Modélisation physique et numérique des séismes : application sur stratigraphies réelles
Abstract
Le laboratoire ‘Séismes et Vibrations’ de l’IFSTTAR dispose d’une centrifugeuse géotechnique avec simulateur de séismes embarqué. En géotechnique sismique, la modélisation physique en macro-gravité est un outil avancé permettant notamment l’étude de la propagation des ondes sismiques dans les sols (en champ libre et en présence de structures) et l’évaluation du potentiel de liquéfaction des sols. L’avantage de cet outil est de pouvoir mesurer, sur des configurations simples, des grandeurs physiques d’intérêt, directement dans les sols et sur les structures représentées à l’échelle réduite en conditions contrôlées. Les données expérimentales permettent la calibration, puis la validation, de modèles numériques simples. La modélisation numérique est utilisée par la suite pour l’analyse de situations plus complexes. Une étude de propagation d’ondes sismiques sur quatre stratigraphies réelles, alliant modélisation physique et numérique, est présentée ici. Les stratigraphies, caractérisées par différentes alternances de couches de sable et d’argile saturés, ont été reconstruites à l’échelle réduite en utilisant des sols à paramètres contrôlés en termes de granulométrie, densité relative, saturation, propriétés statiques et dynamiques. Pour chaque configuration, trois signaux sismiques ont été appliqués à la base des modèles : un séisme réel, un signal sinusoïdal, un signal multi-fréquentiels équivalent. La réponse de chaque colonne de sol a été enregistrée au travers d’un réseau vertical d’accéléromètres. La modélisation numérique a été utilisée à deux échelles différentes : une première modélisation à l’échelle modèle (échelle réduite) a considéré les conditions expérimentales en termes de lithologies, conditions aux limites, accélération centrifuge (55g), contraction du temps et des distances; une deuxième modélisation, à l’échelle prototype, a considéré les conditions réelles en termes de propriété des sols, accélération terrestre(1g), géométrie, durée et fréquences prototypes (échelle 1:1). Cette étude expérimentale et numérique de la propagation des ondes sismiques, a validée l'utilisation de la modélisation en centrifugeuse pour comprendre les effets d’un séisme sur stratigraphies réelles, afin de prévoir le risque associé à un site donné et d'établir des stratégies pour sa réduction.
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