CHOIX DES PARAMÈTRES SISMIQUES POUR GRANDS

Transcription

CHOIX DES PARAMÈTRES SISMIQUES
POUR GRANDS BARRAGES
Recommandations
SELECTING SEISMIC PARAMETERS
FOR LARGE DAMS
Guidelines
Bulletin 148
INTERNATIONAL COMMISSION ON LARGE DAMS
COMMISSION INTERNATIONALE DES GRANDS BARRAGES
61, avenue Kléber, 75116 Paris
Téléphone : (33-1) 47 04 17 80 - Fax : (33-1) 53 75 18 22
http://www.icold-cigb.org./
2016
Cover/Couverture :
Cover illustration: Severe cracking along crest of earth dam, caused by the magnitude 7.7 Bhuj
earthquake of January 26, 2001 (Gujarat, India) (Photo S. K. Jain)/ Illustration en couverture :
Fissuration grave le long de la crête du barrage en terre, provoquée par le tremblement de terre de
Bhuj, de magnitude de 7,7 du 26 janvier 2001
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Original text in English
French translation by the Comité des Grands Barrages du Burkina Faso
Layout by Nathalie Schauner
Texte original en anglais
Traduction en français par le Comité des Grands Barrages du Burkina Faso
Mise en page par Nathalie Schauner
CHOIX DES PARAMÈTRES
SISMIQUES POUR GRANDS BARRAGES
Recommandations
FOR LARGE DAMS
Guidelines
Téléphone : (33-1) 47 04 17 80 - Fax : (33-1) 53 75 18 22
1
COMMITTEE ON SEISMIC ASPECTS OF DAMS DESIGN
COMITE SUR LES ASPECTS SISMIQUES DES PROJETS DE BARRAGES
Chairman/Président
Switzerland/Suisse
M. WIELAND
Vice-Chairman/Vice-Président
China/Chine
H. CHEN
Japan/Japon
N. MATSUMOTO
Secretary/Secrétaire
France
M. LINO
Members/Membres
2
Algeria/Algérie
K. BENSEGHIER
Argentina/Argentine
J. CARMONA
Australia/Australie
I. LANDON-JONES
Austria/Autriche
G. ZENZ
Canada
T. LITTLE
Chile/Chili
G. NOGUERA
Costa Rica
A. CLIMENT
Egypt/Egypte
A.M. SHALABY
Germany/Allemagne
C. KOENKE
India/Inde
M. GOPALAKRISHNAN
Iran
A. MAHDAVIAN
Italy/Italie
A. CASTOLDI
Korea/Corée
H.S. KIM
FYR of Macedonia/ex-Rép. Yougoslave de Macédoine
L. PETKOVSKI
Mexico/Mexique
M. ROMO
Norway/Norvége
K. HOEG
Pakistan
G.M. ILYAS
Portugal
P.S. SECO E PINTO
Russia/Russie
V. BRONSHTEYN
Serbia/Serbie
A. BOZOVIC
Spain/Espagne
F. BLAZQUEZ PRIETO
Thailand/Thailande
T. HARNPATTANAPANICH
U.K./R.U.
J.L. HINKS
U.S.A./E.U.
J.L. EHASZ
SOMMAIRE
CONTENTS
PRÉAMBULE DE LA PREMIÈRE
ÉDITION DE 1989
FORWORD TO FIRST EDITION OF
1989
PRÉAMBULE DE L’ÉDITION RÉVISÉE
DE 2010
FORWORD TO SECOND EDITION OF
2010
1. INTRODUCTION
1. INTRODUCTION
2. PRINCIPAUX FACTEURS À
CONSIDÉRER DANS L’ÉVALUATION
DE L’ALÉA SISMIQUE
2. PRIMARY FACTORS TO CONSIDER IN
SEISMIC HAZARD ASSESSMENT
3. CHOIX DES SÉISMES POUR LES
CALCULS
3. SELECTION OF EARTHQUAKES FOR
ANALYSIS
4. CHOIX DES PARAMÈTRES
SISMIQUES DE CALCUL
4. SELECTION OF SEISMIC EVALUATION
PARAMETERS
5. FACTEURS QUI INFLUENCENT LA
SÉLECTION DES PARAMÈTRES
D’ÉVALUATION DES SÉISMES
5. FACTORS INFLUENCING THE
SELECTION OF SEISMIC EVALUATION
PARAMETERS
6. RÉFÉRENCES SÉLECTIONNÉES
6. SELECTED REFERENCES
7. GLOSSAIRE
7. GLOSSARY
ANNEXE 1 - LISTE DES PRINCIPAUX
FACTEURS A CONSIDERER DANS
L’ÉVALUATION DE L’ALEA SISMIQUE
APPENDIX I - LIST OF PRIMARY
FACTORS TO CONSIDER IN SEISMIC
HAZARD ASSESSMENT
ANNEXE 2 - DÉTERMINATION DES
PARAMÉTRES SISMIQUES DE
CALCUL
APPENDIX 2 - DETERMINATION OF
SEISMIC EVALUATION PARAMETERS
3
TABLE DES MATIÈRES
1. INTRODUCTION ................................................................................................................... 10
1.1. Objectif .......................................................................................................................... 10
1.2. Contexte ........................................................................................................................ 12
1.3. Domaine examiné .......................................................................................................... 14
2. PRINCIPAUX FACTEURS À CONSIDÉRER DANS L’ÉVALUATION DE L’ALÉA SISMIQUE
18
2.1. Structures tectoniques et géologiques régionales ........................................................... 18
2.2. Sismicité historique ........................................................................................................ 20
2.3. Contexte géologique local ............................................................................................... 22
3. CHOIX DES SÉISMES POUR LES CALCULS ...................................................................... 24
3.1. Méthode générale ........................................................................................................... 24
3.2. Terminologie ................................................................................................................... 24
3.3. Exigences de l’évaluation sismique ................................................................................. 30
3.4. Paramètres d’entrée pour le calcul sismique .................................................................... 30
4. CHOIX DES PARAMÈTRES SISMIQUES DE CALCUL ......................................................... 34
5. FACTEURS QUI INFLUENCENT LA SELECTION DES PARAMÈTRES D’ÉVALUATION
DES SÉISMES .......................................................................................................................... 38
5.1. Généralités ..................................................................................................................... 38
5.2. Influence de la vulnérabilité aval .............................................................................................. 38
5.3. Influence du type de barrage .................................................................................................... 40
5.3.1. Barrages en béton ........................................................................................................... 40
5.3.2. Barrages en remblai ........................................................................................................ 42
6. RÉFÉRENCES SÉLECTIONNÉES ....................................................................................... 46
7. GLOSSAIRE ......................................................................................................................... 54
ANNEXE 1 - LISTE DES PRINCIPAUX FACTEURS À CONSIDÉRER DANS L’ÉVALUATION
DE L’ALÉA SISMIQUE .............................................................................................................. 60
ANNEXE 2 - DÉTERMINATION DES PARAMÈTRES SISMIQUES DE CALCUL ...................... 64
4
TABLE OF CONTENTS
1. INTRODUCTION ................................................................................................................... 11
1.1. Purpose ......................................................................................................................... 11
1.2. Background .................................................................................................................... 13
1.3. Scope ............................................................................................................................ 15
2. PRIMARY FACTORS TO CONSIDER IN SEISMIC HAZARD ASSESSMENT ....................... 19
2.1. Regional Tectonic and Geologic Setting .......................................................................... 19
2.2. Seismic History ............................................................................................................... 21
2.3. Local Geologic Setting .................................................................................................... 23
3. SELECTION OF EARTHQUAKES FOR ANALYSIS .............................................................. 25
3.1. General Approach ........................................................................................................... 25
3.2. Terminology ................................................................................................................... 25
3.3. Seismic Evaluation Requirements .................................................................................. 31
3.4. Seismic Input Parameters for Analysis ............................................................................ 31
4. SELECTION OF SEISMIC EVALUATION PARAMETERS ...................................................... 35
5. FACTORS INFLUENCING THE SELECTION OF SEISMIC EVALUATION PARAMETERS .... 39
5.1. General ........................................................................................................................... 39
5.2. Influence of Potential Consequences ............................................................................... 39
5.3. Influence of Type of Dam ................................................................................................ 41
5.3.1. Concrete Dams ................................................................................................................. 41
5.3.2. Embankment Dams .......................................................................................................... 43
6. SELECTED REFERENCES .................................................................................................. 47
7. GLOSSARY .......................................................................................................................... 55
APPENDIX I - LIST OF PRIMARY FACTORS TO CONSIDER IN SEISMIC HAZARD
ASSESSMENT ......................................................................................................................... 61
APPENDIX 2 - DETERMINATION OF SEISMIC EVALUATION PARAMETERS ........................ 65
5
PRÉAMBULE DE LA PREMIÈRE ÉDITION DE 1989
L’influence de la sismicité sur les barrages présente un intérêt constant pour la CIGB dans la plupart
de ses activités. Un comité de la CIGB a été créé en 1969 pour traiter de ces problèmes et deux Bulletins
ont déjà été publiés :


« Considérations sur le calcul sismique des barrages » en 1975 (Bulletin 27, Comité présidé
par M. Nose),
« Sismicité et conception des barrages » en 1983 (Bulletin 46, Comité présidé par R.G.T.
Lane).
L’étude de la sismicité d’un site de barrage est le sujet du premier chapitre du Bulletin 46, dans
lequel on traite de façon sommaire le problème des données sismiques à utiliser dans les calculs de
barrages.
En raison de l’importance donnée par la CIGB au choix des paramètres sismiques des grands
barrages, le Comité des Aspects sismiques des projets de barrages a été chargé d’étudier ce sujet. Le
but était de faire le point sur la technique actuelle dans ce domaine et de préparer des
« Recommandations » en vue d’aider les concepteurs dans le choix de ces paramètres.
Un Sous-Comité a été constitué en vue d’ouvrir des discussions : le document
« Recommandations pour le choix des paramètres sismiques des barrages », préparé par le Comité
National des États-Unis (USCOLD) et publié en octobre 1985, a servi de base pour les discussions lors
des réunions annuelles en 1986 et 1987. Des commentaires et des modifications ont été présentés par
plusieurs pays (Argentine, France, Inde, Japon, Norvège, Pakistan et Yougoslavie).
Le projet définitif de rapport, tenant compte des contributions des pays susmentionnés, a été
rédigé par le Président du Comité, discuté au cours de la réunion annuelle du Comité en 1988 et
approuvé par la 56ème Réunion Exécutive.
Je tiens à remercier tous les Comités Nationaux et les Membres du Comité des Aspects
Sismiques des Projets de Barrages qui ont contribué à la préparation des présentes
« Recommandations » maintenant publiées comme Bulletin de la CIGB.
A. BOZOVIC,
PRÉSIDENT,
COMITÉ SUR LES ASPECTS SISMIQUES DES PROJETS
DE BARRAGES
6
FOREWORD TO FIRST EDITION OF 1989
The influence of seismicity on dams has been of constant interest to ICOLD throughout most of its
activity. An ICOLD Committee was set up in 1969 to deal with the related problems and two Bulletins
were released as a result:


A Review of Earthquake Resistant Design of Dams in 1975 (Bulletin no. 27, Committee
chaired by M. Nose), and
Seismicity and Dam Design in 1983 (Bulletin no. 46, Committee chaired by R.G.T. Lane).
The assessment of seismicity at a dam site was the topic in the first chapter of Bulletin no. 46 which
summarily treated the problem of seismic input for dam analyses.
As a result of the importance and significance that ICOLD assigns to the selection of seismic
parameters for large dams, its Committee on Seismic Aspects of Dam Design has been charged to treat
this subject. The objective is to reflect the state of the art in this field and to prepare Guidelines which
should help the designers to orient themselves in the matter of selecting the seismic input parameters
concerning large dams.
A Sub-Committee was organized to initiate the discussions and the Guidelines for Selecting Seismic
Parameters for Dam Projects (published in October 1985) prepared by the United States Committee on
Large Dams (USCOLD) served as basis for discussion at annual meetings of the Committee in 1986
and 1987. Comments and proposed amendments were contributed by several countries (Argentina,
France, India, Japan, Norway, Pakistan and Yugoslavia).
The final draft was then edited by the Chairman of the Committee (taking into consideration the
mentioned contributions) and then discussed during the Committee’s annual meeting in 1988 and
approved by the 56th Executive Meeting.
Thanks are extended to all National Committees and Members of the Committee on Seismic Aspects
of Dam Design which contributed to the preparation of the Guidelines being now published as an ICOLD
Bulletin.
A. BOZOVIC,
CHAIRMAN,
COMMITTEE ON SEISMIC ASPECTS OF DAM DESIGN
7
PRÉAMBULE DE L’ÉDITION RÉVISÉE DE 2010
Depuis la parution de la première édition du bulletin 72 en 1989, d’importants progrès techniques
ont été accomplis en matière d’analyse sismique, de conception des nouveaux barrages et d’évaluation
sismique des barrages existants. C’est pour cette raison qu’il a semblé pertinent de publier une version
mise à jour du bulletin, reflétant les dernières avancées dans le domaine.
Le Bulletin 72 a eu une forte répercussion sur l’étude des séismes et la conception des barrages,
comme la définition de deux niveaux de séismes : le séisme de base d’exploitation (SBE) et le séisme
d’évaluation de la sécurité (SES). Le terme SES a été introduit dans la seconde édition et remplace le
terme de « Séisme Maximal Dimensionnant » (SMD) utilisé dans la première version.
Les barrages et les organes de sécurité tels que les vidanges de fond, les vannes d’évacuateur
et le système de commande associé doivent dorénavant pouvoir supporter les secousses du sol du
séisme SES. Les dégâts structurels et les déformations du barrage sont acceptés tant que l’eau dans
la retenue est retenue en toute sécurité après le séisme SES et le niveau de l’eau dans la retenue est
maitrisé. Cela signifie que les critères de performance pour les vidanges de fond et les évacuateurs
sont tout aussi exigeants que pour le corps du barrage dans la mesure où ils doivent rester opérationnels
après le séisme SES.
Le séisme SBE peut être considéré comme un critère économique et peut à ce titre être discuté,
alors que le séisme SES reste un critère de sécurité non négociable pour un barrage.
En suivant ce principe, les barrages peuvent être conçus pour être sûrs sous très fortes
sollicitations sismiques. Il est très important de noter que l’aléa sismique est un aléa complexe qui ne
comprend pas seulement les secousses du sol, mais également d’autres aspects importants spécifiques
au site, tels que les mouvements de failles, le risque d’éboulements rocheux, la liquéfaction, etc. Tous
ces aléas doivent être pris en compte.
La sismicité induite par la retenue (RTS) est un phénomène qui doit être pris en compte lors du
choix du séisme SES. Toutefois les effets du séisme SES seront plus sévères que ceux provoqués par
le séisme déclenché par la retenue (RTS).
Un Sous-Comité, constitué des représentants du Royaume-Unis, de la Chine, du Japon, de la
France et du Canada a été créé lors du congrès annuel de 2004 à Séoul afin de réviser le bulletin. Le
Pakistan et les États Unis ont également apporté leur soutien. Des échanges ont également eu lieu par
courriel après les conférences à Téhéran, Barcelone, Saint-Pétersbourg, Sofia et Brasilia.
La version finale de ce document a été validée lors de la 78 ème Commission Exécutive en
mai 2010 à Hanoï au Vietnam.
J’espère que cette version révisée du Bulletin contribuera à la conception de barrages capables
de supporter les effets de forts séismes.
M. WIELAND
PRÉSIDENT,
COMITÉ SUR LES ASPECTS SISMIQUES DES PROJETS
DE BARRAGES
8
FOREWORD TO SECOND EDITION OF 2010
Since the publication of the First Edition of Bulletin 72 in 1989 there have been significant
improvements in the techniques available for the seismic analysis, design of new dams and the
earthquake assessment of existing dams. For this reason it has been felt appropriate to produce an
updated version of the Bulletin to reflect recent improvements in methodology.
Bulletin 72 has had a great impact on the earthquake analysis and design of dams as two levels of
earthquakes have been specified, i.e. the operating basis earthquake (OBE) and the safety evaluation
earthquake (SEE). The term SEE has been introduced in the second edition and replaces the term
maximum design earthquake (MDE) used in the first edition.
Dams and safety-critical elements such as bottom outlets, spillway gates and related control units
must be able to withstand the ground shaking of the SEE. Structural damage and deformations are
accepted as long as the dam is able to store the water in the reservoir safely after the SEE and the
water level in the reservoir can be controlled. This means that the performance criteria for bottom outlets
and spillways are at least as stringent as for the dam body as they must be operable after the SEE.
The OBE can be considered as an economical criterion and is negotiable, whereas the SEE is a nonnegotiable safety criterion for the dam.
By following this concept, dams can be designed to be safe under very strong earthquake action. It
is important to note that the earthquake hazard is a multiple hazard, which does not only include ground
shaking but also other important site-specific features such as fault movements, rockfall hazard,
liquefaction etc. All these hazards must be considered.
Reservoir-triggered seismicity (RTS) is a phenomenon which must be addressed in the selection of
the SEE. Therefore the SEE effects are more severe than those caused by RTS.
A Sub-Committee to revise the Bulletin was set up at the 2004 Annual Meeting in Seoul with
representatives from the United Kingdom, China, Japan, France and Canada. Valuable assistance was
also given from Pakistan and from the USA. Discussions were conducted by e-mail with further meetings
in Tehran, Barcelona, St. Petersburg, Sofia and Brasilia.
The final draft was approved at the 78th Executive Meeting in Hanoi, Vietnam, in May 2010.
I hope that this revised version of the Bulletin will contribute to the design of dams that can safely
withstand the effects of strong earthquakes.
MARTIN WIELAND,
CHAIRMAN,
COMMITTEE ON SEISMIC ASPECTS OF DAM DESIGN
9
1. INTRODUCTION
1.1.
OBJECTIF
À l’origine, la préparation de la version préliminaire des présentes Recommandations a été
confiée au Comité des Tremblements de Terre du Comité des Grands Barrages des États Unis
(USCOLD : United States Committee On Large Dams) et le travail fut poursuivi par le Comité des
Aspects Sismiques des Projets de Barrage de la CIGB (Commission Internationale des Grands
Barrages). Cela a abouti à la publication d’une première édition du Bulletin en 1989. Depuis, des
avancées significatives ont été réalisées dans le domaine de la conception au séisme des barrages et
il parait nécessaire de prendre en compte les pratiques actuelles de nombreux pays dans une révision
de ce Bulletin en vue :


d’établir des « Recommandations » pour le choix des paramètres à utiliser dans la
conception sismique et l’évaluation de la sécurité des barrages nouveaux ou existants
et leurs structures annexes,
d’améliorer et d’uniformiser la manière de prendre en compte les aspects sismiques
intervenant dans l’évaluation du comportement des barrages entre maîtres d’ouvrage,
concepteurs et organismes divers concernés par la planification, la construction,
l’exploitation, l’entretien et les règlements relatifs aux barrages.
L’emploi de paramètres sismiques significatifs est nécessaire pour une évaluation satisfaisante
de la sécurité des barrages vis-à-vis des tremblements de terre. Les présentes « Recommandations »
ont pour objectif d’aider maîtres d’ouvrage et concepteurs dans le choix des paramètres sismiques pour
les projets de barrage, en tenant compte des exigences liées à la situation de l’ouvrage et au risque
sismique associé, au projet retenu et au risque associé à l’ouvrage en exploitation. Un calcul sismique
approprié ne remplace pas, mais complète une conception adaptée, l’adoption de matériaux de haute
qualité, les méthodes de contrôle efficaces en phase de construction, la surveillance et l’auscultation
continues du barrage en phase d’exploitation.
Il faut souligner que, quels que soient les paramètres sismiques et les méthodes de calcul
retenus, l’évaluation finale de la sécurité sismique dépend en général du jugement de l’Ingénieur et de
son expérience acquise sur des ouvrages identiques (incluant l’évaluation et la prise en considération
des nouvelles méthodes d’études et des résultats d’études récemment réalisées). Il faut également tenir
compte du fait que chaque ouvrage achevé et son environnement immédiat forment un système unique
que l’on ne retrouve nulle part ailleurs.
Les présentes « Recommandations » n’ont pas pour objectif d’estimer la meilleure méthode
permettant d’étudier un barrage, les combinaisons des charges avec l’aspect sismique ou le critère de
performance adéquat ou encore d’examiner les mécanismes de rupture eux-mêmes. Il faut néanmoins
noter que les ruptures de barrage en remblai observées par le passé ont souvent été provoquées par
la liquéfaction des matériaux de fondation du barrage ou par ceux du corps du barrage eux-mêmes.
L’utilisateur de ces « Recommandations » veillera en conséquence à conserver à l’esprit ce fait lors de
l’évaluation de la sécurité de sa structure, laquelle pourrait être sérieusement compromise dans le cas
de construction sur matériau sableux mal compacté ou autre matériau sans cohésion.
La présente mise à jour du Bulletin intervient après plusieurs années de travail du Comité des
aspects sismiques des projets de barrages de la CIGB. Les aspects suivants font particulièrement l’objet
de cette mise à jour :




10
Ajout d’un nouveau chapitre : données sismiques d’entrée (paragraphe 3.4),
Ajout de références sur le phénomène de liquéfaction,
Introduction du cas de charge dénommé : SES (Séisme d’évaluation de la sécurité),
Ajout de références concernant la problématique de la construction de barrage sur une
faille active,
1. INTRODUCTION
1.1.
PURPOSE
The preparation of the first draft for these Guidelines was originally undertaken by the
Committee on Earthquakes of the United States Committee on Large Dams (USCOLD) and then
transacted through the Committee on Seismic Aspects of Dam Design (ICOLD). This led to the
publication of the first Edition of the Bulletin in 1989. Since then there have been significant advances
in the seismic design of dams and a revised Bulletin is considered necessary which takes into account
current practice in a number of countries with the following ends in view


to provide a guide for the selection of parameters to be used in the seismic design,
analysis and safety evaluation of new or existing dams and their appurtenant structures,
to promote consistency in handling the earthquake aspects of dam performance
evaluation among owners, designers and various organizations involved in the
planning, design, construction, operation, maintenance and regulation of dams.
The use of meaningful seismic parameters is necessary to perform a of the earthquake safety
of dams. These Guidelines are intended to help the Engineer and Project Manager to select seismic
evaluation parameters for dam projects, based on requirements mandated by the project location and
its associated seismic hazard, the design selected, and the risk posed by the completed structure.
Appropriate seismic evaluation is not a substitute for, but will complement the use of sound design, high
quality materials, effective construction control procedures, and continuous surveillance and monitoring
of the performance of the completed structure.
It should be emphasized that, regardless of the seismic parameters and methods of analysis
selected, the final evaluation of the seismic safety of the dam usually depends to some degree on
engineering judgement and previous experience with similar structures. Newly developed research
methods and newly obtained research results should be evaluated and taken into consideration, keeping
in mind that each completed structure and its immediate environment form a unique system that is not
duplicated elsewhere.
Whilst it is not the purpose of these guidelines to examine mechanisms of failure it must,
nevertheless, be pointed out that where failure has occurred to embankment dams in the past it has
often been because of liquefaction of the dam foundations or of the dam itself. Users of the guideline
are encouraged to bear this in mind when considering the safety of their structure which may be seriously
compromised if the dam is constructed on, or comprises, loosely compacted sands or other
cohesionless soils.
The present revision to the Bulletin comes after several years of work by the Committee on
Seismic Aspects of Dam Design and has, in particular, addressed the following aspects:








1.2.
A new section on Seismic Input parameters (Section 3.4).
Reference to liquefaction (see above).
Introduction of Safety Evaluation Earthquake (SEE).
Improved references to problems posed when constructing dams across active faults.
Improved references to Reservoir-Triggered Earthquakes (RTE).
Additional material on Peak Vertical Accelerations and Earthquake Durations
(Section 3.4).
Updated references to attenuation formulae (Appendix 2).
Updated list of references.
BACKGROUND
11
noter que les ruptures de barrage en remblai observées par le passé ont souvent été provoquées par
la liquéfaction des matériaux de fondation du barrage ou par ceux du corps du barrage eux-mêmes.
L’utilisateur de ces « Recommandations » veillera en conséquence à conserver à l’esprit ce fait lors de
l’évaluation de la sécurité de sa structure, laquelle pourrait être sérieusement compromise dans le cas
de construction sur matériau sableux mal compacté ou autre matériau sans cohésion.
La présente mise à jour du Bulletin intervient après plusieurs années de travail du Comité des
aspects sismiques des projets de barrages de la CIGB. Les aspects suivants font particulièrement l’objet
de cette mise à jour :








