PFE-_Vulnrabilit_Sismique_des_

Rapport final de PFE

Elaboration d’une méthode d’évaluation de la vulnérabilité sismique des bâtiments

Auteur : GARCIA Jean-François INSA Strasbourg, Spécialité Génie Civil, Option Construction

Tuteur d’entreprise SOUTZO Raphaël Ingénieur d’affaires, Qualiconsult Nice

Tuteur INSA Strasbourg : SIEFFERT Jean-Georges Professeur des universités Génie Civil

Mars-Juillet 2007

Garcia Jean-françois

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REMERCIEMENTS Je tiens tout d’abord à remercier Monsieur Raoul Pascuale, responsable de l’agence Qualiconsult Nice, qui m’a accueilli au sein de son agence et de son équipe de travail. Je tiens aussi à le remercier de m’avoir suivi, aidé et aiguillé tout au long de mon projet ; sa volonté de vouloir transmettre ses connaissances fait de lui une personne importante à la réalisation de mon projet. Je tiens tout naturellement à remercier Monsieur Raphaël Soutzo, chargé d’affaires au sein de l’agence et responsable du bon déroulement de mon projet, c’est grâce à son expérience et ses conseils que mon projet a pu être mené a terme et qui a toujours pris le temps de me donner les explications dont j’avais besoin pour avancer. Je souhaite également exprimer ma gratitude aux personnes suivantes qui ont pu m’aider ou bien encourager tout au long de cette période : Alexandre De Cilia (Directeur Régional Qualiconsult spécialiste du para sismique), Alain Coste (ingénieur chargé d’affaires Qualiconsult Nice), Frederic GARCIAS (ingénieur structure cabinet GIG spécialisé en sismique), Francis Perreilo (chargé d’affaires Qualiconsult Nice), André Corbière (ingénieur Qualiconsult Nice) Plus particulièrement, je tiens aussi à remercier Monsieur Christian Thibault, chef de structure au CETE Méditerranée à Nice et membre actif de L’Association Française Para Sismique (AFPS) pour m’avoir très agréablement reçu à plusieurs reprises et m’avoir consacré un peu de son temps et d’être à l’écoute de mes interrogations. Enfin, je tiens à terminer ces remerciements en les adressant à mon tuteur Monsieur Jean-Georges Sieffert professeur à l’INSA de Strasbourg qui m’a suivi tout au long de cette période.


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RESUME Les règlements actuels PS92 et Eurocode 8 permettent d’atteindre un niveau de sécurité satisfaisant pour les bâtiments neufs. Par contre il n’existe aucune référence technique pour la protection parasismique des bâtiments existants. Cette étude répond à une demande de Qualiconsult par la proposition d’une méthode d’évaluation de la vulnérabilité sismique des bâtiments existants vis-à-vis du risque sismique. La finalité de cette démarche vise la sélection des bâtiments vulnérables de la ville de Nice et des communes avoisinantes. A titre d’application, une douzaine de bâtiments existants (principalement des écoles maternelles) ont été analysés dans la région niçoise située en zone de sismicité moyenne. Bien que la notation reste à affiner, les résultats montrent que la méthode proposée doit permettre d’optimiser les mesures préventives en fonction d’un paramètre objectif de vulnérabilité.

The modern rules PS92 and Eurocode 8 enable new buildings to reach a satisfying security level. But there are no technic references for existing buildings. This report answers Qualiconsult‘s demand which consist in the proposition of a method of preliminary seismic vulnerability evaluation of existing buildings. The action’s aim is to select vulnerable buildings in the city of Nice and neighbours municipality. To apply this method, a dozen of existing buildings (most of them were high schools) have been analysed in the region of Nice, which is located in the seismic zone II. Despite the fact that the notation of the retained criteria remains to be refine, the results showed that the suggested method must be a means to optimize the preventive measures according to vulnerability objective parameter.


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SOMMAIRE Remerciements ……………………………………………………….4 Résumé ……………………………………………………………….5 Introduction …………………………………………………………..8 1. Le séisme …………………………………………………………9 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Origine du séisme…………………………………………………………………... 9 Ondes sismiques …………………………………………………………………...11 Action sismique ……………………………………………………………………13 Intensité et magnitude d’un séisme ………………………………………………..14 Exemple de séismes célèbres et conséquences ……………………………………15

2. La réglementation parasismique ………………………………...17 2.1 2.2 2. 3 2.4 2.5

Objectif principal ………………………………………………………………….17 Les règles applicables ……………………………………………………………..17 Zone de sismicité ………………………………………………………………….17 Zonage départemental : Alpes Maritimes …………………………………………19 Historique des séismes : la région niçoise ………………………………………...20

3. Effet des séismes sur l’environnement ………………………….21 3.1 3.2 3.3

Tassements ………………………………………………………………………...21 Liquéfaction ……………………………………………………………………….21 Tsunami ……………………………………………………………………………22

4. Vulnérabilité sismique des Bâtiments …………………………..23 4.1 4.2

Introduction ………………………………………………………………………..23 Risque et vulnérabilité sismique …………………………………………………..23

5. Effets des séismes sur des bâtiments ……………………………25 5.1 5.2 5.3

Dommages provoqués par les séismes …………………………………………….25 Les éléments porteurs ……………………………………………………………...25 Les éléments non porteurs …………………………………………………………27


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6. Etudes de critères de vulnérabilité ……………………………...32 6.1 Méthodes étrangères ………………………………………………………………34 6.1.1 Méthode AFPS et méthode américaines ……………………………………..34 6.1.2 6.1.3 6.1.4

Méthode Américaine …………………………………………………………34 Méthode AFPS ……………………………………………………………….35 Méthode de vulnérabilité.....………………………………………………….35

