NOTIONS DE SISMOLOGIE Risque sismique · Ondes sismiques et mouvement du sol 3. ... • modèle...
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NOTIONS DE SISMOLOGIE
Risque sismique
Cours de risques sismiques.Master de génie civil – habilitation 2011Université Paul Sabatier Toulouse IIIPr. Erick Ringot ([email protected]), Pr. Martin Cyr ([email protected])
Révision : 17 novembre 2011
Risques sismiques - SISMOLOGIE master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot, M.Cyr page 2
I - Caractérisation du mouvement sismique1. Mécanisme de formation d’un séisme2. Ondes sismiques et mouvement du sol3. Magnitude et intensité
0 – La notion de risques, les risques naturels,les séismes, la sismologie
II – Risque sismique1. Aléa sismique2. Effet de site – amplification locale du mouvement sismique 3. Effets induits dans les sols et les roches
a) Déplacements irréversibles sur la failleb) Liquéfactionc) Mouvements de terrain
4. Microzonage sismique
III – Règles parasismiques françaises1. Prise en compte du risque sismique à l’échelle régionale2. Définition de l’action sismique sur un ouvrage
Plan du cours
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• Séismes dangereux pour la vie humaine
• Principe de protection contre les effets des séismes
à cause de la destruction des ouvrages
réaliser des ouvrages "parasismiques", i.e. résistants aux séismes
les bâtiments, même endommagés, ne s'effondrent pas
- Aléa sismique
- Risque sismique
• Deux notions à ne pas confondre
• probabilité d'apparition d'un séisme en un site donné• pendant une période de référence donnée
• probabilité d'un dommage causé par un séisme
Risque sismique = Aléa sismique x Vulnérabilité
• Le risque sismique est donc fonction :
- de l'aléa sismique
- des dispositions constructives prises pour diminuer le risque
Aléa sismique
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Aléa sismique
Risque sismique = Aléa sismique x Vulnérabilité
• peut être évalué pour une construction, une ville, une région spécifique• probabilité de perte en biens, en activités productives et en vies humaines
dans un laps de temps donné• augmente avec :
• nul en l'absence de constructions et de personnes
- la densité de population
- le potentiel économique du pays
développement des sociétés
↓accroissement de leur propre vulnérabilité face aux tremblements de terre
Vulnérabilité = (%)
coût des dommages attendus pour un séisme d'une intensité donnée
coût de la construction
0% : séismes d'intensité MSK < VI100% : séismes d'intensité MSK XI et XII
pas de dommages aux bâtiments
constructions non parasismiques
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Aléa sismique
Pour un niveau de risque acceptable fixé... ...et considérant que le niveau de protection peut être assuré par de bonnes dispositions constructives
la connaissance de l'aléa sismique est nécessaire
Quelle est la probabilité annuelle d'excéderun niveau de mouvement du sol sur un site donné ?
La réponse passe par la détermination du mouvement sismique de calcul
• modèle de sismicité
• modèle d'atténuation
mouvement du sol pris en compte pour le calcul de la construction parasismique
Calcul probabiliste
- distribution géographique des sources sismiques actives
- récurrence des séismes pour une source donnée, en fonction de la magnitude
- description, pour un site donné, de l'effet d'un séisme en fonction de la
magnitude et de l'éloignement du foyer
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Aléa sismique
� Modèle de sismicitéSismicité historique
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Aléa sismique
� Modèle desismicité
Sismicité historique(2010)
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Aléa sismique
� Modèle desismicité
Sismicité historique(1980-2010)
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Aléa sismique
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Aléa sismique
� Risque sismique• variable d'une région à l'autre
• moyenne sur la terre 0,28 séisme destructeur / siècle / 100 000 km2
!Italie : 24
Grèce : 57
autres zones à risques :
Japon, Indonésie, façade
ouest des Amériques
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Aléa sismique
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� Modèle de sismicité
• Le long d'une faille de l'écorce terrestre, les séismes se produisent avec irrégularité
• En étudiant la sismicité historique, on peut rendre compte, approximativement, de la succession des séismes par la relation de Gutenberg et Richter (1944) :
MbaN ⋅−=logM : magnitude du séismeN : nombre de séismes de magnitude≥ M, par unité de temps et de surfacea, b : constantes sismiques de la région
• Traçage de cartes de zonage sismique• Calcul de la probabilité de dépasser une magnitude M
Aléa sismique
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Aléa sismique
André Filiatrault, Éléments de génie parasismique et de calcul dynamique des structuresÉditions de l'École polytechnique de Montréal, 1996 - 478 pages
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exemple de calcul
Aléa sismique
Jacques Betbeder-Matibet, Génie parasismique (en 3 volumes) : Les phénomènes sismiques - Risques et aléas sismiques - Prévention parasismiqueHermès – Lavoisier, 2003
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Loi de distribution fréquence-magnitude
Les enregistrements opérés sur une faille dans le temps permettent d’établir un tracé de corrélation entre l’amplitude des séismes et leur fréquence d’apparition.