1.2.
Ajout d’un nouveau chapitre : données sismiques d’entrée (paragraphe 3.4),
Ajout de références sur le phénomène de liquéfaction,
Introduction du cas de charge dénommé : SES (Séisme d’évaluation de la sécurité),
Ajout de références concernant la problématique de la construction de barrage sur une
faille active,
Ajout de références concernant le séisme déclenché par la retenue (RTE : ReservoirTriggered Earthquake),
Ajout d’informations sur l’accélération verticale de pointe et sur la durée du séisme
(paragraphe 3.4),
Mise à jour des références concernant la formule d’atténuation (Annexe 2),
Mise à jour de la bibliographie.
CONTEXTE
Les dégradations subies par les barrages et leurs structures annexes peuvent résulter des
mouvements d’une faille traversant les fondations ou, plus probablement, des secousses du sol
provoquées sur le site du barrage par un tremblement de terre situé à une certaine distance de
l’ouvrage. Les présentes « Recommandations » concernent principalement les aspects « mouvements
sismiques du sol » associés aux projets de barrages, même s’il est établi qu’un certain nombre de
barrage ont été érigés sur des failles actives reconnues. En effet, comme le montre les dégradations
significatives observées sur l’évacuateur de crues du barrage de Shih-Kang à Taiwan suite au séisme
de Septembre 1999, la fondation d’ouvrages sur des failles actives ou des sites « à pathologie
sismique » présente des risques avérés.
Lors du séisme de magnitude 8 sur l’échelle de Richter du 12 mai 2008 dans la région du
Weichan en Chine, des dégradations ont été observées sur 1803 barrages et réservoirs et sur
403 usines hydroélectriques pour une puissance installée de 3,3 GW. La plupart des barrages affectés
étaient des petits barrages en remblai ; néanmoins, 4 barrages d’une hauteur supérieure à 100 m ont
également été touchés par le tremblement de terre. Aussi, les chutes de pierres ou les glissements de
terrain, nombreux dans ces zones montagneuses, ont entraîné des dégâts sur des projets
hydroélectriques et ont bloqué certains canaux d’amenée. Bien qu’aucune rupture de barrage ne se soit
produite, le tremblement de terre du Weichan a mis en évidence qu’il est nécessaire de concevoir les
barrages de façon à résister à des séismes violents et que les potentiels de danger entraînés par un
séisme sur un ouvrage peuvent être multiples.
Les secousses du sol sont produites par le passage d’un ébranlement de l’écorce terrestre,
comme par exemple une onde émanant d’une région de la croûte terrestre où le mouvement d’une faille
s’est produit. L’estimation des mouvements sismiques potentiels du sol exige la prise en compte d’un
ensemble d’informations dont le volume croît rapidement et l’intervention simultanée de plusieurs
disciplines : géologie, géophysique, sismologie, géotechnique et génie civil. En dépit des progrès
rapides de l’état des connaissances, de nombreuses incertitudes persistent encore. Actuellement, la
nature complexe du mouvement du sol ne peut être qu’estimée de façon approximative, en utilisant des
procédés relativement simples découplant les actions certes identifiées mais généralement mal
connues telles que la propagation de l’énergie sismique à partir du foyer d’un tremblement de terre, le
comportement non linéaire des masses rocheuses et des dépôts de sols ainsi que l’interaction entre le
barrage, sa fondation et la retenue. La variation dans l’espace des mouvements du sol le long de la
base du barrage est en général ignorée, principalement à cause du manque de données appropriées.
Les dégradations d’origine sismique subies par des barrages vont des petites fissures ou des
tassements de la crête, jusqu’à la rupture totale de l’ouvrage et la perte de la capacité de stockage du
réservoir. Toutefois, à l’exception de l’évacuateur de crues du barrage de Shih-Kang, jusqu’à
aujourd’hui, aucun barrage en béton n’a subi de rupture catastrophique suite à un séisme. Dans
plusieurs cas, soit les barrages étaient situés à bonne distance de la source de libération d’énergie
(foyer), soit le niveau de la retenue était suffisamment bas au moment de la secousse sismique. En
conséquence, on ne saurait trop insister sur l’impérieuse nécessité de réaliser un projet de barrage
résistant aux séismes ou de s’assurer pleinement que le site retenu pour l’ouvrage est non sismique.
La conception parasismique est une pratique courante pour la plupart des nouveaux barrages,
mais il n’en a pas toujours été de même pour beaucoup de barrages anciens. Les études et
12
reconnaissances portant sur les foyers sismiques régionaux et sur les conditions de fondation étaient
souvent, par le passé, moins approfondies que celles mises en œuvre par la technique actuelle.
L’utilisation de procédés de construction, aujourd’hui obsolètes, rend les barrages anciens parfois moins
résistants au séisme et leur comportement potentiellement plus difficile à estimer. La sécurité des
in mind that each completed structure and its immediate environment form a unique system that is not
nevertheless,
be pointed out that where failure has occurred to embankment dams in the past it has
duplicated
elsewhere.
often been because of liquefaction of the dam foundations or of the dam itself. Users of the guideline
are encouraged
mind when
considering
the safety
of their structure
whichofmay
be seriously
Whilst ittoisbear
not this
the inpurpose
of these
guidelines
to examine
mechanisms
failure
it must,
compromised
if pointed
the damoutisthat
constructed
on, has
or occurred
comprises,
loosely compacted
or itother
nevertheless, be
where failure
to embankment
dams insands
the past
has
cohesionless
soils. of liquefaction of the dam foundations or of the dam itself. Users of the guideline
often
been because
are encouraged to bear this in mind when considering the safety of their structure which may be seriously
The present
the Bulletin on,
comes
severalloosely
years ofcompacted
work by thesands
Committee
on
compromised
if the revision
dam istoconstructed
or after
comprises,
or other
Seismic Aspects
of Dam Design and has, in particular, addressed the following aspects:
cohesionless
soils.
A new
sectiontoonthe
Seismic
Input
parameters
(Section
3.4).of work by the Committee on
The present
revision
Bulletin
comes
after several
years
 Reference
to liquefaction
above). addressed the following aspects:
Seismic Aspects
of Dam Design
and has, (see
in particular,
 Introduction of Safety Evaluation Earthquake (SEE).
 A
new section
on Seismic
Input parameters
(Section
3.4). dams across active faults.
Improved
references
to problems
posed when
constructing
 Reference
to liquefaction
(see above).
Improved references
to Reservoir-Triggered
Earthquakes (RTE).
 Introduction
of Safety on
Evaluation
Earthquake
(SEE).
Additional material
Peak Vertical
Accelerations
and Earthquake Durations
(Section 3.4).
 Improved
references to problems posed when constructing dams across active faults.
 Improved
Updated references
formulae (Appendix
2). (RTE).
referencestotoattenuation
Reservoir-Triggered
Earthquakes
Updated listmaterial
of references.
 Additional
on Peak Vertical Accelerations and Earthquake Durations
(Section 3.4).
 Updated references to attenuation formulae (Appendix 2).
1.2.
BACKGROUND
 Updated list of references.
1.2.
BACKGROUND
Damage to dams and their appurtenant facilities may result from direct fault movement across
the dam foundation or, more likely, from ground motion induced at the dam site by an earthquake located
at some distance from the dam. These Guidelines are mainly concerned with the ground motion aspects
of dam design although it is noted that a number of dams have been built across known active faults.
As shown by the severe damage caused in September 1999 to the Shih-Kang weir in Taiwan, the siting
of dams on active or seismogenic faults carries significant risks.
During the May 12, 2008 Richter magnitude 8 Wenchuan earthquake in China,1803 dams and
reservoirs and 403 hydropower plants with a total installed capacity of 3.3 GW suffered damages. Most
of the damaged dams were small earth dams; however, four dams with a height exceeding 100 m were
also damaged by ground shaking. In addition, numerous rockfalls and landslides in this mountainous
region caused substantial damage to hydropower projects and blocked river channels. Although no dam
failed, the Wenchuan earthquake has clearly shown that dams must be designed to withstand strong
earthquakes and that earthquakes can present multiple hazards.
Ground motion is produced by the passage of a crustal disturbance such as a wave emanating
from a region of the earth’s crust where fault movement has occurred. The estimation of potential future
ground motion requires consideration of a rapidly expanding body of information and the interaction of
several disciplines, such as geology, geophysics, seismology, geotechnical and structural engineering.
Although knowledge is progressing at a fast pace, numerous uncertainties still exist. Presently, the
complex nature of ground motion can only be approximated through relatively simple processes that
separate generally recognized, but often insufficiently understood effects, such as the propagation of
seismic energy away from the earthquake source, the nonlinear behaviour of rock units and soil deposits
and the interaction between the dam, foundation and reservoir. Spatial variations of the ground motion
along the base of the dam have generally been ignored, primarily because of the lack of appropriate
data.
Historical occurrences of earthquake damage to dams have ranged from minor cracks or crest
settlements to total failure and loss of the reservoir retention capacity, although, with the exception of
the Shih-Kang weir, no concrete dam has experienced catastrophic failure as the result of an
earthquake. In several instances, the affected dams were located at large distances from the source of
energy release or the reservoir was at a low level at the time of the earthquake. Hence, the need for
either implementing earthquake-resistant design, or fully documenting that a project site is aseismic,
cannot be overemphasized.
Design based on earthquake-resistant principles is standard practice for most new dams, but
was not considered for many older dams. Investigations of regional earthquake sources and foundation
conditions were often less extensive in the past than those required by modern dam engineering
practice, and the use of construction procedures now obsolete often makes the seismic performance of
older dams poorer and also potentially more difficult to assess. New dams should be shown to be safe
before being placed in service, while existing dams shown to be unsafe should be upgraded or taken
out of service. There should be no intrinsic difference in the methodology necessary to select earthquake
parameters for the design of new structures or for the safety evaluation of older dams. Generally,
consistent and sufficiently conservative guidelines, as proposed in the following pages, should be
followed to compensate for the uncertainties and the lack of accuracy associated with estimating
potential future earthquake ground motions. Furthermore, geologic and engineering experience and
13
judgement have been, and will continue to be essential factors, in determining seismic evaluation
parameters that are both conservative and realistic.
Attention is drawn to the particular case of cascades of dams where the failure of an upper dam
aujourd’hui, aucun barrage en béton n’a subi de rupture catastrophique suite à un séisme. Dans
plusieurs cas, soit les barrages étaient situés à bonne distance de la source de libération d’énergie
(foyer), soit le niveau de la retenue était suffisamment bas au moment de la secousse sismique. En
conséquence, on ne saurait trop insister sur l’impérieuse nécessité de réaliser un projet de barrage
résistant aux séismes ou de s’assurer pleinement que le site retenu pour l’ouvrage est non sismique.
La conception parasismique est une pratique courante pour la plupart des nouveaux barrages,
mais il n’en a pas toujours été de même pour beaucoup de barrages anciens. Les études et
reconnaissances portant sur les foyers sismiques régionaux et sur les conditions de fondation étaient
souvent, par le passé, moins approfondies que celles mises en œuvre par la technique actuelle.
L’utilisation de procédés de construction, aujourd’hui obsolètes, rend les barrages anciens parfois moins
résistants au séisme et leur comportement potentiellement plus difficile à estimer. La sécurité des
nouveaux barrages soit être démontrée avant de les mettre en service ; les barrages anciens, dont la
sécurité ne peut pas être démontrée, doivent être confortés pour résister au séisme ou être mis hors
service. Cependant, il ne devrait pas y avoir de différence intrinsèque dans la méthodologie permettant
de choisir les paramètres sismiques pour les projets nouveaux comme pour l’évaluation de la sécurité
des barrages existants. Généralement, des recommandations suffisamment conservatrices, telles
celles proposées dans les pages suivantes, seront suivies afin de compenser les incertitudes et le
manque de précision de l’estimation des secousses sismiques futures. De plus, l’expérience et le
jugement dans les domaines de la géologie et de l’ingénierie continueront d’être des facteurs essentiels
dans la détermination des paramètres sismiques afin qu’ils soient à la fois conservateurs et réalistes.
Une attention particulière doit être apportée au cas de barrages en cascade puisque la rupture
d’un barrage en amont peut entraîner celle d’un barrage situé à l’aval. Il est également envisageable
qu’une même secousse sismique provoque des dégradations, voire des ruptures sur différents barrages
indépendants.
Les barrages, et plus particulièrement ceux en béton, sont sensibles aux mouvements le long
de failles et aux discontinuités en fondation. De tels mouvements peuvent être causés par des failles
actives (ou à pathologie sismique) situées dans la fondation ; ils peuvent également provenir de la
propagation d’un mouvement associé le long d’une discontinuité suite à un séisme important dans une
faille active. Dans ce cas, selon le Bulletin 112 de la CIGB couvrant l’aspect Néotectonique et Barrages,
il est préférable de retenir une solution en remblai avec une conception largement conservative. Il
conviendra alors de vérifier la stabilité de l’ouvrage en considérant le séisme de magnitude la plus
élevée associée à cette faille. Pour autant, la meilleure approche reste d’éviter de construire de
nouveaux barrages sur des failles potentiellement actives.
1.3.
DOMAINE EXAMINÉ
Le Bulletin contient des recommandations générales pour le choix des paramètres sismiques
permettant de procéder à la révision de la sécurité des grands barrages existant et d’établir un projet
parasismique pour tout nouvel ouvrage. Ces recommandations (applicable seulement aux Grands
Barrages conformément à la définition qu’en donne la CIGB – voir ci-dessous) couvrent les sujets
suivants :




Principaux facteurs à considérer dans l’étude sismique,
Choix des séismes pour les calculs,
Choix des paramètres sismiques de calcul,
Facteurs influençant les choix des paramètres sismiques de calcul.
Note : Un grand barrage, conformément à la définition donnée par la CIGB, est un ouvrage de plus de
15 m de hauteur sur terrain naturel ou un ouvrage entre 10 et 15 m de hauteur sur terrain naturel
satisfaisant au moins l’un des critères suivants :
a) Une crête de plus de 500 m de long,
b) Un volume total de retenue supérieur à 1 Mm3 (1 x 106 m3),
c) Un évacuateur de crues de débitance supérieure à 2 000 m3/s.
Ce bulletin concerne principalement les effets induits par un séisme sur le corps même du
barrage, mais également sur les organes principaux de sécurité tels que les structures en pied aval de
l’ouvrage, les organes de vantellerie des évacuateurs de crues, les organes de contrôle-commande et
les installations permettant d’assurer l’alimentation en source d’énergie de l’ouvrage. Cependant, de
manière exhaustive et non limitative, l’occurrence d’un séisme affectera tous les composants d’un
barrage incluant notamment les infrastructures annexes, les infrastructures enterrées, les équipements
aussi divers soient-ils et les ouvrages provisoires tel que les batardeaux, etc. Ainsi, tous ces éléments
doivent être conçus de manière à résister à un séisme. Pour ces éléments, l’intensité du séisme de
calcul pourra être modulée à la baisse par rapport au séisme de calcul du barrage lui-même ou des
organes des organes principaux de sécurité. En ce qui concerne les équipements, les mouvements des
supports des équipements doivent servir de données d’entrée pour le dimensionnement des
14
équipements eux-mêmes. Pour les éléments situés sur la crête du barrage, une amplification non
the Shih-Kang weir, no concrete dam has experienced catastrophic failure as the result of an
earthquake. In several instances, the affected dams were located at large distances from the source of
energy release or the reservoir was at a low level at the time of the earthquake. Hence, the need for
either implementing earthquake-resistant design, or fully documenting that a project site is aseismic,
cannot be overemphasized.
Design based on earthquake-resistant principles is standard practice for most new dams, but
was not considered for many older dams. Investigations of regional earthquake sources and foundation
conditions were often less extensive in the past than those required by modern dam engineering
practice, and the use of construction procedures now obsolete often makes the seismic performance of
older dams poorer and also potentially more difficult to assess. New dams should be shown to be safe
before being placed in service, while existing dams shown to be unsafe should be upgraded or taken
out of service. There should be no intrinsic difference in the methodology necessary to select earthquake
parameters for the design of new structures or for the safety evaluation of older dams. Generally,
consistent and sufficiently conservative guidelines, as proposed in the following pages, should be
followed to compensate for the uncertainties and the lack of accuracy associated with estimating
potential future earthquake ground motions. Furthermore, geologic and engineering experience and
judgement have been, and will continue to be essential factors, in determining seismic evaluation
parameters that are both conservative and realistic.
Attention is drawn to the particular case of cascades of dams where the failure of an upper dam
could put ones lower down the cascade at risk. It is also possible that the same earthquake could
damage or cause the independent failure of multiple dams.
Dams, in particular concrete dams, are vulnerable to movements along faults and discontinuities
in the foundation. Such movements can be caused by seismogenic (active) faults in the dam foundation
but also close to major faults large earthquakes can cause sympathetic movements along
discontinuities. In this case, according to ICOLD Bulletin 112 on Neotectonics and Dams, a
conservatively designed embankment dam would have to be selected. The dam should be checked for
movements that could be caused by the upper bound magnitude earthquake estimated for that fault.
However, the best approach is to avoid constructing new dams across potentially active faults.
1.3.
SCOPE
However, the best approach is to avoid constructing new dams across potentially active faults.
This publication contains general guidelines for selecting seismic evaluation parameters to
review the safety of existing large dams and provide an earthquake resistant design for any new
1.3.
SCOPE
structure.
Such guidelines (which are only intended to apply to large dams according to the ICOLD
definition -see below) cover the following subjects:
This publication
contains
general guidelines
for selecting seismic evaluation parameters to
Primary factors
to consider
in seismic design,
review the safety
of existing
largeearthquakes
dams and provide
an earthquake resistant design for any new
 Selection
of design
for analysis,
structure. Such
guidelinesof(which
only intended
to apply to large dams according to the ICOLD
 Selection
seismicare
evaluation
parameters,
definition -see below) cover the following subjects:
 Factors influencing the selection of seismic evaluation parameters.
Primary
factors
to consider
in seismic
design,
Note: A large dam
according
to the
ICOLD definition
is one
more than 15 m high or one between 10 and
 Selection
design
earthquakes
15 m high satisfying
one ofofthe
following
criteria: for analysis,
 Selection of seismic evaluation parameters,
 More
Factors
influencing
the selection of seismic evaluation parameters.
a)
than
500 m long,
b) Reservoir capacity exceeding 1 Mm3 (1 x 106 m3),
3 one more than 15 m high or one between 10 and
Note: A large
according
to theexceeding
ICOLD definition
/s.
c)dam
Spillway
capacity
2000 mis
15 m high satisfying one of the following criteria:
This publication is mainly concerned with the earthquake action affecting the dam body and
More than
500as
m the
long,bottom outlet, spillway gates, control units and power supply.
safety-criticala)elements
such
6
3
capacity
exceeding
1 Mm3 (1 x 10
), all elements of a dam including
However, it b)
hasReservoir
to be kept
in mind
that an earthquake
will maffect
Spillwayunderground
capacity exceeding
2000equipment,
m3/s.
appurtenant c)
structures,
structures,
temporary structures like cofferdams etc.
Therefore, all these elements have to be able to withstand earthquakes as well. For these elements,
This of
publication
is mainly motions
concerned
with
earthquake
action
body and
lower levels
design earthquake
may
be the
used
than for the
damaffecting
body andthe
thedam
safety-critical
safety-critical
such
as the bottom
outlet, ofspillway
gates, control
units
and
elements.
Also,elements
in the case
of equipment,
the motion
the equipment’s
support
must
be power
used assupply.
input.
However,
it has
to be
in mind
an earthquake
willofaffect
all elements
including
For
elements
located
on kept
the dam
crest that
significant
amplification
the support
motion of
hasatodam
be expected,
appurtenant
structures,
structures,
especially
in the
case of underground
concrete (arch)
dams. equipment, temporary structures like cofferdams etc.
lower levels of design earthquake motions may be used than for the dam body and the safety-critical
elements. Also, in the case of equipment, the motion of the equipment’s support must be used as input.
For elements located on the dam crest significant amplification of the support motion has to be expected,
especially in the case of concrete (arch) dams.
15
15 m de hauteur sur terrain naturel ou un ouvrage entre 10 et 15 m de hauteur sur terrain naturel
satisfaisant au moins l’un des critères suivants :
a) Une crête de plus de 500 m de long,
b) Un volume total de retenue supérieur à 1 Mm3 (1 x 106 m3),
c) Un évacuateur de crues de débitance supérieure à 2 000 m3/s.
Ce bulletin concerne principalement les effets induits par un séisme sur le corps même du
barrage, mais également sur les organes principaux de sécurité tels que les structures en pied aval de
l’ouvrage, les organes de vantellerie des évacuateurs de crues, les organes de contrôle-commande et
les installations permettant d’assurer l’alimentation en source d’énergie de l’ouvrage. Cependant, de
manière exhaustive et non limitative, l’occurrence d’un séisme affectera tous les composants d’un
barrage incluant notamment les infrastructures annexes, les infrastructures enterrées, les équipements
aussi divers soient-ils et les ouvrages provisoires tel que les batardeaux, etc. Ainsi, tous ces éléments
doivent être conçus de manière à résister à un séisme. Pour ces éléments, l’intensité du séisme de
calcul pourra être modulée à la baisse par rapport au séisme de calcul du barrage lui-même ou des
organes des organes principaux de sécurité. En ce qui concerne les équipements, les mouvements des
supports des équipements doivent servir de données d’entrée pour le dimensionnement des
équipements eux-mêmes. Pour les éléments situés sur la crête du barrage, une amplification non
négligeable du déplacement des supports doit être prise en compte, notamment dans le cas des
barrages en béton (barrage voûte notamment).
16
Note: A large dam according to the ICOLD definition is one more than 15 m high or one between 10 and
15 m high satisfying one of the following criteria:
a) More than 500 m long,
b) Reservoir capacity exceeding 1 Mm3 (1 x 106 m3),
c) Spillway capacity exceeding 2000 m3/s.
This publication is mainly concerned with the earthquake action affecting the dam body and
safety-critical elements such as the bottom outlet, spillway gates, control units and power supply.
However, it has to be kept in mind that an earthquake will affect all elements of a dam including
appurtenant structures, underground structures, equipment, temporary structures like cofferdams etc.
lower levels of design earthquake motions may be used than for the dam body and the safety-critical
elements. Also, in the case of equipment, the motion of the equipment’s support must be used as input.
For elements located on the dam crest significant amplification of the support motion has to be expected,
especially in the case of concrete (arch) dams.
17
2. PRINCIPAUX FACTEURS À CONSIDÉRER DANS L’ÉVALUATION DE
L’ALÉA SISMIQUE
L’évaluation de l’aléa sismique est typiquement nécessaire pour déterminer les paramètres
sismiques qui seront nécessaires pour la conception parasismique et l’évaluation des performances du
barrage. Une évaluation de l’aléa sismique implique les études suivantes :



Identification des sources potentielles de tremblement de terre,
Évaluation des caractéristiques de chaque source de tremblement de terre tel que les
conditions géologiques, magnitudes et fréquences d’occurrence,
Utilisation d’équations empiriques pour calculer les amplitudes ou intensités des
mouvements de sol (c’est-à-dire les lois d’atténuation).
L’évaluation de l’aléa sismique réalisée dans le cadre de projets de barrages doit considérer
l’ensemble des informations disponibles sur les conditions sismiques et tectoniques dans
l’environnement proche du site du barrage avec leurs degrés d’incertitudes. Les principaux facteurs à
considérer dans l’identification de potentielles sources de tremblements de terre et l’évaluation de leurs
caractéristiques sont les conditions d’activités tectoniques, les conditions géologiques et l’activité
sismique du site du barrage et de ses abords. L’examen ci-après portant sur ces facteurs vise à être
relativement complet, mais l’ordre, l’étendue et les détails de cet examen doivent rester flexibles et
s’adapter aux conditions locales, aux dimensions du barrage, à la destination de l’ouvrage et aux
conséquences d’un dommage ou d’une rupture totale. Le choix des paramètres sismiques pour
l’évaluation de la sécurité d’un nouveau barrage ou d’un barrage existant est essentiellement un
procédé par approximations successives, devant inclure, au minimum, les exigences indiquées dans
les paragraphes ci-après. Comme référence et pour un aperçu rapide du problème, une liste des
facteurs principaux à considérer dans les études d’aléa sismique est donnée dans l’Annexe 1.
2.1.
STRUCTURES TECTONIQUES ET GÉOLOGIQUES RÉGIONALES
Les études tectoniques, géologiques et sismiques considèrent en premier lieu, les aspects
régionaux et se concentrent ensuite sur les conditions locales du site. Une telle méthode est nécessaire
pour comprendre la structure géologique générale et l’histoire sismique d’un site particulier. Certains
sites exigent la prise en compte d’une grande surface pour l’étude régionale, afin d’englober toutes les
particularités géologiques significatives et de considérer les conditions spécifiques, telles que
l’atténuation du mouvement sismique du sol en fonction de la distance à partir de la zone de libération
de l’énergie.
L’étude géologique régionale devra porter, a minima, sur une zone de 100 km de rayon autour
du site, mais dans de nombreux cas, celle-ci devra être étendue jusqu’à un rayon de 300 km permettant
d’englober les principales failles régionales plus importantes, ou des caractéristiques spécifiques
d’atténuation concernant une zone déterminée. Les données géologiques prises en considération
devront ainsi comprendre :






