Conception sismique des palplanches. Dépliant | 2021

Solutions innovantes de conception sismique pour des infrastructures durables en palplanches

Excellente performance des palplanches sous charge sismique

Les palplanches en acier sont largement utilisées pour la construction de diverses structures : murs de quai et brise-lames dans les ports, renforcement des berges des rivières et des canaux, infrastructures urbaines telles que les passages souterrains, ainsi que les systèmes de protection contre les risques naturels à l'échelle mondiale. Les palplanches sont également utilisées dans les zones sismiques et ont démontré leur bonne performance en cas de tremblement de terre.

Le Chili est le pays qui a subi les plus grands séismes jamais enregistrés, dont celui du Maule, d'une magnitude de 8,8, qui a frappé la côte Pacifique en 2010. Bon nombre des séismes qui ont frappé le Chili au cours de la dernière décennie ont causé de graves dommages aux ports en béton du pays. Le port de Mejillones, construit en 2003 à l'aide de parois combinées HZ/AZ pour le quai et de palplanches à ame droite AS 500 pour le brise-lames, n'a subi aucun dommage lors de nombreux séismes violents d'une magnitude allant jusqu'à 7,7. Toutes les parties impliquées dans ce projet (autorité portuaire, consultant, entrepreneur et université technique) ont convenu que ce port est un exemple parfait de l'efficacité des structures flexibles en palplanches dans des conditions sismiques extrêmes.

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Une étude paramétrique couvrant un large éventail de cas

Des études numériques et des expériences physiques (essais en centrifugeuse) ont montré que ces méthodes de conception conventionnelles surestiment les charges sur les murs de soutènement, en particulier dans le cas de murs flexibles. La norme EN 1998-5 permet de réduire l'action sismique en fonction des déplacements acceptables, grâce à un facteur de réduction « r », mais ce facteur est principalement destiné aux murs gravitaires et ne permet aucune réduction pour les murs ancrés, y compris les rideaux de palplanches malgré leur propriété inhérente de ductilité.

Aujourd'hui, de puissants outils de conception utilisant la modélisation par éléments finis (FEM) permettent des calculs dynamiques capables de prédire avec précision le comportement des murs de soutènement soumis à différentes charges sismiques.

Des méthodes avancées de conception sismique permettent jusqu'à 50 % d'économies

L'étude a pris en compte 11 cas présentant différentes conditions de sol, accélérations sismiques et profondeurs d'eau (voir tableau) afin de tirer des conclusions claires sur les avantages et les inconvénients de chaque méthode de conception.

La conception pseudo-statique est réalisée à l'aide du logiciel de réaction élasto-plastique du sol RIDO. L'action sismique est prise en compte en modifiant les coefficients de pression des terres Ka et Kp sur la base de la formule bien connue de Mononobe-Okabe. Il en résulte une augmentation de la pression active derrière le mur et une diminution de la pression passive devant le mur.

Une prise en compte adéquate des charges hydrodynamiques est nécessaire pour obtenir une solution économique

La pratique courante pour tenir compte des charges hydrodynamiques consiste à considérer une charge pseudo-statique calculée à partir de la norme EN 1998-5 (formule de Westergaard). Cela se traduit par la prise en compte d'une charge permanente exercée par l'eau, pendant toute la durée du séisme, sur le quai soumis aux vibrations. SENER a réalisé des calculs FEM et CFD (Computational Fluid Dynamics) afin de mesurer l'incidence des charges hydrodynamiques sur un rideau de palplanches pendant le mouvement sismique.

Les calculs CFD ont pris en compte les interactions sol-fluide dans le cadre d'analyses dynamiques. La charge hydrodynamique calculée à un instant « t » du séisme correspondait très bien à la charge de Westergaard calculée avec l'accélération sismique à ce même instant. Cela signifie que la charge hydrodynamique mentionnée dans la norme EN 1998-5, qui utilise l'accélération maximale du sol, représente l'enveloppe supérieure des charges hydrodynamiques.

La norme italienne NTC 2018 récompense la flexibilité des palplanches selon un proverbe tanzanien

Après avoir mis en évidence la surestimation pouvant résulter de l'utilisation de calculs pseudo-statiques selon la norme EN 1998-5, l'étude a analysé ce que la récente norme sismique italienne NTC 2018 a à offrir en la matière.

La norme NTC 2018 suit la même philosophie que la norme EN 1998-5 pour les calculs pseudo-statiques, mais introduit de nombreuses modifications 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 norme NTC 2018 permet une réduction supplémentaire du coefficient sismique pour les murs plus flexibles.

SENER a réalisé 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 la norme EN 1998-5 et plus proches de ceux obtenus par des calculs FEM dynamiques.