Caractérisation des sols in situ et en laboratoire
Effets de site sismiques pour les ouvrages de surface

1 - Observation des effets de site sismiques

• 1.1 - Phénomènes physiques
  Figure 1 - Phénomènes physiques et effets directs liés à l’aléa sismique en l’absence d’effets de site Figure 2 - Schéma de principe des différents effets de site Figure 3 - Présentation schématique des principales configurations lithologiques 1D et géométriques 2D/3D de bassin ou de relief pouvant induire des effets de site
• 1.2 - Observation in situ des effets de site sismiques
  Figure 4 - Effet de site à Mexico – Coupe schématique et enregistrements du séisme de 1985, de l’épicentre jusqu’au bassin de Mexico Figure 5 - Effet de site de Nagaoka-Shisho – Exemple du séisme de Niigata-ken Chuetsu-Oki en 2007 Figure 6 - Site de Nagaoka-Shisho. Augmentation du déplacement dans la colonne de sol superficielle Figure 7 - Schéma de principe présentant des ouvrages de différentes tailles dont l’échelle et le mode de fondation permettent de définir la profondeur du substratum géotechnique Figure 8 - Barrage d’Aratozawa – Exemple du séisme d'Iwate-Miyagi Nairiku en 2008

2 - Comportement des sols sous chargement cyclique

• 2.1 - Observations expérimentales
  Figure 9 - Mise en évidence du comportement non-linéaire d’un sol sous chargement monotone Figure 10 - Mise en évidence du comportement linéaire (a) et non-linéaire (b) d’un sol sous chargement cyclique Figure 11 - Variations schématiques du module de cisaillement G (gauche) et de l’amortissement D (droite) avec la distorsion Figure 12 - Évolution du module de cisaillement G/G0 et de l’amortissement D avec la distorsion
• 2.2 - Effet de la nature des matériaux (roches et sols)
• 2.3 - Cas des sables : effets de la contrainte effective et de l’indice de densité
  Figure 13 - Évolution expérimentale du module de cisaillement d’un matériau granulaire en fonction de la distorsion γ, de la contrainte effective …

3 - Caractérisation des sols in situ et en laboratoire

• 3.1 - Essais in situ
  Figure 15 - Schéma de principe de la méthode entre forages Figure 16 - Schéma de principe des méthodes en descendant et en remontant
• 3.2 - Essais en surface
  Figure 17 - Schéma de principe de la méthode MASW Figure 18 - Sismique réfraction
• 3.3 - Essais en laboratoire
  Figure 19 - Colonne résonnante. Matériel du laboratoire EDF-Ceidre-Cemete. (Crédit : Mathieu Schohn) Figure 20 - Essai à la colonne résonante : mesure de la réponse de l’échantillon soumis à des distorsions croissantes Figure 21 - Essai à la colonne résonante – Mouvement libre de l’échantillon de sol après arrêt brutal de la sollicitation de torsion appliquée à la fréquence de résonance Figure 22 - Appareil triaxial cyclique. Matériel du laboratoire EDF-Ceidre-Cemete. (Crédit : Julien Dufour) Figure 23 - Essai triaxial cyclique contrôlé en déformation : déviateur q en fonction de la déformation axiale

4 - Évaluation des effets de site sismiques : compétition entre amplification et dé-amplification

• 4.1 - Observation expérimentale des effets de site
  Figure 25 - Caractérisation expérimentale des effets de site par la méthode « Site sur Référence » dans le cas d’un bassin et d’un relief Figure 26 - Dispositif d’acquisition typique du bruit de fond sismique mono-capteur : capteur vélocimétrique large bande trois composantes et centrale d’acquisition. (Crédit : Emmanuel Javelaud) Figure 27 - Méthode H/V appliquée à la mesure de bruit de fond sismique enregistré en surface au droit de formations alluviales
• 4.2 - Évaluation des effets de site lorsque le sol a un comportement élastique
  Figure 28 - Ondes planes incidente, réfléchie et transmise à l’interface entre deux milieux homogènes de rigidités différentes Figure 29 - Règles de conversion des ondes sismiques sur une interface plane Figure 30 - Règles de conversion des ondes SH (gauche) et P (droite) sur une interface plane Figure 31 - Onde incidente plane SH se propageant dans un milieu tabulaire d’épaisseur h reposant sur un demi-espace élastique Figure 32 - Amplitude de la fonction de transfert T(ω) entre les points A et B situés respectivement à la surface et à l’interface entre les couches élastiques. Figure 33 - Représentation d’une onde monochromatique de fréquence f = 22 Hz au passage du substratum rocheux à la formation superficielle Figure 34 - Amplitude de la fonction de transfert |T*(ω)| entre les points A et B’ situés respectivement à la surface et un point hypothétique situé à l’interface en l’absence de couche superficielle Figure 35 - Effets d’une couche superficielle de même rigidité que le substratum rocheux sur l’amplitude de la fonction de transfert |T*(ω)| Figure 36 - Effets de la rigidité de la couche superficielle sur l’amplitude de la fonction de transfert |T*(ω)| Figure 37 - Effets de la rigidité du substratum sur l’amplitude de la fonction de transfert |T*(ω)| Figure 38 - Effet des caractéristiques mécaniques des couches superficielles sur l’amplitude de la fonction de transfert |T*(ω)|
• 4.3 - Évaluation des effets de site lorsque le sol a un comportement visco-élastique linéaire
  Figure 39 - Représentation de deux modèles visco-élastiques
• 4.4 - Évaluation des effets de site lorsque le sol a un comportement non-linéaire

5 - Des phénomènes à leur intégration pour la justification des ouvrages

• 5.1 - Approche forfaitaire : exemple de l’Eurocode 8
  Figure 41 - Schéma de principe décrivant la prise en compte de l’effet de site Figure 42 - Représentation schématique des classes de sol de l’Eurocode 8 et paramètre S représentant les conditions locales de site de la France métropolitaine Tableau 1
• 5.2 - Approche détaillée 1D : méthode linéaire-équivalente
• 5.3 - Vers la prise en compte d’effets géométriques 2D
  Figure 43 - Principe de l’approche forfaitaire de prise en compte de l’effet de site géométrique 2D de bassin

6 - Modification de l’effet de site

• 6.1 - Modification de l’effet de site lithologique 1D
• 6.2 - Modification de l’effet de site géométrique 2D

7 - Conclusion

8 - Glossaire