Log(N)
nb. Annuel
de séismes
magnitude
Fig. Loi de fréquence-magnitude (ou
Gutenberg-Richter) pour le fossé
rhénan supérieur de 1971 à 1979.
Fig. Lois de fréquence-magnitude pour
les différentes sources sismiques de la
Martinique de 1650 à 1999.
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Evaluation probabiliste de l’aléa sismique régional
OBJET :
• Pas économiquement raisonnable de protéger les ouvrages à « risque normal » contre un événement qui ne surviendra que tous les 5000 ans, même si l'événement est susceptible de se produire demain.
• Par l'étude des cycles sismiques des différents domaines sismotectoniques (lois de fréquence-magnitude)
� on peut identifier la valeur de la magnitude maximale pouvant être associée à une période de retour choisie.
• L'arbitrage politico-économique définit quel est la période retenue pour la réglementation.
APPROCHE :
� Connaissance historique de la macro-sismicité (à défaut d'études disponibles sur les unités sismotectoniques) ;
� Etablissement de lois de distribution fréquence-magnitude ;
� Le séisme de référence est " laissé " sur son site (et non rapproché au point le plus proche du domaine) et pondéré par les lois d'atténuation comme précédemment.
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Evaluation probabiliste de l’aléa sismique régional
Fig. Carte de l'aléa sismique régional
probabiliste de la France métropolitaine
pour une période de retour de 475 ans.
• Pas semblable à la carte de l'aléa
déterministe
• Séismes violents possibles ayant une
période de retour très longue pas pris en
compte
• Valeurs plus faibles des « accélérations
nominales » caractérisant le mouvement
sismique, puisque les grands séismes
(plus rares) ne sont pas retenus.
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Aléa sismique
Ancien zonage sismique en France(avant mai 2011)
La prise en compte
- du modèle de sismicité
- du modèle d'atténuation
Traçage des cartes de zonage sismique pour un facteur particulier (vitesse, accélération…)
(sans considérer les conditions locales)
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Evaluation probabiliste de l’aléa sismique régional
Fig. Transcription dans les règles parasismiques,
c’est-à-dire dans l’Eurocode 8 (ou NF EN 1998),
de l’évaluation probabiliste de l’aléa sismique
régional en France.
• Carte d’aléa sismique probabiliste « applicable »
depuis Mai 2011
• Valeurs des accélérations nominales associées à
chaque zone définies dans l’Arrêté du 22
octobre 2010 relatif à la classification et aux
règles de construction parasismique
applicables aux bâtiments de la classe dite
« à risque normal » (art.4.II.a).
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Atténuation du mouvement sismique
L'atténuation du mouvement sismique par les sols traversés résulte de la perte d'énergie des ondes en fonction de la distance parcourue depuis la source.
L'atténuation résulte de :
�- l'atténuation radiale :
Propagation des trains d'ondes sphérique autour de la source
Surface de la sphère augmente avec la distance, ainsi, la quantité d'énergie unitaire e décroît comme le carré de la distance r : e=E/4πr2;
�- l'amortissement : une partie de l'énergie ondulatoire est transformée en chaleur dans les sols traversés, ce qui contribue également à réduire l'intensité des secousses avec la distance.
foyer
épicentre
Distance épicentrale
Intensité décroissante
MAGNITUDE
� On distingue donc la MAGNITUDE (caractéristique intrinsèque de l’énergie E libérée par un séisme) et l’INTENSITE (les effets ressentis localement).
