Différents phénomènes peuvent affecter les sols grenus et les argiles molles soumis à des sollicitations cycliques d’origine sismique. La liquéfaction représente une instabilité caractéristique des sables uniquement contractants (état lâche à très lâche), susceptible de développer des surpressions interstitielles élevées en conditions non drainées qui sont à l’origine de leur perte de résistance et de l’accumulation de déformations irréversibles potentiellement très importantes.
Les dépôts sédimentaires récents plus ou moins fins et normalement consolidés que l’on retrouve notamment sur des cordons littoraux et au niveau des plaines alluviales, parfois densément urbanisés, constituent des candidats potentiels à la liquéfaction lorsqu’ils sont rencontrés dans des zones actives sismiquement. Les conséquences de la liquéfaction des sols peuvent être extrêmement lourdes pour les structures portées, comme le rappelle le désastre récemment connu à Christchurch en Nouvelle-Zélande lors du tremblement de terre de 2011.

UN LOGICIEL D’AIDE À LA DÉCISION

Terrasol s’est dotée d’un outil d’analyse de la liquéfaction sous l’effet d’un séisme basé sur des méthodes directes d’usage reconnu et éprouvé, à partir de l’exploitation d’essais in situ de type SPT et CPT(u). Le logiciel Slake permet la quantification de l’aléa par estimation de facteurs de sécurité ainsi que l’estimation des effets induits (tassements post-liquéfaction). Les résultats de l’analyse peuvent être examinés localement au droit d’un point de sondage, puis superposés pour apprécier la distribution spatiale de l’aléa.
À l’instar des programmes déjà commercialisés et connus de la communauté géotechnique (Talren, K-Réa, Foxta, StratiCad), le dernier-né de la suite logicielle Terrasol est le fruit de plusieurs années de pratique dans le cadre des interventions de la société dans les domaines ferroviaire, industriel et portuaire. Il répond à une volonté d’harmoniser les méthodes d’analyse au sein d’un outil autonome, doté d’une interface et d’un assistant d’impression pour la mise en page des annexes de rapports. Ces réflexions ont par ailleurs été appuyées par les préoccupations de certains donneurs d’ordre qui ont soutenu Terrasol dans le cadre de cette démarche de développement (CEA Cadarache, SNCF Réseau DGII).
Compte tenu des ambiguïtés, voire des insuffisances, des guides et normes d’application (EC8, guide AFPS) en matière d’analyse de liquéfaction, le cahier des charges du logiciel Slake insiste fortement sur l’encadrement et la transparence des hypothèses de calcul, afin d’éviter l’effet « boîte noire » et de faciliter le contrôle et la répétabilité des analyses.
Au cours de la phase de développement du logiciel, Terrasol a pris part au banc de qualification lancé par le sous-groupe de travail Liquéfaction dans le cadre du projet de Recommandations 2020 de l’Association française de génie parasismique. Ce benchmark a fait l’objet d’une publication lors du 10e colloque national de l’AFPS à Strasbourg en septembre 2019.

QUANTIFICATION DE LA SÉCURITÉ

Dans sa première version, Slake propose la mise en application rigoureuse de la méthode simplifiée dite NCEER (Youd et Idriss, 2001), qui est actuellement considérée comme la référence internationale en matière d’analyse de liquéfaction, et demeure la plus couramment utilisée.
Les méthodes simplifiées reposent sur l’introduction de facteurs de sécurité. Dans le cadre de la méthode NCEER, contraintes totales, la définition de ces derniers repose sur la comparaison du rapport entre la résistance normalisée au cisaillement cyclique (CRR7.5, Cyclic Resistance Ratio) des terrains pour un séisme de référence de magnitude 7,5, d’une part, et le cisaillement normalisé équivalent généré par le séisme (CSR, Cyclic Stress Ratio), d’autre part. Ce rapport est ensuite corrigé par des facteurs permettant de tenir compte de la magnitude réelle du séisme considéré (facteur MSF) et de l’effet éventuellement conjugué des fortes pressions de confinement (Kσ) et de l’inclinaison éventuelle des terrains (Kα). La liquéfaction est alors théoriquement atteinte lorsque les facteurs de sécurité sont inférieurs à l’unité.
Il importe notamment de distinguer les états de contraintes pour l’évaluation du terme de

« résistance » (CRR7.5), représentatif du massif de sol étudié au moment de la réalisation des sondages, et du terme d’ « action » (CSR) dont les conditions hydrogéologiques et stratigraphiques doivent être prises en concomitance avec celles régnant lors de la survenue du séisme de projet. Cette distinction est explicite dans les hypothèses de construction des modèles sur l’interface guidée de Slake.

