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Analyse De La Stabilité D'ouvrages En Gabions Cellulaires Par La Théorie Du Calcul À La Rupture

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Analyse De La Stabilité D'ouvrages En Gabions Cellulaires Par La Théorie Du Calcul À La Rupture Analyse de la stabilité d’ouvrages en gabions cellulaires par la théorie du calcul à la rupture Alain Corfdir To cite this version: Alain Corfdir. Analyse de la stabilité d’ouvrages en gabions cellulaires par la théorie du calcul à la rupture. Matériaux. Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1997. Français. tel-00523026 HAL Id: tel-00523026 https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00523026 Submitted on 4 Oct 2010 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires abroad, or from public or private research centers. publics ou privés. 4/s ¿o *">sV«) V THESE présentée pour l'obtention du diplôme de DOCTEUR DE L'ÉCOLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSÉES Spécialité : Structures et Matériaux par Alain CORFDIR Sujet de la thèse : ANALYSE DE LA STABILITÉ D'OUVRAGES EN GABIONS CELLULAIRES PAR LA THÉORIE DU CALCUL À LA RUPTURE soutenue à Paris le 7 mars 1997 devant le jury composé de : Président : J. SALENÇON Rapporteurs D. AUBRY S. TURGEMAN Examinateurs Ph. BISCH P. de BUHAN J.-B. KOVARIK INV04705 Remerciements Je remercie tout d'abord les personnalités du monde scientifique et technique qui m'ont fait l'honneur de participer à mon jury : Denis AUBRY, Philippe BISCH, Patrick de BUHAN, Jean-Bernard KOVARIK, Jean SALENÇQN, Sylvain TURGEMAN. J'ai une gratitude toute particulière envers Jean SALENÇON qui a présidé le jury. Mais l'origine de cette gratitude remonte bien avant. Ses cours à l'ENPC ont joué un rôle décisif dans mon intérêt pour la mécanique. Au cours de cette thèse, j'ai pu bénéficier de ses conseils durant de longues discussions avec lui. J'ai une lourde dette envers Denis AUBRY et Sylvain TURGEMAN, qui ont accepté la tâche de rapporteurs malgré de multiples obligations et qui m'ont fait de si utiles remarques. Je dois dire toute ma reconnaissance envers Patrick de BUHAN qui a accepté de diriger ma thèse pariant ainsi avec moi sur ma capacité d'entreprendre une activité scientifique après une dizaine d'années dans des fonctions plus administratives. 11 faut louer aussi sa disponibilité, ses indications toujours précieuses. Il faut également rappeler son rôle déterminant dans la création puis la direction du CERCSO qui a été mon centre d'accueil pendant cette thèse. Une part importante de ce travail a été réalisée dans le cadre d'un programme de recherche rassemblant la société sidérurgique ARBED, le BUREAU VERITAS et le Service Central Technique des Ports Maritimes et des Voies Navigables. Ceci a permis de nombreux et très intéressants échanges de vue avec notamment Marie- Pierre BOURDOUXHE, Jean-Michel MOULIN, René SALGUES, Alex SCHMITT (ARBED), Didier BERDIN, André ISNARD, Jean-Marc LOCCI (BUREAU VERITAS), Olivier PIET et Jean-Bernard KOVARIK (STCPMVN). Je dois également remercier les collègues du CERCSO qui m'ont soutenu qui par des conseils ou des références, qui par son enthousiasme communicatif ou sa contribution à la bonne ambiance générale : Luc DORMIEUX, Samir MAGHOUS, Daniel AVERBUCH, Arnaud BEKAERT, Emmanuel BOURGEOIS, Arnoult CUVILLIER, Denis GARNIER, Bruno SUDRET, ainsi que notre secrétaire Monique RAZUREL. Je n'oublie pas non plus les chercheurs du LMS, trop nombreux pour les citer individuellement ni des collègues d'autres spécialités comme Damien LAMBERTON et Bernard LAPEYRE. Enfin, j'ai toujours trouvé un soutien efficace dans le service de documentation auprès notamment de Christiane BAUDRY, Marie-France FERTE, Brigitte JUDICKAS, Christine HARRAUDEAU et Sabine DOUIHECH. SOMMAIRE Avant-propos 3 Chapitre 1 Introduction 1.1 Constitution de îa cellule de gabion 5 1.2 Géométrie des gabionnades 9 1.3 Aperçu historique 12 1.4 Utilisation des gabions cellulaires 14 1.5 Les méthodes de dimensionnement classiques 15 1.6 Nouveaux développement sur le dimensionnement 2 4 1.7 Utilisation du calcul à la rupture 2 7 Chapitre 2 Modélisation du gabion 2.1 Modélisation mixte 31 2.2 Critère de résistance pour le remblai 3 2 2.3 Critère de résistance pour la coque 3 3 2.4 Résistance des interfaces 3 8 Chapitre 3 Étude statique du gabion isolé sous poids propre 3.1 Étude statique en négligeant la résistance à la flexion des palplanches 4 5 3.2 Etude du problème auxiliaire d'une coque cylindrique soumise à une 5 3 pression hydrostatique 3.3 Application à la cellule de gabion isolée sous poids propre 8 5 Chapitre 4 Étude cinématique du gabion isolé sous poids propre 4.1 Rappel des travaux antérieurs 8 9 4.2 Construction de champs symétrisés 9 0 4.3 Mécanismes sans frottement rernblai/substratuni 9 2 4.4 Mécanisme sans glissement remblai/substratum 100 4.5 Prise en compte des effets hydrauliques 120 4.6 Etude cinématique du gabion isolé sous moment de renversement 132 4.7 Récapitulatif 136 1 Chapitre 5 Étude statique de la gabionnade sous poids propre 5.1 Introduction 139 5.2 Étude en configuration initiale 144 5.3 Équilibre membranaire d'une gabionnade 159 5.4 Prise en compte de la résistance des palplanches à la flexion longitudinale 171 5.5 Récapitulatif 182 Chapitre 6 Étude cinématique de la gabionnade 6.1 Travaux antérieurs 185 6.2 Étude d'un mécanisme ne faisant pas jouer l'effort... 