Stage - interaction sol-structure des structures fortement enterrées sous séisme – vers une approche plus réaliste

1. Sujet de stage

De nombreux bâtiments, en particulier dans le domaine du génie civil nucléaire, sont profondément enterrés pour des raisons d’exploitation et de sûreté. Lorsque ces bâtiments doivent être justifiés au séisme, des effets dynamiques s’ajoutent aux pressions statiques induites par le sol ou la nappe phréatique. Ces effets dynamiques sont de deux natures : effets inertiels (accélération du bâtiment) et effets cinématiques, à savoir les effets de la déformation du terrain, provoquée par l’onde sismique, sur les parois enterrées. Il est d’usage de traiter ces effets cinématiques comme des pressions supplémentaires (incréments dynamiques) agissant sur les parois enterrées du bâtiment considérées alors comme des parois de soutènement (approche du type Mononobe-Okabe). Or cette approche est bien souvent trop conservative et aboutit au paradoxe suivant : plus un bâtiment est enterré, moins il est stable sous l’effet du séisme. Afin de lever ce paradoxe et en vue d’optimiser la justification de ce type de bâtiment, une démarche plus rigoureuse de l’évaluation des effets cinématiques est recherchée au travers de ce stage.

2. Déroulement du stage

Dans un premier temps, le stagiaire effectuera une recherche bibliographique visant à bien comprendre et bien apprécier les effets cinématiques sur une structure enterrée, en particulier par la méthode de sous-structuration. Une revue des méthodes simplifiées proposée par la littérature, les guides de conception ou les règlements sera faite (par exemple Pais & Kausel pour la détermination des impédances des bâtiments encastrés + Mononobe-Okabe pour les effets cinématiques). Cette revue doit permettre de faire un constat clair de ce qui est attendu pour une bonne représentation des effets inertiels et cinématiques, de faire un état des lieux des pratiques usuelles dans l’ingénierie du génie civil et de montrer les limites de ces pratiques.

Dans un second temps, le stagiaire portera son attention sur la modélisation des effets cinématiques. Il mettra en place la méthodologie permettant de bien refléter ces effets, avec une application directe par un logiciel aux éléments finis : l’objectif est de déterminer les impédances le long des parois enterrées, de déterminer les pressions induites par une déformation de sol imposée par les ondes sismiques et de comparer les effets de ces déformations imposées à des pressions directement appliquées sur des parois enterrées (méthode Mononobe-Okabe par exemple). Une étude paramétrique sur la profondeur d’encastrement, la raideur relative structure / sol, le niveau sismique est envisagé pour déterminer les critères à partir desquels une interaction cinématique affinée devient nécessaire. Des outils seront développés pour caractériser l’interaction cinématique (raideur, amortissement, champ de déplacement imposé) qui sera intégrée à un modèle structurel.

[Nota : l’étendue de cette seconde partie pourra être adaptée en fonction de la durée du stage : 6 ou 12 mois en cas de césure]

Enfin, un guide de conception et de recommandations sera rédigé, qui permettra aux ingénieurs de décider de la meilleure méthodologie à adopter et d’appliquer les outils développés. Ce guide visera à proposer des alternatives aux dispositions que l’on peut rencontrer dans les guides de conception ou les règlements.

3. Encadrement

Le ou la stagiaire sera encadré(e) au quotidien par un ingénieur étude expérimenté maîtrisant la géotechnique, la dynamique des structures, les éléments finis. Il ou elle pourra également s’appuyer sur la direction technique de setec nucléaire, la direction scientifique de setec tpi et l’expertise de Terrasol.