Post on 20-Aug-2020
Généralités sur les phénomènes sismiques
Denis DAVICETE Méditerranée
Journée technique
PRISE EN COMPTE DU RISQUE SISMIQUE
Centre d'Études Techniques de l'Équipement Ouest
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 2
2
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 2
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Plan de l'exposé
● Notions générales de sismologie● Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Représentation des actions sismiques sur les ponts
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 3
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 3
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
A l’origine des séismes : la tectonique des plaques…
La localisation des séismes
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 4
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 4
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
A l’origine des séismes : la tectonique des plaques…
Les courants de convection
La dérive des continents
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 5
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 5
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
La prédiction des séismes
Impossible dans l’état actuel des connaissances Cycles plus ou moins réguliers d’accumulation et de libération d’énergie :
Partout où la Terre a tremblé, elle tremblera à nouveau Plus on s’éloigne dans le temps du dernier séisme, plus on se rapproche du suivant...
temps
Énergie stockée dans la roche accumulation lente
Libération brutale : séisme(rebond élastique)
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 6
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 6
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
Les mécanismes de rupture
Petits séismes M < 3
Ex : Rifts océaniques
Séismes moyens à forts 3 < M < 7.5
Ex : Région PACA Californie (faille de San Andreas)
Séismes très forts M > 8
Ex : Caraïbes Chili, Alaska, Turquie, Japon
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 7
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 7
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
Les mécanismes de rupture
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 8
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 8
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
Les phénomènes de répliques
Plan de faille
1
2
3
Séisme de l'Aquila :
06 Avril; Mw=6,3
09 Avril; Mw=5,4
07 Avril; Mw=5,6
Plus de 10 000 répliques la 1ère semaine, dont 2 Mw > 5,4
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 9
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 9
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
La propagation des ondes
Les ondes sismiques
Exemple de sismogramme
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 10
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 10
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
Les grandeurs qui caractérisent les séismes
L’échelle des intensités de Mercalli (1902) : de I à XII L’échelle des Magnitudes de Richter (1935) :de 1 à …
L’accélération maximale, le contenu fréquentiel, la durée…
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 11
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 11
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
Les grandeurs qui caractérisent les séismes L’échelle des intensités de Mercalli (1902)
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 12
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
Les grandeurs qui caractérisent les séismes L’échelle des Magnitudes de Richter (1935)
Relation avec la taille de la faille
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 13
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 13
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
Les grandeurs qui caractérisent les séismes L’échelle des Magnitudes de Richter (1935)
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 14
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 14
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
Les grandeurs qui caractérisent les séismes L’échelle des Magnitudes de Richter (1935)
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 15
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 15
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
Les effets destructeurs des séismes Les effets directs (liés aux phénomènes naturels)
La vibration du sol
Les glissements de terrain et chutes de rochers
La liquéfaction du sol
Les tsunamis (ou raz-de-marée)
Les ruptures superficielles de failles
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 16
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
Les effets destructeurs des séismes Les effets indirects (liés à l’activité humaine)
Incendies (Kobe, 1995)
Perte de portance des fondations sous l'effet de la liquéfaction (Niigata, 1964)
Effondrement d’un centre commercial(Izmit, 1999)
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 17
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 17
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
La sismicité française
Les séismes passés
Lambesc, proximité de Salon-de-Provence, 1909
environ 20 séismes M >3,5 par an
6000 communes concernées
50 morts à Lambesc en 1909
3000 morts à Pointe-à-Pitre en 1843
M=7,4 en 2007 en Martinique
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 18
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 18
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
La sismicité française : les cartes de zonage réglementaire
Ancien zonage PS92 (zones sism. ≥ 1a) : 5000 communes concernées 17% du territoire
Nouveau zonage (zones sism. ≥ 2) : > 21000 communes concernées 66% du territoire
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 19
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 19
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Définition
Les actions dynamiques se caractérisent par une variation de leur amplitude, de leur direction ou de leur point d’application en fonction du temps :
Elles se traduisent par une variation de la réponse de la structure au cours du temps (mouvement et/ou déformation) engendrant des effets inertiels ou forces d’inertie (= masse x accélération).
A = Fct (t)
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Exemples d’actions dynamiques sur les OA :
Le vent...
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 21
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Exemples d’actions dynamiques sur les OA :
Les chocs...
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 22
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 22
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Exemples d’actions dynamiques sur les OA :
Les actions hydrodynamiques...
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 23
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 23
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Exemples d’actions dynamiques sur les OA :
Les charges de trafic...
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 24
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 24
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Exemples d’actions dynamiques sur les OA :
Les charges piétonnes sur passerelles...
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 25
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 25
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Exemples d’actions dynamiques sur les OA :
Les séismes...
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 26
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 26
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Classification des actions dynamiques
Actions aléatoires
Ex : - Vibrations sur une piste de danse- Séisme futur- Trafic routier- Pression de vent sur un bâtiment- …
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 27
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Classification des actions dynamiques
Actions déterministes (amplitude, direction et point d’application connus à chaque instant)
Actions périodiques
Ex : - Trafic ferroviaire- Piétons sur passerelle- Houle marine- …
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 28
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Classification des actions dynamiques
Actions déterministes (amplitude, direction et point d’application connus à chaque instant)
Actions non-périodiques
Ex : - Chocs- Séismes passés- Vent- Poussée hydrodynamique- …
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 29
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 29
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Classification des actions dynamiques
Actions dynamiques de natures très différentes
Quasiment toutes les actions applicables aux OA, sauf :● Poids propre● Effets thermiques
Prise en compte variable dans le calcul des structures● Approches forfaitaires (statique équivalent)● Analyses dynamiques mono ou multi-modales● Analyses dynamiques temporelles
En pratique, le recours aux analyses dynamiques est relativement rare…
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 30
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Classification des actions dynamiques
La plupart des actions dynamiques sont prises en compte par le biais d’approches statiques équivalentes.
