sol, qui peut affecter la stabilité de la structure, est évitée.
- Interaction avec les structures existantes
Dans le cas de projets incluant des structures adjacentes ou existantes, l’impact de la construction par phase sur les bâtiments ou les infrastructures situées à proximité peut être important. L’analyse par phases aide à évaluer les risques tels que le tassement différentiel ou les dommages structuraux.
- Défis propres à la construction
L’analyse par phase permet de parer aux conditions temporaires de construction telles que l’assèchement, le tassement excessif, etc. La simulation de chaque phase permet aux ingénieurs d’identifier à l’avance les défaillances potentielles et de prévoir des mesures d’atténuation pour maintenir la stabilité pendant la construction.
- Conformité aux normes de calcul
Les normes d’analyse géotechniques modernes telles que l’Eurocode 7, soulignent l’importance de considérer les phases de construction dans les analyses. Ces normes requièrent de la part des ingénieurs une évaluation de la stabilité intermédiaire pendant la construction et des performances à long terme du système sol-structure après la construction, et cela nécessite une approche par phases du processus de vérification.
Analyse géotechnique avec phases de construction dans RFEM 6
Après avoir consacré l’importance de l’intégration des phases de construction à l’analyse géotechnique, examinons maintenant comment appliquer cette approche à l’aide du modèle décrit ci-dessous. Le modèle représente un bâtiment en béton armé situé sur un massif de sol, modélisé dans RFEM 6. La structure est composée d’une dalle en béton armé par étage, d’un radier, de poteaux et de voiles verticaux. Les charges appliquées incluent le poids propre du sol, le poids propre de la structure, les charges permanentes et les charges d’exploitation.
Nous recommandons aux néophytes en définition des phases de construction dans RFEM 6 de consulter les articles techniques ci-dessous. Il est important de noter que les phases de construction dans le logiciel sont définies sur la base de deux facteurs principaux : les éléments structuraux actifs pendant une phase donnée et les charges appliquées à cette phase. Par souci de clarté et de concision, le processus sera affiché pour la première phase de construction, accompagné d’un tableau expliquant comment le même flux de travail peut être étendu pour définir les phases suivantes.
- KB 1737 | Définition des phases de construction en termes de modélisation
- KB 1724 | Considération des phases de construction dans RFEM 6
Dans la phase de construction initiale, l’accent est mis exclusivement sur le sol. Pour configurer cette phase, accédez à la fenêtre « Phases de construction » et sélectionnez les onglets « Solides » et « Surfaces », comme le montre la Figure 1. Cette étape garantit l’inclusion du solide de sol ainsi que des surfaces avec des conditions aux limites prédéfinies. Naviguez dans les onglets correspondants pour ajuster le statut des solides et des surfaces. Pour les solides, sélectionnez « Tout », car aucun autre solide n’est affiché dans le modèle à ce stade. De même, dans l’onglet « Surfaces », incluez les surfaces avec des conditions aux limites prédéfinies, en particulier les surfaces numérotées 31 à 47 et 54 à 57, comme le montre la Figure 2. Pour simplifier ce processus, des sélections d’objets prédéfinies peuvent être utilisées, ce qui vous permet d’ajouter tous les éléments concernés en même temps. Cette approche permet non seulement de gagner du temps, mais également une plus grande précision lors de la planification de la phase de construction.
Une fois les modifications structurelles pour la phase de construction définies, l’étape suivante consiste à spécifier les cas de charge actifs pendant cette phase. Cette opération peut être effectuée dans l’onglet « Phases de construction » de la fenêtre « Cas de charge et combinaisons », comme illustré sur la Figure 3. Dans un premier temps, seul le poids propre du sol est considéré et le cas de charge correspondant est assigné en conséquence.
Dans cette étape, vous pouvez introduire des options supplémentaires, modifier la structure, par exemple, comme requis pour la phase initiale considérée (voir la Figure 4). Ceci est essentiel car, dans les analyses utilisant le matériau de sol en durcissement, le matériau doit être linéarisé dans la première phase. Pour cela, ouvrez la fenêtre appropriée et désactivez la non-linéarité du matériau, comme le montre la Figure 5.
Vous pouvez ensuite ajuster les paramètres pour l’analyse statique pour les phases individuelles en ouvrant la fenêtre « Paramètres pour l’analyse statique » à l’aide de l’onglet Général affiché dans la Figure 4. Bien qu’aucun changement ne soit nécessaire pour la phase initiale où la non-linéarité du matériau est désactivée, elle devient importante pour les phases suivantes, telles que PC2, où vous pouvez activer l’option « Équilibre pour la structure non déformée » (voir la Figure 6). Cela permet d’assurer que les déformations restent nulles, vous permettant ainsi de conserver les contraintes du poids propre du sol. Cette étape est cruciale pour déterminer le bon état de contrainte, et assurer que le modèle de matériau fournit la rigidité appropriée.
