O dimensionamento de fundações apoiadas sobre solos reforçados por colunas representa um desafio devido à natureza composta do mesmo e à grande quantidade de inclusões envolvidas no processo de reforço. Do ponto de vista do cálculo da capacidade de carga, as metodologias de dimensionamento propostas na literatura tratam ou de cálculos empíricos, ou de cálculos analíticos para carregamentos puramente verticais, ou utilizam o método de elementos finitos através de análises elasto-plásticas incrementais. No presente trabalho estuda-se, através da análise limite, a capacidade de carga de fundações superficiais apoiadas sobre solos argilosos reforçados por colunas submetidas a cargas inclinadas. Assim, este trabalho constitui uma primeira referência em analisar o efeito do reforço no diagrama de interação que relaciona às componentes da carga. Inicialmente, realizou-se uma análise em estado plano de deformação para um solo reforçado por uma coluna isolada. Foram construídos campos de tensões lineares por trecho, estaticamente admissíveis e que satisfazem o critério de resistência, determinando limites inferiores da capacidade de carga. Trata-se da abordagem estática da análise limite. Na sequência, através da utilização de mecanismos de ruptura cinematicamente admissíveis, foram encontrados limites superiores da capacidade de carga. Trata-se da abordagem cinemática da análise limite. A construção de ábacos permitiu realizar um estudo paramétrico da melhora da capacidade de carga em função dos parâmetros adimensionais, definidos pela geometria e propriedades de resistência. Finalmente, realizou-se uma generalização à situação de um solo reforçado por um grupo de colunas, em estado plano de deformação, mediante a aplicação da abordagem estática e cinemática da análise limite e posterior estudo paramétrico. Os resultados mostraram que, a medida que aumenta a componente horizontal da força, a componente vertical de ruptura diminui. Este fato constitui um risco na edificação de estruturas submetidas a carregamentos inclinados. Os parâmetros adimensionais que controlam a capacidade de carga são: o ângulo de atrito interno do material de reforço e a relação entre o intercepto coesivo do reforço e do solo. Foi encontrado que, para fins práticos, a carga limite é independente da quantidade de colunas, sempre que o volume de reforço seja mantido. / From a practical engineering viewpoint, design of column-reinforced foundations turns to be a challenging task owing to the strong heterogeneity of the geo-composite resulting from the association of native soft soil and the reinforcing soil columns. The design procedures conceived to estimate bearing capacity improvement from this reinforcement technique have mainly dealt with foundations under vertical loading. The purpose of the present work is to investigate the ultimate bearing capacity problem of column-reinforced foundations under inclined loading, within the framework of limit analysis theory. Special emphasis is given to the effect of reinforcement on the interaction diagram relating the foundation load components. Starting from the situation of an isolated column, a lower bound solution for the bearing capacity is derived, in plain strain analysis, by considering statically admissible piecewise linear stress fields that comply with the failure condition everywhere in the foundation soil. On the other hand, the kinematic approach of limit analysis makes it possible, through the implementation of failure mechanisms on the column-reinforced structure, to derive upper bound estimates of the bearing capacity for each value of the inclination angle of applied load. The semi-analytical expressions of both lower and upper bound estimates allow for a parametric study on the improvement of the bearing capacity as a function of dimensionless parameters, which are defined from geometrical and strength properties. In this context, design charts are presented to provide an insight into the reinforcement mechanism. Finally, the generalization of the approaches to the situation of a soil reinforced by a group of columns is presented, considering plain strain analysis. As soon as the horizontal component of the force increases, the vertical component of the bearing capacity decreases. This fact constitutes a risk for structures submitted to inclined loading. The dimensionless parameters that control the bearing capacity are: the reinforcement material friction angle and the relation between the coesion intercept of the reinforcement and the soil. For practical purposes, the bearing capacity doesn’t depend on the column number, but on the reinforcement volume.

