Généralités sur les phénomènes sismiques...2018/01/02 · Généralités sur les phénomènes...
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Généralités sur les phénomènes sismiques Denis DAVI CETE Méditerranée Journée technique PRISE EN COMPTE DU RISQUE SISMIQUE Centre d'Études Techniques de l'Équipement Ouest
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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
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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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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)
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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
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Notions générales de sismologie● Caractérisation de l’aléa sismique
Les mécanismes de rupture
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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
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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
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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…
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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)
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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
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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)
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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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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
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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)
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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
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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
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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...
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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...
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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...
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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...
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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...
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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...
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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- …
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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- …
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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- …
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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…
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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
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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)
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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)
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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
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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...
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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
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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...
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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 :
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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%)
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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
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Principes de modélisation
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Principes de modélisation
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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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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Principes de modélisation
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Principes de modélisation
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Éléments de dynamique des structures et principes de modélisation● Principes de modélisation
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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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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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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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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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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Contenu fréquentiel du signal sismique et effets de site
Effet géologique
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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
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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)
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Effets induits
Liquéfaction du sol porteur
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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
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Généralités sur les phénomènes sismiques
Représentation des actions sismiques sur les ponts● Effets induits
Ruptures de failles en surface
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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
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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
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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 »
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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 »
