Contribution à la Proposition d’une Nouvelle Approche de Calcul Sismique des Structures en Interaction avec le Sol (N2-ISS)

The purpose of this article is to contribute to the study of the seismic behavior of structures interacting with the ground and to offer new tools for the treatment of relevant problems, oriented towards the new seismic design philosophy of structures: the design performance-based design. The issue is part of the proposal for simplified models to address a complicated problem such as soil-structure interaction (ISS). The nonlinear behavior of the structure is determined by a capacitive approach based on the seismic performance such as the N2 method proposed by Peter Fajfar. In its original version, this method considers that the structure is fixed at its base, neglecting the ISS. Our contribution will be to make some modifications to this approach to introduce the effect of the soil on the nonlinear response.The purpose of this article is to contribute to the study of the seismic behavior of structures interacting with the ground and to offer new tools for the treatment of relevant problems, oriented towards the new seismic design philosophy of structures: the design performance-based design. The issue is part of the proposal for simplified models to address a complicated problem such as soil-structure interaction (ISS). The nonlinear behavior of the structure is determined by a capacitive approach based on the seismic performance such as the N2 method proposed by Peter Fajfar. In its original version, this method considers that the structure is fixed at its base, neglecting the ISS. Our contribution will be to make some modifications to this approach to introduce the effect of the soil on the nonlinear responseL’objectif de cet article est de contribuer à l’étude du comportement sismique des structures en interaction avec le sol et d’offrir de nouveaux outils pour le traitement de problèmes pertinents, orientés vers la nouvelle philosophie de conception parasismique des structures : la conception basée sur la performance (performance-based design). La problématique s’inscrit dans le cadre de proposition de modèles simplifiés afin d’aborder un problème compliqué tel que l’interaction sol-structure (ISS). Le comportement non linéaire de la structure est déterminé par une approche capacitive basée sur la performance sismique telle que la méthode N2 proposée par P. Fajfar. Dans sa version originale, cette méthode considère que la structure est encastrée à sa base, négligeant ainsi l’ISS. Notre contribution sera d’apporter quelques modifications à cette approche pour introduire l’effet du sol sur la réponse non linéaire

Proposal of the Multi-modal N2-SSI method to study higher modes effect on the nonlinear response of SSI system

The present study consists in describing and applying a new approach called N2-SSI Multi-modal to study the effect of higher modes on the nonlinear seismic response of soil structure interaction (SSI) systems. The two essential parameters in performance-based design considered in this study are lateral displacement and inter-story drift.  The proposed method consists in applying N2-SSI method (which takes into account only one vibration mode) to a considerable number of vibration modes. The results found were compared with those obtained by other methods to assess its reliability. We also showed through this approach, that it was not reasonable to take a single seismic behaviour factor for all modes.La présente étude consiste à décrire et appliquer une nouvelle approche nommée N2-ISS Multi-modale pour étudier l’effet des modes supérieurs sur la réponse sismique non linéaire des systèmes interaction sol-structure (ISS). Les deux paramètres essentiels dans la conception basée sur la performance considérés dans cette étude sont le déplacement latéral et le déplacement inter-étages. La méthode proposée consiste à appliquer la méthode N2-ISS (qui prend en compte un seul mode de vibration) à un nombre considérable de modes de vibration. Les résultats trouvés ont été comparés à ceux obtenus par d’autres méthodes pour évaluer sa fiabilité. Nous avons montré aussi à travers cette approche, qu’il n’était pas raisonnable de prendre un seul facteur de comportement sismique pour tous les modes.The present study consists in describing and applying a new approach called N2-SSI Multi-modal to study the effect of higher modes on the nonlinear seismic response of soil structure interaction (SSI) systems. The two essential parameters in performance-based design considered in this study are lateral displacement and inter-story drift.  The proposed method consists in applying N2-SSI method (which takes into account only one vibration mode) to a considerable number of vibration modes. The results found were compared with those obtained by other methods to assess its reliability. We also showed through this approach, that it was not reasonable to take a single seismic behaviour factor for all modes

Contribution à la Proposition d’une Nouvelle Approche de Calcul Sismique des Structures en Interaction avec le Sol (N2-ISS)

