Les approches à
partir des modifications du comportement du sol dépendent du
phénomène auquel on s'intéresse. On trouve
:
Evaluation
des surpressions interstitielles. (sables et
limons)
Evaluation du ramollissement en fonction du nombre de
cycles
Effet du pré-cisaillement sur la résistance
d’un sol sableux.
Ces méthodes
sont appelées à être plus utilisées car les
règlements de construction intègrent de plus en plus des
conditions parasismiques à vérifier. (Faure et al.,
1996)
Prise en compte de
la liquéfaction.
Lorsqu'un sol est
soumis à un séisme, les sollicitations sismiques sont
extrêmement rapides. La perméabilité des sols n'est
en général pas suffisante pour permettre un drainage, le
comportement est non drainé. Le volume d'eau dans le sol reste
donc constant au cours du séisme, pendant que le sol varie en
volume. Si le sol a tendance à se contracter, les vides
diminuent de volume et donc cherchent à expulser l'eau de
leurs pores. Il en résulte une surpression interstitielle
positive. Cette génération de pressions interstitielles
entraîne une diminution de la contrainte effective. Pour les
sables, si cette contrainte s'annule, la résistance au
cisaillement devient elle aussi nulle et le comportement est
identique à celui d'un fluide, il y a liquéfaction du
sol. Dans la majorité des cas, le glissement apparaît
après le séisme.
Dans les
méthodes pseudo-statiques actuelles, cette partie du
comportement des sols est totalement occultée puisque la
pression interstitielle u est calculée de manière
hydrostatique et est prise constante. Afin de tenir compte de la
variation de pression interstitielle une étude
réalisée par l’école Centrale de Paris pour le
barrage du Clou en Savoie peut servir d’exemple. Des essais
triaxiaux, avec mesure de le pression interstitielle, ont
été réalisés sur des échantillons de sable
et d'argile constituant le barrage. Les résultats sont
représentés par deux graphes qui relient l'accroissement
de pression interstitielle avec le nombre de cycles de
sollicitations, l'état de contrainte dans le sol et le
déviateur de cisaillement (en abscisse N le nombre de cycles,
en ordonnée le rapport du déviateur de cisaillement sur
la contrainte effective ). .
Pour exploiter ces
résultats, il faut utiliser la notion de sollicitations
équivalentes à un séisme, développée par
les chercheurs californiens. Le nombre de cycles équivalent
est ainsi un paramètre relié à la magnitude du
séisme et le cisaillement équivalent est fonction de
l'accélération maximale du séisme.
Détermination des pressions
interstitielles induites par un séisme.(voir figures du
haut)
La méthode des
perturbations qui fournit, par un premier calcul en statique une
bonne approximation des contraintes permet l’interpolation du
paramètre Du dans
les tableaux fournis. Une fois la détermination de
l'accroissement de pression interstitielle effectuée, un
calcul est réalisé en statique avec comme nouvelle valeur
de la pression interstitielle la somme de la pression hydrostatique
et de l'accroissement précédemment obtenu. Le coefficient
de sécurité est, bien sûr, plus faible.
Les courbes
expérimentales du barrage du Clou ont été
utilisées et sont présentées ci- dessus, mais il est
possible de déterminer d’autres courbes
expérimentales pour le sol que l'on désire
étudier.
Autres
effets.
Des études
récentes du comportement des sols sous sollicitations
sismiques ont permis de mettre en évidence un certain nombre
de caractéristiques propres au comportement cyclique par
rapport au comportement statique. En effet, la résistance au
cisaillement cyclique d'un sol n'est jamais égale à sa
résistance statique. Divers facteurs la modifient, les plus
importants sont l'effet de fatigue, l'effet du taux de
déformation et l'effet du précisaillement.
L'effet de fatigue
traduit le fait que la résistance au cisaillement diminue avec
le nombre de cycle de sollicitations. L'accumulation de cycles
d'amplitude inférieure à la résistance statique peut
ainsi causer la rupture.
L'effet du taux de
déformation ou effet de fréquence n'est visible que pour
les argiles sollicitées à haute fréquence quand la
vitesse de sollicitation est considérablement plus
élevée que pour des essais monotones. Par exemple,
Lefebvre et Pfendler (1991) ont réalisé des essais
cycliques et monotones de cisaillement simple à volume
constant sur des échantillons d'argile. Les essais monotones
ont été effectués à un taux de déformation
angulaire constant de 2.1%/h, pour les essais cycliques avec une
amplitude cyclique suffisante pour provoquer la rupture du sol lors
du premier cycle le taux de déformation atteignit 4000%/h,
2000 fois plus que pour les essais monotones. Une augmentation du
taux de déformation augmente la résistance cyclique. On
note une hausse de 12 % de la résistance en moyenne à
chaque fois que le taux de déformation est multiplié par
10. Cet effet traduit le fait que la résistance augmente
lorsque la sollicitation est rapide.
L'effet du
pré-cisaillement, enfin, se manifeste par le fait que la
résistance cyclique au cisaillement non drainé est
sensible à l'état initial des contraintes de cisaillement
dans le sol. Dans le cas de l'argile un pré-cisaillement
diminue la résistance cyclique, il en est de même dans le
cas des sables lâches mais il l'augmente pour un sable dense.
Cet effet a fait l'objet d'une étude récente par Lefebvre
et al. (1991, 1993).
Faure et al.
présentent deux modes de calcul prenant en compte ces aspects
ont été élaborés. Dans le premier mode de
calcul, pour tenir compte du pré-cisaillement, les
données introduites sont le nombre de cycles du séisme et
la valeur du coefficient sismique. L'état de cisaillement
initial du sol est obtenu directement par le programme par
l’usage de la méthode des perturbations en calcul
statique. La nouvelle valeur de la résistance à prendre
en compte le long de la courbe de rupture est obtenue à l'aide
des courbes expérimentales de Lefebvre et Pfendler (1991) pour
les argiles et Lefebvre et Rahal (1993) pour les
sables.
Dans le second mode
de calcul, les données nécessaires sont aussi le nombre
de cycles du séisme et la valeur du coefficient sismique. A
l'aide de courbes expérimentales comme celle d' Andersen et al
(1976). pour l'argile de Drammen ou celle de DeAlba et al
(1976) pour un sable, il est possible de déterminer les
nouvelles valeurs de la résistance à prendre en compte le
long de la courbe de rupture. Le calcul est ensuite effectué
avec des conditions post-sismiques c'est à dire avec un
coefficient sismique nul (statique) et des paramètres de
résistance modifiés. L’endommagement du sol est
ainsi pris en compte.
Argile de
Drammen
Chute de la
résistance non drainée suivant le nombre de
cycles.
Ces aspects seront
présentés plus loin à travers deux exemples de talus
ayant connus un glissement suite à un tremblement de terre: Il
s'agit du talus de Sainte-Thècle au Québec soumis au
tremblement de terre du Saguenay en 1988 et du talus amont du
barrage de San Fernando ayant glissé après le séisme
de Californie en 1971.
1. Définition d'un séisme
