Modélisation numérique du comportement dynamique et de la liquéfaction des remblais sous charge sismique.

Abstract

Les expériences acquises lors des forts évènements séismiques ont montré l’importance et la nécessité de la prise en compte des effets de site à savoir les conditions géologiques et topographique locales et du comportement non linéaire du sol dans l’analyse de la réponse sismique de différents types d’ouvrage (bâtiments, ponts, ouvrages géotechniques). La propagation des ondes sismiques dans les sols met en jeu des non-linéarités de comportement. Ces non-linéarités se manifestent différemment, selon le niveau de sollicitation, qui est contrôlé par : le type et l’origine de mouvement, l’effet de site lié à la configuration géologique particulière du sol (bassin, topographie) et l’état du sol (confinement, saturation...). De plus, le rôle de la pression interstitielle ne peut pas être négligé pour les sols saturés sous fortes sollicitations, où le phénomène de la liquéfaction peut apparaitre. L’interaction de ces effets limitent considérablement les approches simplifiées (empiriques et analytiques) et par conséquent rend les approches numériques un moyen incontournable à l’analyse de la réponse sismique des ouvrages dans le domaine temporel. Dans ce contexte, ce travail de thèse s’intéresse à l’exploitation du code FLAC2D en différences finies pour contribuer à la modélisation numérique du comportement dynamique et de la liquéfaction des remblais sous chargement sismique, en tenant compte des non-linéarités du comportement du sol, de l’effet de site, de la propagation d’ondes sismiques et du phénomène de la liquéfaction des sols. En premier lieu, des investigations numériques ont été effectuées afin d’évaluer la performance et la fiabilité des modèles constitutifs implantés dans le code FLAC2D. Ensuite, une étude de la propagation 1D des ondes SH dans différents milieux linéaires et non linéaires a été effectuée afin de justifier l’emploi d’un modèle de comportement élastique non linéaire couplé avec un modèle élastoplastique dans les modélisations en 2D. En deuxième lieu, une série d’analyses numériques non linéaires dans le domaine temporel a été réalisée afin d’étudier le comportement dynamique dans des conditions de sites différentes de deux types d’ouvrages géotechniques. Le premier est lié au comportement des murs de soutènement rigides fondés sur un site rocheux et soutenant un remblai. Le modèle est soumis à une large gamme d’enregistrements sismiques réels (quarante accélérogrammes) de types Pulse-Like et Non-Pulse-Like afin d’évaluer sa réponse dynamique pour différents scénarios extrêmes de tremblement de terre. L’effet de site et la propagation d’ondes sismiques sont pris en compte, lors de la simulation. Les réponses obtenues numériquement, principalement les pressions latérales et celles obtenues en utilisant des méthodes simplifiées sont comparées. Ceci nous a permis d’évaluer le domaine d’application des méthodes analytiques couramment utilisées dans de telles conditions de site. Le deuxième type est lié au comportement dynamique des digues et barrages en terre (remblai) réalisés sur un sol déformable. À travers des études paramétriques, les paramètres qui impactent le plus le phénomène de liquéfaction (disposition et la forme de la zone liquéfiable, le drainage et les caractéristiques du mouvement sismique) sont discutés. Les résultats de cette étude paramétrique sont présentés et comparés aux réponses dynamiques disponibles dans la littérature. Les mécanismes de rupture due à la liquéfaction du sol sont évalués afin de mettre l’accent sur les différents types d’effondrement.