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RAPPORT D’ACTIVITÉ 2004 66 RISQUES NATURELS, VULNÉRABILITÉ DES OUVRAGES ET DES RÉSEAUX Contact : [email protected] LA PRÉVENTION DES RISQUES NATURELS ET DE LA SÉCURISATION DES OUVRAGES : CEST LE DEUXIÈME POINT DAPPUI DE LA STRATÉGIE DE RECHERCHE ENVIRONNEMENTALEDU LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSÉES. Le contrat quadriennal 2001-2004 l’exprime ainsi : “sécuriser les ouvrages et les sites par une meilleure connaissance et maîtrise des risques”. C’est ce à quoi s’emploient activement les équipes de recherche qui interviennent dans ce programme en prenant en compte les aléas géologiques : cavités souterraines, instabilités des versants, phénomènes sismiques, et leurs conséquences possibles sur les ouvrages. Les risques hydrologiques sont également un sujet d’intérêt. Ils comportent deux volets : les risques sur itinéraires routiers et ceux relatifs au milieu urbain (programme Génie Civil Urbain). FONDATIONS AU ROCHER : PRISE EN COMPTE DES DISCONTINUITÉS POUR LES ÉTUDES DE STABILITÉ DES VIADUCS SUR VERSANTS ROCHEUX Contact : [email protected] L’influence des discontinuités est importante dans de nombreux domaines géotechniques, lors du creusement de tunnels, sur la stabilité des versants, pour les fondations au rocher, etc. À partir de levés de terrain ou de photographies aériennes, la géologie structurale permet d’identifier quelques familles de discontinuités. En complément, les forages donnent une information sur la nature et la fracturation de la roche, mais pour des ouvrages de plusieurs centaines de mètres, ces données étant très localisées, l’extension des fractures demeure une inconnue géométrique. À l’heure actuelle, des logiciels d’interprétation des données permettent de redéfinir statistiquement la géométrie 3D de la fracturation en estimant la représentativité de chaque famille de discontinuités à plusieurs niveaux du sondage ainsi que les effets dus aux biais du forage. Une étude de reconstitution de la fracturation à partir de sondages est a été réalisée avec un logiciel principalement utilisé dans le domaine pétrolier. Le relevé des coordonnées du réseau de fracturation statistiquement comparable aux données de forages est a été extrait

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RISQUES NATURELS,VULNÉRABILITÉ DES OUVRAGES ET DES RÉSEAUXContact : [email protected]

LA PRÉVENTION DES RISQUES

NATURELS ET DE LA SÉCURISATION

DES OUVRAGES : C’EST LE DEUXIÈME

POINT D’APPUI DE LA STRATÉGIE

DE RECHERCHE “ENVIRONNEMENTALE”DU LABORATOIRE CENTRAL

DES PONTS ET CHAUSSÉES.

Le contrat quadriennal 2001-2004 l’exprime ainsi : “sécuriser les ouvrages et les sites par une meilleure connaissance et maîtrise des risques”. C’est ce à quoi s’emploient activement les équipes de recherche qui interviennent dans ce programme en prenant en compte les aléasgéologiques : cavités souterraines, instabilités des versants, phénomènessismiques, et leurs conséquences possibles sur les ouvrages. Les risqueshydrologiques sont également un sujet d’intérêt. Ils comportent deux volets :les risques sur itinéraires routiers et ceux relatifs au milieu urbain(programme Génie Civil Urbain).

FONDATIONS AU ROCHER : PRISE EN COMPTE DES DISCONTINUITÉS POUR LES ÉTUDES DE STABILITÉ DES VIADUCS SUR VERSANTS ROCHEUXContact : [email protected]’influence des discontinuités est importante dans de nombreux domainesgéotechniques, lors du creusement de tunnels, sur la stabilité des versants,pour les fondations au rocher, etc. À partir de levés de terrain ou de photographies aériennes, la géologie structurale permet d’identifierquelques familles de discontinuités. En complément, les forages donnent une information sur la nature et la fracturation de la roche, mais pour des ouvrages de plusieurs centaines de mètres, ces données étant trèslocalisées, l’extension des fractures demeure une inconnue géométrique.

À l’heure actuelle, des logiciels d’interprétation des données permettent de redéfinir statistiquement la géométrie 3D de la fracturation en estimant la représentativité de chaque famille de discontinuités à plusieurs niveaux du sondage ainsi que les effets dus aux biais du forage.

Une étude de reconstitution de la fracturation à partir de sondages est a été réalisée avec un logiciel principalement utilisé dans le domainepétrolier. Le relevé des coordonnées du réseau de fracturationstatistiquement comparable aux données de forages est a été extrait

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pour établir une reconstruction 3D des blocsrocheux. Les mécanismes des différentescoupes 2D qu’on a ainsi obtenues peuvent alors être analysés par les méthodesnumériques prenant en compte les discontinuités.

Pour montrer l’importance de la fracturationpour les fondations sur versant rocheux, une simulation est a été effectuée avec le logicielUDEC (Itasca) sur une coupe de la vallée de la Saulières (Brive la Gaillarde). Le chargementdes piles du projet de viaduc pour un modèlecontinu constitué de plusieurs couches de soldonne des tassements de l’ordre de 0,5 mm. Si l’on utilise une approche discontinue, selon la persistance des discontinuités, on obtient des déplacements de 3 à 5 fois plus élevés que pour le modèle continu.

