Conception sismique
Avantages économiques des méthodes de conception avancées
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Des méthodes de conception avancées permettent de trouver des solutions économiques pour les palplanches dans les zones fortement sismiques
Les méthodes de conception sismique couramment utilisées sont encore considérées comme insatisfaisantes dans de nombreux cas, en particulier pour les structures de murs de quai acier, où l'application de ces approches de conception entrave un potentiel substantiel d'optimisation des coûts.
SENER, un groupe international d'ingénierie maritime basé en Espagne, a réalisé une étude pour mettre en évidence les principales caractéristiques de la conception avancée des rideaux de palplanches dans les zones fortement sismiques.
Cette étude utilise la méthode de conception dynamique basée sur la modélisation par éléments finis (FEM) et considère l'historique de l'accélération réelle comme une donnée sismique.
Brochure sur la conception sismique
Pour des directives détaillées sur la conception sismique des palplanches à l'aide de la modélisation par éléments finis (FEM), y compris la géométrie du modèle et les charges hydrodynamiques, consultez notre brochure complète et n'hésitez pas à contacter nos experts techniques pour obtenir de l'aide.
Les méthodes avancées de conception sismique permettent de réaliser jusqu'à 50 % d'économies
La première partie de l'étude utilise un cas de référence pour mettre en évidence les différents aspects à prendre en compte dans la conception dynamique à l'aide de la FEM, elle met en lumière les charges hydrodynamiques et leur impact sur la conception, en utilisant des modèles de dynamique des fluides numérique (CFD).
Il existe plusieurs modèles constitutifs du sol dans la littérature qui peuvent être utilisés dans un calcul dynamique par FEM. Les modèles qui décrivent le mieux le comportement du sol nécessitent généralement des paramètres numériques complexes qui ne sont pas toujours disponibles pour le concepteur. Le modèle constitutif Hardening Soil Small Strain (HSSmall) est cependant un bon compromis entre la complexité des paramètres et la précision des résultats.
Le modèle constitutif HSSmall présente les caractéristiques suivantes :
- Densification ;
- Rigidité en fonction des contraintes ;
- Historique des contraintes du sol ;
- Déformation plastique ;
- Dilatation ;
- Forte variation de la rigidité dans le domaine des petites déformations ;
- Relation contrainte-déformation élastique hystérétique et non linéaire (applicable dans la gamme des petites déformations).
Une étude paramétrique couvrant un large éventail de cas
La deuxième partie de l'étude compare la méthode de conception dynamique à la méthode pseudo-statique traditionnelle qui utilise la formule Mononobe-Okabe. La comparaison est effectuée au moyen d'une étude paramétrique portant sur onze cas. Les résultats sont présentés, commentés et analysés. Des conclusions sont finalement tirées sur les meilleures pratiques en termes de conception sismique des palplanches.
L'étude couvre 3 cas subdivisés en 11 sous-cas.
- Cas 1 : sol sableux dense, faible niveau d'accélération (0,10 g) et deux niveaux de fond de mer
- Cas 2 : sol sableux dense, deux niveaux d'action sismique : moyen (0,30 g) et élevé (0,40 g), et quatre niveaux de fond de mer
- Cas 3 : sol limoneux argileux, niveau d'accélération élevé (0,50 g) et un niveau de fond de mer
La conception pseudo-statique est réalisée à l'aide du logiciel de réaction élasto-plastique des fondations RIDO. L'action sismique est prise en compte en modifiant les coefficients de pression terrestre Ka et Kp sur la base de la formule bien connue Mononobe-Okabe. Il en résulte une augmentation de la pression active derrière le rideau et une diminution de la pression passive devant le rideau.
La conception dynamique est réalisée à l'aide du logiciel FEM Plaxis 2D. L'action sismique est prise en compte au moyen de signaux sismiques introduits au bas du modèle 2D.
Les signaux utilisés ont été ajustés aux spectres de la norme EN 1998-1 et mis à l'échelle de l'accélération maximale du sol (Peak Ground Acceleration, PGA) du cas étudié.
Tous les cas étudiés ont montré un potentiel d'optimisation substantiel lors de l'utilisation de la conception FEM. Les moments de flexion dans la conception pseudo-statique sont 40 % à 126 % plus élevés que dans la conception FEM. Si l'on considère les profils de palplanches respectifs, les économies de matériaux qui en résultent sont jusqu'à 28 % pour les tremblements de terre faibles à modérés (0,10 g) et jusqu'à 48 % pour les tremblements de terre forts (0,30 g-0,40 g).
Norme italienne NTC 2018
Après avoir mis en évidence la surestimation qui peut résulter de l'exécution de calculs pseudo-statiques à l'aide de la norme EN 1998-5, l'étude a analysé ce que la récente norme sismique italienne NTC 2018 a à offrir en la matière.
NTC 2018 suit la même philosophie que la norme EN 1998-5 pour les calculs pseudo-statiques mais introduit de nombreux amendements sur les paramètres définissant l'action sismique. Les principaux changements concernent le coefficient de réduction sismique qui tient compte, entre autres, de la déformabilité de la structure et de la déformabilité du sol. Dans la pratique, la NTC 2018 permet de réduire davantage le coefficient sismique pour les rideaux plus flexibles.
SENER a effectué les calculs pseudo-statiques en utilisant la NTC 2018 comme norme de référence pour le coefficient sismique. Les profils de palplanches obtenus étaient plus légers que ceux obtenus avec l'EN 1998-5, et plus proches de ceux des calculs FEM dynamiques.
Ces résultats confirment que l'Eurocode EN 1998-5 ne révèle pas le véritable potentiel des palplanches dans les zones sismiques. Ce potentiel peut être pleinement exploité grâce à des méthodes de conception avancées et à des normes plus récentes.