6.2 Première étape : Typologie du bâtiment …………………………………………..36 6.2.1 Définition de critère de base …………………………………………………36 6.2 Deuxième étape : Implantation et Structure ……………………………………….41 6.2.1 Implantation du bâtiment …………………………………………………….41 6.2.2 Avoisinants du bâtiment ……………………………………………………..42 6.2.3 Configuration du bâtiment en plan et élévation ………………………….......44 6.2.4 Définitions de critères de structure …………………………………………..47 6.2.5 Eléments non structuraux …………………………………………………….58 6.3 Troisième étape : localisation et effectif …………………………………………..62 6.3.1 Localisation et type du bâtiment …………………………………………….62 6.4

Note globale ………………………….…………………………………………..64

7. Application de la méthode ………………………………………65 Conclusion ………………………………………………………….66 Bibliographie ………………………………………………………..68


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INTRODUCTION La Côte d’Azur n’est ni le Japon, ni la Californie, ni la Turquie ni l’Algérie, la menace sismique n’y est pas aussi forte, loin de là, cependant elle existe. Cette région fait partie des zones reconnue comme les plus sismiques de la métropole et personne ne pourrait se déclarer étonné si un séisme de magnitude voisine de 6, donc avec de graves conséquences possibles, survenait un jour dans le Alpes Maritimes. Des mesures, d’abords timides, puis plus volontaristes ont été prises depuis plusieurs années pour limiter les risques encourus par les constructions neuves. Or il demeure dans cette région plus spécialement dans la ville de Nice et les villages avoisinants un très fort patrimoine d’âge variable mais bien antérieur aux premières règles parasismiques françaises. Il s’agit donc de nos jours de se sensibiliser à la probabilité d’un séisme dans cette région et de connaître les risques que cela pourrait engendrer sur notre patrimoine si celui-ci avait bien lieu. C’est dans ce but que l’entreprise Qualiconsult m’a confié la mission consistant en l’élaboration et la mise en place d’une méthodologie permettant l’évaluation de la vulnérabilité du bâti existant sur des communes de la région niçoise. Cette étude est un projet qui sera par la suite proposé aux collectivités locales afin de leur offrir la possibilité d’évaluer les bâtiments anciens qui sont de plus en plus nombreux sur la région. La majorité des communes étant situées dans la zone sismique de catégorie II, zone de sismicité moyenne, Qualiconsult veut leur présenter cette étude afin qu’elles prennent conscience des risques ou des enjeux que peut avoir l’effet d’un séisme sur la région. Cette méthode doit être un moyen pour que les collectivités puissent interpréter facilement les diagnostics réalisés par les experts. Il s’agit de leur proposer une étude qui serait de type qualitative et qui permettrait de « noter », suivant une échelle à définir, les bâtiments qui sont susceptibles d’être endommagés ou bien les bâtiments dits stratégiques que nous devons préserver au mieux en cas de séisme. Ces bâtiments correspondent à ceux recevant soient des secours tels que les hôpitaux ou les centres de sapeurs pompiers, soient des établissements accueillant les enfants ou adolescents. Il faut être capable d’assurer en cas de séisme le secours des personnes présentant une capacité de réaction moindre. Pour réaliser ce projet, j’ai dû dans un premier temps me consacrer à l’étude du phénomène sismique par le biais de documentation (voir la bibliographie normes PS92, documentations techniques). Ensuite, pour pouvoir apporter les solutions les plus adaptées, j’ai recensé les dommages causer par les tremblements de terre, analysé le comportement des ouvrages et enfin étudié les méthodes de vulnérabilités existantes (AFPS, étranger) afin de pouvoir établir la liste des critères de vulnérabilité que j’ai retenu dans pour cette méthode et fait valider par Messieurs Thibault et Gracias spécialistes en parasismique et membres actifs de l’AFPS.


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1. Le séisme Cette première partie a pour objet de présenter le phénomène sismique dans son ensemble. Il s’agit de comprendre le déroulement ainsi que les effets que peuvent engendrer un séisme sur la stabilité des ouvrages.

1.1 Origine du séisme Le séisme est un phénomène lié à l’existence de mouvements tectoniques continuellement en action qui soulèvent des chaînes de montagnes et creusent des tranchées océaniques à la surface de la terre. Ces mouvements affectent une quinzaine de plaques et engendrent des contraintes sur les lignes de contact des plaques. Lorsque ces contraintes deviennent trop élevées et supérieures à la résistance au frottement, une rupture brutale se produit : c'est un tremblement de terre, à la suite duquel un nouvel état provisoire de stabilité est réalisé. Il résulte de cette description qu'il existe des régions du monde à plus ou moins haut risque sismique, suivant leur localisation géographique par rapport à ces zones de jonctions des "plaques". La figure suivante nous montre la répartition de ces différentes plaques constituant le surface du globe.

Fig. 1.1 : Répartition de la tectonique des plaques


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Ci-dessous, nous pouvons observer la localisation des zones de sismicité élevée, nous pouvons très bien constater que celles-ci se situent au niveau des zones frontalières de ces plaques tectoniques. Cependant il faut savoir aussi, qu’il peut y avoir des phénomènes sismiques dans les failles à l’intérieur de ces plaques engendrant des mouvements de terre, on parlera alors de séismes inter plaques.