QUAKER : UN PROGRAMMEEUROPÉEN SUR LA RÉDUCTION DU RISQUE SISMIQUEContact : [email protected] Le projet QUAKER (2003-2006) a été accepté par la Commission Européenne dans le cadre du programme de lutte contre les catastrophes

naturelles et technologiques (5e programmecadre de recherche et développement). Les récents séismes survenus en 1999 en Grèce(Athènes) et en Turquie (Izmit et Duezce) ont rappelé que le continent européen n’était pas à l’abri de ces catastrophes dévastatrices.D’autres pays comme la Roumanie et la Slovéniese trouvent aussi dans des zones extrêmementsensibles.

Le programme QUAKER a pour objectif deréduire les risques en améliorer la conceptiondes fondations en zone sismique. Les progrèspassent par une meilleure connaissance ducomportement des ouvrages sous sollicitationsdynamiques et sismiques et par la recherche de solutions parasismiques efficaces.Trois sujets sont traités dans ce programme de la Commission Européenne: les effets de l’inclinaison des pieux (actuellementproscrits en zone sismique), le comportementde fondations superficielles soumises à des renversements (étude des non-linéarités), les interactions entre une faille et une fondation. Le programme QUAKER réunit cinq partenaires :l’université de Dundee qui assure la coordination, l’université technique d’Athènes,

Simulation numérique des tassements sous chargement de piles de viaduc pour un modèlede sol continu, puis discontinu de persistance régulière (a), puis irrégulières (b et c).

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le Studio Geotechnico Italiano (Milan),Géodynamique et Structure (Paris) et le LCPC.Trois approches complémentaires sont misesen œuvre en parallèle : analyse des donnéesrecueillies sur les sites des récents séismes de Turquie et de Grèce, modélisationsnumériques, études sur modèles réduitscentrifugés.

Au-delà de la complexité du problème et du grand nombre de paramètres à prendre en compte, une difficulté majeure réside en effetdans le manque de données expérimentales. Une solution déjà largement utilisée dans les pays très exposés, comme les États-Unis et le Japon, consiste à réaliser des essais sur modèles réduits centrifugés. Grâce ausimulateur de tremblement de terre en cours de mise en service sur la centrifugeuse du LCPC,cette méthode sera bientôt disponible en Europe et les expériences du programme QUAKERconstitueront la première application.

Pour en savoir plus : http://dundee.ac.uk/civileng/quaker/index.htm

MÉTHODE DE RÉGULARISATION DES ÉQUATIONS INTÉGRALES DE FRONTIÈRE : APPLICATION À LA PROPAGATION D’ONDES TRIDIMENSIONNELLEContacts : [email protected] - [email protected] modélisation numérique de la propagationd’ondes tridimensionnelle est indispensable à l’analyse de phénomènes tels que lapropagation de vibrations dans les sols,l’amplification des ondes sismiques dans les bassins sédimentaires, l’auscultation des sols et matériaux hétérogènes ou les problèmes d’acoustique.

La méthode des équations intégrales de frontièreest particulièrement intéressante pour modéliserles problèmes de propagation d’ondes. Elle repose sur la connaissance de solutionsélémentaires des équations de l’élastodynamiquedans des domaines infinis (connues sous le nomde fonctions de Green). Cette méthode permetainsi de modéliser de façon rigoureuse la propagation d’ondes sismiques dans les solsou même à l’échelle d’un bassin sédimentaire.Elle nécessite toutefois la mise en œuvre de méthodes de régularisation d’intégralessingulières.

En 2004, une nouvelle méthode de régularisationpour les équations intégrales de frontièretridimensionnelles en élastodynamique a été proposée et validée (LMSGC et section des Modèles numériques). Il est ainsi possible de simuler la propagation d’ondes sismiques en trois dimensions (progiciel CESAR-LCPC) : la figure illustre par exemple la diffraction d’uneonde élastique plane par une cavité sphérique(résultats en temps pour un azimuth de 45° par rapport à la direction d’incidence).

Des simulations en trois dimensions peuventdonc être réalisées afin d’analyser l’amplificationdes ondes sismiques dans les bassinssédimentaires. En outre, d’autres analysestridimensionnelles permettront d’étudier

Renversement de fondation sous séisme.

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l’interaction sol-structure à grande échelle(interaction site-ville), la réponse au séismed’ouvrages de grande longueur (ouvrages d’artnotamment) ou la propagation d’ondes dans des milieux hétérogènes tridimensionnels(auscultation des sols et des structures).

THÈSE PROGRAMME EDPr / MN Effets de site et interaction site-ville en génie parasismique :modélisation numérique tridimensionnellepar équations intégrales de frontière.KHAM MarcENPC soutenue le 15 mars 2004

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Diffraction d’une onde élastique plane par une cavité sphérique :Modélisation tridimensionnelle par équations intégrales de frontière (gauche : mouvement longitudinal, droite : mouvement transversal)

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