PR Abdelkrim CHELGHOUM Professeur en Numérique et Génie Parasismique Directeur de recherche...

PR Abdelkrim CHELGHOUMPR Abdelkrim CHELGHOUMProfesseur en Numérique et Génie ParasismiqueProfesseur en Numérique et Génie Parasismique

Directeur de recherche (USTHB)Directeur de recherche (USTHB)Président G.P.D.S (laboratoire Génie Parasismique, Dynamique et Président G.P.D.S (laboratoire Génie Parasismique, Dynamique et

Sismologie)Sismologie)Président Club des Risques Majeurs Président Club des Risques Majeurs

Consultant Principal GAIM Ltd Derbyshire (GB)Consultant Principal GAIM Ltd Derbyshire (GB)

La mort de milliers d’hommes

Introduction

La destruction de villes entières

Introduction

Engendrement de crises économiques

Introduction

Type de

sol

Effet de site

Conditions de site locales

DÉGÂTS

Qualité de la

construction

Introduction

Niveau du

séisme

La cause de ces dégâts

Définition d’un évènement sismique

Les facteurs qui gouvernent un événement sismique

Source

Parcours

Site

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Effets de site topographiques

Effets de site liés à la constitution du sous sol

Foyer

Types d’effets de site

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Les effets de site topographiques

Types d’effets de site

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Les effets de site sédimentaires

Types d’effets de site

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Contraste de rigidité vertical Contraste de rigidité latéral

Variation latérale du substratum Topographie de surface

Causes des effets de site 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Le séisme de México City 1985 Le séisme de Kozani (Grèce)1995

Quelques exemples sur les effets de site

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Méthodes d’évaluation des effets de site

MÉTHODES EXPÉRIMENTALES

Rapports spectraux

Méthode de NAKAMURA

Fonctions  de Green

empiriques

Fonctions récepteurs

Inversion généralisée

MÉTHODES NUMÉRIQUES

Calcul manuel

Analyse simple par ordinateur

Méthodes analytiques

Méthodes simples

Méthodes avancées

Méthodes de rai

Éléments de frontière

Éléments finis

Différences finies

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Prise en compte réglementaire des effets de site

Classe

Description Vs (m/s)

ASol rocheux

Sable, gravier ou argilesurconsolidée

800

400

BGravier ou Sable de densité

moyenneargile moyennement raide

00 Vs0

CSol lâche ou de raideur

faible00

Classification des sols

Facteur d’amplification topographique

REGLES PS92

H

BC D

(i)

A

(I)

b ca

11

y

=1 pour I-i 0,40

Si H>10m et i<I/3 =1+0,8(I-i-0,4) pour 0,40 I-i 0,90

=1,40 pour I-i 0,90

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Distance épicentrale

Période Tg

SC I SC II SC III SC IV

Séisme en champ proche

Séisme en champ lointain

0.25 0.30 0.40 0.65

0.25 0.40 0.55 0.85

LE CODE SISMIQUE CHINOIS GBJ 11-89  Classe Description Vs (m/s)

SCI Sol rocheux 800

SCII Sol ferme 00

SCIIISol semi fermeSol semi mou

250 < V s < 500 140 < V s < 250

SCIV Sol mou 140

Classification des sols

Périodes caractéristiques des site Tg(s)

Spectre de réponse selon conditions de site

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Prise en compte réglementaire des effets de site

CARTE DE CORSO

Effets de site induits à Corso lors du séisme de Boumerdes

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Reconnaissance géotechnique

RECONNAISSANCE GÉOTECHNIQUE

Trois profils de sol sur le site des silos tout

autour de la structure

Deux profils de sol sur le site de la cité des 122

logements

Cité 122

logements

Introduction Partie I Partie II Conclusion

MÉTHODE ADOPTÉE

Analyse simple par ordinateur

Réponse sismique de profils de sol

Chaque couche de sol est définie par : hi, i, i et Vsi

La non linéarité est prise en compte par un schéma itératif en supposant un comportement linéaire équivalent

L’onde excitatrice est introduite sous forme d’accélérogramme

Méthode et hypothèse de calcul 

Chaque colonne est considérée comme un profil de sol isolé

Les profils de sol sont subdivisés en colonnes verticales espacées de 3m

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Formulation théoriqueCALCUL DE LA REPONSE SISMIQUE DES PROFILS DE SOL

Hypothèses sur les profils de sol  Caractéristiques de l’onde sismique

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Étude du site des silos 

Profil -3-

Profil -2-

Profil -1-NORD

SILOS DE STOCKAGE DES GRAINS

Position des profils de sol par rapport aux silos

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Profil -3-

Profil -2-

Profil -1-NORD

SILOS DE STOCKAGE DES GRAINS

Profil -1-

Résultats du profil-1-

Étude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Accélération maximale en surface libre le long du profil-1-

