Simulation 3D améliorée des mouvements du sol pour l'analyse de la réponse des structures

Improved 3D Ground Motion Simulation for Structural Response Analysis

• Auteur / Autrice : Luis Alvarez Sanchez
• Direction : Luis Fabián Bonilla, Paolo Bazzurro
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 18/11/2022
• Etablissement(s) : Université Gustave Eiffel en cotutelle avec Istituto Universitario di Studi Superiori di Pavia
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Sols, Roches et Ouvrages géotechniques - SRO - Sols, roches et ouvrages géotechniques
• Jury : Président / Présidente : Philippe Guéguen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luis Fabián Bonilla, Paolo Bazzurro, Fernando Lopez-Caballero, Adrian Rodriguez Marek, Paola Traversa, Céline Gélis, Irmela Zentner
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fernando Lopez-Caballero, Adrian Rodriguez Marek

Mots clés

Mots clés contrôlés

Construction parasismique

Imagerie tridimensionnelle

Étalonnage

Simulation par ordinateur

Modèles mathématiques

Risques sismiques

Mots clés libres

Spectres de scénario

Risque sismique

Simulation du mouvement sismique

Ground motion simulation

Scenario spectra

Seismic risk

Résumé

Les méthodes de simulation stochastique du mouvement du sol représentent une alternative attrayante étant donné le manque de mouvements du sol enregistrés à partir d'événements de magnitude modérée à grande enregistrés à proximité de la source sismique. Leur popularité repose sur la nécessité de disposer d'un nombre relativement faible de paramètres, d'une formulation relativement simple et d'exemples réussis de prédiction du mouvement du sol à partir d'événements passés. Toutes ces caractéristiques rendent ces méthodologies idéales pour leur application dans un contexte industriel où les temps de calcul sont plus contraints. Néanmoins, pour utiliser en toute confiance ces mouvements du sol simulés dans des applications réalistes de génie sismique, les chercheurs et les praticiens doivent tester de manière exhaustive les méthodologies de simulation. Ceci dans le but de clarifier non seulement les seuils d'applicabilité de ces techniques, mais aussi les biais possibles qui peuvent être introduits dans la prise en compte de ces mouvements au lieu des mouvements du sol enregistrés.Cette thèse introduit une nouvelle méthode de simulation stochastique 3D des mouvements du sol, obtenue à partir de l'amélioration des techniques de pointe disponibles dans la littérature, et en considérant des modèles complémentaires visant à améliorer la description de la source et la structure de corrélation spectrale des mouvements du sol simulés. Tout d'abord, la technique proposée a été décrite en détail et évaluée au moyen d'une analyse de sensibilité visant à fournir aux futurs utilisateurs une compréhension claire du processus de simulation et de l'importance globale de chaque entrée considérée dans le modèle. La technique proposée a ensuite été évaluée en effectuant une série de validations par le biais d'applications sismologiques et de génie parasismique. Ces validations ont été réalisées à travers une série d'études de cas réalistes évaluant la capacité des mouvements du sol simulés à décrire les distributions des paramètres cibles, c'est-à-dire les mesures d'intensité (IM), les paramètres de demande d'ingénierie (EDP) et les courbes de fragilité dérivées de la réponse des modèles structurels simplifiés. Ces analyses ont été menées avec une attention particulière à la description de l'incertitude liée aux métriques ciblées en modélisant l'incertitude épistémique associée aux paramètres d'entrée. De plus, les études de cas ont été utilisées pour présenter les procédures complémentaires proposées pour la calibration de la méthodologie présentée ici

Stochastic ground motion simulation methods represent an attractive alternative given the shortage of recorded ground motion from moderate to large magnitude events recorded in the vicinity of the seismic source. Their popularity relies in the need of relative few numbers of parameters, a comparatively simple formulation, and the successful examples when predicting the ground motion from past events. All these characteristics render these methodologies ideal for their application within an industrial context where computational times are more constrained. Nevertheless, to confidently use these simulated ground motions in realistic earthquake engineering applications, researchers and practitioners must exhaustively test the simulation methodologies. This with the intention of providing clarity not only on the thresholds of applicability of these techniques, but also on the possible bias that may be introduced in the consideration of these in lieu of recorded ground motions.This thesis introduces a new 3D stochastic ground motion simulation method, obtained from the enhancement of state-of-the-art techniques available in the literature, and considering complementary models aiming to improve the description of the source and the spectral correlation structure of the simulated ground motions. First, the proposed technique was described in detail and assessed by means of a sensitivity analysis aiming to provide future users with a clear understanding of the simulation process and the overall importance of each input considered in the model. The proposed technique was then further evaluated by conducting a series of validations through seismological and earthquake engineering applications. These validations were achieved through a series of realistic case studies assessing the capacity of simulated ground motions to describe the distributions of target metrics, i.e., Intensity Measures (IMs), Engineering Demand Parameters (EDPs) and Fragility curves derived from the response of simplified structural models. These analyses were conducted with special regard to the description of the uncertainty related to the targeted metrics by modelling the epistemic uncertainty associated to the input parameters. Additionally, the case studies were used to showcase complementary procedures proposed for the calibration of the herein presented methodology