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Mlnist~re de l'Eqaipement, des Transports et da Logement RAPPORT D1ÉTUDES ET DE

Mlnist~re de l'Eqaipement, des Transports et da Logement RAPPORT D1ÉTUDES ET DE RECHERCHES RISQUES DYNAMIQUES POUR LES OUVRAGES MARITIMES ET FLUVIAUX Fascicule n°4 : PRISE EN COMPTE DU SÉiSME ET DU TSUNAMI DANS LA CONCEPTION ET L'ÉVALUATION DES OUVRAGES PORTUAIRES EXTÉRIEURS Ao6t1996 Centre d'Etudes Techniflues Maritimes Et Fluviales STCPMVN ER-QG n° 96.01 Août 1996 RAPPORT D'ETUDES ET DE RECHERCHES RISQUES DYNAMIQUES POUR LES OUVRAGES MARITIMES ET FLUVIAUX Fascicule n° 4 : PRISE EN COMPTE DU SEISME ET DU TSUNAMI DANS LA CONCEPTION ET L'EVALU ATION DES OUVRAGES PORTUAIRES EXTERIEURS AUTEUR: GEODYNAMIQUE ET STRUCTURE Ingénieurs-conseils en génie sismique VU, LE CHEF DE SERVICE ---.~ . U~ P. . MONADIER~ Diffusion N République Française MINISTERE DE L'EQUIPEMENT, DU LOGEMENT ,DES TRANSPORTS ET DU TOURISME SECRETARIAT D'ETAT AUX TRANSPORTS. SERVICE TECHNIQUE CENTRAL DES PORTS MARITIMES ET DES VOIES NAVIGABLES INTRODUCTION Ce rapport d'études et de recherches poursuit la sene de fascicules consacrée aux risques dynamiques sur le vaste thème des ouvrages extérieurs des ports maritimes. Y est abordé en un document unique l'ensemble des aspects traités individuellement, pour les ouvrages intérieurs, dans chacun des fascicules précédents: - conception et dimensionnement des ouvrages neufs, - analyse des ouvrages existants, - prise en compte du risque sismique, - comportement lors du passage des tsunamis. Les ouvrages extérieurs sont des ensembles composites dont chaque élément fait l'objet d'une analyse appropriée : stabilité du soubassement, tenue du corps de digue et de ses matériaux constitutifs, stabilité de la carapace d'enrochements. Les problèmes de liquéfaction rencontrés au sujet des ouvrages intérieurs ne sont là pas moins préoccupants. L'étude des digues maritimes en situation accidentelle présente des traits originaux: - tandis que les digues verticales s'analysent principalement comme des ouvrages-poids, les digues à talus sont des ouvrages souples qui peuvent tolérer des plus larges déformations avant la ruine que ce qu'il est généralement convenu de prendre en compte pour les ouvrages intérieurs, i:>3l 2, boulevard Gambetta - BP 53 - 60321 COMPIEGNE CEDEX • 44 92 60 00 - Télécopie 44 20 06 75 - contrairement aux qup.is-poids, la possibilité d'une amplification dynamique sous séisme ne peut plus être négligée; le niveau d'accélération sismique dans le corps de digue peut ainsi être supérieur à l'accélération nominale du sol de -fondation, - le critère de dimensionnement, vis-à-vis des tsunamis notamment, peut être apprécié par une analyse de la protection apportée au plan d'eau intérieur et aux installations à terre; un critère original peut ainsi être développé concernant les seuils d'agitation minimaux dans le bassin. L'étude du comportement post-accidentel de l'ouvrage se doit d'en tenir compte : une digue même endommagée doit en effet être en mesure d'assurer une certaine protection du bassin (à définir) jusqu'à sa remise en état. Rédigé par GEODYNAMIQUE et STRUCTURE, ce guide méthodologique fait abondamment référence aux trois fascicules antérieurs (ER QG n094.02, 95.03 et 95.05). Cet ensemble de textes à la fois