A QUANTITATIVE CHARACTERIZATION OF THE
NONLINEAR SEISMIC SOIL RESPONSE

GH. MARMUREANU, C.O. CIOFLAN, F.S. BALAN, B.F. APOSTOL, A. MARMUREANU
National Institute for Earth Physics, 12 Calugareni St., P.O.Box MG-2,
76900 Magurele, Bucharest, Romania e-mail <marmur@infp.ro>

Motto: ”The nonlinear seismology is the rule,
The linear seismology is the exception.”
Paraphrasing Tullio Levi-Civita

Une caractérisation quantitative de la réponse sismique non linéaire du sol. Le modèle de réponse élastique linéaire du Monde a été utilisé presque universellement par les sismologues. Pour les mouvements téléseismiques et les faibles mouvements de terre, il n'y a aucune raison de doute que ce modèle soit acceptable, mais pour les forts mouvements de terre, particulièrement pour les enregistrements faits sur le sol, les conséquences du comportement non linéaire du sol doivent être considérées sérieusement. Les caractéristiques du mouvement, spécialement la durée des forts secouements, peuvent être affectées par l'énergie sismique qui est piégée dans les grandes cuvettes sédimentaires. Les effets non linéaires du mouvement de terre pendant les grands tremblements de terre ont longtemps constitué une controverse entre sismologues et ingénieurs géotechniciens. Essais de laboratoire, faits en utilisant régulièrement des colonnes résonnantes, montrent la réduction en module du ciseau (G) et l'augmentation du raport d’amortissement (D) avec le cisaillement croissant (?), i.e. G = G(?), respectivement, D = (?). Par conséquent des lois constitutives visco-élastiques non linéaires sont exigées. Aki a écrit en 1993: «L'amplification non linéaire aux sites des sédiments paraît être plus envahissante que ne le pensaient les sismologues. Toute tentative à zonation sismique doit prendre en considération la condition de site locale et cette amplification non linéaire.» En d'autres termes, la découverte sismologique de l'effet de site non linéaire exige une compréhension simultanée des effets de source du tremblement de terre, du chemin de la propagation des ondes et des conditions géologiques locales. Pour les sismologues, la difficulté de démontrer les effets de site non linéaire est due à l'existence de l'effet ombragé par les modèles totaux de génération du choc et propagation. Pour mettre en évidence de grands effets non linéaires, les auteurs ont introduit le facteur de l'amplification spectrale (FAS) comme raport entre le maximum d'accélération absolue spectrale (Sa), la vélocité relative (Sv), le déplacement relatif (Sd) et les valeurs de pointe d'accélération (à maximum), la vélocité (v maximum) et le déplacement (d maximum), respectivement, de dossier du mouvement fort pris en compte. Les facteurs de l’amplification spectrale et, en fait, la non-linéarité, sont fonction de la magnitude du tremblement de terre. Il y a une dépendance non linéaire forte des facteurs de l'amplification spectrale à la magnitude du tremblement de terre et les conditions de site. Les valeurs médianes des facteurs de l'amplification spectraux du dernier tremblement de terre fort de Vrancea à un amortissment de 5% sont: 4,16; 3,63 et 3,26 pour le 31 mai 1990 (Ms = 6,1), le 30 mai 1990 (Ms = 6,7) et le 30 août 1986 (Ms = 7,0). À la même station sismique, par exemple à Bacau, pour 5% amortissement, le FAS pour les accélérations est de 3,94 pour le 30 août 1986 (Ms = 7,0); 4,32 pour le 30 mai 1990 (Ms = 6,7) et 5,22 pour le 31 mai 1990 (Ms = 6,1). L'évidence pour la non-linéarité, au moins pour les sédiments quaternaires épais de la Plaine roumaine est une baisse systématique de la variabilité du maximum d'accélération avec la croissance de la magnitude du tremblement de terre. Pour les trois derniers tremblements de terre forts de Vrancea il y a une différence dans l’effet du site dépendant de la fréquence, entre le mouvement plus faible (les 30 ou 31 mai 1990, Ms = 6,7) et le mouvement fort (le 4 mars 1977, Ms = 7,2).

Key words : nonlinear seismology, spectral amplification factors, strong motion.