Des ponts sous pression

Des ponts sous pression

Un ensemble de données de système sol-pieu-pont a reçu un prix 2022 DesignSafe Dataset Award. Il étudie comment le frottement induit par la liquéfaction peut ajouter à la charge structurelle appliquée à une fondation sur pieux lors d’un tremblement de terre. Les données ont été générées en induisant la liquéfaction dans des modèles de sol à l’échelle de l’Université de Californie, Davis Geotechnical Centrifuge. Leur ensemble de données comprend deux expériences bien documentées, l’une avec des dépôts liquéfiables uniformes et l’autre avec des dépôts liquéfiables interstratifiés. Crédit : Sinha et al.

Un pont peut-il résister à un tremblement de terre ? L’une des grandes inconnues est de savoir jusqu’où un pont peut s’installer par rapport aux secousses sismiques, en particulier si les secousses déclenchent une réaction du sol semblable à des sables mouvants appelée liquéfaction.

Des scientifiques de l’Université de Californie (UC), Davis ont compilé les données expérimentales les plus détaillées jamais vues sur la façon dont le frottement induit par la liquéfaction peut ajouter à la charge structurelle appliquée à une fondation sur pieux lors d’un tremblement de terre.

Leur ensemble de données a reçu un DesignSafe Dataset Award 2022, qui a reconnu les diverses contributions de l’ensemble de données à la recherche sur les risques naturels.

L’ensemble de données a également été mis à la disposition du public sur la cyberinfrastructure NHERI DesignSafe.

“Cette recherche aidera à prédire la quantité de fondations sur pieux de tassement si les pieux traversent des dépôts liquéfiables”, a déclaré le co-auteur de l’ensemble de données Bruce Kutter, professeur émérite à l’UC Davis.

“Notre recherche aide également notre compréhension de ce phénomène à aller plus loin dans une direction où nous pouvons prendre en compte le sol et la structure en tant que système depuis la fondation, jusqu’à la superstructure”, a déclaré la co-auteure de l’ensemble de données Katerina Ziotopoulou, une professeur agrégé à UC Davis.

Les ponts modernes sont soutenus par de grandes colonnes appelées pieux enfoncés profondément dans le sol. La liquéfaction, qui est la perte de résistance du sol due au développement de pressions interstitielles excessives pendant les secousses sismiques, peut faire perdre à la couche de sable normalement stable sous le pieu du pont sa résistance au cisaillement.

De plus, lorsque les surpressions d’eau interstitielle se dissipent après l’arrêt des secousses et que le sol retrouve sa résistance en se tassant, cela peut également affecter les pieux qui peuvent alors être entraînés vers le bas.

Le rapport de données contient un certain nombre d’expériences où les scientifiques ont fait varier l’épaisseur et la stratigraphie des couches liquéfiables ; l’intensité des secousses ; et les pieux. Ils ont surveillé la façon dont les forces de frottement descendant sur le pieu de fondation du pont s’accumulent.

Des ponts sous pression

À gauche : Sumeet et Bruce inspectant le modèle (issu du test SKS02) après avoir testé et creusé progressivement. À droite : Sumeet, Bruce et Katerina à côté de la presse de consolidation préparant le modèle pour SKS02. Crédit : Sinha et al.

“Notre ensemble de données a affiné la séquence de tous ces facteurs interdépendants – les secousses, l’augmentation de la pression de l’eau, la dissipation, le tassement et l’augmentation subséquente de la charge axiale. Ces choses se produisent en séquence”, a déclaré Kutter.

Le Dr Sumeet Kumar Sinha, le principal chercheur étudiant diplômé, sous la supervision des professeurs Kutter et Ziotopoulou, a conçu une série de tests modèles à l’UC Davis qui comprenait des profils de sol en couches de sable grossier, d’argile, de sable meuble et de sable dense. Des pieux modèles instrumentés ont été insérés dans les couches de sol.

Des accéléromètres, des transducteurs de pression interstitielle, des potentiomètres linéaires et des marqueurs de tassement ont mesuré l’accélération du pieu et le tassement du sol et du pieu. Le modèle a ensuite été testé sur une centrifugeuse géotechnique de 9 m de rayon équipée d’une table vibrante. Des tests de pénétration au cône, des tests de charge de pieu et des tests de cisaillement des aubes ont été effectués pour déterminer l’état du modèle à différentes phases du test.

