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Titre
du projet |
Développement
d'un sismopiézocône en tant qu'outil de prévision
des risques sismiques dans la région grenobloise |
| Type
d'aléa |
Risque
sismique |
| Mots-clés |
Risque
sismique - Risque de liquéfaction - Prévision
- Sismopiézocône |
| Champs
disciplinaires |
Géomécanique |
1) Organismes et auteurs
| Organisme
pilote |
Laboratoire
3S |
| Organisme(s)
associé(s) |
BE SOLEN, bureau de contrôle VERITAS |
| Coordonnateur |
Pierre
FORAY (Professeur ENSHMG) |
| Participants |
? |
2) Contexte du projet
| Site(s)
d'étude |
Région
grenobloise : Grésivaudan (Domène…) |
|
Contexte
de l'étude |
La
prévision du risque sismique au niveau d’un site
donné est fonction d’abord de l’aléa
sismique régional auquel les sismologues ajoutent les
effets de site plus locaux qui peuvent aboutir à des
amplifications considérables comme dans le cas de la
cuvette de Grenoble. En second lieu, la stratigraphie locale
des terrains superficiels a une importance considérable
dans leur réponse aux sollicitations sismiques. Il faut
en particulier être en mesure de prévoir le risque
de liquéfaction des sites sableux ou limoneux. Enfin
les dégâts occasionnés par un séisme
seront fonction de la nature du bâti, particulièrement
en zone urbaine, et il importe d’effectuer des calculs
d’interaction dynamique sol-structure pour le séisme
de projet avec les paramètres dynamiques de ces couches
superficielles.
Si le premier point relève de l’étude sismologique,
les deux derniers relèvent d’une reconnaissance
géotechnique et d’une étude géomécanique
approfondie. La prise d’échantillons avec un minimum
de remaniement est délicate et les essais de laboratoire
auxquels il faut soumettre ces échantillons sont longs
(triaxiaux cycliques et/ou dynamiques) et leur coût dépasse
souvent les budgets alloués aux reconnaissances pour
les ouvrages qui ne sont pas exceptionnels. Les essais de reconnaissance
en place habituellement utilisés pour les risques sismiques
(surtout le SPT, Standart Penetration Test) ont une technologie
relativement ancienne qui permet difficilement d’interpréter
leurs résultats en vue d’obtenir les paramètres
mécaniques à injecter dans les calculs.
La décennie précédente a vu un double développement
: D’une part les outils de calcul ont connu un essor très
important, en particulier au niveau de la sophistication des
lois de comportement utilisées, de façon à
bien simuler les mouvements du sol (comme le code CYBERQUAKE
par exemple) ou les interactions sol-structure (comme GEFDYN
entre autres). La contrepartie est que ces lois de comportement
nécessitent un nombre de paramètres beaucoup plus
important à déterminer. D’autre part les
appareillages de reconnaissance des sols en place permettent
maintenant de mesurer en continu un nombre de caractéristiques
beaucoup plus important que le simple nombre de coups au SPT
; pénétromètres statiques munis d’une
pointe électrique et d’un manchon de frottement,
capteur de pression interstitielle pour le piézocône,
géophone pour le sismocône…
Ces développements à la fois dans le domaine du
calcul et des appareillages de reconnaissance des sols en place
devraient permettre de déboucher à la fois sur
des méthodes plus modernes de prévision de la
liquéfaction des sables et sur une évaluation
des paramètres mécaniques dynamiques à
injecter dans les codes de calcul sans avoir recours aux essais
de laboratoire. Le laboratoire 3S s’est doté d’une
pointe de sismopiézocône et le projet visait à
développer son utilisation selon les deux axes d recherche
évoqués précédemment : d’une
part pour mesurer directement en place les paramètres
dynamiques du sol à injecter dans les calculs, d’autre
part pour identifier le risque de liquéfaction en un
site donné. |
| Initiation
du projet |
Participation
du PGRN |
| Montant
du financement
(k€) |
7,622
k€ (50 kF) |
Part
du CG38 - PGRN |
environ
10 % |
| (Co)-Financements |
Laboratoire
3S |
| Appréciation
du rôle du financement CG38 - PGRN |
Financement
du pénétromètre. Projet pas nouveau mais
poursuite du travail commencé en 1991. |
3)
Objectifs, méthodes et résultats
| Objectifs |
Adapter
la pointe de sismopiézocône (et son train de tiges
d’une dizaine de mètres) à un bâti
de pénétration industriel et adapter les systèmes
d’acquisition de données à des conditions
de site, de façon à rendre cet appareillage opérationnel
sur le terrain et ensuite pouvoir effectuer des campagnes sur
sites en suivant les deux objectifs du projet :
1) tester les méthodes de prévision de sites ou
de couches à risque de liquéfaction ;
2) tester la mesure des paramètres dynamiques et rendre
le processus « industriel ». |
| Méthodologie |
1)
Prévision du risque de liquéfaction de sites sableux
et sablo-limoneux :
- Mise au point des méthodes de prévision utilisant
l’ensemble des données du sismopiézocône
à partir de la confrontation, pour des sables donnés
et dans des conditions de densité et de confinement identiques,
d’essais triaxiaux cycliques de laboratoire et d’essais
pénétrométriques en chambre d’étalonnage
(mesure du taux de sollicitation cyclique produisant la liquéfaction
au triaxial et de la résistance de pointe pénétrométrique).
