modélisation pertinente de l’interaction sol-structure d

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Modélisation pertinente de l’interaction sol-structure d’un ouvrage complexe

Centrale thermique à charbon de RUDA

Présentation AFGC du 07/04/2014Mathieu AVRIL, Joffrey BARDIN

Imagine the result

SOMMAIREI. PRESENTATION DU PROJET RUDA

1. Situation2. La centrale actuelle3. La future centrale supercritique

II. JUSTIFICATION DES CHOIX DE MODELISATION1. Intéraction Sol / Structure, la problématique majeure2. Modèle « complet »3. Choix de modélisation

III. CALCULS GEOTECHNIQUES1. Contexte géologique2. Méthodologie de calcul

IV. CALCULS STRUCTURELS1. Les Modèles EF2. Définition des appuis pour ISS

V. ITERATIONS ET CONVERGENCE1. Principe itératif2. Calculs3. Résultats

VI. CONCLUSION

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I. PRESENTATION DU PROJET RUDA

Imagine the result

I.1 - SituationProjet : Construction d’une nouvelle centrale thermique

supercritique au charbon à RYBNICK

Centrale thermique existante

RUDA

I. PRESENTATION PROJET RUDA1. Situation

2. Centrale actuelle

3. Future centrale supercritique

II. JUSTIFICATION MODELISATION

III. CALCULS GEOTECHNIQUES

IV. CALCULS STRUCTURELS

V. ITERATIONS ET CONVERGENCE

VI. CONCLUSION

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I.2 - La centrale actuelle

� Centrale thermique au charbon,

� Mise en service : 1972 à 1978,

� 8 chaudières pour une capacité électrique de 1720 MW,

� Rendement 30%,

� 8% de la fourniture en électricité de Pologne,

� 4 000 000 T de charbon / an.

RUDA








VI. CONCLUSION

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� Centrale thermique supercritique au charbon,

� avec 1 seule chaudière d’une capacité électrique de 900 MW,

� Rendement 45%,

� Remplacera 4 tranches de production initiales (trop polluantes),

� 1.8 Milliards € investissement,

I.3 - La future centrale

LAC ARTIFICIEL

RUDA








VI. CONCLUSION

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� Le Powerblock :

- bâtiment chaudière (UHA)

- bâtiment turbogénérateur (UMA)

- bâtiment électrique (UBA)


LAC ARTIFICIEL

� Les ouvrages annexes

� L’Aéroréfrigéran t

RUDA








VI. CONCLUSION

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� Le Powerblock :

- Descente de charges de 280 000 t ELS qp sur une surface de 11 500 m²

- sur barrettes pour les bâtiments UBA et UMA

- sur parois moulées et barrettespour le bâtiment UHA

pour le bâtiment Chaudière.


LAC ARTIFICIEL

RUDA








VI. CONCLUSION

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II. JUSTIFICATION DES CHOIX DE MODELISATION

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II.1 - Interaction sol-structure, la problématique majeure

� Sols de compacité moyenne mais non négligeable

� Charges énormes (environ 1000 kPa au droit des tours escaliers)

� Ampleur du site (bâtiments + terrassements) très importante : environ 700 m de long x 300 m de large

� Tassements attendus importants (40 cm au max.)

� Interaction sol-structure primordiale à prendre en compte de manière réaliste et sur l’ensemble du site pour :

• Modéliser correctement le comportement des structures

• Évaluer les tassements à reprendre (notamment par les équipements sensibles)

RUDA

I. PRESENTATION PROJET RUDA

II. JUSTIFICATION MODELISATION1. ISS, la problématique majeure

2. Modèle « complet »

3. Choix de modélisation




VI. CONCLUSION

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II.2 - Modèle « complet » ?

• Modèle éléments finis intégrant structures et sols

Logiciels : Plaxis, Cesar, Ansys, Robot avec loi de raideur non linéaire…

Pas d’itération « manuelle » entre les modèles structure et sols

Calculs non linéaires � plus longs qu’un modèle linéaire

• Modèle « complet » pour le comportement vertical des fondations

� Nécessité de modéliser l’interaction entre toutes les charges du site � modèle 3D sol + structure énorme avec tous les bâtiments

� Impossible de mener en parallèle les études de chaque bâtiment

� Temps de calcul gigantesque

� Complexe à valider (notamment hypothèses éléments finis) et à exploiter

�� modèle « complet » irréalisable dans les délais

RUDA








VI. CONCLUSION

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• Comportement vertical

� Modèles indépendants éléments finis structure de chaque bâtiment (logiciel Robot)

� Modèle de tassement de sol (sans structure) de l’ensemble du site réalisé avec le logiciel Foxta à partir des descentes de charges des modèles Robot

� Itérations entre modèles jusqu’à converger

II.3 - Choix de modélisation

Modèlesstructure

Modèle de tassement

Descente de charges

Raideurs du sol

RUDA








VI. CONCLUSION

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• Comportement horizontal des fondations : modèle « co mplet »

� Raideur à loi bilinéaire avec palier plastique (Fascicule 62) sous Robot

� Eviter itérations en horizontal également (sinon convergence plus difficile à atteindre)

� Impossible en vertical car lois de sols plus complexes et interaction entre les charges à prendre en compte

soil reaction (kPa)

p2

K2

p1

K1

relative displacement

δ1 δ2 y - g

II.3 - Choix de modélisationRUDA








VI. CONCLUSION

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III.1 - Contexte géologique

Stratigraphie générale

- Sols du quaternaire : Sables plus ou moins graveleux

- Sols du Miocène : Silts argilo-sableux avec passages de sablo-graveleux

- Frange supérieure altérée

- Toit très variable

RUDA



III. CALCULS GEOTECHNIQUES1. Contexte géologique

2. Méthodologie de calcul



VI. CONCLUSION

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PORTANCE DES FONDATIONS PROFONDES

3 conditions à respecter :- Portance seule,

- Effet de groupe,

- Ancrage au Miocène.

