Ruptures scientifiques et innovation

En ce qui concerne le nouveau modèle DEPLA_1, l’état de l’art ne présente aucun élément sur la modélisation numérique de ce type d’ancrage. Des études expérimentales en centrifugeuse ont été menées afin de vérifier la capacité du système proposé à atteindre des profondeurs importantes dans le sol et d’étudier la capacité à l’arrachement de ce système [Chow et al. (2017) et Chow et al. (2018)]. L’originalité du projet ANCRE_EMR est d’effectuer une modélisation numérique en grandes déformations du processus d’installation de l’ancrage DEPLA_1 et d’étudier l’influence des différents paramètres influant sur la profondeur d’ancrage finale.

Concernant l’ancrage hélicoïdal, les études numériques réalisées sur les ancrages hélicoïdaux supposent généralement que ces ancrages consistent en un assemblage de plaques circulaires (pas des hélices) fixées à la tige centrale, ce qui pourrait entraîner une estimation imprécise de la capacité portante de l’ancrage. De plus, ces études ne considèrent pas le processus d’installation de l’ancrage. Ce projet vise à réaliser des analyses tridimensionnelles des ancrages hélicoïdaux par la méthode des éléments finis en tenant compte de la forme exacte des hélices et du processus d’installation de l’ancrage.

Impact technique et économique attendu

  • Les moyens de calcul développés doivent permettre un dimensionnement plus fiable et plus économique réduisant ainsi le conservatisme des approches actuelles.
  • Les outils numériques développés pourront être utilisés par les entreprises du territoire moyennant une formation spécifique.

Dates clés du projet

  • Janvier 2020 - Démarrage du projet
  • Juin 2020 - Elaboration d’un modèle ‘wished-in-place’ de l’ancrage hélicoïdal en vue du calcul de sa capacité portante à l’arrachement.
  • Décembre 2020 - Modélisation numérique du processus d’installation de l’ancrage hélicoïdal et calcul de la capacité portante à l’arrachement de cet ancrage en tenant compte de l’effet de l’installation.
  • Juin 2021 - (i) Modélisation numérique du processus d’installation de l’ancrage DEPLA_1 en vue de la détermination de son potentiel de pénétration dans le sol (ii) Rédaction d’un rapport final et publications - Fin du projet.

Démonstrateur

Dans ce projet, des simulations numériques des deux types d’ancrages (i.e.  le nouveau système d’ancrage DEPLA_1 constitué d’une plaque d’ancrage installée dynamiquement et l’ancrage hélicoïdal) seront effectuées à l’aide de la méthode des éléments finis.

Résultats

L’analyse CEL (Coupled Eulerian-Lagrangian) s’est avérée intéressante (i) pour le calcul de la capacité portante à l’arrachement de l’ancrage hélicoïdal (avec l’hypothèse ‘wished-in-place’) et (ii) pour les simulations du processus d’installation de cet ancrage :

a. Pour le calcul de la capacité portante à l’arrachement de l’ancrage hélicoïdal avec l’hypothèse ‘wished-in-place’, l’analyse CEL était capable de déterminer rigoureusement la capacité portante d’arrachement de ces ancrages contrairement à la méthode des éléments finis classique ; le calcul via l’approche CEL ayant pu être mené jusqu’au bout sans problème de convergence. En effet, l’analyse par l’approche CEL permet de surmonter le problème de distorsion du maillage (induisant un arrêt de calcul) qu’on observe lors des problèmes à grandes déformations comme c’est le cas du problème de l’ancrage hélicoïdal.

b. Pour les simulations du processus d’installation de l’ancrage hélicoïdal, l’analyse par la méthode des éléments finis classique est irréalisable ; cependant, la simulation du processus d’installation à l’aide de l’analyse CEL a été réalisée avec succès.

Les résultats relatifs au calcul de la capacité portante à l’arrachement de l’ancrage hélicoïdal installé dans un sol pulvérulent (utilisant l’hypothèse ‘wished-in-place’ et l’approche CEL) sont les suivants :

a. Pour un chargement vertical, la capacité portante d’arrachement obtenue s’est avérée proche de la solution analytique. Pour un chargement incliné, une légère diminution de la capacité portante d’arrachement a été observée pour les inclinaisons de chargement inférieures à 60° par rapport à la verticale. Pour une inclinaison supérieure à 60°, le taux de réduction observé étant plus élevé.

b. Il a été montré que le pas (pitch) de l’hélice de l’ancrage hélicoïdal n’a pas d’effet significatif sur la capacité portante d’arrachement de l’ancrage. Ce résultat est conforme à celui des tests réalisés à la centrifugeuse géotechnique de l’Université Gustave Eiffel.

c. Un seuil du facteur de capacité portante à l’arrachement est observé lorsque le rapport H/D entre la profondeur d’enfouissement de l’hélice et son diamètre atteint une valeur proche de 6. Ceci est dû à la transition entre un mécanisme de rupture débouchant en surface pour H / D <6 et un mécanisme de rupture localisé en profondeur lorsque H/D ≥6.

d. Un seuil du facteur de capacité portante à l’arrachement est observé lorsque le rapport S/D entre l’espacement entre hélices successives d’un ancrage multi-hélices et le diamètre de l’hélice atteint ~ 4,7. Ceci est dû à la transition entre un mécanisme de rupture global et un mécanisme local lorsque S/D~ 4.7.

Perspectives

Modélisation numérique du processus d’installation de l’ancrage DEPLA_1 en vue de la détermination de son potentiel de pénétration dans le sol.