Logiciel K-Rea v3
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Logiciel K-Rea v3
Logiciel K‐Rea v3 Calcul des écrans de soutènement (simples et doubles) par la méthode aux coefficients de réaction et avec prise en compte des vérifications et avec prise en compte des vérifications selon la norme la norme NF P 94‐282 NF P 94 282 V. Bernhardt V. Bernhardt / F. Cuira Page 1 • Introduction • Fonctionnalités de base du logiciel K‐Rea Fonctionnalités de base du logiciel K Rea v3 • Le cas des contre‐ et doubles‐rideaux • Présentation de la norme NF P 94‐282 et de sa mise en œuvre pratique dans K‐Rea v3 Novembre 2011 Page 2 1 Introduction • Logiciel de dimensionnement des écrans de soutènement par la méthode aux coefficients de réaction, avec prise en compte des vérifications ELU selon la norme NF P 94-282. • Développement du logiciel : • Interface développée par Terrasol (depuis 2002) • Moteur de calcul aux coefficients de réaction développé par M. Roland Stenne depuis plus de 20 ans, et validé par plusieurs années d'utilisation • Développements liés aux vérifications ELU effectués par Terrasol • Commercialisation de la version v3 : fin 2011 2 ffonctionnalités ti lité nouvelles ll : Les vérifications selon la norme NF P 94-282 (norme française d’application de l’Eurocode 7 pour les écrans de soutènement) Les calculs de contre-rideaux et doubles-rideaux avec ancrages de liaison (en option) Novembre 2011 Page 3 • Tour d’horizon des fonctionnalités du l i i l K R v3 logiciel K‐Rea 3 • Le traitement des contre‐ et doubles‐rideaux • Présentation de la norme NF P 94‐282 et de sa mise en œuvre pratique dans K‐Rea v3 Novembre 2011 Page 4 2 Bases de la méthode de calcul • L’écran est considéré comme une poutre déformable sur appuis élasto-plastiques. p q • Les couches de sol sont considérées comme des ressorts qui réagissent linéairement jusqu’à atteindre des paliers plastiques. • Les L actions ti sontt décomposées dé é en efforts ff t agissant i t sur la l poutre. t • La méthode de calcul consiste à trouver un équilibre entre les déformations de la poutre et l’état des couches de sol. Novembre 2011 Page 5 Bases de e la méthode de calcul Loi de comportement des sols Comportement élasto-plastique • Pression des terres au repos pi = p0 = k0 σ’v0 pour la première phase de calcul avec σ’ σ v0 : contrainte effective verticale au repos • Poussée pa = ka σ’v – ca c • Butée pp = kp σ’v + cp c • Module de réaction pente = kh + dkh . z avec kh : module de réaction du sol Novembre 2011 Page 6 3 Bases de e la méthode de calcul Plastification et décollements • Evolution de la loi de comportement en fonction de la plastification du sol • Evolution de la loi de comportement en fonction du décollement du rideau • Evolution de la loi de comportement p en fonction des déchargements et rechargements : prise en compte de la consolidation par les coefficients kd et kr (argiles molles par exemple) Novembre 2011 Page 7 Les principaux types de données Définition des caractéristiques du projet • Options globales du projet • Caractéristiques des sols • Caractéristiques de l ’écran Novembre 2011 Page 8 4 Données Options globales Choix valables pour tout le projet Novembre 2011 Page 9 Données Caractéristiques de sol Base de données des sols Caract. intrinsèques Les obliquités des contraintes saisies ici seront utilisées automatiquement par les assistants. Caractéristiques propres à la méthode de calcul Novembre 2011 Nombreux assistants pour la saisie de ces paramètres Page 10 5 Donnéess / Caractéristiques de sol Assistants Assistants à la détermination des coefficients de poussée et butée • Tables de Kérisel et Absi • Méthode du coin de Coulomb • Formules de Rankine Assistants à la détermination des coefficients de réaction • Méthode de Balay • Méthode de Schmitt • Abaques de Chadeisson Novembre 2011 Page 11 Données Caractéristiques de l’écran Possibilité de définir une rigidité cylindrique pour les écrans circulaires + assistant pour les parois continues, parois composites, et rideaux de palplanches Novembre 2011 Page 12 6 Définition du phasage Dans K-REA, le phasage de construction est entièrement défini via l’interface utilisateurs : • Création de nouvelles phases de calcul • Définition des actions entreprises dans les phases • Visualisation de ces actions au fur et à mesure • Lancement des calculs • Edition des résultats Novembre 2011 Page 13 Définition du phasage 1 ajout d’une nouvelle phase de calcul Cadre de gestion du phasage Novembre 2011 Page 14 7 Définition du phasage Actions Pour définir le phasage de construction à prendre en compte dans les calculs, K-Rea propose une vingtaine d’actions classées en 6 catégories : • • • • • • Phase initiale Chargements-forces-couples Travaux Ancrages-paroi Caractéristiques des sols Hydraulique Novembre 2011 Page 15 Définittion du phasage / Actions Phase initiale Ces actions ne peuvent être définies qu’une seule fois • Surcharge de Caquot (uniformément répartie répartie, supprimée par des actions de type excavation ou remblaiement). • Poussée réduite (pour les parois de type berlinoises, ramenée à 100 % après la pose du blindage) blindage). • Pression maximale (pour les parois préfabriquées). Novembre 2011 Page 16 8 Définittion du phasage / Actions Chargements – forces - couples • Surcharge de type Boussinesq (localisée, limitée) • Surcharge de type Graux (localisée, limitée et diffusée) • Moments extérieurs (couple fixe) • Charges horizontales (trapézoïdales) • Force linéaire Novembre 2011 Page 17 Définittion du phasage / Actions Travaux 3 types d’excavation : • Simple (possibilité de modifier le niveau de la nappe et d’appliquer une surcharge de type Caquot sur le fond de fouille en même temps). • Avec risberme (à appliquer après une excavation simple). La risberme est simulée par des charges de Boussinesq « négative ». » • Avec pose de blindage (à appliquer après une excavation simple). La pose de blindage suppose l’utilisation de l’option poussée réduite en phase initiale. Novembre 2011 Page 18 9 Définittion du phasage / Actions Travaux • Remblaiement (avec possibilité de décoller la base du remblai du fond de fouille et d’appliquer une surcharge de type Caquot sur son toit). Novembre 2011 Page 19 Définittion du phasage / Actions Ancrages - Paroi 3 types d’ancrages sont applicables et superposables : • Buton ( d unilatéral (mode il té l ou bilatéral) • Tirant (mode unilatéral ou bilatéral) • Encastrement (permet de définir une raideur en rotation) Les ancrages activés peuvent être désactivés dans une phase ultérieure. Novembre 2011 Page 20 10 Définittion du phasage / Actions Ancrages - Paroi • Modification de la raideur de la paroi ((indépendamment p des sections définies et tenant compte des options de la paroi) • Réhausse d Réh de la l paroii (uniquement si la paroi est définie par son produit d’inertie) Novembre 2011 Page 21 Définittion du phasage / Actions Caractéristiques des sols • Modification des paramètres des couches de sol (permet de modifier indépendamment chacun des paramètres définissant la couche et ce sur un seul côté de la paroi ou les deux). Novembre 2011 Page 22 11 Définittion du phasage / Actions Hydraulique • Gradient hydraulique (doit impérativement suivre une action Excavation-Eau). Exemple : Pour équilibrer les pressions d’eau en pied de p p paroi,, on applique pp q une action « g gradient hydraulique » côté fouille. Cette action permet de relier la courbe de pressions hydrostatiques correspondant au niveau rabattu à une courbe correspondant