concis et d'une utilisation immédiate pour le projet constitue maintenant, à notre sens, une très bonne référence française pour l'étude dynamique des ouvrages maritimes. Le thème des talus sous-marins, abordé brièvement à la fin de ce fascicule, sera développé dans un rapport d'études et de recherches à paraître prochainement. LE CHEF DU SERVICE P. MONADIER Page 2 GEODYNAMIQUE SERVICE TECHNIQUE ET STRUCTURE CENTRAL DES PORTS 157, RUE DES BLAINS MARITIMES ET DES 92220 BAGNEUX VOIES NAVIGABLES GUIDE TECHNIQUE PRISE EN COMPTE DU SEISME ET DU TSUNAMI DANS LA CONCEPTION ET L'EVALUATION DES OUVRAGES PORTUAIRES EXTERIEURS REVISIOND JUILLET 1996 GEODYNAMIQUE SERVICE TECHNIQUE CENTRAL ET STRUCTURE DES PORTS MARITIMES ET DES VOIES NAVIGABLES Dossier: 03-94 Date: JUil.LET 1996 Révision: D Page: PRISE EN COMPTE DU SEISME ET DU TSUNAMI DANS LA CONCEPTION ET L'EVALUATION DES OUVRAGES PORTUAIRES EXTERIEURS SOMMAIRE PARTIE A - GENERALITES 3 1.0 PRESENTATION DU GlTIDE 3 2.0 RETOUR D'EXPERIENCE 3 3.0 PRISE EN COMPTE DU SEISME 6 3.1 DETERMINATION DE L'ALEA SISMIQUE 6 3.2 ACTIONS A CONSIDERER DANS LE CALCUL 6 3.3 PRESSIONS HYDRODYNAMIQUES LIEES AU SEISME 6 4.0 PRISE EN COMPTE DU TSUNAMI 8 5.0 PROTECTION VIS A VIS DU TSUNAMI APPORTEE PAR L'OUVRAGE 9 PARTIE B - APPLICATION ET RECOMMANDATIONS PARTICULIERES POUR LA CONCEPTION ET L'EVALUATION DES OUVRAGES PORTUAIRES EXTERIEURS Il 6.0 DIGUES A TALUS Il 6.1 PRISE EN COMPTE DU SEISME Il 6.1.1 Conception et justification d'ouvrages neufs Il 6.1.2 Evaluation et renforcement 17 6.2 PRISE EN COMPTE DU TSUNAMI 17 6.2.1 Enseignements tirés de l'étude de Kamel 17 6.2.2 Méthodes de prédimensionnement 20 7.0 DIGUES VERTICALES: OUVRAGES POIDS 21 7.1 PRISE EN COMPTE DU SEISME 21 7.1.1 Conception et justification d'ouvrages neufs 21 7.1.2 Evaluation et renforcement 23 7.2 PRISE EN COMPTE DU TSUNAMI.. 23 8.0 DIGUES VERTICALES SUR PIEUX 24 8.1 PRISE EN COMPTE DU SEISME ,. 24 8.2 PRISE EN COMPTE DU TSUNAMI 24 GEODYNAMIQUE SERVICE TECHNIQUE CENTRAL ET STRUCTURE DES PORTS MARITIMES ET DES VOIES NAVIGABLES DosJier: 03-94 Date: JUILLET 1996 Révision: D Page: 2 9.0 BRISE-CLAPOTS FLOTTANTS 25 9.1 PRISE EN COMPTE DU SEISME 25 9.2 PRISE EN COMPTE DU TSUNAMI.. 25 10.0 BARRIERES ANTI-TSUNAMIS 25 11.0 TALUS SOUS-MARINS 26 11.1 PRISE EN COMPTE DU SEISME 26 11.2 PRISE EN COMPTE DU TSUNAMI.. 29 12.0 CONCLUSION GENERALE 29 REFERENCES 30 ANNEXE 1 33 ANNEXE 2 35 GEODYNAMIQUE SERVICE TECHNIQUE CENTRAL ET STRUCTURE DES PORTS MARITIMES ET DES VOIES NAVIGABLES Dossier: 03-94 Date: JUILLET 1996 Révision: D Page: 3 PARTIE A - GENERALITES 1.0 PRESENTATION DU GUIDE Ce guide fait suite aux documents cités en références 20, 25 et 26 qui décrivent la prise en compte des actions dynamiques (séismes, tsunamis) dans la conception et la justification des ouvrages intérieurs neufs, ainsi que dans l'analyse et le renforcement des ouvrages portuaires intérieurs existants. Ces documents antérieurs développent les concepts de base utilisés dans le présent guide. Le but de ce guide est de présenter une méthodologie permettant d'une part, de concevoir et de justifier les ouvrages extérieurs neufs vis à vis d'actions dynamiques (séismes et tsunamis) et d'autre part, de prendre en compte le risque lié aux actions dynamiques pour l'évaluation et le renforcement de ceux-ci. L'évaluation