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� Modèle d'atténuation
• Au cours de leur propagation, les ondes sismiques s'atténuent
• Relation rendant compte de l'atténuation d'un paramètre caractéristique
donné y, sur un site donné :
)()()(log GhRgMfAy +++=
A : constanteM : magnitude (ou caractéristique du mouvement au foyer)R : distance au foyerG : conditions locales du site
Atténuation du mouvement sismique
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André Filiatrault, Éléments de génie parasismique et de calcul dynamique des structuresÉditions de l'École polytechnique de Montréal, 1996 - 478 pages
Atténuation du mouvement sismique
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Modèle d'atténuation
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Atténuation → paramètres influents
(a) paramètres généraux dépendant
• des caractéristiques au foyer
• des caractéristiques de propagation
magnitude, profondeur
propriétés physiques et mécaniques
des terrains parcourus
La prise en compte- du modèle de sismicité
- du modèle d'atténuation
Traçage des cartes de zonage sismique pour un facteur particulier (vitesse, accélération…)
Exemple : probabilité de dépassement de 10% sur une période de retour de 475 ans
(sans considérer les conditions locales)
Atténuation du mouvement sismique
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(b) paramètres liés aux conditions locales (du site)
Pour préciser l'approche arrêtée en (a), on doit tenir compte de l'effet de site
Les mouvements sismiques sont modifiés par les particularités
- topographiques- stratigraphiques
du site
Exemples
• séismes de Mexico (19/9/85) et de Californie (17/10/89)
• les reliefs importants sont souvent plus perturbés que les zones voisines à relief peu marqué
mouvements en surface 3 fois plus grands dans les couches d'alluvions
que dans les affleurements rocheux voisins
Atténuation → paramètres influents
Aléa sismique
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II – Risque sismique
1. Aléa sismique
2. Effet de site – amplification locale du mouvement sismique a) La topographie : crête et talusb) La géologiec) La géotechnique : propriétés géodynamiques des s ols superficiels
3. Effets induits dans les sols et les rochesa) Déplacements irréversibles sur la failleb) Liquéfactionc) Mouvements de terrain
4. Microzonage sismique
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Effet de site
Accentuation des effets d’un séisme due à la géologie et à la topographie
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• Pas facile de savoir qui des rochers ou des sédiments sont les sols les plus critiques vis-à-vis du séisme.
• Certains reliefs rocheux montrent des amplifications inquiétantes tout comme certains remplissages sédimentaires
• C’est la nature des formations géologiques mais aussi la géométrie des reliefs et des bassins qui provoquent les plus fortes amplifications du mouvement sismique
• Conséquences directes pour la résistance des structures.
• Il faut donc pouvoir les évaluer afin de s’en prémunir.
http://isterre.fr/Effets-de-site
Effet de site
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Effet de site – amplification locale du mouvement sismique sous les effets de :a) La topographie : crête et talus
Effet de site - topographie
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Les sommets des montagnes ou collines, les arrêtes tranchantes sont des lieux privilégiés où les ondes se concentrent du fait qu'elles ne trouvent plus d'autres supports pour les conduire, un peu comme un cours d'eau dont le courant s'accélère dans une zone d'étranglement.
http://www.ecab.ch/ecab/sismo/question_f.html
Effet de site - topographie
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http://www.ecab.ch/ecab/sismo/question_f.html
Effet de site – amplification locale du mouvement sismique sous les effets de :b) La géologie
Effet de site - géologie
Ce cas correspond à une vallée bordée de roches dures et comblée par des sédiments lacustres (des sables, limons ou argiles). Dans ce cas, les ondes sismiques sont emprisonnées dans la vallée et s'en trouvent amplifiées par l'effet d'écho.
