AFPS_Guide_technique_2001_Construction des ouvrages souterrain.pdf

PREFACE

a prise en compte de l'action sismique dans la conception et le dimensionnement des ouvrages souterrains a été jusqu'à présent traitée au cas par cas et limitée à quelques grands ouvrages (tunnels, usines, cavités), du moins en France. Cette situation résulte d'une part de la faible vulnérabilité sismique, mise en évidence par le retour d'expérience, de ces ouvrages et d'autre part de l'absence de documents tech­ niques pouvant servir de guides pour le projeteur, bien que certains aspects des études parasismiques en souterrain aient déjà fait l'objet de publications (comme par exemple le chapitre VII1-8 du livre collectif Génie Parasismique, paru en 1985).

L

Les dommages constatés lors du séisme de Kobé du 17/01/1995, notamment dans deux stations de métro, ont attiré l'attention sur le risque sismique pour les ouvrages souter­ rains en cas de secousse très violente. Le Comité Scientifique et Technique (CST) de l'AFPS a donc jugé nécessaire la rédaction d'un guide parasismique pour ces ouvrages, complétant ainsi les Recommandations applicables aux canalisations enterrées en acier (Cahiers Techniques n° 15 de juin 1998 pour le texte de ces Recommandations et n° 21 de septembre 2000 pour leur guide d'application). Cette rédaction a été effectuée de 1999 à 2001 par un Groupe de Travail mixte AFPS ­ AFTES (Association Française des Travaux En Souterrain) ; la mise en commun des moyens et des compétences des deux associations a permis d'aboutir à un document uti­ lisable par les praticiens des études en souterrain. Le texte a été examiné et approuvé par le CST AFPS, lors de ses réunions du 26/09/2002 et du 13/03/2001, et par le Comité Technique AFTES le 15/05/2001. Il a été publié par la revue Tunnels et Ouvrages Souterrains de l'AFTES (n° 167, Septembre - Octobre 2001) et fait maintenant l'objet d'une publication AFPS sous la forme du présent document.

Jacques BETBEDER-MATIBET Expert AFPS

Photo de la couverture : Tunnel d'INATORI au J a p o n suite au séisme de Izu-Oshima Kinkai en 1978. P h o t o tirée d u m é m o i r e d e t h è s e d e M o n s i e u r A y u m i Kurose, m e m b r e d u G r o u p e d e Travail.

Association Française du Génie Parasismique

GUIDE AFPS

CONCEPTION ET PROTECTION PARASISMIQUES

DES OUVRAGES SOUTERRAINS

publié avec le soutien

du Ministère de l'Ecologie et du Développement Durable

(MEDD / DPPR / SDPRM)

Siège social et secrétariat : 28, rue des Saints-Pères - 7 5 3 4 3 Paris Cedex 07

T é l . 0 1 4 4 5 8 2 8 4 0 - Fax 0 1 4 4 5 8 2 8 4 1 - e - m a i l : a f p s @ m a i l . e n p c . f r

Site Internet (provisoire) : w w w . m u l t i m a n i a . c o m / a f p s

S i t e I n t e r n e t (en p r é p a r a t i o n ) : w w w . a f p s - s e i s m e . o r g

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

AFPS

/ AFTES

GUIDE

"CONCEPTION ET PROTECTION PARASISMIQUES

DES OUVRAGES SOUTERRAINS"

T e x t e p r é s e n t é p a r u n g r o u p e d e t r a v a i l mis e n place p a r l'AFTES e t l'AFPS e t c o m p o s é d e :

F r a n c i s W O J T K O W I A K ( I N E R I S ) , c o - a n i m a t e u r désigné p a r l'AFTES

J a c q u e s B E T B E D E R M A T I B E T ( E D F ) , c o - a n i m a t e u r désigné p a r l'AFPS

avec la c o l l a b o r a t i o n

des m e m b r e s d u c o m i t é d e r é d a c t i o n d u d o c u m e n t :

B r u n o D A R D A R D (SNCF - Ouvrages d'art), J e a n - F r a n ç o i s H E I T Z ( A N T E A ) ,

C h r i s t o p h e L E J A R S (EEG-SIMECSOL), A l a i n P E C K E R (Géodynamique e t Structure),

A n d r é S C H W E N Z F E I E R (CETU) e t T h i e r r y Y O U (GEOSTOCK) ;

et des m e m b r e s des s o u s - g r o u p e s de t r a v a i l :

Jean-François B A L E N S I (DUMEZ-GTM), G u y B O N N E T (ENPC/CERCSO),

A l a i n C A P R A ( C A M P E N O N - B E R N A R D SGE), B e r n a r d C A S T E L L A N ( S E T E C ) , Y v a n C H A R N A V E L ( G D F ) ,

J e a n S é b a s t i e n V A A S T ( E D F - T E G G ) , A y u m i K U R O S E (LMS-Ecole Polytechnique), M i c h e l P R E (SETEC/TPI).

Les m e m b r e s d u g r o u p e d e t r a v a i l r e m e r i c e n t M M . :

G u y C O L O M B E T ( C O Y N E e t BELLIER), P i e r r e D U F F A U T , J e a n L A U N A Y ( D U M E Z - G T M ) , Y a n n L E B L A I S ( E E G - S I M E C ­

S O L ) d e l'AFTES, e t M M . P i e r r e - Y v e s B A R D ( L C P C / L G I T ) e t J e a n - F r a n ç o i s S I D A N E R ( C O G E M A ) d e l'AFPS,

p o u r les c o m p l é m e n t s q u ' i l s y o n t a p p o r t é s .

PREAMBULE Ces r e c o m m a n d a t i o n s o n t é t é é l a b o r é e s par u n g r o u p e d e travail mis e n p l a c e par l'Association Française d u g é n i e Parasismique (AFPS) e t l'Association Française d e s Travaux e n S o u t e r r a i n (AFTES). Ces d e u x associations o n t r e g r o u p é d i f f é r e n t s spécialistes d o n t l ' a p p o r t é t a i t nécessaire p o u r une a p p r o c h e pluridisciplinaire.

Pages

Pages 1. INTRODUCTION GENERALE 1.1 - OBJET ET RETOURS D'EXPERIENCE 1.1.1 Objet

4

MENTAIRES A ACQUERIR EN CONTEXTE SISMIQUE

4

2.5.1

Caractéristiques communes

4

2.5.2

Caractéristiques

2.5.3

4

1 . 2 - D O M A I N E D'APPLICATION

5

1.3 - STRUCTURE ET PRESENTATION DU D O C U M E N T

5

2. CARACTERISATION DU MILIEU HOTE

5

2.1 - PREAMBULE

5

6

2.4 - R E C O M M A N D A T I O N PARTICULIERE

6

7 ­ -­

7

CARACTERISTIQUES DYNAMIQUES POUR LA CONCEPTION PARASISMIQUE DES OUVRAGES SOUTERRAINS 2.6.1

A partir de la mesure des vitesses de propagation

2.6.2

A partir de corrélations avec d'autres caractéristiques

7

des ondes Pet S.

6

2.3 - CLASSIFICATION DU MILIEU HOTE

Caractéristiques complémentaires pour un sol hôte

2.6 - MOYENS PARTICULIERS D'OBTENTION DES

2.2 - PRINCIPE GENERAL DE LA CARACTERISATION DU MILIEU HOTE

7 relatives

aux discontinuités du massif rocheux

1.1.2 Retours d'expérience et synthèse des données disponibles

complémentaires

7

7

mesurées. 3. A C T I O N SISMIQUE

8 ­

8

3.1 ­ M O U V E M E N T VIBRATOIRE EN SURFACE OU AU VOISINAGE DE LA SURFACE

2.5 - CARACTERISTIQUES GEOTECHNIQUES COMPLE-

-2­

8

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

SOMMAIRE (suite) Pages 3.2 - M O U V E M E N T VIBRATOIRE EN PROFONDEUR

8

3.2.1

Valeurs de pic du mouvement vibratoire pour les

3.2.2

Spectres de

ouvrages horizontaux profonds réponse

Mouvements

4.5.1 Calcul forfaitaire

8 ­

vibratoires

pour les

8

8

3.4 - M A J O R A T I O N DE L'ACTION SISMIQUE POUR LES TUNNELS LONGS

9

Vérifications vis-à-vis des actions selon l'axe du tunnel -

4.6.2

Vérifications vis-à-vis de la distorsion et de

13

13

4.7 - CAS DES OUVRAGES VERTICAUX

13

5. CONCEPTION GENERALE ET DISPOSITIONS

15

5.1 - PRINCIPES GENERAUX

15

5.1.1

4. CALCUL DES EFFETS DE L'ACTION SISMIQUE SUR

Conception

15

5.1.2 Adaptation au mouvement sismique : le joint sismique -

LES OUVRAGES ENTERRES

9

4.1 - COMBINAISONS D'ACTIONS

9

4.1.1

Combinaisons de calcul

9

4.1.2

Facteurs d'accompagnement

9

5.1.3

15

Déformabilité et ductilité

15

5.2 - DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES 5.2.1

4.1.2.1 - Facteurs d'accompagnement applicables aux actions résultant de la fréquentation et de l'entreposage - - -

13

4.6.1

l'ovalisation de la section droite

8

3.3 - MOUVEMENTS DIFFERENTIELS IRREVERSIBLES

13

4.6-VERIFICATIONS

ouvrages

étendus dans le sens vertical

13

4.5.2 Calcul dynamique simplifié

et accélérogrammes pour

les ouvrages horizontaux profonds 3.2.3

Pages

9

4.1.2.2 - Facteurs d'accompagnement applicables aux

Dispositions générales

16

5.2.1.1 - Ouvrages superficiels

16

5.2.1.2-Têtes des tunnels

16

5.2.1.3 - Ouvrages profonds-Interfaces

16

5.2.2

charges d'exploitation de caractère industriel ou à celles

16

Dispositions particulières

16

5.2.2.1 - Traversée de failles actives

16

des ouvrages d'art

10

4.1.2.3 - Cas d'annulation du facteur d'accompagnement- - -

10

revêtement ou de l'encaissant

10

5.2.2.3 - Caissons immergés

10

5.2.2.4 - Tunnels en voussoirs béton armé ou métalliques —

16

5.2.2.5 - Tranchées couvertes

17

4.2 - REPONSE D'UN OUVRAGE ENTERRE A L'ACTION SISMIQUE 4.2.1 4.2.2

Nature des actions sismiques à considérer Détermination

des déformations

ou

5.2.2.2 - Changement brusque de la rigidité du

déplacements

imposés à l'ouvrage

10

4.3 - A C T I O N SISMIQUE SELON L'AXE DU TUNNEL : COMPRESSION ET FLEXION

10

4.3.1 Déplacements et déformations en champ libre de la ligne matérialisant l'axe du tunnel

10

17

5.2.2.7 - Liquéfaction des sols

17

5.2.2.8 - Eléments de second œuvre

17

5.2.2.9 - Equipements

17

6. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

10

4.3.1.2 - Déplacement transversal

10

7. LISTE DES ANNEXES

11

ANNEXE 1

Sollicitations induites sur le tunnel

17

4.3.2.1 - Cas de non prise en compte de l'interaction

Identification et caractérisation de zones suspectes

terrain-structure

de liquéfaction

11

Définition de l'action sismique en surface

11 11

ANNEXE 3

longueur supérieure à la longueur d'onde sismique

11

ANNEXE 4

4.3.2.2.3

11

4.3.2.2.1 - Caractérisation de l'interaction

Approximation

4.4.1 Distorsion en champ libre 4.4.2

4.4.2.2.1 - Caractérisation de l'interaction

4.5 - ACTIONS LOCALES

23

le plan

27

ANNEXE6

12

Comparaison entre les recommandations relatives aux

canalisations enterrées et celles proposées ici pour

12

les ouvrages horizontaux, les forages et les puits

29

ANNEXE 7

12

Dispositions

12

constructives

vis-a-vis

du

risque sismique

pour les ouvrages souterrains

4.4.2.2.2 - Mode d'introduction de la sollicitation sismique

par

de la section droite d'un tunnel circulaire

4.4.2.2 - Cas de prise en compte de l'interaction terrain-structure

sismiques

Expression des sollicitations sismiques dans

12

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

mouvements

22

ANNEXE 5

11

Efforts de distorsion et d'ovalisation induits dans le tunnel

des

des ondes sinusoïdales

4.4 - A C T I O N SISMIQUE DANS LE PLAN DE LA SECTION DROITE : DISTORSION ET OVALISATION

21

Détermination de l'amplitude des mouvements de faille

4.3.2.2.2 - Tunnels de structure continue sur une Incidence de l'espacement entre joints

19

ANNEXE 2

4.3.2.2 - Cas de prise en compte de l'interaction terrain- structure

16

5.2.2.6 - Puits

4.3.1.1-Déplacement axial

4.3.2

16 -

30

12

7.1 - Synthèse des réponses au questionnaire d'enquête

30

12

7.2 - Principes et illustrations de dispositions constructives

31

-3­

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

1 - INTRODUCTION GENERALE

1.1.2 - Retours d'expérience et synthèse des données disponibles

t e r r a i n e t , d a n s les d e u x a u t r e s cas, les d o m m a g e s c o n c e r n a i e n t les p a r t i e s p e u profondes des tunnels.

Différents auteurs ( D o w d i n g et Rosen, 1978 ;

7.7 - OBJET ET RETOURS D'EXPERIENCE

D o w d i n g , 1 9 7 9 ; P o w e r et al., 1998 ; Kurose, 2000) o n t analysé les retours d ' e x ­ p é r i e n c e e n t e r m e s d e d o m m a g e s subis par les o u v r a g e s souterrains en z o n e sismique.

1.1.1 - Objet

En c o m p l é m e n t à c e t t e analyse b i b l i o g r a ­ p h i q u e , un q u e s t i o n n a i r e , adressé à d i f f é ­ rents maîtres d'ceuvre et entreprises ou bureaux d ' é t u d e français ou étrangers, a per­ mis de m i e u x cerner les pratiques actuelles.

En particulier, l'analyse m e n é e par Power,

Un t a b l e a u synthétisant les réponses reçues

Les r e c o m m a n d a t i o n s p a r a s i s m i q u e s o n t

Rosidi et Kaneshiro en 1998 sur 2 0 4 t u n n e l s

à ce questionnaire est d o n n é en annexe 7.

pour but de permettre la réduction du

(tranchées couvertes exclues) situés aux

risque s i s m i q u e g r â c e à la réalisation d ' o u ­

Etats-Unis e t a u J a p o n m o n t r e d e s c o r r é l a ­

De c e t t e e n q u ê t e il ressort q u e :

vrages c a p a b l e s d e résister d a n s d e b o n n e s

t i o n s e m p i r i q u e s e n t r e l'accélération m e s u ­

c o n d i t i o n s à d e s secousses t e l l u r i q u e s d ' u n

• d e s r é p o n s e s o n t é t é f o u r n i e s essentielle­

rée e n surface e t les d o m m a g e s o b s e r v é s

m e n t p o u r les o u v r a g e s r o u t i e r s e t f e r r o ­

en t u n n e l (figure 1.1.2.2).

viaires, avec un e x e m p l e m i n i e r ;

c e r t a i n n i v e a u d ' i n t e n s i t é . Leur p r i n c i p a l o b j e c t i f est l a s a u v e g a r d e d u p l u s g r a n d n o m b r e p o s s i b l e d e vies h u m a i n e s e n cas

Les t e n d a n c e s suivantes se d é g a g e n t :

• c e r t a i n s o u v r a g e s s i t u é s d a n s les z o n e s

de secousses sévères. Elles v i s e n t aussi à

• j u s q u ' à un pic d ' a c c é l é r a t i o n de 0,2 g, les

sismiques ne f o n t pas l'objet de vérifica­

limiter les p e r t e s é c o n o m i q u e s , n o t a m m e n t

d o m m a g e s s o n t très faibles ;

t i o n s sismiques particulières. En r e v a n c h e ,

d a n s le cas de secousses d ' i n t e n s i t é plus m o d é r é e . Elles d é f i n i s s e n t les p r e s c r i p t i o n s a u x q u e l l e s les o u v r a g e s d o i v e n t satisfaire e n sus d e s r è g l e s n o r m a l e s p o u r q u e ces résultats puissent ê t r e a t t e i n t s avec u n e fia­

• de 0,2 g à 0,6 g, des d o m m a g e s lourds n'ap­ paraissent q u e p o u r un tunnel non revêtu et

ces vérifications o n t é t é c o n d u i t e s p o u r des o u v r a g e s e x c e p t i o n n e l s e n z o n e d e sismi­ cité négligeable ;

un tunnel d o n t le revêtement n'est pas d ' u n e t e c h n o l o g i e récente (bois ou maçonnerie) ;

• les m é t h o d e s p s e u d o - s t a t i q u e s s o n t c o u ­ ramment employées ;

bilité j u g é e satisfaisante. En particulier, elles

• de 0,6 g à 0,9 g, les d o m m a g e s lourds sont

d o n n e n t le moyen de p r o p o r t i o n n e r la

survenus u n i q u e m e n t p o u r un tunnel en

• les c o m b i n a i s o n s s i s m i q u e s , d e n a t u r e

résistance des ouvrages à l'intensité des

b é t o n n o n a r m é . Les r e v ê t e m e n t s e n b é t o n

a c c i d e n t e l l e , n e s o n t pas p r é p o n d é r a n t e s

a r m é ou en acier s e m b l e n t convenir en

vis-à-vis d e s c o m b i n a i s o n s classiques ;

secousses s u s c e p t i b l e s de les affecter.

zone sismique.

• les cas d ' o u v r a g e s p a r a s i s m i q u e s a y a n t

Dans le cas particulier d e s o u v r a g e s souter­

subi un séisme sont t r o p peu n o m b r e u x

rains, il a s o u v e n t é t é d i t q u e le fait de

E n c o r e faut-il préciser q u e p a r m i les t r o i s

c o n s t r u i r e e n s o u t e r r a i n é t a i t d é j à une dis­

t u n n e l s a y a n t subi d e s d o m m a g e s l o u r d s ,

p o u r c o n c l u r e sur l'efficacité d e s d i s p o s i ­

p o s i t i o n p a r a s i s m i q u e . Sans q u e c e t a r g u ­

d a n s un cas il s'agissait d ' u n g l i s s e m e n t de

tions adoptées.

m e n t s o i t d é m e n t i par l ' e x p é r i e n c e , l'inté­ r ê t d e l a puissance p u b l i q u e e t d e n o m b r e d e c o m m u n a u t é s s c i e n t i f i q u e s p o u r les o u v r a g e s situés e n p r o f o n d e u r d e m a n d a i t une a p p r o c h e plus r a t i o n n e l l e du risque sis­ m i q u e sur les o u v r a g e s souterrains. QC.i.n. En

France,

comme dans

étrangers,

force

inexistence

de

ter

la

vis-à-vis

citer

carence • la

en

la

quasi-

susceptibles

des

grands

du

risque à

exception

Société Japonaise un

d'orien­

ouvrages

sou­

sismique.

On

ce

chantiers

mises (The

Engineers,

constat

de

Civil

qui

dispositions

œuvre

sur

différents

Society

publications

parasismique de

niveaux

la

côte

de

of

ces

à

relatives des

Civil

ceux

base

plus de avec

la

Etats-Unis. élevés

la

différentes

dispositions

à

ouvrages

ouest des

sismicité

comparés

les techniques de considérer

en Japan

nombreuses

ces pays

Génie de

1992),

technologie souterrains

du

catalogue

constructives

Les

constater

:

édite

• de

la plupart des pays

de

textes

conception

terrains peut

est

pour

France

FIGURE 1.1.2.2 Corrélation entre accélération et dommages observés (Power, Rosidi, Kaneshiro in North American Tunnelling 98)

et

incitent à un

certain

recul.