The purpose of this article is to contribute to the study of the seismic behavior of structures interacting with the ground and to offer new tools for the treatment of relevant problems, oriented towards the new seismic design philosophy of structures: the design performance-based design. The issue is part of the proposal for simplified models to address a complicated problem such as soil-structure interaction (ISS). The nonlinear behavior of the structure is determined by a capacitive approach based on the seismic performance such as the N2 method proposed by Peter Fajfar. In its original version, this method considers that the structure is fixed at its base, neglecting the ISS. Our contribution will be to make some modifications to this approach to introduce the effect of the soil on the nonlinear response.The purpose of this article is to contribute to the study of the seismic behavior of structures interacting with the ground and to offer new tools for the treatment of relevant problems, oriented towards the new seismic design philosophy of structures: the design performance-based design. The issue is part of the proposal for simplified models to address a complicated problem such as soil-structure interaction (ISS). The nonlinear behavior of the structure is determined by a capacitive approach based on the seismic performance such as the N2 method proposed by Peter Fajfar. In its original version, this method considers that the structure is fixed at its base, neglecting the ISS. Our contribution will be to make some modifications to this approach to introduce the effect of the soil on the nonlinear responseL’objectif de cet article est de contribuer à l’étude du comportement sismique des structures en interaction avec le sol et d’offrir de nouveaux outils pour le traitement de problèmes pertinents, orientés vers la nouvelle philosophie de conception parasismique des structures : la conception basée sur la performance (performance-based design). La problématique s’inscrit dans le cadre de proposition de modèles simplifiés afin d’aborder un problème compliqué tel que l’interaction sol-structure (ISS). Le comportement non linéaire de la structure est déterminé par une approche capacitive basée sur la performance sismique telle que la méthode N2 proposée par P. Fajfar. Dans sa version originale, cette méthode considère que la structure est encastrée à sa base, négligeant ainsi l’ISS. Notre contribution sera d’apporter quelques modifications à cette approche pour introduire l’effet du sol sur la réponse non linéaire

Sensitivity Analysis of Uncertain Material RC Structure and Soil Parameters on Seismic Response of Soil-Structure Interaction Systems

In seismic performance based design context, engineers are faced to a difficult task to estimate the response of soil-structure interaction (SSI) systems. To accomplish this task successfully, all sources of random and epistemic uncertainties should be taken into account. However, the uncertain parameters have not the same influence on the model response; a sensitivity analysis is therefore required. This article treats the two following aspects: the first one is to perform a sensitivity analysis on all the parameters in order to study their influence on the structural response. The uncertainties effect is done by studying the sensitivity of the maximum structure displacement towards the used materials parameters variation (fc’, εc0, εcu, Es, fsy, α, εsu, A, ξ) and soil properties (ξg, ν) on the SSI seismic response. This study consists of determining, quantifying and analyzing how the outputs of the N2-SSI model are affected by input variables fluctuations. The second aspect is analysing the SSI system response by considering the correlation between the parameters (shear wave velocity and soil damping) and the influence of the lack knowledge of the uncertainties due to this correlation. The results of the sensitivity analysis indicate that the response of the structure is very sensitive to the concrete and steel parameters for larger values of the shear wave velocity. While, the soil damping and Poisson's ratio in the case of soil with shear wave velocity of 90 m/s, are the main inputs with the greatest influence on the maximum displacement output

Proposal of the Multi-modal N2-SSI method to study higher modes effect on the nonlinear response of SSI system

The present study consists in describing and applying a new approach called N2-SSI Multi-modal to study the effect of higher modes on the nonlinear seismic response of soil structure interaction (SSI) systems. The two essential parameters in performance-based design considered in this study are lateral displacement and inter-story drift.  The proposed method consists in applying N2-SSI method (which takes into account only one vibration mode) to a considerable number of vibration modes. The results found were compared with those obtained by other methods to assess its reliability. We also showed through this approach, that it was not reasonable to take a single seismic behaviour factor for all modes.La présente étude consiste à décrire et appliquer une nouvelle approche nommée N2-ISS Multi-modale pour étudier l’effet des modes supérieurs sur la réponse sismique non linéaire des systèmes interaction sol-structure (ISS). Les deux paramètres essentiels dans la conception basée sur la performance considérés dans cette étude sont le déplacement latéral et le déplacement inter-étages. La méthode proposée consiste à appliquer la méthode N2-ISS (qui prend en compte un seul mode de vibration) à un nombre considérable de modes de vibration. Les résultats trouvés ont été comparés à ceux obtenus par d’autres méthodes pour évaluer sa fiabilité. Nous avons montré aussi à travers cette approche, qu’il n’était pas raisonnable de prendre un seul facteur de comportement sismique pour tous les modes.The present study consists in describing and applying a new approach called N2-SSI Multi-modal to study the effect of higher modes on the nonlinear seismic response of soil structure interaction (SSI) systems. The two essential parameters in performance-based design considered in this study are lateral displacement and inter-story drift.  The proposed method consists in applying N2-SSI method (which takes into account only one vibration mode) to a considerable number of vibration modes. The results found were compared with those obtained by other methods to assess its reliability. We also showed through this approach, that it was not reasonable to take a single seismic behaviour factor for all modes