Fig.1. 2 : Cartographie des zones de sismicité élevée Le globe terrestre est constitué de couches concentriques dont la plus externe est l’écorce qui se divise en écorce continentale et océanique. La croûte continentale possède une épaisseur d’environ 30 à 40 km, allant jusqu’à 70 km sous certaines chaînes de montagne. La croûte océanique, quant à elle, est plus réduite en épaisseur allant de 10 à 15 km. Cette enveloppe externe est soumise à des mouvements perpétuels liés à la création de matières en certaines zones, ces mouvements impliquent alors la disparition de pans entiers d’écorce en d’autres zones. Ce phénomène engendrent des contraintes qui vont provoquer des déformations soient souples, soient cassantes. Dans ce dernier cas la rupture, provoquée lorsque la contrainte dépasse la résistance au cisaillement de la croûte terrestre, va se développer à partir d’un point et se propager sur un plan de faille, de l’énergie va ensuite se libérer. Celle-ci sera sous forme de : Déplacement d’un compartiment de la faille par rapport à un autre, Chaleur émise lors de ce déplacement, Vibrations qui vont se propager dans la croûte et atteindre la surface.


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Fig 1.3 : Structure de la Terre

1.2 Ondes sismiques Le point d’origine d’un tremblement de terre est appelé hypocentre ou foyer, il peut se trouver entre la surface et moins 700 km en dessous de la surface terrestre. On parle souvent aussi de l’épicentre qui résulte être le point situé à la surface de la Terre, à la verticale du foyer.

Fig. 1.4 : Origine de du séisme La secousse sismique se propage sous forme d’ondes sismiques. Ces ondes sismiques sont des ondes élastiques qui peuvent traverser un milieu sans le modifier durablement. Il existe 2 types d’ondes sismiques : les ondes de volume et les ondes de surface.


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Les ondes de volume Les ondes P ou ondes Primaires sont des ondes de compression (ou longitudinales) : elles compressent puis dilatent successivement le sol, parallèlement à la direction de leur propagation.

Fig. 1.5 : Ondes de type P Ceux sont les ondes les plus rapides pouvant atteindre jusqu'à 14km/s. On les enregistre bien sur la composante verticale du sismomètre.

Les ondes S ou ondes Secondaires sont des ondes de cisaillement (ou transversales). A leur passage, les mouvements du sol s’effectuent perpendiculairement au sens de propagation de l’onde.

Fig. 1.6 : Ondes de type S

Ces ondes ne se propagent pas dans les milieux liquides. Leur vitesse est plus lente que celle des ondes P (environ 1.7 fois plus lentes). Elles apparaissent en second sur les sismogrammes.

Remarque : La différence des temps d’arrivée des ondes P et S suffit, connaissant leur vitesse, à donner une indication sur l’éloignement du séisme. En confrontant les résultats de plusieurs stations, on peut alors localiser l’épicentre du séisme.


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Les ondes de surface Les ondes de surface ne sont pas crées au foyer comme les ondes de volume. En fait, lorsque les ondes de volume sont réfléchies sur les différentes discontinuités du globe, cellesci sont modifiées et deviennent des ondes de surface. Ces ondes ont la particularité de ne se propager que dans la croûte et le manteau supérieur. Les deux types les plus connus sont les ondes de Love et les ondes de Rayleigh.

Fig. 1.7 : Ondes de surface Les ondes de Love provoquent un ébranlement horizontal qui est la cause de nombreux dégâts aux fondations des édifices.

1.3 Action sismique Le mouvement sismique (ou action sismique) peut se décomposer en la somme d’une composante horizontale (suivant deux directions principales Hx et Hy) et d’une composante verticale Vz. Il est utile de savoir que la composante verticale est, à l’aplomb de l’épicentre, égale à la composante horizontale. Plus nous nous éloignons de cette épicentre, plus la composante verticale est importante par rapport à la composante horizontale, elle perd environ 50 à 70% de son influence. L’importance du mouvement vertical est souvent négligeable, car moins dommageable, que le mouvement horizontal. D’autant plus, du fait, que les structures soient réalisées pour supporter leur poids propre, cette composante verticale est moins importante, alors que la composante horizontale, elle, sera préférée pour dimensionner les structures à la résistance aux efforts horizontaux.

Fig. 1.8 : Décomposition de l’action sismique Garcia Jean-françois

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1.4 Intensité et magnitude d’un séisme On peut caractériser l’importance d’un tremblement de terre ou séisme par l’intermédiaire de différents paramètres. De part son intensité I (échelle de Mercalli), l’intensité mesure l’importance d’un séisme en un lieu donné d’après les manifestations ressenties par la population et les dégâts qu’il a pu provoquer. Pour un séisme donné, l’intensité dépend de la distance à l’épicentre, elle décroît quand cette distance augmente, mais des anomalies peuvent apparaître, dues à des conditions géologiques particulières et topographiques. Intensité

Dégâts Matériels

Degré I

secousse imperceptible par l'homme, inscrite seulement par les sismographes.

Degré II

secousse ressentie par un petit nombre de personne, surtout par ceux situés aux étages supérieurs des maisons.

Degré III

secousse faible ressentie par un certain nombre d'habitants, comme le serait l'ébranlement produit par une voiture lancée à grande vitesse; la direction et la durée de la secousse peuvent parfois être appréciées.

Degré IV

ébranlement constaté par quelques personnes en plein air, mais beaucoup à l'intérieur des maisons; vibration de vaisselle, craquement de planchers et des plafonds.

Degré V Degré VI

Degré VII

Degré VIII

ébranlement constaté par toute la population; réveil des dormeurs; ébranlement de meubles et de lits. des personnes effrayées sortent des habitations; tintement général des sonnettes, arrêt des pendules, crépis fendillés, vaisselle brisée, cloches mises en branle, chute de plâtras. maisons légèrement endommagées, lézardes dans les murs, chutes de cheminées isolées en mauvais état; écroulement de minarets, de mosquées ou d'églises mal construites. sérieux dommages, fentes béantes dans les murs, chute de la plupart des cheminées, des clochers; renversement ou rotation des statues, des monuments funéraires; fissures dans les pentes raides ou dans les terrains humides; chutes de rochers en montagne.