-4­

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

7.2 DOMAINE D'APPLICATION

c h a p i t r e , on t r o u v e , en a n n e x e 2, la d é f i n i ­

o u v r a g e s , d o c u m e n t s t e c h n i q u e s e t articles

t i o n d e l'action s i s m i q u e e n surface suivant

scientifiques cités d a n s ces d i f f é r e n t s cha­

la n o r m e NF P06-013 et, en a n n e x e 3, un

p i t r e s e t a n n e x e s , d o n t les r é f é r e n c e s

Les o u v r a g e s visés par ce d o c u m e n t s o n t

r a p p e l d e s f o r m u l e s d e calcul p r é v i s i o n n e l

bibliographiques complètes sont jointes à

e s s e n t i e l l e m e n t les o u v r a g e s s o u t e r r a i n s

de l'amplitude des mouvements le long de

la fin du présent d o c u m e n t .

linéaires ( t u n n e l s , g a l e r i e s , d e s c e n d e r i e s ,

failles réactivées.

puits) superficiels o u p r o f o n d s , q u e l l e q u e

L e q u a t r i è m e c h a p i t r e t r a i t e d u calcul d e s

Sur le plan de la p r é s e n t a t i o n g é n é r a l e , le t e x t e principal d e ces r e c o m m a n d a t i o n s est

soit leur m é t h o d e d e réalisation.

effets

les

assorti, e n t a n t q u e d e b e s o i n , d e c o m m e n ­

Pour les o u v r a g e s souterrains à g é o m é t r i e

o u v r a g e s e n t e r r é s . Des m é t h o d e s sont

taires (repérés p a r la l e t t r e C et écrits en ita­

plus c o m p l e x e (stations, usines, cavités),

ainsi p r é s e n t é e s p o u r d é t e r m i n e r les effets

lique).

certaines parties d u d o c u m e n t p e u v e n t ser­

d e l'action s i s m i q u e selon l'axe l o n g i t u d i n a l

vir d e g u i d e a u p r o j e t e u r , n o t a m m e n t e n c e

( c o m p r e s s i o n e t flexion) e t dans l e plan d e

de

l'action

sismique

sur

q u i c o n c e r n e l a d é f i n i t i o n d e l ' a c t i o n sis­

la s e c t i o n d r o i t e (distorsion et ovalisation)

m i q u e , mais les m é t h o d e s de calcul à utili­

d u t u n n e l c o n s i d é r é . Des r e c o m m a n d a t i o n s

ser s o n t à d é f i n i r au cas par cas et s o r t e n t

s o n t é g a l e m e n t d o n n é e s p o u r l e calcul d e s

du cadre volontairement simple qui a été

effets locaux d e l'action s i s m i q u e , e n p a r t i ­

adopté.

culier au niveau d e s structures s e c o n d a i r e s

2 - CARACTERISATION DU MILIEU HOTE 2. 1

- PREAMBULE

et autres sous-systèmes s u p p o r t é s par la P o u r les t u n n e l s d e l o n g u e u r e x c e p t i o n ­ nelle, l'utilisation du d o c u m e n t est a p r i o r i limitée aux études d'avant-projet.

s t r u c t u r e p r i n c i p a l e , ainsi q u e p o u r les v é r i ­ f i c a t i o n s de r é s i s t a n c e à c o n d u i r e sur les parties d ' o u v r a g e e n b é t o n a r m é . Ces v é r i ­

N e s o n t visés q u e les o u v r a g e s a p p a r t e n a n t

fications relèvent d'un processus itératif

Il existe des c o n d i t i o n s g é o l o g i q u e s p r o ­ pices à d e s d o m m a g e s d ' o r i g i n e s i s m i q u e sur les o u v r a g e s souterrains superficiels ou profonds :

à la c a t é g o r i e d i t e à risque n o r m a l suivant la

r é s u m é , p o u r plus d e c l a r t é , d a n s u n l o g i ­

• z o n e faillée m o b i l i s a b l e sous séisme t r a ­

t e r m i n o l o g i e d u d é c r e t n ° 9 1 4 6 1 d u 1 4 mai

g r a m m e . Trois a n n e x e s c o m p l è t e n t c e cha­

versant l ' o u v r a g e ;

1991 relatif à la p r é v e n t i o n du r i s q u e sis­

p i t r e . L'annexe 4 p r é s e n t e q u e l q u e s f o r m u ­

• j u x t a p o s i t i o n de milieux g é o l o g i q u e s aux

m i q u e ( J . O . d u 1 7 m a i 1991).

lations mathématiques qui p e r m e t t e n t

contrastes importants de propriétés phy­

l'approximation des o n d e s sismiques par

siques et m é c a n i q u e s ;

1.3 - STRUCTURE ET PRESENTATION DU DOCUMENT

d e s o n d e s sinusoïdales. L'annexe 5 d o n n e l'expression d e s sollicitations sismiques e t d e s coefficients d e raideur d a n s l e plan d e la section droite d'un tunnel circulaire.

• p o t e n t i a l i t é de l i q u é f a c t i o n d e s sols ; • p r é s e n c e de f l u i d e interstitiel ; • anisotropie

marquée

du

champ

de

Après une i n t r o d u c t i o n constituant le pre­

L ' a n n e x e 6 f a i t la c o m p a r a i s o n e n t r e les

m i e r c h a p i t r e , ces r e c o m m a n d a t i o n s c o m ­

recommandations,

p o r t e n t q u a t r e autres c h a p i t r e s à c a r a c t è r e

l'AFPS, relatives aux canalisations e n t e r r é e s

t e c h n i q u e auxquels sont associées sept

e t celles p r o p o s é e s ici n o n s e u l e m e n t p o u r

Les causes d e s d o m m a g e s o b s e r v é s sur les

les o u v r a g e s h o r i z o n t a u x ( t u n n e l s ) m a i s

o u v r a g e s s o u t e r r a i n s , r é s u l t a n t d e ces

annexes. Le d e u x i è m e c h a p i t r e est consacré à la c a r a c t é r i s a t i o n d u m i l i e u h ô t e , massif

déjà

publiées

par

é g a l e m e n t p o u r les o u v r a g e s v e r t i c a u x

c o n t r a i n t e s local associée à un p e n d a g e élevé d e s familles d e d i s c o n t i n u i t é s .

c o n t e x t e s , s o n t p r i n c i p a l e m e n t les d é p l a c e ­ m e n t s i r r é v e r s i b l e s l e l o n g d e f a i l l e s , les

(forages e t puits).

i m p o r t a n t e s v e n u e s d ' e a u , les i n s t a b i l i t é s

r o c h e u x e t / o u d e sol a u sein d u q u e l l ' o u ­

Le c i n q u i è m e et d e r n i e r c h a p i t r e a b o r d e la

mécaniques aux débouchés des ouvrages

v r a g e est réalisé. Dans ce c h a p i t r e , on

c o n c e p t i o n g é n é r a l e e t les d i s p o s i t i o n s

souterrains e t les t a s s e m e n t s e t r u p t u r e d u

t r o u v e , e n particulier, u n e p r o p o s i t i o n d e

constructives parasismiques propres aux

sol par l i q u é f a c t i o n . Il est c o m m u n é m e n t

classification d u m i l i e u h ô t e , l'inventaire d e s

ouvrages souterrains. Après l'énoncé des

o b s e r v é q u e l a localisation d e s autres d o m ­

principales caractéristiques géotechniques

principes généraux de conception et

m a g e s c o ï n c i d e n t avec les zones fracturées

c o m p l é m e n t a i r e s à a c q u é r i r sur le m i l i e u

d'adaptation de l'ouvrage au m o u v e m e n t

rencontrées pendant la construction de

hôte, lorsque l'ouvrage projeté se situe

sismique, des r e c o m m a n d a t i o n s relatives

l'ouvrage souterrain.

dans un contexte sismique, et des moyens

aux d i s p o s i t i o n s c o n s t r u c t i v e s à c a r a c t è r e

d ' o b t e n t i o n d e ces c a r a c t é r i s t i q u e s d y n a ­

général puis particulières (traversée de

m i q u e s . L'annexe 1 est un e x t r a i t de la norme NF P 06-013 qui rappelle c o m m e n t

O

C.2.1

faille, caissons i m m e r g é s . . . ) s o n t d o n n é e s .

La

présence

L'annexe 7 p r é s e n t e , sous f o r m e d'un

sion

dans

i d e n t i f i e r et caractériser les m a t é r i a u x sus­

t a b l e a u , les r é p o n s e s reçues par le g r o u p e

facteur

c e p t i b l e s de se liquéfier sous sollicitations

d e travail dans l e c a d r e d ' u n e e n q u ê t e sur

vent

d y n a m i q u e s (*).

les d i s p o s i t i o n s c o n s t r u c t i v e s vis-à-vis d e s

contexte

L e t r o i s i è m e c h a p i t r e d é f i n i t l ' a c t i o n sis­ m i q u e en surface et en p r o f o n d e u r à partir du m o u v e m e n t vibratoire. Une formulation y est aussi p r o p o s é e p o u r t e n i r c o m p t e d e

subir

sous

dommages

ouvrages

un

que

peu­

souterrains

en

:

• pour les sols,

le risque de liquéfaction

une

en

sitions constructives a c t u e l l e m e n t appli­

une parfaite

saturation

pres­

est plutôt

r i s q u e s s u r les o u v r a g e s s o u t e r r a i n s e t

fluide

illustration

interstitiel

en

lié à est

;

quées. • en

milieu des

cas d e t u n n e l s d o n t l a l o n g u e u r est s u p é ­

p o i n t a b o r d é d a n s ces r e c o m m a n d a t i o n s ,

tives

à

rieure à c i n q k i l o m è t r e s . Pour c o m p l é t e r ce

le lecteur p o u r r a u t i l e m e n t se r e p o r t e r aux

été

vigueur en France pour les bâtiments.

norme elle-même sera,

les

liquide hôte

illustre les p r i n c i p e s de certaines d e s d i s p o ­

tives

et la

des

sismique

Pour plus d e p r é c i s i o n c o n c e r n a n t t e l o u t e l

cours de révision

phase

formation

aggravant

la m a j o r a t i o n de l ' a c t i o n s i s m i q u e d a n s le

(*) C e t t e n o r m e e s t actuellement en

d'une la

à terme,

des

un

observées

variations significa­

hydrauliques,

événement sismique mais

le

niveau

consécu­

majeur, de

ces

ont effets

La définition du zonage sismique sur laquelle elle s'appuie est en

remplacée par l'Eurocode 8.

-5­

rocheux, conditions

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

ainsi

que

ouvrages manque ment des

leurs

sont de

conséquences

difficilement retours

documentés phénomènes

sur

prévisibles,

d'expériences

et

en

regard

à

modéliser.

recommandations

a) C e t t e classification

suffisam­

de

C.2.3

Q

les par

se

l'échelle

substituer

à

ne peut en aucun

des

géo­

techniques adaptées à la taille et à la finalité de

2.2 - PRINCIPE GENERAL DE LA CARACTERISATION DU MILIEU HOTE

l'ouvrage

souterrain.

recommandé

de

tion

manière

que

de

b) Outre

Il

n'utiliser

l'ajout des

est cette

colonnes

fracturation

Les reconnaissances g é o t e c h n i q u e s à m e n e r

écarts

la

classification

p o u r l ' i m p l a n t a t i o n d ' o u v r a g e s souterrains

port à celle de la norme sont :

e n z o n e s i s m i q u e c o m p r e n n e n t celles q u i

•une

seraient menées en c o n t e x t e non sismique,

vant

le

assorties des r e c o m m a n d a t i o n s et mesures

du

rocher;

c o m p l é m e n t a i r e s décrites ci-après.

classification degré

catégorie ou

et

des

ID,

sols

Il est r e c o m m a n d é d'utiliser la classification

sais

a m e n d e celle f i g u r a n t dans la n o r m e NF

au

sa

ou

sui­

d'altération

dénomination du du

de

groupe

groupe

rocheux

relatifs aux massifs r o c h e u x et c o n c e r n a n t , en particulier, leur f r a c t u r a t i o n y s o n t i n t r o ­

Pour

duits. Ce sont le

nant le

R Q D (Rock Q u a l i t y

être de

de

Ce

utilisé

qualité

plus

à

type pour

O

C.2.4.

a,

à

amples

D é s i g n a t i o n ) e t l e p a r a m è t r e ID, i n d i c e g l o ­

techniques utiles à

la

sionnement

l'exécution

m a n d a t i o n s AFTES 1993).

creusés

à

d'es­

d'essai

peut

massifs

informations

bal de densité de discontinuités (Recom­

et

de

partir des

souterrain,

on

se

concer­

et essais géo­

conception,

au

des

dimen­ ouvrages

reportera

de

nant la

moindre.

choix des paramètres

en

cisaillement sous sollicitation s i s m i q u e .

la

b ;

il est recommandé

déformabilité

dilatomètre.

également

P 0 6 - 0 1 3 . Des p a r a m è t r e s s u p p l é m e n t a i r e s

lière d o i t ê t r e p o r t é e à la d e s c r i p t i o n d e s

peuvent être des zones privilégiées de

cohérents

rocher sain,

caractériser

dessous. C e t t e classification c o m p l è t e et

2.4 RECOMMANDATION PARTICULIERE

interfaces entre formations g é o l o g i q u e s

moyennement consistants

c) Pour le

en

Souterrains

différentes traversées par l'ouvrage, qui

• la suppression du terme roche du groupe c. d u milieu h ô t e d o n n é e d a n s l e t a b l e a u c i -

publiées

Ouvrages

n° 123.

Pour

des

l'AFTES et

proposée par rap­

discriminante

de la

de

Tunnels

les

fracturation

• u n e modification

DU

valeurs

RQD

plus

de

classifica­

dans

En milieu rocheux, une attention particu­

de

de

de

vivement

indicative.

paramètres

2.3 - CLASSIFICATION MILIEU HOTE

cas

reconnaissances

1994

aux

plus

amples

description

des

informations massifs

concer­

rocheux

utile

l'étude de la stabilité des ouvrages souter­

rains, de

on

se

l'AFTES

reportera

(1993),

aux

recommandations

sachant que

celles-ci sont

en cours de révision. Dans le cas où il est demandé d'utiliser l'in­ dice

de

classification

Geotechnical

Institute

mande

de

indice,

déterminé

en

Q

diviser par 2

mécanique

du

(NGI),

suivant

des

Norwegian

celui-ci

recom­

la

valeur

de

les

règles

d'usage

roches.

Cette

cet

modifica­

tion de l'indice Q résulte de la multiplication par

2

Factor)

du

paramètre

pour

mique (N.

tenir

Barton,

SRF

compte

(Stress du

Réduction

contexte

sis­

1984).

TYPE D E M I L I E U H Ô T E

Rocher sain ou peu altéré et peu fracturé

/

/

(voir C2.3c)

Groupe Group e a

/

/

50 à 100

Rocher altéré ou fracturé

2,5 à 5

>10

>800

/

6 à 10

500 à 800

/

>2500

>75

>60

1000

50 à 75

20 à 60

à 2500 >5

/

>25

>2

>0,4

>400

/

>1800

/

/

Sol granulaire compact

>15

>30

>20

>2

/

>400

>1800

>800

/

/

Rocher décomposé ou

/

/

50 à 100

2,5 à 5

1 à6

300 à 500

/

400

<50

<20

/

/

/

/

Sol cohérent (argiles ou marnes raides)

Groupe Group e b

à 1000

très fracturé Sol granulaire moyennement

5 à 15

10 à 30

6 à 20

1 à2

/

150 à 400

compact Sol cohérent moyennement

1,5 à 5

/

0,5 à 2

5à25

0,1 à 0,4

150 à 400

1500

500

à 1800

à 800

/

Groupe Group e c

Sol granulaire lâche Sol cohérent mou (argiles

1000 à 1800

consistant et roche très tendre <5

<10

<6

<1

/

<150

<1500

<500

/

/

<1,5

<2

<5

<0,5

<0,1

<150

<1500

<500

/

/

molles ou vases)

-6­

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

2.5 - CARACTERISTIQUES GEOTECHNIQUES COMPLEMENTAIRES A ACQUERIR EN CONTEXTE SISMIQUE

tions principales

de

l'ouvrage,

non

revêtu (voir chapitre 5).

c)

Dowding (1979) suggère

rations

importantes

(30-60

Hz)

causer

sont

des

blocs

aux

aux

que

pouvant

grandes

celui-ci est

différentiels

provoquer

des

et,

cross-hole

pour

de

La

méthode

de

de

la

O n s u p p o s e acquises l a masse v o l u m i q u e

2.5.3 - Caractéristiques complé­ mentaires pour un sol hôte

une

par

ouvrages

essais

souterrains

profondeur de

excavations.

SASW est basée

depuis

monique

2.5.1 - Caractéristiques communes

exemple,

les

dispersion

générées

dom­

mages

par

l'ordre

des la

ou

sur l'utilisation

ondes

surface

de

sous

impulsionnelle.

Rayleigh,

forme Elle

har­

permet

d'obtenir des profils de Vs en fonction r e p r é s e n t a t i v e d e c h a q u e f o r m a t i o n traver­

profondeur

sée p a r l ' o u v r a g e s o u t e r r a i n ainsi q u e les Les s o l s p r é s e n t a n t les c a r a c t é r i s t i q u e s

v a n t l e p r i n c i p e g é n é r a l d u p a r a g r a p h e 2.2.

d é c r i t e s a u p a r a g r a p h e 9.12 d e l a n o r m e

P o u r t o u t e s les f o r m a t i o n s g é o l o g i q u e s h ô t e s (sol ou roche) et d a n s le cas d ' u n e prise e n c o m p t e d ' u n e i n t e r a c t i o n sol-struc­

(Nazarian

Matthews and al,

c o n d i t i o n s h y d r o g é o l o g i q u e s d u site s u i ­

de

100 m.

élevées

capables

profondeur

situés jusqu'à

les accélé­

fréquences

probablement

mouvements

rocheux

si

NF P06-013 d o i v e n t ê t r e a p r i o r i c o n s i d é r é s c o m m e susceptibles d e d o n n e r lieu à d e s

Les

essais

sont

des

cross-hole

(norme

dynamiques

mique

transmission,

forages

rapprochés

de la

1994

;

ondes P et S dans

D44-28)

situ

par

de

sis­

dans

spécialement

mesure

la

des

équipés

vitesse

des

chacune des formations

L'évaluation d u risque d e l i q u é f a c t i o n d o i t

traversées

d y n a m i q u e s l o n g i t u d i n a l et transversal (cf.

ê t r e f a i t e s u i v a n t les d i s p o s i t i o n s d e s

mique et les récepteurs sont placés dans des

4 . 3 . 2 . 2 . et a n n e x e 5) s u p p o s e la c o n n a i s ­

articles 9.12 à 9.15 d e c e t t e m ê m e n o r m e .

forages différents,

sance d u m o d u l e d e r i g i d i t é a u cisaillement

Les mesures à p r e n d r e l o r s q u e la sécurité

Pour

G et celle du c o e f f i c i e n t de Poisson v.

a p p a r a î t insuffisante vis-à-vis d e c e risque

les

s o n t précisées au c h a p i t r e 5.

sance

t u r e , le calcul de coefficients de raideur

C.2.5.1

O

Pour les

O

sols,

déterminé

le

module

suivant

les

graphe

2.6

doit

compte

du

niveau

de

cisaillement G

dispositions

être

corrigé

de

distorsion

du

para­

pour

tenir

atteint

au

tera au chapitre 9 des règles «PS92» (NF P 06-013).

2.5.2 - Caractéristiques complé­ mentaires relatives aux disconti­ nuités du massif rocheux Les

discontinuités

milieu

rocheux

mobilisées vent

sous

être

sont les

de

liquéfaction

superficielles jusqu'à

sous

une

se

limite aux

géologiques hôte,

majeures

du

qui

pourraient

être

sollicitation

sismique,

doi­

identifiées

et

discontinuités

caractérisées.

suivantes

Ce

nappe

et

profondeur

faillée

- facturation pacement deur

traversant du

moyen

des

l'ouvrage

massif est

rocheux

de

longueurs

souterrain dont

l'ordre

d'ondes

de

dant pas 15 à 20 m.

l'es­

méthodes à

adaptées

sis­

l'avancement

à

ces

carac­

2.6.2 - à d é f a u t , et a v e c la p r u d e n c e

2.6 - MOYENS PARTICULIERS D'OBTENTION DES CARACTERISTIQUES DYNAMIQUES POUR LA CONCEPTION PARASISMIQUE DES OUVRAGES SOUTERRAINS

avec d'autres caractéristiques mesurées plus classiquement dans le cadre de la reconnaissance g é o t e c h n i q u e pour un projet d'ouvrage souterrain.