18
Identification de la région physiographique et tectonique où le projet est situé,
Histoire géologique de la région du projet,
Description des formations géologiques, des types de roche et dépôts de sols,
Situation des principaux accidents géologiques régionaux comprenant les plis, les
réseaux de fractures et de diaclases. On tiendra compte également, dans l’étude, de
l’imbrication des principales structures géologiques régionales,
Interprétation des mécanismes tectoniques régionaux et des types de failles associées,
Situation et description des failles et des zones de cisaillement : on examinera si les
failles peuvent produire des tremblements de terre ou subir des déplacements du fait
des séismes. Cela comprendra une documentation sur l’existence ou l’absence
d’activité sismique historique ou préhistorique (paléo-sismicité) de chaque faille,
2. PRIMARY FACTORS TO CONSIDER IN SEISMIC HAZARD ASSESSMENT
2. PRIMARY FACTORS TO CONSIDER IN SEISMIC HAZARD ASSESSMENT
A seismic hazard assessment is typically required to develop the seismic parameters that will
be required
for seismic
or performance
of dams.the
A seismic hazard
assessment
A seismic
hazarddesign
assessment
is typicallyassessment
required to develop
parameters
that will
requires
the following:
be required
for seismic design or performance assessment of dams. A seismic hazard assessment
requires the following:
 Identification of potential sources of earthquakes.
 Evaluation
of of
thepotential
characteristics
potential earthquake source such as geological
Identification
sourcesofofeach
earthquakes.
magnitudes
and ratesofof
activity.
 conditions,
Evaluation of
the characteristics
each
potential earthquake source such as geological
 Empirical
to compute
ground
motion amplitudes or intensities (i.e. attenuation
conditions,equations
magnitudes
and rates
of activity.
 equations).
Empirical equations to compute ground motion amplitudes or intensities (i.e. attenuation
equations).
The seismic hazard assessment approach adopted for dam projects should consider the amount
of information
that ishazard
available
about seismotectonic
conditions
in the
vicinity
of the
dam site,
the
The seismic
assessment
approach adopted
for dam
projects
should
consider
the and
amount
degree
of uncertainty
of that information.
The primary
factors toinbe
identification
of
of information
that is available
about seismotectonic
conditions
theconsidered
vicinity of in
thethe
dam
site, and the
potential
of earthquakes
and evaluation
of their
characteristics
are the tectonic,
geologic and
degree ofsources
uncertainty
of that information.
The primary
factors
to be considered
in the identification
of
seismic
conditions
at, and in
theevaluation
vicinity of, of
thetheir
damcharacteristics
site. The following
of geologic
such primary
potentialactivity
sources
of earthquakes
and
are discussion
the tectonic,
and
factors
intended
to be relatively
order,
format
and detail
in which of
they
should
be
seismicis
activity
conditions
at, and in complete,
the vicinitybut
of, the dam
site.
The following
discussion
such
primary
addressed
should remain
flexible and
tailored but
to the
conditions,
thedetail
size of
dam,
theshould
intended
factors is intended
to be relatively
complete,
thelocal
order,
format and
in the
which
they
be
functions
the structure
the consequences
or total failure.
Essentially,
thethe
selection
of
addressedofshould
remainand
flexible
and tailored to of
thedamage
local conditions,
the size
of the dam,
intended
seismic
for the
evaluation
of the safety
of a newor
ortotal
existing
dam
is a step-by-step
process
functionsparameters
of the structure
and
the consequences
of damage
failure.
Essentially,
the selection
of
that
should
include,for
asthe
a evaluation
minimum, of
thetherequirements
described
in the
paragraphs.
For
seismic
parameters
safety of a new
or existing
damfollowing
is a step-by-step
process
reference
and
a quickas
overview
of the the
problem,
a list of primary
factors
to consider
seismic hazard
that should
include,
a minimum,
requirements
described
in the
following inparagraphs.
For
assessment
is a
given
in overview
Appendixof1.the problem, a list of primary factors to consider in seismic hazard
reference and
quick
assessment is given in Appendix 1.
2.1.
2.1.
REGIONAL TECTONIC AND GEOLOGIC SETTING
REGIONAL TECTONIC AND GEOLOGIC SETTING
Typical tectonic, geologic and seismicity studies consider the regional aspects, and then focus
on the local
sitetectonic,
conditions.
Such and
an approach
necessary
to understand
theaspects,
overall geologic
Typical
geologic
seismicityisstudies
consider
the regional
and thensetting
focus
and
seismic
history
of a particular
site.approach
Some sites
require consideration
of athe
large
regional
studysetting
area,
on the
local site
conditions.
Such an
is necessary
to understand
overall
geologic
in
order
to encompass
geologicsite.
features
significance
and to account
specific
conditions,
such
and
seismic
history of aallparticular
Someofsites
require consideration
of for
a large
regional
study area,
as
attenuation
of earthquake
groundfeatures
motion of
assignificance
a function ofand
distance
from the
zone of conditions,
energy release.
in order
to encompass
all geologic
to account
for specific
such
as attenuation of earthquake ground motion as a function of distance from the zone of energy release.
The regional geologic study area should cover, as a minimum, a 100 km radius around the site,
but should
many cases
be extended
to should
as much
as 300
to includeaany
fault, around
or area-specific
Theinregional
geologic
study area
cover,
askm
a minimum,
100major
km radius
the site,
attenuation
geological
reviewed
should
include:
but should incharacteristics.
many cases beThe
extended
to asdata
much
as 300 km
to include
any major fault, or area-specific
attenuation characteristics. The geological data reviewed should include:
 Identification of the physiographic and tectonic province where the project is located,
 Geologic
history
of the
project area,
Identification
of the
physiographic
and tectonic province where the project is located,
 Description
of geologic
formations,
Geologic history
of the project
area,rock types and soil deposits,
 Location
of major
regional
geological
structural
features
including folds, and fracture or
Description
of geologic
formations,
rock
types and
soil deposits,
patterns.
Imbrication
of the major
regionalfeatures
geological
structures
also be
 joint
Location
of major
regional geological
structural
including
folds, should
and fracture
or
considered
as part
of studying
main
features,
joint patterns.
Imbrication
of the
major
regional geological structures should also be
 Interpretation
theofregional
tectonic
mechanism(s) and associated type(s) of faulting,
considered asof
part
studying
main features,
 Location
and description
of faults
andmechanism(s)
shear zones and
of the capability
of
Interpretation
of the regional
tectonic
andassessment
associated type(s)
of faulting,
to generate
earthquakes,
orand
to be
displaced
earthquakes.
should
include
 faults
Location
and description
of faults
shear
zonesby
and
assessmentThis
of the
capability
of
documentation
onearthquakes,
the existence
or displaced
the lack ofbyhistorical
or pre-historical
activity
faults to generate
or of
to be
earthquakes.
This should include
(paleoseismicity)
each
fault, of or the lack of historical or pre-historical activity
documentation onforthe
existence
 Estimation
of thefor
fault
activity
(paleoseismicity)
each
fault, for each of the faults of concern to the study area
average
per event,
timeof
interval
between
large earthquakes,
etc.).
 (e.g.
Estimation
of slip
the rate,
faultslip
activity
for each
the faults
of concern
to the study
area
(e.g. average slip rate, slip per event, time interval between large earthquakes, etc.).
Depending on the geological setting, study of the following specific features might also be of
value in Depending
identifying and
characterizing
potentialstudy
earthquake
sources: specific features might also be of
on the
geological setting,
of the following
value in identifying and characterizing potential earthquake sources:
19

Estimation de l’activité de chaque faille significative pour l’étude : glissement moyen,
glissement lors de chaque événement, intervalle de temps entre les forts tremblements
de terre, …
En fonction du contexte géologique, l’étude des phénomènes particuliers suivants peut aussi
présenter un intérêt dans l’identification et la caractérisation de potentielles sources sismiques.









2.2.
Étude du mouvement de magma et de laves et de l’activité éruptive,
Étude de la radioactivité et des courants de convection,
Changements du champ de gravité et études des anomalies de Bouguer,
Études aéromagnétiques,
Études géothermiques,
Reconnaissances topographiques – profilage laser,
Enquête par télédétection (radar, télédétection par laser LIDAR, photographies
aériennes, etc.),
Localisation par satellite (GPS),
Mesures des contraintes in-situ dans la fondation obtenues dans le cadre d’études
d’investigations ou dans les puits de pétroles/gaz.
SISMICITÉ HISTORIQUE
La compilation des données historiques sur les séismes aide à cerner le contexte sismique
d’une zone et, dans les régions où de nombreux séismes se sont produits, fournit une base pour estimer
la probabilité des futures secousses sismiques sur le site considéré. Ceci est basé sur l’hypothèse que
des évènements similaires à ceux qui se sont produits dans le passé pourraient se reproduire au même
endroit ou à proximité. Toutefois, le manque de données historiques n’implique pas nécessairement
que la zone peut être considérée comme non sismique.
Quand ils sont disponibles, une grande attention doit être accordée aux enregistrements de
séismes historiques. Des recueils détaillés de séismes, tenus dans différents pays par des organismes
qualifiés, fournissent des informations sur les magnitudes, les lieux et des indications sur d’autres
paramètres, tels que la profondeur de l’épicentre et le mécanisme au foyer des séismes. Les données
figurant dans ces recueils doivent être attentivement analysées en ce qui concerne leur exhaustivité et
leur exactitude. À l’échelle mondiale, des données sur les séismes peuvent également être fournies par
des agences internationales.
Pour collecter des données qui n’ont pas fait l’objet de mesures instrumentales, il peut être
nécessaire d’accomplir des recherches approfondies dans la littérature technique, les journaux et
revues, de sources publiques ou privées, sur les séismes et de répertorier de tels évènements
historiques dans la zone d’influence des failles qui pourraient avoir un effet sur le site du barrage. La
recherche sur la sismicité historique devrait au minimum couvrir une zone de 100 km de rayon, centrée
sur le site du barrage. Mais dans la plupart des cas, elle doit couvrir la région tectonique dans laquelle
le barrage est situé, et également la zone de toutes les failles majeures, ce qui peut conduire à un rayon
d’étude bien plus grand que 100 km.
Quand elles sont disponibles, les données suivantes devraient être présentées pour tous les
évènements considérés :










coordonnées de l’épicentre ;
magnitude (ou intensité épicentrale) ;
date et heure de l’évènement ;
profondeur du foyer ;
mécanisme au foyer ;
zone où l’évènement a été ressenti ;
effets provoqués en surface ;
intensité des mouvements de sol induits au site du barrage (connus ou estimés) ;
fiabilité des données ;
origine des données.
Pour les séismes historiques significatifs qui n’ont pas fait l’objet d’enregistrements par des
instruments de mesures sismiques, une carte d’intensité avec les contours isosismiques, qui relient les
points de dommages ou d’effets ressentis équivalents, reste l’un des meilleurs moyens de déterminer
20
les fonctions d’atténuation de l’intensité en l’absence d’autres données, en dépit du fait que
l’établissement de telles cartes est fortement subjectif.
La sismicité historique et les paramètres géologiques peuvent être utilisés pour déterminer le



considered as part of studying main features,
Interpretation of the regional tectonic mechanism(s) and associated type(s) of faulting,
Location and description of faults and shear zones and assessment of the capability of
faults to generate earthquakes, or to be displaced by earthquakes. This should include
documentation on the existence of or the lack of historical or pre-historical activity
(paleoseismicity) for each fault,
Estimation of the fault activity for each of the faults of concern to the study area
(e.g. average slip rate, slip per event, time interval between large earthquakes, etc.).
Depending on the geological setting, study of the following specific features might also be of
value in identifying and characterizing potential earthquake sources:









2.2.
Study of movement of magma, lava and eruption activity,
Radioactivity and convection current studies,
Changes in gravitational field and Bouguer gravity anomaly surveys,
Aeromagnetic surveys,
Geothermal studies,
Topographic surveys –laser profiling,
Remote sensing surveys (synthetic aperture radar, LIDAR, airphotos, etc.),
Global positioning surveys (GPS),
In-situ stress measurements obtained in engineering investigations or from oil/gas
wells.
SEISMIC HISTORY
Compilation of historical earthquake data helps to identify the seismicity patterns of an area and,
in regions where numerous earthquakes have occurred, provides a basis for estimating the probability
of future earthquake motion at the site considered. This is based on the assumption that events similar
to those which have occurred in the past could reoccur at or near the same location. The lack of historical
earthquakes, however, does not necessarily imply that the area considered is aseismic.
When available, emphasis should be given to recorded earthquake data. Comprehensive
earthquake catalogues, maintained in different countries by a number of corresponding agencies,
provide information on earthquake magnitudes, locations and details on other parameters, such as focal
depth and fault mechanism. The listings in such catalogues should be carefully examined for accuracy,
completeness and consistency of the data provided. On a world-wide basis sources of earthquake data
also include international agencies.
To obtain data that have not been instrumentally recorded it is sometimes necessary to perform
a thorough search of the technical literature, newspapers and journals, public and private sources of
earthquake information and to catalogue such historical events within the fault study area that may have
had an effect on the dam site. The search for seismic history data should, as a minimum, cover a 100 km
radius area centred at the dam site, but in most cases it should cover the tectonic province in which the
dam is situated as well as including the area of all significant faults, which may extend well beyond the
100 km radius.
When available, the following data should be presented for each event considered:










epicentre coordinates;
magnitude (or epicentral intensity);
date and time of occurrence;
focal depth;
focal mechanism;
felt area;
accompanying surface effects;
intensity of ground motion induced at the dam site (known, or estimated);
reliability;
source of data.
For significant historical earthquakes that were not well recorded by seismic instruments,
intensity maps with isoseismal contours that link points of equal damage or felt earthquake effects
remain one of the best ways to derive intensity attenuation functions in the absence of other data, despite
the fact that the determination of isoseismals is highly subjective.
Seismic history and geologic considerations may be used to quantify the rate of seismic activity
(number of events per year) for the study area and, if possible, for each recognized active fault or
tectonic province within this area. Preferably, seismic history data should be statistically processed to
develop regional and, if possible, fault-specific magnitude-frequency relationships, for example 21
by
plotting on the logarithmic scale the number of events per unit area per year equal to or larger than a

origine des données.
Pour les séismes historiques significatifs qui n’ont pas fait l’objet d’enregistrements par des
instruments de mesures sismiques, une carte d’intensité avec les contours isosismiques, qui relient les
points de dommages ou d’effets ressentis équivalents, reste l’un des meilleurs moyens de déterminer
les fonctions d’atténuation de l’intensité en l’absence d’autres données, en dépit du fait que
l’établissement de telles cartes est fortement subjectif.
La sismicité historique et les paramètres géologiques peuvent être utilisés pour déterminer le
taux d’activité sismique (nombre d’évènements par an) pour la zone d’étude et, si possible, pour chaque
faille active reconnue ou région tectonique dans cette zone. De préférence, les données de sismicité
historique doivent être analysées statistiquement pour développer des lois régionales de la magnitude
en fonction de la fréquence, si possible pour chaque faille, par exemple en traçant sur un graphique à
l’échelle logarithmique le nombre d’évènements par an supérieurs ou égaux à une magnitude
spécifique, en fonction de cette magnitude. Un positionnement des épicentres de séismes par rapport
au site du barrage est recommandé pour mieux visualiser la localisation des séismes historiques
significatifs. La représentation stéréographique du plan des failles à partir des séismes enregistrés peut
indiquer l’orientation des contraintes régionales et les failles actives et la trame de l’activité
microsismique peut indiquer la position des failles actives.
2.3.
CONTEXTE GÉOLOGIQUE LOCAL
Des informations géologiques spécifiques au site sont nécessaires pour vérifier certaines des
caractéristiques des déplacements au sol attendus sur le site du barrage et évaluer le potentiel de
mouvement direct ou induit d’une faille à travers la fondation du barrage. Tout indice géologique sur ou
à proximité du site, qui pourrait indiquer un mouvement récent de la faille ou une activité sismique, doit
être soigneusement analysé. Des données géologiques locales seront recherchées à travers la
littérature, les rapports d’études concernant des projets à proximité, les inspections du site, les
reconnaissances de terrain, le prélèvement et les essais sur des échantillons. Ils devraient comprendre :







22
La définition du type, l’étendue, l’épaisseur, le mode de dépôt/formation, et les
caractéristiques de stabilité des masses rocheuses et des dépôts de sol.
La localisation et la chronologie du système de failles locales, incluant l’importance et
le type de déplacements estimés à partir des données stratigraphiques, l’époque de la
dernière rupture, les taux d’activité, de déformation, de glissement, etc., en utilisant des
méthodes de mesure appropriées. Dans certains cas, le recours à des techniques
d’investigation paléosismiques spéciales, telles que l’ouverture de tranchées et la
datation au carbone, peut être indiqué.
L’interprétation de la géologie structurale, incluant l’orientation et l’espacement des
systèmes de diaclases, la foliation, les déclivités et le pendage des unités géologiques,
les plis, les intrusions et les effusions.
La détermination des conditions hydrogéologiques, comprenant la position de la nappe,
la pression et les conditions d’écoulement de l’eau souterraine et la perméabilité des
formations rencontrées.
L’évaluation du potentiel de formation de seiches et de glissements de versants dans
la retenue.
La détermination des conditions de fondation et d’appui sur les rives, ainsi que leurs
propriétés physiques.
L’inventaire des enregistrements de fortes secousses sismiques historiques qui se sont
produites à proximité du site ou dans des zones de caractéristiques géologiques ou
tectoniques similaires.