superposition des couches sédimentaires qui piègent horizontalement les ondes
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Effet de site - géotechnique
Effet de site – amplification locale du mouvement sismique sous les effets de :c) La géotechnique : propriétés géodynamiques des sols superficiels
Lorsqu'une sorte d'auge géologique est comblée par des limons ou argiles à comportement plastique, il est possible que lors d'un tremblement de terre, les terrains mous accentuent les oscillations, comme un pudding ou un flan dans une assiette secouée.
http://www.ecab.ch/ecab/sismo/question_f.html
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Effet de site - Grenoble
Grenoble, construite sur un bassin sédimentaire important et constitué de formations molles, présente systématiquement des amplifications du mouvement.
http://isterre.fr/Effets-de-site
Exemple d’effets dus à la géologie et à la géotechnique : Grenoble
Sur cet exemple, la station du réseau accélérométrique permanent RAP située sur le rocher OGMU a une amplitude et une durée limitées par rapport aux autres stations situées sur les sédiments.
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• Le tremblement de terre du 19 septembre 1985 qui secoua la capitale mexicaine, d'une magnitude de 8,2 sur l'échelle de Richter, dura deux minutes.
• Avec sa réplique qui eut lieu le lendemain (7,5 sur l'échelle de Richter), il fit environ 10 000 morts.
• Quatre-cent-douze immeubles ont été entièrement détruits et 5 000 à 9 000 bâtiments ont été endommagés.
• Les dégâts sont très importants et surtout très inégaux selon les différents endroits de la ville. Ils se concentrent dans les quartiers centraux, sur une superficie de 40 km2 (4 % de l’espace urbanisé en 1980).
• Son épicentre se trouvait pourtant à 400km de Mexico
Problèmes: Comment expliquer cet effet de site? Pourquoi cette différence de dégât selon les zones de la ville? Pourquoi cette amplification des dégâts si loin de l'épicentre?
Effet de site - Mexico
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Effet de site - Mexico
Building collapse in Mexico City
http://jgreenwood.web.wesleyan.edu/wescourses/2005s/ees155/01/lecture11_12.html
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Articles et photos
Sisyphe à Mexico : risques et politiques urbaines (http://vertigo.revues.org/2710)Séisme de Mexico (http://www.mssmat.ecp.fr/Seisme-de-Mexico,492)Photos : http://libraryphoto.cr.usgs.gov/cgi-bin/search.cgi?search_mode=exact&selection=Mexico+City+Earthquake+1985%7CMexico+City%7CEarthquake%7C1985
Le séisme de Mexico (19 sept. 1985) : signification géomorphologique (http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/geo_0003-
4010_1987_num_96_538_20643)
La géométrie des fondations est très importante. Pendant le séisme, il y a eu beaucoup de sinistres à cause du comportement des fondations sur pieux
Effet de site - Mexico
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Effet de site - Mexico
http://fr.wikipedia.org/wiki/Plaque_de_Cocos
Situation tectonique
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Effet de site - Mexico
Séismes générés dans les zones de subduction
Plan de Wadatti-Benioff
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Effet de site - Mexico
Une étude fait apparaître une image de la plaque en subduction, sous le Mexique et jusqu'aux environs de Mexico city, presque horizontale et peu profonde, qui lui vaut la dénomination de "flat slab subduction". Ensuite, à l'aplomb de la ville, la plaque plonge de façon brusque jusqu'à une profondeur de 500 km. Les scientifiques suspectent que cet terminaison abrupte de la plaque à cette profondeur serait du à une déchirure localisée à cet endroit avant la subduction du plancher océanique.
