Validation of Rheological Models of Typical Structures : an Attempt to Work Out an Insurance-Quality Procedure Validation des modèles rhéologiques sur ouvrages types : une tentative de démarche d'assurance-qualité

• Main Author: Meimon Y.
• Format: Article
• Language: English
• Published: EDP Sciences 2006-11-01
• Series: Oil & Gas Science and Technology
• Online Access: http://dx.doi.org/10.2516/ogst:1990033

For four years now, a validation of models for typical structuresgroup has been constituted inside the GRECO group on Rheology of Geomaterialssponsored by CNRS (French National Research Council). It has been working on the development of a methodology for validating rheological models of geomaterials. The aim was to reduce the gap between the theory and the practice of geomechanical computing. In a first step, the group work has been applied to shallow fondations. A complete validation process, which can be understood as an insurance-quality procedure, has been worked out, ranging from validation on the basis of homogeneous laboratory tests to validation based on boundary problems. Partial computerization of validation has been achieved with the help of a suitable software environment. A databank of laboratory and centrifuge tests has been created. An attempt has been made to define qualification criteria for models. Numerous rheological models have been applied, including some relatively sophisticated ones. This work has reached the point where the generalization of the procedure can been foreseen within the wider setting of the validation of geomechanical programs. <br> Les travaux de validation Durant quatre ans (1986-1989), le groupe Validation des Modèles sur Ouvrages Typesdu GRECO CNRS Rhéologie des Géomatériaux , s'est efforcé de développer une méthodologie de validation des modèles rhéologiques de géomatériaux dans le but de réduire le décalage entre théorie et pratique des calculs en géomécanique, en appuyant son travail sur l'ouvrage type fondation superficielleet sur une collaboration étroite entre des équipes universitaires et des centres techniques et industriels. Les principaux travaux du groupe, constitué, d'une part de laboratoires universitaires français ou européen (École Centrale de Lyon (ECL), École Centrale de Paris (ECP), École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE), Institut de Mécanique de Grenoble (IMG), INSA Lyon, Laboratoire de Génie Civil de Lille (LML), Politecnico Milan), d'autre part de centres techniques et industriels (Électricité de France (EDF), Institut Français du Pétrole (IFP), Laboratoire Central des Ponts et Chaussées de Nantes et de Paris (LCPC)), concernent : - un processus complet de validation, que l'on peut comprendre comme une démarche d'assurance-qualité, et qui a été élaboré, de la validation sur essais homogènes en laboratoire à la validation sur problèmes aux limites (fig. 1) ; - la mise en oeuvre de ce processus grâce à l'automatisation partielle de la validation en utilisant un environnement logiciel créé à cet effet (logiciels VALOIS/IFP et MICVAL/LML), et grâce à l'automatisation de la détermination des paramètres de modèles (ADELAP/IFP, PRESS'IDENT/ECL, TRIDENT/INSA Lyon) (fig. 2 à 7) : - une reflexion sur la méthodologie de détermination des paramètres de modèles sophistiqués à partir d'essais in situ (le pressiomètre) qui a été engagée et a abouti au logiciel PRESS'IDENT ; - une banque d'expérimentations d'enfoncement d'embases dans du sable en laboratoire et en centrifugeuse qui a été créée : essais dans l'appareil triaxial à de forts niveaux de contraintes dont l'originalité consiste dans la variété des chemins de sollicitation testés (LML) (fig. 8) ; essais en cuve à faible niveau de contrainte qui ont permis d'analyser la fiabilité des mesures de contraintes dans un massif et le problème délicat de la répétabilité dans différents laboratoires (IMG, INSA Lyon) (fig. 9) ; essais en centrifugeuse sur sable dense, lâche moyennement dense dont la répétabilité a été soigneusement étudiée ainsi que l'influence de la forme de l'embase (circulaire, filante . . . ) (LCPC Nantes) (fig. 10). Ces études ont montré la difficulté à collecter des mesures fiables pour la validation des modèles, en particulier en ce qui concerne les mesures de contraintes dans le massif de fondation ; - une tentative de définition de critères de qualification des modèles par une étude méthodologique sur l'utilisation de la méthode des éléments finis en géomécanique: mise en évidence du niveau minimum d'un modèle pour l'étude de l'ouvrage fondation, étude de la finesse nécessaire de la modélisation, des chemins de contraintes sous une fondation, des problèmes de convergence. . . (programmes PECPLAS/LML, GEFDYN/EDF-COB-ECP, FONDOF/IFP, ELFIM/ENTPE, CESAR/LCPC) (tableau 1 et fig. 11 et 12) ; - l'application de nombreux modèles rhéologiques au calcul des expérimentations citées ci-dessus par la méthode des éléments finis : en particulier, on présente ici quelques-uns des prédictions et calculs des essais en centrifugeuse (DUNCAN/INSA Lyon, CYCLADE/IFP, CAMBOU-JAFARI/ECL, NOVA/LCPC, NOVA/LML) (fig. 13 à 17). Les modèles sophistiqués (CYCLADE, CAMBOU-JAFARI) (fig. 16 et 17) permettent de prédire correctement les courbes d'enfoncement, en particulier pour les essais en centrifugeuse sur semelle circulaire, à condition d'utiliser un jeu de paramètres mécaniques adéquat déterminé sur des essais triaxiaux réalisés à des niveaux de contrainte du même ordre que ceux attendus sous l'ouvrage. On note aussi que les autres modèles peuvent donner des réponses correctes, y compris le modèle de Duncan (fig. 13), particulièrement simple d'utilisation, lorsque l'enfoncement est inférieur à 10 % du diamètre. Dans certains cas, des jeux de paramètres assez différents sont susceptibles de fournir une réponse voisine pour un même modèle (NOVA) (fig. 14 et 15): cela met bien en lumière la nécessité de fournir à l'utilisateur un mode d'emploi argumenté du modèle. Enfin, les modèles donnent en général des résultats nettement moins satisfaisants pour la cinématique autour de la fondation (déplacements à la surface du sol près de la fondation) (fig. 14 et 16) ; - un autre type de modélisation à explorer consiste à décrire le comportement des fondations superficielles sous chargements inclinés et excentrés par le biais d'un modèle élastoplastique en utilisant des variables généralisées (Politecnico Milan): les forces appliquées sont des contraintes généralisées tandis que les déplacements jouent le rôle de déformations. On évite ainsi la discrétisation par la méthode des éléments finis mais la détermination des paramètres du modèle s'avère délicate. Perspectives Il s'agit maintenant de développer la démarche initiée pour prendre en compte les incertitudes (biais de modèles, d'essais, de méthodes de calcul) et de préciser les critères de qualification des modèles de manière à être en mesure d'en fournir le domaine de validité. Pour cela, la méthodologie doit être appliquée à un ouvrage type considéré comme l'objet ouvrage + conditions d'utilisation . Elle ne peut valablement être mise en oeuvre que par une équipe multi-disciplinaire regroupant expérimentateurs (sols, roches), modélisateurs, spécialistes en calcul numérique et en traitement statistique des données, par exemple dans le cadre de la session 1990-1993 du GRECO Géomatériaux.