est à comprendre au sens technique du terme, à savoir la détermination de la capacité d'un ouvrage existant à résister à une agression sismique ou à un tsunami. Les ouvrages visés par le guide sont: - les digues à talus, - les digues verticales, à parois absorbantes ou non, - les brise-clapots, - les talus sous-marins naturels, - les barrières anti-tsunami. Le guide se présente en deux parties: - la partie A est vouée aux généralités concernant la prise en compte des actions dynamiques sur les ouvrages extérieur$, - la partie B porte sur l'application de la partie A aux différents ouvrages sus-cités. 2.0 RETOUR D'EXPERIENCE La connaissance du comportement des ouvrages extérieurs vis à vis des sollicitations dynamiques (tsunamis, séismes) s'appuie, conune pour les ouvrages intérieurs, sur le retour d'expérience acquis à la suite d'événements passés. GEODYNAMIQUE SERVICE TECHNIQUE CENTRAL ET STRUCTURE DES PORTS l\lARITIMES ET DES VOIES NAVIGABLES Dossier: 03-9. Date: JUILLET 1996 Révision: D Page: 4 Le retour d'expérience dans ce domaine repose essentiellement sur les observations recueillies à propos des ouvrages japonais ou américains (références 3,7,9,10,21 et 22) ayant subi des agressions sous forme de séismes ou de tsunamis. Les principales conclusions tirées de ces observations sont les suivantes. alSéismes Les ouvrages extérieurs résistent assez bien aux séismes. La raison en est que ces ouvrages sont généralement protégés par des enrochements comportant des blocs de calibre important, ce qui donne à l'ensemble une bonne stabilité. Des tassements d'importance généralement modeste peuvent survenir, sans que la fonctionnalité de l'ouvrage en soit affectée pour autant. L'endommagement brutal provoqué par le séisme peut conduire toutefois à un vieillissement plus rapide de l'ouvrage. La destruction de certains ouvrages peut d'ailleurs être due au tsunami qui suit le séisme, plus qu'au séisme lui-même, comme le montre l'exemple de la digue d'Hachenobe détruite après le séisme de Tokachi-Oki de 1968 (référence 10). Sous ces réserves, les ouvrages les plus sensibles sont les digues comportant, en fondation ou dans le coq>s de digue, des sols liquéfiables. En dehors du phénomène de liquéfaction, les digues à talus sont, a priori, plus sensibles que les digues verticales qui sont généralement dimensionnées par la pression exercée par la houle. Les efforts d'inertie induits par le séisme, sont en effet, plus faibles pour les digues verticales. D'un autre côté les digues à talus sont des ouvrages souples, ce qui les rend moins vulnérables au séisme. L'endommagement des constructions fondées sur une digue n'a pas fait l'objet d'études systématiques. Signalons toutefois l'endommagement de l'optique du phare de l'Ile d'Oléron (zone 1.), au cours d'un séisme de magnitude moyenne (égale à 5.2) en 1972. Cette observation confirme que les phares sont particulièrement sensibles au séisme en raison de leur élancement important. blTsunamis Les ouvrages extérieurs sont, en revanche, beaucoup plus sensibles à l'action des tsunamis. La référence 22 cite ainsi une vingtaine d'ouvrages constitués (en général) de blocs de quatre tonnes ayant subi un endommagement important suite à la survenance de tsunamis. La référence 10 cite le uploads/Ingenierie_Lourd/ er-qg-96-01.pdf