Sensitivity Analysis of Uncertain Material RC Structure and Soil Parameters on Seismic Response of Soil-Structure Interaction Systems

In seismic performance based design context, engineers are faced to a difficult task to estimate the response of soil-structure interaction (SSI) systems. To accomplish this task successfully, all sources of random and epistemic uncertainties should be taken into account. However, the uncertain parameters have not the same influence on the model response; a sensitivity analysis is therefore required. This article treats the two following aspects: the first one is to perform a sensitivity analysis on all the parameters in order to study their influence on the structural response. The uncertainties effect is done by studying the sensitivity of the maximum structure displacement towards the used materials parameters variation (fc’, εc0, εcu, Es, fsy, α, εsu, A, ξ) and soil properties (ξg, ν) on the SSI seismic response. This study consists of determining, quantifying and analyzing how the outputs of the N2-SSI model are affected by input variables fluctuations. The second aspect is analysing the SSI system response by considering the correlation between the parameters (shear wave velocity and soil damping) and the influence of the lack knowledge of the uncertainties due to this correlation. The results of the sensitivity analysis indicate that the response of the structure is very sensitive to the concrete and steel parameters for larger values of the shear wave velocity. While, the soil damping and Poisson's ratio in the case of soil with shear wave velocity of 90 m/s, are the main inputs with the greatest influence on the maximum displacement output

Optimisation des campagnes d'inspection dans le cadre de processus stochastiques de dégradation

L’avènement des sociétés modernes a vu la construction de nombreuses structures et infrastructures telles que les ponts, les centrales nucléaires ou bien les bâtiments à usage d’habitation. Ces structures en béton armé sont désormais vieillissantes, et la gestion de leur suivi pour assurer et garantir leur sûreté et leur pérennité devient un véritable challenge économique. Il est désormais nécessaire d’optimiser les plans d’inspection et de maintenance pour la viabilité de ces structures. En considérant différents types de processus de dégradation, comme la pénétration des ions de chlorure ou la carbonatation du béton, il est possible de prédire l’évolution de la dégradation. Pour cela, des indicateurs de dégradations sont construits à partir de méta-modèles probabilistes de type markoviens. Ces prévisions de la dégradation visent à optimiser les processus d’inspection de ces structures à l’aide d’évaluations ou de contrôles non-destructifs (END ou CND), déclenchées à partir d’un niveau seuil de fiabilité de la structure. Les effets des inspections, et des maintenances qui en découlent, peuvent être introduits dans le processus de dégradation Markovien, tout en prenant en compte les erreurs liées aux CND. A la date d’inspection, les résultats seront utilisés afin de mettre à jour les prévisions de dégradations, toujours en considérant les imprécisions inhérentes au moyen de mesure. En associant les gestionnaires d’ouvrages dans le choix des indicateurs de dégradations, cette méthode résultera en un processus décisionnel complet permettant de rationaliser les coûts de suivi de leurs parcs d’ouvrages

Influence de la variabilité spatiale du sol sur les structures voisines d'un ouvrage de soutènement