à la pression souhaitée. Z=3m • 5m Z=8m peau à l’équilibre Novembre 2011 Page 23 Résultats Sur l’écran principal : déplacements, moments, et efforts tranchants + rapport des butées Novembre 2011 Page 24 24 12 Résultats Résultats détaillés (format graphique) La boîte de dialogue dédiée aux résultats reprend les courbes affichées sur la fenêtre principale en y ajoutant : • Pressions des terres et d’eau de part et d’autre de l’écran • Efforts axiaux dans les ancrages Novembre 2011 Page 25 Résultats Résultats détaillés (format tableaux) Tous les résultats issus du calcul, c’est-à-dire ceux représentés sur les graphiques, et en complément : Côté fouille et côté terre • les états des cellules de sol • les pressions verticales effectives • les pressions maximales et minimales mobilisables en poussée et en butée • les pressions de voûte pour un écran circulaire Novembre 2011 Page 26 13 Résultats Résultats détaillés D’autres résultats sont disponibles dans K-REA, comme les courbes enveloppes (finales ou intermédiaires), ou la synthèse des efforts. Novembre 2011 Page 27 Impressions Un assistant sous forme de boîte de dialogue permet de : • choisir les impressions à lancer • configurer les impressions • d’envoyer les impressions aux imprimantes ou dans le presse-papiers presse papiers Windows© Novembre 2011 Page 28 14 Impressions • Exemples d’impressions K-REA (envoi vers imprimantes ou génération de pdf) : les impressions des données et la synthèse graphique du phasage de construction. Novembre 2011 Page 29 • Tour d’horizon des fonctionnalités du l i i l K R v3 logiciel K‐Rea 3 • Le traitement des contre‐ et doubles‐rideaux • Présentation de la norme NF P 94‐282 et de sa mise en œuvre pratique dans K‐Rea v3 Novembre 2011 Page 30 15 K-Réa v3 – Doubles rideaux Principes : • Le calcul s’applique aux géométries de type contre‐rideau ou double‐ rideau (jusqu’à 2 ancrages de liaison au maximum) • Les données (sol et écran) doivent être définies pour les 2 écrans (possibilité de copier les données d’un rideau vers l’autre) Novembre 2011 Page 31 K-Réa v3 – Doubles rideaux Principes : • Le calcul est itératif. L’objectif est d’atteindre une situation pour laquelle les efforts aux points d’ d’ancrage sur les écrans l é sontt équilibrés pour chaque ancrage de liaison. Le critère de convergence porte sur l’égalité des efforts au niveau des 2 rideaux. • Les 2 écrans sont supposés pp interagir uniquement via les 2 ancrages de liaison (pas d’interaction via le massif de sol) Novembre 2011 Page 32 16 K-Réa v3 – Doubles rideaux Principes : • Les vérifications ELU ne sont pas disponibles automatiquement pour les projets de type contre‐ et double‐rideaux. Par contre, il est possible de convertir un projet double‐rideau en 2 projets simples‐rideaux, puis d’effectuer les vérifications ELU sur chaque écran seul. Novembre 2011 Page 33 K-Réa v3 – Doubles rideaux Données Novembre 2011 Page 34 17 K-Réa v3 – Doubles rideaux Résultats Novembre 2011 Page 35 K-Réa v3 – Doubles rideaux Résultats Novembre 2011 Page 36 18 K-Réa v3 – Doubles rideaux Résultats Novembre 2011 Page 37 • Tour d’horizon des fonctionnalités du logiciel K‐Rea g v3 • Le cas des contre‐ et doubles‐rideaux • Présentation de la norme NF P 94‐282 et de sa mise en œuvre pratique dans K‐Rea v3 Novembre 2011 Page 38 19 La norme NF P 94-282 • NF P 94‐282 : norme nationale (française) d’application de l’EC7 pour la justification des ouvrages de soutènement • S’applique S’applique aux ouvrages de soutènement verticaux : parois aux ouvrages de soutènement verticaux : parois moulées, rideaux de palplanches, rideaux mixtes, parois composites… • Fixe les mécanismes de ruine à examiner et l’approche générale de calcul • Présentation orientée en fonction de la mise en