Manuel technique pour la conception et la construction de

tunnels routiers - lments civile

Chapitre 13 - Considrations sismiques

13.1 Introduction

Tunnels, en gnral, ont obtenu de meilleurs rsultats lors de tremblements de terre que ci-

dessus ont des structures de base telles que les ponts et les btiments. structures de tunnel sont

limites par le sol environnant et, en gnral, ne peut pas tre excit indpendante du sol ou

tre soumis une forte amplification vibratoire, comme la rponse inertielle d'une structure de

pont lors de sismes. Un autre facteur contribuant la rduction des dommages tunnel est que

l'amplitude du mouvement sismique a tendance rduire la profondeur sous la surface du sol.

Conception et la construction des structures de tunnels parasismiques adquat, cependant, ne

doit jamais tre nglige, modre des dommages importants a t vcu par de nombreux

tunnels au cours des tremblements de terre, telle que rsume par Dowding et Rozen (1978),

Owen et Scholl (1981), Sharma et Judd (1991), et la puissance et al. (1998), entre autres. La

plus grande incidence de graves dommages a t associe de grands dplacements de terrain

en raison de l'chec du sol, ce est dire, faute de rupture par un tunnel, les glissements de

terrain (en particulier des portails de tunnels), et la liqufaction du sol. Secousses en

l'absence de dfaillance du sol a produit une plus faible incidence et le degr de dommages en

gnral, mais a abouti modre des dommages importants certains tunnels rcents

tremblements de terre. Le rappel le plus rcent du risque sismique aux structures souterraines

sous la terre secouant effet est le dommage et le quasi-effondrement dans les stations de mtro

Daikai et Nagata (Kobe ferroviaires Rapid Transit) au cours de la Kobe Tremblement de terre

au Japon 1995. Prs de la surface tunnels couper-couvercle rectangulaire et tunnels de tubes

immergs dans le sol ont galement t vulnrables aux transitoires dplacements du sol

sismiques latrales, qui ont tendance provoquer des rayonnages d'un tunnel sur sa hauteur et

les pressions latraux accrus sur les parois du tunnel. Leur performance sismique pourrait tre

vital, en particulier lorsqu'ils comportent des lments importants d'un systme de transport

essentielles (par exemple, un systme de transport en commun) laquelle il existe peu de

redondance.

La procdure gnrale pour la conception et l'analyse des structures de tunnels sismique

devrait tre fonde principalement sur l'approche de la dformation du sol (par opposition

l'approche de la force d'inertie); ce est dire, les structures doivent tre conues pour se

adapter aux dformations imposes par le sol. L'analyse de la rponse de la structure peut tre

effectue en ignorant la premire rigidit de la structure, conduisant une estimation prudente

des dformations du sol. Cette procdure simplifie est gnralement applicable pour les

structures intgres dans la roche ou le sol trs raide / dense. Dans les cas o la structure est

rigide par rapport au sol environnant, l'effet de l'interaction sol-structure doit tre prise en

considration. D'autres conditions critiques qui ncessitent des considrations spciales

sismiques comprennent les cas o un tunnel croise ou rencontre un autre tunnel (par exemple,

jonction tunnel ou tunnel / rameau interface) ou une autre structure (par exemple un btiment

de ventilation). Dans ces conditions particulires, la structure du tunnel peut tre empche de

se dplacer au point de jonction en raison de la rigidit de la structure voisine, induisant ainsi

des concentrations de contraintes la section critique. Mthodes numriques complexes sont

gnralement ncessaires pour de tels cas o la nature complexe du systme d'interaction sol-

structure sismique existe.

13.2 Dtermination de l'Environnement sismique

13.2.1 Tremblement de terre fondamentale

Gnral: Les tremblements de terre sont produites par des mouvements relatifs brusques sur

les fractures ou les zones de fracture de la crote de la terre. Ces fractures ou zones de fracture

sont appeles failles sismiques. Le mcanisme de mouvement de dfaut est rebond lastique

de la libration soudaine d'btie nergie de dformation dans la crote. L'nergie de

dformation accumule se accumule dans la crote de la terre travers le mouvement relatif

de gros morceaux, essentiellement intactes de crote appel plaques tectoniques de la terre.

Cet allgement de l'nergie de dformation, communment appel rupture de la faille, se

droule le long de la zone de rupture. Lorsque le dfaut rupture se produit, la roche tendues

rebondit lastique. Ce rebond produit des vibrations qui traversent la crote terrestre et le long

de la surface de la terre, gnrant les mouvements du sol qui sont la source de la plupart des

dommages imputables aux tremblements de terre. Si le dfaut le long de laquelle se produit la

rupture se propage vers le haut la surface du sol et la surface est recouverte par les

sdiments, le dplacement relatif peut se manifester par une rupture de la surface. ruptures de

surface sont galement une source de dgts du tremblement de terre aux installations

construites y compris les tunnels.

Les grandes plaques tectoniques de la crote de la terre sont prsents dans la figure 13-1

(modifies de Park, 1983). Il ya galement de nombreuses petites, petites plaques non

reprsents sur cette figure. Les sismes se produisent galement l'intrieur des plaques,

mais avec une frquence beaucoup plus faible que dans les limites des plaques.

Figure 13-1 Major tectoniques des plaques et leur direction approximative du

Mouvement. (Source: www.maps.com )

Pour la zone continentale des tats-Unis, la frontire des plaques tectoniques principal est le

long de la cte ouest du continent, o la plaque nord-amricaine et la plaque du Pacifique sont

en contact. En Californie, la frontire entre ces plaques est un dfaut de transforme, dans

lequel le mouvement relatif est gnralement l'un glissement latral d'une plaque del de

l'autre. Ailleurs le long de la cte ouest (par exemple, au large de la cte de l'Oregon, de

Washington et de l'Alaska), la limite de plaque est une zone de subduction o une plaque

(plonges sous-conduits) sous l'autre plaque. A l'intrieur de l'Ouest des tats-Unis, adjacent

l'extrmit ouest de la plaque de l'Amrique, il peut y avoir embases qui se sont forms la

suite de l'coulement subcrustal. sources de tremblement de terre dans l'Utah et du Montana

peuvent tre attribuables ces sources sous-plaque. Zones sources sismes dans la centrale et

orientale tats-Unis et le long de la valle du Saint-Laurent sont dans la plaque amricaine et

sont considrs comme des zones de source intraplaque. Les mcanismes gnrateurs de

tremblements de terre dans ces zones intraplaques sont mal comprises, mais peuvent tre lis

l'allgement des contraintes intrieures de anciens mouvements tectoniques, la crote

rebond de l'ge de glace, rajustement de stress l'intrieur de la plaque en raison de charges

limites , la charge sdimentaire comme le bassin du Mississippi, ou d'autres mcanismes non

reconnus. Les tremblements de terre Hawaii sont souponns d'tre associ un panache

isol de la roche en fusion du manteau dnomme un point chaud.

L'intensit et l'impact des tremblements de terre peuvent tre aussi grande ou plus grande dans

les intrieurs de la plaque car ils sont la limite des plaques actives. Les diffrences entre les

limites de la plaque et les tremblements de terre intraplaque est dans leur rpartition

gographique et la frquence d'apparition. L'activit sismique est beaucoup plus le long des

frontires de plaques que dans l'intrieur de la plaque. Cependant, les mouvements du sol des

tremblements de terre intraplaque ont tendance attnuer ou dissiper, beaucoup plus

lentement que ceux des vnements de limite de plaque. Plate dfauts limites sont

relativement plus longs que ceux de la plaque intrieure et ont tendance tre associe une

baisse de stress plus petite (la chute de stress est la rduction soudaine de stress travers le

plan de faille pendant la rupture), plus la dure de la secousse, et un taux plus frquentes

tremblement de terre survenue.

Mouvements de dfaut: Les dfauts sont crs lorsque les contraintes au sein de matriaux

gologiques dpassent la capacit de ces matriaux pour rsister aux contraintes. La plupart

des dfauts qui existent aujourd'hui sont le rsultat de l'activit tectonique qui a eu lieu dans

les temps gologiques antrieures. Ces dfauts sont gnralement non-sismognique (ie

incapable de tremblements de terre de production, ou inactif). Cependant, les dfauts lis la

tectonique pass peuvent tre ractives par la tectonique actuelle dans les zones

sismiquement actives et peuvent galement tre activs par des activits anthropiques

(d'origine humaine), tels que la mise en eau d'un rservoir par un barrage ou l'injection de

fluides (par exemple, les dchets liquides) profondment dans le sous-sol. La taille maximale

d'un tremblement de terre sur une faute anthropognique ractive est un sujet de controverse,

mais les tremblements de terre grosses comme magnitude de moment 6.5 ont t attribus la

mise en fourrire rservoir.

Tous les dfauts le long de laquelle se produit un mouvement relatif ne sont pas une source de

tremblements de terre. Certains dfauts peuvent tre des surfaces le long de laquelle le

mouvement relatif est produit un rythme lent, relativement continue, avec une baisse du

stress insuffisante pour provoquer un tremblement de terre. Ce mouvement est appel faute

fluage. fluage de dfaut peut se produire le long d'une faute peu profonde, o le faible niveau

de stress des morts-terrains sur les rsultats de dfaut dans une contrainte de seuil

relativement bas de l'ouverture de dplacement le long de la faille. Alternativement, un dfaut

rampante peut tre en profondeur dans les matriaux tendres et / ou ductiles qui dforment

plastiquement. En outre, il peut y avoir un manque de rsistance de frottement ou asprits

(inhomognits) le long du plan de faille, permettant fluage stable et la libration associe de

l'nergie de dformation long de la faille. fluage de dfaut peut galement quand des

phnomnes tels que l'intrusion de magma ou des dmes de sel croissance activent petits

dfauts peu profonds dans les sdiments mous. Dfauts gnrs par l'extraction des fluides

(par exemple, de l'huile ou de l'eau dans le sud de la Californie), ce qui provoque le tassement

du sol et active fautes prs de la surface peuvent galement rsulter en faute fluage ainsi.