Degré IX

de solides maisons en construction européenne sont sérieusement endommagées, un grand nombre, rendues inhabitables; d'autres s'écroulent plus ou moins complètement.

Degré X

la plupart des bâtiments en pierre et en charpente sont détruits avec leur fondations; fentes dans les murs en briques; rails de chemins de fer légèrement recourbés; dommages aux ponts; tuyaux de conduites brisés, fentes et plis ondulés dans les rues; éboulements; l’eau des rivières et des lacs est projetée sur le rivage

Degré XI

destruction totale des bâtiments en pierre, des ponts des digues; larges déchirures et crevasses dans le sol; grands éboulements de terrain

Degré XII

rien ne demeure plus des œuvres humaines; changement dans la topographie; formations de grandes failles, dislocations horizontales et cisaillement du sol; rivières détournées de leur cours.

Tableau 1 : Echelle d’intensité de Mercalli Garcia Jean-françois

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De part sa magnitude M (échelle de Richter), c’est une évaluation de la quantité d’énergie libérée au niveau du foyer du tremblement de terre. Cette échelle, définie en 1935, est basée sur le principe d’enregistrement des mouvements du sol effectué en un certain nombre de points d’observations situés à des distances quelconques de l’épicentre. A partir d’une étude statistique, on a pu établir une corrélation entre l’énergie libérée par un séisme et la magnitude.

Magnitude 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Energie en J

3

~10 6 ~10 9 ~10 10 ~10 13 ~10 15 ~10 17 ~10 18 sup à 10

Tableau 2 : Echelle de magnitude de Richter

La magnitude mesure donc l’énergie totale libérée et ne doit évidemment pas être confondue avec l’intensité qui évalue les effets destructeurs en un lieu particulier. Ainsi un séisme de magnitude élevée peut ne pas avoir des effets destructeurs si son foyer est profond, et inversement un séisme de magnitude faible peut être très dévastateur (intensité se rapprochant des degrés IX, X voire plus) si son foyer est très proche de la surface terrestre. L’habitude fait que l’on parle souvent de l’échelle de Richter (par exemple les médias) pour caractériser un séisme alors que celle-ci peut être trompeuse si l’on ne se réfère pas à l’échelle de Mercalli.

1.5 Exemple de séismes célèbres et conséquences Séisme du Chili, 22 mai 1960 : magnitude 8,5 Graves dommages notamment sur les hôpitaux, il fut ressenti jusqu’aux environs de 900 km de l’épicentre.

Séisme de l’Alaska, 28 mars 1964 : magnitude 8,4 Sinistre de l’hôpital Elmendorf, un nombre signifiant de bâtiments scolaires furent touchés parmi lesquels les écoles de Denali Grade School, Anchorage High School et Government


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Hill Grade School. De nombreux dégâts sont la conséquence de plusieurs glissements de terrain. Il fut ressenti jusqu’à 700 km aux alentours de l’épicentre. Séisme de Mexico, 19 septembre 1985 : magnitude 8,1 Le groupe hospitalier de la ville de Mexico fut touché de façon très importante, de nombreux bâtiments stratégiques furent sinistrés, par exemple on peut noter le Centro Medico Nacional, l’Hospital General de la Secretaria de la Salud. De même, plusieurs établissements scolaires furent aussi touchés par les secousses, ainsi que les bâtiments assez « vieux » présentant de fortes charges et une mauvaise structure résistante.

Séisme de Kobe, 17 janvier 1955 : magnitude 7,2 Plusieurs dizaines de milliers de bâtiments rencontrent des problèmes de fissures, et beaucoup sont détruits notamment à cause d’incendies postérieurs au tremblement de terre (du fait des dommages au niveau des réseaux gaz, électricité, eau). Nous rencontrons aussi des problèmes sur les bâtiments stratégiques.


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2. La réglementation parasismique 2.1 Objectif principal L’objectif principal des règles parasismiques (PS 92 et Eurocode 8) consiste à sauvegarder le plus grand nombre possible de vies humaines. Il s’agit de concevoir, de dimensionner des structures capables de résister aux actions sismiques sans effondrement local ou général de celle-ci. La structure doit en quelque sorte se conserver au maximum dans son intégralité afin d’éviter toute chute de celle-ci ou partie de celle-ci.

2.2 Les règles applicables Lors de la réalisation de mon projet, les règles parasismique en vigueur sont régies par : Le décret 91-461 du 14 mai 1991 relatif à la prévention du risque sismique ; L’arrêté du 10 mai 1993 fixant les règles parasismiques applicables aux installations soumises à la legislation sur les installations classées ; La circulaire d’application du 27 mai 1994 énonçant les étapes à suivre pour la définition des mouvements sismiques ; L’arrêté du 29 mai 1997 fixant les règles applicables à l’existant ;

2. 3 Zone de sismicité Afin de pouvoir établir un dimensionnement suivant les probabilités d’occurrence sismique, il a été établi par la réglementation parasismique un zonage de sismicité classifiant les différentes zones de France où les règles parasismiques PS sont applicables. Il s’agit en fait des zones où il y a risque d’avoir un jour un tremblement de terre, cette répartition est présentée par le décret n°91-461 du 14 mai 1991. Ensuite afin de pouvoir établir le calcul de la structure, il faut prendre en compte la valeur de l’accélération nominale aN de calcul celle-ci correspond à l’accélération du sol et dépend à la fois de la zone de sismicité ainsi que de la classe de l’ouvrage. La valeur de cette accélération est fixée par le ministère de l’Equipement. Il existe 4 classes de bâtiments regroupées par type en fonction de leur rôle, à chaque classe de bâtiment est affectée une valeur de l’accélération de calcul suivant sa zone de sismicité. -

classe A : structure ayant comme fonction le stockage de matériel

-

classe B : bâtiments d’habitations ou bureaux


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-

classe C : bâtiments ERP, établissements scolaires

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classe D : ouvrages dits stratégiques hôpitaux, caserne pompiers…

Sur les deux cartes suivantes nous pouvons observer les différentes zones de sismicité fixée par la réglementation parasismique PS au niveau nationale et ainsi que celui des AlpesMaritimes.

