Mémoire de maîtrise - Polytechnique Montréal

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
L’IMPACT DE L'INTERACTION SOL-STRUCTURE SUR L'ÉVALUATION
SISMIQUE DES CADRES RIGIDES EN BÉTON ARMÉ EXISTANTS SITUÉS
DANS L’EST DU CANADA
JOSÉ-SÉBASTIAN APARI LAUZIER
DÉPARTEMENT DES GÉNIES CIVIL, GÉOLOGIQUE ET DES MINES
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
MÉMOIRE PRÉSENTÉ EN VUE DE L’OBTENTION
DU DIPLÔME DE MAÎTRISE ÈS SCIENCES APPLIQUÉES
(GÉNIE CIVIL)
JUIN 2016
© José-Sébastian Apari Lauzier, 2016.

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
Ce mémoire intitulé :
L’IMPACT DE L'INTERACTION SOL-STRUCTURE SUR L'ÉVALUATION
SISMIQUE DES CADRES RIGIDES EN BÉTON ARMÉ EXISTANTS SITUÉS
DANS L’EST DU CANADA
présenté par : APARI LAUZIER José-Sébastian
en vue de l’obtention du diplôme de : Maîtrise ès sciences appliquées
a été dûment accepté par le jury d’examen constitué de :
M. BOUAANANI Najib, Ph. D., président
Mme KOBOEVIC Sanda, Ph. D., membre et directrice de recherche
Mme ASSI Rola, Ph. D., membre

iii
DÉDICACE
"Nanos gigantum humeris insidentes."

iv
REMERCIEMENTS
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