GT22R1F1

Association Franaise du Gnie Parasismique

GUIDE AFPS

CONCEPTION ET PROTECTION PARASISMIQUES

DES OUVRAGES SOUTERRAINS

publi avec le soutien du Ministre de l'Ecologie et du Dveloppement Durable

(MEDD / DPPR / SDPRM)

Sige social et secrtariat : 28, rue des Saints-Pres - 75343 Paris Cedex 07Tl. 01 44 58 28 40 - Fax 01 44 58 28 41 - e-mail : [email protected]

Site Internet (provisoire) : www.multimania.com/afpsSite Internet (en prparation) : www.afps-seisme.org

Association dclare (loi du 1er juillet 1901) sans but lucratif - Non inscrite au registre du commerce - Siret 330631565 00026 - APE 731Z

- 2 -

Texte prsent par un groupe de travail mis en place par lAFTES et lAFPS et compos de :Francis WOJTKOWIAK (INERIS), co-animateur dsign par lAFTES

Jacques BETBEDER MATIBET (EDF), co-animateur dsign par lAFPS

avec la collaboration des membres du comit de rdaction du document :

Bruno DARDARD (SNCF Ouvrages dart), Jean-Franois HEITZ (ANTEA),Christophe LEJARS (EEG-SIMECSOL), Alain PECKER (Godynamique et Structure),

Andr SCHWENZFEIER (CETU) et Thierry YOU (GEOSTOCK) ;

et des membres des sous-groupes de travail :Jean-Franois BALENSI (DUMEZ-GTM), Guy BONNET (ENPC/CERCSO),

Alain CAPRA (CAMPENON-BERNARD SGE), Bernard CASTELLAN (SETEC),Yvan CHARNAVEL (GDF),Jean Sbastien VAAST (EDF-TEGG), Ayumi KUROSE (LMS-Ecole Polytechnique), Michel PRE (SETEC/TPI).

Les membres du groupe de travail remericent MM. :Guy COLOMBET (COYNE et BELLIER), Pierre DUFFAUT, Jean LAUNAY (DUMEZ-GTM), Yann LEBLAIS (EEG-SIMEC-

SOL) de lAFTES, et MM. Pierre-Yves BARD (LCPC/LGIT) et Jean-Franois SIDANER (COGEMA) de lAFPS,pour les complments quils y ont apports.

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1. INTRODUCTION GENERALE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 41.1 - OBJET ET RETOURS DEXPERIENCE- - - - - - - - - - - - - - - - - - 4

1.1.1 Objet - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 41.1.2 Retours dexprience et synthse des donnes

disponibles - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 41.2 - DOMAINE DAPPLICATION- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 51.3 - STRUCTURE ET PRESENTATION DU DOCUMENT- - - - - - - - 52. CARACTERISATION DU MILIEU HOTE - - - - - - - - - - - - - - - - - 52.1 - PREAMBULE- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 52.2 - PRINCIPE GENERAL DE LA CARACTERISATION DU - - - - -

MILIEU HOTE- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 62.3 - CLASSIFICATION DU MILIEU HOTE- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 62.4 - RECOMMANDATION PARTICULIERE - - - - - - - - - - - - - - - - - 62.5 - CARACTERISTIQUES GEOTECHNIQUES COMPLE-

MENTAIRES A ACQUERIR EN CONTEXTE SISMIQUE- - - - - 72.5.1 Caractristiques communes - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 72.5.2 Caractristiques complmentaires relatives - - - - - - - - -

aux discontinuits du massif rocheux - - - - - - - - - - - - - - 72.5.3 Caractristiques complmentaires pour un sol hte - - - 7

2.6 - MOYENS PARTICULIERS DOBTENTION DES CARACTERISTIQUES DYNAMIQUES POUR LA CONCEPTION PARASISMIQUE DES OUVRAGES SOUTERRAINS - - - - - - - - - - - - 7

2.6.1 A partir de la mesure des vitesses de propagation des ondes P et S. - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7

2.6.2 A partir de corrlations avec d'autres caractristiques mesures. - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8

3. ACTION SISMIQUE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 83.1 - MOUVEMENT VIBRATOIRE EN SURFACE OU AU VOISINAGE DE LA SURFACE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8

SOMMAIRESOMMAIRE

PRAMBULECes recommandations ont t labores par un groupe de travail mis en place par lAssociation Franaise du gnie Parasismique (AFPS) etlAssociation Franaise des Travaux en Souterrain (AFTES). Ces deux associations ont regroup diffrents spcialistes dont lapport taitncessaire pour une approche pluridisciplinaire.

AFPS / AFTES GUIDE

CONCEPTION ET PROTECTION PARASISMIQUESDES OUVRAGES SOUTERRAINS

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Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains

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3.2 - MOUVEMENT VIBRATOIRE EN PROFONDEUR- - - - - - - - - - 83.2.1 Valeurs de pic du mouvement vibratoire pour les

ouvrages horizontaux profonds - - - - - - - - - - - - - - - - - - 83.2.2 Spectres de rponse et acclrogrammes pour

les ouvrages horizontaux profonds- - - - - - - - - - - - - - - - 83.2.3 Mouvements vibratoires pour les ouvrages

tendus dans le sens vertical - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 83.3 - MOUVEMENTS DIFFERENTIELS IRREVERSIBLES - - - - - - - - 83.4 - MAJORATION DE LACTION SISMIQUE POUR

LES TUNNELS LONGS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9

4. CALCUL DES EFFETS DE LACTION SISMIQUE SUR LES OUVRAGES ENTERRES- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 94.1 - COMBINAISONS DACTIONS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9

4.1.1 Combinaisons de calcul - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 94.1.2 Facteurs daccompagnement- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9

4.1.2.1 - Facteurs daccompagnement applicables aux actions rsultant de la frquentation et de lentreposage - - - 94.1.2.2 - Facteurs daccompagnement applicables aux charges dexploitation de caractre industriel ou celles des ouvrages dart - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 104.1.2.3 - Cas dannulation du facteur daccompagnement - - 10

4.2 - REPONSE DUN OUVRAGE ENTERRE A LACTION SISMIQUE 104.2.1 Nature des actions sismiques considrer - - - - - - - - - - 104.2.2 Dtermination des dformations ou dplacements

imposs louvrage- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 104.3 - ACTION SISMIQUE SELON LAXE DU TUNNEL : COMPRESSION ET FLEXION- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10

4.3.1 Dplacements et dformations en champ libre de la ligne matrialisant l'axe du tunnel - - - - - - - - - - - - - - - 10

4.3.1.1 - Dplacement axial - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 104.3.1.2 - Dplacement transversal - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10

4.3.2 Sollicitations induites sur le tunnel - - - - - - - - - - - - - - - - 114.3.2.1 - Cas de non prise en compte de l'interaction terrain-structure - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 114.3.2.2 - Cas de prise en compte de l'interaction terrain- structure - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11

4.3.2.2.1 - Caractrisation de l'interaction - - - - - - - - - - 114.3.2.2.2 - Tunnels de structure continue sur une longueur suprieure la longueur d'onde sismique - - - 114.3.2.2.3 Incidence de l'espacement entre joints - - - - - 11

4.4 - ACTION SISMIQUE DANS LE PLAN DE LA SECTION DROITE : DISTORSION ET OVALISATION - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11

4.4.1 Distorsion en champ libre - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 124.4.2 Efforts de distorsion et dovalisation induits

dans le tunnel - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 124.4.2.1 - Cas de non prise en compte de l'interaction terrain-structure - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 124.4.2.2 - Cas de prise en compte de l'interaction terrain-structure - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 12

4.4.2.2.1 - Caractrisation de l'interaction- - - - - - - - - - - 124.4.2.2.2 - Mode d'introduction de la sollicitation sismique - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 12

4.5 - ACTIONS LOCALES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 12

4.5.1Calcul forfaitaire - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 134.5.2 Calcul dynamique simplifi- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13

4.6 - VERIFICATIONS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 134.6.1 Vrifications vis--vis des actions selon laxe du tunnel - 134.6.2 Vrifications vis--vis de la distorsion et de

lovalisation de la section droite - - - - - - - - - - - - - - - - - - 134.7 - CAS DES OUVRAGES VERTICAUX - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13

5. CONCEPTION GENERALE ET DISPOSITIONS - - - - - - - - - - - 155.1 - PRINCIPES GENERAUX - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15

5.1.1 Conception - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 155.1.2 Adaptation au mouvement sismique : le joint sismique - 155.1.3 Dformabilit et ductilit - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15

5.2 - DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 165.2.1 Dispositions gnrales- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16

5.2.1.1 - Ouvrages superficiels- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 165.2.1.2 - Ttes des tunnels- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 165.2.1.3 - Ouvrages profonds - Interfaces- - - - - - - - - - - - - - - - 16

5.2.2 Dispositions particulires - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 165.2.2.1 - Traverse de failles actives - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 165.2.2.2 - Changement brusque de la rigidit du revtement ou de lencaissant - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 165.2.2.3 - Caissons immergs - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 165.2.2.4 - Tunnels en voussoirs bton arm ou mtalliques - - - 165.2.2.5 - Tranches couvertes - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 175.2.2.6 - Puits - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 175.2.2.7 - Liqufaction des sols - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 175.2.2.8 - Elments de second uvre - - - - - - - - - - - - - - - - - - 175.2.2.9 - Equipements - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17

6. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17

7. LISTE DES ANNEXESANNEXE 1

Identification et caractrisation de zones suspectes de liqufaction - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 19

ANNEXE 2Dfinition de laction sismique en surface - - - - - - - - - - - - - - - - 21

ANNEXE 3Dtermination de lamplitude des mouvements de faille - - - - - 22

ANNEXE 4Approximation des mouvements sismiques par des ondes sinusodales- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 23

ANNEXE 5Expression des sollicitations sismiques dans le plan

de la section droite dun tunnel circulaire - - - - - - - - - - - 27ANNEXE 6

Comparaison entre les recommandations relatives aux canalisations enterres et celles proposes ici pour les ouvrages horizontaux, les forages et les puits- - - - - - - - - - - 29

ANNEXE 7Dispositions constructives vis-a-vis du risque sismique pour les ouvrages souterrains - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 30

7.1 - Synthse des rponses au questionnaire denqute - - - - - - - 307.2 - Principes et illustrations de dispositions constructives- - - - - - 31

SOMMAIRE SOMMAIRE (suite)(suite)

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1 - INTRODUCTION GENERALE

1.1 - OBJET ET RETOURSDEXPERIENCE

1.1.1 - Objet

Les recommandations parasismiques ontpour but de permettre la rduction durisque sismique grce la ralisation dou-vrages capables de rsister dans de bonnesconditions des secousses telluriques duncertain niveau dintensit. Leur principalobjectif est la sauvegarde du plus grandnombre possible de vies humaines en casde secousses svres. Elles visent aussi limiter les pertes conomiques, notammentdans le cas de secousses dintensit plusmodre. Elles dfinissent les prescriptionsauxquelles les ouvrages doivent satisfaireen sus des rgles normales pour que cesrsultats puissent tre atteints avec une fia-bilit juge satisfaisante. En particulier, ellesdonnent le moyen de proportionner larsistance des ouvrages lintensit dessecousses susceptibles de les affecter.

