Objectifs du projet de recherche et méthodologie

Le projet de recherche présenté dans le cadre de ce projet porte sur l’étude théorique et expérimentale du comportement des piles de ponts sous l’effet bidirectionnel des mouvements sismiques. L’objectif général est de valider les exigences de conception parasismique relatives aux piles de ponts dans le cas de sollicitations sismiques bidirectionnelles, avec un intérêt particulier dans la différence de la demande anticipée par des tremblements de terre attendus dans les régions de l’est et de l’ouest de l'Amérique du Nord. Plus spécifiquement, les objectifs du projet sont divisés en trois parties, correspondant chacune aux objectifs spécifiques des trois articles soumis à des revues avec comité de lecture et présentés en Annexes A à C.

1.2.1 Objectifs spécifiques de l’article 1

Les objectifs spécifiques de l’article 1 présenté en Annexe A (Première partie du projet) sont : (a) Évaluer analytiquement la validité et la fiabilité de la règle de combinaison des 30% pour

les piles de ponts en tenant compte explicitement de l’interaction des réponses dans les deux directions.

(b) Identifier les caractéristiques structurales des ponts pouvant avoir une influence importante sur la règle du pourcentage.

(c) Mettre en évidence les différences possibles entre les séismes de l’est et de l’ouest du Canada et identifier les caractéristiques des séismes anticipés dans ces deux régions pouvant influencer de manière significative la règle du pourcentage.

(d) Vérifier si l’utilisation, dans le cadre d’une analyse bidirectionnelle, de deux réalisations d’un même séisme artificiel constituait une représentation réaliste de deux composantes orthogonales d’un séisme historique.

Dans le cadre de cette partie du projet, deux séries d’analyses dynamiques élastiques ont été réalisées sur un ensemble de neuf (09) modèles de ponts réguliers ayant des caractéristiques géométriques variables, et ce pour deux (02) régions sismiques du Canada : Montréal, Québec, et Vancouver, Colombie-Britannique. La première série consiste en des analyses dynamiques transitoires et vise à déterminer la réponse sismique critique exacte (Mx, My) à la base des piles de ponts sous l’action simultanée des composantes horizontales des mouvements sismiques. Dans la deuxième série d’analyses dynamiques, les spectres d’accélération des composantes horizontales des mouvements sismiques sont utilisés dans le cadre d’une analyse dynamique spectrale visant à déterminer séparément les réponses maximales selon les deux directions principales des piles de ponts. Les réponses critiques des piles de ponts sous l’action simultanée des composantes horizontales du mouvement sismique sont ensuite estimées en combinant les réponses maximales obtenues dans les deux directions selon la règle des 30%. La comparaison des réponses exactes et estimées permettra d’une part de vérifier la capacité de la règle de combinaison des 30% à prédire adéquatement la réponse sismique bidirectionnelle dans le cas des piles de ponts et d’autre part d’identifier éventuellement les caractéristiques de la structure et du mouvement sismique ayant une influence importante sur la règle de combinaison.

1.2.2 Objectifs spécifiques de l’article 2

Les objectifs spécifiques de l’article 2 présenté en Annexe B (Deuxième partie du projet) sont : (a) Proposer une nouvelle règle de combinaison simple dont le pourcentage dépend de la

région sismique et des caractéristiques influentes du pont identifiées dans la première partie du projet.

(b) Évaluer analytiquement la validité de la règle de combinaison proposée pour les deux régions sismiques considérées.

(c) Évaluer analytiquement le comportement non linéaire de ponts conçus à l’aide de la règle de combinaison proposée.

Pour cette deuxième partie du projet, les colonnes de 14 modèles de ponts réguliers ayant des propriétés géométriques différentes ont été conçues, pour les deux régions sismiques de l’est et de l’ouest du Canada, conformément aux règles parasismiques du Code S6. Le pourcentage d’armature longitudinal dans les colonnes a été déterminé pour les combinaisons les plus critiques de flexion biaxiale obtenues par analyses dynamiques spectrales pour plusieurs valeurs du pourcentage de la règle de combinaison. Les pourcentages d’armatures obtenues sont comparés à ceux obtenus par des analyses dynamiques transitoires multiples dans le but de proposer une règle de combinaison simple d’utilisation qui tiendrait compte explicitement des caractéristiques de la structure et du mouvement sismique par le biais du pourcentage utilisé dans la règle de combinaison. Des analyses transitoires multiples non linéaires sont réalisés pour valider analytiquement la règle proposée pour les deux régions sismiques considérées et pour étudier le comportement non linéaire des piles.

1.2.3 Objectifs spécifiques de l’article 3

Les objectifs spécifiques de l’article 3 présenté en Annexe C (Troisième partie du projet) sont : (a) Évaluer expérimentalement le comportement sismique de piles rectangulaires de ponts

conçues à l’aide de la règle de combinaison proposée et ce pour les deux régions sismiques de l’est et de l’ouest Canadien.

(b) Évaluer expérimentalement le comportement sismique des piles rectangulaires de ponts contenant un faible taux d’armature longitudinale.

(c) Revoir les exigences de conception parasismique, en particulier, la règle de combinaison 100%-30% des efforts et le taux d’armature minimum requis par le CSA-S6.

Le programme expérimental décrit dans l’article 3 inclus un total de quatre spécimens de colonnes rectangulaires de ponts en béton armé de 3 m de hauteur. Les deux premiers spécimens, ayant une section de 600 × 1200 mm et contenant un pourcentage d’armature longitudinal de 0.41% et 0.57% obtenu respectivement sans combinaison d’efforts et une combinaison d’efforts de 30%, sont représentatifs des régions sismiques de l’est du Canada. Les deux derniers spécimens, ayant une section de 600 × 1200 mm et contenant un pourcentage d’armature longitudinal de 0.97% et 1.72% obtenu respectivement sans combinaison d’efforts et une combinaison d’efforts de 40%, sont représentatifs des régions sismiques de l’ouest du Canada.

Les quatre spécimens ont été soumis à un protocole de chargement cyclique bidirectionnel généré à partir des résultats des analyses non linéaires obtenus dans la deuxième partie du projet. Le comportement des quatre spécimens jusqu’à la rupture est évalué dans le but de proposer des recommandations pour la conception parasismiques des piles de ponts.