L'impact de l'interaction sol-structure sur l'évaluation sismique des cadres rigides en béton armé existants situés dans l'Est du Canada

Je tiens premièrement à remercier, mes quatre mousquetaires qui m'ont été d'un soutien total tout au long de ma maîtrise : Marc, Quoc, Benoit et Félix.Sans vos profonds encouragements, mon parcours n'aurait pas été le même.Je remercie ma directrice de mémoire, la professeur Sanda Koboevic, qui m'a accompagnée tout au long de ma formation.Ses précieux conseils ont été d'une très grande qualité, et d'un immense réconfort.Merci.Mes remerciements vont également à la professeur Marie-Josée Nollet de l'École de technologie supérieure, dont l'aide a été précieuse pour démarrer mon projet de recherche.Je remercie aussi professeur Denis LeBoeuf, sans qui l'étude du volet géotechnique aurait été beaucoup plus ardu.Un grand merci aussi à Marc-Denis Rioux, candidat au doctorat à l'ÉTS, pour toutes ses discussions et tous ses conseils que tu m'as prodigué et qui m'ont redonné foi.Merci Marc-Denis.Merci à ma mère, Jocelyne, pour tes encouragements généreux et inconditionnels.Merci à mon père, Faustino, pour avoir été présent tout au long de cette épreuve et pour être le péruvien que tu es.J'aimerais finalement remercier tout particulièrement, ma douce moitié qui m'accompagne dans cette épreuve depuis le début, merci Carla-Ève.v RÉSUMÉ Les structures existantes qui ont été conçues avec les précédentes versions du Code national du bâtiment du Canada sont susceptibles de présenter une réponse sismique non conforme aux exigences sismiques actuelles.Les structures existantes représentent toutefois une part importante du patrimoine bâti et constituent donc un enjeu économique pour les administrations actuelles, ainsi qu'un enjeu de sécurité civil pour les utilisateurs de ces bâtiments.L'évaluation sismique des structures est typiquement réalisée en considérant un sol parfaitement rigide, soit une condition aux frontières d'encastrement.Cette hypothèse est considérée comme conservatrice, mais restreint l'utilisation possiblement bénéfique de la flexibilité et l'amortissement du sol, démontré par plusieurs recherches récentes.Le principal objectif de ce mémoire est d'étudier l'impact de prise en compte des effets d'interaction sol-structure dans l'évaluation sismique des bâtiments existants situé dans l'Est canadien.L'évaluation sismique est réalisée en utilisant les recommandations des normes canadiennes et américaines, tout en incluant les effets d'interaction sol-structure pour deux catégories d'emplacement du code national du bâtiment du Canada (CNBC) 2010, soit un roc (B) et un sol flexible (D).Un bâtiment fictif de trois étages représentatif des structures existantes de l'Est canadien a été conçu selon le CNBC 1965 pour la ville de Québec.Le type de structure choisi est un cadre rigide en béton armé et se base sur un recensement des types de structures bâtis à cette époque.Un modèle numérique, basé sur le concept de « Beam on Nonlinear Winkler Foundation » (BNWF), a été développé afin d'étudier le phénomène d'interaction sol-structure (ISS).Ce modèle simplifié permet de représenter le comportement plastique du sol ainsi que les nonlinéarités géométriques engendrées par le décollement de la fondation par l'inclusion d'une interface de ressorts entre la fondation et la frontière rigide.Les accélérogrammes synthétiques ont été sélectionnés et calibrés aux spectres de conception du CNBC 2010 pour la ville de Québec, déterminés pour les deux catégories d'emplacement choisies.Des analyses temporelles linéaires et nonlinéaires en deux dimensions ont été effectuées avec le logiciel OpenSEES sur un cadre rigide sélectionné du bâtiment fictif.Ces analyses ont permis d'enregistrer le cisaillement à la base, les périodes fondamentales de vibration, les déplacements interétages, les déplacements et les réactions du sol sous la fondation vi ainsi que les efforts et les rotations plastiques dans les poutres et les colonnes.Une première série d'analyses a étudié le comportement d'un modèle élastique de la superstructure en considérant ou non l'effet de l'ISS.Ces analyses ont montré que l'introduction de l'ISS permet en moyenne de réduire les efforts à la base de la structure jusqu'à 30% pour le sol flexible, mais vient par le même fait ajouter une variabilité importante de la réponse où la valeur maximale peut facilement dépasser le maximum sans ISS.L'ISS également augmente les déplacements des étages.La réponse des fondations indique également que les tassements et contraintes dans le sol ne sont pas excessifs et que le soulèvement permis de la semelle de fondation (basculement) permet une redistribution des efforts qui vient limiter le dépassement des critères d'acceptation pour les colonnes.L'évaluation sismique effectuée à partir de ces analyses a montré que les résultats sont plus conservateurs et moins bien contrôlés avec les recommandations du CNBC 2010 qu'avec celles de l'ASCE 41-13.Une seconde série d'analyses a étudié le comportement d'un modèle nonlinéaire de la superstructure pour les éléments poutres et colonnes en incluant ou en excluant l'effet de l'ISS.La réponse structurale a été évaluée en utilisant les critères d'acceptation du ASCE 41-13 uniquement puisque la norme canadienne ne fournit pas de critères d'acceptation basée sur les déplacements.Ces analyses ont montré que pour les rotations plastiques enregistrées, l'introduction de l'ISS peut avoir un impact négatif, soit une demande en ductilité plus grande, sur certains éléments structuraux analysés par rapport à une analyse sans ISS.En général pour tous les cas étudier avec le bâtiment fictif, la demande plastique est restée beaucoup plus faible que la limite imposée par la norme américaine en raison de la taille importante des éléments structuraux et de leur surrésistance.

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