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 78 81

Distance (m)

Acc

élér

atio

n m

axim

ale

(g)

0

2

4

6

8

10

0 3 6 9 12

15

18

21

24

27

30

33

36

39

42

45

48

51

54

57

60

63

66

69

72

75

78

81

Pro

fondeur

(m)

EST OUEST

Étude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

0 3 6 9 12

15

18

21

24

27

30

33

36

39

42

45

48

51

54

57

60

63

66

69

72

75

78

81

Distance (m)

EST OUEST

Représentation de l’accélération maximale en surface libreÉtude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Amplification maximale et fréquence fondamentale

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 78 81

Distance (m)

Am

plifi

catio

nF

réqu

ence

(H

z)

0

2

4

6

8

10

0 3 6 9 12

15

18

21

24

27

30

33

36

39

42

45

48

51

54

57

60

63

66

69

72

75

78

81

Pro

fondeur

(m)

EST OUEST

Étude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Profil -3-

Profil -2-

Profil -1-NORD

SILOS DE STOCKAGE DES GRAINS

Résultats du profil-2-

Pro

fil

-2-

Étude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

0

2

4

6

8

10

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

Pro

fondeur

(m)

NORD SUD

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

Distance (m)

Acc

élér

atio

n m

axim

ale

(g)

Accélération maximale en surface libreÉtude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Amplification maximale et fréquence fondamentale

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

Distance (m)

Am

plifi

catio

nF

réqu

ence

(H

z)

0

2

4

6

8

10

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

Pro

fondeur

(m)

NORD SUD

Étude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Profil -3-

Profil -2-

Profil -1-NORD

SILOS DE STOCKAGE DES GRAINS

Résultats du profil-3-

Profil -3-

Étude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 78 81

Distance (m)

Acc

élé

ratio

n m

axi

ma

le (

g)

0

2

4

6

8

10

0 3 6 9 12

15

18

21

24

27

30

33

36

39

42

45

48

51

54

57

60

63

66

69

72

75

78

81

Pro

fondeur

(m)

EST OUEST

Accélération maximale en surface libre le long du profil-3-

Étude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 78

Distance (m)

EST OUEST

Représentation de l’accélération maximale en surface libreÉtude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Amplification maximale et fréquence fondamentale

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 78 81

Distance (m)

Am

plifi

catio

nF

réqu

ence

(H

z)

0

2

4

6

8

10

0 3 6 9 12

15

18

21

24

27

30

33

36

39

42

45

48

51

54

57

60

63

66

69

72

75

78

81

Pro

fondeur

(m)

EST OUEST

Étude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Accélération maximale en surface

0.120.150.170.180.190.20.210.220.230.240.250.260.270.280.290.30.310.320.330.340.350.355

Étude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

4.8

5.1

5.4

5.7

6

6.3

6.6

6.9

7.2

Amplification sismique entre le substratum et la surface libre

Étude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

02468

06

1218

2430

3642

48Fré

quen

ce (H

z)

Amplification

02468

06

1218

2430

3642

48Fré

quence

(Hz)

Amplification

0

2

4

6

8

0 6 12 18 24 30 36 42 48

Fréquence (Hz)

Ampl

ifica

tion

0

2

4

6

8

0 6 12 18 24 30 36 42 48

Fréquence (Hz)

0

2

4

6

8

0 6 12 18 24 30 36 42 48

Fréquence (Hz)

0

2

4

6

8

0 6 12 18 24 30 36 42 48

Fréquence (Hz)

0

2

4

6

8

0 6 12 18 24 30 36 42 48

Fréquence (Hz)

Ampli

ficati

on

0

2

4

6

8

0 6 12 18 24 30 36 42 48

Fréquence (Hz)

0

2

4

6

8

0 6 12 18 24 30 36 42 48Fréquence (Hz)

0

2

4

6

8

0 6 12 18 24 30 36 42 48

Fréquence (Hz)

Fonction de transfert entre le substratum et la surface libreÉtude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.1 1 10 100

Fréquence (Hz)

Pse

udo

accé

léra

tion

(g)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.1 1 10 100

Fréquence (Hz)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.1 1 10 100

Fréquence (Hz)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.1 1 10 100Fréquence (Hz)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.1 1 10 100Fréquence (Hz)

Pseu

do a

ccél

érat

ion

(g)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.1 1 10 100Fréquence (Hz)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.1 1 10 100Fréquence (Hz)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.1 1 10 100Fréquence (Hz)