C.2.6.2

O

Quelques

corrélations

sentées ci-après •

Le m o d u l e de r i g i d i t é au cisaillement G et

- p r i o r i t a i r e m e n t , à p a r t i r de la

2.6.1

reconnais­

qui s'impose, à partir de corrélations

l'abattage

Louis

(1974),

en

vitesses

de

mesurée

sur

souterrain

met en

pression toire

mesure des vitesses d e p r o p a g a t i o n des

utilisables

sont

des

in situ

éprouvette

des roches

établi

regard le

propagation

paramètre RQD,

pré­

:

Le diagramme de classification

pour

;

gran­

Les

reconnaissance

profonds,

de

typi­

déterminés : - zone

plus

galerie

seront privilégiées. de

sis­

même profondeur.

souterrains en

source

n'excé­

le coefficient de Poisson v p e u v e n t être

:

ouvrages

la

La

térisations.

Dans ce cas, on se repor­

cours du séisme.

à

sont particulièrement

Le phénomène quement

forages.

investigations

miques

C.2.5.3

formations

les

ces

ASTM in

effectués et

la

par

Stokoe,

1996).

essais

pour permettre

p h é n o m è n e s d e l i q u é f a c t i o n (annexe 1).

and

par

ondes

de

(Vp) et en

(Vpl)

en

C.

rapport des com­ labora­

fonction

du

tel que :

o n d e s d e c o m p r e s s i o n V p e t d e cisaille­

sismiques.

m e n t Vs :

C.2.5.2

O

a) Un verser

• s o i t en l a b o r a t o i r e ( m e s u r e s sur é p r o u ­

ouvrage

linéaire

vettes) p o u r les rochers sains (voir §2.3) ; • s o i t in situ dans les autres cas, à partir de

en

l'orientation l'importance

une vue de des

étude de ces

faillées

tra­

d i a g r a p h i e s s o n i q u e s , d'essais c r o s s - h o l e

réaliser

plusieurs zones

peut

lisables sous séisme. // convient, dans ce cas, cifique

ou

souterrain

mobi­

de

une

sismotectonique

les

identifier,

failles,

la

déplacements

ne tient pas

facturation car elle

du

massif

ne peut induire

à

locales ne remettant pas en

90

Vp/Vpl

0

0,2

0,4

0,6

0,8

•

relation

l'échelle d e l ' o u v r a g e .

ondes

direction

des

75

o u t o u t e autre m é t h o d e p e r m e t t a n t d ' o b ­

relatifs

l'échelle

50

t e n i r d e s vitesses d e p r o p a g a t i o n d ' o n d e s à

et des

ici de la petite

que

25

spé­

métrique instabilités

cause les fonc­

N.

Barton entre de

La

et al. la

telle que

100

(1992) ont proposé

vitesse

compression

classification, O

compte

0

d'estimer

bords de ces failles. b) On

RQD (%)

1

une

de propagation

des

et l'indice

de

Vp

Q

:

C.2.6.1 vitesse

surface Analysis

Vs peut être

par of

ta

méthode

Surface

ouvrages souterrains

obtenue

à

-7­

SASW

Waves) moins

depuis

de

la

(Spectral

pour 20

des m

de

Q

0,001

0,01

500

1500

0,1

1

10

100

2500

3500

4500

5500

1000

Vp (m/s)

6500

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

3 - ACTION SISMIQUE

C.3.2.1

O Dans

O

C.3

La

définition

ouvrages

le

nécessite la définition de spectres de

cas

d'une

lithostratigraphie

rains peu contrastée, de

l'action

souterrains

sée

pour

est

définie

les

découle

ouvrages

dans

des

et/ou

contractuels.

Pour

çais,

la

de

définition

sismique en

de

pour celle

surface.

textes le

les utili­

Celle-ci

réglementaires territoire

l'action

sismique

fran­ en

surface est donnée en annexe 2.

R peut être calculé de

d ' o n d e s sismiques à p r o p a g a t i o n verticale

schématise

l'ouvrage

par

le

un

homogènes

en

terrain

au-dessus

empilement

de

n

respectant

les

de

conditions

de sol présentant une

mentation

vitesse

de

la

de propagation n

aug­

déduire

des

celui à

est inférieur ou

égal à 3 ;

de

de sol présentant des alter­

couches

dures

et

de

couches

molles, n est inférieur ou égal à 5 ; couche,

ondes

m ê m e m a n i è r e q u e p o u r les c o n s t r u c t i o n s

ou égal à 0,1s ;

pour

la

deux

le

traverser

première

couches

d'impédance,

défini

mis par les

être

adjacentes,

ci-après,

les

approximation de

supérieur

cription

le

doit

rapport

être

infé­

du

fine

celui-ci

d'ondes du

et

mécaniques

propriétés

couches). face,

profil

• o u v r a g e s s o u t e r r a i n s c o n s t r u i t s en t r a n ­

rieur à 2/3 ou supérieur à 3/2.

modèle,

c h é e c o u v e r t e ou o u v r a g e s i m m e r g é s ;

b) on applique la formule suivante :

L'utilisation la

rains d ' u n a u t r e t y p e situés à m o i n s de 20

santes

m è t r e s d e l a surface d u t e r r a i n n a t u r e l .

effet

sont précisés de

tels

du

différentes à

l'annexe

la sur­ 2.

certaines en

découle

des

ment en

ce qui concerne le caractère

p o u r lesquels l a d é f i n i t i o n d u m o u v e m e n t

rectionnel

des

propagations

est la m ê m e q u e p o u r les o u v r a g e s de sur­

constituer

une

représentation

f a c e , d e s o u v r a g e s p r o f o n d s p o u r lesquels

phénomènes

on peut a d m e t t r e une modification de

un

cette définition.

quentiel

des

ceux-ci

sont

Dans l e cas d ' u n o u v r a g e s o u t e r r a i n , d o n t

mensionnel

l'emprise concerne plus d ' u n e zone du et Cj étant respectivement la masse volu­

zonage sismique applicable aux construc­

p,

tions de surface, il doit être considéré

mique

et

c o m m e é t a n t situé t o u t e n t i e r d a n s l a z o n e

ondes

de

d e plus f o r t e sismicité.

sont numérotées de 1 à n à partir de la sur­

la

vitesse

la

couche

de

propagation

numérotée

(les

des

3.2.1 - Valeurs de pic du mouvement vibratoire pour les ouvrages horizontaux profonds

La

valeur

à

propagation - celle

des

la

de

ondes

vitesse

On

rappelle

entre

deux

ties les m o i n s p r o f o n d e s s o n t situées à plus

tient des

d e 2 0 m è t r e s d e l a surface d u t e r r a i n n a t u ­

des

que couches

masses

vitesses

de

des

pour

mouvements

verticale

des

rapport

est

le produit du

les couches d'indice i et i + mètre

r

;

introduit

peut

où

unidi­

être

pris

valeur correspondant au

surface.

;

verticale q u i p r o d u i s e n t à la surface le m o u ­

d'impédance

volumiques par le

rel, il est loisible de d é t e r m i n e r l ' a m p l i t u d e

cas

m o d è l e d ' o n d e s sismiques à p r o p a g a t i o n

mouve­

le

d e s pics d u m o u v e m e n t v i b r a t o i r e e n m u l t i ­

minimum la

le

modèle

les

traction-compression

propagation

en

par

contenu Sé­

de

ments.

Pour les o u v r a g e s h o r i z o n t a u x d o n t les par­

du

Ils d o i v e n t ê t r e o b t e n u s à p a r t i r d ' u n

cisaillement

de

composante

la

réduction

3.2.3 - Mouvements vibratoires pour les ouvrages étendus dans le sens vertical

est :

horizontales

des

pour

ondes

ondes

composantes - celle

considérer pour

des

des fixer

un

ce

peut

convient donc de

obtenus de

unidi­

exagérée

dans

;

(notam­

d'ondes),

mouvements,

tiers

mouvement

adoptées

qui

couches

face).

3.2 MOUVEMENT VIBRATOIRE EN PROFONDEUR

égal au

la

les

Cet effet,

p o u r d i s t i n g u e r les o u v r a g e s s u p e r f i c i e l s ,

Il

par

entre

L e seuil p r o p o s é d e 2 0 m è t r e s a é t é f i x é

hypothèses

à

compo­

profondeur

destructives

réfléchies et réfractées.

à

les

(épaisseur

de base pour ce

dans

mouvement

minimum

de

utiliser

compte

sol des

de

d'interférences

réels.

des­

modèles peut conduire

quasi-annulation

ondes

faut

Les spectres de réponse

qui sont des données

• o u v r a g e s (ou parties d ' o u v r a g e s ) s o u t e r ­

(accéléra­

(spectre

en

de

pour

une

il

prenant

caractéristiques

les

que

Pour

accélérogrammes),

modèle

prenant

mouvement

de

de

en tant que

.en

déplacement).

plus

pour

profondeur

nécessaires,

de pic

vitesse,

un

réducteurs

en et

sécurité

valeurs

tion,

coefficients

mouvement

la surface n'est justifiée,

réponse,

temps doit

de le

marges

- pour les profils

- entre

C3.2.2

O

L'utilisation

- pour les profils

nances

spécifié e n 3 . 1 .

couches

suivantes :

- pour chaque

d a n s les d e u x cas suivants :

réponse ou d'accélérogrammes, ceux-ci d o i v e n t ê t r e o b t e n u s à partir d ' u n m o d è l e q u i p r o d u i s e n t à la surface le m o u v e m e n t

a) on

L e m o u v e m e n t v i b r a t o i r e est d é f i n i d e l a d o n t une p a r t i e est située au-dessus d u sol

ter­

la façon suivante :

ondes avec la profondeur,

3.1 MOUVEMENT VIBRATOIRE EN SURFACE OU AU VOISINAGE DE LA SURFACE

des

v e m e n t spécifié e n 3 . 1 .

3.3 - MOUVEMENTS DIFFERENTIELS IRREVERSIBLES

quo­

quotient

Les m o u v e m e n t s d i f f é r e n t i e l s irréversibles

(entre

résultant d u j e u d e failles s i s m o g è n e s s o n t

1, c'est le para­

d é t e r m i n é s c o n f o r m é m e n t aux articles

d'ondes

précédemment).

3.2.3 e t 3.4.2 d u d o c u m e n t A F P S i n t i t u l é « C o n d u i t e s enterrées en acier p o u r le

p l i a n t les v a l e u r s a p p l i c a b l e s à la s u r f a c e

3 . 2 . 2 - Spectres de réponse et accélérogrammes pour les ouvrages horizontaux profonds

t r a n s p o r t : m é t h o d e s d ' é v a l u a t i o n d e leur

O

C3.3

l e calcul e n utilisant t o u t e m é t h o d e scienti­

Si le calcul de certaines parties de l'ou­

Les

failles

fiquement validée.

vrage, ou des é q u i p e m e n t s qu'il contient,

celles

par un c o e f f i c i e n t r é d u c t e u r R. La valeur de ce c o e f f i c i e n t R p e u t ê t r e o b t e ­ nue soit à partir de mesures in s i t u , soit par

-8­

résistance sous sollicitations sismiques».

dont

sismogènes le

considérées

mouvement

est

la

ici cause

sont du

"Conception et lo protection parasismiques des ouvrages souterrains"

séisme

et

qui

peuvent

donc

être

sées par une valeur de magnitude. vements

éventuellement

failles

secondaires

actuel

des

façon

quantitative.

de

ces

annexe

ne

dus

au

peuvent,

connaissances, Les

jeu

sont

de

dans

être

l'état

prédits

formules

mouvements

caractéri­ Les mou­

de

de

calcul

rappelées

en

formule

proposée

respond au fuse,

à

de pour

la

vise

caractériser

MatibetJ.,

est

la

à

la

dif­

distribution

uniforme

et

même période

l'aléa

cor­

sismicité

laquelle

sismique

on

majoration

d'une zone

l'intérieur de

l'aléa

laquelle

pour

cas

pour

de

sismique

retour

(Betbeder-

c) L'attention est attirée sur le fait que l'in­ teraction se

dynamique

développer à

tantes

que

entre

des

l'interaction

de justification dérer que

plus

cette

ouvrages

distances

impor­

A

défaut

statique.

précise,

on

peut

plus peut

interaction peut se

consi­

dévelop­

per jusqu'à des distances de l'ordre de 2 à 3

1996).

3.

fois

celles

correspondant

au

chargement

en

statique.

3.4 - MAJORATION DE L'ACTION SISMIQUE POUR LES TUNNELS LONGS

4 - CALCUL DES EFFETS DE L'ACTION SISMIQUE SUR LES OUVRAGES ENTERRES

4.1 - COMBINAISONS D'ACTIONS

Pour tenir c o m p t e de la majoration de la

Domaine de validité

4.1.1 - Combinaisons de calcul

p r o b a b i l i t é d ' e x p o s i t i o n a u risque s i s m i q u e avec la l o n g u e u r de l ' o u v r a g e , il y a lieu de m a j o r e r l'action s i s m i q u e . C e t t e m a j o r a t i o n e s t o b t e n u e e n m u l t i p l i a n t les d i f f é r e n t s t e r m e s c a r a c t é r i s a n t l e m o u v e m e n t sis­ m i q u e (accélérations, vitesses, d é p l a c e ­

Les p r é s e n t e s m é t h o d e s de calcul s ' a p p l i ­ q u e n t aux o u v r a g e s linéaires, p o u r lesquels l a l o n g u e u r est n e t t e m e n t p r é p o n d é r a n t e d e v a n t les d i m e n s i o n s de la s e c t i o n trans­ versale, d ' a x e h o r i z o n t a l , s u b h o r i z o n t a l o u

C e c o e f f i c i e n t p e u t ê t r e d é t e r m i n é par une é t u d e s p é c i f i q u e d e l'aléa s i s m i q u e p r e n a n t

sollicitations de calcul sont les combinaisons accidentelles représentées s y m b o l i q u e m e n t c o m m e s u i t , c o n f o r m é m e n t à la n o t a t i o n

vertical.

m e n t s , s p e c t r e s d e réponse) par u n c o e f f i ­ cient m a j o r a t e u r A .

Les c o m b i n a i s o n s d ' a c t i o n s à c o n s i d é r e r p o u r la d é t e r m i n a t i o n des d é f o r m a t i o n s et

retenue dans les règles BAEL, fascicule 6 2 , Elles s o n t a p p l i c a b l e s aux o u v r a g e s situés à

titre I du C C T G (Règles BAEL 9 1 , révisées en

f a i b l e ou g r a n d e p r o f o n d e u r sous la surface

1999):

d u s o l , s u p p o s é s pris i s o l é m e n t .

e n c o m p t e les d i f f é r e n t e s s o u r c e s sis­

S o n t exclus les systèmes c o m p o s é s d e p l u ­

m i q u e s e t leur p o s i t i o n par r a p p o r t a u t u n ­

sieurs o u v r a g e s voisins p o u v a n t d é v e l o p p e r

nel c o n s i d é r é sur t o u t e sa l o n g u e u r et une

une i n t e r a c t i o n d y n a m i q u e e n t r e eux.

avec les notations symboliques suivantes :

analyse d e s risques p r o p r e s à l ' o u v r a g e .

O

E:

C.4

A d é f a u t , et p o u r les t u n n e l s d o n t la l o n ­

a) Sont

g u e u r est c o m p r i s e e n t r e 5 et 30 kilo­

quel

m è t r e s , le c o e f f i c i e n t A p e u t ê t r e calculé

tunnels

par la f o r m u l e suivante :

plus

les

galeries

rains

b) La face

h

m

a

x

m i n

et

les valeurs m i n i m a l e e t m a x i m a l e d e l a

p r o f o n d e u r d e s f o y e r s sismiques. En France m é t r o p o l i t a i n e , on p e u t utiliser les valeurs

stockage

du

sol

longueurs Un

de

axe

est situé à

égale

au

sismique

rocheux,

en f o n c t i o n de L dans le t a b l e a u suivant :

sieurs

1,129

20

1,225

30

1,302

centaines

La

vrage

on

se

définition fréquence

plus

4). pro­

une profondeur la

longueur de

mètres

prépondé­

;

peut

dans

atteindre

mètres. trouve

conditionne appliquées.

peu

Dans

en

présence

profondeur

les

sollicitations

Lorsqu'on précise

du

de

plu­ les

qui

lui d'une

mouvement, définie

d'un l'ou­

dispose

est

poids m o r t et actions p e r m a n e n t e s de

l o n g u e d u r é e le cas échéant (précontrainte, action latérale statique des terres) ; :

la valeur f r é q u e n t e d ' u n e des actions

variables ; 1*2J :

la valeur quasi p e r m a n e n t e des autres

actions variables. O a) Il

C.4,1.1 est

locales, des

rappelé E

nappes

b) Du point tions,

les

poussées tées

que,

inclut

les

les

vérifications

poussées

pour

dynamiques

phréatiques. de

vue

masses des

comme

ou

nappes des

des

combinaisons

poids

des

phréatiques

charges

d'ac­

terres,

les

sont

trai­

permanentes.

100 m de

La

prépondérante

tous

un

la

4.1.2 • Facteurs d'accompagnement 4.1.2.1 Facteurs d'accompagnement applicables aux actions résultant de la fréquentation et de l'entreposage

par Les v a l e u r s d u c o e f f i c i e n t * P

1988):

E

applicables

a u x actions autres q u e les c h a r g e s d ' e x p l o i ­

C.3.4

t a t i o n d e c a r a c t è r e i n d u s t r i e l o u q u e les

majoration

tunnels

très

de longs

probabilistes. tion

(annexe

fréquence

elle

de

sur­

cette profondeur est de

de

profond.

(Rajhje et al., O

la

on considérera qu'au-delà de

ouvrage sont

sous

comme

quart de à

matériau

10

considé­

par rapport aux

fond si son

profondeur

les

G :

souter­

être

sismiques

considéré

A v e c ces valeurs, le c o e f f i c i e n t A est d o n n é

1,070

microtunnels, ouvrages

est

dizaines

5

les

l'ouvrage

ondes

quelques

A

les

métros,

et

ouvrage

cas,

de

qui peuvent

rante ; dans un sol,

L(km)

ou

doit être jugée

des

au plus

concernés,

réalisation,

linéaires.

profondeur

l'onde

suivantes :

minières,

comme

de

ferroviaires

souterraines de

rés

leur mode

routiers,

stations

o ù L est l a l o n g u e u r d u t u n n e l , e t h

particulièrement

que soit

l'action sismique calculée c o m m e indi­

q u é au chapitre 3 ;

l'action résulte

Pour un

sismique,

la

sismique de

pour

sement

est

plus

grande

étendu

que

pour

un

de

pour

ouvrage

charges m o b i l e s , s o n t d o n n é e s ci-dessous :

considérations

niveau donné

probabilité

les

son un

de

a - C h a r g e c o n s t i t u é e par d e s p e r s o n n e s en

l'ac­

dépas­

où

C;

ouvrage

de

l'amplitude

ponctuel.

La

représente du

le

coefficient

signal

et f

t

de la

Fourier fréquence

grand nombre

b - C h a r g e c o n s t i t u é e par d e s o b j e t s e n t r e ­ posés p o u r u n e l o n g u e d u r é e

associée.

-9­

0,6

1,0

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

4.1.2.2

-

Facteurs

applicables de

aux

caractère

ouvrages

d'accompagnement

charges

industriel

ou

à

essentiellement à l'action sismique en subis­

d'exploitation

s a n t le

celles

propre

des

d'art

mouvement de

l'ouvrage

vement du terrain

Les coefficients W

E

a p p l i c a b l e s aux charges

d ' e x p l o i t a t i o n de caractère industriel ou à celles des o u v r a g e s d ' a r t sont fixés, en considération de la fréquence attendue des réalisations d e s diverses valeurs e t d e leur

du

terrain

peut

l'interaction

dynamique En

résultant

négligeables déformation

modifier

le

où :

rigidité mou­

qu'il

développe

règle générale,

les sollicita­

des

devant du

la

en champ libre du fait de

avec celui-ci. tions

;

forces celles

milieu

d'inertie

imposées

4.1.2.3

-

Cas

d'annulation

du

facteur

d'accompagnement Le c o e f f i c i e n t W

C = vitesse a p p a r e n t e de p r o p a g a t i o n d'onde.