La maîtrise du dimensionnement des ouvrages géotechniques (enterrés ou semi-enterrés) est conditionnée par une bonne compréhension et modélisation de l'interaction de ces ouvrages avec leur environnement proche. Elle implique une parfaite connaissance de l'ensemble des paramètres pouvant affecter cette interaction. Les paramètres géotechniques sont souvent sources d'incertitudes. Nous nous intéressons dans le cadre de cette communication au comportement des rideaux de palplanches (ouvrages de soutènement flexibles) et à son influence sur un ouvrage longitudinal voisin (e.g. une semelle filante d'un bâtiment). Dans la pratique actuelle (EUROCODE 7 [1]), ces ouvrages de soutènement sont dimensionnés uniquement en section transversale et ne tiennent pas compte de la dimension longitudinale. A cela s'ajoute également, la prise en compte forfaitaire des effets liés à la variabilité du sol par des coefficients partiels de sécurité sans tenir compte de la variabilité spatiale de ses propriétés. L'objectif de la présente communication vise à apporter quelques éléments de compréhension des effets liés à : la dimension du problème par une analyse du comportement tridimensionnel (calcul combinant les aspects transversaux et longitudinaux) du rideau de palplanche et de l'interaction mutuelle entre ce rideau et l'ouvrage longitudinal voisin. la variabilité spatiale des propriétés du sol sur le comportement mécanique de ces ouvrages. La démarche suivie est organisée en deux phases : La construction du modèle numérique, qui intègre l'interaction Rideau de palplanche?Sol?Structure, est abordée de la manière suivante : prise en compte de la dimension longitudinale de la structure : la méthode MISS-CR-PLQ (méthode d'interaction sol structure par les coefficients de réaction par plaque) où l'interaction entre le sol et le soutènement est considérée au travers d?un modèle de plaque sur appuis élasto-plastiques, facilitant l'intégration de la dimension longitudinale de l'ouvrage dans le calcul global ; évaluation du tassement en amont de l'ouvrage : il est évalué par des expressions semi-analytiques telles que celles proposées par Bowles 1986 [2] ; le principe consiste à déterminer tout d'abord le déplacement latéral (horizontal) de la paroi par un calcul numérique (réalisé avec la méthode MISS-CR par exemple) puis d'en déduire le tassement en amont du soutènement ; interaction entre deux structures voisines : l'interaction entre le sol et la structure voisine est modélisée par la méthode des coefficients de réaction et intègre les effets liés au déplacement du rideau lesquels sont considérés comme des déplacements imposés à cette structure. La variabilité spatiale des propriétés du sol est associée au modèle développé précédemment. L'approche suivie consiste à caractériser cette variabilité par des champs aléatoires générés par des méthodes bidimensionnelles utilisées en géotechnique, par exemple : la méthode CE (Circulant Embedding), ou la méthode LAS (Local Average Subdivision). L'influence de quelques paramètres statistiques (l'écart type, la corrélation croisée entre paramètres géotechniques, comme la cohésion et l'angle de frottement), ainsi que les longueurs de corrélation horizontale et verticale des différents paramètres géotechniques considérés sera étudiée. Les résultats sont exprimés d'une part, en termes de fonctions de répartition des principales grandeurs physiques d'intérêt (les moments fléchissants, l'effort tranchant et les déplacements), et d'autre part, sous la forme de probabilités de défaillance évaluées à partir des fonctions d'état limite ultime (structurelle et géotechnique). [1] NF EN 1997-1. Eurocode 7 : Calcul géotechnique. Norme française. Afnor. [2] Bowles 1988, Foundation design and analysis, 4th Ed., McGraw-hill Book Company, New York, USA

Identification of key determinants of geo-mechanical behavior of an instrumented buried pipe

The instrumentation of extended buried structures provides access to a better understanding of the mechanisms that control the behavior of these structures and those that can affect their durability and lead to their deterioration. In this paper, the follow-up of a new installed and instrumented buried reinforced concrete pressurized pipe is presented. A sensor-enabled geotextile is used in this project to measure ground strains along the new pipeline. The monitoring data let to identify some key determinants as the spatial structure of soil to assess the behavior of the structure under certain loading conditions. A case study illustrates a bidimensional geo-mechanical finite element model of a buried pipeline. A spatial variability approach coupled to the mechanical model allows assessing the risk a pipe presents during operational service at a given time with respect to predefined limit state performance criteria

Comportement d'un mur à ossature bois sous sollicitations dynamiques

Améliorer la connaissance du comportement des maisons à ossature bois sous action dynamique dans le but d’optimiser leur dimensionnement avec un niveau de fiabilité conforme aux codes normatifs (EC5, EC8), est un enjeu important. Une voie possible de dimensionnement répondant à ces exigences est la Méthode Spectrale Non-Linéaire (Fajfar, 2000) dont les avantages en gains de temps sont manifestes comparativement à une analyse classique temporelle, tout en restant suffisamment 'riche' pour reproduire les mécanismes potentiels majeurs de dissipation d’énergie activés lors d’un séisme. On se propose dans cette communication de présenter les résultats obtenus par la Méthode Spectrale Non-Linéaire appliquée à l'analyse du comportement d'un élément de mur à ossature bois sous une action sismique connue afin de prédire son déplacement en tête. La loi de comportement de cet élément est obtenue par idéalisation bilinéaire de la courbe enveloppe des essais cycliques qui diffère d'une courbe obtenue à partir d'un chargement monotone. Différentes méthodes de détermination du seuil de plasticité d'une loi de comportement idéalisée ont été examinées. Afin également de mieux appréhender le comportement parasismique de ces murs à ossature bois ainsi que l’impact du choix du type de panneau de contreventement des essais dynamiques sur table vibrante ont été menés au sein du FCBA. Les déplacements en tête de mur simulés sont comparés aux déplacements relevés durant les essais sur table vibrante. Les constatations et observations suivantes ont pu être mises en évidence: • Les déplacements en tête de mur sont assez bien reproduits par la Méthode Spectrale Non-linéaire, • Les efforts sismiques à la base des murs sont convenablement reproduits, • le modèle d'établissement de la loi de comportement idéalisée a une influence conséquente sur le point de performance, • la modélisation du facteur de comportement utilisé dans l'Eurocode 8 demeure un point nodal dans la modélisation et nécessitera des développements ultérieurs