La vulnérabilité des ouvrages soumis aux aléas mouvements de terrains ; développement d'un simulateur de dommages, Development of a damage simulator for evaluation of buildings vulnerability due to ground movements

Ali Saeidi

Description

Sous la direction de Thierry Verdel, Olivier Deck
Thèse soutenue le 12 février 2010: INPL
L’objectif de cette thèse a été de concevoir et développer un simulateur de dommages permettant d’étudier la vulnérabilité d’un territoire soumis à des aléas de mouvements de terrains associés à la présence d’exploitations souterraines. Ce développement repose sur la combinaison d’une méthode de prévision des affaissements miniers, de fonctions de vulnérabilité pour l’évaluation des dommages et d’une base de données des bâtiments. L’enjeu scientifique est le développement de fonctions de vulnérabilité pour les bâtiments en zone d’affaissement minier. Ces fonctions sont comparables à celles utilisées vis-à-vis d’autres aléas comme les séismes et les tsunamis. On a développé et appliqué une méthodologie basée sur des simulations de type Monte-Carlo qui utilise les méthodes existantes d’évaluation des dommages dans les zones d’affaissement minier (méthodes empiriques ou analytiques). Elle permet de prendre en compte l’incertitude sur les paramètres géométriques et mécaniques du bâti. Afin de valider cette méthodologie, les dommages estimés par les fonctions vulnérabilité développées pour des bâtiments en maçonnerie du bassin ferrifère lorrain sont comparées aux dommages observés, consécutifs aux affaissements de 1996 à 1999 en Lorraine. Dans une étape suivante, la méthode des fonctions d’influence a été implémentée dans le simulateur avec certains développements permettant de tenir compte de la variabilité des angles d’influences et permettre le calcul des déformations horizontales du terrain. Les résultats de cette méthode sont validés sur un cas d’affaissement observé dans le bassin ferrifère de lorrain. Enfin, une approche probabiliste d’évaluation des dommages est implémentée pour tenir compte de différents scénarios d’affaissement possibles. L’application sur les bâtiments de la ville de Joeuf, permet d’illustrer les différents résultats obtenus
-Vulnérabilité
-Approche probabiliste
-Courbe de vulnérabilité
-Courbe de fragilité
-Déformation horizontale
-Dommages
-Affaissement minier
-Bâti
The objective of this thesis has been the design and the development of a damage simulator for evaluation of building damage in subsidence regions affected by undergrounds excavations. The simulator is combining a method for the subsidence prediction, vulnerability functions for assessment of building damage and a database of buildings. The scientific challenge is the development of vulnerability functions for buildings in subsidence regions. These functions are similar to those used for other hazards such as earthquakes and tsunamis. We then developed and applied a methodology based on Monte-Carlo simulations which involves existing methods of building damage assessment in subsidence area (empirical or analytical methods). It allows to take into account uncertainties on both geometrical and mechanical parameters of buildings. To validate this methodology, damages given by the vulnerability functions developed for masonry buildings in the Lorraine Iron ore field are compared to observed damages, resulting from subsidence from 1996 to 1999 in Lorraine. In a next step, the method of influence functions is implemented in the simulator with developments to take into account variability of the influence angles and to allow the calculation of horizontal ground strain. Results of this method are validated with a subsidence case study in the Lorraine iron ore field. Finally, a probabilistic approach to assess damage is implemented in the simulator to take into account different scenarios of possible subsidence. The application of the simulator on the buildings of the Joeuf city, allows to illustrate the different results
-Vulnerability
-Probabilistic approach
-Vulnerability curve
-Fragility curve
-Mining subsidence
-Damage
-Horizontal strain
-Building
Source: http://www.theses.fr/2010INPL003N/document

Sujets

• Vulnérabilité
• Affaissement et effondrement miniers
• Fatale (film)
• Immeuble

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 153
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 15 Mo

Extrait

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INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
ÉCOLE DOCTORALE : RP2E
Laboratoire Environnement, Géomécanique & Ouvrages



THÈSE
Présentée et soutenue publiquement le 12/02/2010
Pour l’obtention du grade de Docteur de l’INPL

Spécialité : Génie Civil – Hydrosystèmes – Géotechnique


Par

Ali SAEIDI

La vulnérabilité des ouvrages soumis aux aléas
mouvements de terrains ; développement d’un simulateur
de dommages.


Directeur de thèse : Thierry VERDEL Maître de Conférences, HDR (INPL)
Co-directeur de thése : Olivier DECK Maître de Conférences (INPL)

Composition du jury :
Président du jury : Jacky MAZARS Professeur (INPG Grenoble)
Rapporteurs : Denys BREYSSE Professeur (Université Bordeaux 1)
Ahmed MEBARKI Professeur (Université Paris Est - Marne la Vallée)
Examinateur : Marwan AL HEIB Ingénieur (HDR) (INERIS, Ecole des Mines de Nancy)
Membre invité : Hafid BAROUDI Ingénieur (Directeur de Géodéris)

