Estimation des tassements des sols sous séismes

Estimation of seismically induced settlements of soil

• Auteur / Autrice : Eric Vincens
• Direction : Bernard Cambou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Séismes

Géophysique -- Observations

Processus stochastiques

Sols -- Dynamique

Mots clés libres

Californie, sol, tassement, séisme, sable, accélérogramme, matériau granulaire

California, NG, soils, settlement,earthquakes and accelerograms, granular materials

Résumé

L'étude des tassements des milieux granulaires sous sollicitation sismique, bien que n'ayant pas retenue l'attention de nombreux chercheurs par le passé, apparaît cruciale si l'on veut garantir la bonne tenue de remblais, digues ou terrains sur lesquels reposent certains ouvrages à risques. Ainsi, notre travail a-t-il d'abord consisté en l'étude de mouvements californiens au rocher, certaines caractéristiques ou généralités ont été dégagées permettant d'envisager une modélisation du mouvemenst sismique par un processus aléatoire défini par sa Densité Spectrale de Puissance. En effet, l'utilisation d'enregistrements réels dans toute étude sismique est restreinte à la représentativité de ces derniers. Il est alors parfois préférable de considérer un mouvement rendant compte de la réalité de manière plus globalisante, ce que nous nous sommes proposé de faire. Les paramètres du modèle de Clough-Penzien, représentation analytique de la Densité Spectrale de Puissance ont été trouvés à l'aide des spectres standards NRC puis AFPS. L'autre étape a abouti au choix d'un modèle simple de densification des sols qui met en avant le rôle prépondérant du cumul du déviateur des déformations. En constatant qu'il était posssible d'approcher de manière convenable la valeur des tassements issus d'un calcul élastique linéaire équivalent, nous avons proposé une formulation analytique simple du tassement. Cette formulation a l'avantage d'éviter tout calcul transitoire mais nécessite néanmoins la connaissance du spectre de réponse (Sa) à 10 % ainsi que la durée de la phase forte du mouvement. Notre approche est celle qui est généralement privilégiée dans le cadre d'un avant-projet parasismique. Enfin, elle nous a permis de proposer un nouveau facteur rendant compte du pouvoir endommageant de tout mouvement sismique aboutissant à une possible classification ou comparaison de ces derniers. Classiquement, il est supposé que seul le mouvement sismique permet de rendre compte de l'endommagement d'un système ; nous pensons qu'il est nécessaire de faire intervenir certaines caractéristiques du système pour atteindre ce but.

Estimating the settlements of soil profiles is of major interest if one wants to guarantee dam stability or durability of structures in areas subjected to earthquakes. But this point wasn't investigated by recent researchers and needed further developments. First of all, our work consisted in studying Californian accelerograms recorded on bedrock. Some characteristics and properties were drawn so that a modelisation of the seismic movement could be established by a random process. Indeed, deterministic records are linked to problems of representativity. More often, it's better to use an artificial record that accounts for global phenomena, which we intended to do herein. So, an earthquake can be represented by a limited duration segment of a stationary random process. We've chosen the one proposed by Clough-Penzien, the function parameters were found so that the articial time excitation generated be compatible with design response spectra NRC or AFPS. The second part of this work was to propose a simple soil densification law, the one chosen puts forward the major role of the cumulative deformation deviator in the process. An analytical evaluation of settlements was pointed out so that it approaches the results given by an equivalent linear elastic method in a satisfactory way. Our method prevents any transient computation and only needs the computation of the response spectra Sa (10 %) as well as the strong duration of the movement. This analytical formulation of the settlements is a preliminary design solution of the problem, a method commonly used. Then, we proposed a new parameter related to potential damages that can be observed after earthquakes resulting in a possible classification or comparison between accelerograms. Usually, this classification is only performed in studying accelerograms, we pointed out that some characteristics of the system observed must be included to achieve it.