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Article

1 - OBSERVATION DES EFFETS DE SITE SISMIQUES

2 - COMPORTEMENT DES SOLS SOUS CHARGEMENT CYCLIQUE

3 - CARACTÉRISATION DES SOLS IN SITU ET EN LABORATOIRE

4 - ÉVALUATION DES EFFETS DE SITE SISMIQUES : COMPÉTITION ENTRE AMPLIFICATION ET DÉ-AMPLIFICATION

5 - DES PHÉNOMÈNES À LEUR INTÉGRATION POUR LA JUSTIFICATION DES OUVRAGES

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

Article de référence | Réf : C260 v1

Observation des effets de site sismiques
Effets de site sismiques pour les ouvrages de surface

Auteur(s) : Emmanuel JAVELAUD, Jean-François SEMBLAT

Relu et validé le 20 juil. 2020

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RÉSUMÉ

La présence de matériaux meubles dans les couches géologiques de subsurface modifie le mouvement sismique observé. Cette amplification (ou dé-amplification) du mouvement sismique est due aux contrastes de propriétés entre sols raides et sols meubles superficiels. La géométrie des couches sédimentaires ou le relief topographique influencent également ces «effets de site sismiques». Cet article décrit les phénomènes physiques liés aux effets de site sismique, détaille les méthodes permettant de les caractériser et de les modéliser. Il rappelle comment se fait la prise en compte des effets de site dans les études d’ingénierie, que ce soit de façon détaillée ou forfaitaire, et les possibilités de mitigation.

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ABSTRACT

Seismic site response for surface structures

The presence of soft alluvial materials in superficial geological structures modifies observed seismic motion. This amplification (sometimes de-amplification) of seismic motion is due to the velocity contrast between stiff layers and soft alluvial layers. The geometry of the alluvial layers and the surface topography also influence “seismic site effects”. This article describes the physical phenomena that lead to seismic site effects, and details how to quantify and model them for practical engineering applications. Lastly it describes the possibilities for mitigating seismic site effects.

Auteur(s)

  • Emmanuel JAVELAUD : Docteur ès sciences de l’ingénieur du Tokyo Institute of Technology, Ingénieur de l’ENSG-Nancy - Ingénieur EDF - EDF-CEIDRE-TEGG (Aix-en-Provence, France)

  • Jean-François SEMBLAT : Docteur de l’École Polytechnique, Ingénieur en Chef des Travaux Publics de l’État - IFSTTAR (Champs-sur-Marne, France)

INTRODUCTION

La présence de matériaux meubles dans les couches géologiques de subsurface modifie le mouvement sismique. Cette modification est essentiellement fonction de la nature des matériaux constituant les formations superficielles, de leur géométrie et de l’amplitude du mouvement sismique.

L’évaluation de la réponse des formations superficielles à une sollicitation sismique est fondamentale en génie parasismique pour déterminer les caractéristiques du mouvement sismique en surface.

La connaissance du mouvement sismique en surface est requis pour nombre d’applications pratiques telles que :

  • le dimensionnement des fondations sous sollicitation sismique ;

  • l’évaluation des risques éventuels de liquéfaction sous nappe et de tassement induit hors nappe ;

  • et la justification des structures.

Le mouvement sismique en surface est également nécessaire comme donnée d’entrée pour les analyses d’interaction sol-structure.

Cet article a pour but de présenter l’influence des effets de site sismiques sur le mouvement sismique en champ libre, en termes d’amplitude et de fréquence. Il s’attache tout d’abord à détailler les phénomènes en jeu en les illustrant d’exemples réels. Il présente ensuite le comportement des sols lorsqu’ils subissent des sollicitations sismiques et les reconnaissances géotechniques pour l’étude des effets de site.

Cet article détaille également, à partir d’exemples analytiques simples, les paramètres qui concourent aux phénomènes d’amplification ou d’amortissement (dé-amplification) des ondes sismiques.

La prise en compte des effets de site sismiques dans les codes de construction du bâti courant est ensuite replacée dans le cadre des approches simplifiées ou détaillées existantes. Cela permet d’introduire les évolutions potentielles dans les générations de codes futures.