Fig 2.1 : Zone de sismicité : France Classe de l'ouvrage Zone sismicité 0 Ia Ib II III

A / / / / /

B / 1.0 1.5 2.5 3.5

C / 1.5 2.0 3.0 4.0

D / 2.0 2.5 3.5 4.5

Tableau 3 : Accélération nominale aN (m/s2)


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Notre étude portera sur le modèle de zonage précédent, cependant le MEDD a publié fin 2005 une carte qui pourrait être identifiée comme le nouveau zonage sismique français. Cependant celui-ci ne fait pas, au jour d’aujourd’hui, l’objet d’un arrêté ministériel impliquant son utilisation et la non-conformité du zonage précédent.

2.4 Zonage départemental : Alpes Maritimes Alpes Maritimes Arrondissement

Nice

Zone

Cantons

II

Beausoleil, Breil sur Roya, Tende, L’Escarène, Guillaumes, Lantosque, Levens, Menton (tous les cantons), Nice (tous les cantons), Puget-Théniers, Roquebillière, Roquesteron, Saint-Etienne-de-Tinée, Saint-Martin-Vésubie, Saint-Sauveur-sur-Tinée, Sospel, Tende, Villars-sur-Var, Villefranche-sur-Mer

Fig 2.2 : Zone de sismicité : département des Alpes Maritimes


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2.5 Historique des séismes : la région niçoise La région de Nice a subi de nombreux séismes dont les principaux sont répertoriés sur le tableau suivant.

Tableau 4 : Historique des sinistres région niçoise Voici l’exemple de l’école maternelle du quartier Saint Etienne de Nice, lors du tremblement de terre de 1887 d’une magnitude de 6,3 et d’intensité V, toute la maçonnerie de l’angle Sud Ouest s’est écroulée entraînant, avec elle, les planchers et la toiture et provoquant des dizaines de pertes.

Fig 2.3 : La maison d’école maternelle (quartier de Saint Etienne)


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3. Effet des séismes sur l’environnement 3.1 Tassements Des tassements importants peuvent être la conséquence de séisme. Un sable sec soumis à des vibrations fortes peut donné lieu à des tassements de terrain. Ces tassements peuvent être estimés par la mesure des vides du sable sec, ils peuvent atteindre une dizaine de centimètres et être fortement préjudiciables pour tout type de construction.

3.2 Liquéfaction Un phénomène très courant lors d’un passage d’un tremblement de terre est le phénomène de liquéfaction, les sables fins saturés en eau peuvent en être le siège très souvent. La mise en mouvement du sol entraîne une remontée de la pression interstitielle provoquant la réduction de la résistance au cisaillement de ce sol jusqu’à atteindre une résistance nulle. Cette annulation de la résistance au cisaillement provoque que le sol se comporte dès lors comme un liquide, d’où le terme de liquéfaction du sol. Une des conséquences de la liquéfaction est le fait qu’une couche non liquéfiable se trouvant sur une couche liquéfiée provoquera qu’il y ait un glissement de la première couche sur la deuxième. Ce glissement entraîne le plus souvent la chute ou le renversement du bâtiment. Pour remédier à ce problème, des essais sont réalisés en laboratoire par des géotechniciens afin d’examiner si le sol de fondation de la future structure est liquéfiable. En général il s’agit de sable fin à moyen à grains arrondis et saturé en eau, se trouvant entre deux couches d’argile imperméable. Lorsque c’est le cas il est préférable de ne pas fonder la structure sur ce type de sol et essayer d’atteindre d’autres profondeurs où le terrain sera plus avantageux.

Fig 3.1 : le phénomène de liquéfaction


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3.3 Tsunami Lors d’un tremblement de terre, si celui-ci a lieu en fond de mer et que le mouvement relatif des bords de la faille est de type vertical, il entraîne soit une aspiration d’eau soit une poussée appliquée à l’eau.

Fig 3.2 : Le phénomène du Tsunami


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4. Vulnérabilité sismique des Bâtiments 4.1 Introduction L’efficacité d’un plan d’urgence ou de réponse à un séisme vient du fait que les bâtiments puissent être capables de résister à un effondrement en cas de secousse. En ce sens, le risque sismique dans une certaine zone est lié au comportement de nos structures. En général, le risque sismique se caractérise par sa variation dans le temps et dans l’espace, il est fonction non seulement de la zone de sismicité mais aussi de la densité de la population, du niveau du développement économique et des moyens mis en œuvre pour résister à une crise post-sismique. Naturellement, la catastrophe sera d’autant plus grande que le séisme soit plus ou moins proche d’un centre urbain, ou bien que son intensité soit plus ou moins importante, tout comme la densité de la population et le niveau social de la ville. Cela représente donc plusieurs facteurs à considérer. Les mesures de prévention contre les effets d’un possible désastre sismique doivent être prises en considération de la part des collectivités territoriales ou locales. Ces mesures auraient pour objectif la réduction du risque sismique, et empêcher un impact négatif qu’aurait un tremblement de terre sur le développement économique. Tous les centres urbains situés dans des zones de sismicité importante sont sujets à de tels risques en cas d’un séisme. La connaissance de ces risques est primordiale à l’heure d’établir un plan d’urgence. C’est pourquoi la vulnérabilité sismique des bâtiments existants joue un rôle important puisque c’est à partir de cette étude que des mesures et un plan d’urgence pourraient être établi. Une étude de la vulnérabilité sismique des bâtiments doit permettre l’évaluation de la vulnérabilité intrinsèque de la résistance des bâtiments mais aussi doit permettre d’estimer l’impact qu’aurait la dégradation de tel ou tel bâtiment si celui-ci fait parti des bâtiments dits « stratégiques ». Par la suite, nous allons introduire le concept de la vulnérabilité sismique et ses relations avec les notions de risques sismiques et d’aléas sismiques.