0

0.20.40.60.8

1

0.11

1010

0Fr

éque

nce (

Hz)

Pseudo accélération (g)

Spectre de réponse tout autour des silosÉtude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

COMPARAISON DES RÉSULTATS

Sur le site étudié, ils existent plusieurs silos répartis en 5 batteries

La batterie située à l’extrémité EST du

site a été cisaillée à deux niveaux lors du

séisme du 21 mai 2003 de Boumerdes

La batterieendommagée

Étude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

22 m

68 m

Hzm

k

f ss 6.5

22

Une batterie regroupe 9 silos en béton armé

sa masse est de 8,98.106 kg

sa rigidité est de 10,33.109 N/m

sa fréquence propre de vibration est donnée par :

COMPARAISON DES RÉSULTATSÉtude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

La fréquence propre d’une batterie de silos

est de l’ordre de 5,6 Hz

La fréquence fondamentale des colonnes de sol du côté EST est comprise

entre 5,5 et 5,75 Hz

La batterie est entrée

en résonance avec les

vibrations du sol

COMPARAISON DES RÉSULTATSÉtude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

La fréquence propre d’une batterie de silos

est de l’ordre de 5,6 Hz

La fréquence fondamentale des colonnes de sol du côté EST est comprise

entre 5,5 et 5,75 Hz

La batterie est entrée

en résonance avec les

vibrations du sol

COMPARAISON DES RÉSULTATS

Étude du site des silos 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Étude du site des de la cité des 122 logementsPlan de localisation des profils de sol -270- et -280-

Groupe ERIAD(Silos)

S.E

N.W

E W

Nord

Profil -280-

Cité des 122

logements

Profil -270-

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Résultats du profil -270-Étude du site des de la cité des 122 logements

Groupe ERIAD(Silos)

S.E

N.W

E W

Nord

Profil -280-

Cité des 122

logements

Profil -270-

Introduction Partie I Partie II Conclusion

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66

Distance (m)

Acc

élé

ratio

n m

axi

ma

le (

g)

E W

Accélération maximale en surface libre

Étude du site des de la cité des 122 logements

Introduction Partie I Partie II Conclusion

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66

Distance (m)

Am

plif

ica

tion

Fré

qu

en

ce (

Hz)

E W

Amplification maximale et fréquence fondamentale

Étude du site des de la cité des 122 logements

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Résultats du profil -280-Étude du site des de la cité des 122 logements

Groupe ERIAD(Silos)

S.E

N.W

E W

Nord

Profil -280-Cité des 122

logements

Profil -270-

Introduction Partie I Partie II Conclusion

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66

Distance (m)

Accé

léra

tio

n m

axim

ale

(g

)

N.WS.E

Accélération maximale en surface libre

Étude du site des de la cité des 122 logements

Introduction Partie I Partie II Conclusion

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66

Distance (m)

Am

plif

ica

tio

n

Fré

qu

en

ce

(H

z)

N.WS.E

Amplification maximale et fréquence fondamentale

Étude du site des de la cité des 122 logements

Introduction Partie I Partie II Conclusion

COMPARAISON DES RÉSULTATS 

La fréquence de vibration des colonnes du profil-280 3 Hz

La fréquence de vibration des colonnes du profil-270 3,75 Hz

4/3NT h.C

1f

9,18m

12,24m

La fréquence de vibration des bâtiments effondrés est estimée selon le RPA 99

Survenance du phénomène de

résonance

Introduction Partie I Partie II Conclusion

f =

hN =(Hauteur totale des bâtiments de 3 et 4 niveaux)

(Portiques autostables en béton armé)

3,06Hz pour les bâtiments de 3 niveaux

3,80Hz pour les bâtiments de 4 niveaux

CT = 0,05

Étude du site des de la cité des 122 logements

signal au rocher

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

temps (s)

accélé

ration (

g)

L’accélération enregistrée à Kaddara lors du séisme du 21 mai 2003 à Boumerdes  

Composante EW

Méthode et hypothèses de calcul 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

signal au rocher

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

temps (s)

accélé

ration (

g)

L’accélération enregistrée à Kaddara lors du séisme du 21 mai 2003 à Boumerdes  

Composante EW

Méthode et hypothèses de calcul 

Introduction Partie I Partie II Conclusion

H

CONCLUSION RECOMMANDATIONS

Les effets de site sont d’une importance vitale

Les paramètres qui contrôlent ces effets sont : mécaniques géométriques

L’estimation des effets de site nécessite la connaissance de : structure du sous-sol profondeur du substratum rocheux contraste d'impédance entre le substratum et le sol mou géométrie du subsurface

L’interaction des ondes de surface avec les irrégularités du subsurface ont un rôle important sur l’amplification sismique.