Résumé
L'extraction de minerais et matériaux par exploitations souterraines peut être à l’origine de
phénomènes de type affaissements de terrain. En site urbanisé, ces phénomènes peuvent provoquer
d’importants dommages dans les bâtiments. En conséquence, l’objectif de cette thèse est de
développer un simulateur de dommages permettant d’étudier la vulnérabilité d’un territoire soumis aux
aléas mouvements de terrains associés à la présence d’exploitations souterraines. Le développement de
ce simulateur est basé sur la combinaison d’une méthode de prévision des affaissements miniers, de
fonctions de vulnérabilité pour l’évaluation des dommages et d’une base de données des bâtiments.
L’enjeu scientifique de la thèse est le développement de fonctions de vulnérabilité pour les bâtiments
en zone d’affaissement minier. Ces fonctions sont comparables à celles utilisées vis-à-vis d’autres
aléas comme les séismes et les tsunamis. Pour cela on a développé et appliqué une méthodologie basée
sur des simulations de type Monte Carlo. La méthodologie développée utilise les méthodes existantes
d’évaluation des dommages dans les zones d’affaissement minier (méthodes empiriques ou
analytiques). Elle permet de prendre en compte à la fois l’incertitude sur les paramètres géométriques
et mécaniques du bâti et celle relative aux phénomènes d’interaction sol structure pour les méthodes
analytiques. Avec cette méthodologie, des fonctions de vulnérabilité sont développées pour des
bâtiments en maçonnerie non renforcée et renforcée, caractéristiques des bâtiments dans le bassin
ferrifère lorrain. Afin d’être validés, ces fonctions sont comparées aux dommages observés,
consécutifs aux affaissements de 1996 à 1999 en Lorraine.
Dans l’étape suivante la méthode des fonctions d’influence a été implémentée dans le simulateur avec
certains développements afin de tenir compte de la variabilité des angles d’influences et permettre le
calcul des déformations horizontales du terrain. Les résultats de cette méthode sont validés sur un cas
d’affaissement observé dans le bassin ferrifère de lorrain.
Enfin, une approche probabiliste d’évaluation des dommages est implémentée dans le simulateur, afin
de tenir compte des différents scénarios d’affaissement possibles. L’application du simulateur sur les
bâtiments de la ville de Joeuf, permet d’illustrer les différents résultats : évaluation de l’aléa minier
dans la ville, cartographie des dommages, moyenne et écart type des dommages dans les bâtiments,
probabilité d’atteindre chaque niveau de dommage…

MOTS CLEFS : vulnérabilité, affaissement minier, dommages, deformation horizontale, courbe de
fragilité, courbe de vulnérabilité, approche probabiliste.

2 Abstract:

The extraction of ore and minerals by underground mining often causes ground subsidence
phenomena. In urban regions, these phenomena may induce small to severe damage to buildings.
The objective of this thesis is development of damage simulator for evaluation of building damage in
subsidence regions affected by undergrounds excavations.
The development of this simulator is based on the combination of a method for subsidence predicting,
vulnerability functions for assessment of building damage and a database of buildings. The scientific
challenge of thesis is the development of vulnerability functions for buildings in subsidence regions..
These functions are similar to those used in the other hazards such as earthquakes and tsunamis. For
this, we developed and applied a methodology based on simulations of Monte Carlo. The developed
methodology uses existing methods for evaluation of damage in the subsidence area (empirical or
analytical methods). It allows taking into account both the uncertainty on the geometrical and
mechanical parameters of buildings and on the phenomena of soil structure interaction for analytical
methods. With this methodology, vulnerability functions are developed for unreinforce and reinforced
masonry buildings enhanced features of buildings in the Lorraine iron ore field. To be validated, these
functions are compared with the observed damage, resulting of subsidence from 1996 to 1999 in
Lorraine.
In the next step the method of influence functions has been implemented in the simulator with certain
developments to take into account the variability of the influences angles and allow the calculation of
ground horizontal strain. The results of this method are validated on a case of subsidence observed in
the iron ore field of Lorraine.
Finally, a probabilistic approach to damage assessment is implemented in the simulator to take into
account different scenarios of possible subsidence. The application of the simulator on the buildings of
the city Joeuf, allows to illustrate the different results: mining hazard assessment in the town, damage
mapping, mean and standard deviation of damage in buildings, probability of reaching each level of
damage...

KEYWORDS: vulnerability, mining subsidence, damage, horizontal strain, fragility curve, vulnerability
curve, probabilistic approach.

3 Remerciements

Cette thèse a été réalisée à l'Institut National Polytechnique de Lorraine (INPL) au sein du Laboratoire
Environnement Géomécaniques et Ouvrages (LAEGO) avec un financement du GISOS.
Je remercie Monsieur Thierry Verdel, de m'avoir proposé ce sujet, pour ses conseils, pour avoir
accepté d'être mon directreur de thèse et pour toutes les demarches qu’il a entreprises afin de me
permettre d’effectuer cette thèse au Laego.
Ce travail a pu être mené à bien grâce aux soutiens, conseils et recadrage de Olivier Deck, indéfectible
au cours de ces trois années. Je remercie à Olivier pour sa disponibilité, ses conseils précieux et son
soutien et pour toutes les informations qu’il m’appris dans ces trois années.
Je tiens à remercier Monsieur D. Breysse , Professeur à Université Bordeaux 1, pour l’intérêt qu’il a
apporté à ce travail en acceptant d’être l’un des rapporteurs de cette thèse.
Je tiens à remercier Monsieur A. Mebarki, Professeur à Université Paris-Est Marne-La-Vallée, pour
l’intérêt qu’il a apporté à ce travail en acceptant d’être l’un des rapporteurs de cette thèse.