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Proceedings of the 18
th
International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
pour le génie parasismique. Ces ondes peuvent avoir une origine
naturelle, générée par des tremblements de terre de toute
magnitude ou bien une origine anthropique comme les activités
humaines générant des vibrations en surface. Ainsi, il est
possible d’imaginer des dispositifs comparables en géométrie à
ceux décrits ci-dessus mais à une échelle hectométrique.
3 LES DISPOSITIFS ISOLANTS
Dans le domaine du bâtiment et du génie civil, les vibrations
autres que celles occasionnées par un tremblement de terre, et
contre lesquelles le constructeur cherche à se prémunir sont, par
exemple : les vibrations liées aux charges ferroviaires et
routières, les machines vibrantes sur dallage industriel, les
techniques de battage (pieux, palplanches, etc.), les méthodes de
compactage (rouleau vibrant, compactage dynamique, etc.), les
tirs de mine, etc.
Ces vibrations peuvent avoir un effet sur la structure même
de l’ouvrage ou sur les sols supports de fondation, par
réarrangement granulaire des particules du sol suivi d’un
tassement. Des ouvrages dans le sol sont décrits par Semblat et
al. 2009 tels que des tranchées parallélépipédiques ou en forme
de demi-cylindre ainsi que des barrières d’éléments verticaux
disjoints dans une ou deux directions, cylindriques (pieux) ou
de sections rectangulaires (barrettes) ont été étudiés par des
approches numériques 2D ou 3D (méthode des éléments
spectraux, éléments frontières) ou avec de rares mesures in situ
(Woods 1968).
L’objectif de ces ouvrages n’est pas de s’opposer à des ondes
de surface mais d’essayer d’en limiter l’amplitude en modifiant
les propriétés du milieu de propagation. Plusieurs auteurs ont
étudié les possibilité de réaliser des tranchées anti-vibratiles de
quelques mètres de profondeur, vides si le terrain se tient ou
remplies de matériaux comme l’argile. Citons par exemple les
travaux expérimentaux de Woods en 1968, de Richart et al. en
1970.
Semblat et al. citent les études numériques 2D réalisées par
Segol et al.(1978), les études 3D de Banerjee et al. (1988) avec
la méthode aux éléments frontières. Citons également
Komatitsch et al. (1999) avec la méthode aux éléments
spectraux.
Pour les inclusions verticales dans le sol, Semblat et al.
(2009) cite les travaux de Aviles et Sanchez-Sesma (1983), de
Liao et Sangrey (1978). Semblat et Pecker (2009) ont examiné
une barrière constituée d’une seule rangée de huit trous
cylindriques avec la méthode numérique aux éléments
frontières.
En raison de la géométrie de ces ouvrages (diamètre et
espacement des trous) et des longueurs d’onde attendues des
ondes de surface, une réduction d’amplitude est envisageable
pour des fréquences de quelques dizaines de Hertz. Ces
ouvrages sont conçus pour des vibrations d’origine
anthropiques, identifiées et prévisibles car leur efficacité dépend
de leur dimension (profondeur, longueur), de la géométrie du
site (position de la source et du récepteur), de la fréquence de la
source et de la constitution de l’écran lui-même. Correctement
dimensionnés, ces ouvrages peuvent permettre d’appliquer un
coefficient réducteur de l’ordre de 0.2 à 0.7 sur l’amplitude de
la vibration, au droit de la zone à préserver.
L’objectif des travaux préliminaires présentés dans cet
article s’inscrivent quant à eux dans un objectif de lentille
répondant à de plus larges contenus fréquentiels et dans la mise
en évidence de phénomènes décrits par l’optique, tels que la
réflexion, l’endoscopie, la diffraction, etc.
4 LES SOURCES SISMIQUES
Nous distinguons les signaux sismiques d’origine anthropiques
comme ceux générés lors des travaux d’amélioration de sol par
compactage dynamique ou vibrocompactage (figures 1a et 1b)
et les signaux d’origine tellurique du type séisme par jeu de
faille. Le compactage dynamique consiste à faire chuter en
surface une masse de 10 à 35 t depuis une hauteur de 10 à 30 m
tandis que le vibrocompactage repose sur la vibration d’une
sonde dans le sol jusqu’à la profondeur souhaitée, celle-ci
pouvant atteindre 50 à 70 m (Brûlé et al. 2012a).
a
b
Figure 1. Principe du compactage dynamique (a) et du vibrocompactage
(b).
Les caractéristiques de ces sources sont rappelées dans le
tableau 1. Le signal sismique d’origine tellurique présente des
caractéristiques très variables en amplitude, en contenu
fréquentiel ainsi qu’en durée. Avec les accéléromètres installés
à la surface du sol terrestre, la durée des signaux est de quelques
secondes à quelques minutes, les fréquences sont comprises
entre quelques hertz à dizaine de hertz et les accélérations
représentent, sur la surface libre terrestre, quelques dixièmes de
g jusqu’à 1 à 2 g (voir tableau 1).
Tableau 1. Caractéristiques des signaux sismiques (Semblat et al, 2009 ;
Brûlé et al, 2012b).
Séisme
Sources anthropiques
Compactage
dynamique
Vibrocompactage
Caractéristiques du
signal
Fréquence
Hz
0.1 à 50
Quelques
Hertz
20 à 60
Accélération
m.s
-2
0.1 à 20
Vitesses
particulaires
mm.s
-1
Quelques
dizaines de
mm.s
-1
Quelques
dizaines de
mm.s
-1
Longueur d’onde
m
Quelques
dizaines à
centaines
de mètres
Quelques
mètres à
dizaines de
mètres
Quelques mètres
à dizaines de
mètres
5 DOMAINE DE VALIDITÉ
Dans le domaine du génie parasismique, les périodes
significatives s’étendent de 0.02 à 10 s, soit des fréquences
comprises entre 0.1 et 50 Hz (Betbeder-Matiber 2003). Les
longueurs d’onde correspondantes sont de quelques centaines de
mètre dans la terre profonde avec des vitesses de propagations
de quelques milliers de mètres par seconde. En revanche, dans
les sols superficiels d’épaisseur comprise entre quelques
dizaines et quelques centaines de mètres, les vitesses des ondes
de cisaillement sont inférieures à 800 m.s
-1
, ce qui peut
correspondre à des longueurs d’ondes de quelques dizaines de
mètres pour les sols les plus faibles. Pour ces longueurs d’onde,
des phénomènes de résonance avec un bâtiment sont possibles.
Les dispositifs à base de métamatériaux de sols peuvent
prétendre intéragir avec des ondes à composantes horizontales
de type ondes de cisaillement et ondes de surface comme les