C.4.3.1.1

O

sont par

la

encaissant.

d u r é e d ' a p p l i c a t i o n , par le Cahier des Charges.

f = p é r i o d e f o n d a m e n t a l e du m o u v e m e n t ,

4.3 - ACTION SISMIQUE SELON L'AXE DU TUNNEL : COMPRESSION ET FLEXION

La

vitesse

du

La

apparente

vitesse

C n'est pas pagation

a p p l i c a b l e à une a c t i o n

L'action s i s m i q u e selon l'axe du t u n n e l est

d o i t ê t r e pris é g a l à 0 l o r s q u e c e t t e é v e n ­

d é t e r m i n é e à p a r t i r d e s d é p l a c e m e n t s en

t u a l i t é est plus d é f a v o r a b l e p o u r la résis­

c h a m p libre de la ligne matérialisant l'axe

tance ou l'équilibre de l'élément étudié.

d u t u n n e l . C e u x - c i i n d u i s e n t , s e l o n les

4.2 - REPONSE D'UN OUVRAGE ENTERRE A L'ACTION SISMIQUE

des efforts de compression-traction et de

V

est

0

la

vitesse

du

terrain. de

propagation

nécessairement la

d'onde

vitesse

de pro­

dans les terrains traversés. A défaut

de justification

plus

précise,

on

V ) où

C = inf (1000 m/ ,, s

vitesse E

particulaire

mouvement

de propagation

peut prendre

Vs représente la

5

des

ondes

de

cisaille­

ment dans les terrains traversés.

4.3.1.2

-

Déplacement

transversal

modalités d'interaction terrain- structure, f l e x i o n l o n g i t u d i n a l e , l e t u n n e l é t a n t consi­ déré c o m m e un élément linéique de type poutre.

d ' o ù la c o u r b u r e de la l i g n e matérialisant le tunnel :

Les d é p l a c e m e n t s e n c h a m p l i b r e s o n t

4.2.1 - Nature des actions sis­ miques à considérer

déterminés c o m m e indiqué au chapitre 3.

L'action sismique à p r e n d r e en c o m p t e d a n s les c a l c u l s d ' u n o u v r a g e p e u t ê t r e considérée c o m m e composée : a) des d é f o r m a t i o n s ou d é p l a c e m e n t s i m p o s é s à l ' o u v r a g e p a r les m o u v e m e n t s

4.3.1 - Déplacements et déforma­ tions en champ libre de la ligne matérialisant l'axe du tunnel 4.3.1.1

-

Déplacement

axial

niveau d e l'axe d u t u n n e l .

différentiels du sol résultant de la p r o p a g a ­

Les d é p l a c e m e n t s d u t e r r a i n e n c h a m p libre

t i o n d e s o n d e s ; ces d é p l a c e m e n t s et d é f o r ­

selon l'axe du t u n n e l g é n é r é e s par une

mations sont considérés c o m m e appliqués

o n d e d e cisaillement sinusoïdale caractéri­

de f a ç o n s t a t i q u e ;

sée par sa l o n g u e u r d ' o n d e L, son a m p l i ­

b) des surpressions d y n a m i q u e s exercées sur

l'ouvrage

par

l'eau

des terrains

encaissants.

D'autres versée

par r a p p o r t au tunnel sont

d o n n é s par les f o r m u l e s suivantes :

en surface, il conviendra de tenir c o m p t e d e l a p r o f o n d e u r d e l'axe d u t u n n e l .

C.4.3.1.2

O

L'amplitude DQ ainsi que la vitesse VQ

-

Déplacement

axial

(AQ = 4 j t f - DQ) au niveau de l'axe du tun­ 2

nel, d'action

failles

sismique,

actives,

considérer.

Les

compte

relèvent pas

ne

0

cidence 9

Dans le cas où l'on c o n n a î t les m o u v e m e n t s

(VQ = 2K f DQ) et l'accélération AQ

types de

t u d e e n d é p l a c e m e n t D e t son a n g l e d ' i n ­

4.3.1.1

C.4.2.1

O

AQ é t a n t l ' a c c é l é r a t i o n p a r t i c u l a i r e au

dispositions

sollicitations de

tels

peuvent à

la être

prendre

calculs

mais

tra­

peuvent

calcul de

à

2

être

en

en

téristiques

de

géologiques

constructives.

géodynamiques hôtes:

vitesses

de

modules

de

cients

de

défaut,

sés à l ' o u v r a g e p e u v e n t ê t r e c a l c u l é s en évaluant l e m o u v e m e n t s i s m i q u e e n c h a m p

et

utiliser

en

4.3.1.2

milieu

infini,

libre à la p r o f o n d e u r de l'ouvrage et en

générés par soïdale

caractérisée

VQ é t a n t la vitesse particulaire au niveau de

L,

amplitude en

l'axe d u t u n n e l , e t l a l o n g u e u r d ' o n d e L

angle

e n t r e le t e r r a i n encaissant et l ' o u v r a g e sui­ v a n t les m é t h o d e s d e l'article 4 .

é t a n t d o n n é e par :

4 ouvrages

enterrés

son

Des

C.4.2.2

les

de

les

(Kuesel, du

t e n a n t c o m p t e d e l'interaction d é v e l o p p é e

vation,

ondes

ou coeffi­ A

nappe.

valeurs

calcu­

lées en 3.2.1. figure

en

formations

cisaillement,

niveaux

pourra

déplacements

ouvrages

fonc­

volumiques,

des

au

Poisson,

on

les

des

en

des

propagation

La

cas

partir d'un

libre

masses

rigidité

Les d é f o r m a t i o n s o u d é p l a c e m e n t s i m p o ­

Contrairement au

champ

tion de la sollicitation sismique et des carac­

4.2.2 - Détermination des déformations ou déplacements imposés à l'ouvrage

O

à

déterminées

réponse

sur

une

indications la

gueur

répondent

-10­

champ

selon

l'axe

du

d'onde

de

par sa

longueur

p a r rapport au données

libre tunnel,

cisaillement sinu­

déplacement D

détermination

quence f à

élé­

sont

représente

en

onde

d'incidence 0

1969)

terrain

dans

d'onde et son tunnel. l'annexe

de

la

fré­

utiliser pour le calcul de

la

lon­

L.

pratique

0

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

O

C.4.3.2.1

a)

La

non-prise

en

de

l'interaction

ture

correspond au

tunnel être

dont

la

cas

d'un

structure

peut

considérée

souple

comme

par rapport au

encaissant. des

méthode

tunnel

geable du b)

module

Figure 4.3.1.2

longitudinale, admissible

plus

rapport

raideur négli­

à

celle

encaissant.

en

O

compte est le

instantané

C.4.3.2.2.2

le module du

béton

Pour

cette

les

directe,

particulier

appuyée,

dans

la

fissuration

la

direction

du

caractère

de

l'ouvrage.

c'est le module de 200 000 MPa.

sur

on

pourra

imposés la

par

poutre

longueur :

pj (x) = K\ u (x) x

• transversale -

remplacer l'application

élastiquement

de forces par unité de

• longitudinale

4.3.2.2.3

4.3.2 - Sollicitations induites sur le tunnel

approche,

déplacements

(soit environ 30 000 MPa) en sauf justification de

Pour l'acier,

la

n'est

Pour le béton,

à prendre

majo­ pouvant

quand

par

terrain

un

efforts

apparaître du

très terrain

Cette

fournira par ailleurs rant

compte

terrain-struc­

p (x) = K u (x) t

t

Incidence

y

de

l'espacement

entre

joints La m o d é l i s a t i o n en p o u t r e sur a p p u i s élas­ t i q u e s p e r m e t d e p r e n d r e e n c o m p t e l'effet

4.3.2.1 - C a s d e n o n p r i s e e n c o m p t e d e l'interaction terrain-structure

d e s d é f o r m a t i o n s d ' o n d e s s i s m i q u e s sur une p o u t r e de l o n g u e u r finie. Il en résulte

O n a d m e t dans c e cas q u e l a d é f o r m a t i o n de l ' o u v r a g e est i d e n t i q u e à celle du t e r r a i n encaissant et, par c o n s é q u e n t , p e u t être estimée directement à partir des formules d é v e l o p p é e s ci-dessus d o n n a n t la d é f o r ­

une a t t é n u a t i o n des sollicitations maxi­ se

déduit directement

de

celle

du

moment.

4.3.2.2 - Cas de prise en compte de l'in­ teraction terrainstructure

d e s j o i n t s d a n s les d e u x d i r e c t i o n s l o n g i t u ­

4.3.2.2.1

d i n a l e et transversale p e r m e t t a n t sa prise

m a t i o n e n c h a m p libre. -

Caractérisation

de

l'interaction

Les sollicitations s'en d é d u i s e n t par les f o r ­ L'interaction t e r r a i n - s t r u c t u r e est caractéri­

en f o n c t i o n de l'état mécanique a t t e n d u

sée par u n c o e f f i c i e n t d e raideur l o n g i t u d i ­

dans la section de l'ouvrage et des exi­

nale du t e r r a i n K| et un c o e f f i c i e n t de rai­

g e n c e s d e c o m p o r t e m e n t requises.

d e u r transversale K e x p r i m é s e n f o r c e p a r t

unité de déplacement longitudinal ou fissurée), c a r a c t é r i s é e p a r s o n aire S, s o n

c o n v i e n t d e d é t e r m i n e r l e souffle m i n i m a l

en compte.

mules classiques de la t h é o r i e d e s p o u t r e s ,

Pour une s e c t i o n c o u r a n t e ( é v e n t u e l l e m e n t

males en f o n c t i o n du r a p p o r t de la lon­ g u e u r e n t r e j o i n t s à la l o n g u e u r d ' o n d e . Il

transversal d u t e r r a i n e t par m è t r e linéaire

O

C.4.3.2.2.3

Un

espacement

d'ondes. atteindre

d e l'ouvrage (figure 4.3.2.2.1).

typique

joints correspond à

de

distance

un q u a r t de la

L'atténuation des

valeurs

obtenue

très

entre

longueur peut

significatives.

i n e r t i e I et un m o d u l e E c a r a c t é r i s a n t le

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

m a t é r i a u c o n s t i t u t i f de l ' o u v r a g e :

En première approximation, on pourra t

4.3.2.2.2 une d'onde

Tunnels

longueur

de structure

supérieure

à

continue la

La d i s t o r s i o n ( t e r m e utilisé e s s e n t i e l l e m e n t p o u r les s e c t i o n s d e f o r m e r e c t a n g u l a i r e )

a d m e t t r e : K| = K = G (annexe 5). sur

longueur

sismique

o u l ' o v a l i s a t i o n ( t e r m e utilisé e s s e n t i e l l e ­ m e n t p o u r les sections d e f o r m e circulaire) s o n t p r o d u i t e s par l a d i s t o r s i o n d u t e r r a i n e n c a i s s a n t sur l a h a u t e u r d u t u n n e l s o u s

La d é t e r m i n a t i o n d e s sollicitations le l o n g

l'effet de la p r o p a g a t i o n verticale des

d e l'axe d u t u n n e l e n f o n c t i o n d e s caracté­

o n d e s d e cisaillement.

ristiques de l'onde sismique revient à l ' é t u d e d ' u n e p o u t r e c o n t i n u e sur a p p u i s

O

C.4.4

développe

élastiques d o n t la raideur est f o u r n i e par les

On

coefficients K| et K , ces a p p u i s é t a n t s o u ­

tique pouvant se substituer à

mis aux d é p l a c e m e n t s i m p o s é s d é t e r m i n é s

mique

d a n s l'analyse e n c h a m p libre.

ture.

t

-11 ­

complet

ci-après en

une

méthode un

interaction

sta­

calcul dyna­ terrain-struc­

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

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

4.4.1 - Distorsion en champ libre La d é t e r m i n a t i o n de la d i s t o r s i o n en c h a m p

4.4.2.2.1

-

Caractérisation

de

l'interaction

libre p e u t se faire à l'aide d ' u n m o d è l e ou b i e n en utilisant u n e f o r m u l a t i o n s i m p l i f i é e : • soit, dans le cas d ' u n t u n n e l p r o f o n d d a n s u n sol o u u n e r o c h e r e l a t i v e m e n t h o m o ­

• soit, dans le cas d ' u n t u n n e l inscrit d a n s une c o u c h e d e sol c o m p r e s s i b l e h o m o g è n e d'épaisseur H p l a c é e au-dessus du substra­

ment du

L'interaction t e r r a i n - s t r u c t u r e sera c a r a c t é ­ risée par d e s a p p u i s é l a s t i q u e s i n t e r p o s é s

ont été

entre la structure du tunnel et le terrain

cavation.

encaissant.

C.4.4.2.2.1

Pour

la

plus

haut

mation,

retrouve

de

les

(annexe 5).

leurs

méthodes En

première

caractéris­ évoquées

4.4.2.2.2

d é p l a c e m e n t relatif à la p r o f o n d e u r z:

tation

les

contraintes

libre

approxi­

c) On

de

cisaille­

structure en

résulte

champ

tenir compte

de

libre l'ex­

les efforts inertiels ne

prépondérants.

trouvera

qui ont été lier des

la

contraintes

évaluées sans

pas

à

en

annexe

5

développées pour le

tunnels

des

formules

cas particu­

circulaires.

on pourra utiliser la valeur 0,5 G /h,

h étant la hauteur du tunnel.

t u m , par utilisation d e l ' é q u a t i o n d o n n a n t l e

fait que

sont

détermination on

des

champ

b) En règle générale,

O

tiques,

*S

a) L'application du

g è n e , par utilisation de la f o r m u l e : r / max

C.4.4.2.2.2

O

­

Mode

d'introduction

4.5 de

- ACTIONS

LOCALES

la sollici­ Les s t r u c t u r e s s e c o n d a i r e s e t a u t r e s sous

sismique

Les s o l l i c i t a t i o n s d ' o r i g i n e s i s m i q u e s o n t prises en c o m p t e en a p p l i q u a n t à la struc­

systèmes s u p p o r t é s par la s t r u c t u r e p r i n c i ­ pale p e u v e n t ê t r e calculés par la m é t h o d e

t u r e , a p p u y é e é l a s t i q u e m e n t par l ' i n t e r m é ­

faisant l ' o b j e t d e l'article 4 . 5 . 2 . Dans c e t t e

C.4.4.1

diaire d e s a p p u i s d o n t les raideurs s o n t cal­

é v a l u a t i o n , les c h a r g e s d ' e x p l o i t a t i o n s o n t

Contrairement

la

culées c o m m e i n d i q u é ci-dessus, les a c t i o n s

prises avec leur v a l e u r c a r a c t é r i s t i q u e o u

ci-

suivantes (figure 4 . 4 . 2 . 2 . 2 ) :

n o m i n a l e . A ces f o r c e s s ' a j o u t e n t , lorsqu'il y

O

vitesse

qui

contre

est

ondes

de

au

cas

intervient la

vitesse

cisaillement

du dans de dans

chapitre la

4.3,

formule

propagation

des

• les d é p l a c e m e n t s u(z) en c h a m p libre aux

les

tra­

extrémités des appuis, ou alternativement,

terrains

versés.

4.4.2 - Efforts de distorsion et d'ovalisation induits dans le tunnel 4.4.2.I - Cas de l'interaction

non prise en compte terrain-structure

de

a l i e u , les poussées prescrites par les r è g l e ­ m e n t s d e c h a r g e e n vigueur.

les pressions p = k u(z) à la s t r u c t u r e , les

Pour les é l é m e n t s d e s t r u c t u r e e n c o n t a c t

e x t r é m i t é s d e s a p p u i s é t a n t fixes ;

d i r e c t a v e c l e s o l , les s o l l i c i t a t i o n s a p p l i ­ les

q u é e s p e u v e n t ê t r e calculées par a p p l i c a ­

contacts entre terrain et structure égales

tion des formules de poussée dynamique

a u x c i s a i l l e m e n t s e x e r c é s sur la masse de

des terres en considérant l'ouvrage c o m m e

t e r r a i n e x c a v é e d a n s la s i t u a t i o n en c h a m p

non-déplaçable.

• des

contraintes

tangentes

sur

libre ;

Pour les é l é m e n t s i n t e r n e s à l ' o u v r a g e , à

D a n s ce cas, la d i s t o r s i o n du t e r r a i n s ' i m ­

• des e f f o r t s inertiels a p p l i q u é s à la struc­

pose e n t i è r e m e n t à la section d r o i t e du

t u r e par a p p l i c a t i o n à sa masse de l'accélé­

l'article 4 . 5 . 2 , la m é t h o d e s i m p l i f i é e d e l'ar­

tunnel.

r a t i o n AQ.

ticle 4 . 5 . 1 est a p p l i c a b l e .

Figure 4.4.2.2.2.

-12­

défaut de l'application des prescriptions de

"Conception et lo protection parasismiques des ouvrages souterrains"

A u x e f f o r t s inertiels ainsi calculés d o i v e n t ê t r e a j o u t é s les efforts résultant de la d é f o r ­ m a t i o n de la s t r u c t u r e p r i n c i p a l e aux p o i n t s d e liaison d e celle-ci avec l ' é l é m e n t s e c o n ­ daire. O

€.4.5

Indépendamment dont 4.0

des

l'évaluation et

tions

5.0,

ou

mises,

fait

certaines

des

du

actions l'objet

des

chapitres

parties

des

construc­

installations

fait de

d'ensemble

peuvent

être

sou­

leur localisation,

de

leurs

caractéristiques

vibratoires,

à

excédant

prises

compte

celles

vérification

de la

d'ensemble

de

entre

autres,

appartenant

de

des planchers fait

de

la

ou

cas,

des

on se

L'application

des

principale

particulièrement

importante

tures internes, cipent pas à

l ' é l é m e n t plastifié (figure 4 . 6 . 2 b ) .

r e c o m m a n d a t i o n s AFPS90. O

C.4.5.2

Les

dispositions

• les r o t u l e s p l a s t i q u e s s e r o n t inscrites à

spécifiquement rieurs à

4.6

de

les

cet

article

planchers

plus

l'intérieur des zones c r i t i q u e s d é f i n i e s par la

inté­

n o r m e d a n s les é l é m e n t s fléchis e t / o u c o m ­

visent

et

voiles

primés ;

la structure principale.

-

• les v é r i f i c a t i o n s vis-à-vis de l'effort t r a n ­

VERIFICATIONS

c h a n t i n t é g r e r o n t u n c o e f f i c i e n t d e sécurité

Les vérifications d é c r i t e s ci-dessous p o r t e n t

s u p p l é m e n t a i r e d e 1,25.

D ' u n e m a n i è r e g é n é r a l e , les v é r i f i c a t i o n s

La «les

armatures

pour

v r a g e a bien les capacités de d é f o r m a t i o n

être

à

adhérence

prises en c o m p t e dans le calcul des sollicita­

d'élasticité

dynamiques chapitre

16

tions d é v e l o p p é dans les chapitres 4.3 et 4.4. O

de

la

struc­

pour

les

est struc­

qui ne parti­

C.4.6

Ces

mais

doivent

efforts

verticaux.

assurer

la

reprise

des

vérifications le

relèvent

itératif qui

logigramme

commentaires

d'un

peut

processus

être

ci-après,

résumé

assorti

des

haute

spécifiée

L'allongement

doivent

une

limite

à

500

MPa.

relatif doit

armé

avec

inférieure

total

spécifiée

béton

sous

être

charge

supérieur

ou

4.7 - CAS DES OUVRAGES VERTICAUX

suivants. Les o u v r a g e s v e r t i c a u x (puits, f o r a g e s revê­

4.6.1 - Vérifications vis-à-vis des actions selon l'axe du tunnel

tus ou

non)

peuvent être considérés

c o m m e d e s o u v r a g e s p a r t i c u l i e r s p a r les

Les vérifications de résistance d e s sections

4.5.1 - Calcul forfaitaire

norme française NF P 06-013 précise que

égal à 5 % ».

