Thèse soutenue

Analyse numérique de l’interaction des ondes de Rayleigh en surface avec des barrières sismiques et des champs de pieux prenant en compte le comportement élastoplastique du sol

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Auteur / Autrice : Aleksandr Dudchenko
Direction : Daniel DiasSergey Kuznetsov
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
Date : Soutenance le 20/12/2018
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE) en cotutelle avec Université d'État Lomonossov de Moscou (Moscou, Russie)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sols, solides, structures - risques (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Marwan Sadek
Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Brûlé, Christophe Dano
Rapporteurs / Rapporteuses : Marwan Sadek, Jean-François Semblat

Résumé

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Le travail présent est axé sur la simulation numérique et l'analyse de l'interaction des ondes de surface de Rayleigh avec des barrières sismiques verticales (murs souterrains, écrans, tranchées, etc.) ainsi que des champs de pieux dans des modèles de matériaux mécaniques élastiques et plastiques linéaires. Le but de la recherche est d'estimer le degré de protection que les barrières verticales et les champs de pieux fournissent contre les vibrations transférées par les ondes de surface de Rayleigh et générées par diverses sources. L'idée principale de ce type de protection est d'éviter que les ondes sismiques ne transmettent l'énergie des vagues dans la zone protégée, diminuant les amplitudes de déplacements, les vitesses et les accélérations aux points situés derrière la barrière (champ de pieux). Les principaux complexes sans dimension sont formulés. L'attention est portée sur les ondes de Rayleigh car elles peuvent être générées à la fois par des sources de vibrations externes (situées à la surface de la Terre) et internes (situées sous la surface de la Terre) et ses ondes peuvent transmettre une portion significative de l’énergie de source de la vibration.Premièrement, des simulations numériques de l'interaction des ondes de Rayleigh avec les barrières sismiques verticales et les champs de pieux sont effectuées en supposant que le sol et les matériaux de barrière se comportent conformément à la loi de comportement linéaire élastique. Cela concerne les vibrations qui induisent des contraintes de cisaillement dans le sol n'excédant pas 0.00001 lors de leur propagation. Les principaux complexes sans dimension sont formulés sur cette base. Des paramètres géométriques et mécaniques de la barrière (champ de pieux) déterminant l'effet de réduction de vibration sont identifiés. Les résultats obtenus révèlent la validité de cette onde de protection contre les vibrations. En outre, l’approche de l’optimisation de la barrière sismique verticale (qui peut également être étendue au champ de pieux) est adoptée sous forme de différences finies pour des conditions de sol particulières et une fréquence de vibration de conception.Plusieurs modèles de comportement du sol sont analysés et leur validité, ainsi que l'applicabilité à l'approximation du comportement dynamique réel du sol, ainsi que le mécanisme de dissipation d'énergie des vibrations, sont identifiés. Sur la base de cette analyse, modèle de Mohr-Coulomb a été choisie car elle dispose d’une base de données expérimentale étendue pour divers sols et reflète de manière appropriée la réduction du module de cisaillement avec l’augmentation de la contrainte de cisaillement ainsi que les effets de dissipation d’énergie. Par la suite, ce modèle est utilisé dans l'analyse de l'interaction des ondes de Rayleigh avec les barrières verticales et les champs de pieux, en tenant compte du caractère non linéaire de la déformation du sol à différents niveaux de déformation de cisaillement. En conséquence, l'influence du niveau de contrainte de cisaillement sur l'efficacité des moyens de protection contre les vibrations considérés est démontrée et les conditions appropriées pour utiliser ces méthodes sont identifiées dans le cadre de cette recherche.