Enfin, ce travail présente une méthode de protection parasismique des ouvrages en agissant sur les différentes composantes des effets de site sismique.

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KEYWORDS

topography   |   building   |   shock waves   |   seismic building   |   Constructibility   |   earthquake   |   geology   |   lithology

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-c260


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1. Observation des effets de site sismiques

L’onde sismique générée par les failles se propage dans la croûte terrestre. Elle s’atténue au fur et à mesure de son parcours, en particulier car son énergie se répartit sur une surface plus grande.

En fonction de la configuration et de la nature physique du milieu traversé en surface, elle peut être localement modifiée : amplifiée ou diminuée (dé-amplifiée) en amplitude, fréquences et durée.

1.1 Phénomènes physiques

Un séisme correspond à la rupture soudaine d’une faille, d’une longueur pouvant excéder 500 km, sur des surfaces pouvant dépasser 10 000 km2, et avec un déplacement différentiel le long de la faille pouvant atteindre plusieurs mètres.

La rupture le long de la faille entraîne plusieurs phénomènes physiques pouvant être classés de la façon suivante (figure 1) :

  • en champ proche, sont prépondérants :

    • la rupture en surface, ainsi que des déplacements différentiels sur la faille active,

    • un mouvement tectonique et des déformations permanentes (déplacements permanents ; rotation), y compris du substratum rocheux,

    • des mouvements vibratoires ;

  • en champ lointain, ce sont les mouvements vibratoires. L’amplitude des mouvements vibratoires dépend essentiellement de la source (magnitude, géométrie, mécanisme de rupture), ainsi que des matériaux traversés.

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1.1.1 Absence d’effet de site

Les ondes sismiques émises autour de la zone de rupture se propagent dans la croûte terrestre et interagissent avec les structures géologiques.

L’amplitude du mouvement sismique diminue globalement avec la distance à la source, comme illustré sur la figure 1, en raison de :

  • l’expansion géométrique : il s’agit de la diminution de l’amplitude de l’onde avec la distance et l’expansion du front d’onde, en lien avec la conservation d’énergie ;

  • la multiplicité des trajets :...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - SEMBLAT (J.-F.), JAVELAUD (E.) -   Dynamique des sols, vibrations et séismes.  -  Polycopié du cours à l’École Nationale Supérieure de Géologie de Nancy (2016-2017).

  • (2) - SEMBLAT (J.-F.), PECKER (A.) -   Waves and vibrations in soils : Earthquakes, Traffic, Shocks, Construction Works.  -  IUSS Press (2009).

  • (3) - STEIN (S.), WYSESSION (M.) -   An introduction to seismology, earthquakes and earth structure.  -  Blackwell publishing (2012).

  • (4) - PECKER (A.) -   Dynamique des sols.  -  Presses de l’École Nationale des Ponts et Chaussées (1984).

  • (5) - ISHIHARA (K.) -   Soil behaviour in Earthquake Geotechnics.  -  Oxford science publications (2003).

  • (6) - TOWHATA (I.) -   Geotechnical Earthquake...

1 Outils logiciels

  • Cyberquake – Ce logiciel permet de modéliser la réponse des sols aux secousses sismiques

    http://www.brgm.fr

  • Code-Aster – Il s’agit d’un logiciel libre de simulation numérique en mécanique des structures

    https://www.code-aster.org

HAUT DE PAGE

2 Normes et standards

NF EN 1998-5 AFNOR - septembre 2005 - Calcul des structures pour leur résistance au séisme. Partie 5 : Fondations, ouvrages de soutènements et aspects géotechnique.

HAUT DE PAGE

3 Réglementation

Décret n° 2010-1254 du 22 octobre 2010 relatif à la prévention du risque sismique.

Décret n° 2010-1255 du 22 octobre 2010 portant délimitation des zones de sismicité du territoire français.

Arrêté du 22 octobre 2010 relatif à la classification et aux règles de constructions parasismiques applicables aux bâtiments de la classe dite « à risque normal ».

Arrêté du 19 juillet 2011 modifiant l’arrêté du 22 octobre 2010 relatif à la classification et aux règles de constructions parasismiques...

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