http://earth-of-fire.over-blog.com/article-les-volcans-mexicains-introduction-tectonique-74332562.html
Risques sismiques - SISMOLOGIE master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot, M.Cyr page 40
Effet de site - Mexico
http://jgreenwood.web.wesleyan.edu/wescourses/2005s/ees155/01/lecture11_12.html
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Effet de site - Mexico
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Effet de site - Mexico
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Effet de site - Mexico
http://www.lib.utexas.edu/maps/atlas_mexico/surface_geology.jpg
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Effet de site - Mexico
Risques sismiques - SISMOLOGIE master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot, M.Cyr page 45
Effet de site - Mexico
Risques sismiques - SISMOLOGIE master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot, M.Cyr page 46
Effet de site - Mexico
http://jgreenwood.web.wesleyan.edu/wescourses/2005s/ees155/01/lecture11_12.html
Substratum rigide
Alluvions meubles
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Effet de site - Mexico
Explication: • La ville de Mexico est construite en partie sur des terrains meubles (sédiments lacustres)
entourés par des roches rigides (type basaltes).• La mise en résonnance de ces terrains par les ondes sismiques ne se fait pas de la même
façon: en effet, les ondes sismiques doivent être de fréquence plus faible (basse fréquence) pour mettre en résonnance les terrains meubles;
• or ce sont précisément les ondes basses fréquences qui sont transmises lorsque l'épicentre est lointain: les ondes basses fréquences du séisme ont donc été piégées dans la cuvette sédimentaires sur laquelle repose une partie de la ville, elles ont mis alors en résonnance uniquement les terrains meubles.
http://artic.ac-besancon.fr/svt/act_ped/svt_lyc/prem/sismologie/activites/college/mexico/mexico.htm
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Effet de site - Mexico
Sol meuble : oscillateur de période Tsol = 4H/Vs
Si la période prédominante du séisme est proche de Tsol : résonance
http://media.lcpc.fr/ext/pdf/sem/2010_rst_vibrations_nuisances/2_semblat_jvibrat2010.pdf
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Effet de site - Mexico
Amplification du mouvement du sol lors du tremblement de terre de Mexico (1985)
Le mouvement sismique est représenté en fonction du mouvement d’un oscillateur ayant différentes périodes de vibration. La période d’oscillation de la couche sédimentaire montre une forte amplification à 2 secondes, là où toute l’énergie sismique se focalise. Ce sont donc les bâtiments ayant cette période qui vont être les plus secoués.
http://isterre.fr/Effets-de-site
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Effet de site - Mexico
Fréquences propres des constructions
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Effet de site - Mexico
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II – Risque sismique
1. Aléa sismique
2. Effet de site – amplification locale du mouvement sismique sous les effets de :a) La topographie : crête et talusb) La géologiec) La géotechnique : propriétés géodynamiques des sols superficiels
3. Effets induits dans les sols et les rochesa) Déplacements irréversibles sur la failleb) Liquéfaction c) Mouvements de terrain
4. Microzonage sismiquea) Objectifb) Réalisation
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Effets induits par les séismes sur un site
Le projeteur doit aussi considérer les effets collatéraux potentiellement dévastateurs induits par les séismes :
� glissements de terrain et chutes de pierres ;� bord de falaise ou de talus instable ;� site en pente ;� pied de falaise ou de versant instable ;
� tsunami ;� chute, incendie, effondrement d’un bâtiment voisin;� le risque de liquéfaction du sol.
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Fréquence relative de chaque type de mouvement de versant dans le monde, entre 1811 et 1997 (Keefer, 1984a ; Rodriguez et al., 1999). Les abréviations suivantes sont utilisées : gliss. pour glissement, rotat. pour rotationnel, aval. pour avalanche, effondr. pour effondrement et étal. pour étalement.
Effets induits par les séismes sur un siteCéline Bourdeau, Effets de site et mouvements de versant en zones
sismiques : apport de la modelisation numerique, Thèse de l’Ecole des Mines de Paris, 2005
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Une faille active est définie comme une fracture plane ou légèrement gauche de l'écorce terrestre, le long de laquelle des déplacements tectoniques peuvent se produire.
Lorsqu'une faille active, à l'origine d'un séisme, débouche en surface :
• elle peut induire des déplacements le long de la ligne de rupture (rupture des terrains à la surface du sol) ;
• elle peut générer également des mouvements vibratoires particuliers en source très proche, c'est-à-dire dans une zone de quelques centaines de mètres de part et d'autre de cette ligne de rupture ; cet effet peut se traduire par des amplifications aussi bien dans le sens horizontal que vertical.