Exceptions :
Charges ferroviaires
Vent sur structures souples (ponts à haubans ou suspendus)
Vibrations des passerelles piétonnes
Séisme
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 31
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Notions théoriques de dynamique des structures
Systèmes à 1 degré de liberté (1 DDL)
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 32
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Notions théoriques de dynamique des structures
Systèmes à 1 degré de liberté (1 DDL)
Équation fondamentale de la dynamique :
m.a(t) = Σ Fext (t)= F(t) – k.x(t) – c.v(t)
m.a(t) + c.v(t) + k.x(t) = F(t)
m.x’’(t) + c.x’(t) + k.x(t) = F(t)
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 33
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Notions théoriques de dynamique des structures
Systèmes à 1 degré de liberté (1 DDL)
Application au séisme :
( )
ω M 2C ξ
T2π
MK ω avec
)(d )(d ω)(d 2ξ )(d
)(d M)(dK )(d C )(d M
)(d C )(dK )(d)(d M
)(d C )(dK )(d M
sr2
rr
srrr
rrrs
rrt
=
==
−=++
−=++
−−=+
−−=
tttt
tttt
tttt
ttt
Accélérogramme : d''s (t)
-0,4-0,2
00,2
0,4
0 21 42 63
Temps en secondes
Acc
élér
atio
n en
g
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 34
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Notions théoriques de dynamique des structures
Systèmes à 1 degré de liberté (1 DDL)
Application au séisme :
Intégrale de Duhamel :
Pour 1 séisme donné :
dr max
= f(ωstruct
; ξstruct
)
Séisme Kobe 1995
[ ] dτ τ)(tξ1ω .sine ) (τdξ-1ω
1 - )(dt
0
2τ)(t ω ξ -s2r ∫ −−= −t
Représente également la façon dont l'énergie sismique se répartit sur les différentes gammes de fréquence...
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 35
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 35
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Séisme Kobe 1995
Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Notions théoriques de dynamique des structures
Systèmes à 1 degré de liberté (1 DDL)
Spectre de réponse élastique normalisé à 5 % d'amortissement
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0,01 0,1 1 10
Période en secondes
PSA
/ as
Spectres en pseudo-accélération et pseudo-vitesse :
PSV = ω . dr max
PSA = ω2 . dr max
Équivalence statique :
F = K. dr max
F = M. PSAF ≅ M. at
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 36
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Notions théoriques de dynamique des structures
Systèmes à 1 degré de liberté (1 DDL)
Spectres réglementaires :Enveloppe « lissée » de spectres réels...
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 37
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 37
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Notions théoriques de dynamique des structures
Systèmes à 1 degré de liberté (1 DDL)
Spectres réglementaires EC8 :
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 38
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 38
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Notions théoriques de dynamique des structures
Systèmes à plusieurs degré de liberté (n DDL)
Modélisation basée sur :
une discrétisation en masses ponctuelles des barres (ressorts) reliant ces masses un taux d’amortissement structurel global (ξ
séisme=5% ; ξ
passerelles=0,5%)
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 39
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 39
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Notions théoriques de dynamique des structures
Systèmes à plusieurs degré de liberté (n DDL)
Écriture matricielle de l’équation générale de la dynamique
Calcul des modes propres de vibration
Combinaison quadratique des réponses modales :
[ ] { } [ ] { } [ ] { } { })(F )( x' C )( x K )( x" M tttt +−−=
...23S2
2S21S S +++=
Console verticale à 3 nœuds
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 40
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 40
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Principes de modélisation
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 41
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 41
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Principes de modélisation
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 42
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 42
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Principes de modélisation
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 43
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 43
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Principes de modélisation
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 44
44
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 44
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Principes de modélisation
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 45
45
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 45
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Principes de modélisation
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 46
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 46
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Le phénomène vibratoire
agr : accélération maximale enregistrée au rocher
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 47
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 47
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Contenu fréquentiel du signal sismique et effets de site
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 48
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 48
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Contenu fréquentiel du signal sismique et effets de site
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 49
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 49
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Contenu fréquentiel du signal sismique et effets de site
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 50
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 50
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Contenu fréquentiel du signal sismique et effets de site
Effet géologique
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 51
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 51
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Contenu fréquentiel du signal sismique et effets de site
Effet topographique
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 52
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 52
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Variabilité spatiale de l’action sismique
San Fernando (USA, 1971)
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 53
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 53
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Effets induits
Liquéfaction du sol porteur
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 54
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 54
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Effets induits
Chutes de blocs et glissements de terrain
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 55
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 55
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Effets induits
Ruptures de failles en surface
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 56
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 56
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Exemples de prise en compte
Approches statiques forfaitaires
Action du séisme sur les ponts-cadres et portiques
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 57
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 57
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Exemples de prise en compte
Approches statiques forfaitaires
Le dimensionnement des structures pare-blocs
Équivalence énergétique :
- Choc élastique : ½ m.v2 = ½ k.x2
F
d
-Choc élasto-plastique : ½ m.v2 = F.xF
d
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 58
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 58
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Exemples de prise en compte
Analyses modales (spectrales)
Action du séisme sur les ouvrages « réguliers »
17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 59
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17 septembre 2013Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Ouest 59
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Exemples de prise en compte
Analyses dynamiques temporelles
Action du séisme sur les ouvrages « complexes »