éventuellement dans

C.4.6.2

maximale

la reprise des sollicitations hori­

zontales

I l c o n v i e n t d e r e s p e c t e r les d i s p o s i t i o n s c o n s t r u c t i v e s issues du c h a p i t r e 5 :

e f f e c t u é e s r e v i e n n e n t à s'assurer q u e l'ou­

secondaire

tels les poteaux,

q u é e s à ces é l é m e n t s s o n t d é t e r m i n é e s sui­ v a n t les p r e s c r i p t i o n s d u c h a p i t r e 2 3 d e s

modifient pas

du

AFPS90.

l'élément

t i q u e d e l'ordre d e 0,8 fois l'épaisseur d e

O

au

déformations à

• en e s t i m a n t une l o n g u e u r de r o t u l e plas­

é q u i p e m e n t s liés. Les s o l l i c i t a t i o n s a p p l i ­

sur les parties d ' o u v r a g e s en b é t o n a r m é .

qui,

leur

poussées

recommandations

p a r leurs masses o u r a i d e u r s , d ' i n t e r a g i r avec celui-ci s e r o n t considérés c o m m e des

masse

de

reportera

• en p o r t a n t la l i m i t e d ' a l l o n g e m e n t d e s armatures tendues à 5 % ;

dimen­

techniques,

l'ouvrage

leur raideur ne

l'évaluation

ture

petites

locaux

à

le

d'ensemble.

des terres, des

de

des

la

Les é l é m e n t s de s t r u c t u r e i n t e r n e s à l ' o u ­

• en p r e n a n t en c o m p t e le c o m p o r t e m e n t du b é t o n f r e t t é (figure 4.6.2 a) ;

vrage principal qui sont susceptibles, de

la stabilité

C'est

dimensions,

de

réponse

Pour

voiles à

intérieurs

leurs

réduite

structure.

actions dans

résistance et de la

sions

en

des

4.5.2 - Calcul dynamique simplifié

aspects suivants :

de b é t o n et d'armatures seront faites

• d e par leur n a t u r e , ils s o n t g é n é r a l e m e n t

L o r s q u e ce calcul n ' e s t pas e x i g é p a r les

c o n f o r m é m e n t a u x r è g l e s B A E L p o u r les

a m e n é s à traverser un n o m b r e plus i m p o r ­

présentes r e c o m m a n d a t i o n s ou par le

cas d e s i t u a t i o n s a c c i d e n t e l l e s , t o u t e n

t a n t d e c o u c h e s d e t e r r a i n d o n t les p r o p r i é ­

C a h i e r d e s C h a r g e s , ces structures s e c o n ­

c o n s e r v a n t l e c o e f f i c i e n t r é d u c t e u r d e 0,85

tés g é o t e c h n i q u e s s o n t variées ;

daires ou autres sous-systèmes p e u v e n t

sur la résistance c a r a c t é r i s t i q u e du b é t o n au

• ils a u r o n t d o n c à subir les efforts p a r t i c u ­

ê t r e calculés c o m p t e t e n u d e l ' a p p l i c a t i o n

lieu d'utiliser le c o e f f i c i e n t u n i t é a p p l i c a b l e

liers liés n o n s e u l e m e n t aux r é p o n s e s sis­

aux masses q u i les c o m p o s e n t , et d a n s les

aux sollicitations dynamiques (norme NF

m i q u e s variées d e ces horizons mais é g a l e ­

d i r e c t i o n s a p p r o p r i é e s , d ' a c c é l é r a t i o n s sis­

P06-013).

m e n t c e u x s p é c i f i q u e s de ces interfaces ;

miques.

O

P o u r les é l é m e n t s p l a n s ( v o i l e , p l a n c h e r , m u r . . . ) , c e t t e accélération s i s m i q u e est o b t e n u e e n m u l t i p l i a n t l ' a c c é l é r a t i o n sis­ m i q u e applicable, dans la direction étudiée, au s o l i d e é l é m e n t a i r e , d o n t le sous-système est solidaire, tel q u ' i l ressort d u calcul d ' e n ­ s e m b l e , par un c o e f f i c i e n t :

C.4.6.1

L'estimation section

des

de

lors

la que

d'armatures. pas

inerties

droite

compte dès

• dans de n o m b r e u x cas, les o u v r a g e s v e r t i ­

Il

de

fissuration, l'on

C'est ainsi qu'on de

de l ' é l é m e n t ;

domaine

• é g a l à 2,5 dans la d i r e c t i o n p e r p e n d i c u ­

le

ces

a

ce

l'aire

les

grandeurs élastique,

comportement

en sans

sections

cependant

restera

la

tenir

qui est possible

exagérément en

de

pourra

déterminé

conviendra

sous-estimer

• é g a l à 1 dans la d i r e c t i o n parallèle au plan

et de

l'ouvrage

à

les

restant

• d a n s l a g r a n d e m a j o r i t é , ces o u v r a g e s s e r o n t de g é o m é t r i e s i m p l e liée à leur

le

compte

post-élastique.

C.4,5.1

Le

coefficient

dynamique

2,5

représente

maximal

degré de

liberté,

mis

aux

sollicitations

les

spectres

d'un

le

oscillateur

d'amortissement 5 sismiques

réglementaires.

m o d e d e r é a l i s a t i o n ( c i r c u l a i r e p o u r les forages et pour de nombreux fonçages de puits). Ces f o r m e s simples sont g é n é r a l e m e n t b i e n a d a p t é e s p o u r r é p o n d r e a u x sollicita­

laire a u plan d e c e t é l é m e n t . O

b l è m e d u passage d ' u n s y s t è m e d e r e c o m ­ m a n d a t i o n à un autre ;

ne

de

dans en

e x t r é m i t é en surface ce qui pose le p r o ­

rigidités.

une estimation

prendre

caux a u r o n t aussi la p a r t i c u l a r i t é d ' a v o i r une

coefficient à %,

définies

un sou­ par

4.6.2 - Vérifications vis-à-vis de la distorsion et de l'ovalisation de la section droite Le c o m p o r t e m e n t post-élastique peut être

t i o n s d u t e r r a i n . Les r e v ê t e m e n t s d e stabili­ s a t i o n s o n t d o n c s o u v e n t plus l é g e r s q u e ceux c o r r e s p o n d a n t aux m ê m e s t y p e s d'ouvrages sub-horizontaux.

pris e n c o m p t e par l ' i n t r o d u c t i o n d e rotules

Les e f f o r t s i n e r t i e l s à p r e n d r e en c o m p t e

p l a s t i q u e s . La d u c t i l i t é de celles-ci sera éva­

s e r o n t faibles et les analyses en c h a m p libre

luée (figure 4.6.2) :

s e r o n t le plus s o u v e n t la r è g l e .

-13­

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

-14­

Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains

reconnues, les traversées de terrains f o r t e ­ m e n t contrastés, ainsi q u e les zones suscep­ tibles d'instabilité (liquéfaction, glissement de terrain...). La présence de singularités, au regard d ' u n c o n t e x t e sismique, d o n n e lieu à des dispositions constructives spécifiques. Il en est de m ê m e de la transition d ' u n e caté­ g o r i e d ' o u v r a g e à l'autre ou bien dans le cas de variations brusques de la g é o m é t r i e du revêtement. La c o n c e p t i o n o b é i t en général aux prin­ cipes q u i suivent ; certains principes a n t a ­ g o n i s t e s , le cas é c h é a n t , s o n t à concilier au mieux.

5.1.2 - Adaptation au mouvement sismique : le joint sismique

Figure 4.6.2.a

Sur le r e v ê t e m e n t d ' u n o u v r a g e linéaire t e l q u e d é f i n i a u c h a p i t r e 4 s ' e x e r c e n t les d é p l a c e m e n t s d u t e r r a i n e n g e n d r é s par l e séisme, ces d é p l a c e m e n t s p r o v o q u e n t d e s efforts de compression-traction et de f l e x i o n l o n g i t u d i n a u x , ainsi q u ' u n e d i s t o r ­ sion ou u n e ovalisation de la section trans­ versale. Si les efforts l o n g i t u d i n a u x sont i m p o r t a n t s en regard des capacités résistantes du revê­ t e m e n t , la création de joints circonférentiels va p e r m e t t r e la d i m i n u t i o n de ces e f f o r t s . L'espacement entre joints et le souffle mini­ mal d e chaque j o i n t p e u v e n t être d é t e r m i n é s en f o n c t i o n des m é t h o d e s décrites en 4.3.2. La t e c h n o l o g i e du j o i n t sera f o n c t i o n n o t a m ­ m e n t de la valeur du souffle, des sollicitations s'y exerçant, du niveau d ' é t a n c h é i t é à assurer le cas échéant. O

C.5.1.2

A la transition d'un ouvrage long et de ses têtes,

une

s'impose de

Figure 4.6.2.b

On trouve en annexe 6 un tableau de c o m ­

disposition

constructive

vu

la

différence

chacune

de

ces

présence

d'un

constitue

en

joint

parties de

général

de

spécifique

comportement d'ouvrages.

conception

une solution

La

sismique adéquate.

• d e s a d a p t a t i o n s d e s q u a n t i t é s de m a t é ­

p a r a i s o n e n t r e les c a n a l i s a t i o n s e n t e r r é e s

riaux (aciers, b é t o n . . . ) p a r r a p p o r t à u n e

( p o u r lesquelles d e s r e c o m m a n d a t i o n s o n t

s i t u a t i o n n o n s i s m i q u e , ces a d a p t a t i o n s

é t é p u b l i é e s p a r l'AFPS/CESS en 1 9 9 8 ­

provenant de règles forfaitaires définies

L'augmentation de la raideur d ' u n e structure

cahier t e c h n i q u e n° 15), les o u v r a g e s h o r i ­

dans la suite du t e x t e ;

d o n n é e est r é p u t é e se traduire par une a u g ­

5.1.3 - Déformabilité et ductilité

z o n t a u x et les o u v r a g e s verticaux (forages

• d e s spécifications sur la q u a l i t é ou la mise

m e n t a t i o n parallèle des efforts sollicitant la

e t puits).

en œ u v r e de ces m a t é r i a u x ;

s t r u c t u r e q u e l e c o n t e x t e soit sismique o u

• d e s c h o i x c o n s t r u c t i f s s p é c i f i q u e s , cer­ tains s o n t d é c r i t s en a n n e x e ;

5 - CONCEPTION GENERALE ET DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES

Préambule

n o n . L e r e v ê t e m e n t est d o n c c o n ç u aussi souple que possible, en vérifiant toutefois qu'il n'y a pas de risque d'instabilité.

• u n e a d a p t a t i o n de la g é o m é t r i e . O

5.7

-

PRINCIPES GENERAUX

C.5.1.3

Actuellement

la

tendance

est

d'assouplir

le

revêtement

5.1.1 - Conception En premier lieu, le c o n c e p t e u r a d a p t e r a au

La

ductilité se

la

déformation

déformation

Les d i s p o s i t i o n s c o n s t r u c t i v e s p a r a s i s ­

mieux l'ouvrage aux zones sismiques et en

m i q u e s p r o p r e s aux o u v r a g e s s o u t e r r a i n s

particulier il veillera à ce q u e le tracé évite les

La

v o n t se t r a d u i r e par :

s i n g u l a r i t é s t e l l e s q u e les f a i l l e s a c t i v e s

conception

-15­

ductilité

caractérise par le plastique

élastique n'est prévoit

à

la

limite.

indispensable un

rapport de

maximale

que

comportement

si

la

post­

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

élastique

sous

obtenir

sitions constructives à a d o p t e r . La n a t u r e de l ' o u v r a g e s o u t e r r a i n et les caractéristiques

des

systématiquement.

L'augmentation

de

capacité

de

l'énergie

potentielle

la

la

nels,

c'est

ou

cette

d e l'encaissant p e r m e t t e n t d e préciser les

ductilité

structure

grandes déformations. est

déplacements

Elle n'est donc pas à

l'action

imposés par le séisme.

à

accroît

la

emmagasiner de

bien

à

Dans

supporter de

le

seconde

cas

des tun­

caractéristique

qui

recherchée.

La

ductilité

la

qualité

nécessaire et

constitutifs sont

les

béton

une

des

ouvrages du

armé

même

rechercher dans

dispositions

des

habituellement

du

est à

béton

ou

leur

section

matériaux

souterrains non

qui

armé

d i s p o s i t i o n s constructives a d é q u a t e s . O

C.5.2

Le

tableau

dans

de

l'annexe

réponses

reçues

au

tionné en

1.1.2

7

rassemble

questionnaire

les men­

Les

dispositions

qui

explicitées

ci-après.

La

ductilité

nécessite chets de

d'une

de

versales

-

Ouvrages superficiels

d'angle

Les

au

tures par

centre

de

aux

petite

p a r t i c u l i è r e . Les p o u r c e n t a g e s m i n i m a u x d ' a c i e r e t les d i s p o s i t i o n s c o n s t r u c t i v e s

cro­

associées d é f i n i s d a n s la n o r m e NF P06-013

d'au

moins

135° et

arma­

œuvre, • un

Il

fissuration. la

qualité

béton

de

aciers

5%

des

entrant

dans

boulons

à

ou

Rotules

la

prévoir

également

de

autres,

dans

tels

les

la

bonne

que

ceux

des joints,

des

assemblages,

par

le cas échéant.

de

la

du

variera ces

ouvrage

des

peut

la

L'importance

de

suivant

n'est suggérer

saignées rotules

améliorent les

O u v r a g e s profonds -

Interfaces

Les d o m m a g e s d u r a n t un séisme a f f e c t e n t

f o n d e d o i t suivre les d é p l a c e m e n t s i m p o s é s à la d u c t i l i t é . S'il est nécessaire d ' a r m e r le r e v ê t e m e n t , a u m i n i m u m sera d i s p o s é u n

pour

la

le cas et la d i r e c t i o n de sollicitation c o n s i ­

pas par

des

prévisible exemple

longitudinales un

aura un j o i n t t o t a l t a n t au niveau de la v o û t e q u ' a u niveau du radier, la valeur du souffle é t a n t f o n c t i o n d e s calculs.

ouvrage

a de pour

coulé

place.

5.2 - DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES

glissement

moyen

entre

faille,

se

reportera

on

les à

3.

cas

du à

tunnel du port de la jonction

circulation

et de

Kawasaki au

transversale la

du

cheminée

présenté figure 2 de

de

l'annexe

tunnel ventila­

7 illustre

technique.

Caissons

5.2.2.3 -

immergés

chéité, t a n t au niveau de l'étude q u e de l ' e x é c u t i o n p o u r les structures sous n a p p e . O Au

C.5.2.2.3 Japon,

verse

la

immergé. conduit

Le aux

«flexibles» l'annexe

l'expressway baie

de

Bay-shore-route

Tokyo

niveau

des

dispositions

représentés

dans

sur

un

tra­ tunnel

sollicitations de la

joints figure

a dits

3

de

7.

5.2.2.4 armé ou

Tunnels en métalliques

voussoirs

béton

Si la n a t u r e du t e r r a i n à traverser s'y p r ê t e ainsi q u e l ' é c o n o m i e d u p r o j e t , u n e t e l l e structure paraît bien a d a p t é e au séisme p u i s q u e , par c o n s t r u c t i o n , d e s j o i n t s t r a n s ­ v e r s a u x e t c i r c o n f é r e n t i e l s s é p a r e n t les voussoirs, assurant ainsi u n e b o n n e a d a p t a ­

5.2.2 • Dispositions particulières

position

le d'une

p o u r c e n t a g e c o r r e s p o n d a n t à la c o n d i t i o n de non-fragilité en flexion composée pour

conditions

rotules plastiques. voûté,

plastiques On

séisme

construction.

de

-

d é r é e (BAEL). A u x j o n c t i o n s avec les zones

de rotules plas­

risques.

Un soin particulier d o i t ê t r e p o r t é à l'étan­ 5.2. / . 3

p r é s e n t a n t un c o m p o r t e m e n t d i f f é r e n t , il y

localisation

cours

localiser ces en

ils s o n t à t r a i t e r c o m m e d e s o u v r a g e s

p r o f o n d e u r . Le r e v ê t e m e n t de la p a r t i e p r o ­

d'allongement garantie

composition

et la

au

un

priori.

des tunnels

raison d e l ' a t t é n u a t i o n d e s sollicitations e n

B25;

Le

étayé par

C.5.2.2.2

Japon,

- Têtes

p e u les p a r t i e s p r o f o n d e s d ' u n t u n n e l e n

d'utiliser :

minimum

laboratoire

ductilité

rotules

en

plastiques

frettage

Pour

mis

attendu.

doit être

flexibles p e u t ê t r e u n e s o l u t i o n .

5.2. 1.2

par le t e r r a i n sans recourir n é c e s s a i r e m e n t

bien

L'apparition ductilité

limite

matériaux

des essais de

tiques

catégorie

s'assurer

ductilité

de

matériaux

minimum.

faudra

cette

des

il pourrait être préconisé

• des de

la ductilité est assu­

raison­ surgabarit

t e r ces c o n t r a i n t e s , le recours à d e s j o i n t s

12 fois le diamètre de la

Pour le béton non armé,

Le

Les c o n t r a i n t e s o n t t e n d a n c e à se c o n c e n ­

cette

la

estimer

Los être

t r e r a u d r o i t d e telles zones. Pour faire c h u ­

tion,

assurant

de

et doit

étendue

déplacement

de

réalisés

5.2.2.2 - Changement brusque de la rigi­ dité du revêtement ou de l'encaissant

d ' u n c o n t e x t e s i s m i q u e . En cas de sismicité,

longitudinale

du

telle solution

analyse

Pour

Les r e v ê t e m e n t s des t ê t e s d e s t u n n e l s s o n t

30

compte

O

superficiels.

à

tient

généralement armés, m ê m e en dehors

de

des

couture.

Quant

d'une

l'ouvrage.

%

barre

rée par la

et de

armatures

majorées BAEL,

faille

au

droit

dans

été

Francisco

la

identifiée

de

sont

San

Naturellement

nable

Le

des

ont

bien

s ' a p p l i q u e n t sans r e s t r i c t i o n .

nominaux).

règles

espacées de 8 à plus

armé

recouvrement

longitudinales rapport

tableau du chapitre 2) sont en b é t o n armé

trans­

par des

de

suggérés et

Les o u v r a g e s définis c o m m e n o n p r o f o n d s

béton

fermés

10 diamètres

longueurs

ductilité

métros

l'annexe

armatures

en

des

étriers

la

sont

publications

deux bords

o u e n t i è r e m e n t e n acier, sauf j u s t i f i c a t i o n

pièce

disposer

(cadres,

retour

améliorent

les

une

5.2.1 - Dispositions générales 5 . 2 . /. f

dispositifs,

choix d'une

terrains du g r o u p e b avec Rc < 6 M P a (cf. sont

tels

pour

(cf. p a r a g r a p h e 3.1) ou b i e n situés dans les

transversale.

De

nombreuses Angeles.

ou

combinaison

C.5.2.2.1

O

tion au m o u v e m e n t sismique de la struc­ t u r e . P o u r les voussoirs en b é t o n a r m é la

La situation de l'ouvrage par r a p p o r t au

possibilité d e recourir à d e s b é t o n s d e c a t é ­

massif encaissant, le m o d e de c o n s t r u c t i o n

g o r i e s s u p é r i e u r e s à celles utilisées en

de l'ouvrage appellent des dispositions

m é t h o d e traditionnelle, à actions égales

constructives s p é c i f i q u e s .

a m é l i o r e la souplesse de la s t r u c t u r e . U n e autre possibilité consiste e n l'utilisation d e

5.2.2. (

-Traversée

de

failles

actives

Si le t r a c é de l ' o u v r a g e n'a pu éviter de tels

voussoirs métalliques qui présentent le même type d'avantage.

a c c i d e n t s , une s o l u t i o n consiste à élargir le

Dans un c o n t e x t e s i s m i q u e les a s s e m b l a g e s

d é b o u c h é d e l ' o u v r a g e a u d r o i t d e l a faille

entre voussoirs et anneaux de voussoirs

La c o n f i g u r a t i o n de l ' o u v r a g e par r a p p o r t à

suivant les schémas de la f i g u r e 1 de l'an­

s e r o n t justifiés par le calcul, n o t a m m e n t vis-

s o n encaissant d é t e r m i n e u n t y p e d e d i s p o ­

n e x e 7.

à-vis de la stabilité locale d ' u n voussoir.

-16­

Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains

5.2.2.5 - Tranchées c o u v e r t e s L'intégralité des d i s p o s i t i o n s c o n s t r u c t i v e s c o n t e n u e s d a n s les r e c o m m a n d a t i o n s AFPS

Si un critère d ' é t a n c h é i t é est d e m a n d é ,

Q u a n t à l ' o u v r a g e , il se c o m p o r t e m i e u x

alors les p o u r c e n t a g e s m i n i m a u x suivants

vis-à-vis des t a s s e m e n t s si son r e v ê t e m e n t

sont imposés :

est m u n i d e j o i n t s d u t y p e f l e x i b l e d é c r i t s

• armatures longitudinales

s'applique.