felt area;
accompanying surface effects;
intensity of ground motion induced at the dam site (known, or estimated);
reliability;
source of data.
For significant historical earthquakes that were not well recorded by seismic instruments,
intensity maps with isoseismal contours that link points of equal damage or felt earthquake effects
remain one of the best ways to derive intensity attenuation functions in the absence of other data, despite
the fact that the determination of isoseismals is highly subjective.
Seismic history and geologic considerations may be used to quantify the rate of seismic activity
(number of events per year) for the study area and, if possible, for each recognized active fault or
tectonic province within this area. Preferably, seismic history data should be statistically processed to
develop regional and, if possible, fault-specific magnitude-frequency relationships, for example by
plotting on the logarithmic scale the number of events per unit area per year equal to or larger than a
specific magnitude against that magnitude value. A plot of earthquake epicentre locations in relation to
the dam site is recommended to assess visually the locations of significant historical seismicity. Fault
plane solutions from recorded earthquakes may indicate orientations of regional stress conditions and
specific
magnitude
againstofthat
magnitudeactivity
value. may
A plotindicate
of earthquake
epicentre
active faults
and patterns
microseismic
locations
of activelocations
faults. in relation to
the dam site is recommended to assess visually the locations of significant historical seismicity. Fault
plane solutions from recorded earthquakes may indicate orientations of regional stress conditions and
active
andGEOLOGIC
patterns of microseismic
2.3. faults
LOCAL
SETTING activity may indicate locations of active faults.
2.3.
LOCAL GEOLOGIC
Site-specific
geologicSETTING
information is necessary to ascertain some of the characteristics of the
ground motion expected at the dam site and to evaluate the potential for primary or sympathetic fault
movement through the dam foundation. Any geologic condition at or near the site that might indicate
Site-specific
geologic
information
necessary
to ascertain
some of the
characteristics
of are
the
recent fault
movement
or seismic
activity is
should
be thoroughly
documented.
Local
geologic data
ground
expected
at theofdam
site andengineering
to evaluate the
potential
for primary
or sympathetic
obtainedmotion
through
the review
literature,
reports
applicable
to nearby
projects, fault
site
movement
the dam foundation.
geologic
at or should
near the
site that might indicate
inspections,through
field exploration
and materialAny
sampling
andcondition
testing. They
include:
recent fault movement or seismic activity should be thoroughly documented. Local geologic data are
obtained through
the review
of literature,
reports
to nearby projects,
site
 Definition
of type,
extent, engineering
thickness, mode
of applicable
deposition/formation,
and stability
inspections, fieldcharacteristics
exploration and
sampling
testing. They should include:
of material
rock units
and soiland
deposits.
 Location and chronology of local faulting, including amount and type of displacements
 Definition
of type,
extent, data,
thickness,
of deposition/formation,
andrates,
stability
estimated from
stratigraphic
time ofmode
last rupture,
rates of activity, strain
slip
characteristics
of appropriate
rock units and
soil deposits.
rates, etc., using
measurement
methods. In some cases the use of special
 Location
and chronology
local faulting,
including
amount or
andcarbon
type ofdating,
displacements
paleoseismic
investigativeof techniques,
such
as trenching
may be
estimated
indicated. from stratigraphic data, time of last rupture, rates of activity, strain rates, slip
etc., using
measurement
methods.orientation
In some cases
use of of
special
 rates,
Interpretation
of appropriate
the structural
geology including
and the
spacing
joint
paleoseismic
investigative
as trenching
orand
carbon
dating,
may be
systems, bedding
planes, diptechniques,
and strike ofsuch
geologic
units, folds
intrusive
or extrusive
indicated.
bodies.
 Interpretation
structural geology
including
orientation
and spacing
joint
Determination ofof the
hydrogeological
conditions,
including
location
of wateroftable,
systems,
bedding
dipand
andflow
strike
of geologic
units,
folds and characteristics
intrusive or extrusive
underground
waterplanes,
pressure
conditions,
and
permeability
of the
bodies.
formations encountered.
 Determination
of hydrogeological
including
location of water table,
Evaluation of potential
for seiches andconditions,
reservoir slope
failures.
pressure and
and abutment
flow conditions,
and permeability
characteristics
of the
 underground
Determinationwater
of foundation
conditions
and their physical
properties.
 formations
Inventory ofencountered.
strong-motion records from historical earthquakes that occurred near the
 Evaluation
of potential
for seiches
and
slope failures.
site or in areas
with similar
geologic
or reservoir
tectonic setting.
 Determination of foundation and abutment conditions and their physical properties.
 Inventory of strong-motion records from historical earthquakes that occurred near the
site or in areas with similar geologic or tectonic setting.
23
3. CHOIX DES SÉISMES POUR LES CALCULS
3.1.
MÉTHODE GÉNÉRALE
Pour l’analyse de stabilité d’un barrage, les séismes de référence doivent être définis afin que
les paramètres sismiques appropriés puissent être choisis (magnitude, accélération, ordonnées
spectrales, durée, etc.). Cela peut être réalisé en utilisant une méthode déterministe, ou une méthode
probabiliste d’évaluation de l’aléa sismique comme résumé à l’Annexe 2.
Dans la procédure déterministe pour le choix des paramètres sismiques de calcul, la magnitude
et la distance doivent être déterminées en identifiant les failles actives critiques qui montrent des signes
évidents d’activité pendant l’ère Holocène (i.e. derniers 11 000 ans), les grandes failles qui montrent
des signes évidents d’activité pendant l’ère du Pléistocène (i.e. entre 11 000 et 35 000 ans) ou de failles
majeures qui montrent des signes évidents d’activité pendant l’ère quaternaire (1,8 millions d’années).
L’activité de ces failles est à préciser par une méthode appropriée telle que la relation entre la longueur
de rupture et la magnitude, ou la relation entre le mouvement de faille et la magnitude. Les distances
entre le site et ces failles critiques doivent être connues pour évaluer les autres paramètres. Les
paramètres appropriés sont alors obtenus en suivant la méthodologie résumée dans l’Annexe 2.
L’évaluation probabiliste du risque sismique quantifie numériquement la participation aux
secousses sismiques au niveau du site de toutes les sources et magnitudes supérieures à un minimum
fixé (en général, la magnitude de 4 à 5 sur l’échelle de Richter) jusqu’à et y compris la magnitude
maximale de chaque source. L’occurrence possible du séisme pour chaque magnitude et en tout point
d’une source (y compris au point le plus proche du site) est directement incorporée dans l’évaluation
probabiliste de l’aléa sismique (le paragraphe 5 de l’Annexe 2 donne un résumé d’une telle méthode
d’évaluation).
3.2.
TERMINOLOGIE
La terminologie varie entre les pays qui ont produit des Recommandations pour la conception
et l’évaluation des barrages.
Le niveau de séisme au barrage dépend des conditions géologiques et tectoniques dans la
région englobant le site de l’ouvrage et la source sismique. Par conséquent, ce niveau dépend de
l’énergie libérée, du mécanisme au foyer, de la longueur du parcours de transmission (et de l’atténuation
correspondante) et de la géologie de surface au site du barrage.
Dans ce bulletin, le séisme d’évaluation de la sécurité (SES) est le niveau d’activité sismique
pour lequel les dommages sont acceptables et pour lequel il ne doit pas y avoir de libération incontrôlée
d’eau du réservoir. Le SES remplace le séisme maximal de dimensionnement (SMD) utilisé dans la
première édition de ce bulletin et le Séisme de Base de Conception (Design Basis Earthquake, DBE)
utilisé dans ICOLD bulletin 46 (Sismicité et conception de barrages). Dans ce bulletin, le Séisme de
Base d’Exploitation (Operating Basis Earthquake, OBE) est le niveau de secousse pour lequel il ne doit
y avoir aucun dommage significatif sur le barrage et sur ses structures rattachées.
 Séisme maximum crédible
Le séisme maximum crédible (SMC) est le séisme de plus grande magnitude raisonnablement
concevable qui est considérée comme possible le long d’une faille connue ou au sein d’une province
tectonique définie géographiquement, appartenant à la structure tectonique présumée ou présentement
connue. La secousse la plus sévère affectant un barrage dans un scénario SMC est appelée la
secousse SMC.
24
3. SELECTION OF EARTHQUAKES FOR ANALYSIS
3.1.
GENERAL APPROACH
Earthquakes must be defined for analytical purposes so that appropriate seismic evaluation
parameters (e.g., magnitude, acceleration, spectral ordinates, duration, etc.) can be selected. The
process can be accomplished by using either a deterministic procedure, or a probabilistic seismic hazard
evaluation.
In a deterministic procedure for choosing seismic evaluation parameters, magnitude and
distance should be ascertained by identifying the critical active faults which show evidence of
movements in Holocene time (i.e. in the last 11,000 years), large faults which show evidence of
movements in Latest Pleistocene time (i.e. between 11,000 and 35,000 years ago) or major faults which
show evidence of repeated movements in Quaternary time (1.8 million years). The capability of these
faults must be ascertained through appropriate established methods such as a rupture length-magnitude
relationship or a fault movement and magnitude relationship. The distances of these critical faults from
the site should be determined to evaluate the other parameters. The appropriate parameters are then
obtained by following the methodology summarized in Appendix 2.
A probabilistic seismic hazard evaluation quantifies numerically the contributions to seismic
motion, at the dam site, of all sources and magnitudes larger than a designated minimum (typically
Richter magnitude 4 or 5) up to and including the maximum credible earthquake (MCE) on each source.
The possible occurrence of each magnitude earthquake at any part of a source (including the closest
location to the dam site) is directly incorporated in a probabilistic seismic hazard evaluation. Section 5
of Appendix 2 provides a summary of such an evaluation procedure.
3.2.
TERMINOLOGY
Terminology varies between countries which have produced guidelines for the seismic design
and assessment of dams.
The level of ground motion experienced at a dam site due to an earthquake depends on the
geological and tectonic conditions in the region including the dam site and the earthquake source and
consequently on released energy, source mechanism, length of transmission path (and related
attenuation) and surface geology of the dam site.
In this Bulletin the Safety Evaluation Earthquake (SEE) is that level of shaking for which damage
can be accepted but for which there should be no uncontrolled release of water from the reservoir. The
SEE replaces the terms Maximum Design Earthquake (MDE) used in the first edition of this bulletin and
Design Basis Earthquake (DBE) used in ICOLD Bulletin 46 (Seismicity and Dam Design). In this Bulletin,
the Operating Basis Earthquake (OBE) is that level of shaking for which there should be no or
insignificant damage to the dam and appurtenant structures.
 Maximum Credible Earthquake
A Maximum Credible Earthquake (MCE) is the largest reasonably conceivable earthquake
magnitude that is considered possible along a recognized fault or within a geographically defined
tectonic province, under the presently known or presumed tectonic framework. The most severe ground
motion affecting a dam site due to an MCE scenario is referred to as the MCE ground motion.
Evaluation of the MCE ground motion is generally done using a deterministic approach, in which
the MCE scenarios for each identified fault and tectonic province are taken into account.
25
La secousse SMC est généralement évaluée en utilisant une approche déterministe dans
laquelle un scénario SMC est pris en compte pour chaque faille et province tectonique identifiée.
La période de retour de la secousse du SMC ne peut généralement pas être déterminée.
Si aucun scénario sismique n’est identifié de manière évidente (ex : aucune faille identifiée), la
secousse au site est généralement estimée en utilisant une approche probabiliste, la secousse est alors
typiquement liée à une longue période de retour, par exemple 10 000 ans. De telles secousses
sismiques estimées en utilisant une approche probabiliste peuvent être, soit inférieures, soit supérieures
à la secousse du SMC évalué en utilisant une approche déterministe. Cela dépend de différents facteurs
tels que les types d’incertitudes intégrées dans chaque approche.
Dans ce contexte, le niveau de sismicité pour lequel le barrage doit être dimensionné et calculé
doit être déterminé selon la méthode exposée ci-après.
 Séisme d’évaluation de la sécurité (SES)
Le séisme d’évaluation de la sécurité (SES) est la secousse sismique maximale pour laquelle
le barrage doit être dimensionné et calculé. Pour les barrages dont la rupture pourrait provoquer un
important risque pour la population, le SES devra normalement être caractérisé par un niveau de
secousse sismique égal à celui attendu au barrage dont l’occurrence est celle d’un séisme maximum
crédible évalué de manière déterministe ou d’une secousse sismique évaluée de manière probabiliste
avec une très grande période de retour, par exemple 10 000 ans. Les séismes évalués de manière
déterministe peuvent être plus appropriés dans les régions où des séismes relativement fréquents sont
associés à des sources bien identifiées, comme par exemple à proximité de frontière de plaques.
Il est demandé au minimum qu’il n’y ait pas de libération incontrôlée de la retenue quand le
barrage est sujet à la charge sismique imposée par le SES. Tout en tenant compte de l’importance du
barrage et des conséquences de sa rupture, il est recommandé que tous les organes du barrage servant
à contrôler ou retenir le réservoir après un important séisme, incluant la vidange de fond et/ou la vanne
de l’évacuateur, soient dimensionnés pour le SES.
Là où il n’y a pas de gros risques de pertes de vies humaines, le SES doit être choisi pour une
période de retour minimale dépendant des conséquences de la rupture du barrage.
Cette période de retour est du même ordre de grandeur que celle utilisée pour le risque de
rupture en crue.
 Séisme de base d’exploitation
Le séisme de base d’exploitation (SBE) représente le niveau de secousse sismique au site du
barrage pour lequel seulement des dommages mineurs sont acceptables. Le barrage, ces ouvrages
annexes et les équipements doivent restés fonctionnels et les dommages doivent être facilement
réparables, en cas de séisme ne dépassant pas le SBE.
En théorie, le SBE peut être déterminé à partir d’une analyse du risque économique mais ce
n’est pas toujours pratique ou faisable. Dans beaucoup de cas, il sera approprié de choisir une période
de retour minimum de 145 années (par exemple une probabilité de 50 % de non dépassement sur une
durée de 100 ans). Comme les conséquences d’un dépassement du SBE sont généralement
économiques, il peut être justifié d’utiliser un évènement plus ou moins sévère pour définir le SBE (par
exemple une plus longue ou une plus courte période de retour).
 Séisme déclenché par la retenue
26
A Maximum Credible Earthquake (MCE) is the largest reasonably conceivable earthquake
magnitude that is considered possible along a recognized fault or within a geographically defined
tectonic province, under the presently known or presumed tectonic framework. The most severe ground
motion affecting a dam site due to an MCE scenario is referred to as the MCE ground motion.
Evaluation of the MCE ground motion is generally done using a deterministic approach, in which
the MCE scenarios for each identified fault and tectonic province are taken into account.
The return period of the MCE ground motion generally cannot be determined.
If no obvious earthquake scenarios exist (e.g. no active faults are identified), the ground motions
at a dam site are generally estimated using a probabilistic approach, and the ground motions are
typically linked to a long return period, for example 10,000 years. Such ground motions estimated using
a probabilistic approach may be either lower or stronger than MCE ground motions evaluated using a
deterministic approach, depending on factors such as the types of uncertainties incorporated in each
approach.
With the foregoing background, the earthquake levels for which the dam should be designed
and analysed should be as follows.
 Safety Evaluation Earthquake
The Safety Evaluation Earthquake (SEE) is the maximum level of ground motion for which the
dam should be designed or analyzed. For dams whose failure would present a great social hazard the
SEE will normally be characterized by a level of motion equal to that expected at the dam site from the
occurrence of a deterministically-evaluated maximum credible earthquake or of the probabilisticallyevaluated earthquake ground motion with a very long return period, for example 10,000 years.
Deterministically- evaluated earthquakes may be more appropriate in locations with relatively frequent
earthquakes that occur on well- identified sources, for example near plate boundaries.
It will be required at least that there is no uncontrolled release of water when the dam is
subjected to the seismic load imposed by the SEE. Depending on the circumstances (e.g. the
importance of the dam, the consequences of a dam failure) it is recommended to design safety-critical
elements such as the bottom outlet and/or spillway gates for the SEE.
Where there is not a great risk to human life the SEE may be chosen to have a lower return
period depending on the consequences of dam failure.
The above return periods are broadly in line with those being used for spillway design.
 Operating Basis Earthquake
The Operating Basis Earthquake (OBE) represents the level of ground motion at the dam site
for which only minor damage is acceptable. The dam, appurtenant structures and equipment should
remain functional and damage should be easily repairable, from the occurrence of earthquake shaking
not exceeding the OBE.
In theory the OBE can be determined from an economic risk analysis but this is not always
practical or feasible. In many cases, it will be appropriate to choose a minimum return period of
145 years (i.e. a 50 % probability of not being exceeded in 100 years). Since the consequences of
exceeding the OBE are normally economic, it may be justified to use a more severe or less severe event
for the OBE (i.e. longer or shorter recurrence period).
 Reservoir-Triggered Earthquake
The Reservoir-Triggered Earthquake (RTE) represents the maximum level of ground motion
capable of being triggered at the dam site by the filling, drawdown, or the presence of the reservoir.
There are a limited number of documented cases of reservoir triggered earthquakes and detailed study
of such cases is recommended. General environmental features leading to RTE are detailed in the
succeeding paragraphs. The reader is also referred to the ICOLD Bulletin 137 on Reservoirs and
Seismicity, which provides the state-of-knowledge on reservoir-triggered seismicity.
27
n’est pas toujours pratique ou faisable. Dans beaucoup de cas, il sera approprié de choisir une période
de retour minimum de 145 années (par exemple une probabilité de 50 % de non dépassement sur une
durée de 100 ans). Comme les conséquences d’un dépassement du SBE sont généralement
économiques, il peut être justifié d’utiliser un évènement plus ou moins sévère pour définir le SBE (par
exemple une plus longue ou une plus courte période de retour).
 Séisme déclenché par la retenue
Le séisme déclenché par la retenue (Reservoir-Triggered Earthquake/RTE) représente le
niveau maximal du mouvement du sol susceptible d’être déclenché sur le site du barrage par le
remplissage, la vidange, ou la présence de la retenue. Un nombre limité de cas de séismes déclenchés
par la retenue ont fait l’objet de rapports. L’étude détaillée de tels cas est recommandée. Les
caractéristiques générales du milieu favorisant un RTE sont indiquées dans les paragraphes suivants.
Le lecteur est également renvoyé au Bulletin 137 de la CIGB « Retenues et sismicité », qui fournit l’état
des connaissances à propos de la sismicité déclenchée par des retenues.
On considère que le RTE est généralement lié aux barrages de hauteur supérieure à 100 m ou
aux retenues de grande capacité (supérieure à 500 hm3) ainsi qu’aux nouveaux barrages de plus petite
dimension situés en zones tectoniques sensibles. Malgré les avis techniques différents sur les
conditions déclenchant la sismicité par des retenues, une telle sismicité devrait toutefois être considérée
comme un événement susceptible de se produire si la retenue en question contient des failles actives
dans la zone d’influence de son régime hydraulique et si la géologie régionale et locale, ainsi que les
données sismiques de cette zone, indiquent une possible sismicité déclenchée par la retenue. Même si
toutes les failles d’une retenue sont considérées comme tectoniquement inactives, la possibilité de
sismicité déclenchée ne devrait pas être totalement écartée si la géologie et la sismicité locales et
régionales laissent à penser que la zone peut être exposée à la sismicité déclenchée par la retenue.
Suivant l’emplacement du barrage et les conditions sismotectoniques prédominantes, le RTE
peut présenter un mouvement du sol inférieur, égal, ou supérieur au mouvement du SBE. Le
mouvement de sol du RTE ne doit en aucun cas être supérieur à celui du séisme d’évaluation de la
sécurité (Safety Evaluation Eartquake – SES) et les failles susceptibles de déclencher la sismicité
devraient être prises en considération lors de l'évaluation des risques sismiques. Néanmoins, le
déclenchement prématuré d’événements sismiques, qui surviendraient naturellement à long terme, peut
résulter de la mise en eau de la retenue. L’installation d’un réseau microsismique et la surveillance de
la sismicité avant, pendant et après mise en eau est donc justifiée dans les cas de barrages et réservoirs
de grand volume situés en région sismiquement active ou avec de fortes contraintes tectoniques.
Il convient de noter qu'il existe jusqu'à présent seulement six cas communément reconnus de
sismicité déclenchée par la retenue où la magnitude du séisme a dépassé 5,7. La plus grande
magnitude enregistrée que l’on croit être dû à un événement déclenché par la retenue est de 6,3.
 Séisme de construction
Pour les phases critiques de construction et les structures temporaires telles que les
batardeaux, les soutènements (…), il est également nécessaire de vérifier la sûreté parasismique. La
période de retour de tels séismes dépend du type de structure, de la durée de son utilisation, ou de la
durée et de la vulnérabilité sismique de la structure au cours des phases critiques de construction et
des conséquences de sa rupture.
 Séisme de dimensionnement des ouvrages annexes
Au minimum, les ouvrages annexes (conduites forcées, centrales électriques, prises d’eau,
cavernes rocheuses, ...) devraient être conçus en conformité avec la réglementation sismique applicable
aux bâtiments et autres ouvrages. Par conséquent, le mouvement de sol résultant du séisme de
dimensionnement du site examiné devrait avoir une période de retour égale à celle spécifiée dans les
codes de construction parasismique et qui est généralement de 475 ans. Concernant les structures
critiques pour la sécurité du barrage telles que la vidange de fond, les vannes de l'évacuateur, les unités
de contrôle et l’alimentation électrique, la conception doit être fondée sur le séisme d’évaluation de
sécurité (SES).
3.3.
28
EXIGENCES DE L’ÉVALUATION SISMIQUE
In theory the OBE can be determined from an economic risk analysis but this is not always
practical or feasible. In many cases, it will be appropriate to choose a minimum return period of
145 years (i.e. a 50 % probability of not being exceeded in 100 years). Since the consequences of
exceeding the OBE are normally economic, it may be justified to use a more severe or less severe event
for the OBE (i.e. longer or shorter recurrence period).
 Reservoir-Triggered Earthquake
The Reservoir-Triggered Earthquake (RTE) represents the maximum level of ground motion
capable of being triggered at the dam site by the filling, drawdown, or the presence of the reservoir.
There are a limited number of documented cases of reservoir triggered earthquakes and detailed study
of such cases is recommended. General environmental features leading to RTE are detailed in the
succeeding paragraphs. The reader is also referred to the ICOLD Bulletin 137 on Reservoirs and
Seismicity, which provides the state-of-knowledge on reservoir-triggered seismicity.
The consideration of the RTE has been reported as generally linked to dams higher than about
100 m or to large reservoirs (capacity greater than about 500 Mm3) and to new dams of smaller size
located in tectonically sensitive areas. While there exist differences of technical opinion regarding the
conditions which cause reservoir-triggered seismicity, it should be considered as a credible event if the
proposed reservoir contains active faults within its hydraulic regime and if the regional and local geology
and seismic record within that area are judged to indicate potential for reservoir-triggered seismicity.
Even if all the faults within a reservoir are considered tectonically inactive, the possibility of reservoirtriggered seismicity should not be totally ruled out, if the local and regional geology and seismicity
suggest that the area could be subject to reservoir-triggered seismicity
Depending on the dam location and prevailing seismotectonic conditions, the RTE may
represent ground motion less than, equal to, or greater than the OBE ground motion. RTE ground motion
should in no case be greater than the Safety Evaluation Earthquake ground motion and the faults
considered capable of triggering seismicity should be taken into consideration during the seismic hazard
evaluation. Still the result might be the premature triggering of seismic events due to the impounding of
the reservoir that would have occurred naturally at some longer time in the future. It is therefore justified
in case of larger dams and storages located in seismically active regions and regions with high tectonic
stresses to install a microseismic network and to monitor the seismicity prior to, during and after
impounding.
It is worth noting that there are so far only six generally accepted cases of reservoir triggered
seismicity where the magnitude of the event exceeded 5.7. The largest recorded magnitude event that
is believed to be due to a reservoir-triggered event is 6.3.
 Construction Earthquake
For critical construction phases and temporary structures such as cofferdams, retaining
structures etc. it is also necessary to check the earthquake safety. The return period of such earthquakes
depends on the type of structure, the duration of its use or the duration and seismic vulnerability of the
structure during critical construction stages and the consequences of its failure.
 Design Earthquake for Appurtenant Structures
As a minimum, appurtenant structures (penstocks, powerhouses, intake structures, rock
caverns etc.) should be designed in accordance with the applicable seismic code for buildings or other
structures. Consequently, the site -specific design earthquake ground motion should have a return
period equal to that specified in the seismic building codes, which is typically 475 years. For structures
which are critical for dam safety, such as bottom outlet, spillway gates, control units and power supply,
the design must be based on the safety evaluation earthquake (SEE).
3.3.
SEISMIC EVALUATION REQUIREMENTS
The basic seismic loads for the design of new dams or for the safety evaluation of existing
structures are derived from the SEE and OBE. Depending on the applicable conditions, a dam may be
evaluated for one or both of these basic seismic loads.
The primary requirement for the earthquake-resistant design of dams is to protect public safety,
life and property. Hence, large dams must be capable of resisting severe earthquake motion or fault
29
movement at the dam site without uncontrolled release of the water impounded in the reservoir. It is also
important that the spillway and bottom outlet should be operational after the earthquake. In the case of
the SEE, damage to the dam, even extensive, may be acceptable as long as no catastrophic flooding
occurs.
dimensionnement du site examiné devrait avoir une période de retour égale à celle spécifiée dans les
codes de construction parasismique et qui est généralement de 475 ans. Concernant les structures
critiques pour la sécurité du barrage telles que la vidange de fond, les vannes de l'évacuateur, les unités
de contrôle et l’alimentation électrique, la conception doit être fondée sur le séisme d’évaluation de
sécurité (SES).
3.3.
EXIGENCES DE L’ÉVALUATION SISMIQUE
Les charges sismiques de base pour l’étude de nouveaux barrages ou pour l’évaluation de la
sécurité de barrages existants sont déduites du SES et le SBE. Selon les conditions applicables, un
barrage peut être calculé pour l’une ou pour les deux charges sismiques de base.
L’exigence principale dans la conception de barrages résistants aux tremblements de terre est
d’assurer la sécurité publique, de protéger les vies et les biens. Par conséquent, la plupart des barrages
doivent résister aux secousses sismiques les plus sévères ou aux mouvements de faille au droit du site
du barrage, sans qu’une perte incontrôlable des eaux de la retenue s’ensuive. Il est également important
que l'évacuateur de crues et la vidange de fond soient opérationnels après un tremblement de terre.
Dans le cas du SES, on peut accepter des dégâts, même importants, sur le barrage, à condition qu’une
crue catastrophique ne se produise pas.
En plus de l’exigence principale susmentionnée, plusieurs facteurs interviennent dans
l’évaluation de la sécurité vis-à-vis des séismes :





l’aléa sismique au site du barrage ;
le type de barrage ;
les exigences de fonctionnement ;
la vulnérabilité du barrage et de la retenue terminés (voir Section 5.2) ;
les conséquences d’une surestimation ou sous-estimation de l’aléa.
La décision de calculer le barrage pour le SES et le SBE devrait être prise conjointement par le
Maître d’Ouvrage, son Ingénieur Conseil et les organismes de contrôle.
3.4.
PARAMÈTRES D’ENTRÉE POUR LE CALCUL SISMIQUE
Les paramètres sismiques d'entrée typiques pour le calcul des barrages comprennent les
accélérogrammes, les accélérations spectrales, ou l’accélération de pic du sol élaborés par une
approche déterministe ou probabiliste, comme suit :




Pour les barrages dont l’aval présente une vulnérabilité extrême ou haute, les
paramètres de mouvement du sol du SES doivent être estimés au niveau du
84ème centile s’ils sont calculés selon une approche déterministe, et ne doivent pas avoir
une probabilité de dépassement annuelle inférieure à 1/10000 s’ils sont développés
selon une approche probabiliste.
Pour les barrages dont l’aval présente une vulnérabilité modérée, les paramètres de
mouvement du sol du SES doivent être estimés entre le 50ème et le 84ème centile s’ils
sont calculés selon une approche déterministe, et ne doivent pas avoir une probabilité
de dépassement annuelle moyenne inférieure à 1/3000 s’ils sont développés selon une
approche probabiliste.
Pour les barrages dont l’aval présente une vulnérabilité faible, les paramètres de
mouvement du sol du SES doivent être estimés au niveau du 50ème centile s’ils sont
calculés selon une approche déterministe, et ne doivent pas avoir une probabilité de
dépassement annuelle moyenne inférieure à 1/1000 s’ils sont développés selon une
Les mouvements du sol pour le SBE auront normalement une probabilité de
dépassement annuelle moyenne de l’ordre de 1/145.
La durée d’une forte secousse est liée à la magnitude de l'événement et elle est d'une
importance considérable dans l'évaluation du comportement des barrages. Ceci est spécifiquement le
cas des barrages en remblai, bien que la durée de la secousse puisse aussi être un facteur important
pour les barrages en béton soumis à un comportement non linéaire. Les relations empiriques entre la
magnitude et la durée des tremblements de terre peuvent être utilisées pour estimer la durée
caractéristique du séisme de dimensionnement.
Ce bulletin préconise également que les accélérations verticales de pic soient généralement
supposées égales aux 2/3 des accélérations horizontales de pic, mais que, dans l'estimation des
30
caverns etc.) should be designed in accordance with the applicable seismic code for buildings or other
structures. Consequently, the site -specific design earthquake ground motion should have a return
period equal to that specified in the seismic building codes, which is typically 475 years. For structures
which are critical for dam safety, such as bottom outlet, spillway gates, control units and power supply,
the design must be based on the safety evaluation earthquake (SEE).
3.3.
SEISMIC EVALUATION REQUIREMENTS
The basic seismic loads for the design of new dams or for the safety evaluation of existing
structures are derived from the SEE and OBE. Depending on the applicable conditions, a dam may be
evaluated for one or both of these basic seismic loads.
The primary requirement for the earthquake-resistant design of dams is to protect public safety,
life and property. Hence, large dams must be capable of resisting severe earthquake motion or fault
movement at the dam site without uncontrolled release of the water impounded in the reservoir. It is also
important that the spillway and bottom outlet should be operational after the earthquake. In the case of
the SEE, damage to the dam, even extensive, may be acceptable as long as no catastrophic flooding
occurs.
In addition to the foregoing primary requirement, several factors govern the level of effort
required for a seismic safety evaluation:





the seismic hazard of the dam site;
the type of dam;
the functional requirements;
the consequence rating of the completed dam and reservoir (see Section 5.2);
the consequences of underestimating or overestimating the risk.
The decision of analyzing the dam for SEE and OBE conditions should be jointly made by the
dam owner, its consultants and involved regulatory or review agencies.
3.4.
SEISMIC INPUT PARAMETERS FOR ANALYSIS
The typical seismic input parameters for analysis of dams include acceleration time histories,
spectral accelerations, or peak ground acceleration developed by either a deterministic or a probabilistic
approach, as follows:




For extreme or high consequence dams the SEE ground motion parameters should be
estimated at the 84th percentile level if developed by a deterministic approach, and
need not have a mean annual exceedance probability (AEP) smaller than 1/10,000 if
developed by a probabilistic approach.
For moderate consequence dams the SEE ground motion parameters should be
estimated at the 50th to 84th percentile level if developed by a deterministic approach,
and need not have a mean AEP smaller than 1/3,000 if developed by a probabilistic
approach.
For low consequence dams the SEE ground motion parameters should be estimated at
the 50th percentile level if developed by a deterministic approach and need not have a
mean AEP smaller than 1/1,000 if developed by a probabilistic approach.
The ground motions for the OBE will usually have a mean AEP of about 1/145.
The duration of strong shaking is linked to the magnitude of the event and is of considerable
importance in assessing the behaviour of dams. This is particularly the case for embankment dams
although the duration of shaking can also be a significant factor for concrete dams subject to nonlinear
behaviour. Empirical relationships between magnitude and duration of earthquakes can be used to
estimate the duration characteristic of the design earthquake.
This bulletin also recommends that peak vertical accelerations be generally assumed equal to
2/3 of the peak horizontal accelerations but that, in estimating peak vertical accelerations at sites close
to the assumed epicenter, account be taken of the type of fault movement anticipated (i.e. normal,
reverse or strike-slip). Some modern attenuation relationships provide direct estimates of both horizontal
and vertical ground motions.
31

centile s’ils sont
mouvement du sol du SES doivent être estimés au niveau du 50
calculés selon une approche déterministe, et ne doivent pas avoir une probabilité de
dépassement annuelle moyenne inférieure à 1/1000 s’ils sont développés selon une
Les mouvements du sol pour le SBE auront normalement une probabilité de
dépassement annuelle moyenne de l’ordre de 1/145.
La durée d’une forte secousse est liée à la magnitude de l'événement et elle est d'une
importance considérable dans l'évaluation du comportement des barrages. Ceci est spécifiquement le
cas des barrages en remblai, bien que la durée de la secousse puisse aussi être un facteur important
pour les barrages en béton soumis à un comportement non linéaire. Les relations empiriques entre la
magnitude et la durée des tremblements de terre peuvent être utilisées pour estimer la durée
caractéristique du séisme de dimensionnement.
Ce bulletin préconise également que les accélérations verticales de pic soient généralement
supposées égales aux 2/3 des accélérations horizontales de pic, mais que, dans l'estimation des
accélérations verticales de pic sur des sites à proximité de l'épicentre présumé, il soit tenu compte du
type de mouvement de la faille pressenti (normale, inverse ou décrochement). Certaines relations
d'atténuation modernes donnent des estimations directes des mouvements du sol, tant horizontaux que
verticaux.
32


approach.
For low consequence dams the SEE ground motion parameters should be estimated at
the 50th percentile level if developed by a deterministic approach and need not have a
mean AEP smaller than 1/1,000 if developed by a probabilistic approach.
The ground motions for the OBE will usually have a mean AEP of about 1/145.
The duration of strong shaking is linked to the magnitude of the event and is of considerable
importance in assessing the behaviour of dams. This is particularly the case for embankment dams
although the duration of shaking can also be a significant factor for concrete dams subject to nonlinear
behaviour. Empirical relationships between magnitude and duration of earthquakes can be used to
estimate the duration characteristic of the design earthquake.
This bulletin also recommends that peak vertical accelerations be generally assumed equal to
2/3 of the peak horizontal accelerations but that, in estimating peak vertical accelerations at sites close
to the assumed epicenter, account be taken of the type of fault movement anticipated (i.e. normal,
reverse or strike-slip). Some modern attenuation relationships provide direct estimates of both horizontal
and vertical ground motions.
33
4. CHOIX DES PARAMÈTRES SISMIQUES DE CALCUL
Les paramètres sismiques utilisés pour l’évaluation de la sécurité du barrage représentent une
ou plusieurs caractéristiques relatives au mouvement du sol, telles que : accélération, vitesse ou
déplacement, spectres de réponse ou évolutions de l’accélération dans le temps, qui caractériseront le
SES et le SBE. On peut les choisir de façon déterministe ou à partir d’une évaluation probabiliste de
l’aléa sismique. Diverses combinaisons de ces paramètres sont souvent adoptées. Par exemple,
plusieurs accélérogrammes peuvent définir le même SES, puisqu’il n’existe pas de procédé unique pour
déterminer un niveau donné du mouvement sismique du sol.
Les paramètres sismiques qui représentent le SES et le SBE servent souvent de données
d’entrée pour les calculs numériques du barrage. Les résultats de tels calculs numériques sont utilisés
pour évaluer le comportement et la sécurité du barrage, une fois qu’on a choisi le niveau du mouvement
sismique.
Beaucoup des facteurs qui influent sur le mouvement du sol et sur les paramètres sismiques de
calcul ne sont pas encore pleinement compris. Le mouvement du sol sur chaque site considéré est
influencé par la source, le parcours de transmission et des conditions locales du site.
Les « effets » de la source incluent le type de faille, les dimensions, le mécanisme et la direction
de rupture, la profondeur du foyer, la chute de contrainte et la quantité d’énergie libérée.
Les « effets » du parcours de transmission concernent la propagation géométrique et
l’absorption de l’énergie sismique lorsque les ondes sismiques s’éloignent de la source. Ils comprennent
des phénomènes tels que ceux liés au type de roches, aux structures géologiques de la région y compris
les failles et plis, aux hétérogénéités de la croûte terrestre, aux alluvions profondes et aux effets de
direction (direction de la propagation des ondes par rapport à la direction de propagation de la rupture
de la faille).
Les « effets » locaux résultent des conditions topographiques et géologiques existant sur le site
et de l’interaction possible entre les ouvrages et le milieu environnant. Le fait d’être situé dans une zone
intra-plaque ou inter-plaque joue aussi un rôle.
Les facteurs qui sont généralement considérés comme les plus significatifs pour la définition
des paramètres sismiques sont :