Dans le cas particulier des ouvrages souter-rains, il a souvent t dit que le fait deconstruire en souterrain tait dj une dis-position parasismique. Sans que cet argu-ment soit dmenti par lexprience, lint-rt de la puissance publique et de nombrede communauts scientifiques pour lesouvrages situs en profondeur demandaitune approche plus rationnelle du risque sis-mique sur les ouvrages souterrains.

C.1.1.1.

En France, comme dans la plupart des paystrangers, force est de constater la quasi-inexistence de textes susceptibles dorien-ter la conception des grands ouvrages sou-terrains vis--vis du risque sismique. Onpeut citer en exception ce constat decarence :

la Socit Japonaise du Gnie Civil quidite un catalogue de dispositionsconstructives mises en uvre sur diffrentschantiers (The Japan Society of CivilEngineers, 1992),

de nombreuses publications relatives latechnologie parasismique des ouvragessouterrains de la cte ouest des Etats-Unis.

Les niveaux de sismicit plus levs pources pays compars ceux de la France etles techniques de base diffrentes incitent considrer ces dispositions avec un certainrecul.

1.1.2 - Retours dexprience et synthse des donnes disponibles

Diffrents auteurs (Dowding et Rosen, 1978 ;Dowding, 1979 ; Power et al., 1998 ;Kurose, 2000) ont analys les retours dex-prience en termes de dommages subis parles ouvrages souterrains en zone sismique.

En particulier, lanalyse mene par Power,Rosidi et Kaneshiro en 1998 sur 204 tunnels(tranches couvertes exclues) situs auxEtats-Unis et au Japon montre des corrla-tions empiriques entre lacclration mesu-re en surface et les dommages observsen tunnel (figure 1.1.2.2).

Les tendances suivantes se dgagent :

jusqu un pic dacclration de 0,2 g, lesdommages sont trs faibles ;

de 0,2 g 0,6 g, des dommages lourds nap-paraissent que pour un tunnel non revtu etun tunnel dont le revtement nest pas dunetechnologie rcente (bois ou maonnerie) ;

de 0,6 g 0,9 g, les dommages lourds sontsurvenus uniquement pour un tunnel enbton non arm. Les revtements en btonarm ou en acier semblent convenir enzone sismique.

Encore faut-il prciser que parmi les troistunnels ayant subi des dommages lourds,dans un cas il sagissait dun glissement de

terrain et, dans les deux autres cas, lesdommages concernaient les parties peuprofondes des tunnels.

En complment cette analyse bibliogra-phique, un questionnaire, adress diff-rents matres duvre et entreprises oubureaux dtude franais ou trangers, a per-mis de mieux cerner les pratiques actuelles.Un tableau synthtisant les rponses reues ce questionnaire est donn en annexe 7.

De cette enqute il ressort que :

des rponses ont t fournies essentielle-ment pour les ouvrages routiers et ferro-viaires, avec un exemple minier ;

certains ouvrages situs dans les zonessismiques ne font pas lobjet de vrifica-tions sismiques particulires. En revanche,ces vrifications ont t conduites pour desouvrages exceptionnels en zone de sismi-cit ngligeable ;

les mthodes pseudo-statiques sont cou-ramment employes ;

les combinaisons sismiques, de natureaccidentelle, ne sont pas prpondrantesvis--vis des combinaisons classiques ;

les cas douvrages parasismiques ayantsubi un sisme sont trop peu nombreuxpour conclure sur lefficacit des disposi-tions adoptes.

FIGURE 1.1.2.2Corrlation entre acclration et dommages observs (Power, Rosidi,Kaneshiro in North AmericanTunnelling 98)

Etat des dommages :

aucun : aucun

lger : fissures fines et lgres, paufrures

modr : idem lger, mais dommages plus prononcs

lourd : effondrement partiel ou total du revtement

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1.2 - DOMAINE DAPPLICATION

Les ouvrages viss par ce document sontessentiellement les ouvrages souterrainslinaires (tunnels, galeries, descenderies,puits) superficiels ou profonds, quelle quesoit leur mthode de ralisation.

Pour les ouvrages souterrains gomtrieplus complexe (stations, usines, cavits),certaines parties du document peuvent ser-vir de guide au projeteur, notamment en cequi concerne la dfinition de laction sis-mique, mais les mthodes de calcul utili-ser sont dfinir au cas par cas et sortentdu cadre volontairement simple qui a tadopt.

Pour les tunnels de longueur exception-nelle, lutilisation du document est a priorilimite aux tudes davant-projet.

Ne sont viss que les ouvrages appartenant la catgorie dite risque normal suivant laterminologie du dcret n 91461 du 14 mai1991 relatif la prvention du risque sis-mique (J.O. du 17 mai 1991).

1.3 - STRUCTURE ET PRESENTATION DU DOCUMENT

Aprs une introduction constituant le pre-mier chapitre, ces recommandations com-portent quatre autres chapitres caractretechnique auxquels sont associes septannexes.

Le deuxime chapitre est consacr lacaractrisation du milieu hte, massifrocheux et/ou de sol au sein duquel lou-vrage est ralis. Dans ce chapitre, ontrouve, en particulier, une proposition declassification du milieu hte, linventaire desprincipales caractristiques gotechniquescomplmentaires acqurir sur le milieuhte, lorsque louvrage projet se situedans un contexte sismique, et des moyensdobtention de ces caractristiques dyna-miques. Lannexe 1 est un extrait de lanorme NF P 06-013 qui rappelle commentidentifier et caractriser les matriaux sus-ceptibles de se liqufier sous sollicitationsdynamiques (*).

Le troisime chapitre dfinit laction sis-mique en surface et en profondeur partirdu mouvement vibratoire. Une formulationy est aussi propose pour tenir compte dela majoration de laction sismique dans lecas de tunnels dont la longueur est sup-rieure cinq kilomtres. Pour complter ce

chapitre, on trouve, en annexe 2, la dfini-tion de laction sismique en surface suivantla norme NF P06-013 et, en annexe 3, unrappel des formules de calcul prvisionnelde lamplitude des mouvements le long defailles ractives.

Le quatrime chapitre traite du calcul deseffets de laction sismique sur lesouvrages enterrs. Des mthodes sontainsi prsentes pour dterminer les effetsde laction sismique selon laxe longitudinal(compression et flexion) et dans le plan dela section droite (distorsion et ovalisation)du tunnel considr. Des recommandationssont galement donnes pour le calcul deseffets locaux de laction sismique, en parti-culier au niveau des structures secondaireset autres sous-systmes supports par lastructure principale, ainsi que pour les vri-fications de rsistance conduire sur lesparties douvrage en bton arm. Ces vri-fications relvent dun processus itratifrsum, pour plus de clart, dans un logi-gramme. Trois annexes compltent ce cha-pitre. Lannexe 4 prsente quelques formu-lations mathmatiques qui permettentlapproximation des ondes sismiques pardes ondes sinusodales. Lannexe 5 donnelexpression des sollicitations sismiques etdes coefficients de raideur dans le plan dela section droite dun tunnel circulaire.Lannexe 6 fait la comparaison entre lesrecommandations, dj publies parlAFPS, relatives aux canalisations enterreset celles proposes ici non seulement pourles ouvrages horizontaux (tunnels) maisgalement pour les ouvrages verticaux(forages et puits).

Le cinquime et dernier chapitre aborde laconception gnrale et les dispositionsconstructives parasismiques propres auxouvrages souterrains. Aprs lnonc desprincipes gnraux de conception etdadaptation de louvrage au mouvementsismique, des recommandations relativesaux dispositions constructives caractregnral puis particulires (traverse defaille, caissons immergs) sont donnes.Lannexe 7 prsente, sous forme duntableau, les rponses reues par le groupede travail dans le cadre dune enqute surles dispositions constructives vis--vis desrisques sur les ouvrages souterrains etillustre les principes de certaines des dispo-sitions constructives actuellement appli-ques.

Pour plus de prcision concernant tel ou telpoint abord dans ces recommandations,le lecteur pourra utilement se reporter aux

ouvrages, documents techniques et articlesscientifiques cits dans ces diffrents cha-pitres et annexes, dont les rfrencesbibliographiques compltes sont jointes la fin du prsent document.

Sur le plan de la prsentation gnrale, letexte principal de ces recommandations estassorti, en tant que de besoin, de commen-taires (reprs par la lettre C et crits en ita-lique).

2 - CARACTERISATION DUMILIEU HOTE

2.1 - PREAMBULE

Il existe des conditions gologiques pro-pices des dommages d'origine sismiquesur les ouvrages souterrains superficiels ouprofonds :

zone faille mobilisable sous sisme tra-versant l'ouvrage ;

juxtaposition de milieux gologiques auxcontrastes importants de proprits phy-siques et mcaniques ;

potentialit de liqufaction des sols ;

prsence de fluide interstitiel ;

anisotropie marque du champ decontraintes local associe un pendagelev des familles de discontinuits.

Les causes des dommages observs sur lesouvrages souterrains, rsultant de cescontextes, sont principalement les dplace-ments irrversibles le long de failles, lesimportantes venues d'eau, les instabilitsmcaniques aux dbouchs des ouvragessouterrains et les tassements et rupture dusol par liqufaction. Il est communmentobserv que la localisation des autres dom-mages concident avec les zones fracturesrencontres pendant la construction del'ouvrage souterrain.

