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Proceedings of the 18
th
International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
de premier chargement. Modéliser la propagation 1D d'un
séisme à trois composantes permet de prendre en compte les
interactions entre les composantes de cisaillement et de pression
de la charge sismique. Un état de contrainte triaxial en milieu
non linéaire, dû à un chargement 3D cyclique, induit des effets
de couplage multiaxial.
a)
b)
c)
Figure 4. Réponse sismique 1D-3C et 1D-1C pendant le séisme de
Tohoku, dans le cas FKS011/FKS015: profils avec la profondeur du
module maximum d'accélération et vitesse, de déformation et contrainte
octaédriques (a); boucle d'hystérésis à 2 m de profondeur pour les
directions de cisaillement
x
(b) et
y
(c).
La forme des boucles d'hystérésis ne change pas à chaque cycle,
sous chargement 1C, dans un intervalle de déformation de non
linéarité stable. Sous chargement 3C, la forme des boucles
d'hystérésis change à chaque cycle, même dans l'intervalle de
non linéarité stable sous chargement 1C. Les boucles
d'hystérésis pour chaque direction horizontale sont altérées du
fait de l'interaction entre les composantes de chargement. Ce
résultat confirme l'analyse faite par Santisi d’Avila et al. (2012)
en utilisant des signaux synthétiques.
La différence plus évidente entre les approches 1D-1C et 1D-3C
est observée dans l'histoire temporelle du mouvement en
surface, contrainte maximale et comportement hystérétique,
avec plus de non linéarité et d’effets de couplage entre les
composantes.
4 CONCLUSIONS
On propose un modèle géomécanique de propagation des trois
composantes des ondes sismiques pour des profils de sol 1D
(approche 1D-3C). Ce modèle permet l'évaluation des effets
locaux dans le cas de mouvement fort.
La loi de comportement 3D de type Masing-Prandtl-Ishlinskii-
Iwan (MPII) est implémentée dans un schéma de type éléments
finis, qui modélise un bassin sédimentaire horizontal
multicouche, sous chargement cyclique. Cette rhéologie MPII a
été adoptée pour le sol car elle est tridimensionnelle, non
linéaire soit en charge qu'en décharge et parce que la courbe de
réduction du module de cisaillement permet à elle seule
d'identifier le comportement hystérétique du matériau.
La combinaison de trois analyses 1D-1C indépendantes est
comparée à l'approche 1D-3C proposée, pour des profils de sol
dans la région de Tohoku (Japan), secoués par le séisme de
Tohoku en 2011. Les effets d'amplification à la surface sont
moins importants dans le cas 1D-3C à cause des non linéarités
et du couplage tridimensionnel du mouvement. L'état de
sollicitation multiaxiale induit une réduction de résistance du
matériau et une dissipation plus importante. La forme des
boucles d'hystérésis change à chaque cycle dans le cas 1D-3C,
même pour des déformations dans une gamme de non linéarité
stable sous chargement 1C.
Les effets de la polarisation du mouvement incident et du trajet
de chargement 3D sont observables avec l'approche 1D-3C, qui
permet l'évaluation de paramètres non mesurés de mouvement,
contrainte et déformation, au long du profil de sol, pour mieux
identifier les effets non linéaires. Le coefficient de Poisson
influence les propriétés de dissipation du sol et donc la réponse
sismique locale. La polarisation des ondes sismiques incidentes,
en particulier le rapport entre l'amplitude maximale des
composantes verticale et horizontale, affecte le taux de
dissipation d'énergie et les effets d'amplification. En particulier,
un faible rapport entre la vitesse des ondes de cisaillement et
pression dans le sol, et donc un coefficient de Poisson bas, et un
rapport élevé entre le pic des composantes verticale et
horizontale augmentent l'interaction mécanique triaxiale et
changent progressivement la taille et la forme des boucles
d'hystérésis à chaque cycle. Les déformations maximales sont
observées à l'interface entre les couches, où, le long du profil de
sol, les ondes rencontrent de forts contrastes d'impédance. Les
effets non linéaires sont plus évidents dans la direction
horizontale où le mouvement est plus faible. Elle est donc la
plus influencée par le couplage 3D du mouvement.
L'extension du modèle 1D-3C proposé, pour permettre
d'atteindre des déformations plus élevées, sera le prochain défi
permettant l'analyse des effets non linéaires du sol saturé.
5 REMERCIEMENTS
Les signaux sismiques et la stratigraphie utilisés sont fournis par
le réseau japonais Kyoshin Network du National research
Institute for Earth science and Disaster prevention (NIED).
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