application pp dans K‐Rea v3 Novembre 2011 Page 39 Eléments de vocabulaire • Notion de « valeur de calcul » : Ed = m x Ek Valeur caractéristique Valeur de calcul Pondération • m ≥ 1 pour les actions, ≤ 1 pour les résistances • Approche de calcul n° 2 Novembre 2011 Page 40 20 Eléments de vocabulaire • Modèles de calcul « reconnus » MEL : modèle aux équilibres limites o Equilibres limites = travail avec les poussées/butées limites (mobilisables) Idéal pour un pré‐dimensionnement (jusqu’à un niveau d’ancrage) o Ne prend pas en compte la souplesse de l’écran => pas de déplacements o Poussée Fa zn B té Butée ΔU Fb zn : niveau de « transition » α.Fcb Fca Contre poussée Contre butée nécessaire disponible z Novembre 2011 Page 41 Eléments de vocabulaire • Modèles de calcul « reconnus » MISS : modèle d’interaction sol structure MISS – K : méthode aux coefficients de réaction MISS – F : méthode aux éléments finis ou différences finies o o ph Milieu continu E, ν, c’,φ’… pb p0 pa Ressorts juxtaposés élasto‐plastiques dh Novembre 2011 Page 42 21 Liste des vérifications • Vérifications ELU 1. Stabilité générale 2. Défaut de butée 3 Résistance de la structure 3. Résistance de la structure 4. Stabilité du fond de fouille 5. Equilibre vertical 6. Stabilité du massif d’ancrage (Kranz) 7. Résistance de l’ancrage 8. Stabilité hydraulique • Vérifications ELS 1. Déplacements 2. Durabilité 3. Fluage des ancrages Novembre 2011 Page 43 Mise en œuvre dans K-Réa v3 Calcul sans vérifications ELU Calcul de Base Calcul avec vérifications ELU Calcul ELS Calcul ELU Modèle « MISS » (sans pondération) Modèle « MISS » (sans pondération) Résultats de base ‐ Pressions mobilisées Pressions mobilisées ‐ Déplacements ‐ Efforts (V M) Résultats ELS ‐ Pressions mobilisées ‐ Déplacements ‐ Efforts (V, M) Modèle « Kranz » Phase(s) où l’écran est ancré Phase(s) où l’écran est en console Modèle « MISS » (avec 1,11 sur les surcharges variables) Modèle aux équilibres limites « MEL » (pondéré) Résultats ELU ‐ Pressions mobilisées ‐ Déplacements ‐ Efforts caract. (Vk, Mk) ‐ Efforts de calcul (Vd, Md) Vérifications ELU ‐ Défaut de butée ‐ Equilibre vertical ‐ Stabilité massif d’ancrage Novembre 2011 Résultats ELU ‐ Pressions mobilisées ‐ Efforts de calcul (Vd, Md) Vérifications ELU ‐ Défaut de butée ‐ Equilibre vertical Page 44 22 Données complémentaires dans K-Réa v3 Données : définitions des coefficients partiels Modèle MISS général Modèle MEL Equilibre E ilib vertical Kranz Novembre 2011 Page 45 Données complémentaires dans K-Réa v3 Phasage : définition du type de la phase N t Nature d de lla phase h (provisoire / définitive) Caractère de l’écran à la phase considérée (auto-stable / ancré) – détection automatique Novembre 2011 Page 46 23 Données complémentaires dans K-Réa v3 Phasage : exemple de définition d’actions Surcharge sur le massif de sol : permanente ou variable Surcharge appliquée sur l’écran Novembre 2011 Page 47 Défaut de butée • Principe de la vérification S’assurer que la butée disponible est supérieure, avec une sécurité suffisante, à la butée nécessaire à l’équilibre des moments Pour un système « Po r n s stème isostatique isostatiq e » (écran auto‐stable (écran a to stable ou avec un seul o a ec n se l niveau d’appui), un défaut de butée équivaut à une fiche insuffisante • Modèles de calcul Ecran auto‐stable : MEL est obligatoire ‐ §8.4.2 – (2) Ecran ancré : MEL ou MISS. L’utilisation de MEL demeure néanmoins limitée à un seul niveau d’appui Novembre 2011 Page 48 24 Défaut de butée • Cas d’un écran « ancré » (un ou plusieurs niveaux d’ancrage) a .B t,k Bm,k b Modèle MISS Butée mobilisée Butée limite Bm,k Poussée (mobilisée) B t, k Novembre 2011 Page 49 Défaut de butée • Cas d’un écran « ancré » (un ou plusieurs niveaux