- Construction de manière rationnelle (et non pas par
des corrélations empiriques) des diagrammes séparant
dans un plan le domaine où il peut y avoir liquéfaction
du domaine où il n’y a pas liquéfaction.
Les sables utilisés sont de différentes granulométries
et représentent ceux que l’on peut rencontrer dans
la région grenobloise. Ce diagramme représenté
pour des séismes de magnitude 5 peut être adapté
aux séismes de projet de la région grenobloise.
Il peut être directement applicable par des projeteurs.
- Définition à partir des expériences,
pour chaque profondeur, d’une valeur critique de la résistance
de pointe pénétrométrique en dessous de
laquelle on aura liquéfaction probable (en admettant
en première approximation que le taux de contrainte de
cisaillement cyclique peut s’exprimer par la relation
classique de Seed). L’intérêt pratique d’une
telle construction est de pouvoir comparer directement le profil
pénétrométrique enregistré sur un
site donné au profil des résistances de pointe
critiques et donc d’identifier rapidement les couches
à risque.
Ce diagramme a été complété en y
reportant de manière rationnelle à partir des
essais le profil de résistances pénétrométriques
séparant le caractère dilatant et contractant
du matériau. Ce second seuil permet d’identifier
les terrains ou les couches susceptibles d’être
le siège d’importants mouvements post-liquéfaction
de type écoulement ou étalement latéral
(« flow failure » et « lateral spreading »),
souvent observés lors de séismes forts et pouvant
engendrer des dégâts importants.
Des diagrammes semblables ont été établis
pour les autres paramètres mesurés au sismopiézocône
: frottement sur le manchon, surpression interstitielle et vitesses
de propagation d’ondes. C’est la covergence de l’ensemble
des différentes approches qui confirme en pratique le
risque d’un site donné.
- Application de la méthode sur des sites ou des types
de terrains de la région identifiés comme étant
a priori « à risque » :
Les comparaisons effectuées entre les profils pénétrométriques
des terrains sablo-limoneux étudiés et les profils
« critiques » tendent à montrer que pour
les amplitudes sismiques habituellement envisagées dans
la région grenobloise (accélération maximale
de 0,1 à 0,15g), le risque de liquéfaction est
généralement faible.
Par contre, si on introduit un séisme de projet un peu
plus fort, de l’ordre de 0,2g, pour tenir compte des amplifications
éventuelles liées à l’effet de site
de la cuvette grenobloise mises en évidence par le LGIT,
alors le risque de liquéfaction peut devenir plus important.
Cette question est particulièrement importante pour les
« sablons de l’Isère », limons relativement
lâches de la banlieue de Grenoble en direction du Grésivaudan.
Dans les zones où ils sont proches de la surface, ils
représentent clairement des zones à risque.
2) Mesure de paramètres dynamiques à l’aide
du sismopiézocône :
Test de la méthode de mesure des vitesses de propagation
d’onds dans les terrains superficiels en effectuant des
essais dans des sables très fins et dans des condition
de densité lâche à mi dense, de façon
à se placer dans des conditions proches de celles des
Sablons de l’Isère. Pour cela, on a fait varier
la profondeur de pénétration de la pointe dans
le sol par très petits incréments (10 à
20 cm), ce qui a permis d’obtenir des profils de vitesses
de propagation moyenne entre la pointe et la surface.
Par différentiation, un profil des valeurs locales de
vitesses a pu être obtenu, qui peut aussi caractériser
le risque de liquéfaction. Mais l’intérêt
majeur de ce type de mesure est de pouvoir obtenir une estimation
des valeurs locales du module de cisaillement « dynamique
» du sol Gmax. L’utilisation la plus intéressante
de ces mesures se situe dans la perspective des calculs d’interaction
sol-structure avec une loi de variation mesurée de Gmax
en fonction de la profondeur. |
| Résultats |
1)
L’outil sismopiézocône est maintenant opérationnel
et devait être utilisé pour élargir la base
de données dans la région grenobloise. Il est
également possible d’intervenir pour le compte
de collectivités pour vérifier le risque d’un
site donné.