C.2.1

La prsence d'une phase liquide sous pres-sion dans la formation hte est plutt unfacteur aggravant des dommages que peu-vent subir les ouvrages souterrains encontexte sismique :

pour les sols, le risque de liqufaction li une saturation en fluide interstitiel en estune parfaite illustration ;

en milieu rocheux, des variations significa-tives des conditions hydrauliques, conscu-tives un vnement sismique majeur, ontt observes mais le niveau de ces effets

(*) Cette norme est actuellement en vigueur en France pour les btiments. La dfinition du zonage sismique sur laquelle elle sappuie est encours de rvision et la norme elle-mme sera, terme, remplace par lEurocode 8.

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ainsi que leurs consquences sur lesouvrages sont difficilement prvisibles, parmanque de retours d'expriences suffisam-ment documents et en regard de l'chelledes phnomnes modliser.

2.2 - PRINCIPE GENERAL DELA CARACTERISATION DUMILIEU HOTE

Les reconnaissances gotechniques menerpour l'implantation d'ouvrages souterrainsen zone sismique comprennent celles quiseraient menes en contexte non sismique,assorties des recommandations et mesurescomplmentaires dcrites ci-aprs.

2.3 - CLASSIFICATION DUMILIEU HOTE

Il est recommand d'utiliser la classificationdu milieu hte donne dans le tableau ci-dessous. Cette classification complte etamende celle figurant dans la norme NFP06-013. Des paramtres supplmentairesrelatifs aux massifs rocheux et concernant,en particulier, leur fracturation y sont intro-duits. Ce sont le RQD (Rock QualityDesignation) et le paramtre ID, indice glo-bal de densit de discontinuits (Recom-mandations AFTES 1993).

C.2.3

a) Cette classification ne peut en aucun casse substituer des reconnaissances go-techniques adaptes la taille et la finalitde l'ouvrage souterrain. Il est vivementrecommand de n'utiliser cette classifica-tion que de manire indicative.

b)Outre l'ajout des colonnes de valeurs desparamtres de fracturation RQD et ID, lescarts de la classification propose par rap-port celle de la norme sont :

une classification plus discriminante sui-vant le degr de fracturation ou d'altrationdu rocher ;

une modification de la dnomination de lacatgorie des sols cohrents du groupe a,ou moyennement consistants du groupe b ;

la suppression du terme roche du groupe c.

c) Pour le rocher sain, il est recommand decaractriser sa dformabilit partir d'es-sais au dilatomtre. Ce type dessai peutgalement tre utilis pour des massifsrocheux de qualit moindre.

Pour de plus amples informations concer-nant le choix des paramtres et essais go-techniques utiles la conception, au dimen-sionnement et lexcution des ouvragescreuss en souterrain, on se reportera aux

recommandations de lAFTES publies en1994 dans Tunnels et Ouvrages Souterrainsn 123.

2.4 - RECOMMANDATIONPARTICULIERE

En milieu rocheux, une attention particu-lire doit tre porte la description desinterfaces entre formations gologiquesdiffrentes traverses par l'ouvrage, quipeuvent tre des zones privilgies decisaillement sous sollicitation sismique.

C.2.4.

Pour de plus amples informations concer-nant la description des massifs rocheux utile ltude de la stabilit des ouvrages souter-rains, on se reportera aux recommandationsde lAFTES (1993), sachant que celles-ci sonten cours de rvision.

Dans le cas o il est demand d'utiliser l'in-dice de classification Q du NorwegianGeotechnical Institute (NGI), celui-ci recom-mande de diviser par 2 la valeur de cetindice, dtermin suivant les rgles d'usageen mcanique des roches. Cette modifica-tion de l'indice Q rsulte de la multiplicationpar 2 du paramtre SRF (Stress ReductionFactor) pour tenir compte du contexte sis-mique (N. Barton, 1984).

Rocher sain ou peu altr et peu fractur / / (voir C2.3c) >10 >800 / >2500 >75 >60

Groupe a Rocher altr ou fractur / / 50 100 2,5 5 6 10 500 800 / 1000 50 75 20 60 2500

Sol cohrent (argiles ou >5 / >25 >2 >0,4 >400 / >1800 / /marnes raides)

Sol granulaire compact >15 >30 >20 >2 / >400 >1800 >800 / /

Groupe b Rocher dcompos ou / / 50 100 2,5 5 1 6 300 500 / 400

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2.5 - CARACTERISTIQUESGEOTECHNIQUES COMPLEMENTAIRES A ACQUERIR EN CONTEXTE SISMIQUE

2.5.1 - Caractristiques communes

On suppose acquises la masse volumiquereprsentative de chaque formation traver-se par l'ouvrage souterrain ainsi que lesconditions hydrogologiques du site sui-vant le principe gnral du paragraphe 2.2.

Pour toutes les formations gologiqueshtes (sol ou roche) et dans le cas d'uneprise en compte d'une interaction sol-struc-ture, le calcul de coefficients de raideurdynamiques longitudinal et transversal (cf.4.3.2.2. et annexe 5) suppose la connais-sance du module de rigidit au cisaillementG et celle du coefficient de Poisson .

C.2.5.1

Pour les sols, le module de cisaillement Gdtermin suivant les dispositions du para-graphe 2.6 doit tre corrig pour tenircompte du niveau de distorsion atteint aucours du sisme. Dans ce cas, on se repor-tera au chapitre 9 des rgles PS92 (NF P06-013).

2.5.2 - Caractristiques compl-mentaires relatives aux disconti-nuits du massif rocheux

Les discontinuits gologiques majeures dumilieu rocheux hte, qui pourraient tremobilises sous sollicitation sismique, doi-vent tre identifies et caractrises. Cesont les discontinuits suivantes :

- zone faille traversant l'ouvrage souterrain ;

- fracturation du massif rocheux dont l'es-pacement moyen est de l'ordre de gran-deur des longueurs d'ondes sismiques.

C.2.5.2

a) Un ouvrage souterrain linaire peut tra-verser une ou plusieurs zones failles mobi-lisables sous sisme. Il convient, dans ce cas,de raliser une tude sismotectonique sp-cifique en vue de les identifier, d'estimerl'orientation de ces failles, la direction etl'importance des dplacements relatifs desbords de ces failles.

b) On ne tient pas compte ici de la petitefracturation du massif l'chelle mtriquecar elle ne peut induire que des instabilitslocales ne remettant pas en cause les fonc-

tions principales de l'ouvrage, si celui-ci estnon revtu (voir chapitre 5).

c) Dowding (1979) suggre que les accl-rations importantes aux frquences leves(30-60 Hz) sont probablement capables decauser des mouvements diffrentiels deblocs rocheux pouvant provoquer des dom-mages aux grandes excavations.

2.5.3 - Caractristiques compl-mentaires pour un sol hte

Les sols prsentant les caractristiquesdcrites au paragraphe 9.12 de la normeNF P06-013 doivent tre a priori considrscomme susceptibles de donner lieu desphnomnes de liqufaction (annexe 1).

L'valuation du risque de liqufaction doittre faite suivant les dispositions desarticles 9.12 9.15 de cette mme norme.Les mesures prendre lorsque la scuritapparat insuffisante vis--vis de ce risquesont prcises au chapitre 5.

C.2.5.3

Le phnomne de liqufaction se limite auxformations superficielles sous nappe et typi-quement jusqu une profondeur nexc-dant pas 15 20 m.

2.6 - MOYENS PARTICULIERSDOBTENTION DES CARACTERISTIQUES DYNAMIQUES POUR LA CONCEPTION PARASISMIQUE DESOUVRAGES SOUTERRAINS

Le module de rigidit au cisaillement G etle coefficient de Poisson peuvent tredtermins :

2.6.1 - prioritairement, partir de lamesure des vitesses de propagation desondes de compression Vp et de cisaille-ment Vs :

soit en laboratoire (mesures sur prou-vettes) pour les rochers sains (voir 2.3) ;

soit in situ dans les autres cas, partir dediagraphies soniques, d'essais cross-holeou toute autre mthode permettant d'ob-tenir des vitesses de propagation d'ondes l'chelle de l'ouvrage.

C.2.6.1

La vitesse Vs peut tre obtenue depuis lasurface par la mthode SASW (SpectralAnalysis of Surface Waves) pour desouvrages souterrains moins de 20 m de

profondeur et, par exemple, par essaiscross-hole pour les ouvrages souterrainssitus jusqu une profondeur de lordre de100 m.

La mthode SASW est base sur lutilisationde la dispersion des ondes de Rayleigh,gnres depuis la surface sous forme har-monique ou impulsionnelle. Elle permetdobtenir des profils de Vs en fonction de laprofondeur (Nazarian and Stokoe, 1994 ;Matthews and al, 1996).

Les essais cross-hole (norme ASTM D44-28)sont des essais dynamiques in situ par sis-mique transmission, effectus dans desforages rapprochs et spcialement quipspour permettre la mesure de la vitesse desondes P et S dans chacune des formationstraverses par ces forages. La source sis-mique et les rcepteurs sont placs dans desforages diffrents, la mme profondeur.

Pour les ouvrages souterrains plus profonds,les investigations en galerie de reconnais-sance seront privilgies. Les mthodes sis-miques de reconnaissance l'avancementsont particulirement adaptes ces carac-trisations.

2.6.2 - dfaut, et avec la prudencequi s'impose, partir de corrlationsavec d'autres caractristiques mesuresplus classiquement dans le cadre de lareconnaissance gotechnique pour unprojet d'ouvrage souterrain.

C.2.6.2

Quelques corrlations utilisables sont pr-sentes ci-aprs :

Le diagramme de classification des rochespour l'abattage en souterrain tabli par C.Louis (1974), met en regard le rapport desvitesses de propagation des ondes de com-pression mesure in situ (Vp) et en labora-toire sur prouvette (Vpl) en fonction duparamtre RQD, tel que :

N. Barton et al. (1992) ont propos unerelation entre la vitesse de propagation desondes de compression Vp et l'indice Q declassification, telle que :

RQD (%) 0 25 50 75 90 100

Vp / Vpl 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Q 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000

Vp (m/s) 500 1500 2500 3500 4500 5500 6500

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3 - ACTION SISMIQUE

C.3

La dfinition de laction sismique pour lesouvrages souterrains dcoule de celle utili-se pour les ouvrages en surface. Celle-ciest dfinie dans des textes rglementaireset/ou contractuels. Pour le territoire fran-ais, la dfinition de laction sismique ensurface est donne en annexe 2.