Dfauts activs par d'autres mcanismes non-tectoniques, par exemple dfauts gnrs par

diapositives de gravit qui ont lieu dans d'paisseur des sdiments meubles, pourraient

galement produire faute fluage.

Failles actives qui se tendent dans le socle cristallin sont gnralement capables de construire

l'nergie de dformation ncessaire pour produire, lors de la rupture, les tremblements de terre

assez forts pour affecter les installations de transport. ruptures d'erreur peuvent se propager

partir du socle cristallin la surface du sol et de produire sol rupture. Dfaut ruptures qui se

propagent la surface dans une zone relativement troite de dformation qui peut tre retrace

la faute causal dans la roche cristalline sont parfois appeles ruptures de dfaut primaires.

ruptures d'erreur peuvent galement se propager la surface diffuse, zones de dformation qui

ne peuvent tre traces directement vers le sous-sol rocheux distribu. Dans ce cas, la

dformation de la surface peut tre renvoy la rupture de dfaut secondaire.

Si oui ou non un dfaut a le potentiel de produire des tremblements de terre est gnralement

jug par la rcence des mouvements des failles prcdentes. Si un dfaut est propag la

surface du sol, la preuve de failles se trouve gnralement dans caractristiques

gomorphologiques associs dfaut de rupture (par exemple, dplacement relatif de

gologiquement jeunes sdiments). Pour les dfauts qui ne se propagent pas la surface du

sol, la preuve gomorphologique des prcdents tremblements de terre peut tre plus modre

et plus difficiles valuer (par exemple, prs de pliage de surface dans les sdiments ou la

preuve d'une liqufaction ou affaissement gnr par les tremblements de terre). Si une erreur

a subi un dplacement relatif relativement rcente des temps gologiques (dans le dlai de la

mise en place tectonique actuelle), il est raisonnable de supposer que cette faute a le potentiel

de se dplacer nouveau. Si le dfaut dplac dans le pass gologique lointain, pendant la

dure d'un rgime diffrent de contraintes tectoniques, et si la faute n'a pas boug ces derniers

temps (Holocne) (gnralement les derniers 11 000 ans), il peut tre considr comme

inactif. Pour certaines installations trs importantes et critiques, tels que ceux dont la

conception est rgie par la US Nuclear Regulatory Commission (NRC), un dlai beaucoup

plus long que le critre de 11.000 ans a t utilis. En conformit avec les rglements US

NRC un dfaut est dfini comme capable (par opposition "actif") si elle a montr une

activit dans les 35.000 dernires annes ou plus.

Preuves gomorphologique du mouvement de la faille ne peut pas toujours tre date. Dans la

pratique, si un dfaut dplace la base consolide d'alluvions, dpts glaciaires ou les sols de

surface, le dfaut est susceptible d'tre actif. En outre, se il existe une activit micro-sismique

associe au dfaut, le dfaut peut tre juge comme tant actif et capable de gnrer des

tremblements de terre. Microsismes survenant dans les roches du socle des profondeurs de

7 20 km peuvent tre une indication du potentiel pour de grands tremblements de terre.

Microsismes qui se produisent des profondeurs de 1-3 kilomtres sont pas ncessairement

une indication du potentiel pour les grands tremblements de terre survenus dommageables. En

l'absence de gomorphologique, tectonique, ou la preuve historique de grands sismes

destructeurs, microtremors peu profondes peuvent simplement indiquer un potentiel pour les

petites ou moyennes vnements sismiques. Microsismes peu profondes de magnitude 3 ou

moins peuvent aussi parfois tre associs l'exploitation minire ou d'autres mcanismes non-

sismognes. Se il ne existe aucune preuve gomorphologique de l'activit sismique rcente et

il n'y a aucune activit microsismique dans la rgion, le dfaut peut tre inactive et pas

capable de gnrer des tremblements de terre.

Dans certains cas, faute de rupture peut tre limite la subsurface sans dplacement relatif

la surface du sol en raison du mouvement de dfaut. Subsurface failles sans primaire rupture

de la faille la surface du sol est caractristique de presque tous, mais les plus grands

tremblements de terre de magnitude dans le centre et l'est des tats-Unis. En raison de la

raret de grands vnements intraplaque de grandeur, de processus gologiques peuvent

effacer manifestations de surface de grands tremblements de terre dans ces domaines. Par

consquent, intraplaque zones de source sismique doivent souvent tre valus en utilisant des

tudes de sismicit et palosismiques instrumentales. Cela est particulirement vrai si les

sources intraplaque sont couverts par un pais manteau de sdiments, comme dans le New

Madrid, Tennessee, et Charleston, Caroline du Sud, les zones sismiques intraplaque.

Enregistrement instrumental des petits vnements de magnitude peut tre particulirement

efficace dans la dfinition de zones de sources sismiques.

Essentiellement toutes les failles actives avec des traces de dfaut de surface aux tats-Unis

sont peu profondes failles de la crote terrestre l'ouest des montagnes Rocheuses.

Cependant, tous les dfauts de la crote peu profonde l'ouest des montagnes Rocheuses ne

ont pas traces de dfauts de surface. Plusieurs rcents tremblements de terre importants le

long de la cte du Pacifique plaque limite (par exemple, le tremblement de terre 1987 Whittier

Narrows et le tremblement de terre de 1994 Northridge) taient dus une rupture des failles

de chevauchement (compression) qui ne cassent pas la surface du sol, appeles failles de

chevauchement aveugles.

Une longue faute, comme la faille de San Andreas en Californie ou la faille de Wasatch en

Utah, gnralement ne se dplace pas sur toute sa longueur un moment donn. De tels

dfauts se dplacent typiquement en portions, un segment la fois. Une immobile (ou

verrouill) segment, un segment qui est rest stationnaire, tandis que les segments adjacents

de la faute ont dmnag, est un bon candidat pour le prochain pisode de mouvement.

Type de Dfauts: Les dfauts peuvent tre classs selon leur mode, ou le style de mouvement

relatif. Les principaux modes de dplacement relatif sont illustrs dans la Figure 13-2 et sont

dcrits par la suite.

Figure 13-2 Types de Mouvement dfaut

Failles dcrochantes: Dfauts le long de laquelle le mouvement relatif est essentiellement

horizontale ( savoir les cts opposs de la lame de faute passe de l'autre ct), sont appels

grve dfauts de glissement. Grve dfauts de glissement sont souvent des caractristiques

essentiellement linaire (ou plane). Failles de glissement qui ne sont pas assez linaire peut

produire des caractristiques de surface complexes. La faille de San Andreas est une faille de

glissement qui est essentiellement une fonction linaire nord-sud sur presque toute sa

longueur. Failles de glissement peuvent parfois tre aligns dans la mode en-chelon dans

lequel des segments sous-parallle individuels sont aligns le long d'une tendance linaire.

En-chelon dcrochements failles se accompagne parfois d'tape sur les zones o faute

dplacement est transfr de failles de glissement adjacentes. Rez motifs de rupture au sein de

ces zones peuvent tre particulirement complexe.

Dfauts Dip Slip: Dfauts dans lequel la dformation est perpendiculaire au plan de faille

peuvent se produire en raison soit normal (extension) ou inverse (compression) mouvement.

Ces dfauts sont considrs comme des dfauts plongeon de glissement. Failles inverses sont

aussi appels les failles de chevauchement. Dip dfauts de drapage peuvent produire de

multiples fractures au sein de zones de failles assez larges et irrgulires.

Autres Cas particuliers: Dfauts qui montrent la fois la grve glissement et dip slip

dplacement peuvent tre soumis des dfauts de glissement obliques.

Sisme de magnitude: sisme de magnitude, M, est une mesure de l'nergie dgage par un

tremblement de terre. Une varit de diffrentes chelles tremblement de terre de magnitude

existe. Les diffrences entre ces chelles est attribuable la caractristique de tremblement de

terre utilise pour quantifier la teneur en nergie. Caractristiques utilises pour quantifier

sisme contenu nergtique comprennent l'intensit locale de mouvements du sol, les ondes

de volume gnres par le tremblement de terre, et les ondes de surface gnres par le

tremblement de terre. Dans l'est des tats-Unis, sisme de magnitude est gnralement

mesure comme une grandeur d'onde (courte priode) du corps, m b. Toutefois, l'ampleur de

l'onde (longue priode) du corps, m B, l'chelle est aussi parfois utilis dans la centrale et

orientale tats-Unis. En Californie, sisme de magnitude est souvent mesure en local

(Richter) l'ampleur, M L, ou l'ampleur de l'onde de surface, M s. L'ampleur Agence

mtorologique japonaise (JMA M) chelle est couramment utilis au Japon.

En raison des limites dans la capacit de certains instruments d'enregistrement pour mesurer

les valeurs ci-dessus une certaine amplitude, certaines de ces chelles de magnitude ont

tendance atteindre une limite suprieure asymptotique. Pour corriger cela, la magnitude de

moment, M w, l'chelle a t dvelopp par les sismologues (Hanks et Kanamori, 1979). Le

moment amplitude d'un tremblement de terre est une mesure de l'nergie cintique libre par

le sisme. M w est proportionnelle au moment sismique, dfinie comme un produit de la

rigidit du matriel, faute zone de rupture et la dislocation moyenne de la surface de rupture.

Magnitude de moment a t propose comme une mesure de l'ampleur fdrateur et cohrent

de la teneur en nergie de tremblement de terre. Figure 13-3 (Heaton, et al., 1986) fournit une

comparaison des diffrentes autres chelles de magnitude avec l'chelle de moment grandeur.

Hypocentre et Epicenter et site Source Distance: L'hypocentre (mise au point) d'un

tremblement de terre est le point partir duquel les ondes sismiques premier manent.

Conceptuellement, il peut tre considr comme le point sur un plan de faille o le glissement

responsable d'un tremblement de terre a t lanc. L'picentre est un point sur la surface du

sol directement au-dessus l'hypocentre. Figure 13-4 montre la relation entre l'hypocentre,

picentre, plan de faille, et la zone de rupture d'un tremblement de terre. Figure 13-4 montre

galement la dfinition des angles et de pendage du plan de faille.

