Le sol présente un défi complexe en géotechnique en raison de son comportement non linéaire et dépendant du cheminement. Il est essentiel d'inclure les phases de construction 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 vérifications plus sûres. Négliger cet aspect critique peut entraîner des distributions de contraintes irréalistes, des prédictions de tassement moins précises et une stabilité structurelle menacée. 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 sous charge; sa réponse dépend de l'historique des contraintes appliquées. La relation contrainte-déformation évolue à mesure que les charges sont introduites par incrément pendant la construction. Il est essentiel de saisir cette progression pour obtenir une répartition 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 à l'aide de couches ou de structures ajoutées. La méthode des éléments finis qui intègre les phases de construction et simule des applications de charge réalistes permet de prévoir avec précision les 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 des phases de construction 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 des phases permet de parer aux conditions temporaires de construction telles que l'assèchement, le tassement excessif, etc.
- Conformité aux normes de calcul
Les normes de calcul géotechniques modernes telles que l'Eurocode 7, soulignent l'importance de considérer les phases de construction dans les analyses. Ces normes requièrent des ingénieurs qu'ils évaluent la stabilité intermédiaire pendant la construction et les performances à long terme du système sol-structure après la construction, ce qui 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.
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Pour les nouveaux utilisateurs de la définition des phases de construction dans RFEM 6, nous vous recommandons de consulter les articles de la base de connaissance 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.
- ko 1737 | Définition des phases de construction en termes de modélisation
- ko 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 illustré sur la Figure 1. Cette étape garantit l'inclusion du solide de sol ainsi que des surfaces avec des conditions aux limites prédéfinies. Navigez dans les onglets correspondants pour ajuster l'état 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 appropriés en même temps. Cette approche permet non seulement de gagner du temps, mais également de 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, telles que modifier la structure, selon les besoins pour la phase initiale considérée (voir la Figure 4). Ceci est essentiel car, dans les analyses utilisant le matériau de sol se durcissant, le matériau doit être linéarisé dans la première étape. Pour ce faire, ouvrez la fenêtre appropriée et désactivez la non-linéarité du matériau, comme le montre la Figure 5.
Vous pouvez ensuite ajuster les paramètres de l'analyse statique pour les phases individuelles en ouvrant la fenêtre « Paramètres de l'analyse statique » à l'aide de l'onglet Général affiché dans la Figure 4. Bien qu'aucun changement ne soit nécessaire pour l'étape initiale où la non-linéarité du matériau est désactivée, elle devient importante pour les étapes suivantes, telles que CS2, où vous pouvez activer l'option « Équilibre pour la structure non déformée » (voir la Figure 6). Cela garantit 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, en s'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 de 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 d'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 | / |
| CC6 | PC5 | 1er étage : Voiles et poteaux | CC1, CC4 | / | 6 | / |
| PC7 | CC6 | Plafond de toiture | CC1, CC4 | / | 6 | / |
| CC8 | PC7 | charge permanente | CC1, CC2, CC4 | / | 10 | / |
| CC9 | CC8 | 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 essentiel 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 (CS1 Démarrer) 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 garantit que les combinaisons de charges sont générées pour chaque phase tout en incorporant l'état initial de l'étape 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 CS9 terminée, où 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
Il est essentiel d'intégrer les phases de construction dans l'analyse géotechnique aux éléments finis 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 active. À mesure que les projets grandissent en taille et en complexité, l'analyse par étape devient de plus en plus indispensable. Avec ses fonctionnalités avancées et ses outils intuitifs, RFEM 6 offre aux ingénieurs une plate-forme puissante pour effectuer des analyses détaillées des phases, améliorant à la fois l'efficacité et la fiabilité de l'ingénierie géotechnique.