3.1 - MOUVEMENT VIBRATOIRE EN SURFACEOU AU VOISINAGE DE LA SURFACE

Le mouvement vibratoire est dfini de lamme manire que pour les constructionsdont une partie est situe au-dessus du soldans les deux cas suivants :

ouvrages souterrains construits en tran-che couverte ou ouvrages immergs ;

ouvrages (ou parties douvrages) souter-rains dun autre type situs moins de 20mtres de la surface du terrain naturel.

Le seuil propos de 20 mtres a t fixpour distinguer les ouvrages superficiels,pour lesquels la dfinition du mouvementest la mme que pour les ouvrages de sur-face, des ouvrages profonds pour lesquelson peut admettre une modification decette dfinition.

Dans le cas dun ouvrage souterrain, dontlemprise concerne plus dune zone duzonage sismique applicable aux construc-tions de surface, il doit tre considrcomme tant situ tout entier dans la zonede plus forte sismicit.

3.2 - MOUVEMENT VIBRATOIRE EN PROFONDEUR

3.2.1 - Valeurs de pic du mouvement vibratoire pour lesouvrages horizontaux profonds

Pour les ouvrages horizontaux dont les par-ties les moins profondes sont situes plusde 20 mtres de la surface du terrain natu-rel, il est loisible de dterminer lamplitudedes pics du mouvement vibratoire en multi-pliant les valeurs applicables la surfacepar un coefficient rducteur R.

La valeur de ce coefficient R peut tre obte-nue soit partir de mesures in situ, soit parle calcul en utilisant toute mthode scienti-fiquement valide.

C.3.2.1

Dans le cas dune lithostratigraphie des ter-rains peu contraste, R peut tre calcul dela faon suivante :

a) on schmatise le terrain au-dessus delouvrage par un empilement de n coucheshomognes en respectant les conditionssuivantes :

- pour les profils de sol prsentant une aug-mentation de la vitesse de propagation desondes avec la profondeur, n est infrieur ougal 3 ;

- pour les profils de sol prsentant des alter-nances de couches dures et de couchesmolles, n est infrieur ou gal 5 ;

- pour chaque couche, le temps mis par lesondes pour la traverser doit tre suprieurou gal 0,1s ;

- entre deux couches adjacentes, le rapportdimpdance, dfini ci-aprs, doit tre inf-rieur 2/3 ou suprieur 3/2.

b) on applique la formule suivante :

i et ci tant respectivement la masse volu-mique et la vitesse de propagation desondes de la couche numrote (les couchessont numrotes de 1 n partir de la sur-face).La valeur considrer pour la vitesse depropagation des ondes est :- celle des ondes de cisaillement pour lescomposantes horizontales des mouvements ;- celle des ondes de traction-compressionpour la composante verticale des mouve-ments.On rappelle que le rapport dimpdanceentre deux couches est le produit du quo-tient des masses volumiques par le quotientdes vitesses de propagation dondes (entreles couches dindice i et i + 1, cest le para-mtre ri introduit prcdemment).

3.2.2 - Spectres de rponse etacclrogrammes pour lesouvrages horizontaux profonds

Si le calcul de certaines parties de lou-vrage, ou des quipements quil contient,

ncessite la dfinition de spectres derponse ou dacclrogrammes, ceux-cidoivent tre obtenus partir dun modledondes sismiques propagation verticalequi produisent la surface le mouvementspcifi en 3.1.

C3.2.2

Lutilisation de coefficients rducteurs pourdduire le mouvement en profondeur decelui la surface nest justifie, en tant quepremire approximation et en prenant lesmarges de scurit ncessaires, que pourles valeurs de pic du mouvement (acclra-tion, vitesse, dplacement). Pour une des-cription plus fine de celui-ci (spectre derponse, acclrogrammes), il faut utiliserun modle dondes prenant en compte lescaractristiques du profil de sol (paisseuret proprits mcaniques des diffrentescouches). Les spectres de rponse la sur-face, qui sont des donnes de base pour cemodle, sont prciss dans lannexe 2.

Lutilisation de tels modles peut conduire la quasi-annulation de certaines compo-santes du mouvement en profondeur pareffet dinterfrences destructives entre lesondes rflchies et rfractes. Cet effet, quidcoule des hypothses adoptes (notam-ment en ce qui concerne le caractre unidi-rectionnel des propagations dondes), peutconstituer une reprsentation exagre desphnomnes rels. Il convient donc de fixerun minimum la rduction du contenu fr-quentiel des mouvements, dans le cas oceux-ci sont obtenus par un modle unidi-mensionnel ; ce minimum peut tre prisgal au tiers de la valeur correspondant aumouvement en surface.

3.2.3 - Mouvements vibratoirespour les ouvrages tendus dans lesens vertical

Ils doivent tre obtenus partir dunmodle dondes sismiques propagationverticale qui produisent la surface le mou-vement spcifi en 3.1.

3.3 - MOUVEMENTS DIFFERENTIELS IRREVERSIBLES

Les mouvements diffrentiels irrversiblesrsultant du jeu de failles sismognes sontdtermins conformment aux articles3.2.3 et 3.4.2 du document AFPS intitulConduites enterres en acier pour letransport : mthodes dvaluation de leurrsistance sous sollicitations sismiques.

C3.3

Les failles sismognes considres ici sontcelles dont le mouvement est la cause du

avec :

S = 0 si n = 1

si n > 1

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sisme et qui peuvent donc tre caractri-ses par une valeur de magnitude. Les mou-vements ventuellement dus au jeu defailles secondaires ne peuvent, dans ltatactuel des connaissances, tre prdits defaon quantitative. Les formules de calculde ces mouvements sont rappeles enannexe 3.

3.4 - MAJORATION DE LACTION SISMIQUE POURLES TUNNELS LONGS

Pour tenir compte de la majoration de laprobabilit dexposition au risque sismiqueavec la longueur de louvrage, il y a lieu demajorer laction sismique. Cette majorationest obtenue en multipliant les diffrentstermes caractrisant le mouvement sis-mique (acclrations, vitesses, dplace-ments, spectres de rponse) par un coeffi-cient majorateur A.

Ce coefficient peut tre dtermin par unetude spcifique de lala sismique prenanten compte les diffrentes sources sis-miques et leur position par rapport au tun-nel considr sur toute sa longueur et uneanalyse des risques propres louvrage.

A dfaut, et pour les tunnels dont la lon-gueur est comprise entre 5 et 30 kilo-mtres, le coefficient A peut tre calculpar la formule suivante :

o L est la longueur du tunnel, et hmin ethmax les valeurs minimale et maximale de laprofondeur des foyers sismiques. En Francemtropolitaine, on peut utiliser les valeurssuivantes :

Avec ces valeurs, le coefficient A est donnen fonction de L dans le tableau suivant :

C.3.4

La majoration de laction sismique pour lestunnels trs longs rsulte de considrationsprobabilistes. Pour un niveau donn de lac-tion sismique, la probabilit de son dpas-sement est plus grande pour un ouvragetendu que pour un ouvrage ponctuel. La

formule propose pour la majoration cor-respond au cas dune zone sismicit dif-fuse, lintrieur de laquelle la distributionde lala sismique est uniforme et pourlaquelle on vise la mme priode de retourpour caractriser lala sismique (BetbederMatibet J., 1996).

4 - CALCUL DES EFFETS DELACTION SISMIQUE SURLES OUVRAGES ENTERRESDomaine de validit

Les prsentes mthodes de calcul s'appli-quent aux ouvrages linaires, pour lesquelsla longueur est nettement prpondrantedevant les dimensions de la section trans-versale, daxe horizontal, subhorizontal ouvertical.

Elles sont applicables aux ouvrages situs faible ou grande profondeur sous la surfacedu sol, supposs pris isolment.

Sont exclus les systmes composs de plu-sieurs ouvrages voisins pouvant dvelopperune interaction dynamique entre eux.

C.4

a) Sont plus particulirement concerns,quel que soit leur mode de ralisation, lestunnels routiers, ferroviaires ou de mtros,les galeries minires, les microtunnels, lesstations souterraines et ouvrages souter-rains de stockage qui peuvent tre consid-rs comme linaires.

b) La profondeur de l'ouvrage sous la sur-face du sol doit tre juge par rapport auxlongueurs des ondes sismiques (annexe 4).Un ouvrage est considr comme peu pro-fond si son axe est situ une profondeurau plus gale au quart de la longueur del'onde sismique frquence prpond-rante ; dans un sol, cette profondeur est dequelques dizaines de mtres ; dans unmatriau rocheux, elle peut atteindre plu-sieurs centaines de mtres. Dans tous lescas, on considrera qu'au-del de 100 m deprofondeur on se trouve en prsence d'unouvrage profond. La profondeur de l'ou-vrage conditionne les sollicitations qui luisont appliques. Lorsquon dispose dunedfinition plus prcise du mouvement, lafrquence prpondrante est dfinie par(Rajhje et al., 1988) :

o Ci reprsente le coefficient de Fourierde l'amplitude du signal et fi la frquenceassocie.

c) L'attention est attire sur le fait que l'in-teraction dynamique entre ouvrages peutse dvelopper des distances plus impor-tantes que l'interaction statique. A dfautde justification plus prcise, on peut consi-drer que cette interaction peut se dvelop-per jusqu' des distances de l'ordre de 2 3fois celles correspondant au chargement enstatique.

4.1 - COMBINAISONS DACTIONS

4.1.1 - Combinaisons de calcul

Les combinaisons d'actions considrerpour la dtermination des dformations etsollicitations de calcul sont les combinaisonsaccidentelles reprsentes symboliquementcomme suit, conformment la notationretenue dans les rgles BAEL, fascicule 62,titre I du CCTG (Rgles BAEL 91, rvises en1999) :

avec les notations symboliques suivantes :

E : l'action sismique calcule comme indi-qu au chapitre 3 ;

G : poids mort et actions permanentes delongue dure le cas chant (prcontrainte,action latrale statique des terres) ;

11 : la valeur frquente dune des actionsvariables ;

2i : la valeur quasi permanente des autresactions variables.

C.4.1.1

a) Il est rappel que, pour les vrificationslocales, E inclut les pousses dynamiquesdes nappes phratiques.

b) Du point de vue des combinaisons d'ac-tions, les masses ou poids des terres, lespousses des nappes phratiques sont trai-tes comme des charges permanentes.