La distance horizontale entre le site d'intrt de l'picentre est appele distance picentrale, R

E, et est couramment utilis dans l'est des tats-Unis. La distance entre le site et l'hypocentre

(plus largement utilise dans l'ouest des tats-Unis) est appele la distance hypocentre, R H.

Figure 13-3 Comparaison des chelles de magnitude du tremblement de terre (Heaton, et

al., 1986)

Figure 13-4 Dfinition de base Fault Gomtrie Y compris Hypocenter et Epicenter

Analyse 13.2.2 mouvements du sol Hazard

Pour la conception sismique des installations de tunnels souterrains, l'une des tches

principales est de dfinir le tremblement de terre de conception (s) et les niveaux du

mouvement du sol correspondantes et d'autres risques sismiques associs. Le processus par

lequel des paramtres de mouvement du sol de conception sont tablies pour une analyse

sismique est appele l'analyse des risques sismiques. Ala sismique analyses impliquent

gnralement les tapes suivantes:

Identification des sources sismiques capable de mouvements du sol sur le site du

projet

Evaluation du potentiel pour chaque source sismique capable

valuation de l'intensit des mouvements du sol de conception sur le site du projet

Identification des sources sismiques consiste tablir le type de faute et sa situation

gographique, la profondeur, la taille et l'orientation. Identification de la source sismique peut

aussi inclure la spcification d'une source sismique alatoire pour accueillir les tremblements

de terre ne sont pas associs avec ne importe quel dfaut connu. valuation du potentiel

sismique d'une source identifie implique une valuation de l'ampleur du tremblement de terre

(ou gamme de grandeurs) que la source peut gnrer et, souvent, le taux prvu de survenance

d'vnements de ces grandeurs.

Identification des sources sismiques capables ainsi que l'valuation du potentiel sismique de

chaque source peut tre capable appele sismique caractrisation source. Une fois les sources

sismiques sont caractriss, l'intensit des mouvements du sol sur le site du projet partir de

ces sources doit tre caractrise. Il ya trois faons gnrales par lesquelles l'intensit des

mouvements du sol un site du projet est valu dans la pratique. Ils sont, par ordre de

complexit: (1) l'utilisation des rsultats d'analyse des dangers existants publis par les

organismes crdibles tels que US Geological Survey (USGS) et certains organismes de l'tat;

L'valuation de l'ala sismique dterministe (2) projet spcifique et spcifique au site; et (3)

projet spcifique et l'valuation de l'ala sismique probabiliste spcifique au site. Quelle

approche particulire est adopte peut dpendre de l'importance et de la complexit du projet

et peut tre dict par les organismes de rglementation.

Le choix du niveau de mouvement du sol de conception, qu'elle soit fonde sur une analyse probabiliste ou dterministe, ne peut pas tre

considr sparment du niveau de performance spcifi pour l'vnement de design. Parfois, les installations peuvent tre conus pour des

niveaux de performance multiples, avec un niveau de mouvement du sol diffrent attribu chaque niveau de la performance, une pratique

appele conception de la performance base. Niveaux de performance communs utiliss dans la conception des installations de transport

comprennent la protection de la scurit de la vie et de l'entretien de la fonction aprs l'vnement. Un critre de sisme de calcul de niveau

de scurit est couramment utilis dans la conception parasismique. Garder une installation fonctionnelle aprs un grand tremblement de

terre ajoute une autre exigence celle de simplement maintenir la scurit de la vie, et est gnralement requis pour les installations critiques.

L'effondrement d'un tunnel de transport moderne (en particulier des fins de transport en

commun) pendant ou aprs un vnement sismique majeur pourrait avoir des effets

catastrophiques ainsi que les impacts sociaux et conomiques profondes. Il est typique donc

pour les tunnels modernes et critiques transport tre conus pour rsister mouvements

sismiques du sol avec une priode de 2500 annes de retour, (correspondant 2% de

probabilit de dpassement en 50 ans, ou 3% de probabilit de dpassement en 75 ans). En

outre, pour viter les longs temps d'arrt et de minimiser les rparations coteuses, un tunnel

de transport moderne et critique est souvent ncessaire pour rsister un sisme plus frquent

(ie, un tremblement de terre de niveau infrieur) avec un minimum de dommages. Le tunnel

devrait tre capable d'tre mis immdiatement en service aprs inspection suivante ce

tremblement de terre de conception de niveau infrieur. Dans les zones sismiques levs, ce

tremblement de terre de niveau infrieur est gnralement dfini comme ayant une probabilit

de probabilit de dpassement 75 annes de 50%, correspondant une priode de retour de

108 ans. Dans l'est des tats-Unis, o sisme occurrence est beaucoup moins frquente, le

tremblement de terre de conception de niveau infrieur pour les tunnels modernes et critiques

transport est gnralement dfinie une priode de retour suprieure telle que 500 annes.

Utilisation de la vigueur analyse des dangers Rsultats: Informations utilises pour la

caractrisation de la source sismique peut souvent tre obtenu partir de publications de

l'Enqute United States Geological (USGS), ou divers organismes d'tat. Ces rsultats publis

sont souvent utiliss parce qu'ils fournissent la crdibilit pour le concepteur et l'ingnieur

peuvent donner un sentiment de scurit. Cependant, se il est temps de dcalage important

entre le dveloppement et la publication, les rsultats publis de danger peuvent ne pas

intgrer les dveloppements rcents sur la sismicit locale ou rgionale. En outre, il ya des

situations o les rsultats de danger publi peut tre inadquate et ncessiter l'valuation de

l'ala sismique spcifique au site. Ces situations peuvent inclure: (1) les niveaux du

tremblement de terre de conception (par exemple, en termes de priode de retour) sont

diffrents de ceux qui sont prvus dans les rsultats publis, (2) pour les sites situs dans les 6

miles d'une surface active ou faute peu profonde o quasi effet de champ est considre

comme importante, et (3) les rsultats de danger publis ne parviennent pas y inclure les

rcentes volutions majeures sur la sismicit locale ou rgionale.

Cartes des risques sismiques qui comprennent des valeurs d'acclration spectrales

diffrentes priodes spectrales ont t dvelopps par l'USGS dans le cadre du Programme de

rduction des alas sismiques national (NEHRP). Valeurs de carte de pointe et des

acclrations spectrales avec une probabilit de dpassement de 2 pour cent, 5 pour cent, et 10

pour cent en 50 ans ( peu prs 2500 ans, 1000 ans, et la priode de retour de 500 ans

correspondant, respectivement) peuvent tre rcuprs sous forme de tableau. Figure 13-5 ci-

dessous montre un exemple des cartes nationales des risques de mouvement de terrain en

termes d'acclration maximale du sol (en site de classe B - Rock tendre site) pour un

vnement de 2% de probabilit de dpassement en 50 ans (soit 2500-ans Rendement

Priode). En outre, USGS fournit galement des informations (par exemple, le de-agrges

danger) qui peut tre utilise pour estimer le reprsentant "l'ampleur et distance" pour un site

dans la zone continentale des tats-Unis.

Figure 13-5 national mouvements du sol Carte danger par l'USGS (2002) - Acclration

maximale du sol avec 2% de probabilit de dpassement de 50 ans (2500-an priode de

retour) - pour le site de classe B, Soft Rock

L'approche dterministe analyse des risques: Dans une analyse de l'ala sismique

dterministe, le sismologue effectuer l'analyse identifie d'abord les sources sismiques capables

et attribue une valeur maximale chaque source. Ensuite, l'intensit des secousses sur le site

de chaque source est capable calcule et le tremblement de terre de conception est identifi

sur la base de la source capable de causer le plus de dommages. Les tapes d'une analyse des

risques sismiques dterministe sont les suivantes:

1. tablir l'emplacement et les caractristiques (par exemple, le style de failles) de toutes les sources du tremblement de terre potentiels qui pourraient affecter le site. Pour

chaque source, attribuer un sisme de magnitude reprsentant.

2. Slectionnez une relation d'attnuation appropries et estimer les paramtres du mouvement du sol sur le site de chaque faute de nature en fonction de l'ampleur du

tremblement de terre, le mcanisme de dfaut, la distance de site la source, et les

conditions du site. relations d'attnuation discrimination entre les diffrents styles de

failles et entre les sites de roche et de sol.

3. Tamiser les dfauts capables (actifs) sur la base de grandeur et l'intensit des mouvements du sol sur le site pour dterminer la source gouvernementale.

L'approche d'analyse dterministe fournit un cadre pour l'valuation des pires scnarios sur un

site. Il fournit peu d'informations sur la probabilit ou la frquence d'occurrence du

tremblement de terre rgissant. Si cette information est ncessaire, une approche d'analyse

probabiliste devrait tre utilise pour mieux dfinir le risque de mouvement sismique.

L'approche probabiliste d'analyse des risques: Une analyse de l'ala sismique probabiliste

intgre la probabilit d'une rupture de la faute et la distribution de magnitude des sismes

associs dfaut de rupture dans l'valuation de l'intensit du mouvement du sol de

conception d'un site. L'objectif d'une analyse de l'ala sismique probabiliste est de calculer,

pour une dure d'exposition donne, la probabilit de dpassement correspondant diffrents

niveaux d'un paramtre de mouvement du sol (par exemple, la probabilit de dpasser une

acclration maximale du sol de 0,2 g dans un an 100 priode). Le paramtre de mouvement

du sol peut tre soit une valeur de crte (par exemple, l'acclration maximale du sol) ou d'une

ordonne de spectres de rponse associ au mouvement au sol fort sur le site. La valeur

probabiliste du paramtre de conception intgre la fois l'incertitude de l'attnuation des

mouvements du sol et le caractre alatoire des vnements sismiques. Une analyse

probabiliste de l'ala sismique comprend gnralement les tapes suivantes, comme illustr

dans la figure 13-6:

1. Identifier les sources sismiques capables de gnrer des forts mouvements du sol sur le site du projet. Dans les rgions o aucun failles actives peuvent tre facilement

identifis, il peut tre ncessaire de se appuyer sur une analyse purement statistique

des sismes historiques dans la rgion.