CHARGES

DDC RobotType radier équivalent selon théorie de Terzaghi appliquée aux fondations profondes

TASSEMENTS

Modélisation- Lois de comportement du sol de type œdométrique,

- Calcul des contraintes dans le sol selon la théorie de Boussinesq.

Phasage travaux et Exploitation- Court Terme / 3 phases de construction : consolidation

- Long Terme / 5, 10 et 50 ans : consolidation + fluage

Autres charges- Terrassements préalables aux structures,

- Terrassements complémentaires,

- Structures.

III.2 - Méthodologie de calculRUDA



III. CALCULS GEOTECHNIQUES1. Contexte géologique

2. Méthodologie de calcul



VI. CONCLUSION

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1. Les modèles EFRUDA





1. Les modèles EF

2. Définition des appuis pour ISS


VI. CONCLUSION

� Logiciel Autodesk Robot Structural Analysis Professionnel 2013.

� 2 modèles indépendants :

- Un modèle pour UHA.

- Un modèle pour UMA + UBA

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1. Les modèles EF



VI. CONCLUSION

� Modèle UHA :

- 37 127 nœuds

- 1 528 panneaux de type coque

- 36 861 Eléments finis

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1. Les modèles EF



VI. CONCLUSION

� Modèle UMA+UBA : un seul modèle car liaison par radier

- 34 786 nœuds

- 2 873 panneaux de type coque

- 35 382 Eléments finis

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2. Définition des appuis pour ISSRUDA





1. Les modèles EF



VI. CONCLUSION

� Barrettes :

- Barres non pesantes

- Sections 2/3 Ak pour prise en compte du raccourcissement élastique du béton

- Inerties non modifiées

- Appuis élastiques en X, Y et Z et non linéaires en X et Y

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2. Définition des appuis pour ISSRUDA





1. Les modèles EF



VI. CONCLUSION

� Parois Moulées :

- Inerties inchangées

- Appuis élastiques verticaux

- Appuis élastiques linéaires horizontaux

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Sol

Structure

Convergé

Convergé

FFF F

Cas intermédiaire

Convergé

F

RUDA





V. ITERATIONS ET CONVERGENCE1. Principe itératif

2. Calculs

3. Résultats

VI. CONCLUSION

V.1 - Principe itératif

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STRUCTURERaideurs de sols intégrées

dans modèle de calcul (Robot)

GEOTECHNIQUECalcul des tassements

(Foxta)

Raideurs du sol

Convergé

Répartition des charges fiabilisée

Optimisation des fondations profondes

Sécuriser la structure vis-à-vis du tassement

CONVERGENCE

Critères :

- Tassements (Robot / Foxta)

ou

- Evolution charges (F n / Fn-1)

RUDA






2. Calculs

3. Résultats

VI. CONCLUSION

V.1 - Principe itératif

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1ère itération 2ème itération 3ème itération

Foxta 1

Modèles simplifiés Robot 1

Foxta 2

Robot 2

Foxta 3

Robot 3

TURBINE HALL – MAIN ELECTRICAL BUILDING

BOILER

Pourquoi un processus itératif différent ?

- Des bâtiments structurellement dissociés,

- Particularités du Boiler :

- Charges importantes et très hétérogènes (appuis de chaudière et tours)

- Présence de parois moulées en périphérie (points durs).

RUDA






2. Calculs

3. Résultats

VI. CONCLUSION

V.2 - Calculs

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TURBINE HALL & MAIN ELECTRICAL BUILDING

1ère itération

Rapport de convergence

Rappel :- Tassements (Robot / Foxta)- DDC (Robot 1 / Robot 0)

-32 % < x < -10 %-10 % < x < 10 %10 % < x < 61 %

RUDA






2. Calculs

3. Résultats

VI. CONCLUSION

V.3 - Résultats

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Rapport de convergence

Rappel :- Tassements (Robot / Foxta)- DDC (Robot 2 / Robot 1)

-12 % < x < -10 %-10 % < x < 10 %x > 10 %

RUDA






2. Calculs

3. Résultats

VI. CONCLUSION

V.3 - Résultats


2ème itération

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ConclusionRUDA

I. PRESENTATION

II. ENJEUX

III. MISSION ARCADIS1. Interaction sol / structure

2. Calculs structure

3. Plans

4. Suspension des études

IV. CONCLUSION

� Méthodologie permettant d’intégrer des modifications en cours de projet (charges par exemple)

� Méthodologie permettant d’optimiser les longueurs de barrettes

� Maîtrise du processus itératif et du calcul sur toute la durée du projet

� Etude d’ISS réalisée dans les courts délais convenus

modélisation pertinente de l’interaction sol-structure d

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