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Approche intégrée d’évaluation du risque sismique d’un réseau municipal de ponts

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Fezai, Hamza (2020). Approche intégrée d’évaluation du risque sismique d’un réseau municipal de ponts. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans des régions qui sont sujettes aux tremblements de terre, les dommages aux ponts peuvent entrainer une perte de fonctionnalité du réseau routier. Par conséquent, l’évaluation du risque sismique des ponts est cruciale pour établir des stratégies d’intervention et rétablir les réseaux routiers afin d’assurer le maintien des services essentiels, tels que l’accès aux hôpitaux et l’acheminement des secours. Néanmoins, pour créer un système de gestion efficace et performant et optimiser le processus décisionnel, il est important d’étudier l’impact de scénarios sismiques sur l’état du réseau et sur les pertes économiques. L’objectif de cette recherche est de générer des scénarios sismiques pour évaluer les impacts économiques et les incertitudes relatives aux différents modèles d’intrants sur un réseau de ponts. Quatre étapes sont proposées. La première étape consiste à interpréter un modèle d’aléa sismique qui génère une distribution spatiale de l'intensité de tremblement de terre pour différents scénarios sismiques. Une analyse de régression est effectuée sur des équations de prédiction du mouvement du sol compatibles avec l’Est du Canada, pour obtenir une relation entre l’accélération maximale au sol et l’emplacement de chaque pont. En se basant sur le code canadien sur le calcul des ponts routiers, les résultats sont corrigés au moyen des coefficients d’amplification pour prendre en compte l’effet d’amplification des ondes sismiques au site. La deuxième étape est de construire un inventaire des ponts selon des classes définies en fonction des matériaux de construction et des systèmes structuraux. Une analyse statistique est réalisée sur chaque classe de ponts pour examiner les différents paramètres contribuant à la vulnérabilité sismique. La troisième étape est d’évaluer la performance sismique des ponts en termes de probabilités des dommages, et cela selon des données de fragilités spécifiques, respectives aux différentes classes, et qui sont basées sur des analyses dynamiques. La dernière étape utilise les résultats de l’étape précédente pour définir un modèle d’impact permettant d’estimer l’état probable de dommage, le coût de réparation, la priorité d’inspection et ainsi l’état probable du trafic routier. Les résultats des scénarios sismiques reflètent l’importance de considérer la magnitude 5,0 dans l’évaluation de dommages et, indiquent que l’écart type du rapport d’endommagement peut largement influencer l’estimation de pertes économiques. Ces données sont ensuite intégrées dans une interface utilisateur simple pour développer une évaluation rapide du risque sismique, évaluer les incertitudes épistémiques et visualiser les résultats sur une plateforme de système d'information géographique. Différents modèles d’entrée sont considérés : trois modèles d’aléa sismique, trois modèles de fragilité et deux modèles d’impacts. Une analyse de sensibilité effectuée avec un scénario de magnitude 6,0, pour les ponts à travées multiples, révèle que l’estimation des pertes économiques est très sensible à la variation de ces différents modèles, où l’augmentation du coût de réparation prévu peut atteindre jusqu’à 760 %

Titre traduit

An integrated approach to seismic risk assessment of a municipal bridge network

Résumé traduit

In earthquake-prone areas, seismic induced damage to bridge structures can result in a loss of road network functionality. The seismic risk assessment of bridges is crucial to establishing response strategies and restoring road networks, which in turn ensure the continuation of essential services such as access to hospitals and the delivery of relief assistance. In order to create an efficient management system and to optimize the decision making process, it is important to study the impact of seismic scenarios on the state of the network and the potential economic losses. The objective of this research is to generate seismic scenarios in order to evaluate the economic impacts and uncertainties of different input models on a bridge network. Four steps are proposed. The first step is the interpretation of a seismic hazard model to generate a spatial distribution of earthquake intensity for different seismic scenarios. A regression analysis is performed on ground motion prediction equations compatible with Eastern Canada, to obtain a relationship between the maximum ground acceleration and the geographic position of each bridge. Based on the Canadian Highway Bridge Code, the results are corrected using the site coefficients to account for the seismic amplification effect. The second step is to build a bridge inventory according to a classification defined by information on construction materials and structural systems. A statistical analysis is performed on each bridge class to study the different parameters contributing to seismic vulnerability. The third step is to assess the seismic performance of the bridges in terms of damage probabilities; this includes specific fragility data, respective to the different classes, based on dynamic analyses. The last stage uses the results of the previous stage to define an impact model to estimate the probable damage state, the repair cost, the priority of inspection and thus the probable state of road traffic. The results of the seismic scenarios reflect the importance of considering magnitude 5.0 in damage assessment and indicate that the standard deviation of the damage ratio can greatly influence the estimation of economic losses. The models are then integrated in a spreadsheet software tool to develop rapid seismic risk, epistemic uncertainties assessment and visualize the results on a geographic information system platform. Different input models are considered: three seismic hazard models, three fragility models and two impact models. A sensitivity analysis performed with magnitude 6,0 scenario for multi-span bridges shows that the economic loss estimate is very sensitive to the variation of these different models, where the expected increase in repair costs can reach 760 %.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 139-144).
Mots-clés libres: pont, séisme, fragilité, scénario, évaluation du risque sismique, état de dommage, incertitude épistémique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nollet, Marie-José
Codirecteur:
Codirecteur
Ahmad, Abo El Ezz
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 14 juin 2021 17:31
Dernière modification: 14 juin 2021 17:31
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2661

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