2. Dterminer l'ampleur minimum et maximum de tremblement de terre associ chaque source et attribuer une distribution de frquence des tremblements de terre survenue

la fourchette tablie de grandeurs. La relation de magnitude rcidive Gutenberg-

Richter (Gutenberg et Richter, 1942) est la relation les plus couramment utiliss pour

dcrire la distribution de frquence des tremblements de terre survenue. Bien que

l'amplitude maximale est un paramtre physique par rapport la dimension de dfaut,

l'ordre de grandeur minimal peut tre li la fois les proprits physiques de la panne

et les contraintes de l'analyse numrique.

3. Pour chaque source, affecter une relation d'attnuation sur la base du style de failles. L'incertitude est gnralement attribu des relations d'attnuation fondes sur une

analyse statistique de l'attnuation des tremblements de terre prcdents.

4. Calculer la probabilit de dpassement du paramtre de mouvement au sol spcifie pendant un intervalle de temps spcifi par l'intgration de la relation d'attnuation sur

la distribution d'amplitude pour chaque source et en additionnant les rsultats.

Procdure Figure 13-6 gnral pour l'analyse probabiliste des risques sismiques

13.2.3 mouvements du sol Paramtres

Une fois que les tremblements de terre survenus de conception sont dfinis, les paramtres de

mouvement du sol de conception sont ncessaires pour caractriser les vnements du

tremblement de terre de conception. Diffrents types de paramtres de mouvement au sol

peuvent tre ncessaires selon le type de mthode d'analyse utilise dans la conception. En

gnral, les mouvements du sol peuvent tre caractrises par trois lments de translation

(par exemple longitudinale, transversale et verticale par rapport l'axe du tunnel). Les

diffrents types de paramtres de mouvement de masse commune sont dcrits dans les

paragraphes suivants.

Rez pointe mouvement Paramtres: Acclration maximale du sol (PGA), en particulier dans

le sens horizontal, est l'indice le plus commun de l'intensit de forts mouvements du sol sur un

site. Vitesse au sol maximale (PGV) et le pic de dplacement du sol (DPI) sont galement

utiliss dans certaines analyses d'ingnierie pour caractriser le potentiel de dommages des

mouvements du sol.Pour la conception et l'analyse des structures souterraines, y compris les

tunnels sismique, le PGV est aussi important que le PGA parce souches au sol (ou du

dplacement diffrentiel entre deux points dans le sol) peuvent tre estimes en utilisant

l'PGV. Les valeurs de la PGA sont gnralement disponibles partir des rsultats de danger

publis tels que ceux de l'tude de danger USGS. relations d'attnuation sont aussi

gnralement disponible pour l'estimation des valeurs de la PGA. Cependant, il ya eu peu

d'informations dans le pass pour estimer les valeurs PGV. Des tudes antrieures ont tent de

corrler l'PGV avec PGA en tablissant des rapports-PGV- PGA (en fonction de la

magnitude des sismes, les conditions du sol du site, et la distance de la source au site dans

certains cas). Cependant, ces corrlations ont t proviennent principalement de la base de

donnes de mouvement du sol dans l'Ouest des tats-Unis (WUS) et ne ont pas rendre

compte des diffrentes caractristiques des mouvements du sol dans la centrale et de l'Est des

tats-Unis (CEUS). Une tude rcente (NCHRP-12-70, 2008) a constat que PGV est

fortement corrle avec l'acclration spectrale 1,0 secondes (S 1 ). En utilisant les donnes

de mouvements forts publis, l'analyse de rgression a t effectue et la corrlation suivante

a t recommande des fins de conception.

PGV = 0,394 x 10 0.434C

13-1

O:

PGV est dans / sec

C = 4,82 + 2,16 log 10 S 1 + 0,013 [2,30 log 10 S 1 + 2,93] 2 13-2

Le dveloppement de la PGV-S une corrlation est bas sur une base de donnes tablie

partir de tremblement de terre vaste enregistre acclrogrammes reprsentant de deux sites

de roche et de sol pour le WUS et CEUS. Le sisme de magnitude a t trouv jouer qu'un

petit rle et ne est pas inclus dans la corrlation dans le dveloppement quations 13-1 et 13-

2. 13-1 quation est base sur la moyenne plus un cart-type partir de l'analyse de rgression

(ce est- 1,46 x la valeur mdiane) de conservation.

Conception Spectra Rponse: spectres de rponse reprsente la rponse d'un seul degr

amortie du systme de libert de mouvements du sol. spectres de rponse de conception, y

compris la prise en compte des effets de site des sols peut tre tablie en utilisant des

procdures de code spcifi tels que ceux spcifis dans le (Programme national de rduction

des risques sismiques) NEHRP publications ou les nouvelles spcifications Guide LRFD

AASHTO en utilisant les paramtres du tremblement de terre de conception appropries

compatibles avec le souhaitable les niveaux de risque de tremblement de terre de conception

(voir les discussions dans la section 13.2.2). Figure 13-7 illustre schmatiquement la

construction des spectres de rponse de calcul en utilisant la procdure NEHRP. Les termes et

paramtres utiliss dans la figure 13-7 sont documents en dtail dans NEHRP 12-70 (2008)

et AASHTO LRFD Pont Spcifications de conception (2008 Dispositions provisoires).

Alternativement, spcifique au projet et l'analyse des risques spcifiques au site peuvent

galement tre effectues pour calculer les spectres de rponse de calcul. analyse dynamique

de rponse du sol spcifique au site peut galement tre effectue pour tudier les effets des

conditions locales du sol / site (effets de site).

Figure 13-7 Conception Spectra rponse construite en utilisant la procdure NEHRP.

Il convient de noter que, bien que les spectres de rponse de calcul sont couramment utiliss

pour la conception et l'analyse sismique de structures hors sol, tels que des ponts et des

btiments, ils ne sont pas aussi utiles dans l'valuation sismique pour structure souterraine. Ce

est parce que les spectres de rponse sont plus pertinentes pour valuer l'effet de rponse

inertie des structures hors-sol tandis que pour les structures souterraines, les souches de sol ou

les dplacements du sol sont le facteur dterminant. Nanmoins, les spectres de rponse de

calcul tablir efficacement le niveau d'intensit des mouvements du sol trembler et peut tre

utilis pour driver d'autres paramtres de mouvement du sol qui sont utiles et pertinents pour

les structures souterraines. Par exemple, en utilisant l'acclration spectrale de conception

1,0 sec (S D1 ), PGV peut tre estime en utilisant la corrlation empirique discut ci-dessus

(quation 13-1). En outre, les spectres de rponse de calcul peut galement tre utilis comme

cible de spectres pour produire la masse de conception histoires de temps de mouvement qui

leur tour peuvent tre utiliss dans l'analyse sismique pour structures souterraines si l'analyse

numrique plus prcise est requise.

Histoires mouvements du sol Temps et variant spatialement Effets mouvements du sol: Les

histoires de temps dvelopps devraient correspondre les spectres de rponse de conception

de la cible et ont des caractristiques qui sont reprsentatifs de l'environnement sismique du

site et les conditions locales du site. Caractristiques de l'environnement sismique du site pour

tre pris en compte dans la slection des histoires de temps comprennent: l'environnement

tectonique (par exemple, zone de subduction; dfauts de la crote peu profonds dans WUS ou

de l'environnement de la crote similaire; CEUS ou de l'environnement de la crote

similaire); sisme de magnitude; type de failles (par exemple, dcrochement; inverser;

normal); source sismique site distance; conditions locales du site; et la conception ou les

caractristiques de mouvements de terrains attendus (par exemple, spectre de rponse de la

conception, les caractristiques et de mouvements de terrains spciale tels que les

caractristiques quasi-de dfaut; la dure de fortes secousses).

Il est souhaitable de choisir temps-histoires qui ont t enregistrs dans des conditions

similaires aux conditions sismiques (comme dcrit ci-dessus) sur le site, mais des compromis

sont habituellement exigs en raison des multiples attributs de l'environnement sismique et la

banque de donnes de temps limite enregistre -histories. Slection des temps-histoires ayant

des grandeurs et les distances du tremblement de terre semblables, dans des gammes

raisonnables, sont des paramtres particulirement importants, car ils ont une forte influence

sur le contenu de la rponse spectrale, forme spectrale de rponse, la dure de fortes

secousses, et les caractristiques de mouvements de terrains proximit de source.

Pendant de longues structures telles que tunnels, diffrents mouvements du sol peuvent tre

rencontrs par les diffrentes parties de la structure.Ainsi, il est parfois ncessaire pour le

tunnel valuer pour les mouvements du sol dans l'espace des effets variables, en particulier

lorsque la rponse longitudinal du tunnel est de proccupation (voir discussions au point

13.5.2). Dans ce cas, les dplacements diffrentiels et la force accumulation le long de la

longueur du tunnel peut tre induite en raison des effets variables spatialement des

mouvements du sol. Pour le calcul des spatialement divers mouvements du sol histoires de

temps, au minimum les facteurs suivants devraient tre pris en considrations:

Local effet de site du sol

Vague de voyage / effet de passage

Effet de source tendue

Effet de champ proche.

Rez Paramtres mouvement attnuation avec Profondeur : Les mouvements du sol paramtres

dcrits ci-dessus sont gnralement mis en place la surface du sol. Tunnels, cependant, sont

gnralement construits une certaine profondeur sous la surface du sol. Pour l'valuation

sismique de la structure de tunnel, les paramtres de mouvement du sol doit tre drivs la

hauteur du tunnel. En raison des mouvements du sol diminuent gnralement avec la

profondeur sous la surface du sol, ces paramtres ont gnralement des valeurs infrieures aux

estimations pour les mouvements au sol de surface (par exemple, Chang et al., 1986). Les

ratios de valeurs de mouvement au sol des profondeurs tunnel ceux la surface du sol

peuvent tre prises que les rapports rsums dans le tableau 13-1 sauf si des valeurs

infrieures sont justifies fondes sur des valuations spcifiques au site.

Pour une valuation plus prcise des paramtres de mouvement du sol en profondeur, analyse

dynamique de rponse de site spcifique du site doit tre effectu pour tenir compte des

conditions souterraines dtailles et la gomtrie du site. Les rsultats de l'analyse de la

rponse dynamique du site fourniraient divers aspects de paramtres de mouvement du sol en

fonction de la profondeur (dans une analyse de rponse de site une dimension) ou en

fonction de coordonnes spatiales (dans une analyse de rponse de site deux ou trois

dimensions) .