L'apparition d'une faille en surface dépend de la profondeur du foyer (elle doit être faible), de l'amplitude du déplacement au foyer et de la dimension du plan de faille.
http://www.brgm.fr/brgm/Risques/Antilles/guad/sfailles.htm
Effets induits – Apparition d’une faille en surface
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Effets induits – Apparition d’une faille en surface
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Guadeloupe et failles actives
Effets induits – Apparition d’une faille en surface
http://www.brgm.fr/brgm/Risques/Antilles/guad/sfailles.htm
Risques sismiques - SISMOLOGIE master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot, M.Cyr page 58
Guadeloupe et failles actives
Effets induits – Apparition d’une faille en surface
http://www.brgm.fr/brgm/Risques/Antilles/guad/sfailles.htm
Risques sismiques - SISMOLOGIE master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot, M.Cyr page 59
Effets induits - liquéfaction
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Effets induits
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Effets induits - liquéfactionMécanisme
The type of ground failure shown above can be simulated in the laboratory, as seen in the video.
http://www.ce.washington.edu/~liquefaction/html/what/what1.html
Risques sismiques - SISMOLOGIE master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot, M.Cyr page 62
Effets induits - liquéfaction
σ’
τ'
σ'n
ϕ'τ’
σ'ns
∆us
τ’s
∆us
Sol superficiel Sol profond
Mécanisme
Loi de Coulombτ’ = c + σ’n tan φ’
Avec c : cohésionσ’n = σn - u
Sable ou argile NCc = 0 � τ’ = σ’n tan φ’
Sous l’effet d’un séisme dans un sable lâche saturé� Augmentation de la pression interstitielle ∆us
Donc σ’ns = σn – (u + ∆us)τ’s = σ’ns tan φ’ < τ’
Liquéfaction si : τ’s = 0 (σ’ns = 0)
Risques sismiques - SISMOLOGIE master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot, M.Cyr page 63
SEISME DE CARACAS (VENEZUELA), 1967
http://www.brgm.fr/brgm/Risques/Antilles/guad/sliq1.htm
Effets induits - liquéfaction
Risques sismiques - SISMOLOGIE master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot, M.Cyr page 64
http://www.brgm.fr/brgm/Risques/Antilles/guad/sliq2.htm
SEISME DE KOBE (JAPON), 1995
Effets induits - liquéfaction
Risques sismiques - SISMOLOGIE master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot, M.Cyr page 65
SEISME DE NIIGITA (JAPON), 1964
http://www.brgm.fr/brgm/Risques/Antilles/guad/sliq4.htm
Effets induits - liquéfaction
Risques sismiques - SISMOLOGIE master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot, M.Cyr page 66
Liquefied soil also exerts higher pressure on retaining walls, which can cause them to tilt or slide. This movement can cause settlement of the retained soil and destruction of structures on the ground surface
http://www.ce.washington.edu/~liquefaction/html/what/what1.html
Effets induits - liquéfaction
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Effets induits - liquéfaction
Increased water pressure can also trigger landslides and cause the collapse of dams. Lower San Fernando dam suffered an underwater slide during the San Fernando earthquake, 1971. Fortunately, the dam barely avoided collapse, thereby preventing a potential disaster of flooding of the heavily populated areas below the dam.
http://www.ce.washington.edu/~liquefaction/html/what/what1.html
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Effets induits - liquéfaction
PS-92 - § 9.12 : Identification des sols liquéfiablesa) Sables et limons présentant les caractéristiques suivantes :- degré de saturation Sr voisin de 100%,- granulométrie assez uniforme correspondant à un coefficient d’uniformité Cu inférieur à 15 :
Cu = D60/D10 < 15- diamètre à 50%, D50 compris entre 0,05 et 1,5 mm,- et soumis à l’état final du projet à une contrainte verticale effective σ’v inférieure aux valeurs suivantes : 0,20 MPa en zones Ia et Ib, 0,25 MPa en zone II, 0,30 MPa en zone III
Quels sols peuvent se liquéfier ?