Lorsque vous examinez les paramètres de la Figure 6, vous pouvez voir que les paramètres pour l’analyse statique pour la phase initiale sont configurés avec un seul incrément de charge. Cependant, étant donné que les charges seront appliquées par phases successives, des considérations supplémentaires sont nécessaires, telles que l’ajustement du nombre d’incréments de charge pour refléter l’évolution des conditions de charge. Pour résoudre ce problème, un nouveau paramètre pour l’analyse statique peut être créé avec un nombre accru d’incréments de charge et assigné aux phases suivantes. Le nombre spécifique d’incréments de charge pour chaque phase de ce modèle est détaillé dans le tableau fourni ci-dessous, permettant un alignement précis sur la séquence de construction.
| Phase de construction : | Suivant : | Objets ajoutés | Cas de charge actif | Modification de structure : | Nombre d’incréments de charge : | Considération supplémentaire : |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PC1 | / | Solide de sol, surfaces avec conditions aux limites | CC4 | Modèles de non-linéarité de matériau désactivés | 1 | / |
| PC2 | PC1 | / | CC4 | / | 1 | Équilibre pour une structure non-déformée (u=0) |
| PC3 | PC2 | Éléments de fondation | CC1, CC4 | / | 2 | / |
| PC4 | PC3 | Rez-de-chaussée : Voiles et poteaux | CC1, CC4 | / | 2 | / |
| PC5 | PC4 | Rez-de-chaussée : Plancher | CC1, CC4 | / | 2 | / |
| PC6 | PC5 | 1er étage : Voiles et poteaux | CC1, CC4 | / | 6 | / |
| PC7 | PC6 | Toiture | CC1, CC4 | / | 6 | / |
| PC8 | PC7 | Charge permanente | CC1, CC2, CC4 | / | 10 | / |
| PC9 | PC8 | Charge d’exploitation | CC1, CC2, CC3, CC4 | / | 10 | / |
| Cas de charge | Charge appliquée |
|---|---|
| CC1 | Poids propre de la structure |
| CC2 | Charge permanente |
| CC3 | Charge d’exploitation |
| CC4 | Poids propre du sol |
Comme souligné dans l’introduction, il est indispensable de définir les phases de construction suivantes de manière à ce qu’elles reflètent avec précision le processus de construction et les charges tout en prenant en compte le comportement du sol de manière réaliste. En suivant le flux de travail décrit pour la phase de construction initiale (PC1 Début) et en appliquant les notes fournies pour les autres phases, les Tableaux 1 et 2 peuvent servir de repère pour définir les phases à suivre. Notez que toutes les phases de construction sont analysées selon une approche géométriquement linéaire, avec la méthode de Newton-Raphson utilisée pour l’analyse non linéaire. Les ajustements aux autres paramètres d’analyse, tels que le nombre d’incréments de charge, sont détaillés dans le tableau ci-dessous.
Une fois les phases de construction définies, l’étape suivante consiste à ajuster les paramètres de génération des combinaisons de charges avant de lancer les calculs. Cela peut être fait dans l’assistant de combinaison pour la situation de projet appropriée. Ici, vous pouvez définir les paramètres de l’analyse et activer l’option permettant de considérer un état initial, permettant ainsi l’attribution des phases de construction définies, comme le montre la Figure 7. Cette méthode permet d’assurer que les combinaisons de charges sont générées pour chaque phase tout en incorporant l’état initial de la phase précédente, offrant une transition transparente et précise entre les phases de construction.
Vous disposez maintenant de toutes les informations nécessaires pour lancer le calcul et analyser les résultats. Par exemple, vous pouvez afficher les déplacements à chaque phase de construction, ainsi que les déplacements finaux correspondant à la phase PC9 terminée, dans laquelle la structure est entièrement construite et toutes les charges sont appliquées. De plus, vous pouvez choisir d’afficher les résultats sous forme de différences dans un incrément de charge dans une phase ou par rapport à la phase précédente (Figure 8). Cela vous permet d’observer les déformations causées par la construction d’éléments structuraux spécifiques ou l’application de charges. La Figure 8 montre par exemple les tassements dus à la construction des éléments de fondation.
Conclusion
L’intégration des phases de construction dans l’analyse géotechnique aux éléments finis est essentielle pour garantir la sécurité, la stabilité et la durabilité des structures. En simulant l’avancement pas à pas de la construction, les ingénieurs peuvent évaluer avec précision le comportement du sol, optimiser les vérifications et aborder les risques potentiels de manière proactive. À mesure que les projets gagnent en taille et en complexité, l’analyse par phase devient de plus en plus indispensable. Avec ses fonctionnalités avancées et ses outils intuitifs, RFEM 6 offre aux ingénieurs une solution puissante pour effectuer des analyses détaillées des phases, et améliore ainsi à la fois l’efficacité et la fiabilité des analyses géotechniques.
Base de connaissance
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