La classification du site (alluvions ou rocher) ;
Les propriétés physiques et l’épaisseur des matériaux de fondation ;
La proximité de la faille génératrice (les effets dans le champ proche) ;
La distance depuis la zone où l’énergie est libérée ;
La magnitude du séisme de projet ;
Le type de faille (normale, inverse, ou avec décrochement).
D’autres facteurs, tels que la direction de propagation de la rupture de la faille (effets de
direction) et la topographie, sont souvent significatifs et sont pris en compte dans les études sismiques
de barrages situés dans des zones où de nombreux séismes ont été enregistrés et analysés.
De préférence, les paramètres sismiques seront basés sur des considérations propres au site,
faisant appel aux connaissances et observations réelles se rapportant à des enregistrements sismiques
effectués sur des sites de caractéristiques identiques.
Cependant, quand les données applicables au site sont trop peu nombreuses pour être
significatives, une caractérisation du mouvement du sol, indépendante du site, doit être utilisée.
L’idéal serait de tenir compte de tous les facteurs affectant le mouvement du sol, mais, en
général, il n’est pas pratique de directement les faire intervenir, en totalité, dans l’estimation des
34
4. SELECTION OF SEISMIC EVALUATION PARAMETERS
The seismic parameters used for dam performance evaluation represent one or several ground
motion-related characteristics, such as acceleration, velocity, or displacement values, response spectra,
or acceleration time histories that will characterize the SEE and OBE. They may be developed
deterministically, or based on a probabilistic seismic hazard evaluation. Various combinations of these
parameters are often used. For example, several acceleration time histories may be selected to
represent the SEE (as there is no unique way of specifying a given level of earthquake motion).
The seismic evaluation parameters representing the SEE and the OBE often serve as input data
for the numerical analyses of a dam. The results of such numerical analyses are used to evaluate the
dam performance and safety, given the postulated level of motion.
Many of the factors that affect ground motion and the seismic evaluation parameters are not yet
fully understood. Ground motion at any given site is influenced by source, transmission path and local
conditions.
‘Source’ effects include fault type, rupture dimensions, mechanism and direction, focal depth,
stress drop and amount of energy released.
‘Transmission path’ effects relate to the geometric spreading and absorption of earthquake
energy as the seismic waves travel away from the source. They include phenomena such as those due
to rock type, regional geological structures including faults and folding, crustal inhomogeneities, deep
alluvium, and directivity effects (direction of wave travel vs. direction of fault rupture propagation).
‘Local’ effects result from the topographic and geologic conditions present at the site and from
the possible interaction between structures and the surrounding media.It can also be influenced by
whether the site is situated in an inter-plate or intra-plate region.
The factors generally considered the most significant to the specification of seismic evaluation
parameters are:






site classification (alluvium or rock);
physical properties and thickness of foundation materials;
closeness to the causative fault (near-field effects);
distance from the zone of energy release;
magnitude of the design event;
type of faulting (normal, reverse or strike-slip).
Other factors, such as direction of fault rupture propagation (directivity effects) and topography,
are often significant and are being included in the seismic studies of dams in areas where many
earthquakes have been recorded and analysed.
Preferably, the seismic evaluation parameters should be based on site-dependent
considerations, making use of existing knowledge and actual observations that pertain to earthquake
records obtained on sites with similar characteristics.
However, when applicable site data are too scarce to be meaningful, a site-independent
characterization of ground motion must be used.
Ideally, all factors affecting ground motions should be considered, but generally it is not practical
to directly include all of them in the estimation of seismic parameters. For example, ground motion
attenuation relations typically consider only one or two source factors–(e.g. magnitude and fault type),
and a single transmission path parameter (distance). ‘Local’ effects are often disregarded or limited to
the simple distinction between rock and alluvial sites and the possible consideration of near-field effects.
Other effects are not specifically included but are accounted for in the uncertainty terms defined for
35
De préférence, les paramètres sismiques seront basés sur des considérations propres au site,
faisant appel aux connaissances et observations réelles se rapportant à des enregistrements sismiques
effectués sur des sites de caractéristiques identiques.
Cependant, quand les données applicables au site sont trop peu nombreuses pour être
significatives, une caractérisation du mouvement du sol, indépendante du site, doit être utilisée.
L’idéal serait de tenir compte de tous les facteurs affectant le mouvement du sol, mais, en
général, il n’est pas pratique de directement les faire intervenir, en totalité, dans l’estimation des
paramètres sismiques. Par exemple, les lois d’atténuation du mouvement du sol ne prennent
généralement en compte qu’un ou deux facteurs de la source – magnitude et type de faille (par
exemple) – et un seul paramètre du parcours de transmission (distance). Les « effets » locaux ne sont
généralement pas pris en compte ou alors ils se limitent à la simple distinction entre rocher et alluvions
et à l’éventuelle considération d’effets dans le champ proche. D’autres effets ne sont pas spécifiquement
inclus mais sont pris en compte dans les termes d’incertitude définis pour ces lois d’atténuation.
Les éléments utilisés pour caractériser les paramètres sismiques de calcul sont décrits dans les
paragraphes de l’Annexe 2.
36
Preferably, the seismic evaluation parameters should be based on site-dependent
considerations, making use of existing knowledge and actual observations that pertain to earthquake
records obtained on sites with similar characteristics.
However, when applicable site data are too scarce to be meaningful, a site-independent
characterization of ground motion must be used.
Ideally, all factors affecting ground motions should be considered, but generally it is not practical
to directly include all of them in the estimation of seismic parameters. For example, ground motion
attenuation relations typically consider only one or two source factors–(e.g. magnitude and fault type),
and a single transmission path parameter (distance). ‘Local’ effects are often disregarded or limited to
the simple distinction between rock and alluvial sites and the possible consideration of near-field effects.
Other effects are not specifically included but are accounted for in the uncertainty terms defined for
these attenuation relations.
The formats used to characterize the seismic evaluation parameters are described in
Appendix 2.
37
5. FACTEURS QUI INFLUENCENT LA SÉLECTION DES PARAMÈTRES
D’ÉVALUATION DES SÉISMES
5.1.
GÉNÉRALITÉS
Les exigences posées par l’analyse et, par conséquent, la manière dont les paramètres
sismiques sont choisis et définis dépendent, dans une large mesure, des objectifs de l’étude et des
modes de rupture possibles du barrage. Les diverses méthodes d’analyse appellent différentes
méthodes de détermination d’un niveau de mouvement sismique. Il est donc essentiel qu’une
collaboration efficace s’établisse, dès le début du travail, entre les géologues, géophysiciens et
ingénieurs responsables de la définition des charges sismiques et ceux qui vont calculer le barrage. Les
facteurs qui influent sur la spécification des paramètres sismiques sont les suivants :


Le niveau de vulnérabilité de la zone à l’aval du barrage en service ;
Le type de barrage et le(s) mode(s) de rupture possible(s).
Du bon sens et une expérience professionnelle sont exigés pour déterminer la méthode la plus
appropriée pour l’étude du barrage et pour la définition des paramètres sismiques, en s’appuyant sur
les facteurs mentionnés ci-dessus.
L’objectif des présentes Recommandations n’est pas de discuter des méthodes d’analyses qui
sont disponibles, ni de la manière de les mettre en œuvre. Cependant, les paragraphes suivant
décrivent brièvement comment les facteurs susmentionnés influent sur le choix des paramètres
sismiques appropriés, compte tenu de la méthode appliquée.
5.2.
INFLUENCE DE LA VULNÉRABILITÉ AVAL
La vulnérabilité associée aux ruptures de barrages, comprennent des éléments structurels et
des socio-économiques. Les conséquences d’une rupture de barrage dépendent d’une part de la
capacité de stockage de l’ouvrage et de sa hauteur, et d’autre part des enjeux situés dans la zone
d’inondation en aval.
Les conséquences socio-économiques peuvent être évaluées sur la base du nombre de
personnes qu’il serait nécessaire d’évacuer en cas de danger dans la zone exposée.
Il est possible de classer les conséquences potentielles en prenant en compte le poids des
différents éléments mentionnés précédemment, en associant des poids croissants pour les barrages
disposant de volume de stockage importants, nécessitant des capacités d’évacuation des crues
importantes et susceptibles de causer des dommages plus importants aux enjeux situés en aval. De
cette manière, il est possible de définir une classification de la vulnérabilité comprenant plusieurs
classes comprises entre faible et extrême.
Cette appréciation des conséquences par composante, et plus particulièrement celle des
composantes socio-économiques, repose sur des évaluations qui doivent refléter l’impact sur le tissu
socio-économique concerné. En conséquence, chaque pays pourra être amené à adapter dans sa
méthodologie la prise en compte des conséquences socio-économiques. Les considérations
précédentes peuvent être utilisées à titre d’indication générale.
On notera que pour des barrages existants, tout aménagement situé en aval de l’ouvrage est
de nature à pouvoir affecter l’analyse des conséquences associées.
La connaissance de la classe de vulnérabilité associée à un ouvrage est nécessaire pour
sélectionner les paramètres d’évaluation sismique, les barrages associés à une classe de vulnérabilité
extrême ou élevée nécessitant normalement un niveau d’analyse plus sophistiqué.
Normalement, des ouvrages associés à une classe de vulnérabilité extrême ou élevée
nécessiteront la mise en œuvre de méthodes d’analyse détaillée prenant en compte des calculs dans
le temps (accélérogrammes), spécialement si de tels barrages sont associés à des sites comportant un
38 d’aléa sismique élevé. Des méthodes d’évaluation plus simples utilisant les spectres de réponse
niveau
ou l’accélération maximale du sol, peuvent être acceptées pour les barrages associés à une classe de
vulnérabilité faible.
5. FACTORS INFLUENCING THE SELECTION OF SEISMIC EVALUATION
PARAMETERS
5.1.
GENERAL
The design objectives and the possible modes of failure of a dam control its analysis
requirements to a large extent and, therefore, the way in which seismic evaluation parameters are
selected and specified. Various methods of analysis call for different ways of specifying a given level of
earthquake motion. It is, therefore, essential that effective communications be established at an early
stage of the work between the geologists, geophysicists and engineers responsible for specifying the
earthquake loads and those who will analyze the dam. Factors that affect the specification of seismic
parameters are the following:


the consequence rating of the completed structure; and
the type of dam and its possible mode(s) of failure.
Judgment and professional experience are required to determine the most appropriate
methodology for evaluation of the dam and for specifying the seismic parameters, based on the above
factors.
It is not the purpose of these Guidelines to discuss the methodologies of analysis which are
available and/or how they should be implemented. The following sections, however, briefly describe how
the above factors affect the selection of appropriate seismic evaluation parameters, based on the
applied methodology.
5.2.
INFLUENCE OF POTENTIAL CONSEQUENCES
The potential consequences of failure, associated with dams, consist of structural components
and socio-economic components. The consequences of a dam failure depend on the one hand on
storage capacity and on the height of the dam and on the other hand on the population, infrastructure
and properties in the downstream inundation area.
Socio-economic consequences can be expressed by the number of persons who would need
to be evacuated in case of danger and by potential downstream damage.
It is possible to rate the potential consequences by weighting the mentioned components,
associating a larger weighting factor to dams with larger storages, posing larger evacuation
requirements and entailing larger potential downstream damage. In this way a consequence rating can
be formulated and subdivided into different classes, ranging from low to extreme.
The above mentioned weighting of consequence components, and especially the socioeconomic consequence components, are assessments based on judgement and reflect the impact of
the socioeconomic environment. Different countries will therefore find it necessary to adapt the socioeconomic consequence contribution to suit the prevailing circumstances. The foregoing considerations
can be used as general guidance in this respect.
It should be noted that, in the case of existing dams, any new or planned downstream
development, may affect the consequences associated with a particular structure.
The consequence classification of the dam is needed to further guide the selection of seismic
evaluation parameters, as dams with extreme or high consequence ratings will normally require a
sophisticated level of evaluation.
39
extrême ou élevée nécessitant normalement un niveau d’analyse plus sophistiqué.
Normalement, des ouvrages associés à une classe de vulnérabilité extrême ou élevée
nécessiteront la mise en œuvre de méthodes d’analyse détaillée prenant en compte des calculs dans
le temps (accélérogrammes), spécialement si de tels barrages sont associés à des sites comportant un
niveau d’aléa sismique élevé. Des méthodes d’évaluation plus simples utilisant les spectres de réponse
ou l’accélération maximale du sol, peuvent être acceptées pour les barrages associés à une classe de
vulnérabilité faible.
Il faut comprendre que l’approche indiquée dans cette section (classement des barrages en
fonction de l’aléa du site, de sa taille et des conséquences globales à l’aval) est un traitement possible
mais non exhaustif du problème des conséquences associés à une rupture auquel le jugement de
l’ingénieur doit être associé.
5.3.
INFLUENCE DU TYPE DE BARRAGE
Le type de barrage et son (ses) mode(s) de rupture possible(s) doivent être considérés, en
même temps que le risque sismique et la classe de conséquences associée pour le choix final des
paramètres sismiques. Un haut niveau d’expertise est nécessaire pour déterminer de quelle façon ces
paramètres influeront sur la détermination des paramètres sismiques.
L’objet de ces recommandations n’est pas de discuter des méthodes les plus appropriées de
calcul des barrages, de la combinaison des séismes et des différents cas de charges ou encore des
critères applicables pour l’évaluation du comportement de l’ouvrage.
Cependant, on examine brièvement ci-après l’influence du type de barrage, du type de calcul,
et du (des) mode(s) de rupture associée(s) sur le choix des paramètres sismiques. En effet, ces facteurs
influent fortement l’approche du choix de ces paramètres.
La manière la plus complète de déterminer une charge sismique est d’utiliser trois composantes
orthogonales du mouvement du sol, c'est-à-dire les deux composantes horizontales et la composante
verticale. Selon les exigences du mode de calcul, la prise en compte des trois composantes peut ne
pas être toujours nécessaire.
5.3.1.
Barrages en béton
Les problèmes de sécurité concernant les barrages en béton exposés à des séismes
comprennent l’évaluation de la stabilité d’ensemble de l’ouvrage, comme par exemple, la vérification de
sa capacité de résistance aux forces latérales induites et aux moments correspondants et la protection
contre une fissuration excessive du béton. Différents types d’analyse peuvent être menés, allant du
calcul simplifié dans le cas des barrages poids aux méthodes les plus élaborées de calcul aux éléments
finis qui peuvent s’appliquer pour tout type de barrage en béton.
L’accélération maximale du sol et les spectres de réponse seront suffisants pour définir les
paramètres sismiques de calcul si des méthodes simplifiées sont employées.
Les calculs dynamiques par la méthode des éléments finis peuvent être effectués en utilisant
soit les spectres de réponse soit les accélérogrammes et seront le plus souvent exigés pour la plupart
des ouvrages dont la classe de vulnérabilité ou de risque associée est élevée ou extrême. Les
contraintes induites étant un paramètre fondamental dans l’étude du comportement du barrage et le
comportement linéaire élastique étant généralement adopté, les spectres de réponse ou les
accélérogrammes peuvent être utilisés pour la définition du séisme de projet et pour l’évaluation des
valeurs maximales des contraintes. Cependant, si une modélisation non linéaire est réalisée, ou si le
nombre des cycles de contraintes ou l’extension des zones de contraintes significatives sont importants
pour l’évaluation du comportement du barrage, les accélérogrammes devront être utilisés
exclusivement. Comme les barrages en béton répondent généralement à des fréquences relativement
élevées, il est important que les accélérogrammes soient discrétisés avec un pas de temps
suffisamment fin, en général entre 0,005 à 0,02 secondes. La pertinence du choix de cette discrétisation
doit être vérifiée avant d’entreprendre les calculs.
Pour les barrages poids rectilignes, deux composantes du mouvement, une horizontale et une
verticale et un calcul bidimensionnel sont généralement suffisants. Cependant les barrages poids en
béton dans les gorges étroites pourront nécessiter une analyse tridimensionnelle en modélisant deux
40
composantes
de mouvement horizontales et une composante verticale, si un calcul détaillé est justifié.
Pour les barrages voûtes en béton, et pour la plupart des ouvrages poids en béton arqués, deux
composante horizontales indépendantes et une composante verticale du mouvement doivent être prises
en compte afin d’effectuer un calcul tridimensionnel.
Typically, dams with extreme or high consequence ratings will require a detailed method of
analysis and the use of acceleration time histories, especially if such dams are also associated with a
high site hazard rating. Simpler methods of evaluation, using response spectra or peak ground motion
Typically,
dams
with extreme
or with
high low
consequence
ratings
will require a detailed method of
parameters,
may be
acceptable
for dams
consequence
ratings.
analysis and the use of acceleration time histories, especially if such dams are also associated with a
high siteTypically,
Simpler
methods
of
evaluation,
usinginratings
response
orapeak
ground
motion
Ithazard
should rating.
be
understood
that
theorapproach
discussed
this section
(classifying
dams
according
dams
with extreme
high
consequence
willspectra
require
detailed
method
of
parameters,
be acceptable
dams
with
low consequence
to site hazards,
and for
global
downstream
consequences)
a possible
not exhaustive
analysis
andmay
the dam
use
ofsize
acceleration
time
histories,
especially
if ratings.
suchisdams
are alsobut
associated
with a
treatment
of the consequence
should beusing
usedresponse
with engineering
high
site hazard
rating. Simplerproblem,
methodswhich
of evaluation,
spectra judgement.
or peak ground motion
It should
the approach
in this
section (classifying dams according
parameters,
maybe
beunderstood
acceptable that
for dams
with low discussed
consequence
ratings.
to site hazards, dam size and global downstream consequences) is a possible but not exhaustive
5.3.
INFLUENCE
OF TYPEproblem,
OF
treatment
of the consequence
should
be usedinwith
judgement.
It
should
be understood
thatDAM
the which
approach
discussed
this engineering
section (classifying
dams according
to site hazards, dam size and global downstream consequences) is a possible but not exhaustive
treatment of the consequence problem, which should be used with engineering judgement.
5.3.
INFLUENCE
OF TYPE
OFpossible
DAM mode(s) of failure must be considered along with the site
The type of dam
and the
hazard and the structure consequence rating to finalize the selection of seismic evaluation parameters.
Professional
judgement
is required
to determine how these factors should respectively affect the
5.3.
INFLUENCE
OF TYPE
OF DAM
The type
of dam
and the possible
mode(s) of failure must be considered along with the site
specification
of seismic
evaluation
parameters.
hazard and the structure consequence rating to finalize the selection of seismic evaluation parameters.
Professional
judgement
required
to determine
how
these
factors
should methods
respectively
affect
the
It is not
the
ofthe
thepossible
Guidelines
to discuss
the most
appropriate
analyzing
a
The
type
of purpose
dam isand
mode(s)
of failure
must
be considered
alongofwith
the site
specification
of seismic
parameters.
dam, the
combination
ofevaluation
earthquake
with
othertoloads
or the selection
applicableofperformance
evaluation
criteria.
hazard
and
the
structure
consequence
rating
finalize
seismic evaluation
parameters.
Professional judgement is required to determine how these factors should respectively affect the
However,
influence
of the
type of analysis
contemplated,
the dam type
and possible
failure
It
is not
thethe
purpose
of the
Guidelines
to discuss
the most appropriate
methods
of analyzing
a
specification
of seismic
evaluation
parameters.
mode(s)
the selection
of seismic
evaluation
are briefly
reviewed
below, criteria.
as they
dam,
the upon
combination
of earthquake
with other
loads parameters
or the applicable
performance
evaluation
stronglyItinfluence
way in of
which
such parameters
should
defined.
is not thethe
purpose
the Guidelines
to discuss
thebe
most
appropriate methods of analyzing a
the influence
of thewith
typeother
of analysis
dam type and
possiblecriteria.
failure
dam, theHowever,
combination
of earthquake
loads orcontemplated,
the applicablethe
performance
evaluation
mode(s)The
upon
thecomplete
selectionway
of to
seismic
are
briefly
reviewed
below,
as they
most
specifyevaluation
earthquakeparameters
loading is by
using
three,
mutually
perpendicular
strongly
influence
the influence
way
in which
such
parameters
be defined.
components
of ground
motion
i.e.
two
horizontal
and should
one
vertical.
Depending
the
analysis
required,
However,
of the
type
of analysis
contemplated,
the dam on
type
and
possible
failure
the use ofupon
all three
not always
be necessary.
mode(s)
the components
selection of may
seismic
evaluation
parameters are briefly reviewed below, as they
most complete
to specify
earthquakeshould
loading
by using three, mutually perpendicular
stronglyThe
influence
the way inway
which
such parameters
beisdefined.
components of ground motion i.e. two horizontal and one vertical. Depending on the analysis required,
5.3.1.
Concrete
Dams
the
use The
of allmost
threecomplete
components
not always
be necessary.
way may
to specify
earthquake
loading is by using three, mutually perpendicular
components of ground motion i.e. two horizontal and one vertical. Depending on the analysis required,
the use of all three components may not always be necessary.
5.3.1. Concrete
Dams for concrete dams subjected to earthquakes involve evaluation of the overall
Safety concerns
stability of the structure, such as verifying its ability to resist induced lateral forces and moments and
preventing
excessive
cracking (overstressing) of the concrete. Various types of analyses can be
5.3.1.
Concrete
Dams
Safety
concerns
concrete dams
subjected
earthquakes
involvedams
evaluation
of the
overall
performed,
ranging
fromfor
a simplified
analysis
in the to
case
of some gravity
to more
elaborate
stability
of the
structure,
suchbyasthe
verifying
its ability
to resist
induced
lateral
forces
and
moments
and
procedures,
such
as analysis
finite element
method,
which
can be
applied
to any
type
of concrete
preventing
excessive
cracking
(overstressing)
of thetoconcrete.
Various
types
of analyses
be
dam. Safety
concerns
for concrete
dams subjected
earthquakes
involve
evaluation
of thecan
overall
performed,
ranging
from such
a simplified
analysis
in theto case
some gravity
dams to
elaborate
stability
of the
structure,
as verifying
its ability
resistofinduced
lateral forces
andmore
moments
and
procedures,
such
as analysis
by
the
finite element
whichwill
can
be sufficient
applied
any
type the
of concrete
Peak
ground
motion
parameters
and response
spectra
be
define
seismic
preventing
excessive
cracking
(overstressing)
ofmethod,
the concrete.
Various
typestoto
of
analyses
can be
dam.
evaluation parameters,
if simplified
evaluation
areofcontemplated.
performed,
ranging from
a simplified
analysisprocedures
in the case
some gravity dams to more elaborate
procedures, such as analysis by the finite element method, which can be applied to any type of concrete
finitemotion
element
response analyses
may be
performed
eithertoresponse
spectra
or
Peak ground
parameters
and response
spectra
will beusing
sufficient
define the
seismic
dam. Dynamic
acceleration
time histories,
and will normally
beprocedures
required forare
most
dams in extreme or high consequence
evaluation parameters,
if simplified
evaluation
contemplated.
or hazard
classes.
Since
the induced
stresses
are a primary
factor
assessing
of the
Peak
ground
motion
parameters
and response
spectra
willinbe
sufficientthe
to performance
define the seismic
Dynamic
element
analyses
may be
performed
using eitherresponse
responsespectra
spectra or
dam, and
since finite
linear
elasticresponse
behavior
is procedures
normally
assumed,
appropriate
evaluation
parameters,
if simplified
evaluation
are
contemplated.
acceleration time
normally
be required
for most
dams in extreme
or high
consequence
time histories,
histories and
can will
be used
to specify
the Design
Earthquakes
for peak
stress
evaluation
or
hazard
classes.
Since
the induced
stresses
are amay
primary
factor
in assessing
theresponse
performance
of the
purposes.
However,
if nonlinear
analysis
is
contemplated,
if the number
concrete
stressspectra
cycles
Dynamic
finite
element
response
analyses
beor
performed
usingofeither
or
dam,
and ofsince
linear stressing
elastic
behavior
isbenormally
assumed,
appropriate
response
spectra or
the extent
significant
isnormally
important
to
the evaluation
the
dam
performance,
acceleration
acceleration
time
histories,
and will
required
for
most of
dams
in
extreme
or high consequence
acceleration
time
histories
can
be used
toBecause
specify
Design
Earthquakes
for
peak
stress
evaluation
time
histories
should
be used
exclusively.
concrete
dams
generally
respond
at relatively
or
hazard
classes.
Since
the
induced
stresses
are athe
primary
factor
in
assessing
the performance
ofhigh
the
purposes.
if nonlinear
analysis
is is
contemplated,
or if the
number
of
stress
cycles
or
frequencies,
it is important
that the
acceleration
time histories
be digitized
atconcrete
a sufficiently
short
timedam,
and However,
since
linear
elastic
behavior
normally
assumed,
appropriate
response
spectra
the
of time
significant
stressing
to the
evaluation
of
the damofperformance,
step,extent
typically
ranging
from
0.005
toimportant
0.02
second.
The
properEarthquakes
selection
thepeak
digitization
time-step
acceleration
histories
can
beisused
to specify
the
Design
for
stressacceleration
evaluation
time
histories
should
used
exclusively.
concrete
generally
relatively
high
should
be verified
before
an analysis
is undertaken.
purposes.
However,
ifbe
nonlinear
analysis
isBecause
contemplated,
or ifdams
the number
of respond
concreteatstress
cycles
or
frequencies,
is important
that the
histories be
a sufficientlyacceleration
short timethe
extent of itsignificant
stressing
is acceleration
important to time
the evaluation
of digitized
the dam at
performance,
For straight
concrete
gravity
two
components
ofdams
motion,
oneofhorizontal
and
onetime-step
vertical,
step, histories
typically
ranging
todams,
0.02Because
second.
The proper
selection
the digitization
time
should
befrom
used0.005
exclusively.
concrete
generally
respond
at relatively
high
and two-dimensional
analysis
are
sufficient.
However,
concreteatgravity
dams inshort
relatively
should
be verified
before
anthat
analysis
is undertaken.
frequencies,
it is important
the generally
acceleration
time histories
be digitized
a sufficiently
timenarrowtypically
canyons
shouldfrom
be analyzed
using two
components
of horizontal
motion
step,
ranging
0.005 to three-dimensionally
0.02 second. The proper
selection
of the digitization
time-step
Forverified
straight
concrete
gravity analyses
dams,
twoare
components
motion,
onearch
horizontal
one vertical,
and a vertical
component,
if detailed
warranted.of
For
concrete
dams, and most
curved
should
be
before
an
analysis
is undertaken.
and
two-dimensional
are generally
sufficient.horizontal
However,and
concrete
gravity
dams in of
relatively
concrete
gravity dams,analysis
two stochastically
independent
one vertical
component
motion
narrow canyons
should
be analyzed
three-dimensionally
using
two components
of horizontal
motion
For straight
concrete
gravity dams,
two components
of motion,
one horizontal
and one vertical,
and atwo-dimensional
vertical component,
if detailed
analyses sufficient.
are warranted.
For concrete
arch
dams,dams
and most
curved
analysis
are generally
However,
concrete
gravity
in relatively
concrete
gravity dams,
independent horizontal
and components
one vertical component
of motion
narrow canyons
shouldtwo
be stochastically
analyzed three-dimensionally
using two
of horizontal
and a vertical component, if detailed analyses are warranted. For concrete arch dams, and most curved
concrete gravity dams, two stochastically independent horizontal and one vertical component of motion
41
élevées, il est important que les accélérogrammes soient discrétisés avec un pas de temps
suffisamment fin, en général entre 0,005 à 0,02 secondes. La pertinence du choix de cette discrétisation
doit être vérifiée avant d’entreprendre les calculs.
Pour les barrages poids rectilignes, deux composantes du mouvement, une horizontale et une
verticale et un calcul bidimensionnel sont généralement suffisants. Cependant les barrages poids en
béton dans les gorges étroites pourront nécessiter une analyse tridimensionnelle en modélisant deux
composantes de mouvement horizontales et une composante verticale, si un calcul détaillé est justifié.
Pour les barrages voûtes en béton, et pour la plupart des ouvrages poids en béton arqués, deux
composante horizontales indépendantes et une composante verticale du mouvement doivent être prises
en compte afin d’effectuer un calcul tridimensionnel.
Une attention particulière doit être portée à l’analyse des barrages de grande longueur pour
lesquels, par exemple, les contreforts peuvent avoir des mouvements vibratoires déphasés.
Pour les ouvrages en béton, il sera nécessaire de prendre en compte l’accélération verticale,
les effets d’amplification et les effets liés à l’interaction entre le réservoir et le barrage dont les effets
peuvent être importants sur le développement des contraintes sismiques induites dans la structure de
l’ouvrage. L’amortissement pour les barrages en béton est habituellement compris entre 3 et 10 % et
est souvent pris à 5 %.
5.3.2.
Barrages en remblai
La problématique de sécurité pour les barrages en remblais soumis à un séisme comprend
d’une part la perte de stabilité due à la chute de résistance des matériaux du remblai ou de la fondation,
par exemple la liquéfaction due à la montée des pressions interstitielles), d’autre part les déformations
permanentes excessives (affaissement, tassement, fissuration du remblai, rupture plane ou
rotationnelle). Le calcul peut être mené en utilisant la méthode de Newmark ou une approche par
éléments finis linéaires ou non linéaires ou par la méthode des différences finies. Il faut noter que la
méthode de Newmark et la plupart des approches prennent seulement en compte les déformations de
cisaillement et ignorent les déformations et les tassements de crête provoqués par les changements de
volume pendant la sollicitation sismique (par exemple la densification des sables, graviers et
enrochements). Il est recommandé de commencer par les méthodes simplifiées avant de mettre en
œuvre les approches plus détaillées et plus complexes afin de déterminer rapidement l’influence des
paramètres sismiques. On note toutefois que la méthode pseudo-statique ne permet pas d’obtenir une
évaluation fiable et réaliste. Malgré tout, si les matériaux de remblai ne sont pas sujets à la perte de
raideur et de résistance pendant le séisme et si les classes d’aléa et de vulnérabilité sont faibles, une
approche simplifiée par le calcul de facteurs de charges sismiques à partir de l’accélération maximale
du sol peut fournir une première indication utile sur la stabilité.
Pour estimer le comportement d’un barrage en remblai soumis à un séisme fort ou extrême,
des analyses détaillées par éléments finis ou différences finies sont réalisées ; le mouvement sismique
est alors défini par des accélérogrammes. Les périodes fondamentales de vibration des barrages en
remblai sont dans la fourchette de 0,5 à 1,5s. Il en résulte que pour l’analyse par éléments finis, des
pas de temps de calcul plus longs que ceux recommandés pour les barrages en béton peuvent être
utilisés, par exemple des pas de temps jusqu’à 0,05s se sont révélés acceptables dans certains cas.
Par contre, si on utilise une formulation explicite des équations du mouvement, dans une analyse aux
différences finies non linéaire par exemple, alors un pas de temps très court (typiquement 0,001s ou
moins) est requis.
Si les matériaux de la fondation et du barrage ne sont pas sujets à la perte de raideur et de
résistance sous sollicitations cycliques, ou si le remblai n’est pas saturé, l’analyse dynamique servira
de base à l’estimation des déformations permanentes induites par le séisme en utilisant l’approche de
Newmark ou d’autres méthodes. Si par contre les matériaux du barrage ou de la fondation sont
susceptibles de perdre leur raideur ou leur résistance sous sollicitations cycliques, l’analyse dynamique
devra permettre de déterminer le nombre de cycles et l’amplitude des contraintes cycliques afin de
déterminer si la sollicitation est suffisante pour déclencher la perte de résistance au cisaillement des
matériaux. On mettra alors l’accent sur la réponse en contrainte du barrage. Dans l’analyse détaillée
d’un barrage en remblai, il n’est pas possible d’utiliser un spectre de réponse comme donnée d’entrée
sismique, car le développement des pressions interstitielles ou de déformations excessives sont
largement dépendantes de la durée du séisme. Une forme de réponse spectrale peut toutefois être utile
pour juger de la bonne représentativité des accélérogrammes retenus.
Dans le passé, on a souvent considéré qu’il n’était pas nécessaire de prendre en compte la
composante verticale du séisme ou les effets hydrodynamiques du réservoir pour évaluer la réponse
dynamique d’un barrage en remblai. Dans la pratique actuelle, il est recommandé de prendre en compte
toutes les composantes du tremblement de terre dans l’analyse et la conception sismique du barrage.
42
On retient généralement un amortissement dans la fourchette de 5 à 20 % pour les barrages en
remblai. Pour un mouvement fort, il dépassera probablement 15 %.
purposes. However, if nonlinear analysis is contemplated, or if the number of concrete stress cycles or
the extent of significant stressing is important to the evaluation of the dam performance, acceleration
time histories should be used exclusively. Because concrete dams generally respond at relatively high
frequencies, it is important that the acceleration time histories be digitized at a sufficiently short timestep, typically ranging from 0.005 to 0.02 second. The proper selection of the digitization time-step
should be verified before an analysis is undertaken.
For straight concrete gravity dams, two components of motion, one horizontal and one vertical,
and two-dimensional analysis are generally sufficient. However, concrete gravity dams in relatively
narrow canyons should be analyzed three-dimensionally using two components of horizontal motion
and a vertical component, if detailed analyses are warranted. For concrete arch dams, and most curved
concrete gravity dams, two stochastically independent horizontal and one vertical component of motion
must be provided in order to perform a three-dimensional analysis.
care
is needed
in the aanalysis
of particularly
long dams where, for example, buttresses
must beSpecial
provided
in order
to perform
three-dimensional
analysis.
can vibrate out of phase.
Special care is needed in the analysis of particularly long dams where, for example, buttresses
In the
of concrete dams it will usually be necessary to consider vertical accelerations,
can vibrate
out case
of phase.
amplification effects and also the effects of dam-reservoir interaction which can have a significant effect
on the seismically
induced
stresses
in the
structure.
for concrete
dams vertical
is usually
in the range
In the case
of concrete
dams
it will
usuallyDamping
be necessary
to consider
accelerations,
of 3 to 10% and
is often
as effects
5%. of dam-reservoir interaction which can have a significant effect
amplification
effects
and taken
also the
on the seismically induced stresses in the structure. Damping for concrete dams is usually in the range
of 3 to 10% and is often taken as 5%.
5.3.2. Embankment Dams
5.3.2.
Embankment Dams
Safety concerns for embankment dams subjected to earthquakes involve either the loss of
stability due to a loss of strength of the embankment or foundation materials (e.g., liquefaction due to
pore pressure
permanent
deformations
(slumping, settlement,
cracking
of the
Safety build-up),
concerns or
forexcessive
embankment
dams subjected
to earthquakes
involve either
the loss
of
embankment,
planar
or rotational
failures). or
Analyses
can materials
be performed
the Newmark
stability
due toand
a loss
of strength
of theslope
embankment
foundation
(e.g.,using
liquefaction
due to
method
or detailed
linear or
or excessive
nonlinear dynamic
finite
element and(slumping,
finite difference
procedures.
It should
pore
pressure
build-up),
permanent
deformations
settlement,
cracking
of the
be noted that the
andslope
most failures).
numericalAnalyses
analysescan
onlybe
consider
shear
deformations
and
embankment,
andNewmark
planar ormethod
rotational
performed
using
the Newmark
do not account
for deformations
and crest
settlements
caused
byfinite
volume
changes
during earthquake
method
or detailed
linear or nonlinear
dynamic
finite element
and
difference
procedures.
It should
shaking
of method
sand, gravel
and rockfill).
Simplified
procedures
should
always
be attempted
be
noted(e.g.
that compaction
the Newmark
and most
numerical
analyses
only consider
shear
deformations
and
before
more
and complex
methods
to obtain
early information
on the effects
of earthquake
the seismic
do
not using
account
fordetailed
deformations
and crest
settlements
caused
by volume changes
during
parameters
although
it should
beand
noted
that pseudostatic
analyses cannot
reliedbe
upon
to give
shaking
(e.g.chosen
compaction
of sand,
gravel
rockfill).
Simplified procedures
shouldbe
always
attempted
a realistic
evaluation.
Nevertheless,
if themethods
embankment
materials
are not susceptible
to loss
of stiffness
before
using
more detailed
and complex
to obtain
early information
on the effects
of the
seismic
and strengthchosen
and thealthough
hazard and
consequence
are low, simplified
and the
derivation
parameters
it should
be noted ratings
that pseudostatic
analysesprocedures
cannot be relied
upon
to give
ofrealistic
seismic evaluation.
load factorsNevertheless,
from specifiedif peak
ground motion
parameters
may
give a useful
firstofindication
a
the embankment
materials
are not
susceptible
to loss
stiffness
of stability.
and
strength and the hazard and consequence ratings are low, simplified procedures and the derivation
of seismic load factors from specified peak ground motion parameters may give a useful first indication
For estimating the performance of embankment dams in extreme or high hazard or
of stability.
consequence classes, detailed procedures (such as finite element or finite difference analyses) are often
performed,
acceleration
histories are
as seismic
evaluation
parameters.
For and
estimating
the time
performance
of required
embankment
dams
in extreme
or highEmbankment
hazard or
dams have fundamental
periods
of vibration
thatas
typically
range between
0.5 and 1.5s
and, for
in
consequence
classes, detailed
procedures
(such
finite element
or finite difference
analyses)
areuse
often
finite element
analyses,
a digitization
interval
than
recommended
concrete dams
may be
performed,
and
acceleration
time histories
arelonger
required
asthat
seismic
evaluation for
parameters.
Embankment
sufficient;
up to
0.05s of
have
been shown
to be quite
in some
cases.
if
dams
havetime-steps
fundamental
periods
vibration
that typically
rangeacceptable
between 0.5
and 1.5s
and,However,
for use in
an explicit
formulation
of athe
equationsinterval
of motion
is used,
as for nonlinearfor
finite
difference
analyses,
finite
element
analyses,
digitization
longer
thansuch
that recommended
concrete
dams
may be
an extremely
short digitization
time-step
is required
0.001s,
or less).
sufficient;
time-steps
up to 0.05s
have been
shown (typically
to be quite
acceptable
in some cases. However, if
an explicit formulation of the equations of motion is used, such as for nonlinear finite difference analyses,
If the foundation
and embankment
are not susceptible
loss of stiffness and strength,
an extremely
short digitization
time-step is materials
required (typically
0.001s, or to
less).
or if the embankment is not saturated, the dynamic analysis of the dam will serve as a basis to estimate
permanent
displacements
using
the susceptible
methods of
Newmark
or others.
If the
If theearthquake-induced
foundation and embankment
materials
are not
to loss
of stiffness
and strength,
foundation
or embankment
materials can
lose stiffness
andofstrength,
the dam
or
if the embankment
is not saturated,
the dynamic
analysis
the dam a
willdynamic
serve asanalysis
a basis of
to estimate
should be used
for estimating the displacements
number and amplitude
of induced
stress
cycles to determine
permanent
earthquake-induced
using the
methods
of Newmark
or others.whether
If the
the earthquake-induced
stresses
are sufficient
triggerand
a loss
of strength.
Emphasis
will be
given
to
foundation
or embankment
materials
can lose to
stiffness
strength,
a dynamic
analysis
of the
dam
the stress
of the dam.the
Fornumber
the detailed
analysis of
embankment
dam, the
seismic evaluation
should
be response
used for estimating
and amplitude
ofan
induced
stress cycles
to determine
whether
parameters
cannot be directly
specified
as a response
spectrum,
the development
of either
the
earthquake-induced
stresses
are sufficient
to trigger
a loss as
of strength.
Emphasis
will beincreased
given to
porestress
pressures
or excessive
deformations
is largely
controlled
by the duration
shaking.
specified
the
response
of the dam.
For the detailed
analysis
of an embankment
dam,ofthe
seismicAevaluation
spectral shape,
however,
canspecified
be used as
asaaresponse
guide forspectrum,
evaluating
of theincreased
selected
parameters
cannot
be directly
asthe
theappropriateness
development of either
acceleration
time
pore
pressures
orhistories.
excessive deformations is largely controlled by the duration of shaking. A specified
spectral shape, however, can be used as a guide for evaluating the appropriateness of the selected
It is time
usually
considered that the dynamic response of embankment dams does not require
acceleration
histories.
consideration of the vertical component of ground motion or of the hydrodynamic effects of the reservoir
water. However
theseconsidered
factors may
need
be considered
for embankment
dams
with does
particularly
steep
It is usually
that
thetodynamic
response
of embankment
dams
not require
slopes, such as
dams.
consideration
of rockfill
the vertical
component of ground motion or of the hydrodynamic effects of the reservoir
water. However these factors may need to be considered for embankment dams with particularly steep
Damping
for embankment
dams is usually in the range of 5 to 20%. For strong shaking it is likely
slopes, such
as rockfill
dams.
to exceed 15%.
Damping for embankment dams is usually in the range of 5 to 20%. For strong shaking it is likely
to exceed 15%.
43
d’un barrage en remblai, il n’est pas possible d’utiliser un spectre de réponse comme donnée d’entrée
sismique, car le développement des pressions interstitielles ou de déformations excessives sont
largement dépendantes de la durée du séisme. Une forme de réponse spectrale peut toutefois être utile
pour juger de la bonne représentativité des accélérogrammes retenus.
Dans le passé, on a souvent considéré qu’il n’était pas nécessaire de prendre en compte la
composante verticale du séisme ou les effets hydrodynamiques du réservoir pour évaluer la réponse
dynamique d’un barrage en remblai. Dans la pratique actuelle, il est recommandé de prendre en compte
toutes les composantes du tremblement de terre dans l’analyse et la conception sismique du barrage.
On retient généralement un amortissement dans la fourchette de 5 à 20 % pour les barrages en
remblai. Pour un mouvement fort, il dépassera probablement 15 %.
44
the earthquake-induced stresses are sufficient to trigger a loss of strength. Emphasis will be given to
the stress response of the dam. For the detailed analysis of an embankment dam, the seismic evaluation
parameters cannot be directly specified as a response spectrum, as the development of either increased
pore pressures or excessive deformations is largely controlled by the duration of shaking. A specified
spectral shape, however, can be used as a guide for evaluating the appropriateness of the selected
acceleration time histories.
It is usually considered that the dynamic response of embankment dams does not require
consideration of the vertical component of ground motion or of the hydrodynamic effects of the reservoir
water. However these factors may need to be considered for embankment dams with particularly steep
slopes, such as rockfill dams.
Damping for embankment dams is usually in the range of 5 to 20%. For strong shaking it is likely
to exceed 15%.
45
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SPUDICH, P., FLETCHER, J.B., HELLWEG, M., BOATWRIGHT, J., SULLIVAN, C., JOYNER, W.B., HANKS, T.C.,
BOORE, D.M., MCGARR, A., BAKER, L.M., LINDH, A.G. (1997): “SEA96 – A new predicitive relation for
earthquake ground motions in extensional tectonic regimes”: Seismological Research letters, v68, no 1,
January/February.
51
UNITED STATES SOCIETY ON DAMS (1999) “Updated Guidelines for Selecting Seismic Parameters
for Dam Projects”, April, 63 pp.
UNITED STATES SOCIETY ON DAMS (2008) “Numerical Models for Seismic Evaluation of Concrete
Dams”, November, 56 pp.
UNITED STATES SOCIETY ON DAMS (2008) “Strong Earthquake Motions at Dams”, November,
35 pp.
UNITED STATES SOCIETY ON DAMS (2000) “Observed Performance of Dams during Earthquakes”,
Volume II, October, 162 pp.
URS CORPORATION (2001) “Criteria for Developing Seismic Loads for the Safety Evaluation of Dams”
(Prepared for Meridien Energy Ltd. and Mighty River Power Ltd. of New Zealand).
W ELLS, D.L. and COPPERSMITH, K.J. (1994) “New Empirical Relationships among magnitude, rupture
length, rupture width, rupture area and surface displacement”: Bulletin of the Seismological Society of
America, Vol 84, No 4, pp 974-1002
W IELAND, M. (2003) “Seismic Aspects of Dams”, General Report, Question 83, ICOLD Congress,
Montreal; Canada, June.
YOUNGS, R.R., COPPERSMITH, K.J. (1985) “Implications of fault slip rates and earthquake recurrence
model to probabilistic seismic hazard estimates”: Bulletin of the Seismological Society of America, v 75,
pp 939-964.
52
UNITED STATES SOCIETY ON DAMS (1999) “Updated Guidelines for Selecting Seismic Parameters
for Dam Projects”, April, 63 pp.
UNITED STATES SOCIETY ON DAMS (2008) “Numerical Models for Seismic Evaluation of Concrete
Dams”, November, 56 pp.
UNITED STATES SOCIETY ON DAMS (2008) “Strong Earthquake Motions at Dams”, November,
35 pp.
UNITED STATES SOCIETY ON DAMS (2000) “Observed Performance of Dams during Earthquakes”,
Volume II, October, 162 pp.
URS CORPORATION (2001) “Criteria for Developing Seismic Loads for the Safety Evaluation of Dams”
(Prepared for Meridien Energy Ltd. and Mighty River Power Ltd. of New Zealand).
W ELLS, D.L. and COPPERSMITH, K.J. (1994) “New Empirical Relationships among magnitude, rupture
length, rupture width, rupture area and surface displacement”: Bulletin of the Seismological Society of
America, Vol 84, No 4, pp 974-1002
W IELAND, M. (2003) “Seismic Aspects of Dams”, General Report, Question 83, ICOLD Congress,
Montreal; Canada, June.
YOUNGS, R.R., COPPERSMITH, K.J. (1985) “Implications of fault slip rates and earthquake recurrence
model to probabilistic seismic hazard estimates”: Bulletin of the Seismological Society of America, v 75,
pp 939-964.
53
7. GLOSSAIRE
Les définitions suivantes sont données pour permettre une compréhension uniforme des termes
utilisés dans le présent document. Pour les mots ou termes figurant dans le Glossaire CIGB
(Bulletin 32a) et désignés par (*), les définitions sont celles données dans ce Glossaire.
Amortissement : Résistance réduisant ou s’opposant à la vibration par absorption d’énergie. Il existe
différents types d’amortissement, comme par exemple, l’amortissement dû au matériau (visqueux,
Coulomb) et l’amortissement géométrique (amortissement par rayonnement).
Amortissement critique : La plus petite valeur d’amortissement capable d’empêcher une vibration
oscillatoire libre, dans un système à un seul degré de liberté.
Atténuation : Diminution des amplitudes et changement des fréquences des ondes sismiques en
fonction de la distance parcourue, résultant de la propagation géométrique, de l’absorption de l’énergie
et de la dispersion.
Champ libre : Régions de la surface du sol qui ne sont pas influencées par les ouvrages construits.
Désigne également un milieu qui ne contient pas d’ouvrage (profil de champ libre) ou une région sur
laquelle les effets aux limites n’ont pas d’influence appréciable sur le comportement du milieu.
Chute de contrainte : Différence entre la contrainte de cisaillement sur le plan de faille avant et après
la rupture.
Classe d’aléa : Dans ce bulletin, la classe d’aléa traduit la probabilité, en terme d’occurrence et
d’intensité, de subir un séisme au droit du site du barrage.
Composant critique vis-à-vis de la sécurité : Composant d’un barrage qui peut avoir un impact
significatif sur la possibilité d’abaisser ou de contrôler la retenue. Par exemple les vidanges de fond, les
vannes et piles de l’évacuateur de crue, l’alimentation en énergie, les systèmes de contrôle-commande
des vannes, etc…
DBE : Séisme de Base de Dimensionnement.
Épicentre (*) : Projection du foyer (hypocentre) d’un séisme sur la surface de la Terre.
Faille : Fracture ou zone de fracture dans l’écorce terrestre le long de laquelle s’est produit un
déplacement des deux compartiments, l’un par rapport à l’autre et parallèlement à la fracture.
Faille active : Faille valablement identifiée et déterminée en position, qui est connue pour avoir produit
des séismes historiques ou montre une évidence géologique de déplacement durant l’Holocène (c.à.d.
il y a moins de 11 000 ans). Les grandes failles pour lesquels des mouvements ont eu lieu à la fin de
l’époque Pléistocène (c.à.d. il y a 11 000 à 35 000 ans) et les failles majeures où des mouvements ont
eu lieu à plusieurs reprises durant le Quaternaire (c.à.d. il y a moins de 1,8 million d’années) sont
également considérées comme failles actives.
Faille à rejet horizontal (décrochement) : Faille dans laquelle le mouvement relatif est principalement
horizontal.
Fréquence : Nombre de cycles par seconde d’une oscillation.
Foyer : Voir hypocentre.
Hypocentre (ou Foyer) (*) : Endroit plus ou moins profond où se produit le choc initial qui engendre les
ondes sismiques.
54
7. GLOSSARY
The following definitions are given to help achieving a uniform understanding of the terms used
in these guidelines. For those words or phrases appearing in the ICOLD Glossary (Bulletin 32a) and
marked by (*), the definitions are those given in this Glossary.
Active fault: A fault, reasonably identified and located, known to have produced historical earthquakes
or showing evidence of movements in Holocene time (i.e. in the last 11,000 years), large faults which
have moved in Latest Pleistocene time (i.e. between 11,000 and 35,000 years ago) and major faults
which have moved repeatedly in Quaternary time (1.8 million years).
Attenuation: Decrease in amplitude and change in frequency content of the seismic waves with
distance because of geometric spreading, energy absorption and scattering.
Bedrock: Any sedimentary, igneous, or metamorphic material represented as a unit in geology; being
a sound and solid mass, layer, or ledge of mineral matter; and with shear wave threshold velocities
greater than 750 m/s. Bedrock can be exposed at the ground surface or underlie soil layers.
Consequence Rating or Class: In this bulletin consequence rating is a measure of the consequences
i.e. the anticipated impact downstream of a failure of a dam and would range from Low to Extreme.
Critical damping: The least amount of damping which will prevent free oscillatory vibration, in a one
degree-of-freedom system.
Damping: Resistance which reduces or opposes vibrations by energy absorption. There are different
types of damping, such as material (viscous, Coulomb), and geometric (radiation) damping.
Damping ratio: The ratio of the actual damping to the critical damping.
DBE: Design Basis Earthquake
Epicentre (*): The point on the earth’s surface directly above the focus (hypocentre) of an earthquake.
Fault: A fracture or fracture zone in the earth’s crust along which there has been displacement of the
two sides relative to one another, parallel to the fracture.
Focal depth: The vertical distance between the epicentre and the hypocentre.
Focus: See hypocentre.
Free-field: The regions of the ground surface which are not influenced by man-made structures. Also
designates a medium which contains no structure (free-field profile), or a region where boundary effects
do not influence the behavior of the medium significantly.
Frequency: Number of Hertz of harmonic oscillation
Hazard Class: In this bulletin Hazard Class denotes the likelihood and severity of experiencing an
earthquake at the site of the dam.
Hypocentre (or Focus) (*): The point within the Earth which is the centre of an earthquake and the
origin of its elastic waves.
Intensity: A numerical index describing the effects of an earthquake on man-made structures, or other
features of the earth’s surface. The assignment of intensity values is subjective and is influenced by the
quality of construction, the ground surface condition and the individual perception of the observer.
Different intensity scales are used in various countries, such as for instance the Modified Mercalli
55
Indice ou Classe de vulnérabilité : Dans ce bulletin, l’indice de vulnérabilité est la mesure des
conséquences (c.à.d. de l’impact présumé à l’aval) d’une rupture de barrage ; cet indice va de Faible à
Extrêmement grave.
Intensité : Index numérique décrivant les effets d’un séisme sur les ouvrages construits ou sur les
autres singularités de la surface terrestre. L’attribution des valeurs d’intensité est subjective et est
influencée par la qualité de la construction, les conditions sur la surface du sol et la perception
individuelle de l’observateur. Différentes échelles d’intensité sont utilisées en divers pays comme, par
exemple, l’Échelle Modifiée de Mercalli (couramment utilisée aux États-Unis).
Magnitude (*) : Mesure objective d’un tremblement de terre, indépendante du lieu d’observation. Elle
est calculée à partir d’enregistrements sur sismographes et s’exprime en degrés, numérotés en chiffre
ordinaires avec décimales et établis sur la base d’une échelle logarithmique.
Mouvement dans le champ proche : Mouvement enregistré au voisinage d’une faille. A titre
d’exemple, à l’ouest des Montagnes Rocheuses aux États-Unis, le champ proche peut être défini à partir
du tableau suivant :
Magnitude de Richter M
Intensité maximale de
Mercalli Modifiée I,
Rayon du Champ Proche
(km)
5,0
VI
5
5,5
VII
15
6,0
VIII
25
6,5
IX
35
7,0
X
40
7,5
XI
45
Ces limites du mouvement dans le champ proche sont mesurées à partir de l’emplacement de
l’épicentre en l’absence de rupture visible de la faille, ou perpendiculairement à la trace de la faille
causale. Dans certaines régions les limites des mouvements dans le champ proche ne sont pas établies
(comme, par exemple, dans la partie Est des États-Unis). Les limites peuvent nécessiter des
ajustements dans le cas des failles inverses ou des failles de chevauchement.
Mouvement fort : Mouvement d’amplitude suffisante pour avoir une influence significative dans
l’évaluation des dommages sismiques sur les ouvrages.
PGA : Accélération maximale du sol.
Phase : Angle de retard ou d’avance d’une onde sinusoïdale par rapport à une référence. La réponse
en phase est le graphique du déphasage en fonction de la fréquence.
Profondeur de foyer : Distance verticale entre l’épicentre et l’hypocentre.
Province tectonique : Aire géologique caractérisée par la similarité des structures géologiques et les
caractéristiques sismiques
Rapport d’amortissement : Rapport entre l’amortissement réel et l’amortissement critique.
SBE : Séisme de Base d’Exploitation (OBE).
SMP : Séisme Maximum Possible.
Spectre de réponse : Représentation graphique des valeurs maximales des réponses en accélération,
56
Hazard Class: In this bulletin Hazard Class denotes the likelihood and severity of experiencing an
earthquake at the site of the dam.
Hypocentre (or Focus) (*): The point within the Earth which is the centre of an earthquake and the
origin of its elastic waves.
Intensity: A numerical index describing the effects of an earthquake on man-made structures, or other
features of the earth’s surface. The assignment of intensity values is subjective and is influenced by the
quality of construction, the ground surface condition and the individual perception of the observer.
Different intensity scales are used in various countries, such as for instance the Modified Mercalli
Intensity scale which is the most widely used in the United States.
Magnitude (*): A rating of a given earthquake independant of the place of observation. It is calculated
Intensity
scale which on
is the
most widelyand
usedit in
Unitedexpressed
States. in ordinary numbers and decimals
from measurements
seismographs
is the
properly
based on a logarithmic scale.
Magnitude (*): A rating of a given earthquake independant of the place of observation. It is calculated
from
on seismographs
MCE:measurements
Maximum Credible
Earthquake. and it is properly expressed in ordinary numbers and decimals
based on a logarithmic scale.
Near-field motion: Ground motion recorded in the vicinity of a fault. For instance, in the United States
MCE:
Credible
Earthquake.
west ofMaximum
the Rocky
Mountains,
near-field may be defined based on the following Table:
Near-field motion: Ground motion recorded in the vicinity of a fault. For instance, in the United States
west of the Rocky Mountains, near-field may be defined based on the following Table:
Richter Magnitude M
Modified Mercalli
Radius of
Maximum Intensity I,
Near-Field (km)
5,5
Modified Mercalli
VI
Maximum Intensity I,
VII
Radius of
5
Near-Field (km)
15
6,0
5,0
VIII
VI
25
5
6,5
5,5
IX
VII
35
15
7,0
6,0
X
VIII
40
25
7,5
6,5
XI
IX
45
35
7,0
X
40
7,5
XI
45
Richter Magnitude M
5,0
These limits of near-field motions are measured from the epicentre location in the absence of
visible fault rupture, or perpendicularly to the trace of the causative fault. In some regions there are no
established limits of near-field motions as for example in the Eastern United States. The limits may need
These in
limits
near-field
are measured
to be adjusted
the of
case
of thrustmotions
and reverse
faults. from the epicentre location in the absence of
visible fault rupture, or perpendicularly to the trace of the causative fault. In some regions there are no
established limits of near-field motions as for example in the Eastern United States. The limits may need
to
be adjusted
in Basis
the case
of thrust and reverse faults.
OBE:
Operating
Earthquake.
PGA: Peak Ground Acceleration.
OBE: Operating Basis Earthquake.
Phase: The angle of lag or lead of a sine wave with respect to a reference. The phase response is the
PGA:
Ground
graph Peak
of phase
shift Acceleration.
versus frequency.
Phase:
Thespectrum:
angle of lag
lead
of amaximum
sine wavevalues
with respect
to a reference.
Therelative
phase response
is the
Response
A or
plot
of the
of absolute
acceleration,
velocity, and/or
graph
phase shift versus
frequency.
relativeofdisplacement
response
of an infinite series of single-degree-of-freedom systems subject to a
time dependent dynamic excitation, such as but not limited to ground motion. The maximum response
Response
spectrum:as
A aplot
of the of
maximum
values
of absolute
relative
velocity, and/or
values are expressed
function
undamped
natural
period foracceleration,
a given damping
ratio.
relative displacement response of an infinite series of single-degree-of-freedom systems subject to a
time
dynamic excitation,
such as but not limited to ground motion. The maximum response
RTE:dependent
Reservoir-Triggered
Earthquake.
values are expressed as a function of undamped natural period for a given damping ratio.
Safety-critical elements: Elements associated with a dam that if damaged could have a significant
RTE:
impactReservoir-Triggered
on the ability of theEarthquake.
dam to be able to lower or control the reservoir impounded by the dam.
Examples would include; bottom outlets, spillway gates and support piers, power supply, control panels
Safety-critical
elements:
Elements associated with a dam that if damaged could have a significant
for
gate operation
etc.
impact on the ability of the dam to be able to lower or control the reservoir impounded by the dam.
Examples
would
include;Earthquake
bottom outlets, spillway gates and support piers, power supply, control panels
SEE: Safety
Evaluation
for gate operation etc.
Stress drop: Initial shear stress acting along a fault plane minus the residual shear stress along the
SEE:
Evaluation
Earthquake
same Safety
fault plane
after occurrence
of slippage.
Stress
drop:
Initial
shear
acting along
fault plane
minus the residual shear stress along the
Strike-slip
fault:
A fault
in stress
which movement
is a
principally
horizontal.
same fault plane after occurrence of slippage.
Strong motion: Ground motion of sufficient amplitude to be of engineering significance in the evaluation
Strike-slip
fault:
fault in which movement is principally horizontal.
of damage due
toAearthquakes.
57
of damage due to earthquakes.
Rapport d’amortissement : Rapport entre l’amortissement réel et l’amortissement critique.
SBE : Séisme de Base d’Exploitation (OBE).
SMP : Séisme Maximum Possible.
Spectre de réponse : Représentation graphique des valeurs maximales des réponses en accélération,
vitesse et/ou déplacement d’une série infinie de systèmes à un degré de liberté, soumis à une excitation
dynamique fonction du temps, comme, par exemple, un mouvement du sol. Les valeurs maximales de
réponse sont exprimées en fonction de la période naturelle non amortie pour chaque amortissement
donné.
RTE : Séismicité induite ou déclenchée par le réservoir
SES : Séisme d’évaluation de la sécurité
Substratum : Toute formation sédimentaire, cristalline ou métamorphique, représentant une unité
géologique constituée d’une masse, couche ou barre saine et solide de matière minérale et présentant
des vitesses de propagation des ondes transversales (de cisaillement) supérieures à 750 m/s. Le
substratum peut affleurer à la surface du terrain naturel ou se trouver au-dessous d’une couverture de
sol.
58
RTE: Reservoir-Triggered Earthquake.
Safety-critical elements: Elements associated with a dam that if damaged could have a significant
impact on the ability of the dam to be able to lower or control the reservoir impounded by the dam.
Examples would include; bottom outlets, spillway gates and support piers, power supply, control panels
for gate operation etc.
SEE: Safety Evaluation Earthquake
Stress drop: Initial shear stress acting along a fault plane minus the residual shear stress along the
same fault plane after occurrence of slippage.
Strike-slip fault: A fault in which movement is principally horizontal.
of damage due to earthquakes.
59
ANNEXE 1
LISTE DES PRINCIPAUX FACTEURS À CONSIDÉRER DANS L’ÉVALUATION DE
L’ALÉA SISMIQUE
1.
FACTEURS RÉGIONAUX
Contexte géologique régional