Les auteurs décrivent plus en détail leur expérience dans une étude publiée en avril 2022 dans le Journal de génie géotechnique et géoenvironnemental.

“Nous avons développé de nouvelles procédures de suivi des déplacements sans contact avec des caméras et des lignes laser placées au-dessus du modèle”, a ajouté Ziotopoulou. “Et nous avons développé des techniques de traitement d’image afin de pouvoir combiner les deux et d’avoir une idée très claire de la façon dont les pieux déplacent le sol.”

“Nous avons trouvé quelque chose d’inattendu, mais également étayé par les données. Plusieurs mécanismes qui conduisent au tassement des pieux se produisent lors des secousses”, a déclaré Ziotopoulou.

Les scientifiques s’attendaient à ce que la plupart des dégâts se produisent après la fin des secousses.

“Nous avons également appris qu’il était peu probable que le tas s’installe plus que le sol qui l’entoure”, a ajouté Kutter.

C’est une bonne nouvelle pour la conception des ponts, car on pensait auparavant que si les forces de traction sur le pieu étaient importantes, cela pourrait entraîner une chute importante du pieu.

Des ponts sous pression

Gros plan d’un modèle excavé montrant des signes d’ébullition de sable due à la liquéfaction traversant la croûte imperméable. Crédit : Sinha et al.

“Nous n’avons observé un plongement significatif du pieu que lorsque la résistance du sol autour de la pointe du pieu était considérablement réduite par la migration de la pression interstitielle de la couche liquéfiée vers la couche porteuse autour de la pointe du pieu. L’importance de la migration des pressions interstitielles était surprenante. “, a ajouté Kutter.

Les auteurs attribuent le succès de l’expérience à l’ensemble de données et au co-auteur de l’étude Sumeet K. Sinha, maintenant chercheur post-doctoral à l’UC Berkeley.

“Sinha a été exquise en donnant le ton et en dirigeant les efforts pour caractériser les conditions avant, pendant et après les secousses dans chaque composant du système. Nous avons maintenant cette vue complète”, a déclaré Ziotopoulou.

Les auteurs souhaitent que les données soient utilisées par un éventail de chercheurs aussi large que possible, des expérimentateurs aux modélisateurs numériques.

“Nous voulions nous assurer que les données sont suffisamment polyvalentes pour que d’autres expérimentateurs puissent voir comment nous procédions avec nos protocoles, s’en inspirer et en tirer des leçons. Pour les modélisateurs numériques, nous avons fourni à la fois des données brutes enregistrées à la centrifugeuse, mais aussi données traitées pour leur faire gagner du temps lors du traitement », a déclaré Ziotopoulou.

Les auteurs ont reconnu avoir choisi DesignSafe comme plate-forme de données en raison de ses antécédents en matière de sécurité et de stabilité, ainsi que de la flexibilité qu’il offrait.

“J’étais très satisfait de l’agilité que la plate-forme DesignSafe offre à ses utilisateurs pour organiser leurs données d’une manière qui leur semble la plus logique”, a déclaré Ziotopoulou.

Elle a également apprécié la possibilité de générer des numéros d’identifiant d’objet numérique (DOI) sur l’ensemble de données (DOI : 10.17603/ds2-d25m-gg48 et DOI : 10.17603/ds2-wjgx-tb78), ce qui aide d’autres chercheurs à trouver et à référencer les données.

“Il est logique que nos données soient partagées, archivées et disponibles. Les avoir sur DesignSafe signifie qu’elles pourront être utilisées à l’avenir.” Kutter a ajouté.

Dit Ziotopoulou : “Les données et la modélisation nous aident à comprendre le système sol-pieux-pont. Ce ne sont pas des îles. Le sol, les pieux, le bâtiment, ils fonctionnent comme un seul. Et à mesure que nous avançons, nous devrions les aborder comme tels et évaluer leurs interactions.


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Plus d’information:
Sumeet K. Sinha et al, Centrifuge Model Tests of Liquefaction-Induced Downdrag on Piles in Uniform Liquéfiable Deposits, Journal de génie géotechnique et géoenvironnemental (2022). DOI : 10.1061/%28ASCE%29GT.1943-5606.0002817

Fourni par l’Université du Texas à Austin

Citation: Bridges under pressure (2022, 7 juillet) récupéré le 7 juillet 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-07-bridges-pressure.html

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