Stage - analyses du décollement des radiers sous séisme

1. Sujet de stage

Les ouvrages nucléaires reposent sur des radiers de forte épaisseur en général, qui assurent la bonne transmission des charges au sol. Lors de la justification de ces ouvrages vis-à-vis du séisme, des modèles linéaires sont utilisés dans lesquels le sol est représenté par des ressorts fonctionnant aussi bien en compression qu’en traction. Or, sous l’effet des composantes horizontales et verticales du séisme, le radier peut être amené physiquement à décoller du sol, ce qui se traduit, de manière illégitime, par des tractions dans les ressorts modélisant le sol.

Des critères de proportion de ressorts de sol en traction (seuils) sont donnés par les différents règlements (USNRC, JEAC, RCC-CW) et recommandations internationales (AIEA) pour permettre le maintien d’un approche linéaire (avec des ressorts en traction). Au-delà de certains seuils de décollement du radier, une approche non linéaire est nécessaire. Ces seuils sont cependant des valeurs de compromis fondées sur l’expérience. En parallèle, des méthodes énergétiques permettent de réduire les efforts engendrés par le séisme en cas de décollement.

L’objectif du stage est d’explorer l’ensemble de ces seuils sur des bases théoriques, d’analyser les effets du décollement du radier sur le comportement dynamique de l’ouvrage (y compris les effets sur les équipements, au travers des spectres de planchers) et sur l’évolution des efforts dans la structure (y compris le radier), en tenant compte de la réduction des efforts sismiques liés au décollement et de proposer une méthodologie d’analyse sismique (analyse linéaire, analyse non linéaire pseudo-statique, analyse non linéaire temporelle).

2. Déroulement du stage

Dans un premier temps, le stagiaire effectuera une étude bibliographique sur les seuils de décollement au-delà desquels une approche non linéaire est nécessaire : les règlements américains (US NRC), japonais (JEAC), français (RCC-CW) seront en particulier analysés, ainsi que les éventuelles études, recherches et essais qui ont permis de fixer ces seuils. Les recommandations de l’AIEA en la matière seront également analysées.

Dans un second temps, le stagiaire analysera de manière théorique la réduction des efforts sismiques en fonction du taux de décollement de la fondation, pour deux types de section : une section circulaire et une section rectangulaire. Les profils de pressions dans le cadre d’un calcul linéaire et non linéaire seront analysés. Les études théoriques seront confrontées à une modélisation aux éléments finis. 4 types d’analyses seront menés :

- Une analyse linéaire (analyse modale spectrale) ;

- Une analyse non-linéaire pseudo statique sans réduction du moment ;

- Une analyse non-linéaire pseudo-statique avec réduction de moment ;

- Une analyse non-linéaire temporelle.

Le modèle sera soumis à des niveaux sismiques croissants et les différents types d’analyse seront comparés, permettant ainsi de confronter les seuils définis dans les différents règlements.

Dans un troisième temps, le stagiaire analysera de manière théorique les accélérations transférées aux différents niveaux d’un bâtiment modélisé par une poutre (brochette) dont la base sera encastrée avec une raideur dépendant du taux de décollement. Les équations du mouvement seront établies en tenant compte du taux de décollement du radier et résolues par un code informatique (Python, VBA).

Les résultats seront confrontés et étendus en 3D à un calcul aux éléments finis. Le modèle aux éléments finis sera soumis à un niveau sismique croissant et les spectres de plancher dans l’hypothèse linéaire et non-linéaire seront confrontés. Les seuils de validité de l’analyse linéaire pour l’établissement des spectres seront ainsi confrontés aux résultats.

Les outils développés dans le cadre du stage feront l’objet de manuels théoriques et d’utilisation. Un guide méthodologique sera établi.

3. Encadrement

Le ou la stagiaire sera encadré au quotidien par un ingénieur étude expérimenté maîtrisant les thèmes abordés par le sujet de stage. Il ou elle pourra également s’appuyer sur la direction technique de setec nucléaire et la direction scientifique de setec tpi.