Effets du basculement des fondations superficielles sur le comportement sismique des murs de refend en béton armé

RÉSUMÉ L'objectif principal de ce mémoire était d'étudier, pour l'est du Canada, l'influence du basculement des fondations superficielles sur le comportement sismique des murs de refend en béton armé. Pour ce faire, nous avons considéré un bâtiment en béton armé de dix étages, situé sur un site de catégorie C, à Montréal, QC. Le système de résistance aux forces sismiques de ce bâtiment comprend six murs de refend simples et a été dimensionné pour un facteur combiné de modification des forces sismiques RdRo égal à 5,6 en utilisant une approche de conception par capacité, le tout conformément aux exigences du Code National du Bâtiment du Canada (CNBC) 2005 et de la norme canadienne de béton CSA A23.3-04. Les fondations superficielles supportant ces murs ont été conçues pour trois niveaux d'efforts dus aux charges latérales : efforts correspondant aux charges sismiques élastiques divisées par un facteur RdRo égal à 2,0, efforts correspondant à la résistance nominale en flexion des murs à leur base et efforts correspondant aux charges sismiques élastiques divisées par un facteur RdRo égal à 5,6.Un modèle numérique, basé sur le concept de « Beam on Nonlinear Winkler Foundation », a ensuite été développé afin de pouvoir étudier le phénomène d'interaction sol – structure (ISS). Ce modèle, capable de simuler le comportement plastique du sol ainsi que les non-linéarités géométriques engendrées par le décollement de la fondation, a ensuite été validé à l'aide d'une étude paramétrique. Une sélection d'accélérogrammes historiques et synthétiques pertinents a été faite. Les accélérogrammes historiques ont été calibrés selon différentes méthodes afin de les rendre compatibles avec le spectre de conception du CNBC 2005. Trois séries d'analyses sismiques ont été effectuées. Des analyses statiques incrémentales non-linéaires 2D de type « pushover » ont d'abord été menées sur un des murs de refend du bâtiment afin de déterminer ses caractéristiques intrinsèques. Des analyses dynamiques temporelles non-linéaires 2D ont ensuite été réalisées sur le même mur de refend. Ces analyses dynamiques ont montré que, d'une manière générale, plus les dimensions des fondations sont petites, plus elles sont sujettes au décollement, ce qui a pour effet de réduire les efforts qui se développent à la base des murs. Plus précisément, ces analyses ont permis de vérifier la pertinence des exigences du CNBC 2005 et celles de la norme CSA A23.3-04 quant à la conception des fondations superficielles. Tout d'abord, lorsque le mur repose sur une fondation dimensionnée pour des charges sismiques élastiques divisées par RdRo égal à 2,0, le mur va plastifier avant que la fondation ne décolle et il n'est donc pas nécessaire de tenir compte de l'ISS puisque la fondation demeure encore trop massive pour basculer. Lorsque le mur repose sur une fondation conçue selon une approche de dimensionnement par capacité, il arrive dans certains cas que la fondation soit sujette au décollement avant que le mur ne plastifie. Le basculement de la fondation a pour conséquence de faire plastifier le sol et ainsi entrainer des déformations permanentes. Dans le cas présent cependant, les tassements observés n'étaient pas excessifs. Outre ces conséquences négatives, le décollement de la fondation permet tout de même de réduire significativement les efforts à la base du mur. Finalement, lorsque le mur repose sur une fondation dimensionnée pour des charges sismiques élastiques divisées par un facteur RdRo égal à 5,6, la majorité de l'énergie du séisme est dissipée grâce au décollement de la fondation, ce qui a pour effet d'endommager fortement le sol sous la fondation et, donc, de menacer l'intégrité du mur et de sa fondation à cause des tassements permanents importants. La troisième série d'analyses comprenait quatre types d'analyses dynamiques temporelles non-linéaires : analyses 2D, analyses 2D avec amplification des accélérogrammes afin de tenir compte de la torsion du bâtiment ainsi que de la torsion accidentelle, analyses 3D en appliquant uniquement la composante principale majeure des séismes et analyses 3D en appliquant les deux composantes des séismes. Ces analyses ont été menées dans le but de valider le recours à une modélisation 2D d'un mur de refend faisant partie d'une structure 3D. De façon générale, l'analyse 2D avec amplification des séismes donne lieu à une surestimation importante des déplacements de la structure et des efforts s'y exerçant, comparés à ceux prédits par les analyses 2D, 3D unidirectionnelles et 3D bidirectionnelles. Ensuite, les analyses 3D unidirectionnelles et 3D bidirectionnelles ont montré que l'application de la composante principale majeure d'un séisme suffit pour étudier le comportement global d'un bâtiment. Finalement, on peut conclure de la comparaison des différentes analyses réalisées que le recours aux analyses 2D pour analyser le comportement sismique de murs de refend provenant d'un bâtiment 3D est tout à fait acceptable. ABSTRACT