Tableau 13-1 mouvements du sol attnuation avec Profondeur

Tunnel Profondeur

(m)

Ratio de mouvements du sol Au Tunnel Profondeur Pour motion A

Surface terrain

6 1.0

6 -15 0,9

15 -30 0,8

30 0,7

13,3 Facteurs qui influencent le Tunnel sismique Performance

Les principaux facteurs qui influencent la performance sismique tunnel peuvent gnralement

tre rsumes comme (1) l'ala sismique, (2) les conditions gologiques, et (3) en forme de

tunnel, la construction, et de l'tat. Chacun de ces facteurs est brivement dcrit dans les

sections suivantes.

13.3.1 risque sismique

Dans un sens large, les effets du tremblement de terre sur les structures de tunnels souterrains

peuvent tre regroups en deux catgories: (1) secousses, et (2) l'chec du sol. Bas sur tunnel

records de performance au cours de sismes passs, les effets nfastes de l'chec du sol sur les

tunnels sont nettement plus importants que les effets secousses.

Rez agitation: secousses se rfre la vibration du sol produite par les ondes sismiques se

propageant travers la crote de la terre. La zone exprience de cette agitation peut couvrir

des centaines de miles carrs dans le voisinage de la rupture de la faille. L'intensit de

l'agitation attnue avec la distance partir de la rupture de dfaut. Rez secouant mouvements

sont composs de deux types diffrents d'ondes sismiques, chacune avec deux sous-types,

dcrite comme suit:

Les ondes de volume qui voyagent dans le matriel de la terre. Ils peuvent tre soit des

ondes P ou S longitudinales ondes de cisaillement transversal et ils peuvent se

dplacer dans une direction quelconque dans le sol.

Les ondes de surface se dplaant le long de la surface de la terre. Ils peuvent tre soit

des ondes de Rayleigh ou vagues Rencontres.

Comme le sol est dform par les vagues de voyage, ne importe quelle structure de tunnel

dans le sol sera galement dforme, car les structures de tunnel sont limits par le milieu

environnant (sol ou de roche). Tant que le sol (ce est dire, le milieu environnant) est stable,

les structures ne peuvent pas se dplacer indpendamment du sol. Par consquent, la

conception et l'analyse des structures souterraines sont bases sur sol dformations / souches

plutt que des valeurs d'acclration au sol. Si l'ampleur de la dformation du sol lors de

sismes est petite, l'effet sismique sur tunnels est ngligeable. Par exemple, il ya gnralement

peu d'intrt pour les sections de tunnel construits dans la roche raisonnablement comptent

parce que les dformations / souches sismique induits dans la roche sont gnralement trs

faibles, sauf lorsque des zones de cisaillement / dfauts sont rencontrs ou quand il ya de gros

morceaux de roche desserrs derrire la doublure. Dans les dpts de sol meuble ou mou,

d'autre part, la dformation du sol dvelopp pendant le tremblement de terre (s) de

conception doit tre estime et utilise pour la conception et l'analyse de la structure. En

gnral, les effets potentiels des secousses gamme de craquage mineure d'un revtement en

bton effondrement de la chemise et de la splologie majeure des matriaux gologiques

dans le tunnel.

Rez-de-chec : l'chec Rez comprend gnralement diffrents types de l'instabilit du sol tels

que faute rupture, le soulvement tectonique et de la subsidence, glissements de terrain, et la

liqufaction du sol. Chacun de ces risques peuvent tre potentiellement catastrophique des

structures de tunnel, bien que les dommages sont habituellement localiss. Conception d'une

structure du tunnel contre les problmes d'instabilit sol est souvent possible, mme si le cot

peut tre lev.

Si une faille active traverse le trac du tunnel, il ya un risque de dplacement en cisaillement

direct travers le tunnel en cas d'un tremblement de terre modr grande ampleur. Ces

dplacements peuvent varier de quelques centimtres plus de dix pieds et, dans de nombreux

cas, peut tre concentr dans une zone troite le long de la faille. rupture de la faille peut et a

eu des effets trs nfastes sur les tunnels. Soulvement tectonique et la subsidence peuvent

avoir des effets nfastes similaires dfaut rupture, si les mouvements de soulvement /

d'affaissement provoquent des dformations diffrentielle suffisante du tunnel.

Les glissements de terrain travers un tunnel, soit statiquement ou sismique induite, peut

entraner dans de grands dplacements de cisaillement concentres et l'effondrement soit

totale ou partielle de sections en travers des tunnels. potentiel de glissement de terrain est plus

grand quand une masse crasante prexistante croise le tunnel. Une masse crasante

statiquement stable peut tre activ par secousses sismiques. Le risque de glissements de

terrain est gnralement plus importante dans les moins profondes d'un trac du tunnel et au

tunnel de portails.

Pour les tunnels situs dans les sols en dessous de la nappe phratique, il pourrait y avoir un

potentiel pour la liqufaction se lche pour pulvrulents sols moyennement dense (sables,

limons, graviers) sont adjacents au tunnel. Les effets potentiels de liqufaction de sol

adjacents un tunnel comprennent: (a) l'augmentation des pressions latrales sur la paroi ou

les parois du tunnel, ce qui pourrait conduire une dfaillance de la paroi ou des parois en

fonction de leur conception; (B) de flottation ou de fonage d'un tunnel intgr dans le sol

liqufi, en fonction du poids relatif du tunnel et les sols remplacs par le tunnel; et (c) les

dplacements latraux d'un tunnel si il ya une face libre vers laquelle le sol liqufi peut se

dplacer et / ou si le tunnel est construit ci-dessous un terrain en pente.

13.3.2 Conditions gologiques

Autres conditions gologiques dfavorables pourraient conduire la performance du tunnel

sismique insatisfaisante moins reconnu et adquatement pris en compte dans la conception et

la construction tunnel. Conditions gologiques dfavorables comprennent: les sols mous;

roches avec des avions faibles croisent un tunnel, telles que les zones de cisaillement ou des

plans de stratification faible bien dvelopps et ensembles communs bien dvelopps qui sont

ouverts ou rempli de roche altre et dcompose; checs rencontrs lors de la construction du

tunnel qui peuvent avoir encore affaibli les formations gologiques adjacentes un tunnel (par

exemple, les effondrements ou excutant terrain, laissant vides incompltement remplie ou de

la roche desserr derrire une doublure; serrant sol relativement faible facteur statique de

scurit contre doublure effondrement) ; et les units gologiques adjacentes ayant des

contrastes importants dans la rigidit qui peuvent conduire des concentrations de contraintes

ou dplacement diffrentiel.

13.3.3 Tunnel conception, la construction, et Condition

lments de conception du tunnel, la construction, et l'tat qui peuvent influencer tunnel

comportement sismique comprennent:

1. Que chargements sismiques et des comportements ont t explicitement pris en compte dans la conception du tunnel

2. La nature du systme de revtement et le soutien tunnel (par exemple, le type de revtement, degr de contact entre la garniture / systmes de soutien et matriaux

gologiques, l'utilisation de boulons d'ancrage et chevilles)

3. Jonctions des tunnels avec d'autres structures 4. Histoire de la performance du tunnel statique en termes de dfaillances et la

fissuration ou la distorsion de la doublure systme de soutien /

5. tat actuel de systme garniture / de support, tels que le degr de fissuration du bton et de la dtrioration des matriaux de bton ou d'acier au cours du temps.

Lors de l'valuation d'un tunnel existant dans la phase de dpistage ou une valuation plus

dtaille, ou de l'laboration des mesures de modernisation, il est important d'obtenir des

renseignements aussi complets que possible sur la conception du tunnel, la construction, et

l'tat et les conditions gologiques le long du trac du tunnel. Pour obtenir cette information,

l'quipe de conception et d'valuation doit examiner les dessins de conception et d'tudes de

conception, dessins tel que construit, les dossiers de construction figurant dans l'ingnieur de

la construction des rapports quotidiens et des dossiers spciaux rapports, d'entretien et

d'inspection, et les rapports gologiques et gotechniques et cartes. Inspections et enqutes

spciales peuvent tre ncessaires pour dcrire de manire adquate les conditions existantes

et de dterminer les raisons pour de dtresse pour le tunnel.

13,4 performance sismique et les lignes directrices de dpistage de tunnels

13.4.1 directives de dpistage applicable tous types de tunnels

Il ya certaines conditions qui indiquerait clairement un risque potentiellement important

sismique un tunnel for, tunnel couper-couverture, ou tube immerg et ncessitent donc des

valuations plus dtailles. Ces conditions comprennent:

Une faille active coupant le tunnel;

Un glissement de terrain coupant le tunnel, si oui ou non le glissement de terrain est

actif;

Sols liqufiables adjacentes au tunnel, et

Histoire de la dtresse statique pour le tunnel (par exemple, effondrements locales,

grandes dformations, fissures ou caillage du revtement en raison de mouvements

de la terre), moins que des mesures de rnovation ont t prises pour stabiliser le

tunnel.

En plus de ce qui prcde, les valuations sismiques dtailles devraient galement tre

menes pour les tunnels qui sont considrs comme des structures de ligne de vie (structures

importantes et critiques) qui doit tre utilisable ou rester ouverte la circulation

immdiatement aprs le tremblement de terre. tunnels de transit dans les rgions

mtropolitaines sont souvent considrs comme des structures critique / vitaux et, par

consquent, justifier valuations sismiques dtailles.

13.4.2 directives de dpistage supplmentaires pour des tunnels de la

Si les conditions ci-dessus ne existent pas, alors le risque un tunnel for est une fonction de

la conception et de la construction du tunnel, les caractristiques des milieux gologiques, et

le niveau de secousses. Dans cette section, les directives de dpistage supplmentaires sont

proposes Compte tenu de ces facteurs et les observations empiriques de la performance du

tunnel pendant les tremblements de terre.

