Étude de la réponse dynamique d'une structure existante avec prise en compte de l'interaction dynamique sol-structure dans le contexte de l'Est du Canada

Ce travail quantifie l’impact de la prise en consideration de l’interaction dynamique sol-structure (IDSS) dans le processus d’evaluation sismique d’un bâtiment institutionnel type du Quebec construit sur un depot de sol postglaciaire dans le contexte sismique de l’Est du Canada. Pour y parvenir, des analyses comparatives de la reponse d’une structure sous sollicitation sismique ont ete realisees suivant des approches d’analyse sismique de complexite croissante, soit la methode pseudo-dynamique, l’analyse temporelle non-lineaire sans consideration de l’IDSS, l’analyse temporelle non-lineaire avec consideration de l’IDSS via la methode des sous-structures et finalement l’analyse temporelle non-lineaire d’un modele couple sol-structure. Le systeme structural etudie provient d’un bâtiment institutionnel typique des annees 1970 dont le systeme de resistance aux forces sismiques est compose de quatre cadres en beton arme de trois travees et trois etages. L’analyse s’est concentree sur l’etude individuelle d’un des cadres du bâtiment. Le cadre possede une hauteur de 12,2 m et une largeur de 20 m. Le depot de sol considere est un emplacement de categorie E situe dans le bassin de l’ancienne mer de Champlain dans les environs de la vallee de Breckenridge Creek (QC). Il s’agit d’un depot argileux profond ayant fait l’objet d’une vaste campagne d’investigation geotechnique par la Commission geologique du Canada (Crow et al., 2017). La modelisation numerique de la structure et du depot de sol est realisee dans le logiciel OpenSees. Des modeles bidimensionnels sont developpes afin d’etudier la reponse dynamique de la structure sans prise en compte de l’IDSS, l’interaction cinematique, la reponse dynamique de la structure avec prise en compte de l’IDSS avec la methode des sous-structures et la reponse dynamique de la structure dans un modele global sol-structure. La non-linearite du sol est modelisee avec une loi de comportement non-lineaire avancee capable de considerer l’ecrouissage isotropique et la reduction du module de cisaillement en fonction de la deformation de cisaillement. Les accelerations des differents etages, les deplacements relatifs ainsi que les efforts dans les colonnes sont enregistres pour chaque approche de modelisation et servent de base de comparaison pour evaluer l’impact de l’IDSS sur la reponse de la structure. Pour le cas etudie, les resultats montrent que la methode des sous-structures peut-etre efficacement appliquee a des situations ou la sismicite anticipee est faible a moderee, c’est-a-dire des situations ou la non-linearite des systemes (sol et structure) demeure marginale. Dans le cas de forts seismes, ou la non-linearite des systemes est importante, l’utilisation de la methode directe est preferable a condition de simuler : (a) la non-linearite de la structure, afin de capturer la perte de resistance et les modifications a la rigidite en cours de chargement dynamique, (b) la non-linearite du sol au moyen d’une courbe adequate de reduction de module permettant de simuler correctement le comportement hysteretique du sol, et (c) l’impact du poids de la structure sur les contraintes effectives de confinement du sol. Les resultats montrent egalement que la prise en consideration de l’IDSS mene generalement, pour les situations qui sont considerees dans le present travail, a une reduction des efforts et des accelerations aux etages de la structure (jusqu’a 30 %), mais entraine une augmentation des deplacements relatifs (de 12 a 30 % selon les etages). Ces resultats sont similaires a ceux rapportes dans la litterature. Les resultats montrent egalement que les deplacements du sol de fondation entrainent une modification importante de la reponse structurale qui n’est pas capturee par la methode des sous-structures.