2.3. Modélisation numérique de la stabilité des versants sous sollicitations dynamiques
2.3.4. Conséquences en termes de réglementation parasismique
A l’issue de cette analyse, les résultats des modélisations numériques ont été comparés avec la réglementation parasismique française PS92 sur les deux points suivants :
- les effets de site topographiques ; - les mouvements de versant.
2.3.4.1. Effets de site topographiques
“Hormis le cas où l’effet de la topographie sur le mouvement sismique est directement pris en considération au moyen d’un calcul dynamique basé sur une modélisation appropriée du relief, il est tenu compte d’un coefficient multiplicateur τ dit d’amplification topographique” (PS92). Ce coefficient topographique τ permet de définir le niveau d’accélération que l’on doit prendre en compte dans le calcul du dimensionnement d’une structure située sur ou à proximité d’un relief (paragraphe 1.4.6.4).
Les valeurs d’amplification maximale de l’accélération horizontale calculées pour des versants homogènes (Tierra Blanca) de hauteur et de pente variables ont été comparées aux valeurs de τ préconisées par la réglementation parasismique PS92. Les résultats sont présentés dans la figure 2-56 pour des versants de configurations topographiques variées.
(a) H = 25 m et α = 50° (b) H = 25 m et α = 60°
(c) H = 50 m et α = 50°
Figure 2-56 : Coefficient d’amplification topographique τ préconisé dans la réglementation parasismique française PS92 et amplification maximale de l’accélération horizontale simulée le long
de la surface d’un versant homogène (Tierra Blanca) de hauteur et de pente variables, soumis à un signal sismique Ricker de fréquence centrale égale à 1,2 ou 7,3 Hz. (a) H = 25 m et α = 50°, (b)
H = 25 m et α = 60° et (c) H = 50 m et α = 50°.
Cette figure montre que le niveau d’amplification topographique maximal τ =1,4 préconisé par la réglementation parasismique PS92 est largement supérieur aux valeurs d’amplification obtenues par le calcul dynamique. En revanche, on constate que, par rapport aux calculs, la réglementation sous-estime largement la distance en arrière de la crête sur laquelle les amplifications sont supérieures à 1, en particulier pour des talus de faible hauteur et de forte pente. En effet, la figure 2-56 montre que lorsqu’un versant de pente α = 60° est soumis à un signal sismique BF, des amplifications topographiques comprises entre 1 et 1,2 existent jusqu’à 125 m en arrière de la crête du versant. En aval de la crête du versant, les valeurs d’amplification obtenues par le calcul dynamique sont toujours inférieures aux valeurs de τ. Ces résultats ainsi que les observations de terrain faites notamment dans le village d’Armenia lors du séisme du 13/01/2001 au Salvador (paragraphe 1.4.6.4 et tableau 1-11) soulignent la
nécessité d’une réévaluation des distances a, b et c caractérisant la zone d’influence d’un talus.
2.3.4.2. Mouvements de versant
• Zone d’influence d’un talus en amont de la crête
D’après les règles parasismiques PS92, il est stipulé que “pour la recherche des surfaces de glissement, il y a lieu de considérer que la zone d’influence d’un talus s’étend conventionnellement en amont et en aval à trois fois la hauteur de ce dernier respectivement à compter de sa crête et de son pied”.
Les statistiques des valeurs de b, extension de la surface de rupture en amont de la crête du versant, ont montré que :
- lorsque H = 25 m et α = 50 ; 60 ou 70°, b ne dépasse pas 10 m soit 0,4*H où H représente la hauteur du versant (paragraphe 2.3.3.1) ;
- lorsque H = 75 m et α = 50°, b ne dépasse pas 15 m, soit 0,2*H (paragraphe 2.3.3.1) Ainsi, on peut en conclure que la réglementation parasismique PS92 est, sur ce point, très conservatrice.
• Calcul de stabilité par les méthodes pseudo-statiques et par les méthodes en déformations
Des calculs de stabilité des pentes en conditions pseudo-statiques ont été réalisés pour les différents modèles présentés dans le paragraphe 2.3.1.2. La réglementation parasismique française PS92 permet de définir les coefficients pseudo-statiques horizontal et vertical à prendre en compte dans le calcul du coefficient de sécurité pseudo-statique.
D’après la réglementation parasismique PS92, les versants tels que h1 ≥ 15 m modélisés dans
ce travail sont qualifiés de site S2 (paragraphe 1.5.2.1), ce qui conduit à prendre pour
coefficients pseudo-statiques horizontal et vertical les valeurs : kH =
g aN * 45 , 0 où a N représente l’accélération nominale (accélération au rocher : aN = 2*PGA du signal sismique incident) et kV = 0,3*kH.
La figure 2-57 donne les valeurs de Fdyn en fonction du PGA du signal sismique incident et
pour différentes configurations topographiques telles que h1 = 20 m. Cette figure montre que
pour un versant de hauteur H = 50 m et de pente α = 50° (Fstat = 1,32), la pente est instable
(Fdyn < 1) dès lors que le PGA du signal sismique incident est supérieur ou égal à 0,2 g. Or,
les modélisations numériques de stabilité des pentes sous sollicitations dynamiques réalisées avec le logiciel FLAC ont montré qu’une instabilité pouvait se produire pour un signal sismique Ricker de fréquence centrale égale à 1,2 Hz et de PGA égal à 0,1 g. Ainsi, une analyse basée sur le calcul du coefficient de sécurité pseudo-statique conduirait à sur-estimer la stabilité du versant dans ce cas. Le même phénomène est observé pour le versant de hauteur H = 25 m et de pente α = 60° (Fstat = 1,43). En revanche, dans le cas du versant de hauteur
H = 75 m et de pente α = 50° (Fstat = 1,17) et du versant de hauteur H = 25 m et de pente
α = 40° (Fstat = 2,07), les approches pseudo-statiques et le calcul en déformations conduisent
0 0,5 1 1,5 2 2,5 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 PGA du signal sism ique incident (g)
Fdyn Pente = 40° H = 25 m Pente = 50° H = 50 m Pente = 60° H = 25 m Pente = 50° H = 75 m Fdyn = 1
Figure 2-57 : Coefficient de sécurité pseudo-statique Fdyn en fonction du PGA du signal sismique
incident pour des versants tels que h1 = 20 m.
Ces résultats suggèrent que, dans le cas d’un signal sismique de faible PGA et lorsque le
coefficient de sécurité statique du versant est compris entre 1,2 et 2, le calcul du coefficient de sécurité pseudo-statique peut conduire à sur-estimer la stabilité. En revanche, dans le cas d’un signal sismique de fort PGA ou lorsque le coefficient de sécurité statique du versant est soit inférieur à 1,2, soit supérieur à 2, l’analyse basée sur le calcul du coefficient de sécurité pseudo-statique et le calcul en déformations produisent des résultats comparables.
CHAPITRE 3
MODELISATION NUMERIQUE DE LA STABILITE SOUS
SOLLICITATIONS DYNAMIQUES DE DEUX CAS REELS DE
VERSANTS AU SALVADOR ET AU KIRGHIZSTAN
Dans ce chapitre, nous présentons les résultats d’une étude de stabilité sous sollicitations dynamiques de deux cas réels de versants au Salvador (paragraphe 3.1) et au Kirghizstan (paragraphe 3.2). Ces versants ont été le siège d’instabilités de grande ampleur, en 2001 pour le Salvador (glissement de Las Colinas), et en 1992 pour le Kirghizstan (glissement de Suusamyr). L’objectif de ce travail est d’étudier le rôle joué par les effets de site lors du déclenchement de ces instabilités.