O dimensionamento de fundações apoiadas sobre solos reforçados por colunas representa um desafio devido à natureza composta do mesmo e à grande quantidade de inclusões envolvidas no processo de reforço. Do ponto de vista do cálculo da capacidade de carga, as metodologias de dimensionamento propostas na literatura tratam ou de cálculos empíricos, ou de cálculos analíticos para carregamentos puramente verticais, ou utilizam o método de elementos finitos através de análises elasto-plásticas incrementais. No presente trabalho estuda-se, através da análise limite, a capacidade de carga de fundações superficiais apoiadas sobre solos argilosos reforçados por colunas submetidas a cargas inclinadas. Assim, este trabalho constitui uma primeira referência em analisar o efeito do reforço no diagrama de interação que relaciona às componentes da carga. Inicialmente, realizou-se uma análise em estado plano de deformação para um solo reforçado por uma coluna isolada. Foram construídos campos de tensões lineares por trecho, estaticamente admissíveis e que satisfazem o critério de resistência, determinando limites inferiores da capacidade de carga. Trata-se da abordagem estática da análise limite. Na sequência, através da utilização de mecanismos de ruptura cinematicamente admissíveis, foram encontrados limites superiores da capacidade de carga. Trata-se da abordagem cinemática da análise limite. A construção de ábacos permitiu realizar um estudo paramétrico da melhora da capacidade de carga em função dos parâmetros adimensionais, definidos pela geometria e propriedades de resistência. Finalmente, realizou-se uma generalização à situação de um solo reforçado por um grupo de colunas, em estado plano de deformação, mediante a aplicação da abordagem estática e cinemática da análise limite e posterior estudo paramétrico. Os resultados mostraram que, a medida que aumenta a componente horizontal da força, a componente vertical de ruptura diminui. Este fato constitui um risco na edificação de estruturas submetidas a carregamentos inclinados. Os parâmetros adimensionais que controlam a capacidade de carga são: o ângulo de atrito interno do material de reforço e a relação entre o intercepto coesivo do reforço e do solo. Foi encontrado que, para fins práticos, a carga limite é independente da quantidade de colunas, sempre que o volume de reforço seja mantido. / From a practical engineering viewpoint, design of column-reinforced foundations turns to be a challenging task owing to the strong heterogeneity of the geo-composite resulting from the association of native soft soil and the reinforcing soil columns. The design procedures conceived to estimate bearing capacity improvement from this reinforcement technique have mainly dealt with foundations under vertical loading. The purpose of the present work is to investigate the ultimate bearing capacity problem of column-reinforced foundations under inclined loading, within the framework of limit analysis theory. Special emphasis is given to the effect of reinforcement on the interaction diagram relating the foundation load components. Starting from the situation of an isolated column, a lower bound solution for the bearing capacity is derived, in plain strain analysis, by considering statically admissible piecewise linear stress fields that comply with the failure condition everywhere in the foundation soil. On the other hand, the kinematic approach of limit analysis makes it possible, through the implementation of failure mechanisms on the column-reinforced structure, to derive upper bound estimates of the bearing capacity for each value of the inclination angle of applied load. The semi-analytical expressions of both lower and upper bound estimates allow for a parametric study on the improvement of the bearing capacity as a function of dimensionless parameters, which are defined from geometrical and strength properties. In this context, design charts are presented to provide an insight into the reinforcement mechanism. Finally, the generalization of the approaches to the situation of a soil reinforced by a group of columns is presented, considering plain strain analysis. As soon as the horizontal component of the force increases, the vertical component of the bearing capacity decreases. This fact constitutes a risk for structures submitted to inclined loading. The dimensionless parameters that control the bearing capacity are: the reinforcement material friction angle and the relation between the coesion intercept of the reinforcement and the soil. For practical purposes, the bearing capacity doesn’t depend on the column number, but on the reinforcement volume.