4.1.2 - Facteurs daccompagnement

4.1.2.1 - Facteurs daccompagnementapplicables aux actions rsultant de lafrquentation et de lentreposage

Les valeurs du coefficient applicablesaux actions autres que les charges d'exploi-tation de caractre industriel ou que lescharges mobiles, sont donnes ci-dessous :

a Charge constitue par des personnes engrand nombre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,6

b - Charge constitue par des objets entre-poss pour une longue dure . . . . . . . . 1,0

L (km)

5102030

A

1,0701,1291,2251,302

pour

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4.1.2.2 - Facteurs daccompagnementapplicables aux charges dexploitationde caractre industriel ou celles desouvrages dart

Les coefficients applicables aux chargesd'exploitation de caractre industriel ou celles des ouvrages d'art sont fixs, enconsidration de la frquence attendue desralisations des diverses valeurs et de leurdure d'application, par le Cahier desCharges.

4.1.2.3 - Cas dannulation du facteurdaccompagnement

Le coefficient applicable une actiondoit tre pris gal 0 lorsque cette ven-tualit est plus dfavorable pour la rsis-tance ou l'quilibre de l'lment tudi.

4.2 - REPONSE DUNOUVRAGE ENTERRE A LACTION SISMIQUE

4.2.1 - Nature des actions sis-miques considrer

L'action sismique prendre en comptedans les calculs dun ouvrage peut treconsidre comme compose :

a) des dformations ou dplacementsimposs l'ouvrage par les mouvementsdiffrentiels du sol rsultant de la propaga-tion des ondes ; ces dplacements et dfor-mations sont considrs comme appliqusde faon statique ;

b) des surpressions dynamiques exercessur l'ouvrage par l'eau des terrainsencaissants.

C.4.2.1

Dautres types daction sismique, tels la tra-verse de failles actives, peuvent tre considrer. Les sollicitations prendre encompte ne relvent pas de calculs mais dedispositions constructives.

4.2.2 - Dtermination des dformations ou dplacementsimposs louvrage

Les dformations ou dplacements impo-ss l'ouvrage peuvent tre calculs envaluant le mouvement sismique en champlibre la profondeur de l'ouvrage et entenant compte de l'interaction dveloppeentre le terrain encaissant et l'ouvrage sui-vant les mthodes de l'article 4.

C.4.2.2

Contrairement au cas des ouvrages en l-vation, les ouvrages enterrs rpondent

essentiellement l'action sismique en subis-sant le mouvement du terrain ; la rigiditpropre de l'ouvrage peut modifier le mou-vement du terrain en champ libre du fait del'interaction dynamique qu'il dveloppeavec celui-ci. En rgle gnrale, les sollicita-tions rsultant des forces d'inertie sontngligeables devant celles imposes par ladformation du milieu encaissant.

4.3 - ACTION SISMIQUESELON LAXE DU TUNNEL :COMPRESSION ET FLEXION

L'action sismique selon l'axe du tunnel estdtermine partir des dplacements enchamp libre de la ligne matrialisant l'axedu tunnel. Ceux-ci induisent, selon lesmodalits d'interaction terrain- structure,des efforts de compression-traction et deflexion longitudinale, le tunnel tant consi-dr comme un lment linique de typepoutre.

Les dplacements en champ libre sontdtermins comme indiqu au chapitre 3.

4.3.1 - Dplacements et dforma-tions en champ libre de la lignematrialisant l'axe du tunnel

4.3.1.1 - Dplacement axial

Les dplacements du terrain en champ libreselon l'axe du tunnel gnres par uneonde de cisaillement sinusodale caractri-se par sa longueur d'onde L, son ampli-tude en dplacement D0 et son angle d'in-cidence par rapport au tunnel sontdonns par les formules suivantes :

4.3.1.1 - Dplacement axial

d'o la dformation axiale de la ligne mat-rialisant le tunnel :

V0 tant la vitesse particulaire au niveau del'axe du tunnel, et la longueur d'onde Ltant donne par :

o :

f = priode fondamentale du mouvement,C = vitesse apparente de propagationd'onde.

C.4.3.1.1

La vitesse particulaire V0 est la vitesse dumouvement du terrain.

La vitesse apparente de propagation d'ondeC n'est pas ncessairement la vitesse de pro-pagation dans les terrains traverss. A dfautde justification plus prcise, on peut prendreC = inf (1000 m/s, , Vs) o Vs reprsente lavitesse de propagation des ondes de cisaille-ment dans les terrains traverss.

4.3.1.2 - Dplacement transversal

d'o la courbure de la ligne matrialisant letunnel :

A0 tant l'acclration particulaire auniveau de l'axe du tunnel.

Dans le cas o lon connat les mouvementsen surface, il conviendra de tenir comptede la profondeur de l'axe du tunnel.

C.4.3.1.2

L'amplitude D0 ainsi que la vitesse V0(V0 = 2 f D0) et l'acclration A0(A0 = 42 f2 D0 ) au niveau de l'axe du tun-nel, peuvent tre dtermines partir d'uncalcul de rponse en champ libre en fonc-tion de la sollicitation sismique et des carac-tristiques godynamiques des formationsgologiques htes: masses volumiques,vitesses de propagation des ondes oumodules de rigidit au cisaillement, coeffi-cients de Poisson, niveaux de nappe. Adfaut, on pourra utiliser les valeurs calcu-les en 3.2.1.

La figure 4.3.1.2 (Kuesel, 1969) reprsenteles dplacements du terrain en champ libreet en milieu infini, selon l'axe du tunnel,gnrs par une onde de cisaillement sinu-sodale caractrise par sa longueur d'ondeL, son amplitude en dplacement D0 et sonangle d'incidence par rapport au tunnel.Des indications sont donnes dans lannexe4 sur la dtermination pratique de la fr-quence f utiliser pour le calcul de la lon-gueur donde L.

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4.3.2 - Sollicitations induites sur letunnel

4.3.2.1 - Cas de non prise en compte del'interaction terrain-structure

On admet dans ce cas que la dformationde louvrage est identique celle du terrainencaissant et, par consquent, peut treestime directement partir des formulesdveloppes ci-dessus donnant la dfor-mation en champ libre.

Les sollicitations sen dduisent par les for-mules classiques de la thorie des poutres,en fonction de ltat mcanique attendudans la section de louvrage et des exi-gences de comportement requises.

Pour une section courante (ventuellementfissure), caractrise par son aire S, soninertie I et un module E caractrisant lematriau constitutif de louvrage :

effort axial (compression- traction) :

Cet effort est maximum pour = 45:

flexion longitudinale :

Ce moment est maximal pour = 0 :

effort tranchant :

C.4.3.2.1

a) La non-prise en comptede linteraction terrain-struc-ture correspond au cas d'untunnel dont la structure peuttre considre comme trssouple par rapport au terrainencaissant. Cette mthodefournira par ailleurs un majo-rant des efforts pouvantapparatre quand la raideurdu tunnel n'est plus ngli-geable par rapport celledu terrain encaissant.

b) Pour le bton, le module prendre en compte est lemodule instantan du bton(soit environ 30 000 MPa) enparticulier dans la direction

longitudinale, sauf justification du caractreadmissible de la fissuration de louvrage.Pour l'acier, c'est le module de 200 000 MPa.

c) Pour = 0 : N = 0

d) Pour = 45 :

e) M tant une fonction priodique de

priode L , la valeur de l'effort tranchant cos

se dduit directement de celle du moment.

4.3.2.2 - Cas de prise en compte de l'in-teraction terrain- structure

4.3.2.2.1 - Caractrisation de l'interaction

L'interaction terrain-structure est caractri-se par un coefficient de raideur longitudi-nale du terrain Kl et un coefficient de rai-deur transversale Kt exprims en force parunit de dplacement longitudinal outransversal du terrain et par mtre linairede louvrage (figure 4.3.2.2.1).

En premire approximation, on pourraadmettre : Kl = Kt = G (annexe 5).

4.3.2.2.2 - Tunnels de structure continue surune longueur suprieure la longueurd'onde sismique

La dtermination des sollicitations le longde l'axe du tunnel en fonction des caract-ristiques de l'onde sismique revient l'tude d'une poutre continue sur appuislastiques dont la raideur est fournie par lescoefficients Kl et Kt, ces appuis tant sou-mis aux dplacements imposs dterminsdans l'analyse en champ libre.

Les valeurs maximales des sollicitations ontpour expression :

effort axial :

flexion longitudinale :

effort tranchant :

C.4.3.2.2.2

Pour cette approche, on pourra remplacerles dplacements imposs par l'applicationdirecte, sur la poutre lastiquementappuye, de forces par unit de longueur :

longitudinale pl (x) = Kl ux (x)

transversale pt (x) = Kt uy (x)

4.3.2.2.3 - Incidence de l'espacement entrejoints

La modlisation en poutre sur appuis las-tiques permet de prendre en compte l'effetdes dformations d'ondes sismiques surune poutre de longueur finie. Il en rsulteune attnuation des sollicitations maxi-males en fonction du rapport de la lon-gueur entre joints la longueur d'onde. Ilconvient de dterminer le souffle minimaldes joints dans les deux directions longitu-dinale et transversale permettant sa priseen compte.

C.4.3.2.2.3

Un espacement typique de distance entrejoints correspond un quart de la longueurd'ondes. L'attnuation obtenue peutatteindre des valeurs trs significatives.

4.4 - ACTION SISMIQUEDANS LE PLAN DE LA SECTION DROITE : DISTORSION ET OVALISATION

La distorsion (terme utilis essentiellementpour les sections de forme rectangulaire)ou l'ovalisation (terme utilis essentielle-ment pour les sections de forme circulaire)sont produites par la distorsion du terrainencaissant sur la hauteur du tunnel sousl'effet de la propagation verticale desondes de cisaillement.

C.4.4

On dveloppe ci-aprs une mthode sta-tique pouvant se substituer un calcul dyna-mique complet en interaction terrain-struc-ture.