4.2 Risque et vulnérabilité sismique Si l’on se réfère à la terminologie proposée en 1980 par l’UNDRO –Office of the United Nations Disasters Relief Coordinatoor- on entend par Aléa sismique, la probabilité d’occurrence d’un évènement en terme d’intensité, au cours d’une période de référence, une secousse sismique atteigne ou dépasse en ce site une certaine valeur.


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On entend par Risque sismique le degré de pertes, de destructions ou de dégâts sur une période de référence (en général un an) sur une région donnée. Les pertes se réfèrent aux vies humaines et aux biens exposés. On définit la Vulnérabilité sismique par le degré d’endommagement pour différents évènements. La vulnérabilité dépend des caractéristiques physiques et géométriques des bâtiments. Enfin on définit la valeur, le terme représentant la valeur de l’élément exposé. Cette valeur est de nature socio-économique. Dans le cas d’un danger sismique naturel, la valeur exposée au risque est avant tout celle du bâtiment, de leurs occupants, de leurs contenus ainsi que de leurs coûts. Finalement, le risque peut être exprimé comme le produit de l’aléa sismique (probabilité d’occurrence), de la vulnérabilité (degré d’endommagement) et de la valeur de l’élément exposé.

Risque sismique = Aléa sismique ×Vulnérabilité sismique × Valeurs

Risque sismique

Conséquences : Valeurs Vulnérabilité

Danger : aléa sismique

La vulnérabilité représente le comportement intrinsèque de la structure vis-à-vis de la probabilité d’occurrence d’un séisme. Pour mesurer les dégâts possibles que pourraient souffrir les bâtiments en cas de séismes une échelle serait de considérer des dommages variables de 0 pour un dommage nul à 1 pour la destruction complète de la structure. Pour la suite de notre étude il va falloir définir des critères pouvant être considérés comme des critères intervenant sur la solidité et la résistance de la structure vis-à-vis des tremblements de terre.


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5. Effets des séismes sur des bâtiments 5.1 Dommages provoqués par les séismes Avant de procéder à la définition de critères de vulnérabilité et de commencer la méthode d’évaluation, la première démarche consiste à prendre connaissance des dommages causés par la venue d’un tremblement de terre. Le retour d’expérience est toujours la première étape avant de commencer une toute étude. Les photos suivantes vont nous permettre de prendre conscience des zones sensibles vis-à-vis des séismes, de savoir celles qui sont le plus vulnérable. Il faut arriver à l’interprétation de ces dommages. Ceci est le point de départ de notre démarche qui sera l’établissement de critères de vulnérabilité pour la mise en place d’une méthodologie afin de réaliser un classement du bâti existant.

5.2 Les éléments porteurs Photo 1 : Les poutres

Mise en place de poteaux métalliques

Fissures puis rupture aux extrémités des poutres

Sur cette photo, nous pouvons observer que les extrémités des poutres sont les zones touchées. Le séisme a provoqué la fissuration de ces parties et par la suite la rotation de celles-ci, provoquant de ce fait une rotation du plancher. Toutefois nous pouvons remarquer que le bâtiment ne s’est pas totalement écroulé, la ruine n’est pas totale. Ce cas présente aussi le problème de l’espacement du joint de dilatation, on peut remarquer la présence de poteaux métalliques soutenant le bâtiment de droite. Celui-ci a dû souffrir les déplacements du bâtiment accolé, de ce fait, sa solidité se retrouve amoindri. La mise en place de ronds métalliques a été jugée nécessaire.


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Photo 2 : Les poteaux

Dans ce cas, la zone de rupture suite à l’action sismique a eu lieu au niveau de la base des poteaux. Bien que le poteau de droite ne soit pas la base d’un poteau de la structure de gauche, le résultat doit être similaire à la photo de droite. Il y a eu éclatement en pied de poteau ce qui a provoqué ces dégradations. Cet éclatement vient du fait que les crochets des étriers ne soient pas conforme à la réglementation, celle-ci préconise des crochets faisant un angle de 135° et non de 90° comme les étriers de ces poteaux.

Certaines structures présentent une carence d’éléments porteurs verticaux (poteaux, voiles, murs de refend), dans ce cas le collapse de la structure est quasiment inévitable. Ces structures présentent une très forte vulnérabilité.


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5.3 Les éléments non porteurs Photo 3 : Les ouvertures fenêtres et portes

Les ouvertures dans une façade constituent de nombreux points de vulnérabilité en cas de séisme. Ces zones sont très souvent sujettes à des fissures importantes mettant en jeu la solidité de la structure. Ces fissurations sont de type X et ont lieu entre deux ouvertures par exemple.

Sur ce bâtiment, on note l’apparition de fissures sur le linteau de l’ouverture, une façade entière s’est effondrée sur le bâtiment de droite présentant une grande ouverture en rez-de-chaussée. Il arrive qu’en cas de réhabilitation d’un bâtiment des ouvertures soient créées en rez-de-chaussée augmentant davantage sa vulnérabilité. Il s’agit de très grandes percées réalisées le plus souvent pour des commerces ou des bureaux, ou bien de baies


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vitrées, ces travaux bouleversent considérablement le comportant des anciens murs (par exemple façade en pierre…) et ne font que les affaiblir.

Cette ouverture en est un exemple bien qu’elle ne soit pas une vitrine de magasin ou une ouverture d’accès, elle devient vulnérable en cas de séisme.

