Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Le recours à l’interaction sol-structure est encouragé par les codes de construction en zones sismiques de dernière génération. Cependant, pour une bonne pratique, sont nécessaires des outils et données issus de disciplines telles que la géotechnique, la géologie, la sismologie, le traitement du signal, la dynamique des sols et des structures, la résistance des matériaux, etc. Cet article présente les bases nécessaires pour une familiarisation et une prise en main des principes de l’interaction sol-structure pour les ouvrages géotechniques de surface, ainsi que pour les ouvrages de soutènement. Il présente également la notion de déplacements irréversibles des structures.
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The use of soil-structure interaction is encouraged by the latest generation of seismic building codes. However, efficient practice requires tools and data from disciplines such as geotechnics, geology, seismology, signal processing, soil and structure dynamics, and strength of materials. This article presents the fundamentals for familiarization with and an understanding of the principles of soil-structure interaction for surface geotechnical structures and for retaining structures. It also presents the concept of irreversible displacements of structures.
Auteur(s)
-
Stéphane BRÛLÉ : Ingénieur géotechnicien et géologue - Responsable Agence Rhône-Alpes de MENARD (Solétanche-Freyssinet-VINCI Constructions)
-
Fahd CUIRA : Ingénieur X-Ponts civil - Directeur scientifique de Terrasol (Groupe Setec)
INTRODUCTION
Aspect essentiel dans la compréhension du comportement des ouvrages sous sollicitation sismique, l’interaction cinématique est une des composantes de l’Interaction sol-structure (ISS).
Faisant appel à des notions à la croisée de plusieurs disciplines telles que la géotechnique, la sismologie de l’ingénieur, la dynamique des sols et des structures, la pratique de l’interaction sol-structure (ISS) est devenue une véritable spécialité.
Par ailleurs, sous l’impulsion des textes du référentiel « Eurocode » et, en particulier des Eurocodes 7 et 8 (normes EN 1997 et 1998), s’est enclenchée une révision complète des documents en lien avec le sol et les fondations des ouvrages. En particulier, la dernière génération des codes de dimensionnement des ouvrages en zone sismique, comme l’Eurocode 8, encourage la pratique de l’interaction sol-structure en condition statique et dynamique dans le dimensionnement des ouvrages.
Ainsi, l’approche proposée dans cet article, relatif aux effets cinématiques, est de rassembler, avec celui publié sous la référence [C251] pour les effets inertiels, les bases de l’ISS afin de donner à l’ingénieur les étapes essentielles, ainsi que les niveaux successifs de détail qu’il peut porter à son analyse tout en identifiant les paramètres sur lesquels il peut agir lors du dimensionnement.
Pour compléter ces aspects d’interaction sol-ouvrage, se décrivant grâce à la mécanique des milieux élastiques et/ou visco-élastiques, il a été jugé pertinent d’explorer la frontière de la stabilité des ouvrages sous sollicitation dynamique, comme les effets de renversement et de glissement au niveau de l’interface sol-structure.
Ce qui permet de conclure l’article par l’approche du calcul des ouvrages de soutènement sous séisme, notamment par une approche de calcul à la rupture.
Les principes de la propagation des ondes dans les milieux terrestres sont rappelés pour permettre la présentation des évaluations des périodes propres des sols à usage de l’ingénierie des ouvrages de surface. À cette fin, des méthodes de calcul des profils de déplacement horizontal du sol sont passées en revue pour différents cas de sols stratifiés horizontalement. Ces déplacements permettent d’évaluer les efforts se développant dans les fondations profondes.
En complément des approches réglementaires concernant la stabilité des fondations superficielles au glissement et au renversement, un développement est proposé concernant les effets spécifiques, pouvant être « bénéfiques », sur le dimensionnement du décollement d’une semelle, ainsi que sur ses déplacements irréversibles.
L’article est complété par la stabilité des ouvrages de soutènement sous séisme avec une exploration de la méthode à la rupture dite de « Monobé-Okabé » usuellement utilisée pour les sols frottants. Toutefois, l’extension de l’usage de cette méthode aux sols cohérents est proposée, ainsi qu’un développement pour des surfaces de rupture non-planes dans un sol bi-couche.
Enfin, une discussion sur les déplacements irréversibles pour ce type d’ouvrage conclut cet article.
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MOTS-CLÉS
géotechnique sismologie risques sismiques dynamique des structures construction parasismique interaction sol-structure séisme fondations soutènement géologie effets cinématiques
KEYWORDS
geotechnical engineering | seismology | seismic risks | structural dynamics | seismic building | soil-structure interaction | earthquake | foundations | retaining wall | geology | kinematic effects
DOI (Digital Object Identifier)
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Stabilité des ouvrages sous séisme
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3. Effets cinématiques
3.1 Description du phénomène
L’interaction cinématique se traduit par la différence entre le mouvement sismique en champ libre (déformation du sol au passage des ondes sismiques en l’absence de structures anthropiques interférant avec leur propagation) et celui induit par la présence d’un ouvrage en surface et de ses fondations (fondations superficielles, fondations profondes).
L’étude de cet effet nécessite notamment la définition du déplacement horizontal selon la profondeur u x(t, z), consécutif à la déformation du sol sous séisme.
La figure 7 illustre pour des pieux la différence entre :
-
effet cinématique (associé à la déformation relative du sol par rapport au pieu) (figure 7 a) ;
-
effet inertiel (associé aux forces d’inertie transmises par la structure) (figure 7 b).
Le substratum sismique, souvent de consistance rocheuse et de vitesse V s > 800 m.s–1, se différencie du « substratum géotechnique », sol dont la cote du toit représente conventionnellement la profondeur au-delà de laquelle la déformation, induite par le chargement des ouvrages de surface, est considérée comme négligeable.
L’approche peut être dynamique ou « pseudo-statique ». Dans l’approche statique, on calcule la déformation du sol pour le mode fondamental, comme illustré en figure 7.
HAUT DE PAGE3.2 Calcul des déplacements cinématiques sous séisme
3.2.1 Amplitude du déplacement cinématique en surface
L’application des méthodes décrites précédemment pour la détermination de la période propre permet de déterminer l’amplitude du déplacement cinématique du sol en écrivant :
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Effets cinématiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - EZZIANI (A.). - Modélisation mathématique et numérique de la propagation d’ondes dans les milieux viscoélastiques et poroélastiques. - Thèse de l’Université Paris Dauphine (2005).
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(2) - PECKER (A.) - Advanced earthquake engineering analysis. - Springer (2007).
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(3) - ZHAO (J.X.), ZHANG (J.), IRIKURA (K.) - Side effect of using response spectral amplification ratios for soil sites-variability and earthquake magnitude and source-distance dependent amplification ratios for soil sites. - Soil Dynamics and Earthquake Engineering (29), 1262-1273 (2009).
-
(4) - HOBIGER (M.) - Polarization of surface waves : Characterization, inversion and application to seismic hazard assessment. - Doctoral Thesis. Grenoble University (2011).
-
(5) - PECKER (A.) - Dynamique des sols. - Presses de l’École Nationale des Ponts et Chaussées (1984).
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