Figure 4.3.1.2

Figure 4.3.2.2.1

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4.4.1 - Distorsion en champ libre

La dtermination de la distorsion en champlibre peut se faire l'aide d'un modle oubien en utilisant une formulation simplifie :

soit, dans le cas d'un tunnel profond dansun sol ou une roche relativement homo-gne, par utilisation de la formule :

soit, dans le cas d'un tunnel inscrit dansune couche de sol compressible homogned'paisseur H place au-dessus du substra-tum, par utilisation de l'quation donnant ledplacement relatif la profondeur z:

C.4.4.1

Contrairement au cas du chapitre 4.3, lavitesse qui intervient dans la formule ci-contre est la vitesse de propagation desondes de cisaillement dans les terrains tra-verss.

4.4.2 - Efforts de distorsion etdovalisation induits dans le tunnel

4.4.2.1 - Cas de non prise en compte del'interaction terrain-structure

Dans ce cas, la distorsion du terrain s'im-pose entirement la section droite dutunnel.

4.4.2.2 - Cas de prise en compte de l'in-teraction terrain-structure

4.4.2.2.1 - Caractrisation de l'interaction

L'interaction terrain-structure sera caract-rise par des appuis lastiques interpossentre la structure du tunnel et le terrainencaissant.

C.4.4.2.2.1

Pour la dtermination de leurs caractris-tiques, on retrouve les mthodes voquesplus haut (annexe 5). En premire approxi-mation, on pourra utiliser la valeur 0,5 G /h,h tant la hauteur du tunnel.

4.4.2.2.2 - Mode d'introduction de la sollici-tation sismique

Les sollicitations d'origine sismique sontprises en compte en appliquant la struc-ture, appuye lastiquement par l'interm-diaire des appuis dont les raideurs sont cal-cules comme indiqu ci-dessus, les actionssuivantes (figure 4.4.2.2.2) : les dplacements u(z) en champ libre auxextrmits des appuis, ou alternativement,les pressions p = k u(z) la structure, lesextrmits des appuis tant fixes ; des contraintes tangentes sur lescontacts entre terrain et structure galesaux cisaillements exercs sur la masse deterrain excave dans la situation en champlibre ; des efforts inertiels appliqus la struc-ture par application sa masse de l'accl-ration A0.

C.4.4.2.2.2

a) L'application des contraintes de cisaille-ment du champ libre la structure rsultedu fait que les contraintes en champ libreont t values sans tenir compte de l'ex-cavation.

b) En rgle gnrale, les efforts inertiels nesont pas prpondrants.

c) On trouvera en annexe 5 des formulesqui ont t dveloppes pour le cas particu-lier des tunnels circulaires.

4.5 - ACTIONS LOCALES

Les structures secondaires et autres soussystmes supports par la structure princi-pale peuvent tre calculs par la mthodefaisant l'objet de l'article 4.5.2. Dans cettevaluation, les charges d'exploitation sontprises avec leur valeur caractristique ounominale. A ces forces s'ajoutent, lorsqu'il ya lieu, les pousses prescrites par les rgle-ments de charge en vigueur.

Pour les lments de structure en contactdirect avec le sol, les sollicitations appli-ques peuvent tre calcules par applica-tion des formules de pousse dynamiquedes terres en considrant l'ouvrage commenon-dplaable.

Pour les lments internes l'ouvrage, dfaut de l'application des prescriptions del'article 4.5.2, la mthode simplifie de l'ar-ticle 4.5.1 est applicable.

Figure 4.4.2.2.2.

AFPS

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Aux efforts inertiels ainsi calculs doiventtre ajouts les efforts rsultant de la dfor-mation de la structure principale aux pointsde liaison de celle-ci avec l'lment secon-daire.

C.4.5

Indpendamment des actions d'ensembledont l'valuation fait l'objet des chapitres4.0 et 5.0, certaines parties des construc-tions ou des installations peuvent tre sou-mises, du fait de leur localisation, de leurscaractristiques vibratoires, des actionsexcdant celles prises en compte dans lavrification de la rsistance et de la stabilitd'ensemble de la structure. C'est le cas,entre autres, de voiles de petites dimen-sions appartenant des locaux techniques,des planchers intrieurs l'ouvrage qui, dufait de leurs dimensions, de leur masserduite ou de leur raideur ne modifient pasla rponse d'ensemble.

Pour l'valuation des pousses dynamiquesdes terres, on se reportera au chapitre 16des recommandations AFPS90.

L'application des dformations de la struc-ture principale l'lment secondaire estparticulirement importante pour les struc-tures internes, tels les poteaux, qui ne parti-cipent pas la reprise des sollicitations hori-zontales mais doivent assurer la reprise desefforts verticaux.

4.5.1 - Calcul forfaitaireLorsque ce calcul n'est pas exig par lesprsentes recommandations ou par leCahier des Charges, ces structures secon-daires ou autres sous-systmes peuventtre calculs compte tenu de l'applicationaux masses qui les composent, et dans lesdirections appropries, dacclrations sis-miques.

Pour les lments plans (voile, plancher,mur), cette acclration sismique estobtenue en multipliant lacclration sis-mique applicable, dans la direction tudie,au solide lmentaire, dont le sous-systmeest solidaire, tel qu'il ressort du calcul d'en-semble, par un coefficient :

gal 1 dans la direction parallle au plande llment ;

gal 2,5 dans la direction perpendicu-laire au plan de cet lment.

C.4.5.1

Le coefficient 2,5 reprsente le coefficientdynamique maximal d'un oscillateur undegr de libert, damortissement 5 %, sou-mis aux sollicitations sismiques dfinies parles spectres rglementaires.

4.5.2 - Calcul dynamique simplifiLes lments de structure internes l'ou-vrage principal qui sont susceptibles, depar leurs masses ou raideurs, d'interagiravec celui-ci seront considrs comme desquipements lis. Les sollicitations appli-ques ces lments sont dtermines sui-vant les prescriptions du chapitre 23 desrecommandations AFPS90.

C.4.5.2

Les dispositions de cet article visent plusspcifiquement les planchers et voiles int-rieurs la structure principale.

4.6 - VERIFICATIONSLes vrifications dcrites ci-dessous portentsur les parties douvrages en bton arm.

Dune manire gnrale, les vrificationseffectues reviennent sassurer que lou-vrage a bien les capacits de dformationprises en compte dans le calcul des sollicita-tions dvelopp dans les chapitres 4.3 et 4.4.

C.4.6

Ces vrifications relvent dun processusventuellement itratif qui peut tre rsumdans le logigramme ci-aprs, assorti descommentaires suivants.

4.6.1 - Vrifications vis--vis desactions selon laxe du tunnelLes vrifications de rsistance des sectionsde bton et darmatures seront faitesconformment aux rgles BAEL pour lescas de situations accidentelles, tout enconservant le coefficient rducteur de 0,85sur la rsistance caractristique du bton aulieu dutiliser le coefficient unit applicableaux sollicitations dynamiques (norme NFP06-013).

C.4.6.1

Lestimation des inerties et de laire de lasection droite de louvrage pourra tenircompte de la fissuration, ce qui est possibleds lors que lon a dtermin les sectionsdarmatures. Il conviendra cependant de nepas sous-estimer exagrment les rigidits.Cest ainsi quon en restera une estimationde ces grandeurs en restant dans ledomaine lastique, sans prendre en comptele comportement post-lastique.

4.6.2 - Vrifications vis--vis de ladistorsion et de lovalisation de lasection droiteLe comportement post-lastique peut trepris en compte par lintroduction de rotulesplastiques. La ductilit de celles-ci sera va-lue (figure 4.6.2) :

en prenant en compte le comportementdu bton frett (figure 4.6.2 a) ; en portant la limite dallongement desarmatures tendues 5 % ; en estimant une longueur de rotule plas-tique de lordre de 0,8 fois lpaisseur dellment plastifi (figure 4.6.2b).

Il convient de respecter les dispositionsconstructives issues du chapitre 5 : les rotules plastiques seront inscrites lintrieur des zones critiques dfinies par lanorme dans les lments flchis et/ou com-prims ; les vrifications vis--vis de leffort tran-chant intgreront un coefficient de scuritsupplmentaire de 1,25.

C.4.6.2La norme franaise NF P 06-013 prcise queles armatures pour bton arm doiventtre haute adhrence avec une limitedlasticit spcifie infrieure 500 MPa.Lallongement total relatif sous chargemaximale spcifie doit tre suprieur ougal 5 %.

4.7 - CAS DES OUVRAGESVERTICAUX

Les ouvrages verticaux (puits, forages rev-tus ou non) peuvent tre considrscomme des ouvrages particuliers par lesaspects suivants : de par leur nature, ils sont gnralementamens traverser un nombre plus impor-tant de couches de terrain dont les propri-ts gotechniques sont varies ; ils auront donc subir les efforts particu-liers lis non seulement aux rponses sis-miques varies de ces horizons mais gale-ment ceux spcifiques de ces interfaces ; dans de nombreux cas, les ouvrages verti-caux auront aussi la particularit davoir uneextrmit en surface ce qui pose le pro-blme du passage dun systme de recom-mandation un autre ; dans la grande majorit, ces ouvragesseront de gomtrie simple lie leurmode de ralisation (circulaire pour lesforages et pour de nombreux fonages depuits).

Ces formes simples sont gnralementbien adaptes pour rpondre aux sollicita-tions du terrain. Les revtements de stabili-sation sont donc souvent plus lgers queceux correspondant aux mmes typesdouvrages sub-horizontaux.

Les efforts inertiels prendre en compteseront faibles et les analyses en champ libreseront le plus souvent la rgle.

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On trouve en annexe 6 un tableau de com-paraison entre les canalisations enterres(pour lesquelles des recommandations ontt publies par lAFPS/CESS en 1998 cahier technique n 15), les ouvrages hori-zontaux et les ouvrages verticaux (forageset puits).

5 - CONCEPTION GENERALEET DISPOSITIONSCONSTRUCTIVES

Prambule

Les dispositions constructives parasis-miques propres aux ouvrages souterrainsvont se traduire par :

des adaptations des quantits de mat-riaux (aciers, bton ) par rapport unesituation non sismique, ces adaptationsprovenant de rgles forfaitaires dfiniesdans la suite du texte ; des spcifications sur la qualit ou la miseen uvre de ces matriaux ; des choix constructifs spcifiques, cer-tains sont dcrits en annexe ; une adaptation de la gomtrie.