Il convient de noter que, bien que pas aussi dommageable que les effets des dfaillances du

sol, l'effet de sol secouant seul (ce est dire, en l'absence de dfaillance du sol) a entran des

dgts modrs majeur pour de nombreux tunnels dans les tremblements de terre. Figure 13-

8 montre une doublure exprience de tunnel routier tomber de la couronne du tunnel sous

l'effet de secousses pendant le tremblement de terre de Niigata 2004 au Japon. Dans un autre

incident, le tremblement de terre en Turquie Koceali 1999 a provoqu l'effondrement de deux

tunnels (les tunnels Bolu) construit en utilisant la mthode NATM (15 m arc de haut et 16 m

de large). Au moment du sisme, la partie replie du tunnel a t stabilis avec nervure en

acier, le bton projet, et des ancres.

Figure 13-8 Highway Tunnel Doublure Falling from Tunnel Couronne - 2004 Niigata

Tremblement de terre au Japon.

Figure 13-9 prsente un rsum des observations empiriques sur les effets des secousses

sismiques de terrain sur la performance des tunnels fors / mines. Le chiffre est de l'tude par

Power et al. (1998), qui met jour des prsentations antrieures de donnes de performance

du tunnel par Dowding et Rozen (1978), Owen et Scholl (1981), et Sharma et Judd (1991).

Les donnes sont pour les dommages dus seulement des secousses; dommages qui ont t

certainement ou probablement attribuable la faute rupture, glissements de terrain, et la

liqufaction ne est pas inclus. Les donnes sont uniquement tunnels fors / mines; des

donnes pour les tunnels couper-couverture et tubes immergs ne sont pas inclus dans la

figure 13-9.

Figure 13-9 Rsum des Observ Min Dommages Bored / Tunnel sous Effets Shaking

au sol (Power et al., 1998)

Figure 13-9 intgre observations pour 192 tunnels de dix modre grands tremblements de

terre de magnitude magnitude de moment (MW 06/06 au 08/04) en Californie, au Japon, et de

l'Alaska. Quatre-vingt-quatre des observations sont de la magnitude de moment M W 6,9 1995

Kobe, au Japon, tremblement de terre. Ce tremblement de terre produit de loin les la plupart

des observations de modre des niveaux levs de secousse (acclrations crte de sol

estimes, PGA, la surface du sol au-dessus des tunnels dans la gamme d'environ 0,4 g 0,6

g pour les donnes de Kobe). Acclrations du sol pointe de la figure 13-9 sont estims pour

affleurement rocheux conditions relles ou hypothtiques la surface du sol au-dessus du

tunnel. Autres observations sont de modres importantes (M W tremblements de terre 06/07

au 08/04) en Californie et au Japon. Figure 13-9 montre le niveau de dommages induits dans

les tunnels avec diffrents types de garnitures soumis des niveaux de secousses indiques.

Les dgts ont t classs en quatre tats: aucune pour aucun dommage observable; lgre

pour le craquage mineure et l'effritement; modre pour le craquage et l'effritement majeur, la

chute de morceaux de doublure et roches; et lourd pour les grands boulements, blocage, et

l'effondrement. Le chiffre indique les tendances suivantes:

Pour PGA gale ou infrieure 0,2 g, le tremblement du sol essentiellement caus

aucun dommage dans les tunnels.

Pour PGA dans la gamme de 0,2 g 0,5 g, il ya quelques cas de dommages allant de

lger lourd. Notez que les trois cas de dommages lourds sont tous de la 1923 Kanto,

Japon, tremblement de terre. Pour le 1923 Kanto observation de tremblement de terre

PGA gale 0,25 g le montre la figure 13-9, les enqutes de ce tunnel indiqu le

dommage peut-tre d aux glissements de terrain. Pour les deux autres observations du

tremblement de terre de Kanto, effondrements se sont produits dans les parties peu

profondes des tunnels.

Pour PGA dpassant environ 0,5 g, il ya un certain nombre de cas de lgre modre

dommages (et une instance de lourds dommages not ci-dessus pour le tremblement

de terre de Kanto).

Tunnels avec garnitures fortes semblent avoir obtenu de meilleurs rsultats, en

particulier les tunnels avec garnitures en acier bton arm et / ou.

Les tendances de la figure 13-9 peuvent tre utilises comme un guide de l'valuation de la

ncessit de poursuivre les valuations des effets des secousses sur les tunnels fors / mines.

13.4.3 directives de dpistage supplmentaires pour couper-couverture Tunnels

Rapport sur la performance sismique de tunnels en forme de bote couper-couverture peu

profondes ont t relativement faibles en comparaison la performance des tunnels fors /

mines. Ce tait particulirement vident pendant la 1995 Kobe, au Japon, tremblement de

terre (O'Rourke et Shiba, 1997; Power et al., 1998). Figure 13-10 et la figure 13-11 montrent

les dommages aux colonnes centrales des tunnels couper-couverture se tendant entre Daikai

et stations de Nagata au cours de la Kobe sisme de 1995.

Figure 13-10 fracture la base des colonnes de Cut-et-Cover tunnel entre Daikai et

stations de Nagata - 1995 Tremblement de terre de Kobe, au Japon

Figure 13-11 cisaillement non au haut des colonnes de Cut-et-Cover tunnel entre Daikai

et stations de Nagata - 1995 Tremblement de terre de Kobe, au Japon

Le tremblement de terre de Kobe de 1995 a aussi provoqu un effondrement majeur de la

station de mtro Daikai qui a t construit par la mthode couper-couverture sans dispositions

spcifiques de conception parasismique. Le schma montre la figure 13-12 (Iida et al., 1996)

montre l'effondrement connu par les colonnes de la gare, du centre qui a t accompagn par

l'effondrement de la dalle de plafond et le rglement de la couverture du sol de plus de 2,5 m.

Figure 13-12 station de mtro Daikai Collapse - 1995 Tremblement de terre de Kobe, au

Japon

La performance relativement mdiocre de tunnels couper-couverture sous l'effet secouant au

sol peut reflter: (1) relativement plus souple prs de la surface des matriaux gologiques

entourant ces types de structures par rapport aux matriaux plus durs qui entourent souvent

tunnels fors des profondeurs plus importantes; (2) des niveaux plus levs de l'acclration

et proximit de la surface du sol la profondeur de (due des tendances de mouvements du

sol pour rduire la vibration avec la profondeur sous la surface du sol); et (3) la vulnrabilit

de ces structures des dformations induites rayonnages sismique de la section bote de croix

bote (Voir la Figure 13-13 la section 13.5), sauf si spcifiquement conu pour accueillir ces

dformations rayonnages. Tunnels Cut-et-couverture dans le sol ont tendance tre plus

vulnrables que ceux creus dans la roche en raison des grandes dformations de cisaillement

du sol causant le rayonnage du tunnel. Tunnels dans le sol mou peuvent tre particulirement

vulnrables. Le facteur le plus important dans l'valuation si les valuations sismiques plus

dtailles des tunnels couper-couverture sont requis est de savoir si la conception considre

charges et les dformations d'origine compatible avec l'environnement sismique et conditions

gologiques, et surtout, si le comportement soutirage a t prise en compte dans la analyse

sismique, conception, et les dtails de la structure.

13.4.4 directives de dpistage supplmentaires pour Tubes immergs

Tubes immergs sont particulirement sensibles aux mouvements de terrain permanents

pendant secousses sismiques. Les tubes sont gnralement situes faible profondeur et dans

les sols mous ou lches. Liqufaction des sols pulvrulents en vrac peut entraner un

tassement, soulvement (flottation), ou talement latral. Tremblement de terre agitation peut

galement causer dplacement permanent des sols d'argile molle sur un terrain en pente.

Jonctions entre segments de tube doivent tenir compte du dplacement relatif des segments

adjacents, tout en maintenant un joint tanche. Gnralement, tubes immergs peuvent tre

cribls partir des valuations plus dtailles si la conception originale a dment examin et

analys le potentiel de modes de dfaillance au sol et si les joints ont t soigneusement

conue pour atteindre l'tanchit l'eau.

Manuel technique pour la conception et la construction de

tunnels routiers - lments civile

Chapitre 13 - Considrations sismiques

13,5 Procdures d'valuation sismiques - Effets de secousses

Structures de tunnels souterrains subissent trois principaux modes de dformation lors de

secousses sismiques: ovalisation / rayonnages, axiales et de courbure dformations.

L'ovalisation / soutirage dformation est provoque principalement par les ondes sismiques se

propageant perpendiculairement l'axe longitudinal du tunnel, ce qui provoque des

dformations dans le plan de la section du tunnel (voir la figure 13-3, Wang, 1993; Owen et

Scholl, 1981). Propagation des ondes de cisaillement vertical sont gnralement considrs

comme du type de vagues plus critique pour ce mode de dformation. Les dformations

axiales et de courbure sont induits par des composantes d'ondes sismiques qui se propagent le

long de l'axe longitudinal (voir la figure 13 14, Wang, 1993; Owen et Scholl, 1981).

Figure 13-13 tunnel transverse ovalisation et rponse Racking Waves verticalement

plants de cisaillement

Figure 13-14 Tunnel longitudinale axiale et la rponse de courbure ondes progressives

Rponse 13.5.1 valuation de Transverse ovalisation / Racking des structures de tunnels

Les procdures d'valuation pour une rponse transversale des structures de tunnels peuvent

tre bases soit sur (1) la mthode analytique simplifie, ou (2) approche plus complexe de

modlisation numrique, en fonction du degr de complexit du systme sol-structure, les

conditions du sous-sol, l'ala sismique niveau, et de l'importance des structures. L'approche de

modlisation numrique devrait tre envisage dans les cas o les mthodes d'analyse

simplifies sont moins applicable, plus incertaine, ou incertaine, ou si une structure trs

important se trouve dans un environnement sismique grave ou lorsque les donnes de

l'histoire de cas indiquent vulnrabilit sismique relativement plus lev pour le type de

tunnel, comme les tunnels couper-couvercle rectangulaire dans les zones sismiquement

actives. L'approche de la modlisation numrique est en outre discut la section 13.5.1.4.