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Effets induits - liquéfaction
b) Sols argileux présentant les caractéristiques suivantes :- diamètre à 15%, D15 supérieur à 0,005 mm,- limite de liquidité wL inférieure à 35%,- teneur en eau w supérieure à 0,9 wL,- point représentatif sur le diagramme de plasticité se situant au-dessus de la droite « A »
w croissantwL
état liquide
Ip
wp
état plastiqueétat solide
0 ws
sans retrait avec retrait
Quels sols peuvent se liquéfier ?
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wL
Ip
Effets induits - liquéfaction Quels sols peuvent se liquéfier ?
diagramme de plasticité de CASAGRANDE
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Effets induits - liquéfaction
Peuvent a contrario être considérés comme exempts de risque :a) Les sols dont la granulométrie présente un diamètre à 10%, D10 supérieur à 2 mm,b) Ceux dans lesquels on a simultanément :
• D70 < 74 µm• Ip > 10%
Quels sols peuvent se liquéfier ?
Granulo
liquéfiables
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Effets induits - liquéfaction
Comment éviter la liquéfation ?
Consolidation statique : injection
• La technique consiste à introduire, sous pression dans le sol à partir de forages répartis selon des mailles primaires et secondaires, un « mortier » visqueux à base de ciment et à angle de frottement élevé afin d’augmenter le niveau de contrainte jusqu’à sortir le sol des critères rendant possible le phénomène de tassement ou de liquéfaction.
maillage de l’ordre de 4m
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Effets induits - liquéfaction
Foreuse pour injections (grand modèle)
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Effets induits - liquéfaction
Consolidation dynamique
• La technique consiste à laisser tomber des pilons de plusieurs dizaines de tonnes, en chute libre sur une hauteur de plusieurs dizaines de mètres.
• Le choc engendre des trains d'ondes (P, S, Rayleigh) qui améliorent le sol en provoquant sa modification structurelle
But : provoquer le tassement sans attendre le séisme.
• Le traitement améliore la cohésion des sols et élimine aussi un facteur de liquéfaction (densification du sol).
• L’inconvénient de cette technique est que les trains d’ondes peuvent agir sur plusieurs centaines de mètres à la ronde, ce qui ne permet l'utilisation de cette méthode que comme traitement préventif d’espaces vastes et libres d’occupation avant aménagement ou urbanisation.
• En outre elle nécessite l’intervention d’engins lourds.• D’un point de vue économique, le procédé est intéressant à
grande échelle (économie d’échelle une fois le matériel acheminé sur le site).
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Effets induits - liquéfaction
Substitution en surface
• Lorsque la profondeur de terrain à traiter est faible, inférieure à 3 ou 4 mètres, on peut envisager de réaliser la substitution par du matériel couramment utilisé.
• La méthode consiste à terrasser par phases à la pelle mécanique jusqu'à la profondeur voulue et à mettre en place par gravité du matériau de substitution (ballast, gros béton).
Substitution par vibrosubstitution : colonnes ballastées
• Cette méthode est applicable aux terrains cohérents tels que limons et argiles lorsque la profondeur de terrain à traiter est trop importante, supérieure à 4 mètres, pour une substitution en surface.
Technique
• Descente dans le sol d’un vibrateur manipulé par une grue, qui sous son propre poids, et sous l'influence du lançage d'eau et des vibrations, atteint les profondeurs souhaitées.
• Dans ce cas, on élimine au fur et à mesure les boues qui remontent en surface pour la substitution du sol.
• Puis, le vibrateur retiré, il y a mise en place de matériau d'apport à gros grains et compactage à nouveau avec le vibrateur.
• L'opération est répétée selon un maillage prédéfini.• Le maillage créé sur le site par les colonnes de matériaux de granulométrie incompatible
avec la liquéfaction, suffit à drainer le sol de la zone qui est protégée.
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Effets induits - liquéfaction
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Effets induits - liquéfaction
Préchargement• Si les délais le permettent, pour limiter le coût des interventions précédentes (injection,
fibroflotation), les terrains à traiter peuvent être au préalable préchargé.