2) La confrontation de profils pénétrométriques
mesurés dans des sites sableux de la région avec
les valeurs critiques établies montre que le risque de
liquéfaction ou de désordre important dans des
sites sableux est à envisager sérieusement si
on prend en compte les amplifications liées aux effets
de site de la cuvette grenobloise (poursuite des investigations
dans ce sens).
3) La combinaison des mesures de résistance
de pointe, de frottement sur le manchon, de surpression interstitielle
et de vitesses de propagation à l’aide du sismopiézocône
ouvre la voie d’une recherche visant à évaluer
les nombreux paramètres à injecter dans les calculs
dynamiques sophistiqués directement à partir des
essais de reconnaissance en place. |
4)
Débouchés du projet
| Utilisateurs
finaux potentiels |
Experts
et gestionnaires du risque sismique (projeteurs), constructeurs
d’un barrage… |
|
Production
scientifique |
-
Méthodologie innovante
- Production de connaissances locales / régionales
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles |
| Produits
délivrables |
Guide
méthodologique « Construire Parasismique en Rhône-Alpes
» + CD ROM (accès : cf. Etienne Flavigny…). |
| Partenariats |
-
Préexistant
- Initié par ce projet
- Qui se poursuit |
| Retombées
du projet |
•
Effet levier :
- programme national COIMBRA ;
- programme européen LIMAS (« LIquefaction Around
MArine Structures » 2001-2004) d’étude de
la liquéfaction autour des ouvrages maritimes : http://vb.mek.dtu.dk/research/limas/limas.html
;
- poursuite de l’étude des aspects liquéfaction
dans le programme Interreg III B SISMOVALP ;
- potentiellement
: projet ANR pour instrumenter un site aux Antilles, piloté
par le BRGM et associant le GIS RAP – Réseau Accélérométrique
Permanent (Ph. Guéguen…) ???
(à vérifier)
- A permis d’initier un nouveau partenariat avec le LGIT,
auquel les résultats ont été communiqués
(P.Y. Bard, Ph. Guéguen…), ainsi qu’une thèse
en collaboration avec le LGIT.
• Valorisation :
- Beaucoup de conférences avec les industriels de la
région.
- A permis aux bureaux d’études locaux de mieux
appréhender les méthodes de prévision de
la liquéfaction, qu’ils intègrent désormais
dans le cadre de la prévention du risque sismique.
- Des entreprises demandent ainsi ponctuellement des expertises
(analyse et interprétation des données…)
: Domène, Annecy, Bourg-St-Maurice (2001)…
(Il manque une publication qu’il
faudrait faire dans la Revue Française de Géotechnique).
• Produits :
Guide méthodologique « Construire Parasismique
en Rhône-Alpes » + CD ROM (accès : cf. Etienne
Flavigny…). |
5)
Valorisation du projet
|
Publications
et communications |
-
Foray, P. (1998) « Séismes et Mouvements
de Terrain » Conférence aux professeurs
de classe préparatoires, ENSHMG, novembre 1998.
- Foray, P. (2001) « Corrélations entre
données sismiques et pénétromètriques
dans les sables à faible pénétration. Interprétation
des données expérimentales et premières
conclusions ». Séminaire des projets Coimbra
et Espadon, Fugro-France, Nanterre juin 2001.
- P. Foray, B. Forzano (2001) “Prediction of the
risk of liquefaction of the Krasnodar dam” Rapport
d’expertise Stucky, juin 2001.
- Foray, P. (2002) “Liquefaction of soils”
International course “Risks and natural hazards”
BEST INPG, Grenoble, Sept. 2002.
- Foray, P., Emerson, M., Puech, A.(2002) "Correlations
between compressive seismic velocity and cone resistance at
shallow penetration in sands” Int. Conf. “Offshore
Site Investigation and Geotechnics, Sustainability Through Diversity”,
26-28 nov. 2002, London.
- Foray, P. (2003) « La Liquéfaction Sismique
des Sols et sa prévision » Conférence
«Construire Parasismique en Rhône-Alpes »,
Grenoble, novembre 2003.
- M. EMERSON « Corrélations entre mesures
géophysiques et géotechniques dans les sols
» Thèse de Doctorat INPG, soutenance en novembre
2005. Directeur de Thèse : P. Foray.
-
Foray, P. (2004) « Prévision de la liquéfaction
sismique des sols à l’aide des essais in-situ
» Conférence au Comité Français
de Mécanique des Sols, mars 2004. |
|
Pages
Web |
Pierre
FORAY, Etienne FLAVIGNY : Liquéfaction des sols
et essais in situ - Recherches en cours - Lien avec la pratique,
Journée C.F.M.S - A.F.P.S, 5/5/2004 : http://c.f.m.s2.free.fr/exposes050504/PForay_cfmsafps.pdf (page non maintenue) |
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