Photo 4 : Les façades en briques ou non encastrées avec la structure porteuse

Chute de briques d’agglomérés, voire biens d’équipements cas de prolongation secousse.

ou de en de

Mise en place de barrière de sécurité afin d’éviter le passage lors de nouvelles chutes.

Les structures comportant des façades non rigidifiées avec la structure porteuse sont aussi l’objet de chutes, en général sur la voie publique. Dans ce cas, le plus souvent la structure peut ne pas être touchée par le séisme mais des chutes de cette sorte sont à éviter le plus souvent. Le manque de ferraillage permettant la liaison (encastrement) avec les poteaux et les poutres est une des raisons pour laquelle le remplissage des cadres de ces façades puisse chuter.


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C’est le cas de certains bâtiments anciens, réalisés de cette façon dans les années précédent les dispositions constructives des règles parasismiques. Dans notre cas, sur la région de Nice, il s’agit de structures construites avec des agglomérés creux en façade pouvant entraîner des chutes en cas de séismes. La brique rouge n’est pratiquement pas utilisée comme matériau de façade dans la région, son utilisation est plus courante dans le nord.

Chutes importantes de fenêtres et d’allèges.

Photo 5 : Le problème des cheminées

Conduite de grande hauteur, risque accrue de chute.

De nombreux bâtiments comportent des souches de cheminées qui peuvent être vulnérables au cours d’un séisme. C’est une situation très courante sur les bâtiments y compris de nombreuses écoles maternelles sur Nice. Ces cheminées présentent un risque de chute considérable en cas de secousse prononcée. Celle qui apparaît sur la photo est d’autant plus vulnérable car elle présente une hauteur d’un bon mètre voire plus.


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Photo 6 : Les problèmes de liquéfaction

La liquéfaction des terrains résultant d’un tremblement de terre entraîne des désordres au niveau de la composition du sol où reposent les fondations. Ceci provoque l’affaissement de la couche non liquéfiée sur la couche liquéfiée, et a pour conséquence le mouvement ou la giration de la structure.

Le rez-de-chaussée de cette structure est devenu quasiment souterrain, la liquéfaction du sol a entraîné son enfoncement.


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Conclusion Cette première partie de mon étude a eu pour objet de présenter les conséquences plus ou moins graves que peut occasionner un tremblement de terre. Il parait inéluctable qu’une prise de conscience de la part des collectivités s’impose. Il s’agissait dans un premier temps de connaître prendre connaissance des règlements et des textes concernant le parasismique. Afin de pouvoir mettre en place une méthode d’évaluation du risque sismique il a fallu étudier les dommages courants que pouvait occasionner l’action d’un séisme sur les bâtiments, il s’agissait de déterminer les zones les plus influencé par les actions sismiques. A partir de ces informations il va falloir mettre en place cette méthode avec des critères de vulnérabilité à justifier. Il s’agira d’une méthode qualitative puisqu’elle sera mise en place pour évaluer la vulnérabilité de bâtiments anciens. Il ne s’agit pas d’étudier des bâtiments récents puisque ceux-ci sont calculés de nos jours avec les règles PS92 donc de ce fait sont des structures parasismiques. Qualiconsult se propose de renseigner les différentes collectivités locales vis-à-vis de la vulnérabilité en leur présentant une étude permettant de noter les différents bâtiments à risque sur les différentes communes.


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6. Etudes de critères de vulnérabilité Nous allons dans cette seconde partie proposer une méthode qui devra nous permettre d’évaluer la vulnérabilité du bâti existant. Cette méthode sera proposée aux collectivités territoriales ou locales ainsi qu’à la mairie de Nice et des communes avoisinantes afin de proposer un diagnostic des bâtiments existants. Il s’agit de la part de Qualiconsult d’avoir les moyens de proposer une telle étude et de faire prendre conscience aux responsables locaux de la vulnérabilité de leurs bâtiments. Cela peut aussi être un moyen pour renseigner les services techniques des communes concernant le budget à prévoir et à consacrer aux travaux concernant les bâtiments à forte vulnérabilité. Déterminer les bâtiments et les structures les plus vulnérables vis-à-vis du séisme au niveau d’une région, d’une ville ou d’un grand nombre de bâtiments est une tâche particulièrement ambitieuse et difficile pour différentes raisons :

Tout d’abord, il est souvent difficile d’avoir accès à toutes les informations nécessaires à ce type de diagnostic, (plans de ferraillage, plans des fondations, caractéristiques du sol, schéma du système porteur, code de dimensionnement utilisé…).

Travailler au niveau d’une ville ou d’une région signifie aussi devoir étudier un nombre de bâtiments ainsi qu’une variété importante de types de structures (maçonnerie, béton armé, portiques, murs porteurs…) très souvent avec des moyens financiers bien évidemment limités voire nul dans le cas de mon projet.

De plus, bien appréhender le comportement sismique d’une structure existante est bien plus difficile que de la dimensionner, en effet, on sait évaluer le comportement d’une structure qui respecte les dispositions constructives et les règles de l’art, par contre il est bien plus difficile de prévoir le comportement d’une structure ne respectant pas les dispositions constructives et qui ne peut pas être associée à un modèle règlementaire de comportement.

Enfin lorsqu’on travaille sur ce phénomène, il est intéressant de profiter du retour d’expériences de catastrophes naturelles ayant eut lieu par le passé pour pouvoir quantifier l’importance des dommages en fonction du niveau de l’agression sismique, quels sont les bâtiments ayant le plus souffert lors de séismes passés, quelle peut être la relation entre l’intensité su séisme à un endroit donné et les dommages causés par celui-ci (pertes économiques et humaines). Or nous ne possédant pas à ce jour de tels retours d’expérience provenant du territoire français.