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Risque de liquéfaction des sols
Phénomène de liquéfaction
Voir la vidéo : http://www.youtube.com/watch?v=Cy-MOZwr5G0&feature=player_embedded
La liquéfaction du sol est un phénomène géologique généralement brutal et temporaire par lequel un sol saturé en eau perd une partie ou la totalité de sa portance, permettant ainsi l'enfoncement ou le renversement des bâtiments situés en surface.
Ce phénomène se produit en présence d'eau souterraine remontant en surface au point de faire perdre la cohésion des particules du sol qui se comporte alors comme une roche meuble. Une fois les conditions propices à la liquéfaction du sol disparues, celui-ci expulse une partie de l'eau qu'il contient et retrouve ainsi sa consistance.
Certains séismes, par les vibrations qu'ils provoquent, entraînent de tels phénomènes allant parfois jusqu'à l'expulsion brutale de jets d'eau en-dehors du sol et l'enfoncement de bâtiments sur plusieurs mètres d'épaisseur.
NOTE : Les sables mouvants sont un cas
particulier de liquéfaction du sol.
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Risque de liquéfaction des sols
Conséquences de la liquéfaction
En cas de présence de couches de sable ou limon non cohérents à grains de faibles dimensions (0.05 à 2mm) à proximité de la surface, la présence d'eau à saturation est un facteur de déclenchement du phénomène de « liquéfaction » en cas de secousse sismique.
En situation de liquéfaction (intensité VII du séisme), la « déstructuration » du squelette granulaire peut entraîner la perte des constructions dont la superstructure est pourtant réputée parasismique.
� Les fondations doivent être assises sur le bon sol ;
� alternativement le sol potentiellement liquéfiable peut être traité pour lui conférer les caractéristiques souhaitées;
� enfin les sites liquéfiables peuvent être tout simplement évités pour l'implantation des constructions.
Fig. colonnes ballastées
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Effets induits – mouvements de terrain
Bord de falaise ou talus instable
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Effets induits – mouvements de terrain
Terrains en pente
Pied de falaise ou versant instable
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Effets induits – mouvements de terrain
• glissements rotationnels
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Effets induits – mouvements de terrain
• glissements translationnels
- Anchorage (Alaska), 1964
• un séisme a liquéfié la couche argileuse (1)• cette couche supporte des argiles sèches (2) et des graviers (3)• les couches (2) et (3) se sont alors déplacées vers la côte
marine en créant des failles et des effondrements (4)→ maisons déplacées, canalisations rompues
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Bridge Damage on the Cooper River, Alaska One span of the "Million Dollar" truss bridge of the former Copper River and Northwestern Railroad was dropped into the Copper River by the earthquake, and the other truss spans were shifted on their piers. The bridge construction consisted of concrete piers on concrete caissons 35 to 50 feet (10.6 to 15.1 m) below the stream bed. The superstructure consisted of steel trusses.
http://www.smate.wwu.edu/teched/geology/eq-Alaska64.html
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Government Hill Landslide, Anchorage, Alaska The Government Hill Elementary School in Anchorage was torn apart by subsidence of the graben at the head of the Government Hill landslide. The south wing of the school dropped about 30 feet (9 m); the east wing split lengthwise and collapsed. The playground became a chaotic mass of blocks and fissures. Part of this slide became an earth flow that spread 150 feet (45.5 m) across the flats into the Alaska Railroad yards. During the earthquake, the shaking loosened clay beneath Government Hill and the clay began to move toward the flats. On the hill, 400 feet (121.2 m) back from the rim of the bluff, the earth cracked on a front 1,180 feet (357.6 m) wide.
http://www.smate.wwu.edu/teched/geology/eq-Alaska64.html
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Effets induits – mouvements de terrain
Principe (calculs)
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Effets induits – mouvements de terrain
Mesures préventives
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II – Risque sismique
1. Aléa sismique
2. Effet de site – amplification locale du mouvement sismique a) La topographie : crête et talusb) La géologiec) La géotechnique : propriétés géodynamiques des sols superficiels
3. Effets induits dans les sols et les rochesa) Déplacements irréversibles sur la failleb) Liquéfactionc) Mouvements de terrain
4. Microzonage sismique