d’ancrage) a .B B t,k Bm, mk b γa γb Ph Phase provisoire i i 1 35 1,35 1 10 1,10 Phase définitive 1,35 1,40 Pratique française (approche 2) : les termes Bt,k et Bm,k sont issus d’un calcul de type “MISS” mené en appliquant 1,50/1,35 = 1,11 sur les valeurs caractéristiques des surcharges variables. a x b = 1,50 pour une phase provisoire (sécurité globale) a x b = 1,90 pour une phase définitive (sécurité globale) Novembre 2011 Page 50 25 Défaut de butée • Cas d’un écran auto‐stable (ou « en console ») Modèle aux équilibres limites (MEL) limites (MEL) Poussée Fa Butée zn ΔU Fb zn : niveau de « transition » α.Fcb Fca Contre poussée Contre butée Contre butée nécessaire disponible z Novembre 2011 Page 51 Défaut de butée • Cas d’un écran auto‐stable (ou « en console ») Modèle MEL = travail avec les valeurs de calcul ! Poussées (Fa, Fca) : valeurs de calcul = 1,35 x valeurs caractéristiques Butées (Fb, Fcb) : valeurs de calcul = 1/b x valeurs caractéristiques b = 1,40 si phase définitive b = 1,10 si phase provisoire Surcharges : valeurs de calcul = q x valeurs caractéristiques Nature de la surcharge g Permanente Variable Favorable 1,00 0,00 Novembre 2011 Défavorable 1,35 1,50 Page 52 26 Défaut de butée • Cas d’un écran auto‐stable (ou « en console ») Vérification de la fiche Pression différentielle fb 1,20 f0 • fb : fiche « disponible » sous le point de pression différentielle nulle (O) O f0 RC • f0 : fiche minimale permettant d’atteindre d atteindre ll’équilibre équilibre des moments des moments (point C, également appelé « point critique ») fb C P z Novembre 2011 Page 53 Défaut de butée • Cas d’un écran auto‐stable (ou « en console ») Vérification de la contre butée Poussée Fa zn Butée ? ΔU Fb zn : niveau de « transition » α.Fcb Fca Contre poussée Contre butée nécessaire disponible z Novembre 2011 Page 54 27 Défaut de butée • Cas d’un écran auto‐stable (ou « en console ») Vérification de la contre butée – Approche F (usuelle en France) Simplification : point de transition = point critique C Simplification : point de transition = point critique C R C .Fc b Fc a ΔUinf Contre‐butée suffisante 1 C = point de transition RC C α.Fcb Fca ΔUinf P nécessaire disponible Novembre 2011 Page 55 Défaut de butée • Cas d’un écran auto‐stable (ou « en console ») Vérification de la contre butée – Approche D (plus élaborée) Le point de transition zn et le facteur de Le point de transition z et le facteur de mobilisation « α » sont recherchés simultanément pour assurer à la fois l’équilibre global des efforts et des moments => deux équations, deux inconnues (, zn ) zn Contre‐butée suffisante 1 Fa ΔU Fb α.Fcb α.Fcb Fa Fc P nécessaire disponible z Novembre 2011 Page 56 28 K-Réa v3 – Simples rideaux Résultats : Vérifications ELU / défaut de butée Phase auto-stable => modèle MEL Novembre 2011 Page 57 Résistance de l’écran • Calcul des efforts ELU Cas d’un modèle MISS (écran ancré) o o Moment : Effort tranchant ff : Md = 1,35 x Mk Vd = 1,35 x , Vk Cas d’un modèle MEL (écran auto‐stable) Calcul par intégration des pressions régissant l’équilibre limite de l’écran o Conduit directement aux valeurs de calcul des efforts o Seule l’approche « D » permet une intégration sur toute la hauteur de l’écran o Pour l Pour l’approche approche « « F », intégration jusqu » intégration jusqu’au au point critique seulement point critique seulement o • Vérification de la résistance de l’écran => EC 3 ou 2 selon matériau Novembre 2011 Page 58 29 Résistance de l’écran Efforts ELU (calcul MISS‐K) Novembre 2011 Page 59 59 Résistance de l’écran Efforts ELU (calcul MEL) Novembre 2011 Page 60 60 30 K-Réa v3 – Simples rideaux Résultats : tableaux détaillés, courbes enveloppes, tableaux de synthèse, etc Novembre 2011 Page 61 Bilan des efforts verticaux • Objectifs Evaluer la résultante verticale => vérification du soulèvement, justification de la portance en pointe Juger de la pertinence des inclinaisons supposées pour les efforts de poussée/ butée Si soulèvement d’origine non structurelle => ajustement des inclinaisons des pressions des terres (poussée, butée et contre butée) Portance en pointe à vérifier selon la norme « fondations » (en cours de rédaction) • Principe général : Rv d P0 Pv d Fv d Tv d • Rvd : résultante verticale • P0 : • Pvd : résultante verticale des pressions des terres poids propre de l’écran • Fvd : résultante verticale des surcharges appliquées directement sur l’écran • Tvd : résultante verticale des efforts des ancrages Novembre 2011 Page 62 31 Bilan des efforts verticaux Résultats : Vérifications ELU / équilibre vertical Novembre 2011 Page 63 Stabilité du massif d’ancrage (Kranz) Principe général A • S’assurer que la longueur libre est suffisante pour éviter tout report des efforts d’ancrage des efforts d ancrage sur l sur l’écran écran • Equivaut à justifier la stabilité du massif d’ancrage « ABCDA » = modèle de Kranz E B α tirant écran • Modèle de Kranz simplifié = surface de rupture plane (CD) : D : point d’effort tranchant nul C : point d’ancrage effectif (milieu C i t d’ ff tif ( ili du scellement ou base du contre rideau) Novembre 2011 C D β Page 64 32 Stabilité du massif d’ancrage (Kranz) • Equilibre limite du massif d’ancrage A B Fe E P2 θ2 W F T α C P1 • • • • • • • • P1 : réaction de l’écran P2 : poussée amont Fe : charges extérieures W : poids « net » T : effort d’ancrage Rf : résistance frottement Rc : résistance cohésion φ : angle de frottement Rc θ1 β D φ R c R f W Fe P1 P 2 T 0 Rf Novembre 2011 Page 65 Stabilité du massif d’ancrage (Kranz) • Présence d’un multicouche => discrétisation en sous blocs Bloc 1 A Bloc 2 ... X Bloc n B Couche 1 Couche 2 ... C Couche i0 Couche i0 +1 ... D Couche i0 +n Z Novembre 2011 Page 66 33 Stabilité du massif d’ancrage (Kranz) • Equilibre d’un « bloc isolé » Bloc « k » Fe(k) V2(k) Hypothèse de Bishop V1(k) H2(k) W(k) H1(k) V1(k) = 0 et V2(k) = 0 Ck Rc(k) Dk φk Rf(k) Novembre 2011 Page 67 Stabilité du massif d’ancrage (Kranz) • Résolution de l’équilibre général Résolution par « équilibres successifs » : 3n‐1 équations, 3n‐1 inconnues P2 Tdst Fe3+W3 Rc3+Rf3 H2/2=H1/3 Fe2+W2 Action/Réaction Rc2+Rf2 H2/1=H1/2 H1(k) = H2(k‐1) Rc1+Rf1 Fe1+W1 P1 Novembre 2011 Page 68 34 Stabilité du massif d’ancrage (Kranz) • Principe de vérification Tdsb,d Tdsb,k 1 10 1,10 Tref,d Tdsb,d Tref,d 1,35 Tref • Tdsb,k : valeur caractéristique de l’effort déstabilisant • Tref,k : valeur caractéristique de l’effort l effort d d’ancrage ancrage Novembre 2011 Page 69 Stabilité du massif d’ancrage (Kranz) • Cas de plusieurs tirants A B2 B3 B1 α1 écran α2 α3 C2 C1 C3 D Novembre 2011 Page 70 35 Stabilité du massif d’ancrage (Kranz) • Cas de plusieurs tirants (exemple) A B1 Situation 1 Situation 1 α1 Les trois tirants sont pris en compte α2 T2 T1 C2 α3 C1 T3 C3 D Novembre 2011 Page 71 Stabilité du massif d’ancrage (Kranz) • Cas de plusieurs tirants (exemple) A B2 Situation 2 Situation 2 α1 Seul le tirant 2 est pris en compte α2 T2 α3 C2 C1 C3 D Novembre 2011 Page 72 36 Stabilité du massif d’ancrage (Kranz) • Cas de plusieurs tirants (exemple) A B3 Situation 3 α1 α2 Les tirants 2 et 3 sont pris en compte T2 C2 α3 C1 T3 C3 D Novembre 2011 Page 73 Stabilité du massif d’ancrage (Kranz) Résultats : Vérifications ELU / Kranz Novembre 2011 Page 74 37 Contact Merci pour votre attention TERRASOL – Pôle Logiciels Immeuble Central Seine 42/52, quai de la Râpée 75583 PARIS CEDEX 12 FRANCE Tél : +33 1 82 51 52 00 Fax : +33 1 82 51 52 99 Email : [email protected] Site Internet : www.terrasol.com Novembre 2011 Page 75 38