Alan Jalil — Technical Director STR Consultancy & Lecturer STR — alan.jalil@estp.fr
← Accueil  /  Interaction sol-structure

Interaction sol-structure — huit modules interactifs

L'interaction sol-structure (ISS) recouvre deux mécanismes superposables. L'interaction cinématique résulte de la rigidité géométrique de la fondation, qui filtre et réarrange le mouvement de champ libre. L'interaction inertielle traduit la rétroaction de l'inertie de la superstructure sur le sol via les impédances dynamiques. À ces deux mécanismes linéaires s'ajoutent les non-linéarités d'interface mobilisables sous séisme : soulèvement partiel des fondations et glissement à l'interface sol-fondation. Les modules ci-dessous découpent ces phénomènes en briques paramétrables, dans le cadre des référentiels Veletsos-Meek, Gazetas, Elsabee-Morray, Mylonakis, Yim-Chopra, Newmark et NIST GCR.

Chaîne logique :  [ 1. SDOF ] → [ 2. Spectre EC8 ] → [ 3. Impédances ] → [ 4. Cinéma / inertiel ] → [ 5. Pieux ] → [ 6. SHAKE 1D ] → [ 7. Soulèvement ] → [ 8. Glissement ]
Partie I — Linéaire équivalent
Module 1
Oscillateur SDOF — base encastrée vs base flexible
Comparaison animée de la réponse sismique d'un bâtiment idéalisé (oscillateur à un degré de liberté) selon que la base est encastrée sur rocher ou repose sur un sol caractérisé par Vs. Intégration Newmark, signal synthétique non stationnaire, période allongée T̃ et amortissement effectif ξ̃.
Paramètres : T, h, Vs, ξ
Sorties : u(t) sommet, T̃ / ξ̃, animation
Ouvrir le module →
Module 2
Spectre de réponse modifié (EC8)
Position de la structure sur le spectre élastique EC8 Type 1 selon que la base est encastrée (T, ξ) ou flexible (T̃, ξ̃). Verdict automatique : ISS favorable, défavorable ou peu significative selon la forme du spectre et la position relative de la structure.
Paramètres : T, h, Vs, ξ, ag
Sorties : Se(T) vs Se(T̃), classe de sol
Ouvrir le module →
Module 3
Impédances dynamiques de fondation
Coefficients de raideur dynamique k(a0) et d'amortissement de rayonnement c(a0) d'une semelle circulaire rigide, pour les trois modes principaux (H, V, R). Effet de la profondeur d'encastrement D via les facteurs ηK(D/r0) de Gazetas (1991).
Paramètres : Vs, r0, D, ν, f
Sorties : k(a0,e), c(a0,e), Kstat,emb
Ouvrir le module →
Module 4
Effets cinématiques vs effets inertiels
Décomposition utop = uFIM + h·θFIM + ustruct. Fonctions de transfert d'Elsabee & Morray pour fondation circulaire enterrée (filtrage en translation et balancement induit), excitation de l'oscillateur de remplacement par aFIM(t).
Paramètres : T, h, Vs, D, r0, ξ
Sorties : |Iu|, |Iθ·D|, uFIM, utop
Ouvrir le module →
Module 5
Interaction cinématique des pieux
Moment fléchissant cinématique Mcin(z) = Ep·Ip·d²uff/dz² le long d'un pieu traversant un profil 2 couches. Saut de courbure à l'interface de raideur (k1/k2)² = (Vs2/Vs1)² — résultat de Mylonakis (2001) / Nikolaou et al. (2001). Déclencheurs EC8-5 § 5.4.2.
Paramètres : Vs1, Vs2, h1, L, d, f, usurf
Sorties : uff(z), Mcin(z), G2/G1
Ouvrir le module →
Module 6
Réponse 1D de site — type SHAKE
Propagation 1D d'ondes SH dans une colonne stratifiée à deux couches sur substratum. Calcul linéaire de la fonction de transfert H(f) du rocher affleurant à la surface (méthode SHAKE91, Schnabel-Lysmer-Seed 1972). Pics de résonance, modes propres, amplification de la PGA.
Paramètres : Vs1, Vs2, Vsb, hi, ξi
Sorties : |H(f)|, as(t) vs ab(t), Vs,30
Ouvrir le module →
Partie II — Non-linéarités d'interface
Module 7
Soulèvement partiel (uplift) — Yim & Chopra
Décollement partiel d'une fondation rectangulaire sous chargement excentré. Cinq régimes selon e/B (tableau 9.3 du guide ISS) : linéaire, faible, modéré, fort, renversement. Effet sur Kry (dégradation cubique), T̃ et βuplift. Critère modal e/B < 0,30.
Paramètres : e/B, B, N, L
Sorties : diagramme pression, b'/B, Kratio, Tratio, βuplift
Ouvrir le module →
Module 8
Glissement de la fondation — Newmark
Bloc rigide à friction de Newmark (1965). Critère de Coulomb Vsismique vs μ·Nd, double intégration de l'accélération relative au-delà du seuil ay = μ·g, formule simplifiée d'Ambraseys-Menu (1988) et méthode pseudo-statique de Richards-Elms (1979). Seuils de performance 50 / 25 / 10 mm.
Paramètres : μ, amax/g, Tdom, catégorie
Sorties : a(t), vrel(t), dN(t), comparaison 3 méthodes
Ouvrir le module →

Hypothèses transversales

Modèle canonique. Fondation circulaire rigide de rayon r0, masse de superstructure m = 2000 t, sol homogène ou stratifié (ρs = 1900 kg/m³, ν = 0,35), demi-espace élastique avec rayonnement géométrique.

Oscillateur de remplacement (Veletsos & Meek, 1974) : T̃² = T² + Th² + Tr², ξ̃ = ξ(T/T̃)³ + ξh(Th/T̃)³ + ξr(Tr/T̃)³, avec ξh ≈ 10 % et ξr ≈ 5 % (rayonnement, approximation).

Limites. Modules 1-6 : comportement élastique linéaire (ou linéaire-équivalent en pratique SHAKE), sol élastique sans non-linéarité de structure, ondes SH verticalement propagées pour la partie cinématique. Modules 7-8 : non-linéarités géométriques (décollement, glissement) représentées par modèles simplifiés (Winkler unilatéral, bloc rigide à friction). Ces outils visent la compréhension qualitative ; un dimensionnement réel requiert une étude spécifique.