Comportement sismique des fondations superficielles: vers la prise en compte d'un critere de performance dans la conception

The objective of this thesis is to contribute to the study of shallow foundations under seismic excitation and to offer new tools for the treatment of related problems in engineering practice, with a particular focus on performance-based design. The undertaken research was organized following four axes of approach: a. Identification of the main characteristics of the problem by examining real foundation seismic failure. This effort led to the creation of a database of approximately 200 structures of all types that suffered a seismic failure at the foundation level.b. Theoretical approach for the determination of the seismic bearing capacity of shallow foundations. The problem of a circular footing on a heterogeneous purely cohesive soil was treated with the kinematic approach of the Yield Design theory. The established solutions suggest a significant extension of the design procedures incorporated in the European earthquake-resistant design norms by introducing three-dimensional footing geometry and soil heterogeneity.c. Experimental approach for the validation of the established theoretical results. A project with the French Central Laboratory of Bridges and Highways (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées) was undertaken, focusing on the determination of the bearing capacity of the configuration treated in the theoretical approach through centrifuge tests. d. Development of a tool for efficient non-linear dynamic soil-structure interaction analyses. A new macroelement model has been developed comprising two coupled non-linear mechanisms: the irreversible soil behaviour via a bounding surface hypoplastic model and the uplift that may take place in the soil-foundation interface via a phenomenological non-linear elastic model. The perspective of these contributions is to enrich the existing design norms by orienting them towards the promising performance-based design philosophy.L'objectif de cette thèse est de contribuer à l'étude du comportement sismique des fondations superficielles et d'offrir de nouveaux outils pour le traitement de problèmes pertinents, orientés vers la nouvelle philosophie de conception parasismique des structures : la conception basée sur la performance (« performance-based design »). On a travaillé suivant quatre axes d'approche sur la problématique de la thèse :a. Reconnaissance des caractéristiques principales du problème par l'examen de ruptures sismiques de structures réelles. Cet effort a abouti à la création d'une base de données d'environ 200 structures qui ont subi une rupture par perte de capacité portante au niveau de la fondation.b. Approche théorique pour la détermination de la capacité portante sismique d'un système de fondation. On a traité le problème de la capacité portante sismique d'une semelle circulaire sur un sol purement cohérent hétérogène par l'approche cinématique du Calcul à la Rupture. Les solutions établies nous ont permis de proposer une modification/extension des procédures de conception existantes qui sont incorporées dans les normes de conception parasismique européennes (Eurocode 8). c. Approche expérimentale pour la validation de la solution théorique établie. Une collaboration avec le LCPC – Centre de Nantes a abouti à la planification des trois séances d'essais en centrifugeuse. Les deux premières séances sont incluses dans la thèse et portent sur la détermination de la capacité portante d'une semelle circulaire sur sol cohérent sous chargement quasi-statique. d. Développement d'un outil intégré permettant la mise en œuvre d'analyses dynamiques efficaces pour la prise en compte de l'interaction sol-structure non-linéaire au niveau de la fondation. On a développé un nouveau modèle de macroélément pour le système sol-fondation. Le macroélément est utilisé comme élément de liaison à la base de la superstructure et reproduit les effets non-linéaires qui ont lieu au niveau de la fondation lors d'une sollicitation sismique. Le modèle proposé comporte deux mécanismes en couplage : la plastification du sol et le décollement qui peut se produire sur l'interface sol-structure. L'objectif de cet outil est de permettre d'effectuer de manière efficace un grand nombre d'analyses de structures dynamiques non-linéaires.L'objectif ultérieur de nos développements est d'enrichir les normes de conception parasismique actuelles et de les orienter vers une philosophie de conception basée sur la performance des structures lors d'un séisme