Des prospections géophysiques et géotechniques pour des simulations développées.

La prise en charge des effets de site devient indispensable dans les étapes de calcul.

Introduction Partie I Partie II Conclusion

Risques majeurs : une réalité pour le tissu urbain

existant !!

Risque =Aléa * EnjeuRisque =Aléa * Enjeu

Quantification du risque sismique ou

autre.

Aléa (Seismic Hazard): Probabilité (par exemple Annuelle) une secousse sismique atteigne ou dépasse une certaine intensité.

Risque (Seismic Risk): Espérance mathématique de pertes (vies humaines et biens exposés).

Vulnérabilité (Vulnerability): d’une construction : ratio du coût des dommages probables au coût de la construction

Objectif Recherché: Risque acceptable. Coût acceptable.

1. Prescription de non - effondrement.

2. Prescription de limitation des dommages.

Études fines des sols d’assise

Enchaînement d’événements - phénomènes induits successifs

Plans d’aménagement urbains et régionaux - limiter l’ampleur de ces effets

Exemple enchaînements d’évènements déclenchés par un

séisme:

Tremblement de terre

→ Glissement de terrain - liquéfaction – tassement éboulement

→→ Inondation

TEST DE LIQUEFACTION

Tremblement de terre

→ Incendies isolés

→ Embrasement total

Tremblement de terre

→ contamination eau potable

→ Épidémies

Tremblement de terre

→ Tsunami

→ Inondation de lieux éloignés

Faciliter les opérations de secours

Faciliter l’organisation de la vie après le sinistre

Faciliter et accélérer la remise en l’état des installations et la reconstruction des ouvrages endommagés.

Les biens à protéger, par ordre de priorité, dans une région à forte activité sismique

Centres de commandements (présidence de la République, ministères , protection civile, Assemblées ...etc. )

Installations économiques Infrastructures de base de la ville ou de la

région : « lifelines » (lignes de la vie) Hôpitaux et cliniques Habitations Services sociaux 

Mesures de prévention en matière de protection contre le séisme Délimitation des zones à haut Délimitation des zones à haut risque.risque.

choix du site.choix du site.répartition des activités et de la répartition des activités et de la population. population.

modes d’utilisation du sol.modes d’utilisation du sol.

réseaux routier, ferroviaire et réseaux routier, ferroviaire et aéroportuaire.aéroportuaire.

conception générale de systèmes conception générale de systèmes d’alimentation d’alimentation

conception détaillée des divers conception détaillée des divers éléments de l’agglomération éléments de l’agglomération urbaine (forme des édifices, urbaine (forme des édifices, disposition des rues, disposition des rues, aménagement du paysage, etc.….)aménagement du paysage, etc.….)

TYPOLOGIE DES CONSTRUCTIONS

Catégorie A :

• Composant la majorité des maisons de la Casbah et quartiers mitoyens, construction en pisé, argile, en pierre tout-venant, avec raidisseurs en bois : (Casbah d’Alger, de Constantine, Dellys, Cherchell, Oran etc.

Catégorie B Catégorie B : • Immeubles en murs porteurs : pierre taillée, mœllons et planchers métalliques en voûtin.

• Constructions mixtes maçonnerie et Acier. Ce type de construction représente 95% du bâti ancien (tissu colonial) et constituant l’essentiel des centres villes et principales artères des grandes métropoles telle que Alger (Rue Didouche Mourad, Rue Ben Mhidi, Bab el oued, Bel-cour, Ruisseau et quartiers mitoyens),Oran, Constantine et Annaba. Immeubles ( en Rez de Chaussés +5 étages en général)

Catégorie C :Catégorie C : Constructions nouvelles en poteaux-poutres, (portiques (portiques autostables) représentant la autostables) représentant la majorité des maisons majorité des maisons individuelles, bâtiments et individuelles, bâtiments et ouvrages publics (système ouvrages publics (système traditionnel).traditionnel).

Catégorie D :Catégorie D : Constructions en caissons

(Béton Armé) et constructions mixtes (voiles+portiques)

Ce type de construction a vu le jour depuis l’avènement du séisme de Chlef du 10/10/1980 et généralisé depuis le séisme de Boumerdes du 21/05/2003

Catégorie ECatégorie E

Ouvrages dits « intelligents » Ouvrages dits « intelligents » « Smart buildings » dont la « Smart buildings » dont la conception est basée sur les conception est basée sur les principes de base du « Génie principes de base du « Génie Parasismique » Parasismique »