Pour permettre à l’utilisateur de se focaliser sur les tâches d’interprétation, Slake l’accompagne tout au long de son analyse avec différents assistants d’import, des nombreuses figures d’aide pour le rappel et la définition des hypothèses de modélisation, et des contrôles automatiques sur les paramètres d’entrée.
Les résultats d’analyses par sondage peuvent être affichés graphiquement – avec la possibilité de sélectionner les paramètres à projeter en fonction de la profondeur – et sous forme de tableaux, dont le contenu est facilement exportable pour permettre les opérations de post-traitement.
Il est également possible au sein d’un même projet de superposer l’analyse de plusieurs sondages et d’accéder à des tableaux de synthèse des principaux résultats.

INDICATEURS COMPLÉMENTAIRES SUR LES EFFETS INDUITS

Afin d’étendre l’analyse, Slake propose d’accéder à l’évaluation de différents indicateurs complémentaires pour évaluer les effets induits de la liquéfaction.
Au-delà des prérogatives initiales de la méthode NCEER, l’estimation des épaisseurs liquéfiables cumulées vis-à-vis d’un seuil de sécurité défini par l’utilisateur, l’évaluation des tassements sismo-induits et la définition de l’indice de potentiel de liquéfaction LPI (Iwasaki, 1978) ouvrent ainsi la porte à des analyses multicritères et en déformation.
L’estimation des tassements post-liquéfaction sous nappe repose sur l’implémentation des courbes de Ishihara et Yoshimine (1992), reliant les déformations volumiques à la densité relative et aux facteurs de sécurité calculés précédemment. Slake intègre une évaluation directe des déformations volumiques post-liquéfaction suivant le choix des corrélations entre la densité relative et les paramètres normalisés de résistance d’essais in situ d’après Zhang, et. al (2002) ou Idriss, et al. (2008), avec une option de contrôle des pas d’intégration pour le calcul des tassements.
Les fonctionnalités de comparaison sur Slake intègrent un module de représentation en plan via des cartes d’isovaleurs sur différents résultats de calcul : facteurs de sécurité minimum, tassements post-liquéfaction, épaisseurs liquéfiables cumulées, LPI… Celles-ci permettent d’apporter un éclairage spatial pour orienter la réflexion du géotechnicien en évitant de la restreindre à la seule notion de coefficient de sécurité calculé localement.

PERSPECTIVES DE DÉVELOPPEMENT

Slake est voué à accueillir le contenu de la nouvelle génération de l’Eurocode 8 dès sa parution, ainsi que les recommandations du sous-groupe de travail Liquéfaction de l’AFPS produites en parallèle des PS2020 auxquelles Terrasol a participé. Cela se traduira en pratique prochainement sous forme de choix de méthodes « alternatives » pour l’estimation des facteurs de sécurité et des effets sismo-induits.
Le logiciel évolue également en direction de l’évaluation plus « en amont » de l’aléa de liquéfaction, avec la proposition d’assistants d’évaluation de la susceptibilité des sols à la liquéfaction au travers de l’exploitation de différents critères basés sur les résultats d’essais en laboratoire.
Forte de son expérience en développement logiciel et en ingénierie géotechnique, Terrasol propose ce nouvel outil d’analyse pensé pour accompagner le géotechnicien dans son travail quotidien.

Manuel Hocdé, ingénieur géotechnicien et chef de projet, Terrasol
Olivier Gilles, ingénieur technico-commercial au pôle Logiciels, Terrasol