5.1 - PRINCIPES GENERAUX

5.1.1 - Conception

En premier lieu, le concepteur adaptera aumieux louvrage aux zones sismiques et enparticulier il veillera ce que le trac vite lessingularits telles que les failles actives

reconnues, les traverses de terrains forte-ment contrasts, ainsi que les zones suscep-tibles dinstabilit (liqufaction, glissementde terrain). La prsence de singularits, auregard dun contexte sismique, donne lieu des dispositions constructives spcifiques.Il en est de mme de la transition dune cat-gorie douvrage lautre ou bien dans le casde variations brusques de la gomtrie durevtement.La conception obit en gnral aux prin-cipes qui suivent ; certains principes anta-gonistes, le cas chant, sont concilier aumieux.

5.1.2 - Adaptation au mouvementsismique : le joint sismique

Sur le revtement dun ouvrage linaire telque dfini au chapitre 4 sexercent lesdplacements du terrain engendrs par lesisme, ces dplacements provoquent desefforts de compression-traction et deflexion longitudinaux, ainsi quune distor-sion ou une ovalisation de la section trans-versale.

Si les efforts longitudinaux sont importantsen regard des capacits rsistantes du rev-tement, la cration de joints circonfrentielsva permettre la diminution de ces efforts.Lespacement entre joints et le souffle mini-mal de chaque joint peuvent tre dterminsen fonction des mthodes dcrites en 4.3.2.La technologie du joint sera fonction notam-ment de la valeur du souffle, des sollicitationssy exerant, du niveau dtanchit assurerle cas chant.

C.5.1.2

A la transition dun ouvrage long et de sesttes, une disposition constructive spcifiquesimpose vu la diffrence de comportementde chacune de ces parties douvrages. Laprsence dun joint de conception sismiqueconstitue en gnral une solution adquate.

5.1.3 - Dformabilit et ductilit

Laugmentation de la raideur dune structuredonne est rpute se traduire par une aug-mentation parallle des efforts sollicitant lastructure que le contexte soit sismique ounon. Le revtement est donc conu aussisouple que possible, en vrifiant toutefoisquil ny a pas de risque dinstabilit.

C.5.1.3

Actuellement la tendance est dassouplir lerevtement.La ductilit se caractrise par le rapport dela dformation plastique maximale ladformation lastique limite.La ductilit nest indispensable que si laconception prvoit un comportement post-

Figure 4.6.2.a

Figure 4.6.2.b

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lastique sous laction des dplacementsimposs par le sisme. Elle nest donc pas obtenir systmatiquement.

Laugmentation de la ductilit accrot lacapacit de la structure emmagasiner delnergie potentielle ou bien supporter degrandes dformations. Dans le cas des tun-nels, cest cette seconde caractristique quiest recherche.

La ductilit ncessaire est rechercher dansla qualit et les dispositions des matriauxconstitutifs des ouvrages souterrains quisont habituellement du bton non arm oudu bton arm ou leur combinaison dansune mme section transversale .

Les dispositions qui amliorent la ductilitsont explicites ci-aprs.

La ductilit dune pice en bton armncessite de disposer des armatures trans-versales (cadres, triers ferms par des cro-chets dangle au centre dau moins 135 etde retour 10 diamtres nominaux).

Les longueurs de recouvrement des arma-tures longitudinales sont majores de 30 %par rapport aux rgles BAEL, des armaturesespaces de 8 12 fois le diamtre de laplus petite barre longitudinale assurant lacouture.

Pour le bton non arm, la ductilit est assu-re par la fissuration.

Quant la qualit des matriaux mis enuvre, il pourrait tre prconis dutiliser :

un bton de catgorie minimum B25 ;

des aciers limite dallongement garantiede 5 % minimum.

Il faudra sassurer galement de la bonneductilit des matriaux autres, tels que ceuxentrant dans la composition des joints, desboulons ou bien dans les assemblages, pardes essais de laboratoire le cas chant.

Rotules plastiques

Lapparition et la localisation de rotules plas-tiques au cours du sisme amliorent laductilit de la construction. Limportance decette ductilit variera suivant les conditionsde frettage de ces rotules plastiques.

Pour un ouvrage vot, la position desrotules plastiques nest pas prvisible apriori. On peut suggrer par exemple deprvoir des saignes longitudinales pourlocaliser ces rotules pour un ouvrage coulen place.

5.2 - DISPOSITIONSCONSTRUCTIVES

La configuration de louvrage par rapport son encaissant dtermine un type de dispo-

sitions constructives adopter. La nature delouvrage souterrain et les caractristiquesde lencaissant permettent de prciser lesdispositions constructives adquates.

C.5.2

Le tableau de lannexe 7 rassemble lesrponses reues au questionnaire men-tionn en 1.1.2

5.2.1 - Dispositions gnrales

5.2.1.1 - Ouvrages superficiels

Les ouvrages dfinis comme non profonds(cf. paragraphe 3.1) ou bien situs dans lesterrains du groupe b avec Rc < 6 MPa (cf.tableau du chapitre 2) sont en bton armou entirement en acier, sauf justificationparticulire. Les pourcentages minimauxdacier et les dispositions constructivesassocies dfinis dans la norme NF P06-013sappliquent sans restriction.

5.2.1.2 - Ttes des tunnels

Les revtements des ttes des tunnels sontgnralement arms, mme en dehorsdun contexte sismique. En cas de sismicit,ils sont traiter comme des ouvragessuperficiels.

5.2.1.3 - Ouvrages profonds - Interfaces

Les dommages durant un sisme affectentpeu les parties profondes dun tunnel enraison de lattnuation des sollicitations enprofondeur. Le revtement de la partie pro-fonde doit suivre les dplacements imposspar le terrain sans recourir ncessairement la ductilit. Sil est ncessaire darmer lerevtement, au minimum sera dispos unpourcentage correspondant la conditionde non-fragilit en flexion compose pourle cas et la direction de sollicitation consi-dre (BAEL). Aux jonctions avec les zonesprsentant un comportement diffrent, il yaura un joint total tant au niveau de la votequau niveau du radier, la valeur du souffletant fonction des calculs.

5.2.2 - Dispositions particulires

La situation de louvrage par rapport aumassif encaissant, le mode de constructionde louvrage appellent des dispositionsconstructives spcifiques.

5.2.2.1 - Traverse de failles actives

Si le trac de louvrage na pu viter de telsaccidents, une solution consiste largir ledbouch de louvrage au droit de la faillesuivant les schmas de la figure 1 de lan-nexe 7.

C.5.2.2.1

De tels dispositifs, sont suggrs dans denombreuses publications et ont t ralisspour les mtros de San Francisco et LosAngeles. Naturellement la faille doit trebien identifie et dune tendue raison-nable au droit de louvrage. Le surgabarittient compte du dplacement attendu. Lechoix dune telle solution doit tre tay parune analyse de risques.

Pour estimer le glissement moyen entre lesdeux bords dune faille, on se reportera lannexe 3.

5.2.2.2 - Changement brusque de la rigi-dit du revtement ou de lencaissant

Les contraintes ont tendance se concen-trer au droit de telles zones. Pour faire chu-ter ces contraintes, le recours des jointsflexibles peut tre une solution.

C.5.2.2.2

Le cas du tunnel du port de Kawasaki auJapon, la jonction transversale du tunnelde circulation et de la chemine de ventila-tion, prsent figure 2 de lannexe 7 illustrecette technique.

5.2.2.3 - Caissons immergs

Un soin particulier doit tre port ltan-chit, tant au niveau de ltude que delexcution pour les structures sous nappe.

C.5.2.2.3

Au Japon, lexpressway Bay-shore-route tra-verse la baie de Tokyo dans un tunnelimmerg. Le niveau des sollicitations aconduit aux dispositions de joints ditsflexibles reprsents sur la figure 3 delannexe 7.

5.2.2.4 - Tunnels en voussoirs btonarm ou mtalliques

Si la nature du terrain traverser sy prteainsi que lconomie du projet, une tellestructure parat bien adapte au sismepuisque, par construction, des joints trans-versaux et circonfrentiels sparent lesvoussoirs, assurant ainsi une bonne adapta-tion au mouvement sismique de la struc-ture. Pour les voussoirs en bton arm lapossibilit de recourir des btons de cat-gories suprieures celles utilises enmthode traditionnelle, actions galesamliore la souplesse de la structure. Uneautre possibilit consiste en lutilisation devoussoirs mtalliques qui prsentent lemme type davantage.

Dans un contexte sismique les assemblagesentre voussoirs et anneaux de voussoirsseront justifis par le calcul, notamment vis--vis de la stabilit locale dun voussoir.

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5.2.2.5 - Tranches couvertes

Lintgralit des dispositions constructivescontenues dans les recommandations AFPSsapplique.

C.5.2.2.5

Selon Owen et Scholl (1981), les barres deflexion de la face interne des pidroits doi-vent tre ancres dans le radier et la dallesuprieure par un retour 90 parallle lextrados.

A signaler que lune des causes supposesde leffondrement de la tranche couvertede Kobe rsiderait dans le mauvais blocagedes pidroits entre le soutnement et lerevtement, ainsi la bute passive favorablenaurait pu tre mobilise. La mthode deralisation des tranches couvertes doitdonc garantir un blocage efficace des pi-droits.

5.2.2.6 - Puits

Les rgles qui suivent sont applicables auxpuits ayant des fonctions de scurit. Il fautdistinguer la partie basse de la partie hauteventuellement coiffe dun ouvragearien.

Partie haute du puits :

Elle relve des dispositions constructivesminimales dfinies dans la norme NF P 06-013.

Partie basse du puits :

Si un critre dtanchit est demand,alors les pourcentages minimaux suivantssont imposs :

armatures longitudinales : 0,3 % armatures transversales : 0,2 %

Dans la situation o le puits traverse unezone de terrains fortement contrasts enprofondeur, les mmes dispositions sont appliquer quel que soit le sens de la posedu revtement, ceci sur une hauteur aumoins gale un diamtre du puits de partet dautre du contraste.

C.5.2.2.6

Dans la mesure o il est ncessaire de satis-faire un critre dtanchit, la techniqueassurant la pose du revtement de bas enhaut parat mieux adapte, une pose danslautre sens complique la mise en uvre desaciers longitudinaux sils sont requis.

5.2.2.7 - Liqufaction des sols

La liqufaction des sols peut avoir lesconsquences suivantes :- suppression de la bute des pidroits ;- instabilit des pentes entranant des sur-charges ;- tassements ;- flottabilit des tunnels immergs.

