Influence de l’interaction sol-structure sur le calcul des efforts sismiques dans le système de reprise des charges gravitaires des bâtiments en béton contreventés par murs de refend

Abstract

Le dimensionnement des éléments du système de reprise des charges gravitaires (SRCG) est une partie critique de la conception parasismique des bâtiments multiétagés en béton armé. Lors de récents événements majeurs tels que Northridge (1994), Haïti (2010) et Christchurch (2011), des bâtiments se sont effondrés avant même que le système de reprise des charges sismiques (SRFS) ait atteint sa limite, puisqu'un ou plusieurs composants du SRCG ont subi la rupture sous l'effet des grandes déformations. De récentes recherches ont montré que l'utilisation d'un simple modèle linéaire pour la détermination des efforts dans le SRCG peut mener à une importante sous-estimation des demandes dans certains éléments. De ce fait, la norme CSA A23.3-14 exige maintenant de tenir compte du profil inélastique des déplacements et du mouvement de la fondation pour calculer les efforts dans le SRCG. Or, ces deux éléments sont complexes à mettre en oeuvre d'un point de vue informatique et sont rarement considérés en pratique. Une méthode simplifiée est ainsi proposée par la norme, mais elle demeure fastidieuse à exécuter. Beauchamp et al. (2017) ont récemment proposé une alternative prometteuse.

Cette recherche a pour but de déterminer une méthode simple et complète pour calculer les demandes sismiques dans les éléments qui ne font pas partie du SRFS en incluant le mouvement des fondations. Basée sur la méthode proposée par Beauchamp et al. (2017), cette étude compare différentes approches afin de considérer le mouvement des fondations sur un dépôt de sol linéaire, comme un simple ressort en rotation sous chaque noyau ou un ensemble complet de ressorts et d'amortisseurs. Les ressorts et les amortisseurs sont d'abord validés en modélisant l'interaction sol-structure (ISS) avec des éléments finis volumiques. Ensuite, ces approches sont évaluées pour un bâtiment typique par plusieurs analyses temporelles non-linéaires dans lesquelles l'ISS est modélisée par un ensemble de ressorts et d'amortisseurs et les signaux sont sélectionnés par la méthode du spectre conditionnel. Les analyses non-linéaires sont réalisées pour un sol variant de rigide à meuble et l'effet du niveau de fissuration des étages en sous-sol est analysé. De plus, tous ces cas sont utilisés pour valider la méthode simplifiée suggérée dans la norme CSA A23.3-14. Les résultats des analyses montrent que les méthodes proposées sont eficaces pour calculer les demandes dans le SRCG en comparaison avec les analyses non-linéaires. Le mouvement des fondations devrait être explicitement modélisé pour les sols de classe D ou plus flexibles, tandis qu'un niveau raisonnable de fissuration de la structure en sous-sol devrait être considéré pour obtenir des résultats conservateurs. Pour un sol très flexible comme le sol de classe E, le comportement du bâtiment est difficilement représenté avec les méthodes d'analyse linéaires, ainsi une analyse non-linéaire est requise.