Effets de la bidirectionnalité des accélérations sismiques sur la réponse de site

This master's thesis aims at studying the effects of bi-directional seismic shaking on site response analysis in Eastern Canada. The majority of common and specialized software are available to evaluate the vertical propagation on shear waves for only one directional component at the time. Both horizontal components are then combined to obtain the resulting free-field acceleration of the earthquake event. These uncoupled analyses do not take in consideration the potential effect generated by the coupling of the shear waves propagating in both directions. This master's thesis aims to evaluate the effects of bi-directional shaking and the coupling of earthquake's horizontal components, especially in terms of seismic site amplification. In order to attain this goal, a stateof- the-art review was made to show the necessity to study the effects of bi-directional shaking on site response analyses, especially in the Eastern Canadian region. This review also shows that constitutive models that can consider the effects of bi-directional shaking are rare. Multiple numerical models for site response analyses were produced by the means of varied softwares (i.e. DEEPSOIL, LS-DYNA, OpenSees and ADINA). These models were used to verify the construction of soil profiles, the implementation of absorbing boundary conditions and the propagation of shear waves. The analyses have concluded in the choice of one multi-directional constitutive model (I-Soil), implemented in LS-DYNA.

Résumé

Le présent mémoire a pour objectif d'étudier l'effet de la bidirectionnalité des accélérations sismiques de l'Est du Canada sur la réponse de site. La grande majorité des logiciels spécialisés et répandus pour les analyses de réponse sismique de site évalue la propagation verticale des ondes de cisaillement pour seulement une composante horizontale d'accélération sismique à la fois. Les réponses de site des deux composantes horizontales sont par la suite combinées afin d'obtenir la résultante des accélérations en surface pour un tremblement de terre donné. Ces analyses découplées ne tiennent pas compte des effets d'un éventuel couplage généré par la propagation verticale des ondes de cisaillement selon les deux directions. Ce mémoire vise à évaluer l'effet de la bidirectionnalité et du couplage des composantes horizontales des séismes, notamment en terme d'amplification sismique. Pour ce faire, une revue de littérature a d'abord été réalisée et a démontré le besoin d'étudier les effets de la bidirectionalité sur les réponses sismiques de site, en particulier à l'Est du Canada. Cette revue a également mis en évidence la rareté des modèles constitutifs susceptibles de tenir compte de ces effets. Plusieurs modèles numériques d'analyse de réponse sismique de site ont été produits en utilisant des logiciels variés (i.e. DEEPSOIL, LS-DYNA, OpenSees et ADINA). Ces modèles ont été utilisés pour vérifier la construction des modèles de profil de sol, l'implémentation de conditions frontières absorbantes à la base et la propagation des ondes sismiques. Ces analyses ont débouché vers le choix d'un modèle constitutif multidirectionnel (I-Soil), implémenté dans LS-DYNA. Ce modèle est une généralisation tridimensionnelle des modèles constitutifs hystérétiques non-linéaires basé sur le principe de la superposition de plusieurs courbes de contraintes versus déformations élastiques parfaitement plastiques. Quatre profils de sol sont soumis à plusieurs séismes de l'Est du Canada afin d'évaluer l'importance des effets de la bidirectionnalité des accélérations sismiques sur la réponse de différents sites. Les résultats des analyses présentent une grande variabilité étant donnée la diversité des sites (densité et Vs du sol et du roc, profondeur du roc, indice de plasticité du sol et niveau de consolidation) et les particularités des séismes utilisées (APR, contenu fréquentiel et durée).» et«