Frontières des plaques tectoniques,
Identification de la physiographie régionale (relief régional de la Terre),
Description des formations géologiques (type de roches…),
Emplacement des principales structures (plis, fractures, failles,…),
Évaluation de l’importance relative de l’activité des failles (vitesse de déplacement…)
et des déformations (vitesse de subsidence…) au niveau de la zone du projet.
Histoire sismique
Catalogues :







Coordonnées des épicentres,
Intensité à l’épicentre,
Effet à la surface et les contours isoséistes à reporter sur un plan,
Profondeurs focales,
Zone de ressenti,
Intensité au niveau du barrage, connue ou estimée,
Quantification du taux d’activité sismique (si possible ou évident).
Sismologie




Activité microsismique,
Profondeurs focales,
Mécanismes au foyer,
Enregistrements de mouvements forts, si disponibles.
Interprétation sismotectonique





2.
Estimation des contraintes régionales à différentes périodes géologiques (à partir des
stylolites, etc…),
Mesures de contraintes in situ dans la région du site, si disponibles,
Interprétation des mécanismes tectoniques régionaux et des types de faille associés,
Localisation et description des failles (et des zones de cisaillement) capables de
générer des tremblements de terre (ou de jouer sous l’effet d’un séisme),
Définition et cartographie des provinces sismotectonique.
FACTEURS LOCAUX
Géologie locale





Stratigraphie et pétrographie du substratum,
Tectonique et microtectonique locales (failles, diaclases,...),
Dépôts superficiels (alluvions, terrasses fluviales, moraines, sols,...),
Carte hypsométrique des dépôts superficiels (à utiliser pour les effets de site),
Lignes de niveau du substratum.
Hydrogéologie
60

Changements périodiques du niveau statique de l'eau, études de perméabilité,
composition chimique de l'eau.
Études géophysiques
APPENDIX I
LIST OF PRIMARY FACTORS TO CONSIDER IN SEISMIC HAZARD
ASSESSMENT
1.
REGIONAL FACTORS
Regional geologic setting





Geologic history of the project area,
Identification of the regional physiographic features,
Description of geological formations (rock types...),
Location of major regional geological structural features (folds, fractures, faults...),
Estimation of the relative degrees of fault activity (rate of displacement...) and
deformation activity (rate of subsidence...) of the study area.
Seismic history
Catalogues :







Epicentre coordinates,
Epicentral intensity,
Surface effects, e.g. isoseismal contours (map),
Focal depth,
Felt area,
Intensity induced at the dam site (known or estimated),
Quantification of the rate of seismic activity (if possible or obvious).
Seismology




Microseismic activity,
Focal depths,
Focal mechanisms,
Strong motion records (if available).
Seismotectonic interpretation





2.
Estimation of the regional stresses at different geological periods (from stylolites etc.),
In situ stress measurements within the region of the site (if available),
Interpretation of the regional tectonic mechanisms and associated types of faulting,
Location and description of faults (and shear zones) able to generate earthquakes (or
to be displaced by earthquakes),
Definition of seismotectonic provinces, seismotectonic map.
LOCAL FACTORS
Local geology





Stratigraphy and petrography of the bedrock,
Local tectonics and microtectonics (faults, joints...),
Superficial deposits (alluvium, river terraces, moraines, soils...),
Hypsometric map of superficial deposits (to be used for site effects),
Bedrock contour map.
61

Lignes de niveau du substratum.
Hydrogéologie

Changements périodiques du niveau statique de l'eau, études de perméabilité,
composition chimique de l'eau.
Études géophysiques

Suivi du radon, des courants de convection, études géothermiques et mesures du
champ de gravité.
Données géotechniques


Substratum,
Dépôts superficiels.
Exploitation des ressources naturelles dans la région du projet



62
Eaux souterraines,
Pétrole et gaz,
Dépôts minéraux.
Hydrogeology

Periodic changes in static water level, permeability studies, chemical composition of
water.
Geophysical studies

Radon gas monitoring studies, convection currents, geothermal studies and gravity
measurements.
Geotechnical data


Bedrock,
Superficial deposits.
Exploitation of natural resources in the vicinity of the project area



Ground water,
Oil and gas,
Mineral deposits.
63
ANNEXE 2
DÉTERMINATION DES PARAMÈTRES SISMIQUES DE CALCUL
1.
PARAMÈTRES DU MOUVEMENT DE PIC DU SOL
Le mouvement du sol peut être caractérisé par les valeurs de pic ou les valeurs effectives de
l'accélération, de la vitesse et/ou du déplacement. Des relations empiriques déduites des données
sismiques disponibles, appelées lois d'atténuation, relient les paramètres de pic du mouvement du sol
à la distance depuis la source de l'émission d'énergie et à la magnitude. Ces relations sont cependant
très sensibles à l'estimation de la distance et de la magnitude, particulièrement dans le champ proche.
La dispersion entre les valeurs observées et prédites est habituellement relativement importante du fait
des nombreux facteurs affectant l’enregistrement des mouvements forts (caractéristiques du site,
emplacement des instruments enregistreurs,...).
Le concept d'accélération effective du sol (EPA) est discuté par Chen (Réf 19). Cependant le
concept plus simple d'accélération de pic du sol (PGA), malgré ses défauts reconnus, comme par
exemple son manque de prédictibilité dans le champ proche ou sa manifestation assez courante aux
hautes fréquences de peu d'importance sur les ouvrages, reste l'élément le plus utilisé pour caractériser
les paramètres sismiques pour les calculs de barrages. Plusieurs lois d'atténuation ont été développées
ces dernières années pour évaluer ce phénomène ; elles ont été généralement développées pour des
régions spécifiques. Pour les projets à l'intérieur de ces régions, les formules les plus fiables doivent
être utilisées. De même, on doit seulement utiliser les formules les mieux adaptées au contexte du
projet, par exemple dans le cas d'une région intra plaque ou extra – plaque. Des formules fiables ne
sont toutefois pas toujours disponibles et, dans ces cas, on effectuera une moyenne pondérée des
valeurs déduites des équations les plus fiables et les plus acceptées pour cette variable.
Actuellement, les références suivantes sont employées souvent :
64

ABRAHAMSON, N. A., AND SILVA, W. J. (2008). Summary of the Abrahamson & Silva NGA
groundmotion relations, Earthquake Spectra 24, 67–97.

AMBRASEYS N.N., DOUGLAS J., SARMA S.K., SMIT P.M. (2004/2005). "Equations for the
Estimation of Strong Ground Motions from Shallow Crustal Earthquakes Using Data
from Europe and the Middle East: Horizontal Peak Ground Acceleration and Spectral
Acceleration", Bulletin of Earthquake Engineering 3:1–53.

BOORE, D. M., AND ATKINSON, G. M. (2008). Ground-motion prediction equations for the
average horizontal component of PGA, PGV, and 5% damped PSA at spectral periods
between 0.01s and 10.0s, Earthquake Spectra 24, 99–138.

CAMPBELL, K. W., AND BOZORGNIA, Y. (2008). NGA ground motion model for the
geometric mean horizontal component of PGA, PGV, PGD and 5% damped linear
elastic response spectra for periods ranging from 0.01 to 10s, Earthquake Spectra 24,
139–171.

CHIOU, B. S. J., AND YOUNGS, R. R. (2008). Chiou-Youngs NGA ground motion relations
for the geometric mean horizontal component of peak and spectral ground motion
parameters, Earthquake Spectra 24, 173–215.

IDRISS, I. M. (2008). An NGA empirical model for estimating the horizontal spectral
values generated by shallow crustal earthquakes, Earthquake Spectra 24, 217–242.

STAFFORD, P. J., STRASSER, F. O., AND BOMMER, J. J. (2008). An evaluation of the
applicability of the NGA models to ground-motion prediction in the Euro-Mediterranean
region, Bulletin of Earthquake Engineering 6, 144–177.
APPENDIX 2
DETERMINATION OF SEISMIC EVALUATION PARAMETERS
1.
PEAK GROUND MOTION PARAMETERS
Ground motion can be characterized by peak or effective values of expected acceleration,
velocity, and/or displacement. Empirical relationships derived from available earthquake data, termed
attenuation equations, relate peak ground motion parameters to distance from the source of energy
release and to magnitude. Such equations are, however, very sensitive to the estimates of distance and
magnitude, especially in the near-field. The scatter between observed and predicted values is usually
fairly significant, as many factors, including but not limited to local site characteristics and the conditions
of placement of the recording instruments, affect actual strong motion measurements.
The concept of Effective Peak Acceleration (EPA) is discussed by Chen (Ref. 19).However the
simpler concept of Peak Ground Acceleration (PGA), despite recognized shortcomings, such as its lack
of predictability in the near-field, or its common occurrence at high frequencies of little engineering
significance, remains the most used element to characterize seismic evaluation parameters for dam
analysis. Many attenuation equations have been developed in recent years to provide estimates of this
variable. These formulae have generally been developed for specific regions and, within those regions,
the most reliable available relationships should be used. Formulae should only be used that are
appropriate for the particular setting e.g. intra-plate or inter-plate region. Such reliable relationships are
not always available and, in such cases, consideration should be given to using a weighted average of
values provided by several of the most accepted and reliable equations for this variable.
Today, the following references are often used:

ABRAHAMSON, N. A., AND SILVA, W. J. (2008). Summary of the Abrahamson & Silva NGA
groundmotion relations, Earthquake Spectra 24, 67–97.

AMBRASEYS N.N., DOUGLAS J., SARMA S.K., SMIT P.M. (2004/2005). "Equations for the
Estimation of Strong Ground Motions from Shallow Crustal Earthquakes Using Data
from Europe and the Middle East: Horizontal Peak Ground Acceleration and Spectral
Acceleration", Bulletin of Earthquake Engineering 3:1–53.

BOORE, D. M., AND ATKINSON, G. M. (2008). Ground-motion prediction equations for the
average horizontal component of PGA, PGV, and 5% damped PSA at spectral periods
between 0.01s and 10.0s, Earthquake Spectra 24, 99–138.

CAMPBELL, K. W., AND BOZORGNIA, Y. (2008). NGA ground motion model for the
geometric mean horizontal component of PGA, PGV, PGD and 5% damped linear
elastic response spectra for periods ranging from 0.01 to 10 s, Earthquake Spectra 24,
139–171.

CHIOU, B. S. J., AND YOUNGS, R. R. (2008). Chiou-Youngs NGA ground motion relations
for the geometric mean horizontal component of peak and spectral ground motion
parameters, Earthquake Spectra 24, 173–215.