Selon

Owen

flexion

et

de la

Scholl

face

(1981),

interne

vent être ancrées dans supérieure

par

un

le

retour

à

les

barres

de

des piédroits

doi­

radier et la

dalle

90° parallèle

à

l'extrados. A

que

l'une

de

l'effondrement

de

Kobe

revêtement,

des

de

résiderait

piédroits

la

dans

entre

causes

le

n'aurait pu

être

mobilisée.

réalisation

des un

couverte

mauvais

blocage

soutènement

la

garantir

supposées

tranchée le

ainsi

donc

butée

passive La

tranchées blocage

et

le

favorable

méthode

couvertes

médiaire de fondations profondes ou bien

D a n s la s i t u a t i o n où le p u i t s t r a v e r s e u n e

par d e s t i r a n t s e m p ê c h e l a f l o t t a b i l i t é d e

zone de terrains f o r t e m e n t contrastés en

l'ouvrage.

p r o f o n d e u r , les m ê m e s d i s p o s i t i o n s s o n t à a p p l i q u e r q u e l q u e soit le sens de la p o s e

efficace

des

et d'autre du contraste.

Les

traitements

- le

rabattement permanent du

nappe O

C.5.2.2.6

Dans la mesure où il est nécessaire de satis­ faire

à

un

critère

d'étanchéité, du

la

revêtement

technique

de

assurant la

pose

haut paraît

mieux

pié­

l'autre sens complique la

mise en œuvre des

aciers

longitudinaux

sont

S.2.2.7

-

- Puits

C.5.2.2.7

O

d u r e v ê t e m e n t , c e c i sur u n e h a u t e u r a u

doit

droits.

5.2.2.6

Enfin un a n c r a g e au t e r r a i n sain par l'inter­

m o i n s é g a l e à u n d i a m è t r e d u puits d e p a r t

signaler

des

: TU a 0,2 %

• a r m a t u r e s transversales

C.5.2.2.5

O

précédemment.

:m>0,3%

adaptée, s'ils

Liquéfaction

des

de

une

bas

pose

en

- la

réalisation

de

tant

l'élévation

des pressions

liquéfiable ting,

requis.

sol envisageables

sont

niveau

:

de

la

;

- l'amélioration

dans

de

des

-

drainantes

injection,

renforcements

Eléments

de

limi­

interstitielles

caractéristiques

(densification,

substitution,

5.2.2.8

colonnes

second

;

du

milieu

jet-

grou­

...).

œuvre

Les liaisons s e r o n t m o n o l i t h i q u e s avec les

sofs

é l é m e n t s d e g é n i e civil s e c o n d a i r e tels q u e

Les r è g l e s q u i s u i v e n t s o n t a p p l i c a b l e s aux

L a l i q u é f a c t i o n d e s sols p e u t a v o i r les

les escaliers. Les a p p u i s de planchers s e r o n t

puits a y a n t d e s f o n c t i o n s de sécurité. Il f a u t

c o n s é q u e n c e s suivantes :

conçus de f a ç o n à en e m p ê c h e r la c h u t e .

d i s t i n g u e r la p a r t i e basse de la p a r t i e h a u t e éventuellement coiffée

d'un

ouvrage

- s u p p r e s s i o n de la b u t é e d e s p i é d r o i t s ; - instabilité d e s p e n t e s e n t r a î n a n t des sur­

aérien.

5.2.2.9 -

charges ; Partie h a u t e du p u i t s :

Les é q u i p e m e n t s , d o n t l a d é f a i l l a n c e n e p e u t ê t r e a c c e p t é e , tels les d i f f é r e n t s cir­

- tassements ;

Elle r e l è v e d e s d i s p o s i t i o n s c o n s t r u c t i v e s

- flottabilité des tunnels immergés.

m i n i m a l e s d é f i n i e s dans la n o r m e

cuits, les v e n t i l a t e u r s s e r o n t reliés à la struc­ t u r e par d e s s y s t è m e s f i a b l e s : t i g e s scel­

Les d i s p o s i t i o n s c o n s t r u c t i v e s p o s s i b l e s

N F P 06-013.

Equipements

lées, t i g e s traversantes p r é c o n t r a i n t e s .

r e m é d i a n t à ces c o n s é q u e n c e s c o n s i s t e n t s o i t à t r a i t e r le sol ou b i e n à a d a p t e r la

Partie basse du puits :

On se reportera au chapitre 23 des recom­ m a n d a t i o n s AFPS 1990 ( v o l u m e 2).

construction à cette situation.

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1

(chapitres

1

à

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10,

11,16,17'et 23),

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12,15,

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-17­

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-18­

Vol.

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n° 4, August

1994,

974-1002.

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

ANNEXE 1 IDENTIFICATION ET CARACTERISATION

DE ZONES SUSPECTES DE LIQUEFACTION

(EXTRAIT DE LA NORME NF P 0 6 - 0 1 3 )

9.1.2.2

9 - FONDATIONS

- Peuvent a contrario être considé­

rés c o m m e e x e m p t s d e risque

9.1

-

Liquéfaction

des

sols

Ils d o i v e n t p o r t e r sur d e s échantillons n o n

a) les sols d o n t la g r a n u l o m é t r i e p r é s e n t e un diamètre à 1 0 % , D

9.1.1 - Définition

1 0

• essai c y c l i q u e de cisaillement par t o r s i o n .

supérieur à 2 mm

b) c e u x dans lesquels on a s i m u l t a n é m e n t :

remaniés. 2 ) I l p e u v e n t ê t r e c o n d u i t s s e l o n les m é t h o d e s u s u e l l e m e n t suivies sous réserve q u e s o i e n t r e s p e c t é e s les c o n d i t i o n s c i -

O n a p p e l l e l i q u é f a c t i o n d ' u n sol u n p r o c e s ­

D

7 0

< 74

après :

sus c o n d u i s a n t à la p e r t e t o t a l e de résis­ l > 10 %

t a n c e a u cisaillement d u sol par a u g m e n t a ­

• les essais d o i v e n t ê t r e poursuivis j u s q u ' à

p

t i o n d e l a p r e s s i o n i n t e r s t i t i e l l e . Elle e s t

l i q u é f a c t i o n d e s é p r o u v e t t e s e t ceci sous

a c c o m p a g n é e d e d é f o r m a t i o n s d o n t l'am­

9.1.2.3

- L o r s q u e les indications de 9.1.2.1

p l i t u d e p e u t ê t r e l i m i t é e o u quasi i l l i m i t é e .

e t d e 9.1.2.2 ci-dessus laissent a p p a r a î t r e

diverses valeurs de la c o n t r a i n t e m a x i m a l e de cisaillement ;

une possibilité de l i q u é f a c t i o n , il y a lieu de

9.1.2 - Identification des sols liqué­ fiables

procéder à des investigations c o m p l é m e n ­ t a i r e s s u i v a n t les m é t h o d e s d é c r i t e s e n

• la pression de c o n f i n e m e n t d o i t rester v o i ­ sine d e celle r é g n a n t a u niveau d u p r é l è v e ­ m e n t à l'état final du p r o j e t ;

9.1.4 ci-après.

9.1.2.1 - S o n t à c o n s i d é r e r c o m m e a p r i o r i

• le d e g r é de saturation de l'éprouvette

suspects de l i q u é f a c t i o n , les sols ci-après :

9.1.3 - Données sismiques

a) Sables, sables vasards et silts p r é s e n t a n t

Les d o n n é e s s i s m i q u e s à u t i l i s e r d a n s la

les caractéristiques suivantes

c o n d u i t e d e s essais e t les é t u d e s s u b s é ­

Les résultats d o i v e n t en o u t r e faire claire­

• d e g r é d e s a t u r a t i o n S voisin d e 100 % , .

q u e n t e s sont les suivantes :

ment apparaître :

• g r a n u l o m é t r i e assez u n i f o r m e c o r r e s p o n ­

• accélération maximale de surface:

• les variations de la pression interstitielle

r

d a n t à un c o e f f i c i e n t d ' u n i f o r m i t é C , infé­

d o i t ê t r e é g a l à celui du sol en place dans

mesurée au sein de l ' é p r o u v e t t e et des

a^g sur site de t y p e S-|

u

déformations de cette dernière en fonction

rieur à 15 : D, _60

- 0,9

a sur site d e t y p e S

2

- 0,8

a sur site d e t y p e S

3

N

du n o m b r e de cycles a p p l i q u é s ;

< 15

ho

N

• le v o l u m e final de l ' é p r o u v e t t e après dissi­ p a t i o n de la pression interstitielle.

où : • diamètre à 50 %, D

les c o n d i t i o n s d u p r o j e t .

5 0

compris entre a est l'accélération n o m i n a l e (voir 3.3) ;

0,05 m m e t 1,5 m m ,

N

9. 1.4.2 - Essais in situ

• et s o u m i s en l'état final du p r o j e t à une

• n o m b r e de cycles é q u i v a l e n t s n :

Les essais d e p é n é t r a t i o n i n situ d u t y p e

contrainte verticale effective o '

Tableau 8 : N o m b r e d e cycles é q u i v a l e n t s

d y n a m i q u e , essais SPT (Standard Pénétration

selon les zones de sismicité

Test) o u statique (pénétration d ' u n c ô n e o u

v

inférieure

aux valeurs suivantes : 1 ) 0 , 2 0 M P a e n zones l , e t l a

d ' u n p i é z o c ô n e ) p e u v e n t ê t r e utilisés p o u r b

Z o n e de sismicité

n

2) 0,25 M P a en z o n e II

le d i a g n o s t i c d e s sols liquéfiables lorsqu'il existe p o u r le t y p e d ' a p p a r e i l utilisé des

Z o n e s l et 1^

5

Z o n e II

10

t i o n s de l'essai et la l i q u é f a c t i o n ou la n o n -

Z o n e III

20

l i q u é f a c t i o n d e s sols.

a

c o r r é l a t i o n s b i e n é t a b l i e s e n t r e les indica­

3) 0,30 M P a en z o n e III b) Sols a r g i l e u x p r é s e n t a n t les c a r a c t é r i s ­ t i q u e s suivantes • d i a m è t r e à 15 %, D-| s u p é r i e u r à 0,005 5

9.1.4 - Méthodes d'essai

9.1.5 - Critère de liquéfaction

mm, • l i m i t e d e l i q u i d i t é W inférieure à 3 5 % ,

9.1.4.I

-

Essais

de

laboratoire

Doivent être considérés c o m m e liqué­

L

• t e n e u r en eau w s u p é r i e u r e à 0,9 W ,

1) Les essais suivants p e u v e n t ê t r e utilisés :

calcul, les sols au sein d e s q u e l s la valeur d e s

L

• p o i n t r e p r é s e n t a t i f sur le d i a g r a m m e de

f i a b l e s e n c h a m p l i b r e sous l e s é i s m e d e

• essai c y c l i q u e à l'appareil triaxial;

c o n t r a i n t e s d e cisaillement e n g e n d r é e s par

plasticité se situant au-dessus de la d r o i t e

• essai c y c l i q u e à la b o î t e de cisaillement à

le séisme d é p a s s e 75 % de la valeur de la

«A» d u d i t d i a g r a m m e .

parois latérales m o b i l e s

contrainte de cisaillement provoquant la

-19­

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains

l i q u é f a c t i o n , p o u r le n o m b r e de cycles

• 6 en z o n e I

m e s u r e p e u t ê t r e réalisée à l'aide d'essais

é q u i v a l e n t s n d é f i n i en 9.1.3.

• 7 en z o n e II

e n place tels q u e l e p i é z o c ô n e .

• 8 en z o n e III

Note

La contrainte effective verticale o ' à p r e n d r e v

en c o m p t e est celle r é g n a n t dans le sol après Note

réalisation du projet.

sur le

paragraphe

9.1.4.1.1

O u t r e la r é d u c t i o n de la résistance au cisaille­ considérés, le processus de liquéfaction

t i q u e s p h y s i q u e s e t m é c a n i q u e s d e s sols

c o n d u i t à des d é f o r m a t i o n s t e m p o r a i r e s ou

( p r i n c i p a l e m e n t leur s t r u c t u r e e t leur d e n ­

p e r m a n e n t e s des sols p o u v a n t entraîner l'at­

sité e n place) a u cours d u p r é l è v e m e n t e t

t e i n t e d ' u n état limite dans l'ouvrage é t u d i é .

des m a n i p u l a t i o n s ultérieures est essen­

rité insuffisante vis-à-vis de la liquéfaction au

t i e l l e p o u r la c r é d i b i l i t é d e s résultats. Elle

sens du p a r a g r a p h e 9.1.5, la construction ne

e x i g e d e s p r é c a u t i o n s très particulières t a n t

p e u t être entreprise q u e dans l'une des

a u niveau d u m o d e d e p r é l è v e m e n t (carot­

hypothèses ci-dessous

t a g e en gros diamètre, choix du carottier et

du

du fluide de f o r a g e , etc.) qu'à celui du

sol

transport, de la conservation et de la pré­

On fait subir au sol un t r a i t e m e n t p r o p r e à éliminer les risques de liquéfaction ou à réta­ blir la m a r g e de sécurité prévue au 9.1.5. Il y a alors lieu de justifier les mesures proposées et d ' e n c o n t r ô l e r l'efficacité par des essais et mesures a p p r o p r i é s . 9. 1.6.2 -

9.1.5

L a p r é s e r v a t i o n d e t o u t e s les c a r a c t é r i s ­

Lorsque les essais f o n t apparaître une sécu­

-Traitement

paragraphe

m e n t e t d e l a c a p a c i t é p o r t a n t e d e s sols

9.1.6 - Traitement des sols ou de la construction

9.1.6.1

sur le

Renforcement

des

fondations

L'ouvrage é t a n t f o n d é sur des pieux appuyés en pointe au-dessous des couches liqué­ fiables, les pieux s o n t calculés, n o t a m m e n t en ce q u i concerne leur f l a m b e m e n t au sein

couches supérieures. Note sur le paragraphe

9.1.3

Les cycles é q u i v a l e n t s s o n t par c o n v e n t i o n

d ' u n abaissement définitif du niveau du ter­ rain n a t u r e l , d ' u n e r e m o n t é e d e l a n a p p e i m p u t a b l e aux travaux réalisés, etc. Note

Les m o d e s opératoires concernant ces essais

Pour certains sols pulvérulents denses d o n t

sur le

paragraphe

9.1.6.1

ne sont pas encore normalisés. En a t t e n d a n t

le c o m p o r t e m e n t d o i t être justifié vis-à-vis de

q u e c e t t e normalisation intervienne, o n p e u t

séismes de f o r t e intensité, il p e u t s'avérer dif­

se baser sur une é t u d e de la littérature spé­

ficile de rétablir la m a r g e de sécurité prévue

cialisée.

au p a r a g r a p h e 9.1.5, alors m ê m e q u e leur c o m p o r t e m e n t dilatant limite leurs d é f o r m a ­

Note

sur

le

paragraphe

9.1.4.1.2

tions en cas de liquéfaction. Dans ce cas, les

Pour a t t e i n d r e cet état, on p r e n d soin à

risques attachés à la liquéfaction de ces ter­

reproduire en laboratoire le chemin de

rains s o n t appréciés par référence aux d é f o r ­

c o n t r a i n t e suivi in situ e n t r e l'état initial et

mations cycliques q u e l'on p e u t a t t e n d r e et

l'état final du projet.

t e n a n t c o m p t e bien sûr de la nature de l'ou­ vrage p r o j e t é .

Note

sur le

paragraphe

9.1.4.2

Les procédés g é n é r a l e m e n t utilisés p o u r éli­

Ces c o r r é l a t i o n s s o n t é t a b l i e s p o u r diverses

miner ou réduire les risques de liquéfaction

valeurs de la m a g n i t u d e . Il convient de

sont, suivant les cas :

veiller à la n a t u r e de la m a g n i t u d e utilisée

• r a b a t t e m e n t p e r m a n e n t du niveau de la

( M o u M ) e t d e faire l e cas é c h é a n t l a cor­

nappe ;

s

des cycles h a r m o n i q u e s p r o d u i s a n t des

final c o n s i d é r é est c e l u i q u i p e u t r é s u l t e r

paration des échantillons.

des milieux liquéfiés, c o m p t e t e n u des c h a r g e s a d d i t i o n n e l l e s a p p o r t é e s par les

L'attention est particulièrement attirée sur le d e r n i e r alinéa du p a r a g r a p h e 9.1.5 : l'état

L

r e c t i o n nécessaire.

• densification du milieu liquéfiable (pré­

à 0,65 fois la contrainte maximale d é v e l o p ­

Les c o r r é l a t i o n s a c t u e l l e m e n t d i s p o n i b l e s

chargement, compactage, vibroflottation,

contraintes maximales de cisaillement égales p é e dans le sol par le séisme. On considère

o n t é t é établies à l'origine avec l'essai SPT.

etc.) ;

q u e , du p o i n t de vue de la liquéfaction, l'ac­

Les critères de l i q u é f a c t i o n c o r r e s p o n d a n t s

• m o d i f i c a t i o n d e s p r o p r i é t é s du m i l i e u par

t i o n d e n c y c l e s é q u i v a l e n t s p r o d u i t les

o n t fait l'objet de transpositions à d'autres

injection, etc. ;

m ê m e s effets q u e ceux d ' u n séisme réel. Le

essais en place c o m m e l'essai au p é n é t r o ­

• c o n s t i t u t i o n de c o l o n n e s d r a i n a n t e s limi­

n o m b r e de cycles équivalents d é p e n d de la

m è t r e statique d o n t l'usage est plus r é p a n d u

t a n t l'élévation d e s pressions interstitielles ;

magnitude M

en France.

• s u b s t i t u t i o n aux sols liquéfiables de m a t é ­

s

(qui s ' e n t e n d c o m m e l a

m a g n i t u d e d é t e r m i n é e sur les o n d e s de sur­ face), ou de la d u r é e du séisme. A t i t r e indicatif, c e t t e m a g n i t u d e M ê t r e prise é g a l e à :

La m e s u r e en c o n t i n u de l ' é v o l u t i o n de la pression interstitielle p r o v o q u é e par le dis­

s

peut

riaux d e caractéristiques p h y s i q u e s a p p r o ­ priées c o n v e n a b l e m e n t c o m p a c t é s .

p o s i t i f d'essai à la p r o f o n d e u r c o n s i d é r é e

L e m o d e d e f o n d a t i o n d o i t ê t r e a d a p t é aux

p e u t faciliter o u v a l i d e r l e d i a g n o s t i c . C e t t e

nouvelles c o n d i t i o n s ainsi créées.

-20­

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

ANNEXE 2

DEFINITION DE L'ACTION SISMIQUE EN SURFACE L e c o n t e n u d e c e t t e a n n e x e d é c o u l e direc­

sur un site Sg ou S^ Sur d e s sites S2 ou S3,

t e m e n t de la n o r m e NF P 0 6 - 0 1 3 «Règles

les branches d e s c e n d a n t e s C D e t D E s o n t

parasismiques applicables aux bâtiments,

r e m p l a c é e s par celles c o r r e s p o n d a n t au

d i t e s règles PS 9 2 » .

site S-|.

1 - SPECTRES ELASTIQUES NORMALISES (ANNEXE I DES

de 5 %, l ' o r d o n n é e R^ d o i t être m u l t i p l i é e

Pour des a m o r t i s s e m e n t s réduits différents

Pour les c o m p o s a n t e s horizontales d u m o u ­ v e m e n t , les valeurs d e s p é r i o d e s T , T B

RÈGLES PS 92)

T

Les s p e c t r e s é l a s t i q u e s n o r m a l i s é s s o n t d é f i n i s p o u r la v a l e u r 5 % de l ' a m o r t i s s e ­ m e n t r é d u i t . Ils s o n t r a p p o r t é s à la valeur u n i t é d e l'accélération n o m i n a l e .

o r d o n n é e s RA et RM s o n t d o n n é e s dans le t a b l e a u 1 p o u r les q u a t r e t y p e s de site, SQ, S-|, S2 e t S définis dans les règles PS 92

|

(cf. articles 5.21 et 5.22 de ces règles).

cent.

