Influence de la nature des sols sur la réponse dynamique des structures.

Abstract

Cette étude traite trois parties distinctes et complémentaires. Elles s’inscrivent dans le domaine de de l’interaction sol-structure sous sollicitations dynamiques, avec prise en compte de l’effet de la nature du sol de fondation et son non homogénéité sur les modes vibratoires des structures. Les ouvrages de génie civil, qui sont en contact avec les sols, sont affectés par le phénomène d’interaction sol-structure. Dans la première partie, une analyse du comportement non linéaire des murs, fondé sur un sol avec une flexibilité variable, est performée sous un chargement monotone. La théorie de plasticité basée sur le concept d’éléments finis est utilisée pour simuler les réponses de mur (voiles) et le sol de fondation. Dans ce travail le comportement du sol et celui de la structure sont intégrés pour obtenir la réponse de la structure entière. L’hypothèse de la structure fixée à sa base ne reflète pas le comportement réel de la structure et l’incorporation de la rigidité du sol de fondation dans l’analyse montre bien son influence sur la réponse du système. En conclusion, les déplacements verticaux sont significatifs au niveau de la zone de contact sol-mur, et les déplacements horizontaux sont importants pour milieux profonds. Dans le même contexte, le problème d’interaction sol-structure est étudié en deuxième partie, utilisant le concept d’éléments finis, sous un chargement sismique. La matrice de rigidité du sol est combinée avec celle de la structure pour formuler la matrice de rigidité globale de la structure entière. Dans ce cas, pour simuler l’interaction sol-structure sous chargement dynamique, un programme de calcul numérique est développé pour le traitement de ce genre de problème. Pendant la résolution du système d’équation dynamique, la méthode des différences centrales est employée pour intégrer sur un pas de temps les quantités comme déplacements, vitesses et accélérations au niveau des points nodaux appartenant soit au sol de fondation, zone d’interface ou au voile. La réponse sismique des structures lorsqu’on tient en compte l’interaction sol-structure montre une différence significative par rapport à celle de la structure considérée fixe à sa base. L’objet principal de cette étude est de quantifier l’effet de la nature du sol de fondation sur la réponse sismique des structures et le comportement de la zone interface. Enfin, la troisième partie traite les effets de la non-homogénéité du sol, de l'interaction sol-structure et du modèle élastique de fondation à deux paramètres sur les vibrations libres des structures (la poutre d'Euler-Bernoulli est prise comme exemple). La non-homogénéité du sol sous fondation est décrite par une variation parabolique du module de Young alors que le coefficient de Poisson demeure constant. L’interaction sol-structure est quantifiée en utilisant un rapport relatif des propriétés du sol de fondation et de la structure. L'équation du mouvement est dérivée on introduisant les effets précédents. La résolution du problème permet d’évaluer les éléments des fréquences fondamentaux. L'influence des paramètres ci-dessus sur les caractéristiques des vibrations libres des poutres est étudiée. Les résultats obtenus de cette méthode analytique pour les poutres simplement appuyées sont comparés à ceux proposés dans la littérature et un très bon accord est achevé.