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Intégration des effets de sites à l'évaluation de la vulnérabilité sismique des ouvrages d'art à l'aide d'une plateforme de système d'information géographique (SIG)

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Farzam, Azarm (2018). Intégration des effets de sites à l'évaluation de la vulnérabilité sismique des ouvrages d'art à l'aide d'une plateforme de système d'information géographique (SIG). Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans la partie sud-est du Canada on dénombre environ 600 séismes par année. Bien que la sismicité y soit reconnue comme modérée, la densité de la population dans les régions urbaines en fait la 2ème plus importante zone à risque sismique du Canada. L’étude de la vulnérabilité du risque sismique a pour but d’évaluer les dommages potentiels des ouvrages afin de prioriser les interventions suite à un séisme ou de planifier les travaux de mise aux normes. Ces outils sont généralement de nature indicielle et sont utilisés par les gestionnaires d’ouvrages pour prioriser les interventions. C’est le cas des méthodes de Caltrans, du NYDOT, du SETRA et celle du Ministère des Transports, de la Mobilité durable et de l’Électrification des transports du Québec (MTMDET). Ces méthodes indicielles considèrent la vulnérabilité structurale des ouvrages exposés et l’aléa sismique défini selon le niveau d’accélération probable au site pour une période de récurrence donnée pour qualifier le risque sismique. En général, l’effet d’amplification des ondes sismiques par le site est intégré à l’aléa sismique, mais trop souvent les informations géotechniques spécifiques aux sites des ouvrages ne sont pas disponibles rendant l’évaluation moins représentative. Par ailleurs, rares sont les méthodes indicielles qui prennent en compte les effets induits, tels que les glissements de terrain, les chutes de blocs, ou le potentiel de liquéfaction des sols. Cette étude propose de développer des échelles de sensibilité aux effets de sites (intégrant l’amplification, la liquéfaction et les mouvements gravitaires) pour mieux définir l’aléa sismique et l’intégrer dans les méthodes indicielles d’évaluation du risque sismique grâce à des échelles de sensibilité des ouvrages.

Ce travail s’insère notamment dans un projet d’étude de la vulnérabilité des ouvrages d’art pour la vallée du Saint-Laurent, pour une meilleure prise en compte de l’aléa dans l’analyse du risque sismique des ouvrages d’art en tirant profit des avantages offerts par les systèmes d’information géographiques (SIG). Ce projet vise à proposer des échelles de sensibilité à l’amplification et aux effets induits (glissements de terrain, chutes de blocs ou potentiel de liquéfaction) en s’appuyant sur des données cartographiques (SIG) de natures hydrologiques, topographiques et géologiques. Ces échelles de sensibilité peuvent ensuite être aisément intégrées aux différentes methods indicielles de priorisation sismique existantes.

L’échelle de sensibilité pour l’amplification est validée à partir d’une campagne d’acquisition de mesures de bruits ambiants sur le sol et sur des ponts. L’échelle de sensibilité aux glissements de terrain est validée par un inventaire sur les glissements de terrain dans la vallée du Saint-Laurent. Ces échelles peuvent ensuite être intégrées aux méthodes indicielles de priorisation sismique. Elles sont ici appliquées à la méthode indicielle du MTMDET pour évaluer l’impact sur la priorisation des ouvrages. De plus, un exemple d’application des nouveaux indices intégrant les effets de sites est proposé dans le dernier chapitre. Une évaluation succincte de l’impact de la perte sur le réseau routier de certains ouvrages d’art est étudiée afin d’illustrer comment certains logiciels et l’utilisation des SIG peuvent aider dans la priorisation des interventions sur les ouvrages d’art dans un contexte de gestion du risqué sismique.

Titre traduit

Integration of site effects to the evaluation of the seismic vulnerability of bridges through a GIS platform

Résumé traduit

Southeastern Canada experiences about 600 earthquakes per year. While seismic hazard is generally moderate in eastern Canada, the density of the population in urban areas makes it the second-largest seismic hazard area in Canada. The study of the vulnerability of the seismic risk aims to evaluate the potential damage to structures in order to prioritize the interventions following an earthquake or to plan mitigation strategies. These tools are generally index-based, such as Caltrans, NYDOT, SETRA or the scoring procedure used in the province of Quebec (MTMDET). These scoring procedures consider the structural vulnerability of the exposed structures and, to qualify the seismic tisk, the seismic hazard index is defined from the probable acceleration at the site for a given recurrence period. In general, the site amplification effect of seismic waves is integrated with the seismic hazard. However, the specific geotechnical information at the site of the structures is often not available, making the resulting seismic risk
of vulnerability score less representative. Besides, few index-based methods are taking into account the induced effects, such as landslides, rock falls or the liquefaction potential of soils. This study proposes to develop sensitivity scales for site effects to better define the seismic hazard in order to integrate it to scoring procedures for the evaluation of the seismic risk for bridges and overpasses.

This work is part of a project to study the seismic vulnerability of bridges and overpasses for the Saint-Lawrence valley, taking advantages of Geographic Information Systems (GIS), for a better consideration of the seismic hazard in the analysis of the seismic risk to these infrastructures. The aim of this project is to develop a sensitivity scale to the amplification effect and induced effects (landslides, rock falls or liquefaction potential) based on hydrological, topographic and geological cartographic data (GIS). These sensitivity scales could then be easily integrated within the various scoring procedures for seismic prioritization.

The amplification sensitivity scale was validated by ambient vibration measurements taken at the sites of several bridges to capture the natural frequencies of the ground and bridge. An inventory of landslides in the St. Lawrence Valley validates the landslide sensitivity scale. These scales are then integrated within the index-based procedure used in Quebec (MTMDET). Moreover, a succinct evaluation of the impact of the loss on the road network of some bridges is studied in order to illustrate how softwares can help to prioritize the interventions on bridgesin a context of seismic planning and mitigation strategies.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Comprend des références bibliographiques (pages 255-275).
Mots-clés libres: risque sismique, amplification, liquéfaction, glissement de terrain, chute de bloc, méthode indicielle, système d’information géographique, ouvrage d’art
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nollet, Marie-José
Codirecteur:
Codirecteur
Khaled, Amar
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 07 déc. 2018 18:48
Dernière modification: 07 déc. 2018 18:48
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2176

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