186 6.3 Étude d'un mécanisme avec interface lisse à la base 203 6.4 Étude cinématique avec interface frottante à la base 213 6.5 Récapitulatif 231 Chapitre 7 Comparaison avec les résultats antérieurs 7.1 Comparaison avec des ouvrages réels 235 7.2 Comparaison avec des essais sur modèles réduits 247 7.3 Comparaison avec des méthodes de dimensionnement classiques 255 7.4 Récapitulatif 257 Chapitre 8 Conclusions 8.1 Apports de la modélisation utilisée 259 8.2 Principaux résultats 260 8.3 Perspectives 262 Annexes Annexe A Application à un talus renforcé par une répartition surfacique de tirants 265 Annexe B Cas du cylindre appuyé ou encastré 279 Annexe C Cas de détermination de la solution exacte pour le problème du gabion 291 isolé sous poids propre Annexe D Etablissement des équations d'équilibre des coques par la méthode des 303 puissances virtuelles Références bibliographiques 313 2 Avant-propos L'objet de ce mémoire est l'application des méthodes du calcul à la rupture à l'étude de la stabilité de cellules de gabion et de gabionnades (assemblages de plusieurs cellules de gabions). Ces ouvrages sont constitués d'une enceinte de palplanch.es métalliques remplie d'un remblai frottant. Ils sont utilisés dans des sites portuaires ou fluviaux comme soutènements ou comme batardeaux. Bien qu'utilisés depuis plus de 80 ans, leur fonctionnement mécanique n'est qu'imparfaitement compris et des accidents surviennent encore, y compris en cours de construction. Les règles de dimensionnement utilisées sont largement issues de l'expérience et non pas sur des fondements théoriques rigoureux. L'emploi des méthodes fondées sur la théorie du calcul à la rupture (Salençon, 1983,1990,1993-b) peut contribuer à fonder le dimensionnement de ces ouvrages sur des bases rigoureuses. Des travaux antérieurs ont déjà appliqué le calcul à la rupture aux gabions. Il faut citer Dormieux et Delaurens (1991) pour l'étude d'une cellule de gabion isolée et Buhan, Dormieux et Maghous (1992) pour l'étude cinématique d'une gabionnade. Le calcul à la rupture des gabions cellulaires présente plusieurs particularités : - géométrie authentiquement tridimensionnelle - modélisation mixte des éléments constitutifs (enceinte de palplanches modélisées comme une coque, matériau de remblai modélisé comme un milieu continu 3D). Les travaux antérieurs utilisant le calcul à la rupture ont toujours considéré des cinématiques dans lesquelles les palplanches restaient droites. La modélisation coque des palplanches permettra notamment d'envisager des cinématiques avec des déformations en flexion des palplanches ce qui correspond à certaines observations d'accidents ou de modèles réduits à grande échelle. On peut alors concevoir de nouvelles cinématiques aboutissant à des résultats plus précis ou intégrant l'effet de la poussée d'un remblai. Nous considérerons également dans les études statiques la contribution due à la résistance à la flexion des palplanches ce qui n'était pas le cas jusqu'à maintenant. 3 Donnons maintenant le plan général de ce mémoire. Un premier chapitre introductif permettra de rappeler la constitution des gabions et des gabionnades, leurs utilisations et leurs méthodes de dimensionnement. Le chapitre 2 donnera les bases de la modélisation des gabions que nous utiliserons dans la suite. On précisera notamment les critères de résistance des différentes parties constitutives des gabions. Le chapitre 3 donnera une étude statique de la cellule de gabion isolée prenant en compte la résistance à la flexion des palplanches. Pour mener à bien cette étude, nous procéderons à l'examen d'un problème auxiliaire de calcul à la rupture : celui d'une coque cylindrique soumise à une pression hydrostatique interne. Le chapitre 4 sera consacré à l'étude cinématique de la cellule de gabion isolée. Deux cas d'interface remblai/substratum seront envisagés. Diverses cinématiques seront utilisées, soit qu'elles proviennent de la symétrisation de mécanismes par blocs, soit qu'elles soient obtenues comme solution d'une équation aux dérivées partielles. Le chapitre 5 commencera l'étude de la gabionnade par l'application de la méthode statique. On envisagera cette étude dans la configuration initiale et dans une configuration déformée d'équilibre membranaire. On étendra également les résultats du chapitre 3 au cas des gabionnades ( évaluation du supplément de chargement supportable dû à la résistance à la flexion des palplanches).
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