13.5.1.1 procdure simplifie de rponse ovalisation des tunnels circulaires

Cette section fournit des mthodes pour quantifier l'effet de ovalisation sismique sur

revtements de tunnels circulaires. La mthode de dformation classiquement utilis

simplifie champ libre, examines en premier, ignore les effets de l'interaction sol-structure.

Par consquent, son utilisation est limite des conditions o les structures de tunnel peut

raisonnablement supposer se dformer selon les dplacements de champ libre au cours de

tremblements de terre.

Procd raffin est ensuite prsent la section 13.5.1.2 qui est tout aussi simple mais capable

d'liminer les inconvnients lis la mthode de dformation en champ libre. Cette mthode

raffine - construit partir d'une thorie qui est familier la plupart des ingnieurs miniers /

souterrains - considre les effets de l'interaction sol-structure. Sur la base de cette mthode, un

ensemble de graphiques de conception sont dvelopps pour faciliter le processus de

conception.

Ovalisation Effet: Comme mentionn prcdemment, ovalisation d'un revtement de tunnel

circulaire est principalement cause par les ondes sismiques se propageant dans des plans

perpendiculaires l'axe du tunnel. Les rsultats des cycles de concentration de contraintes

alternes supplmentaires avec des contraintes de compression et de traction dans le

revtement du tunnel. Ces contraintes dynamiques sont superposes sur l'tat statique existant

de stress dans la doublure. Plusieurs modes critiques peuvent entraner (Owen et Scholl,

1981):

Contraintes dynamiques compression ajouts aux contraintes statiques compression

peuvent dpasser la capacit de compression de la muqueuse localement.

Contraintes dynamiques traction soustraits de les contraintes statiques compression

rduisent la capacit du moment de la doublure, et parfois les contraintes qui en

rsultent peuvent tre de traction.

Free-champ de cisaillement Dformations: Comme mentionn prcdemment, la distorsion de

cisaillement de terrain causs par la propagation verticale des ondes de cisaillement est

probablement le mode le plus critique et prdominant de mouvements sismiques. Il provoque

un tunnel circulaire ovale et une structure souterraine rectangulaire accumuler

(mouvement latral), comme le montre la Figure 13-13. Les procdures analytiques par des

mthodes numriques sont souvent ncessaires pour arriver une estimation raisonnable de la

distorsion de cisaillement en champ libre, en particulier pour un site du sol avec la

stratigraphie variable. Beaucoup de codes informatiques avec des degrs variables de

sophistication sont disponibles (par exemple, secouer, CHASSE, FLAC, PLAXIS, et al.).

L'approche la plus largement utilise est de simplifier la gologie du site dans un systme

couches horizontales et d'en tirer une solution utilisant unidimensionnel thorie de la

propagation des ondes (Schnabel, Lysmer, et Seed, 1972). Le champ libre distorsion de

cisaillement rsultant de la terre de ce type d'analyse peut tre exprime comme une

distribution de contrainte de cisaillement ou le profil de dformation de cisaillement fonction

de la profondeur.

Pour un tunnel profond situ dans le sol relativement homogne ou de la roche et en l'absence

de la rponse dtaille du site analyses, la procdure simplifie par Newmark (1968) et

Hendron (1985) peut fournir une estimation raisonnable, notant, toutefois, que cette mthode

tend produire des rsultats plus conservateurs en particulier lorsque l'effet du mouvement du

sol attnuation avec la profondeur (voir le tableau 13-1) est ignore. Ici, la dformation en

cisaillement maximal en champ libre, max, peut tre exprime comme

13-3

O:

V S = vitesse des particules de pointe

C SE = vitesse de propagation des ondes de cisaillement efficace

La vitesse des ondes de cisaillement efficace de l'onde de cisaillement se propageant

verticalement, C soi, devrait tre compatible avec le niveau de la dformation de cisaillement

qui peut se dvelopper dans le sol l'lvation du tunnel sous le tremblement de terre de

conception secouant. Les valeurs de C SE peuvent tre estims en faisant de la rduction

approprie (pour tenir compte de l'effet dpend niveau de contrainte) partir de la vitesse des

ondes de cisaillement le petit-souche, C s, obtenu partir de tests in situ (comme en utilisant le

trou transversal, au fond du trou, et des techniques d'exploitation forestire PS). Pour roche, le

rapport de C se / s C peut tre suppose gale 1,0. Pour raide pour trs raide sol, C se / s C

peut aller 0,6 au 0,9. Alternativement, les analyses de rponse spcifiques du site peuvent tre

effectues pour estimer C SE. analyses de rponse spcifiques au site doivent tre effectues

pour estimer C soi pour les tunnels incorpors dans les sols mous

Une quation concernant la vitesse de propagation des ondes de cisaillement efficace de

module de cisaillement efficace, G m, est exprime comme suit:

13-4

O:

= Masse volumique du sol

Une mthode simplifie alternative pour le calcul de la souche sol cisaillement champ libre,

max, est en divisant les contraintes de cisaillement induite sisme ( max) par la rigidit de

cisaillement (ce est dire, le module de cisaillement effectif souche compatible, G m). Cette

mthode est particulirement adapte pour les tunnels avec des profondeurs d'enfouissement

peu profondes.

Dans cette mthode simplifie, la contrainte maximale de cisaillement sol en champ libre est

calcule en utilisant l'quation suivante:

13-5

max = (PGA / g) v R d 13-6

v = t (H + D) 13-7

O:

G m = efficace module de cisaillement de terrain entourant tunnel (KSF) de souche compatible

max = contrainte de cisaillement induite sisme maximale (KSF)

v = verticale du sol pression de surcharge totale au inverti lvation du tunnel (KSF)

t = Poids total de l'unit de sol (KCF)

H = paisseur de la couverture du sol mesure partir de la surface du sol au sommet de

tunnel (ft)

D = hauteur du tunnel (ou le diamtre du tunnel circulaire) (pi)

R d = Profondeur de stress dpend facteur de rduction; peut tre estime en utilisant les

relations suivantes:

R d = 1,0 - 0.00233z pour z

milieu environnant, cependant, une conception base sur cette hypothse peut tre trop

prudente dans certains cas et non dans d'autres conservateurs. Cette question sera aborde plus

loin.

Distorsions au cisaillement du sol environnant, pour cette discussion, peut tre dfinie de deux

faons. Si le sol non perfore dans le champ libre est utilise pour driver la dformation de

cisaillement qui entoure le revtement de tunnel, le revtement doit tre conu en conformit

avec la variation maximale de diamtre, Dd en champ libre, reprsente en haut de la figure 13- 15.

Figure 13-15 Shear Distorsion de Rez - sans champ tat vs cavit dans-Place Etat

Le changement de diamtre maximum de la doublure pour ce cas peut tre calcule comme:

Champ libre D = ( max / 2) D 13-8

O:

D = le diamtre du tunnel

max = la dformation maximale de cisaillement champ libre

D'autre part, si la dformation du sol est obtenue en supposant la prsence d'une cavit due

tunnel excavation (bas de la figure 13 15, pour motif perfor), puis le revtement doit tre

conu en fonction de la dformation diamtrale exprime comme suit:

Cavit D = 2 max (1- m) D 13-9

O:

m = coefficient de Poisson du support

quations 13-8 et 13-9 les deux supposent l'absence de la doublure. En d'autres termes,

l'interaction du tunnel terre est ignore.

Comparaison entre les quations 13-8 et 13-9 montre que la dformation du sol perfore

donnerait beaucoup plus de distorsion que le cas en champ libre (rez non perfor). Pour un

milieu de type sol, l'cart peut tre jusqu' trois fois. Sur la base des hypothses formules,

quelques conclusions prliminaires peuvent tre tires de la manire suivante:

quation 13-9, pour la dformation du sol perfor, devrait fournir une estimation

raisonnable de la dformation d'une membrane qui a peu de rigidit (contre distorsion)

par rapport celle du milieu.

quation 13-8, pour la dformation du sol en champ libre, d'autre part, doit fournir un

rsultat raisonnable pour un revtement avec une rigidit de dformation gal ou

prs du milieu environnant.

Sur la base des discussions ci-dessus, il peut tre en outre suggr que d'une doublure avec

une rigidit de distorsion suprieur au milieu environnant devrait connatre une distorsion

encore moins la dformation champ libre doublure. Ce dernier cas peut se produire lorsque

un tunnel est construit dans les sols mous trs doux. Il est donc clair que la rigidit relative

entre le tunnel et le sol environnant (sol-structure effet d'interaction) joue un rle important

dans la quantification de la rponse du tunnel pendant la condition de chargement sismique.

Cet effet sera discut suivante.

Importance de la doublure Stiffness- compressibilit et flexibilit Ratios:. Pour quantifier la

rigidit relative entre une garniture circulaire et le milieu, deux rapports dsigns comme tant

le rapport de compressibilit, C, et le rapport de flexibilit, F (Hoeg, 1968, et Peck et al, 1972)

sont dfinies par les quations suivantes:

Ratio compressibilit:

13-10

Ratio de flexibilit:

13-11

O:

E m = souche compatible module d'lasticit du sol environnant

m = coefficient de Poisson du sol environnant

R l = rayon nominal de la garniture de tunnel

l = coefficient de Poisson du revtement du tunnel

I l, 1 = Moment d'inertie du revtement par unit de largeur de tunnel le long de l'axe du

tunnel.

t = l L'paisseur de la doublure

De ces deux rapports, il a souvent t suggr que le rapport de la flexibilit est la plus

importante car elle est lie la capacit du revtement rsister la distorsion impose par le

sol. Comme on le verra plus tard, le taux de compressibilit a galement un effet significatif

sur la rponse doublure de pousse.

Pour la plupart des tunnels circulaires rencontrs dans la pratique, le rapport de flexibilit, F,

est susceptible d'tre assez grande (par exemple, F> 20) de sorte que l'effet d'interaction

tunnel terre peut tre ignor (Peck, 1972). Il est noter que F> 20 suggre que le sol est

environ 20 fois plus rigide que le revtement. Dans ces cas, les distorsions tre expriments

par le revtement peut raisonnablement supposer tre gales celles de la terre perfore (ce

est dire, de la cavit Dd).

