Réponse sismique des sols :

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1 Réponse sismique des sols : Amplification du mouvement sismique et interaction sol-structure Jean-François Semblat AFPS et IFSTTAR Dépt Géotechnique, Eau et Risques Groupe Séismes et Vibrations Lamentin, 9 Novembre 2011 jean-francois.semblat@ifsttar.fr (ex-lcpc) Jean-François Semblat, Dépt GER 26 mai 2011

2 IFSTTAR et le risque sismique Expériences macrogravité Nantes Paris Marne-la-Vallée Simulateur séismes Grenoble Nice Ondes sismiques dynamique des sols dynamique des structures Sismologie microzonage vulnérabilité (bruit de fond, réseau accél. permanent : www-rap.obs.ujf-grenoble.fr)

3 Plan présentation 1. Réponse sismique des sols : échelles d analyse 2. Amplification des ondes sismiques : problématique, analyse, séismes forts 3. Réglementation : zonage, spectres, PPRS 4. Interaction sol-structure 5. Perspectives

4 1/ Echelles d analyse "mouvement sismique" en surface site vulnérabilité trajet source

5 2/ Amplification des ondes sismiques dans les sols Séismes faibles/forts

6 Mise en évidence de l amplification Séisme de Mexico-Michoacan (M8.0, 19 sept.1985) 170 cm/s 2 35 cm/s cm/s 2 18 cm/s 2 Mexico Campos épicentre 400 km Teacalco UNAM SCT

7 Observation : sismologie ET géotechnique? KiK-net (Japon)

8 Observations en France 1/ Mesures à Grenoble (RAP) 2/ Le forage de Montbonnot (550m) 1. Mouvement surface 2. Mouvement profondeur

9 Analyse simplifiée (1D) Milieu monocouche (h 1 =20m), bicouche (h 1 =h 2 =10m) fonction de transfert fréquence (Hz) monocouche V S1 =200m/s bicouche V S1 =150m/s V S2 =250m/s V S1 =100m/s V S2 =300m/s V S1 =75m/s V S2 =325m/s (Semblat & Pecker, 2009)

10 Amplification ds un bassin sédimentaire Ouest Est F=0,4 0 Hz A=1,2 0 Nice F=1,2 0 Hz A=6,5 0 F=1,6 0 Hz A =15,0 0 F=2,0 0 Hz A=6,0 0 Majoration des spectres (effets 2D/3D)?

11 Séismes forts : Japon (mars 2011) Mise en évidence de non-linéarités de comportement Séisme du 11 Mars Stations K-net accélérations à la station MYG013 (Vs30=269.8 m/s) PGA < 0.1 g 0.1 PGA < 0.5 g 0.5 PGA < 1.0 g 1.0 PGA < 1.5 g 1.5 PGA < 2.0 g PGA > 2.0 g Epicentre -2 fréquence (Hz) accélération (m/s ) diagramme temps-fréquence Est-Ouest Nord-Sud Vs30 (m/s) (Bonilla et al., EPS 2011) temps (s)

12 Séismes forts : liquéfaction Liquéfaction (Christchurch, NZ, 2011)

13 3/ Réglementation Zonage, spectres, PPRS

14 Zonage sismique Ancien zonage Zonage révisé

15 Classes de sol Classe Description Paramètres V S,30 (m/s) N (SPT) C u (kpa) A Rocher alluvions < 5m > 800 B Sable très dense, gravier ; h>10m > 50 > 250 C Sable dense, moyenn t dense, argile raide ; h=10 100m D Sable lâche, moyenn t dense ; argile ferme à molle E Alluvions C ou D, h=5 20m sur rocher S 1 Couches avec strates h>10m argile molle (IP>40), w élevée Sites liquéfiables S < 180 < 15 < 70 < V S,30 = N i = 1 H hi V i

16 PPRS Nice (en cours) Selon Vs30 classe de sol EC8

17 Spectres PS92/EC8 Spectres EC8 : 2 types de spectres pour zones à sismicité forte et sismicité modérée

18 4/ Interaction sol-structure f=0,2 Hz f=0,4 Hz f=0,6 Hz

19 4/ Interaction «site-ville» Sismologie «urbaine» density 1 density 2 density 3 density 4 density 5

20 5/ Perspectives Mise en œuvre pratique de la réglementation et retour d expérience! Evaluation fine des effets de site : microzonages, majoration forfaitaire, topographie ISS : fondations profondes Traitement/amélioration des sols (GT AFPS) Sévérité sollicitation sismique : accélérogrammes naturels ou synthétiques? (GT AFPS) Variabilité du mouvement sismique (ex.: variabilité spatiale) : ponts, barrages, centrales

21 Merci! Bard P.Y., Chazelas J.L., Guéguen P., Kham M., Semblat J.F. (2005). Assessing and managing earthquake risk - Chap.5 : Site-city interaction,, Springer. Bonnet M. (1999). Boundary integral equation methods for solids and fluids, Wiley, Chichester, UK. Chaillat S., Bonnet M., Semblat J.F. (2008). A multi-level fast multipole BEM for 3-D elastodynamics in the frequency domain, Comp. Meth. in Applied Mech. & Eng. 197, pp Chaillat S., Bonnet M., Semblat J.F. (2009). A new fast multi-domain BEM to model seismic wave propagation and amplification in 3D geological structures, Geophysical Journal International, 177(2), pp Dangla P., Semblat J.-F., Xiao H.H., Delépine N. (2005). A simple and efficient regularization method for 3D BEM: application to frequency-domain elastodynamics, Bull. of Seismological Soc. of America, 95(5): Delépine N., Bonnet G., Lenti L., Semblat J.F. (2009). Nonlinear viscoelastic wave propagation: an extension of Nearly Constant Attenuation models, Journal of Eng. Mechanics (ASCE), 135(11), pp Gandomzadeh A., Santisi d Avila M.P., Semblat J.F., Lenti L., Bonilla F., (2010). Influence of soil nonlinearities on dynamic soil-structure interaction, Fifth Int. Conf. on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Eng. and Soil Dynamics, San Diego, USA. Kham M., Semblat J.F., Bard P.Y., Dangla P. (2006). Site- City Interaction: Main Governing Phenomena Through Simplified Numerical Models, Bull. Seism. Soc. Am., 96(5): Semblat J.F., Lenti L., Gandomzadeh A. (2011). A simple multidirectional absorbing layer method in elastodynamics, Int. Journal Numerical Methods in Eng., à paraître. Semblat J.F., Pecker A. (2009). Waves and vibrations in soils, IUSS Press, 499 p. Semblat J.F., Kham M., Bard P.Y. (2008). Seismic wave propagation in alluvial basins and influence of Site-City Interaction, Bull. Seism. Soc. of America, 98(4). Semblat J.F., Kham M., Parara E., Bard P.Y., Pitilakis K., Makra K., Raptakis D. (2005). Site effects: basin geometry vs soil layering, Soil Dynamics and Earthquake Eng., 25(7-10), pp Semblat J.F., Duval A.M., Dangla P. (2000). Numerical analysis of seismic wave amplification in Nice (France) and comparisons with experiments, Soil Dynamics and Earthquake Eng., 19(5): Semblat J.F., Brioist J.J. (2000). Efficiency of higher order finite elements for the analysis of seismic wave propagation, Jal of Sound & Vibration, 231(2), pp Semblat J.F., Luong M.P. (1998). Wave propagation through soils in centrifuge experiments, Journal of Earthquake Engineering, 2(1), pp