3

Type

f i g u r e 1 d a n s le d i a g r a m m e a c c é l é r a t i o n -

d e site

E

expressions suivantes :

T (s)

T (s)

So

0,15

0,30

2,67

Si

0,20

0,40

3,20

0,30

0,60

3,85

0,9

2,25

0,45

0,90

4,44

0,8

2,0

s s

é t a n t l ' a m o r t i s s e m e n t e x p r i m é en p o u r

Hormis l'utilisation de dispositifs méca­ T„(s)

p é r i o d e avec d e s échelles linéaires sur les

Les o r d o n n é e s R (T) s o n t d o n n é e s par les

et

e x p r i m é e s e n s e c o n d e s , e t celles d e s

D

Leur f o r m e g é n é r a l e est r e p r é s e n t é e sur la

d e u x axes.

C

par le facteur (article 5.234 des règles PS 92) :

c

D

RA

R

1,0 1,0

M

n i q u e s , l'utilisation d e c e f a c t e u r c o r r e c t i f est l i m i t é e à la g a m m e de v a r i a t i o n :

2,5 2%
2,5

2

3

Tableau I - Valeurs des périodes T& Tç, T et des

ordonnées R^ et R/^ pour les spectres élastiques

normalisés associés aux composantes

horizontales du mouvement

D

2 - VITESSES ET DEPLACEMENTS Les valeurs d e vitesse e t d e d é p l a c e m e n t , pour une accélération conventionnellement 2

fixée à 1 m / s , s o n t d o n n é e s d a n s le t a b l e a u Pour la c o m p o s a n t e verticale, le s p e c t r e est

1 de l'annexe 4 du p r é s e n t d o c u m e n t . Pour

c o n s i d é r é c o m m e i d e n t i q u e à celui des

une autre valeur de l'accélération, elles

c o m p o s a n t e s horizontales si l'on se t r o u v e

varient proportionnellement.

-21 ­

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

ANNEXE 3

DETERMINATION DE L'AMPLITUDE DES MOUVEMENTS DE FAILLE

I - LES MOUVEMENTS DE FAILLE II y a t r o i s t y p e s é l é m e n t a i r e s de f a i l l e (figure 1). • le d é c r o c h e m e n t , q u i est un c o u l i s s a g e h o r i z o n t a l d ' u n b l o c par r a p p o r t à l'autre ; il p e u t ê t r e d e x t r e (un o b s e r v a t e u r placé sur u n d e s blocs e t r e g a r d a n t l'autre v o i t celuici se d é p l a c e r vers sa d r o i t e ) , ou sénestre d a n s le cas c o n t r a i r e (qui est c e l u i r e p r é ­ s e n t é sur la f i g u r e 1) ; • la faille n o r m a l e , q u i c o r r e s p o n d à la d e s ­ c e n t e d ' u n b l o c par r a p p o r t à l'autre ; • la faille inverse, q u i c o r r e s p o n d à la m o n ­

figure / - Les trois types élémentaires de faille :

faille inverse (à gauche), décrochement (au centre) et faille normale (à droite)

t é e ( c h e v a u c h e m e n t ) d ' u n b l o c sur l'autre. Pour la p l u p a r t d e s failles, il y a c o m b i n a i ­ son entre une c o m p o s a n t e de décroche­ ment et une c o m p o s a n t e normale ou inverse. Pour d e s failles d e g r a n d e e x t e n ­ sion, le t y p e de m o u v e m e n t p e u t parfois varier le l o n g de la faille ; par e x e m p l e , si la c o m p o s a n t e principale est un décroche­

cas d ' u n m é c a n i s m e m i x t e ) d é p e n d essen­

Ces f o r m u l e s ne d o i v e n t pas ê t r e a p p l i ­

t i e l l e m e n t d e l a taille d u s é i s m e , caractéri­

q u é e s p o u r d e s valeurs d e M inférieures à

sée par sa m a g n i t u d e . L'influence du t y p e

5,6 ; c e t t e valeur c o r r e s p o n d s e n s i b l e m e n t

d e m o u v e m e n t a aussi é t é é t u d i é e , mais

à la l i m i t e inférieure de la taille d e s séismes

sans résultats v é r i t a b l e m e n t c o n c l u a n t s .

d o n t les m o u v e m e n t s d e f a i l l e p e u v e n t

ment, la composante secondaire peut

Les f o r m u l e s les plus utilisées p o u r le calcul

varier du n o r m a l à l'inverse d ' u n e e x t r é m i t é

d e l ' a m p l i t u d e d e s m o u v e m e n t s s o n t celles

à l'autre. L ' a m p l i t u d e d e s m o u v e m e n t s est

d e Wells e t C o p p e r s m i t h (1994).

g é n é r a l e m e n t v a r i a b l e le l o n g de la faille.

E n d é s i g n a n t par A

m

l'amplitude moyenne

l e l o n g d u plan d e faille e t p a r A

L'amplitude des m o u v e m e n t s de faille (résultante d e s d e u x c o m p o s a n t e s d a n s l e

a v o i r d e s e f f e t s d o m m a g e a b l e s s u r les o u v r a g e s souterrains. C o m m e t o u t e s les f o r m u l e s e m p i r i q u e s d e

e

l'ampli­

tude extrême, toutes deux exprimées en

2 - L'AMPLITUDE DES MOUVEMENTS DE FAILLE

w

la s i s m o l o g i e , les é q u a t i o n s 1 et 2 s o n t affectées d'une dispersion importante ; l ' é c a r t - t y p e y est r e s p e c t i v e m e n t de 0,36 et de 0,42, c'est-à-dire que le rapport de

m è t r e s , on a les relations :

l ' é c a r t - t y p e à la m o y e n n e est de 2,29 p o u r log

1 0

A

log

1 0

A = - 5,46 + 0,82 M

m

= -4,80 +0,69 M

e

w

w

(Eq. 1 ) (Eq. 2 )

M étant l a magnitude d e moment. w

-22­

l e d é p l a c e m e n t m o y e n e t d e 2,63 p o u r l e déplacement extrême.

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

ANNEXE 4

APPROXIMATION DES MOUVEMENTS SISMIQUES

PAR DES ONDES SINUSOÏDALES

I - INTRODUCTION II est assez f r é q u e n t d ' a v o i r à r e p r é s e n t e r le

n u m é r i q u e s d e s a c c é l é r o g r a m m e s (ces

d é p l a c e m e n t s à des p a r a m è t r e s f a c i l e m e n t

i n t é g r a t i o n s p r é s e n t e n t u n certain n o m b r e

accessibles du m o u v e m e n t sismique, à

d e difficultés p r a t i q u e s , q u i n e s e r o n t pas

savoir l'accélération m a x i m a l e A, la vitesse

m o u v e m e n t s i s m i q u e par une o n d e sinusoï­

é v o q u é e s ici). La f i g u r e 1 m o n t r e un t e l

m a x i m a l e V et le d é p l a c e m e n t m a x i m a l D.

d a l e , où le d é p l a c e m e n t u d e s p o i n t s du sol

tracé, o b t e n u pour la composante N o r d -

Ces q u a n t i t é s p e u v e n t , en p r i n c i p e , se lire

est d o n n é par une e x p r e s s i o n de la f o r m e :

S u d d e l ' e n r e g i s t r e m e n t d e T o l m e z z o lors

sur l e s p e c t r e d e r é p o n s e , s i c e l u i - c i e s t

d u séisme d u Frioul (Italie d u N o r d ) d u

tracé dans le d i a g r a m m e quadrilogarith­

06/05/1976.

m i q u e de la m a n i è r e suivante (figure 2).

x é t a n t la c o o r d o n n é e parallèle à la direc­ t i o n de p r o p a g a t i o n , t le t e m p s , w la pulsa­

On constate visuellement que la partie

L ' a c c é l é r a t i o n A c o r r e s p o n d à la c o n v e r ­

f o r t e d e l'accélération est c o n c e n t r é e dans

gence des courbes d'amortissements diffé­

l'intervalle d e t e m p s 4s-8s e t c o m p o r t e une

rents a u d e l à d e l a f r é q u e n c e d e c o u p u r e

t i o n , c la vitesse de p r o p a g a t i o n et ô l'am­

douzaine d'alternances, ce qui correspond

(en g é n é r a l de l'ordre de 30Hz), le d é p l a c e ­

plitude de l'onde.

à u n e f r é q u e n c e a p p a r e n t e de 3Hz e n v i r o n .

m e n t D à la c o n v e r g e n c e de ces c o u r b e s

De telles expressions p e r m e t t e n t n o t a m ­

Pour la vitesse, on r e t r o u v e c e t t e f r é q u e n c e

aux basses f r é q u e n c e s (en g é n é r a l en d e s ­

m e n t d'estimer par des formules simples

dans le m ê m e intervalle, mais on p e u t

sous de 0,1 Hz). Pour la vitesse, on ne p e u t

les d é f o r m a t i o n s i m p o s é e s aux t u n n e l s e t

observer une m o d u l a t i o n à fréquence

q u e d o n n e r une r è g l e a p p r o x i m a t i v e e m p i ­

aux canalisations e n t e r r é e s .

b e a u c o u p plus basse q u i est s u r t o u t visible

rique, selon laquelle V est s e n s i b l e m e n t

a p r è s 8s, m a i s a f f e c t e aussi l e d é b u t d u

é g a l e à l ' o r d o n n é e du p l a t e a u en p s e u d o ­

signal (entre 0 et 4s). Pour le d é p l a c e m e n t ,

vitesse PSV p o u r l ' a m o r t i s s e m e n t de 20 %.

Le c h o i x des p a r a m è t r e s œ, c et ô, q u i carac­ térisent l'onde sinusoïdale, est s o u v e n t assez d é l i c a t en raison de la c o m p l e x i t é d e s m o u v e m e n t s sismiques réels. Le b u t de c e t t e a n n e x e 4 est de f o u r n i r q u e l q u e s i n d i ­ c a t i o n s sur les possibilités q u i s ' o f f r e n t au p r o j e t e u r p o u r a b o u t i r à un c h o i x m o t i v é .

c'est c e t t e oscillation l e n t e , c o r r e s p o n d a n t

En p r a t i q u e , il a r r i v e s o u v e n t q u e les

visuellement à une p é r i o d e de l'ordre de

spectres ne soient pas tracés aux fré­

10s ( f r é q u e n c e de 0,1 Hz) q u i d o m i n e large­

quences très basses, ou q u e la c o u r b e

m e n t , l'effet d e s hautes f r é q u e n c e s se limi­

d ' a m o r t i s s e m e n t 20 % m a n q u e , ce qui

t a n t à de petites fluctuations p e n d a n t la

e m p ê c h e de d é t e r m i n e r D ou V par c e t t e

p a r t i e f o r t e de l ' a c c é l é r o g r a m m e , de 4s à

méthode.

8s. Des t e n d a n c e s a n a l o g u e s s o n t g é n é r a ­ l e m e n t o b s e r v é e s q u a n d o n d i s p o s e d'ac­

O n p e u t pallier les insuffisances d u s p e c t r e en utilisant d e s c o r r é l a t i o n s e m p i r i q u e s (lois

2 - FREQUENCES PREDOMINANTES DES MOUVEMENTS SISMIQUES

d o n t l ' i n t é g r a t i o n n e p r é s e n t e pas d e p h é ­

Le terme de fréquence prédominante d'un

O n p e u t essayer d e relier ces f r é q u e n c e s

m e n t a i r e (s'ils f o n t p a r t i e d e s d o c u m e n t s d u

signal s i s m i q u e est s o u v e n t e m p l o y é mais

p r é d o m i n a n t e s p o u r les accélérations et les

m a r c h é ) c o m m e les R e c o m m a n d a t i o n s

célérogrammes bien corrigés, c'est-à-dire nomènes de dérive numérique, particuliè­ rement pour le déplacement.

d ' a t t é n u a t i o n d e l a vitesse o u d u d é p l a c e ­ ment, qui nécessitent de connaître la m a g n i t u d e et la distance de la source sis­ m i q u e ) ou d e s t a b l e a u x à caractère r é g l e ­

rarement défini. Lorsqu'on dispose d'une d e s c r i p t i o n précise d u signal, u n e d é f i n i t i o n c o u r a m m e n t a d o p t é e a é t é d o n n é e d a n s le c h a p i t r e 4 en C 4 . U n e m a n i è r e plus é l é m e n ­ taire d'associer u n e f r é q u e n c e à un accélé­ r o g r a m m e consiste à c o m p t e r le n o m b r e d ' a l t e r n a n c e s positives et n é g a t i v e s d a n s la p a r t i e f o r t e . M a i s les f r é q u e n c e s ainsi déterminées, qui sont généralement de l'ordre d e q u e l q u e s Hertz, n e caractérisent q u e les a c c é l é r a t i o n s c'est-à-dire la p a r t i e «hautes et moyennes fréquences» du s i g n a l . Les d é p l a c e m e n t s , q u i s o n t p l u s i m p o r t a n t s q u e les accélérations p o u r l'esti­ m a t i o n des d é f o r m a t i o n s i m p o s é e s aux o u v r a g e s souterrains, c o r r e s p o n d e n t à d e s f r é q u e n c e s b e a u c o u p plus basses. Pour les m e t t r e en é v i d e n c e , il f a u t t r a c e r les varia­ t i o n s d e l a vitesse e t d u d é p l a c e m e n t e n fonction du temps au moyen d'intégrations

Figure I : Variations en fonction du temps de l'accélération, de la vitesse et du déplacement (de haut en bas) pour la composante Nord-Sud enregistrée à Tolmezzo pendant le séisme du Frioul du 06/0511976 (Despeyroux, 1985).

-23­

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

p é t a n t en p r a t i q u e v o i s i n de 1 (0,91 p o u r r = 3 ; 0 , 9 7 p o u r r = 9 ) . On v o i t q u e le d é p l a c e m e n t est c o n t r ô l é par la c o m p o ­ sante u j , l'accélération par l a c o m p o s a n t e u a e t q u e les d e u x c o m p o s a n t e s o n t l e m ê m e p o i d s p o u r la vitesse. Les f r é q u e n c e s f et f^ d e s accélérations et a

des d é p l a c e m e n t s s o n t d o n c , d ' a p r è s Eq 2 e t Eq 3 :

figure 2 - Spectre de réponse en diagramme quadrilogarithmique montrant la détermination de

A (accélération asymptotique à haute fréquence), D (déplacement asymptotique à basse fréquence)

et V (plateau en pseudo-vitesse pour un amortissement de 20 %)

AFPS 9 0 p a r a g r a p h e s 5.5 e t 5.6, q u i d o n ­ n e n t les c o r r e s p o n d a n c e s s u i v a n t e s e n f o n c t i o n de la n a t u r e du site (tableau 1) Une m a n i è r e s i m p l e d e r e n d r e c o m p t e d u c o m p o r t e m e n t o b s e r v é sur la f i g u r e 1 consiste à r e p r é s e n t e r le m o u v e m e n t sous la f o r m e d ' u n e s o m m e de d e u x sinus, l'un à h a u t e f r é q u e n c e (accélérations) et l'autre à basse f r é q u e n c e ( d é p l a c e m e n t s ) . Pour q u e c e t t e s o m m e r e p r o d u i s e d e s valeurs d o n ­

d o n t on s u p p o s e q u ' i l est s u p é r i e u r à u n , ce q u i e s t l e cas e n p r a t i q u e , c o m m e o n l e v e r r a p l u s l o i n p o u r les e n r e g i s t r e m e n t s réels. Le t a b l e a u 1 d o n n e d e s valeurs de r e n t r e 6 et 8. En p o s a n t :

nées A, V, D d e s m a x i m u m s de l'accéléra­ t i o n , d e l a vitesse e t d u d é p l a c e m e n t , i l f a u t p r e n d r e les expressions suivantes d e s d e u x t e r m e s u e t u^. a

o n m o n t r e f a c i l e m e n t q u e les valeurs m a x i ­ males d e s m o d u l e s d e ua, u d e t d e leurs d é r i v é e s par r a p p o r t a u t e m p s , v é r i f i e n t les relations :

q u i c o ï n c i d e n t avec les é q u a t i o n s 11 et 12 p o u r r = 4.

Type de site

A (cm/s ')

V (cm/s)

,

D (cm)

AL) V

L'application d e s é q u a t i o n s 9 , 1 0 , 1 3 et 14 à des e n r e g i s t r e m e n t s réels est p r é s e n t é e dans le t a b l e a u 2, q u i r a s s e m b l e 22 e n r e g i s ­

s

100

6

3

8,33

Si

100

8

5

7,81

m a g n i t u d e s utiles e n g é n i e p a r a s i s m i q u e

100

10

7

7,00

( d e 4 , 5 à 8 ) . Les a c c é l é r o g r a m m e s s o n t

100

12

9

6,25

0

s s

2

3

t r e m e n t s effectués d a n s la z o n e é p i c e n t r a l e de 18 séismes r e p r é s e n t a n t la g a m m e d e s

2

Tableau I : Valeurs de la vitesse et du déplacement, pour une accélération A de 100 cmls , en fonction du type de site dans les Recommandations AFPS 90. Pour d'autres valeurs de A, V et D varient proportionnellement

2

La dernière colonne donne le rapport adimensionnel ADIV

-24­

r e p r é s e n t é s à la m ê m e échelle sur la f i g u r e 2 ce q u i p e r m e t d ' a p p r é c i e r v i s u e l l e m e n t la variabilité des m o u v e m e n t s sismiques (Hudson,1988):

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains" N°

1

Séisme et station

S t o n e C a n y o n 1 9 7 2 , M e l e n d y Ranch

4,6

697

19,5

0,6

1,10

7,40

5,97

3,97

4,93

17,9

4,0

2,08

2,56

2,14

0,41

0,49

2

Port H u e n e m e 1957

4,7

167

3

A n c o n a 1 9 7 2 , Rocca

4,9

598

9,4

0,7

4,74

19,12

22,04

1,13

0,98

4a

San Fransisco 1 9 5 7 , G o l d e n G â t e Park

5,3

118

4,6

0,8

4,45

7,68

8,61

0,49

0,43

4b

San Fransisco1957, State B u i l d i n g

5,3

98,1

5,1

1,1

4,15

5,73

6,24

0,39

0,36

Lytle C r e e k 1 9 7 0

5,4

196

9,6

1,0

2,13

5,62

4,74

0,88

1,05

Parkfield 1 9 6 6 , T e m b l o r

5,6

402

22,5

5,5

4,37

5,34

5,94

0,35

0,31

5 6a 6b

Parkfield 1 9 6 6 , s t a t i o n 2

5,6

500

77,9

26,3

2,17

1,77

1,50

0,27

0,32

6c

Parkfield 1 9 6 6 , s t a t i o n 5

5,6

461

25,4

7,1

5,07

5,48

6,50

0,30

0,25

6d

Parkfield 1 9 6 6 , s t a t i o n 8

5,6

275

11,8

3,9

7,69

7,17

10,29

0,25

0,17

7

San Salvador 1 9 8 6 , G I C

5,6

677

80,0

11,9

1,26

1,96

1,51

0,74

0,95

8

Helena1935

6,0

157

13,3

3,7

3,28

3,45

3,40

0,31

0,32

9

M a n a g u a 1972

6,2

373

37,7

14,9

3,91

2,93

3,11

0,22

0,20

59,8

28,2

4,64

2,96

3,38

0,18

0,16

10

C o a l i n g a 1 9 8 3 , Pleasant Valley

6,2

589

11

Koyna 1 9 6 7 , Koyna D a m

6,5

618

30,0

10,1

6,94

6,31

8,64

0,25

,018

12

Impérial Valley 1979, B o n d s C o r n e r

6,5

765

44,2

16,9

6,62

5,29

7,09

0,22

0,16

13

Impérial Valley 1940, El C e n t r a

6,7

353

33,4

10,9

3,45

3,10

3,12

0,21

0,26

14

M o n t é n é g r o 1 9 7 9 , Petrovac

7,0

441

39,4

13,7

3,90

3,32

3,52

0,25

0,23

15

Olympia 1949

7,1

304

17,0

10,4

10,94

5,56

9,41

0,13

0,079

16

Tabas1978

7,4

853

121

94,6

5,51

2,14

2,63

0,11

0,087

4,31

5,40

0,21

0,17

2,34

2,04

0,32

0,37

17

Valparaiso 1985, Llolleo

8,0

608

42,8

17,2

5,71

18

M e x i q u e 1 9 8 5 , Zacatula

8,1

245

29,3

8,2

2,34

Tableau 2 - 22 enregistrements d'accélérogrammes horizontaux en zone épicentrale correspondant à 18 séismes de magnitude variant de 4,6 à 8,1 ; A : accélération maximale ; V : vitesse maximale ; D : déplacement maximal ; f

ai

fdl

et

et f i : fréquences prédominantes de l'accélération calculée par Eq. 9 (f j) et Eq. 13 (f 2J ; a

a

a

fd2 '• fréquences prédominantes du déplacement calculée par Eq. 10 (fj;) et Eq. 14 (f^). Ces accélérogrammes sont tracés sur la figure 3 suivante.