Cette rgle de procdure de pouce peut prsenter certains problmes de conception o une

structure trs rigide est entour par un sol trs doux. Un exemple typique serait de construire

un tube plongeur trs raide dans un dpt de lac ou lit de la rivire douce. Dans ce cas, le

rapport de flexibilit est trs faible, et la doublure du tunnel rigide ne pouvait pas tre raliste

conu pour se conformer aux dformations imposes par le sol mou. L'effet d'interaction

tunnel-sol doit tre considr dans ce cas pour obtenir une conception plus efficace.

Dans la section suivante une procdure raffine en tenant compte de l'effet d'interaction

tunnel-sol est prsente pour fournir une valuation plus prcise de l'effet de ovalisation

sismique sur une doublure circulaire.

13.5.1.2 analytiques Doublure-sol Interaction Solutions pour rponse ovalisation des

tunnels circulaires

Solutions analytiques de forme ferme ont t proposes (Wang, 1993) pour estimer

interaction sol-structure pour les tunnels circulaires dans les conditions de chargement

sismiques. Ces solutions sont gnralement bases sur les hypothses suivantes:

Le sol est un milieu infini, lastique, homogne isotrope.

La doublure est gnralement circulaire, un tube paroi mince lastique dans des

conditions de dformation plane.

Full-glissement ou de non-glissement conditions sont runies le long de l'interface

entre le sol et la doublure.

Les expressions de ces rponses qui bordent sont des fonctions de rapport de la flexibilit et le

rapport de compressibilit tel que prsent antrieurement dans les quations 13-10 et 13-11.

Les expressions de pousse maximale, T max, moment de flexion, M max, et la souche

diamtrale, Dd / D, peuvent tre prsents sous les formes suivantes:

13-12

13-13

13-14

13-15

13-16

K 1 et K 2 sont dfinis ici comme coefficients de rponse de revtement. Le paramtre

tremblement de terre de chargement est reprsent par la contrainte maximale de cisaillement

induite dans le sol (en champ libre), max, qui peut tre obtenu grce une approche simplifie (comme l'quation 13-15 ou 13-16), ou en effectuant un site analyse -response.

Le moment rsultant de flexion induite contrainte maximale de la fibre, m, et la force axiale (ce est dire, pousse) induite par dformation, T, peut tre calcule comme suit:

13-17

13-18

Pour faciliter le processus de conception, Figure 13-16 montre le coefficient de rponse de

doublure, K 1, en fonction du ratio de la flexibilit et le coefficient de Poisson du sol. Les

diagrammes de conception montrant le coefficient de doublure K 2, principalement utilis

pour l'valuation de la rponse de pousse, sont prsents dans la figure 13-17, Figure 13-18,

et la figure Figure 13-19 pour les valeurs de coefficient de Poisson de 0,2, 0,35 et 0,5,

respectivement.

Figure 13-16 Doublure coefficient de rponse, K 1 (Full-Slip Interface tat)

Figure 13-17 Doublure coefficient de rponse, K 2, pour le coefficient de Poisson = 0,2

(No-Slip Interface tat)

Figure 13-18 Doublure coefficient de rponse, K 2, pour le coefficient de Poisson = 0,35

(Non-Slip Interface tat)

Figure 13-19 Doublure coefficient de rponse, K 2, pour le coefficient de Poisson = 0,5

(No-Slip Interface tat)

Il convient de noter que les solutions en termes de M max, Dd max, et m fournies sont bases sur l'interface hypothse-complte du glissement. Pour la rponse maximale de pousse T max

les conditions d'interface est suppos tre sans glissement. Ces hypothses ont t adoptes

parce condition de pleine glissement produit plus de rsultats prudents pour M max et Dd max,

tandis que la condition de non-glissement est plus conservatrice pour T max. Pendant un

tremblement de terre, en gnral, glissement l'interface est possible uniquement pour les

tunnels dans les sols mous, ou lorsque l'intensit de la charge sismique est svre. Pour la

plupart des tunnels, la condition l'interface est entre-plein glissement et anti-drapant. Dans

le calcul des forces et dformations dans la doublure, il est prudent d'enquter sur deux cas et

la plus critique doit tre utilis dans la conception.

Le conservatisme dcrit ci-dessus est souhaitable pour compenser la sous-estimation

potentielle des forces de revtement rsultant de l'utilisation du modle statique quivalente

en lieu et place de l'tat de chargement dynamique. Des tudes antrieures suggrent qu'une

solution vraie dynamique donnerait des rsultats qui sont de 10 15 pour cent suprieure

une solution statique quivalente, condition que la longueur d'onde sismique est d'au moins

environ 8 fois suprieure la largeur de l'excavation (cavit). Par consquent, le modle

complet glissement est recommand pour valuer le moment et la dviation rponse (ce est

dire, la figure 13-16 et l'quation 13-15) d'une garniture de tunnel circulaire.

Utilisation de la condition de pleine glissement, cependant, serait sous-estimer

considrablement la pousse maximale, T max, sous la condition de cisaillement simple

sismique. Par consquent, il est recommand que l'interface hypothse de glissement tre

utilise pour valuer la rponse doublure de pousse (Equation13-16).

Rigidit de Doublure en vigueur: Les rsultats prsents ci-dessus sont bases sur l'hypothse

que la garniture est un anneau monolithique et continue circulaire avec, proprits lastiques

intactes. De nombreux tunnels circulaires sont construits avec doublure boulonns ou

dboulonne segmentaire. Par ailleurs, un revtement en bton soumis la flexion et pousse

souvent des fissures et se comporte de faon non linaire. Par consquent, dans l'application

des rsultats prsents ci-joint, la rigidit effective (ou quivalent) du revtement doit tre

utilis. Quelques mthodes simples et approximatives reprsentant l'effet sur la rigidit des

articulations de revtement peuvent tre trouves dans la littrature.

Monsees et Hansmire (1992) ont suggr l'utilisation d'un revtement de rigidit

effective qui est la moiti de la rigidit de la section complte du revtement.

tudes analytiques de Paul, et al., (1983) ont suggr que la rigidit effective soit de

30 95 pour cent de la intacte, pleine section doublure.

Muir Wood (1975) et Lyon (1978) ont examin les effets de joints en prfabriqu

doublures segmentaires bton et ont montr que, pour une doublure avec "n"

segments, la rigidit effective de l'anneau tait:

13-19

O:

I e 4

I = Doublure rigidit de la pleine section intacte

I j = rigidit effective de la doublure au niveau du joint

I e = rigidit effective de la doublure

13.5.1.3 analytiques Doublure-sol Interaction Solutions pour rponse Racking des

tunnels rectangulaires

Gnral: tunnels de transport de faible profondeur sont souvent de forme rectangulaire et sont

souvent construits en utilisant la mthode de coupe et de la couverture. Habituellement, le

tunnel est conu comme une structure en caisson de chssis rigide. Du point de vue

conception sismique, ces caissons ont des caractristiques qui sont diffrentes de celles des

tunnels circulaires percs, en plus des aspects gomtriques. Les implications de ces trois

caractristiques pour la conception parasismique sont discuts ci-dessous.

Premirement, tunnels couper-couverture sont gnralement construits faible profondeur

dans les sols o dformations sismiques du sol et l'intensit secouant ont tendance tre plus

grande que dans des endroits plus profonds, en raison de la rigidit infrieure des sols et de

l'effet d'amplification place. Comme indiqu prcdemment, les donnes de performance de

tunnel pass suggrent que les tunnels construits avec des sols peu profonds couvercle morts-

terrains ont tendance tre plus vulnrables aux tremblements de terre que ceux profondes.

Deuximement, un cadre de la bote en gnral ne transmet pas les charges statiques aussi

efficacement que d'une doublure circulaire, rsultant dans des murs plus pais et des dalles

pour le cadre de la bote. En consquence, une structure de tunnel est gnralement

rectangulaire plus rigide qu'un revtement de tunnel circulaire dans la direction transversale et

moins tolrants la distorsion. Cette caractristique, ainsi que les grandes dformations du sol

sismiques potentiels qui sont typiques pour les dpts de sols peu profonds, fait l'effet

d'interaction sol-structure particulirement important pour la conception parasismique des

tunnels rectangulaires couper-couverture, y compris ceux construits avec le tube creux /

immerge Procd.

Troisimement, typiquement sol est remblay dessus de la structure et, ventuellement, entre

le milieu in-situ et la structure. Souvent, le sol de remblai peut tre constitue de matriau

compact ayant des proprits diffrentes de sol in situ. Les proprits du sol de remblai ainsi

que le support in situ doit tre correctement pris en compte dans la conception et l'analyse.

L'effet de remblai, cependant, ne peut pas tre comptabilise en utilisant des solutions ferm

forme analytique. Au lieu de cela, l'analyse numrique plus complexe est ncessaire pour

rsoudre ce problme si l'effet de remblai est considr comme important dans l'valuation

rponse sismique d'un tunnel en tranche ouverte et couverte.

Les procdures d'valuation prsents dans cette section sont bass sur la mthode d'analyse

simplifie. L'approche de modlisation numrique plus raffin est discut la section

13.5.1.4.

Soutirage Effet: Pendant les tremblements de terre d'une structure de bote rectangulaire dans

le sol ou dans la roche connatra transversale soutirage dformations (mouvement latral) en

raison des distorsions de cisaillement du sol, d'une manire similaire la ovalisation d'un

tunnel circulaire discut la section 13.5.1.1. L'effet d'embrochage sur la structure est

similaire celle d'une condition de charge dsquilibre.

Les forces externes la structure est soumise sont sous la forme de contraintes de cisaillement

et pressions normales tout autour des surfaces extrieures du bloc. L'ampleur et la rpartition

de ces forces de la terre externes sont complexes et difficiles valuer. Les rsultats finaux

sont cependant cycles de forces internes supplmentaires et des contraintes avec une

alternance en direction des lments de structure. Ces forces dynamiques et contraintes sont

superposes sur l'tat statique existant de stress dans les membres de la structure. Pour les

structures de la bote de cadre rigide, le mode le plus critique de dommages potentiels en

raison de l'effet de rayonnage est la dtresse en les articulations suprieure et inf