O dimensionamento de fundações apoiadas sobre solos reforçados por colunas representa um desafio devido à natureza composta do mesmo e à grande quantidade de inclusões envolvidas no processo de reforço. Do ponto de vista do cálculo da capacidade de carga, as metodologias de dimensionamento propostas na literatura tratam ou de cálculos empíricos, ou de cálculos analíticos para carregamentos puramente verticais, ou utilizam o método de elementos finitos através de análises elasto-plásticas incrementais. No presente trabalho estuda-se, através da análise limite, a capacidade de carga de fundações superficiais apoiadas sobre solos argilosos reforçados por colunas submetidas a cargas inclinadas. Assim, este trabalho constitui uma primeira referência em analisar o efeito do reforço no diagrama de interação que relaciona às componentes da carga. Inicialmente, realizou-se uma análise em estado plano de deformação para um solo reforçado por uma coluna isolada. Foram construídos campos de tensões lineares por trecho, estaticamente admissíveis e que satisfazem o critério de resistência, determinando limites inferiores da capacidade de carga. Trata-se da abordagem estática da análise limite. Na sequência, através da utilização de mecanismos de ruptura cinematicamente admissíveis, foram encontrados limites superiores da capacidade de carga. Trata-se da abordagem cinemática da análise limite. A construção de ábacos permitiu realizar um estudo paramétrico da melhora da capacidade de carga em função dos parâmetros adimensionais, definidos pela geometria e propriedades de resistência. Finalmente, realizou-se uma generalização à situação de um solo reforçado por um grupo de colunas, em estado plano de deformação, mediante a aplicação da abordagem estática e cinemática da análise limite e posterior estudo paramétrico. Os resultados mostraram que, a medida que aumenta a componente horizontal da força, a componente vertical de ruptura diminui. Este fato constitui um risco na edificação de estruturas submetidas a carregamentos inclinados. Os parâmetros adimensionais que controlam a capacidade de carga são: o ângulo de atrito interno do material de reforço e a relação entre o intercepto coesivo do reforço e do solo. Foi encontrado que, para fins práticos, a carga limite é independente da quantidade de colunas, sempre que o volume de reforço seja mantido. / From a practical engineering viewpoint, design of column-reinforced foundations turns to be a challenging task owing to the strong heterogeneity of the geo-composite resulting from the association of native soft soil and the reinforcing soil columns. The design procedures conceived to estimate bearing capacity improvement from this reinforcement technique have mainly dealt with foundations under vertical loading. The purpose of the present work is to investigate the ultimate bearing capacity problem of column-reinforced foundations under inclined loading, within the framework of limit analysis theory. Special emphasis is given to the effect of reinforcement on the interaction diagram relating the foundation load components. Starting from the situation of an isolated column, a lower bound solution for the bearing capacity is derived, in plain strain analysis, by considering statically admissible piecewise linear stress fields that comply with the failure condition everywhere in the foundation soil. On the other hand, the kinematic approach of limit analysis makes it possible, through the implementation of failure mechanisms on the column-reinforced structure, to derive upper bound estimates of the bearing capacity for each value of the inclination angle of applied load. The semi-analytical expressions of both lower and upper bound estimates allow for a parametric study on the improvement of the bearing capacity as a function of dimensionless parameters, which are defined from geometrical and strength properties. In this context, design charts are presented to provide an insight into the reinforcement mechanism. Finally, the generalization of the approaches to the situation of a soil reinforced by a group of columns is presented, considering plain strain analysis. As soon as the horizontal component of the force increases, the vertical component of the bearing capacity decreases. This fact constitutes a risk for structures submitted to inclined loading. The dimensionless parameters that control the bearing capacity are: the reinforcement material friction angle and the relation between the coesion intercept of the reinforcement and the soil. For practical purposes, the bearing capacity doesn’t depend on the column number, but on the reinforcement volume.

Ce travail s'inscrit dans le contexte des techniques de renforcement des sols, permettant d'améliorer les performances mécaniques de terrains de qualité médiocre. Parmi ces techniques, l'utilisation d'inclusions souples prenant la forme de colonnes ou de tranchées croisées connaît une diffusion croissante. Même si les aspects relatifs à leur procédé de construction sont aujourd'hui bien maîtrisés, les méthodes de dimensionnement de ces ouvrages en sols renforcés restent à améliorer. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser la méthode d'homogénéisation afin d'analyser le comportement global des ouvrages en sols renforcés, dans le cadre de la théorie de l'élasticité (propriétés de rigidité) aussi bien que dans celle du calcul à la rupture (propriétés de résistance). Tenant compte de la périodicité géométrique des différentes configurations de renforcement, nous déterminons le comportement des sols renforcés tout d'abord au niveau local puis à l'échelle de l'ouvrage. Pour évaluer les capacités de résistance des ouvrages en sols renforcés, les approches statique et cinématique du calcul à la rupture sont mises en œuvre analytiquement ou numériquement selon la nature du matériau de renforcement utilisé. Par des formulations numériques innovantes adaptées à cette théorie, nous parvenons notamment à évaluer les domaines de résistance macroscopiques des sols renforcés par colonnes ou tranchées croisées, qui peuvent ensuite être pris en compte dans le comportement à la rupture des ouvrages en sols renforcés. Deux exemples d'application de cette procédure, relatifs au problème de capacité portante d'une semelle de fondation reposant sur un sol renforcé d'une part et à l'analyse de la stabilité d'un remblai d'autre part, sont effectués / This work takes place in the context of soil reinforcement techniques, aimed at improving the mechanical performances of poor quality grounds. Among these techniques, the use of soft inclusions taking the form of columns or cross trenches has known important developments. Even if the aspects relative to their construction process are presently well mastered, the design methods of such reinforced soil structures still remain to be greatly improved. The present work advocates the use of the homogenization method for assessing the global behavior of reinforced soil structures, both in the context of linear elasticity (stiffness properties) and in the framework of yield design (strength properties). Taking into account the geometrical periodicity of the various reinforcement configurations, we thus determine the behavior of the reinforced soils first locally and then at the global scale. To assess the strength capacities of reinforced soil structures, the static and kinematic approaches of the yield design theory are performed analytically or numerically depending on the kind of reinforcing material which is used. Adopting innovative numerical formulations dedicated to this theory, we can notably evaluate the macroscopic strength domains of column as well as cross trench reinforced soils which can then be introduced in the yield design of reinforced soil structures. Two illustrative applications of this procedure are performed relating to the bearing capacity problem of a reinforced soil shallow foundation on the one hand, the stability analysis of an embankment on the other hand

Le présent travail propose et développe une méthode originale de dimensionnement vis-à-vis de l'incendie de parois de bâtiments industriels, en s'intéressant plus spécifiquement au cas des panneaux en béton armé de grande hauteur. Soumis à un fort gradient thermique, ces derniers subissent en effet des déplacements hors plan importants qui, du fait de l'excentrement du poids propre qui en résulte, vont engendrer des efforts de flexion venant s'ajouter aux efforts de compression déjà existants. Un tel changement de géométrie, d'autant plus prononcé que le panneau est de grande hauteur, combiné à une dégradation simultanée des propriétés de résistance des matériaux sous l'effet de l'élévation de température, peut conduire à un effondrement de la structure sous poids propre, bien avant par exemple l'apparition d'une instabilité de type flambement. L'approche proposée repose très largement sur la théorie du Calcul à la Rupture, appliquée d'une part à la détermination d'un diagramme d'interaction au feu caractérisant la résistance du panneau en chacune de ses sections, d'autre part à l'analyse de la ruine globale du panneau dans sa configuration déformée. Cette démarche est d'abord mise en œuvre et complètement explicitée dans le cas où le panneau peut être modélisé comme une poutre unidimensionnelle, conduisant à la détermination exacte d'un facteur adimensionnel caractérisant la stabilité de ce dernier. La généralisation de la méthode de calcul à la configuration plus réaliste, mais plus complexe, d'un panneau schématisé comme une plaque rectangulaire, est ensuite développée. Elle aboutit à un certain nombre de résultats préliminaires qui devront être confortés et affinés dans un travail ultérieur. L'approche théorique ici présentée est par ailleurs complétée par un volet expérimental (essais de flexion quatre points de dalles dans un four à maquette) qui a permis de valider au moins partiellement les évaluations du diagramme d'interaction prédites par le calcul / In this contribution, an original and comprehensive method aimed at designing vertical concrete walls submitted to fire loadings, is proposed and developed, with a special emphasis on high rise panels used in industrial buildings. Indeed, when subjected to high thermal gradients, such slender structures exhibit quite significant out-of-plane movements, resulting in an eccentricity of the gravity loads and thus to bending moments in addition to the pre-existing compressive forces. It is such a change of geometry, which is all the more pronounced as the panel is tall, combined with a temperature-induced degradation of the constituent materials strength properties, which may explain why an overall collapse of the structure may occur, well prior to buckling instability. The proposed approach is fundamentally based on the theory of yield design. This theory is first applied to the determination of an interaction diagram, characterizing the fire resistance of a reinforced concrete panel cross-section. It is then implemented as a design method for analysing the stability of the panel in its previously calculated deformed configuration. The whole procedure is explained in full details in the simplified situation when the high rise panel can be modeled as a one-dimensional beam, leading to the exact determination of a dimensionless factor characterizing the stability of the panel. The method is then extended to deal with a more realistic, but somewhat more complex, configuration of a rectangular panel. Some preliminary results, which need to be further validated in a subsequent work, are finally produced. As a necessary complement to the mostly theoretical and computational approach presented in this work, a series of four-point bending tests has been performed on reduced scale slabs placed in a furnace. The results of these tests partially validate the predicted interaction diagram of a fire loaded panel section