2

d e l'aléa s i s m i q u e , ainsi q u e d e l ' i n c e r t i t u d e

est p r e s q u e t o u j o u r s c o m p r i s e n t r e 2 et 8

qui affecte la d é t e r m i n a t i o n de certains

m è t r e , a mis e n é v i d e n c e q u e l a v i t e s s e

(avec s e u l e m e n t trois exceptions c o r r e s p o n ­

p a r a m è t r e s d u m o u v e m e n t , n o t a m m e n t les

apparente de p r o p a g a t i o n dans la direction

d a n t aux numéros 1 (r = 1,10), 7 (r = 1,26) et

déplacements.

h o r i z o n t a l e é t a i t d e l'ordre d u k m / s , m ê m e

Le tableau 2 montre que le rapport r = A D / V

q u e l q u e s centaines d e m è t r e s , o u d u kilo­

15 (r = 10,94). Les cas où r est proche de 1 (n° 1

là où les t e r r a i n s s u p e r f i c i e l s a v a i e n t d e s

et 7) c o r r e s p o n d e n t à des cas où le signal est

vitesses d ' o n d e ( o n d e S en particulier) n e t ­

d o m i n é par une oscillation de très f o r t e a m p l i t u d e : on est alors dans des conditions similaires à une sinusoïde (pour laquelle on aurait r = 1). C o m p t e t e n u de ces valeurs de r, le calcul des fréquences p r é d o m i n a n t e s f et f^ d o n n e a

en général des résultats voisins, q u e l'on uti­ lise les formulations Eq. 9 - Eq. 10 ( f i et f^

3 - VITESSE APPARENTE DE PROPAGATION DES ONDES SINUSOÏDALES

t e m e n t plus faibles. O n p e u t a t t r i b u e r c e t effet à l'influence p r é p o n d é r a n t e des c o u c h e s d u r e s en p r o f o n d e u r sur la c i n é ­ t i q u e des m o u v e m e n t s sismiques, e t a u fait q u e les o n d e s d i t e s d e surface c o n c e r n e n t

Les f o r m u l e s p r é s e n t é e s p r é c é d e m m e n t

les t e r r a i n s s i t u é s à d e s p r o f o n d e u r s d e

p e r m e t t e n t de choisir les p a r a m è t r e s ô et m

l ' o r d r e d e leur l o n g u e u r d ' o n d e , s o i t p l u ­

dans l'expression E q . 1 de l ' a p p r o x i m a t i o n

sieurs c e n t a i n e s d e m è t r e s p o u r d e s f r é ­

a

dans le tableau) ou Eq. 13 - Eq. 14 (colonnes f 2 e t f ^ ) . A une e x c e p t i o n près (accéléro­

sinusoïdale du m o u v e m e n t sismique. Il

q u e n c e s d ' e n v i r o n 1 H z . S i les c o u c h e s

reste à choisir la vitesse de p r o p a g a t i o n c,

superficielles p e u v e n t influer f o r t e m e n t sur

a

g r a m m e n° 3), les fréquences fa varient t y p i ­

q u i n'est pas n é c e s s a i r e m e n t é g a l e à la

l ' a m p l i t u d e d e s m o u v e m e n t s (effet d e site),

q u e m e n t de 2 à 10 Hz et, à d e u x exceptions

vitesse locale d e s o n d e s sismiques P ou S

elles ne s o n t pas les seules à c o n t r ô l e r la

près ( a c c é l é r o g r a m m e s n° 1 et 3), les f r é ­

classiquement considérées en sismologie.

vitesse d e p r o p a g a t i o n .

quences f d sont dans l a g a m m e 0 , 1 - 1 Hz..

En e f f e t , l ' é t u d e de s i g n a u x sismiques e n r e ­

D a n s la d i r e c t i o n v e r t i c a l e , par c o n t r e , ce

C e s r é s u l t a t s p a r a i s s e n t assez c o h é r e n t s

gistrés en plusieurs p o i n t s disposés suivant

s o n t b i e n les c o n d i t i o n s locales q u i d é t e r ­

mais il f a u t ê t r e c o n s c i e n t de la variabilité

une ligne, à des distances de l'ordre de

m i n e n t la p r o p a g a t i o n d e s o n d e s .

-25­

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

Figure 3 - Accélérogrammes horizontaux tracés à la même échelle

-26­

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains" A d é f a u t d ' é t u d e s précises, o n p e u t e s t i m e r la vitesse a p p a r e n t e de p r o p a g a t i o n en f a i ­ sant la m o y e n n e d e s vitesses d ' o n d e s d e s t e r r a i n s sur u n e l o n g u e u r é g a l e à la l o n ­ g u e u r d ' o n d e L d a n s la d i r e c t i o n p e r p e n d i ­ culaire à la d i r e c t i o n de p r o p a g a t i o n . Pour u n e p r o p a g a t i o n h o r i z o n t a l e d a n s u n site où la vitesse d ' o n d e s d e s terrains varie sui­ v a n t une loi c(z) d o n n é e , z é t a n t la p r o f o n ­ d e u r m e s u r é e à p a r t i r de la s u r f a c e , cela r e v i e n t au s c h é m a suivant (figure 4). Pour une p r o p a g a t i o n verticale dans un site à stratigraphie horizontale, ce schéma d o n n e b i e n p o u r c la v a l e u r l o c a l e de la v i t e s s e d'ondes.

figure 4 - Détermination de la vitesse apparente de propagation c par l'intersection

de la courbe c (A) (valeur moyenne de la vitesse des ondes entre la surface et une profondeur quelconque A)

et de la droite F = AIT, T étant la période de l'onde sinusoïdale considérée.

ANNEXE 5 EXPRESSION DES SOLLICITATIONS SISMIQUES DANS LE PLAN

DE LA SECTION DROITE D'UN TUNNEL CIRCULAIRE ET

DETERMINATION DES COEFFICIENTS DE RAIDEUR

5.1 EXPRESSION DES SOLLICITATIONS SISMIQUES DANS LE PLAN DE LA SECTION DROITE D'UN TUNNEL CIRCULAIRE Pour un t u n n e l à r e v ê t e m e n t circulaire et élastique, creusé dans un milieu infini, h o m o ­ g è n e , élastique et isotrope, et dans l'hypo­ thèse d ' u n glissement t o t a l à l'interface sol-

D'après certaines observations, le glissement à l ' i n t e r f a c e s o l - s t r u c t u r e lors d ' u n s é i s m e n'est possible q u e p o u r les tunnels creusés e n t e r r a i n m o u , o u l o r s q u e l ' i n t e n s i t é sis­ où

V M

m a x

m a x

des tunnels, la c o n d i t i o n à l'interface se situe

m o m e n t d e flexion maximal

entre le glissement t o t a l et l'adhérence. Il est d o n c nécessaire d ' e x a m i n e r les d e u x cas et

àd d

d é f o r m a t i o n diamétrale

Ka

coefficient adimensionnel de

de retenir le plus critique p o u r le d i m e n s i o n -

réponse

s t r u c t u r e , Burns & Richard (1964), H o e g

du

revêtement

en

c o n d i t i o n d e glissement t o t a l

(1968), Peck - H e n d r o n - Mohraz (1972) pro­ p o s e n t les f o r m u l e s suivantes p o u r d é t e r m i ­

m i q u e est très i m p o r t a n t e . Pour la p l u p a r t

effort tranchant maximal

F

coefficient a d i m e n s i o n n e l de flexibilité

ner les sollicitations sismiques :

nement. La c o n d i t i o n de glissement t o t a l f o u r n i t les valeurs de M m a x et de Dd les plus conserva­ trices. En revanche, la c o n d i t i o n d ' a d h é r e n c e d o i t être considérée p o u r le calcul de Vmax. Schwartz & Einstein (1980) p r o p o s e n t dans

Y

m a x

distorsion maximale en champ libre

E

m o d u l e d'élasticité du terrain

v

coefficient de Poisson du terrain

r

rayon du tunnel

Eb

m o d u l e d'élasticité du revête­ m e n t d u tunnel coefficient de Poisson du revête­ ment du tunnel

I

m o m e n t d'inertie du r e v ê t e m e n t d u tunnel

-27­

ce cas la f o r m u l e suivante :

Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains"

Kp

coefficient

adimensionnel

de

réponse du revêtement en condi­ tion d'adhérence C

e

par divers auteurs p o u r les ressorts n o r m a u x

unité fictif dans le sens horizontal d ' u n e part,

à l'enveloppe des ouvrages :

et dans le sens vertical d'autre part.

a) S c o t t (1973) : la f o r m u l e s'écrit :

C e t t e m é t h o d e a l'avantage de f o u r n i r les

c o e f f i c i e n t a d i m e n s i o n n e l de c o m ­

valeurs de raideur t a n t p o u r les ressorts nor­

pressibilité

maux q u e p o u r les ressorts t a n g e n t s . d) S y n t h è s e

épaisseur du r e v ê t e m e n t du t u n n e l

La variabilité des résultats selon la m é t h o d e

Le c o e f f i c i e n t de f l e x i b i l i t é F e s t s o u v e n t considéré c o m m e le plus i m p o r t a n t car il t r a ­

H est la hauteur de l'ouvrage, v le coefficient

employée c o m m e selon la configuration

d u i t l'aptitude du r e v ê t e m e n t à résister à la

de Poisson du sol et G son m o d u l e de

g é o m é t r i q u e c o n d u i t à préconiser p o u r ces

distorsion i m p o s é e par le terrain.

cisaillement.

r e c o m m a n d a t i o n une valeur forfaitaire très

Pour la p l u p a r t des tunnels circulaires obser­

C e t t e f o r m u l e est censée a p p l i c a b l e aux

vés, le coefficient de flexibilité est suffisam­

ouvrages rigides par r a p p o r t au terrain

m e n t g r a n d (F > 20) p o u r q u e l'effet d'inter­

encaissant. Une valeur m o i t i é est r e c o m m a n ­

action sol-structure puisse ê t r e i g n o r é (Peck,

d é e p o u r des ouvrages souples.

1972). Dans ce cas, les distorsions subies par

b) V e l e t s o s (1994) : la f o r m u l e s'écrit :

le r e v ê t e m e n t p e u v e n t ê t r e raisonnablement

simple :

C e t t e valeur p o u v a n t être admise p o u r l'en­

c o n s i d é r é e s égales à celles du t e r r a i n n o n

semble des ressorts d ' i n t e r a c t i o n .

excavé.

La valeur p r o p o s é e p o u r les ressorts d'inter­ action p o u r l'analyse selon l'axe de l'ouvrage

5.2 - DETERMINATION DES COEFFICIENTS DE RAIDEUR Il existe diverses m é t h o d e s de d é t e r m i n a t i o n de ces coefficients de raideur q u i s o n t h o m o ­ gènes à des pressions.

C e t t e f o r m u l e est é g a l e m e n t censée s'appli­ q u e r à un o u v r a g e p a r f a i t e m e n t r i g i d e . c) Règles j a p o n a i s e s Les règles japonaises, p l u t ô t q u e de p r o p o ­ ser une f o r m u l e , p r é f è r e n t r e c o m m a n d e r un calcul préalable aux é l é m e n t s finis consistant

Pour les actions dans le plan de la section

à d é t e r m i n e r les réactions du terrain encais­

droite, des formules ont été d é v e l o p p é e s

s a n t sur l ' o u v r a g e p o u r u n d é p l a c e m e n t

-28­

t i e n t c o m p t e de l'intégration sur la hauteur de l'ouvrage, ainsi q u e de l'addition de l'in­ t e r a c t i o n sur les d e u x côtés a m o n t et aval. D ' o ù la valeur p r o p o s é e : K=G

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains" ANNEXE 6 COMPARAISONS ENTRE LES RECOMMANDATIONS RELATIVES

AUX CANALISATIONS ENTERREES ET CELLES PROPOSEES ICI POUR

LES OUVRAGES HORIZONTAUX, LES FORAGES ET LES PUITS

C A N A L I S A T I O N S ENTERREES (cf. c a h i e r 1 5 )

FORAGES

OUVRAGES HORIZONTAUX (présent document)

PUITS

Domaine d'application Clairement faible profondeur

Toutes profondeurs

Profond

Profond

Remblayée

Renforcés ou non après creusement

Cimentation des terrains «peu perturbés»

Renforcement du terrain et revêtement

Longueurs plus faibles

Longueur variable (10-1 m)

Reconnaissance géologique

Reconnaissance succincte et locale (logs)

Reconnaissance géologique

Grande longueur Données géologiques/ géotechniques Horizons géologiques Variés/cartographiés Pas de géotechnique

Reconnaissance géotechnique

Géophysique et qualitatif essentiellement

Reconnaissance géotechnique

Liquéfaction à analyser

Généralement pas de problème de liquéfaction

Pas de problème de liquéfaction

Pas de problème de liquéfaction sauf tête de puits

Mouvement de surface à considérer (glissements de terrain)

Surveillance de la subsidence

Mouvement de surface mais influence non fondamentale sauf positionnement de la tête

Analyse spécifique des têtes de puits

Failles actives a priori identifiées dispositions constructives possibles

Failles actives a priori identifiées et à éviter

Activité éventuelle inconnue - identification et disposition constructives «délicates»

Etude possible en cours de travaux ­ dispositions constructives possibles

Diamètre de l'étude «cana» 114.3* 1016 mm

Pas de limitation de diamètre

Gamme analogue

Gamme 2 m et plus

Sol dominant

Généralement rocher dominant

Rocher dominant

Rocher dominant

Chapitre sollicitation sismique dans cahier technique recommandations n° 15

Chapitre action sismique

Concepts réutilisables

Concepts réutilisables

Pas de détermination de C (= 1000 m/s)

Log sismique recommandé + chapitre Caractérisation du milieu hôte

C > 1000 m/s - log sismique recommandé

C > 1000 m/s - log sismique recommandé + étude géotechnique

Vérification tenue mécanique (§ 4 du cahier technique n° 15)

Vérification tenue mécanique (chapitre Calcul des effets de l'action sismique sur les ouvrages enterrés)

Concept réutilisable

Concept réutilisable si puits circulaire

Parties non droites étudiées

Parties non droites non modélisables actuellement

Parties non droites exceptionnelles

Les sorties de puits (jonction/recettes) sont des ouvrages particuliers

Def. Action sismique

Vérif. Tenue mécanique

D I S P O S I T I O N S C O N S T R U C T I V E S / T R A V E R S E E S D E FAILLES Disposition constructive simple par élargissement

Dispositions constructives adaptables

Elargissement envisageable mais coûteux et délicat, possibilité tube de production

Dispo constructive adaptable

Orientation/faille possible

Orientation/faille quelquefois possible

Pas de choix mais les failles horizontales sont exceptionnelles

Pas de choix mais les failles horizontales sont exceptionnelles

Points particuliers ancrage/ coudes déconseillés

Renforcement adapté par zone

Cimentation généralement linéaire

Renforcement adapté par zones est la règle

Accroissement d'épaisseur possible

Choix à finir entre ductilité et rigidification

Possibilité de ductilité accrue (tube de production)

Ductilité possible, zone et amplitude de déformation anticipable

Eviter les bétons pour la cimentation

Acier dans béton systématisé

Possibilité d'éviter les vissages (soudure impérative pour les casings cimentés)

Attention particulière aux changements de type de renforcement

Remblai contrôlable Soudures vérifiables

Attention particulière aux changements de types de renforcement

Conditions d'application rédigées

Conditions d'application rédigées

A revoir, non forcement typique du vertical

A revoir, non forcement typique du vertical

Préconisations et caractéristiques d'aciers définies

Pas de préconisations spécifiques des aciers

Caractéristiques d'aciers différentes des « canalisations»

Caractéristiques d'aciers différentes des «canalisations»

Inspections/réparations faciles

Inspections/réparations difficiles

Inspections/réparations difficiles

Inspections/réparations difficiles

llotage possible des réseaux

Sectionnements généralement

Vannes de sécurité fond possibles non envisagés

Sectionnements généralement non envisagés

-29­

âNNEXI 7 DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES VIS-A-VIS DU RISQUE SISMIQUE POUR LES OUVRAGES SOUTERRAINS ANNEXE

7.1

:

SYNTHESE

DES

REPONSES

AU

QUESTIONNAIRE

D'ENQUETE

MILIEU HOTE

DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES TYPE STRUCTURE

OUVRAGE ET Z O N A G E SISMIQUE NOM

TYPE

LONGUEUR

ANNEE

ZONAGE

CONSTRUCTION

SISMIQUE

ET C O M M E N T A I R E S

MILIEU HOTE

France (*) Tranchée c o u v e r t e de C A P d ' A I L ­

Ferroviaire

30 m

1996

II

Tufs et Eboulis

Tunnel c a d r e en B.A.25

L é g è r e a u g m e n t a t i o n du % a r m a t u r e s et j o i n t sismique à la t ê t e de l ' o u v r a g e (pas

MONACO

d e c o n t i n u i t é m é c a n i q u e d u B.A.) Tunnel de L A M B E S C ­

555 m

Ferroviaire

1996/1998

II

TGV Méditerranée Tunnels d ' A N N E C Y

Ferroviaire

T U N N E L SOUS L A M A N C H E

Tunnel p l e i n cintre

argiles marneuses

BA 32 non armé

1961

Ib

Tout-venant

Tranchée c o u v e r t e b é t o n

T379 m

1878/1880

lb

Molasse

Tunnel M a ç o n n e r i e

T260m

1878/1880

Ib

Molasse

Tunnel M a ç o n n e r i e

50 km dont

1986-1993

0

TC

i i g n e AIX - A N N E M A S S E O •

Calcaires

398 m

Pas d e d é g â t s c o n s t a t é s après s é i s m e d u 15/07/1996 d'Annecy (magnitude de - 5 )

Ferroviaire

2 t u b e s 0 7,60 m

Circulaire a v e c voussoirs

37 km sous

B.A et l o c a l e m e n t f o n t e

la M a n c h e

Dispositions c o n s t r u c t i v e s p o u r les équipements

1 galerie 0 4 , 8 0 m

surface Craie

Stations d u M E T R O D'ATHENES

Ferroviaire

16 m x 12 m

1995 -1998

Il (**)

1995 -1998

Il (**)

Schistes altérés

O v o ï d e b é t o n armé

A u c u n e influence

t r a n c h é e c o u v e r t e B.A.

A r m a t u r e s d i m e n s i o n n é e s par la c h a r g e

(voiles, p o t e a u , plancher)

d i s s y m é t r i q u e de la station semi e n t e r r é e

Voûte b é t o n coffré

A l é a sismique pris e n c o m p t e p o u r les

B 25 n o n a r m é

usines d e v e n t i l a t i o n aux d e u x t ê t e s

(station o v o ï d e ) 1 6 / 3 0 m x20m (station t r a n c h é e couverte) Tunnel d u S O M P O R T

Routier p l e i n cintre 7 5 m

8 597 m 2

1 9 9 4 ­ 1997

(2747+5850)

Ib

Pelites, grès

Schistes et calcaire

Dalle d e v e n t i l a t i o n B 35 a r m é e

Galeries minières d e K A M E S H I (Japon)

Ouvrage minier

~ 1000 m

Fer à cheval

sur 3 niveaux

D é b u t XIX ™

(140, 3 0 0 e t 6 0 0 m)

R e n s e i g n e m e n t s f o u r n i s par : C A M P E N O N - B E R N A R D , C E T U , SETEC, S N C F (*)

d é c r e t 9 1 - 4 6 1 a p p l i c a b l e aux o u v r a g e s de surface ;

-

(**)

e

règlement grec.

granodiorite

Section f e r à cheval Sans r e v ê t e m e n t

Pas de d i s p o s i t i o n s constructives

"Conception et la protection parasismiques des ouvrages souterrains" ANNEXE

7.2

:

PRINCIPES

ET

ILLUSTRATIONS

-31 ­

DE

DISPOSITIONS

CONSTRUCTIVES

"Conception et lo protection parasismiques des ouvrages souterrains"

figure 3a Coupe transversale du tunnel

-32­