Les dispositions constructives possiblesremdiant ces consquences consistentsoit traiter le sol ou bien adapter laconstruction cette situation.

Quant louvrage, il se comporte mieuxvis--vis des tassements si son revtementest muni de joints du type flexible dcritsprcdemment.

Enfin un ancrage au terrain sain par linter-mdiaire de fondations profondes ou bienpar des tirants empche la flottabilit delouvrage.

C.5.2.2.7

Les traitements de sol envisageables sont :- le rabattement permanent du niveau de lanappe ;- la ralisation de colonnes drainantes limi-tant llvation des pressions interstitielles ;- lamlioration des caractristiques du milieuliqufiable (densification, injection, jet- grou-ting, substitution, renforcements ).

5.2.2.8 - Elments de second uvre

Les liaisons seront monolithiques avec leslments de gnie civil secondaire tels queles escaliers. Les appuis de planchers serontconus de faon en empcher la chute.

5.2.2.9 - Equipements

Les quipements, dont la dfaillance nepeut tre accepte, tels les diffrents cir-cuits, les ventilateurs seront relis la struc-ture par des systmes fiables : tiges scel-les, tiges traversantes prcontraintes.

On se reportera au chapitre 23 des recom-mandations AFPS 1990 (volume 2).

6 - BIBLIOGRAPHIE6 - BIBLIOGRAPHIE

AFPS 90 Recommandations pour la rdaction de rgles relatives aux ouvrages et installations raliser dans les rgions sujettes auxsismes, volume 1 (chapitres 1 9), volume 2 (chapitres 10, 11, 16, 17 et 23), volume 3 (chapitres 12, 15, 18, 22 et 25), Presses de lENPC.

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9 - FONDATIONS

9.1 - Liqufaction des sols

9.1.1 - Dfinition

On appelle liqufaction d'un sol un proces-sus conduisant la perte totale de rsis-tance au cisaillement du sol par augmenta-tion de la pression interstitielle. Elle estaccompagne de dformations dont lam-plitude peut tre limite ou quasi illimite.

9.1.2 - Identification des sols liqu-fiables

9.1.2.1 - Sont considrer comme a priorisuspects de liqufaction, les sols ci-aprs :

a) Sables, sables vasards et silts prsentantles caractristiques suivantes

degr de saturation Sr voisin de 100 %, .

granulomtrie assez uniforme correspon-dant un coefficient d'uniformit Cu, inf-rieur 15 :

Cu = D60 < 15D10

diamtre 50 %, D50 compris entre 0,05 mm et 1,5 mm,

et soumis en l'tat final du projet unecontrainte verticale effective v infrieureaux valeurs suivantes :

1) 0,20 MPa en zones Ia, et lb2) 0,25 MPa en zone II

3) 0,30 MPa en zone III

b) Sols argileux prsentant les caractris-tiques suivantes

diamtre 15 %, D15 suprieur 0,005mm,

limite de liquidit WL infrieure 35 %,

teneur en eau w suprieure 0,9 WL,

point reprsentatif sur le diagramme deplasticit se situant au-dessus de la droiteA dudit diagramme.

9.1.2.2 - Peuvent a contrario tre consid-rs comme exempts de risque

a) les sols dont la granulomtrie prsenteun diamtre 10 %, D10 suprieur 2 mm

b) ceux dans lesquels on a simultanment:

D70 < 74 Ip > 10 %

9.1.2.3 - Lorsque les indications de 9.1.2.1et de 9.1.2.2 ci-dessus laissent apparatreune possibilit de liqufaction, il y a lieu deprocder des investigations complmen-taires suivant les mthodes dcrites en9.1.4 ci-aprs.

9.1.3 - Donnes sismiquesLes donnes sismiques utiliser dans laconduite des essais et les tudes subs-quentes sont les suivantes :

acclration maximale de surface:

- aN sur site de type S1- 0,9 aN sur site de type S2- 0,8 aN sur site de type S3o :

aN est l'acclration nominale (voir 3.3) ;

nombre de cycles quivalents n :

Tableau 8: Nombre de cycles quivalentsselon les zones de sismicit

9.1.4 - Mthodes d'essai

9.1.4.1 - Essais de laboratoire

1) Les essais suivants peuvent tre utiliss :

essai cyclique l'appareil triaxial;

essai cyclique la bote de cisaillement parois latrales mobiles

essai cyclique de cisaillement par torsion.

Ils doivent porter sur des chantillons nonremanis.

2) Il peuvent tre conduits selon lesmthodes usuellement suivies sous rserveque soient respectes les conditions ci-aprs :

les essais doivent tre poursuivis jusqu'liqufaction des prouvettes et ceci sousdiverses valeurs de la contrainte maximalede cisaillement ;

la pression de confinement doit rester voi-sine de celle rgnant au niveau du prlve-ment l'tat final du projet ;

le degr de saturation de l'prouvettedoit tre gal celui du sol en place dansles conditions du projet.

Les rsultats doivent en outre faire claire-ment apparatre :

les variations de la pression interstitiellemesure au sein de l'prouvette et desdformations de cette dernire en fonctiondu nombre de cycles appliqus ;

le volume final de l'prouvette aprs dissi-pation de la pression interstitielle.

9.1.4.2 - Essais in situ

Les essais de pntration in situ du typedynamique, essais SPT (Standard PenetrationTest) ou statique (pntration d'un cne oud'un pizocne) peuvent tre utiliss pourle diagnostic des sols liqufiables lorsqu'ilexiste pour le type dappareil utilis descorrlations bien tablies entre les indica-tions de l'essai et la liqufaction ou la non-liqufaction des sols.

9.1.5 - Critre de liqufaction

Doivent tre considrs comme liqu-fiables en champ libre sous le sisme decalcul, les sols au sein desquels la valeur descontraintes de cisaillement engendres parle sisme dpasse 75 % de la valeur de lacontrainte de cisaillement provoquant la

ANNEXE 1ANNEXE 1

IDENTIFICATION ET CARACTERISATION DE ZONES SUSPECTES DE LIQUEFACTION

(EXTRAIT DE LA NORME NF P 06-013)

Zone de sismicit n

Zones la et lb 5

Zone II 10

Zone III 20

1ANNEXES

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ANNE

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1

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liqufaction, pour le nombre de cyclesquivalents n dfini en 9.1.3.

La contrainte effective verticale 'v prendreen compte est celle rgnant dans le sol aprsralisation du projet.

9.1.6 - Traitement des sols ou dela construction

Lorsque les essais font apparatre une scu-rit insuffisante vis--vis de la liqufaction ausens du paragraphe 9.1.5, la construction nepeut tre entreprise que dans l'une deshypothses ci-dessous

9.1.6.1 - Traitement du sol

On fait subir au sol un traitement propre liminer les risques de liqufaction ou rta-blir la marge de scurit prvue au 9.1.5. Il ya alors lieu de justifier les mesures proposeset d'en contrler l'efficacit par des essais etmesures appropris.

9.1.6.2 - Renforcement des fondations

L'ouvrage tant fond sur des pieux appuysen pointe au-dessous des couches liqu-fiables, les pieux sont calculs, notammenten ce qui concerne leur flambement au seindes milieux liqufis, compte tenu descharges additionnelles apportes par lescouches suprieures.

Note sur le paragraphe 9.1.3

Les cycles quivalents sont par conventiondes cycles harmoniques produisant descontraintes maximales de cisaillement gales 0,65 fois la contrainte maximale dvelop-pe dans le sol par le sisme. On considreque, du point de vue de la liqufaction, l'ac-tion de n cycles quivalents produit lesmmes effets que ceux d'un sisme rel. Lenombre de cycles quivalents dpend de lamagnitude Ms (qui s'entend comme lamagnitude dtermine sur les ondes de sur-face), ou de la dure du sisme.

A titre indicatif, cette magnitude Ms peuttre prise gale :

6 en zone I 7 en zone II 8 en zone III

Note sur le paragraphe 9.1.4.1.1

La prservation de toutes les caractris-tiques physiques et mcaniques des sols(principalement leur structure et leur den-sit en place) au cours du prlvement etdes manipulations ultrieures est essen-tielle pour la crdibilit des rsultats. Elleexige des prcautions trs particulires tantau niveau du mode de prlvement (carot-tage en gros diamtre, choix du carottier etdu fluide de forage, etc.) qu' celui dutransport, de la conservation et de la pr-paration des chantillons.

Les modes opratoires concernant ces essaisne sont pas encore normaliss. En attendantque cette normalisation intervienne, on peutse baser sur une tude de la littrature sp-cialise.

Note sur le paragraphe 9.1.4.1.2

Pour atteindre cet tat, on prend soin reproduire en laboratoire le chemin decontrainte suivi in situ entre l'tat initial etltat final du projet.

Note sur le paragraphe 9.1.4.2

Ces corrlations sont tablies pour diversesvaleurs de la magnitude. Il convient deveiller la nature de la magnitude utilise(Ms ou ML) et de faire le cas chant la cor-rection ncessaire.

Les corrlations actuellement disponiblesont t tablies lorigine avec l'essai SPT.Les critres de liqufaction correspondantsont fait lobjet de transpositions d'autresessais en place comme l'essai au pntro-mtre statique dont lusage est plus rpanduen France.

La mesure en continu de l'volution de lapression interstitielle provoque par le dis-positif d'essai la profondeur considrepeut faciliter ou valider le diagnostic. Cette

mesure peut tre ralise l'aide d'essaisen place tels que le pizocne.

Note sur le paragraphe 9.1.5

Outre la rduction de la rsistance au cisaille-ment et de la capacit portante des solsconsidrs, le processus de liqufactionconduit des dformations temporaires oupermanentes des sols pouvant entraner l'at-teinte d'un tat limite dans louvrage tudi.

L'attention est particulirement attire sur ledernier alina du paragraphe 9.1.5 : l'tatfinal considr est celui qui peut rsulterd'un abaissement dfinitif du niveau du ter-rain naturel, d'une remonte de la nappeimputable aux travaux raliss, etc.

Note sur le paragraphe 9.1.6.1

Pour certains sols pulvrulents denses dontle comportement doit tre justifi vis--vis desismes de forte intensit, il peut s'avrer dif-ficile de rtablir la marge de scurit prvueau paragraphe 9.1.5, alors mme que leur

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GT22R1F1