IDRISS, I. M. (2008). An NGA empirical model for estimating the horizontal spectral

applicability of the NGA models to ground-motion prediction in theEuro-Mediterranean
It is generally desirable first to define the PGA as that occurring on “out cropping” bedrock (as
65
Dans un premier temps, il est généralement préférable de définir le PGA au rocher affleurant,
les équations d'atténuation référencées ci-dessus étant applicables au rocher de fondation ou au sol
dur. La valeur obtenue est alors ajustée selon les nécessités pour tenir compte des conditions
spécifiques du site, telles que la topographie ou les dépôts alluviaux épais (où les accélérations dans le
champ libre contiennent en général plus d'énergie dans le domaine des périodes longues que celles
concernant les sites rocheux). Des sédiments mous amplifient les ondes sismiques de basses
fréquences pour les séismes importants, mais réduiront le déplacement du sol dus à des événements
locaux de moindre importance par l'absorption des ondes sismiques de hautes fréquences. Si des
sédiments sont présents en surface sur le site du barrage, le spectre donné devra être corrigé par une
fonction de transfert dépendant de la fréquence et tenant compte de la profondeur des sédiments. Le
modèle de déplacement du sol de Chiou et Youngs [21] prend en compte la vitesse de l'onde de
cisaillement à une profondeur de 30 m et est applicable pour des vitesses comprises entre 150 et
1 500 m/s et au-delà.
Le terme d'erreur associée aux lois d'atténuation et la signification statistique des valeurs
prédites (erreurs maximales absolues, effectives, moyennes, médianes ou médianes plus une déviation
standard (84 percentile) doivent être soigneusement analysés et compris avant d'utiliser ces valeurs
dans les calculs.
Jusqu'à présent, peu de lois d'atténuation ont été développées pour les vitesses de pic, (qui
pourraient être un meilleur indicateur de l'intensité de vibration du sol que le PGA, particulièrement dans
le champ proche), pour les déplacements de pic ou pour la composante verticale du déplacement du
sol. Dans le champ proche, le mouvement vertical peut être tout à fait significatif et l'évaluation détaillée
d'un tel mouvement est recommandée pour tous les sites situés dans ce champ. Pour les sites en
dehors du champ proche, ce Bulletin recommande d'estimer le PGA vertical à deux tiers du PGA
horizontal.
2.
DURÉE
La durée des secousses est l'un des paramètres sismiques les plus importants pour les
barrages, car il a été montré qu'elle était directement liée aux dommages, particulièrement pour les
barrages en remblai.
Les durées des séismes peuvent être estimées de différentes manières. La durée entre crochet
[D], mesurée entre la première et la dernière manifestation des accélérations supérieures à 0,05g à des
fréquences supérieures à 2 Hz [11] revêt une importance particulière pour l'ingénieur. Chang et
Krinitzsky [18] ont examiné plusieurs relations empiriques entre la magnitude et la durée, et ont établi
des courbes reliant durée [D], la magnitude et la distance de l'épicentre, en distinguant le sol et la roche.
Les conditions locales peuvent également influencer la durée attendue des secousses sismiques et
doivent être prises en compte au cas par cas.
3.
SPECTRE DE RÉPONSE
Les spectres de réponses représentent, en fonction de la fréquence et pour un rapport
d'amortissement donné, la réponse maximale (en accélération, vitesse ou déplacement) d'un système
à un seul degré de liberté soumis à une excitation dépendante du temps. Les spectres de réponses
associés au SES et au SBE peuvent être caractérisés à partir de l'accélération, de la vitesse ou du
déplacement de pic du sol [44] ou en utilisant des formes spectrales généralisées dépendantes ou non
des caractéristiques du site.
Les formes spectrales sont généralement établies dans un format normalisé (i-e ramenées à
l'échelle de 1g). Pour définir les mouvements sismiques, elles sont ramenées uniformément à l'échelle
d'une valeur spécifiée de l'accélération de pic du sol, de la vitesse de pic du sol, ou d'un autre paramètre
sismique applicable (par exemple l'intensité spectrale) et ce indépendamment de la période considérée
dans la plupart des cas.
66

applicability of the NGA models to ground-motion prediction in theEuro-Mediterranean
It is generally desirable first to define the PGA as that occurring on “out cropping” bedrock (as
all of the foregoing references provide attenuation equations applicable to bedrock, or firm soil sites).
The value is then adjusted, as required, to account for specific site conditions, such as topography, or
«deep alluvium”, where free-field accelerations generally in the long period range than those on a rock
site. Soft sediments amplify the low frequency seismic waves of large earthquakes, but will reduce the
ground motion of smaller local events by the absorption of high frequency seismic waves. If surface
sediments
are located
at a damprovide
site, theattenuation
spectra given
shouldapplicable
be multiplied
by a frequency-dependent
all
of the foregoing
references
equations
to bedrock,
or firm soil sites).
transfer
function
to theassediment
Chioufor
and
Youngs
ground motion
model
considers
The
value
is thenfitting
adjusted,
required,depth.
to account
specific
site[21]
conditions,
such as
topography,
or
the shear
wave velocity
to a depthaccelerations
of 30 metres generally
and is applicable
for period
velocities
ranging
to
«deep
alluvium”,
where free-field
in the long
range
than from
those150
on m/s
a rock
1,500
m/ssediments
and greater.
site. Soft
amplify the low frequency seismic waves of large earthquakes, but will reduce the
ground motion of smaller local events by the absorption of high frequency seismic waves. If surface
Theare
error
termatassociated
equations,
the statistical
significance of the
sediments
located
a dam site,with
the attenuation
spectra given
should beand
multiplied
by a frequency-dependent
predictedfunction
values fitting
(absolute
maximum,
mean,
median,
mean
plus motion
one standard
transfer
to the
sedimenteffective,
depth. Chiou
and
Youngsor[21]
ground
model deviation)
considers
should
be wave
carefully
reviewed
and understood
prior
such values
for analytical
the
shear
velocity
to a depth
of 30 metres
andtoisusing
applicable
for velocities
rangingpurposes.
from 150 m/s to
1,500 m/s and greater.
So far, few attenuation relationships have been developed for peak velocity, which actually may
be a better
of associated
ground shaking
intensity than
the PGAand
especially
in the near-field,
forofpeak
The indicator
error term
with attenuation
equations,
the statistical
significance
the
displacement,
or for
the vertical
component
of ground
Vertical
motion
quite significant
in
predicted
values
(absolute
maximum,
effective,
mean,motion.
median,
or mean
pluscan
onebestandard
deviation)
the near-field
and reviewed
detailed evaluation
of such
is such
recommended
for all near-field
sites. For
should
be carefully
and understood
priormotion
to using
values for analytical
purposes.
locations outside the near-field, this Bulletin recommends that the vertical PGA may be generally
assumed
to two-thirds
of relationships
the horizontalhave
PGA.
Soequal
far, few
attenuation
been developed for peak velocity, which actually may
be a better indicator of ground shaking intensity than the PGA especially in the near-field, for peak
displacement, or for the vertical component of ground motion. Vertical motion can be quite significant in
2.
DURATION
the near-field
and detailed evaluation of such motion is recommended for all near-field sites. For
locations outside the near-field, this Bulletin recommends that the vertical PGA may be generally
assumed equal to two-thirds of the horizontal PGA.
The duration of shaking is one of the most important seismic evaluation parameters for dams,
as it has been shown to be directly related to damage, especially in the case of embankments.
2.
DURATION
The durations of earthquakes can be estimated in different ways. Of significance to engineers
are the bracketed duration, measured between the first and the last occurrence of acceleration pulses
greater than
at of
frequencies
Hz [11].
and seismic
Krinitzsky
[18] reviewed
severalfor
empirical
The 0.05g,
duration
shaking isabove
one of2 the
mostChang
important
evaluation
parameters
dams,
relationships
duration
and developed
curves,
relating
bracketed duration,
as
it has beenbetween
shown tomagnitude
be directly and
related
to damage,
especially in
the case
of embankments.
magnitude, and epicentral distance, that differentiate between soil and rock conditions. Local conditions
may also
affect
the expected
duration can
of earthquake
shaking
and should
considered on
case by
The
durations
of earthquakes
be estimated
in different
ways. be
Of significance
to a
engineers
casethe
basis.
are
bracketed duration, measured between the first and the last occurrence of acceleration pulses
greater than 0.05g, at frequencies above 2 Hz [11]. Chang and Krinitzsky [18] reviewed several empirical
relationships between magnitude and duration and developed curves, relating bracketed duration,
3.
RESPONSE
SPECTRA
magnitude,
and epicentral
distance, that differentiate between soil and rock conditions. Local conditions
may also affect the expected duration of earthquake shaking and should be considered on a case by
case basis.
Response spectra represent the maximum response (in acceleration, velocity, or displacement)
as a function of frequency, for a given damping ratio, of a single-degree-of-freedom system subjected
to a time-dependent
3.
RESPONSEexcitation.
SPECTRAResponse spectra characterizing the SEE and OBE may be determined
from peak ground acceleration, velocity and displacement consideration [44], or by using site-dependent
or site-independent generalized spectral shapes.
Response spectra represent the maximum response (in acceleration, velocity, or displacement)
Spectral
shapes areforgenerally
provided ratio,
in normalized
format (i.e., scaled tosystem
1g). Insubjected
order to
as a function
of frequency,
a given damping
of a single-degree-of-freedom
define
earthquake motion
they are
scaled spectra
uniformly
and, in most the
cases,
the period
to
a time-dependent
excitation.
Response
characterizing
SEEindependently
and OBE mayfrom
be determined
considered,
to a specified
value velocity
of peak and
ground
acceleration,
peak ground
velocity,
or another
applicable
from
peak ground
acceleration,
displacement
consideration
[44],
or by using
site-dependent
earthquake
parameter
(e.g., spectral
intensity).
or
site-independent
generalized
spectral
shapes.
If shallowshapes
earthquakes
are expected,
the spectra
should format
be shifted
Spectral
are generally
provided
in normalized
(i.e.,towards
scaled higher
to 1g).frequencies.
In order to
define earthquake motion they are scaled uniformly and, in most cases, independently from the period
An alternative
to value
spectral
shapes
is toacceleration,
directly develop
response
spectra
using appropriate
considered,
to a specified
of peak
ground
peak ground
velocity,
or another
applicable
ground motion
attenuation
Most modern attenuation relations, such as those listed above,
earthquake
parameter
(e.g.,relations.
spectral intensity).
include formulae to predict peak spectral accelerations over a range of frequencies.
If shallow earthquakes are expected, the spectra should be shifted towards higher frequencies.
The level of damping and the number of damping values for which response spectra should be
specifiedAn
to alternative
represent the
andshapes
OBE should
a range
of values
applicable
the type of
to SEE
spectral
is to encompass
directly develop
response
spectra
usingtoappropriate
dam andmotion
level ofattenuation
ground motion
considered.
For example,
damping
valuessuch
for the
of concrete
ground
relations.
Most modern
attenuation
relations,
as analysis
those listed
above,
specified to represent the SEE and OBE should encompass a range of values applicable to the type of
67
dam and level of ground motion considered. For example, damping values for the analysis of concrete
Si des séismes peu profonds sont envisagés, les spectres doivent être déplacés vers des
fréquences plus élevées.
Les formes spectrales normées sont généralement uniquement appropriées pour les analyses
préliminaires ou l'examen préalable. Une alternative aux formes spectrales est de calculer directement
des spectres de réponse en utilisant les relations appropriées d'atténuation du mouvement du sol. En
complément du PGA, la plupart des équations d'atténuation modernes comprennent des formules
permettant d'évaluer les accélérations de pic spectrales pour une plage de fréquence
Le niveau de l'amortissement et le nombre des valeurs d'amortissements pour lesquels les
spectres de réponses seront définis en vue de représenter le SES et le SBE doivent être déterminées
sur une plage de valeurs adaptées au type de barrage et au niveau de mouvement de sol considéré.
Par exemple, les valeurs d'amortissements pour les barrages en béton se situent généralement entre
3 à 10 %, selon que la réponse est supposée principalement élastique ou si des non linéarités
(correspondant par exemple à la fissuration du béton) sont indirectement prises en compte dans
l'analyse en supposant une plus grande valeur d'amortissement. Les valeurs d'amortissement pour les
grands barrages voûtes sont généralement plus faibles que celles des barrages poids plus massifs du
fait de l’amortissement radiatif. Pour les barrages en remblai, les valeurs d'amortissement se situent
dans la gamme de 5 à 20 %, et supérieures à 15 % pour les fortes secousses.
Pour caractériser les mouvements du sol et comparer des séismes différents, un amortissement
de 5 % est le plus communément utilisé, la plupart des équations d'atténuation modernes étant basées
sur cette valeur. Des formules empiriques relient les déplacements du sol à un amortissement de 5 %
aux déplacements pour d'autres valeurs d'amortissement.
4.
ACCÉLÉROGRAMMES
La définition des paramètres sismiques par les valeurs maximales et les spectres est suffisante
pour la plupart des études sur les barrages. Pour les grands barrages et les barrages situés dans une
zone de fort aléa sismique, une analyse non linéaire est requise. Dans ce cas, des enregistrements
d’accélérogrammes sont nécessaires. Il est recommandé d’utiliser plusieurs accélérogrammes pour
représenter le SES et le SBE, parce qu’ils présentent des niveaux énergétiques différents en fonction
de la fréquence et qu’il est important de prendre en compte la variabilité et l’incertitude. Les
accélérogrammes doivent être définis pour les composantes horizontales et/ou verticales et doivent être
représentés préférentiellement par des accélérogrammes réels obtenus dans des conditions de site
similaires à celles du barrage.
Comme les données sur les fortes secousses sismiques, couramment disponibles, ne couvrent
pas le champ complet des conditions possibles, ces enregistrements doivent souvent être complétés
par des accélérogrammes synthétiques représentatifs de séismes de toutes magnitudes et
environnements tectoniques. Il existe plusieurs techniques pour générer des accélérogrammes
synthétiques.
Il est aujourd’hui admis que le moyen plus sûr pour obtenir des données de base clarifiant les
propriétés des secousses sismiques agissant sur les barrages est de collecter des enregistrements
sismiques et donc d’établir des réseaux d’observation et d’enregistrement pour disposer de nombreuses
données.
5.
DÉFINITION DE L’ALÉA SISMIQUE : MÉTHODE PROBABILISTE
Une étude d’aléa sismique par méthode probabiliste implique d’obtenir par des moyens
mathématiques et statistiques la relation entre un paramètre de mouvement sismique et sa probabilité
de se produire sur un site de barrage pendant un certain intervalle de temps (par exemple la durée de
vie de la retenue). La valeur du mouvement sismique à utiliser pour l’analyse de sécurité d’un barrage
au séisme est ensuite définie pour un niveau de probabilité acceptable par l’ouvrage et le site considéré.
68
or site-independent generalized spectral shapes.
Spectral shapes are generally provided in normalized format (i.e., scaled to 1g). In order to
define earthquake motion they are scaled uniformly and, in most cases, independently from the period
considered, to a specified value of peak ground acceleration, peak ground velocity, or another applicable
earthquake parameter (e.g., spectral intensity).
If shallow earthquakes are expected, the spectra should be shifted towards higher frequencies.
An alternative to spectral shapes is to directly develop response spectra using appropriate
ground motion attenuation relations. Most modern attenuation relations, such as those listed above,
specified to represent the SEE and OBE should encompass a range of values applicable to the type of
dam and level of ground motion considered. For example, damping values for the analysis of concrete
dams typically range from 3 to 10 percent, depending on whether the response is assumed to be
predominantly elastic or whether nonlinearities, such as cracking of the concrete, are indirectly included
in the analysis by assuming a higher level of damping. The damping values for large arch dams are
generally smaller than those of the more massive gravity dams due to radiation damping effects.
Damping values for the analysis of embankment dams range from 5 to 20 percent but for strong shaking
dams
range than
from15
3 percent.
to 10 percent, depending on whether the response is assumed to be
are in atypically
range higher
predominantly elastic or whether nonlinearities, such as cracking of the concrete, are indirectly included
in the analysis
assuming
higher level ofground
damping.
The damping
values for
largeearthquakes,
arch dams are
For thebypurposes
of acharacterizing
motion
and comparing
various
5
generally
smalleristhan
thosecommonly
of the more
gravity dams
duegeneralized
to radiationspectral
damping
effects.
percent damping
the most
usedmassive
value, principally
because
shapes
for
that damping
value
the mostof
available.
Damping
values
for are
the analysis
embankment dams range from 5 to 20 percent but for strong shaking
are in a range higher than 15 percent.
4.
ACCELERATION
HISTORIES ground motion and comparing various earthquakes, 5
For the purposes TIME
of characterizing
percent damping is the most commonly used value, principally because generalized spectral shapes for
that damping value are the most available.
The definition of seismic parameters by peak values and spectral characteristics is sufficient for
many dam applications. For the evaluation of major dams and dams in areas of high seismicity nonlinear
4.
ACCELERATION
TIME HISTORIES
analysis
techniques are required.
For this purpose acceleration time history records are needed. It is
recommended that several acceleration time histories be used to represent the SEE or the OBE as
certain time histories have a lower energy content at some frequencies and their use may result in an
unconservative
analysis.
Acceleration
time by
histories
may be
for horizontal and/or
vertical
The definition
of seismic
parameters
peak values
andspecified
spectral characteristics
is sufficient
for
motiondam
andapplications.
should preferably
beevaluation
represented
by real
accelerograms
site
conditions
similar
many
For the
of major
dams
and dams inobtained
areas of for
high
seismicity
nonlinear
to those present
at the
site under
consideration
[14].
analysis
techniques
aredam
required.
For this
purpose acceleration
time history records are needed. It is
recommended that several acceleration time histories be used to represent the SEE or the OBE as
Since
the strong
ground
motion
datacontent
currently
do not cover
whole
of possible
certain time
histories
have
a lower
energy
at available
some frequencies
andthe
their
userange
may result
in an
unconservative
Acceleration
time historiesby
may
be specified
horizontal any
and/or
vertical
conditions, such analysis.
records must
often be supplemented
synthetic
motionsfor
representing
earthquake
motion
and
should preferably
be represented
realseveral
accelerograms
obtained
site conditions
similar
size and
seismotectonic
environment.
There by
exist
techniques
for thefor
generation
of synthetic
to
those present at the dam site under consideration [14].
accelerograms.
Since
strongbe
ground
motion data
available
not cover the
whole and
rangeestablishing
of possible
But it the
should
emphasized
thatcurrently
collecting
actual do
earthquake
records
conditions,
records
must oftenstrong
be supplemented
by synthetic
motions representing
anyisearthquake
observationsuch
systems
for recording
ground motions
and accumulating
these records
the surest
way of
obtaining
basic data
for clarification
of the
properties
of earthquake
acting on
size
and
seismotectonic
environment.
There
exist
several techniques
for motions
the generation
of dams.
synthetic
accelerograms.
5.
PROBABILISTIC
HAZARD
EVALUATION
But
it should be SEISMIC
emphasized
that collecting
actual earthquake records and establishing
observation systems for recording strong ground motions and accumulating these records is the surest
way of obtaining basic data for clarification of the properties of earthquake motions acting on dams.
A probabilistic seismic hazard evaluation involves obtaining, through mathematical and
statistical processes, the relationship between a ground motion parameter and its probability of
5.
PROBABILISTIC
EVALUATION
exceedance
at the dam siteSEISMIC
during a HAZARD
specified interval
of time (such as the operating life of the reservoir).
The value of the ground motion parameter to be used for the seismic safety evaluation of the dam is
then selected after defining an acceptable level of probability for the structure and site considered.
A probabilistic
seismic active,
hazardfaults
evaluation
involves
obtaining,
through
mathematical
and
Recognized
active, or potentially
and seismic
provinces
are referred
to as
seismic sources.
A
seismic province
is considered
to be an
area where
the location
of active
faultsand
is notitswell
known, but
statistical
processes,
the relationship
between
a ground
motion
parameter
probability
of
where
the seismic
activity
may be
reasonably
assumed
to beasrandomly
distributed.
The
spatial
exceedance
at the dam
site during
a specified
interval
of time (such
the operating
life of the
reservoir).
relationship
the motion
dam site
and the to
seismic
source(s)
concern
to the
site, andofthe
The value ofbetween
the ground
parameter
be used
for the of
seismic
safety
evaluation
therates
dam of
is
activity
assigned
to each
seismic
source, form
theofbasic
elements
seismic and
hazard
of the
then selected
after
defining
an acceptable
level
probability
for of
thethe
structure
sitemodel
considered.
site
considered.
Such
model should
befaults
consistent
with the
geologicare
and
tectonic
setting
of the
area
Recognized
active,
or potentially
active,
and seismic
provinces
referred
to as
seismic
sources.
A seismic
province isand
considered
be an areaand
where
the location
faults
is notthat
well have
known,
but
under
investigation
with theto historical
geologic
rates of
of active
seismic
activity
been
where the seismic
activity
may be reasonably assumed to be randomly distributed. The spatial
established
for the faults
included.
relationship between the dam site and the seismic source(s) of concern to the site, and the rates of
activity assigned
to eachofseismic
source,
form at
thea basic
elements
of thesource
seismicinvolves
hazard the
model
of the
The evaluation
the seismic
hazard
site due
to a single
following
site
considered.
Such model should be consistent with the geologic and tectonic setting of the area
probability
functions:
under investigation and with the historical and geologic rates of seismic activity that have been
established for the
included.
Thefaults
probability
that an earthquake of a particular magnitude will occur on this source
during a specified time interval.
69
The evaluation
of the seismic
a site due with
to a this
single
source
themagnitude
following
The probability
that thehazard
ruptureatassociated
source
andinvolves
a certain
probability functions:
event occurs at a specified distance from the site.
 The probability that the ground motions from an earthquake of a certain magnitude
 occurring
The probability
that andistance
earthquake
of a particular
magnitude
will site.
occur on this source
at a certain
will exceed
a specified
level at the
Il est aujourd’hui admis que le moyen plus sûr pour obtenir des données de base clarifiant les
propriétés des secousses sismiques agissant sur les barrages est de collecter des enregistrements
sismiques et donc d’établir des réseaux d’observation et d’enregistrement pour disposer de nombreuses
données.
5.
DÉFINITION DE L’ALÉA SISMIQUE : MÉTHODE PROBABILISTE
Une étude d’aléa sismique par méthode probabiliste implique d’obtenir par des moyens
mathématiques et statistiques la relation entre un paramètre de mouvement sismique et sa probabilité
de se produire sur un site de barrage pendant un certain intervalle de temps (par exemple la durée de
vie de la retenue). La valeur du mouvement sismique à utiliser pour l’analyse de sécurité d’un barrage
au séisme est ensuite définie pour un niveau de probabilité acceptable par l’ouvrage et le site considéré.
Les failles actives ou potentiellement actives et les provinces sismotectoniques sont identifiées comme
sources sismiques. Une province sismotectonique correspond à une zone où la localisation de faille
active n’est pas précisément connue, mais où l’activité sismique est supposée être distribuée
aléatoirement. La relation spatiale entre le site du barrage et la ou les sources sismiques le concernant
et le niveau d’activité de chaque source forment la base du modèle d’aléa sismique du site. Un tel
modèle doit être cohérent avec le contexte géologique et tectonique et avec le niveau d’activité sismique
(historique et géologique) établi pour les failles en question.
L’étude de l’aléa sismique d’un site sur la base d’une seule source implique la détermination
des fonctions de probabilité suivantes :



La probabilité qu’un séisme d’une certaine magnitude se produise sur cette source
durant une période de temps donnée,
La probabilité que la rupture associée à cette source et une certaine magnitude se
produise à une distance donnée du site ;
La probabilité que le mouvement sismique d’un évènement d’une certaine magnitude
se produisant à une certaine distance dépasse un niveau donné au site.
En combinant les trois fonctions de probabilité pour chaque source et en additionnant les
contributions de chaque source, la probabilité de dépasser un certain niveau de mouvement sismique
est calculée pour la période de temps donnée.
Les avantages d’utiliser une analyse sismique par méthode probabiliste, plutôt qu’une approche
déterministe sont les suivants :



La contribution des séismes allant des magnitudes les plus faibles aux magnitudes
maximales sur chaque source est prise en compte.
La contribution de toutes les sources à toutes les distances du site est prise en compte.
L’analyse probabiliste donne la possibilité de sélectionner les paramètres sismiques qui
peuvent produire des degrés comparables d’aléas sur un ou plusieurs sites. Pour les
sites de barrage, la probabilité d’occurrence du SES sera déterminée sur une analyse
non seulement de la séismicité du site mais également du type et de l’usage du barrage
et de sa durée de vie prévisionnelle, mais aussi de la vulnérabilité de la zone aval (voir
chapitre 5.2).
Il doit être noté que dans une approche probabiliste de l’aléa sismique, toutes les magnitudes
sont considérées avec un poids égal. Pour tous les barrages, et particulièrement les barrages en
remblai, le niveau de sollicitation causé par un séisme de forte magnitude est plus important que le
même niveau de sollicitation causé par un séisme de plus faible magnitude compte tenu des effets de
durée.
Cet aspect du problème peut être pris en compte en définissant des scénarios de séismes
basés sur la désagrégation des résultats de l’analyse probabiliste de l’aléa sismique.
70
accelerograms.
But it should be emphasized that collecting actual earthquake records and establishing
observation systems for recording strong ground motions and accumulating these records is the surest
way of obtaining basic data for clarification of the properties of earthquake motions acting on dams.
5.
PROBABILISTIC SEISMIC HAZARD EVALUATION
A probabilistic seismic hazard evaluation involves obtaining, through mathematical and
statistical processes, the relationship between a ground motion parameter and its probability of
exceedance at the dam site during a specified interval of time (such as the operating life of the reservoir).
The value of the ground motion parameter to be used for the seismic safety evaluation of the dam is
then selected after defining an acceptable level of probability for the structure and site considered.
Recognized active, or potentially active, faults and seismic provinces are referred to as seismic sources.
A seismic province is considered to be an area where the location of active faults is not well known, but
where the seismic activity may be reasonably assumed to be randomly distributed. The spatial
relationship between the dam site and the seismic source(s) of concern to the site, and the rates of
activity assigned to each seismic source, form the basic elements of the seismic hazard model of the
site considered. Such model should be consistent with the geologic and tectonic setting of the area
under investigation and with the historical and geologic rates of seismic activity that have been
established for the faults included.
The evaluation of the seismic hazard at a site due to a single source involves the following
probability functions:



The probability that an earthquake of a particular magnitude will occur on this source
during a specified time interval.
The probability that the rupture associated with this source and a certain magnitude
event occurs at a specified distance from the site.
The probability that the ground motions from an earthquake of a certain magnitude
occurring at a certain distance will exceed a specified level at the site.
By combining the three probability functions for each source and adding up the contributions of
all sources, the probability of exceeding a specified level of ground motion at the site is computed for
the specified time interval.
The advantages of using a probabilistic seismic hazard evaluation, over a deterministic
approach, include the following:



Contributions from earthquakes ranging in magnitude from the smallest magnitude of
concern up to and including the maximum magnitude on each source are included;
Contributions from all sources and all distances are included; and
The results provide the means to select design parameters that can produce
comparable degrees of risk at two or more sites. For dam sites, the probability of
occurrence of SEE should be determined upon a comprehensive examination not only
of data concerning seismicity of the dam site, the type and purpose of the dam and the
planned service life, but also the consequence rating of the structure (see Section 5.2).
It should be noted that, in a typical probabilistic seismic hazard evaluation, all magnitudes are
assigned equal weight. For most dams, and embankment dams in particular, the level of shaking caused
by a large magnitude earthquake is far more serious than the same level of shaking caused by a much
smaller magnitude earthquake because of the duration effects.
That aspect of the problem can be addressed by defining earthquake scenarios based on
disaggregation plots obtained from the probabilistic seismic hazard analysis.
71
Achevé d’imprimer en avril 2016
sur les presses de l’Imprimerie Offset Cinq Édition,
85150 La Mothe-Achard
Dépôt légal 2ème trimestre 2016, avril 2016,
N° d’impression : 2016030278
ISSN 0534 - 8293
Imprimé en France
CHOIX DES PARAMÈTRES SISMIQUES
POUR GRANDS BARRAGES
Recommandations
FOR LARGE DAMS
Guidelines
Bulletin 148
Téléphone : (33-1) 47 04 17 80 - Fax : (33-1) 53 75 18 22
2016

CHOIX DES PARAMÈTRES SISMIQUES POUR GRANDS

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