Développement d’un modèle analytique d’interaction sol-structure pour l'étude du comportement mécanique des structures soumises à un mouvement de terrain : influence des déformations de cisaillement et de la plasticité

This work is a continuation of the research work conducted in the Géoressources Laboratory and INERIS since several years. It concerns the assessment of the vulnerability of masonry structures influenced by natural or induced ground movements. The origins of the movement are may be, mining subsidence, tunneling, and shrinkage-swelling of clayed ground. The objective of the thesis is to develop an analytical model to evaluate the differential settlement of a structure in relation to the free field ground movement and given a set of phenomena: soil-structure interaction, influence of shear deformations in the structure and the ground, influence of non- linearities induced by the ground yielding. The soil was modeled by Pasternak elements to take into account the influence of shear deformations in the soil, while the building is modeled by the Euler-Bernoulli beam and by the beam of Timoshenko. The possibility of having a gap under the building was also taken into account. The deflection transmission ratio is then calculated and plotted according to are lative stiffness ratio which depend on both the structure and the soil stiffness A numerical model is also developed and results are compared with those of the analytical model. Other results of several numerical and experimental models principally developed at the University of Cambridge are also used for this comparison. Results show significant consistence between all these results. This demonstrates the significance of the analytical soil-structure model developed in this thesisCe travail s'inscrit dans la continuité des travaux de recherche menés au laboratoire Géoressources (Ecole des Mines de Nancy) et à l'INERIS depuis plusieurs années. Il concerne l’évaluation de la vulnérabilité des ouvrages situés dans des zones de mouvement de terrains d’origine naturelle ou anthropique. L’objectif de la thèse est de développer un modèle analytique permettant l’évaluation du tassement différentiel d’un ouvrage soumis à un mouvement de terrain et de calculer le taux de transmission de ces mouvements en fonction de la rigidité relative de l’ouvrage. Le modèle d’interaction sol-structure développé, tient compte de l’influence des contraintes de cisaillement dans le bâti et le terrain et d’un comportement poste-rupture du sol grâce à l’introduction d’une limite de plasticité. Le sol a été modélisé par les éléments de Pasternak afin de prendre en compte l'influence des déformations de cisaillement dans le sol, alors que le bâtiment est modélisé par la poutre d'Euler-Bernoulli et par la poutre de Timoshenko. L’existence potentielle d’un vide (décollement) sous le bâtiment a également été prise en compte dans le modèle analytique développé. Le taux de transmission des mouvements en champ libre du terrain au bâtiment a été calculé et présenté en fonction de la rigidité relative en flexion du bâtiment par rapport au terrain. Pour valider le développement entrepris, les résultats du modèle analytique ont été comparés aux résultats de modèles existants, analytiques, numériques et expérimentaux développés principalement par l'Université de Cambridge. Les résultats obtenus sont très satisfaisants et permettant de confirmer la robustesse du modèle analytique développ