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Cette méthode a été définie sur la base d’une réflexion réalisée par des membres de l’AFPS mais jamais utilisée jusqu’à présent, et sur la base d’une analyse des méthodes étrangères déjà utilisées (notamment concernant une analyse de la vulnérabilité des bâtiments militaires aux Etats-Unis). L’étude préalablement réalisée (premier rapport) concernant les dommages des séismes sur les structures a aussi été nécessaire à la réalisation de la méthode. Cette réflexion s’est inscrite dans le cadre du contexte français, à savoir :

Une sismicité modérée sur la région de Nice ne permettant pas la mobilisation des moyens disponibles dans des pays ou des zones à très forte sismicité

Des typologies de constructions différentes des autres pays

Aucun (ou presque) retour d’expérience sur les conséquences d’un séisme destructeur sur le territoire métropolitain.

Malgré tout, la liste de nos critères devra évidemment prendre en compte l’expérience et le diagnostic des bâtiments dégradés par des séismes (rapport des membres de l’AFPS lors de sinistre à l’étranger). A ces critères, il leur sera affecté un coefficient permettant leur évaluation. Ces coefficients ont fait l’objet d’une concertation avec des ingénieurs spécialisés en génie parasismique Messieurs Christian Thibault et Frédéric GARCIAS, afin d’avoir une validation de la méthode, en validant ces critères ainsi que les coefficients qui leur sont affectés pour obtenir une méthode viable. L’évaluation de la vulnérabilité sera établie par un indice allant de 0 à 1, sachant que plus nous sommes proches de 1 plus la vulnérabilité de la structure sera importante. La méthode de vulnérabilité sera divisée en quatre étapes faisant intervenir différents critères de vulnérabilités. La première concernera la typologie des bâtiments, la seconde sera plus technique et prendra en compte des concepts structuraux nécessitant l’avis d’expert afin de bien noter les bâtiments à étudier. La troisième partie prendra en compte le cadre règlementaire avec son zonage sismique. Enfin, dans la dernière partie, nous obtiendrons notre note de vulnérabilité. Celle-ci sera la moyenne des différentes notes obtenues dans les trois premières étapes affectées des coefficients qui leurs correspondent. Il s’agit d’une échelle croissante, la note que nous attribuerons correspond en réalité à un coefficient de pénalité puisque, comme nous l’avons dit plus celle ci est élevée, plus le bâtiment sera vulnérable et donc nécessitera des travaux de confortement plus importants avec des techniques plus évoluées.


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6.1 Méthodes étrangères Depuis plusieurs années, les régions du monde qui ont subi de forts séismes destructeurs ayant provoqués d’importantes destructions ont initié des méthodes d’analyse de la vulnérabilité à grande échelle. Directement issues de retours d’expérience, elles dépendent de l’échelle pays, région, commune autant dire l’échelle qui nous intéresse à nous, bureau de contrôle afin de pouvoir établir une rapide classification. Elles dépendent aussi du nombre de bâtiment à étudier ainsi que du budget et du temps disponible pour l’analyse. Outre les méthodes très précises de diagnostic sismique réalisé bâtiment par bâtiment il existe différentes « grandes échelles » d’investigation :

Des analyses très globales : utilisant directement les répartitions statistiques de dommages des échelles d’intensités (échelle MSK, EMS 98..) provenant de retour d’expérience.

Des analyses globales : où les bâtiments ne sont pas analysés individuellement mais de façon statistique.

Des analyses précises : où les bâtiments sont analysés individuellement mais avec des méthodes simplifiés, des calculs simplifiés sont parfois mais pas toujours réalisés à ce niveau. C’est dans cette échelle que porte notre étude.

6.1.1 Méthode AFPS et méthode américaines La méthode à laquelle nous avons aboutie est basée principalement sur les deux méthodes qui sont celles des membres de l’AFPS (cahiers technique de l’AFPS n°25), il s’agit d’une méthode d’un groupe de travail AFPS sur la vulnérabilité sismique des bâtiments existants - analyse à grande échelle, et de la méthode américaine concernant la vulnérabilité du parc militaire ATC 21 (TI 809-51) de l’US Army Corps of Engineers. Toutes deux se basent sur l’analyse visuelle des bâtiments avec une partie typologie, une partie concernant la structure du bâtiment ainsi que sa zone d’implantation, la destination du bâtiment et l’effectif que celui ci peut contenir.

6.1.2 Méthode Américaine La méthode américaine a précédé celle du groupe de travail de l’AFPS. Depuis les années 80, de nombreux rapports traitant de la vulnérabilité sismique du bâti existant ont été publiés par le Applied Technology Council (ATC). Ces rapports ont contribué à établir une typologie standard américaine, ceux sont des méthodes d’évaluation sur la vulnérabilité basées sur des fiches de relevés. L’analyse d’un bâtiment doit permettre de déterminer son type en le rattachant à une typologie précise. Pour cela différents critères de vulnérabilité ont


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été définit concernant à la fois la typologie, le type de structure la nature de la structure, l’effectif. De plus différentes maquettes sont mises en places afin de pouvoir analyser les bâtiments suivant la zone de sismicité avec des accélérations nominales différentes, ces critères sont joints en annexe du rapport.

6.1.3 Méthode AFPS La méthode du groupe de l’AFPS est basée sur les facteurs aggravant la vulnérabilité sismique des bâtiments. Cette méthode proposée par ce groupe de travail se veut bien plus précise que la méthode américaine. La méthode que nous proposons dans notre étude s’avère similaire à celle établie par l’AFPS mais en essayant de l’optimiser et de la rendre plus accessible pour un bureau de contrôle. Il s’agissait de synthétiser et de classer les différents critères de manière à pénaliser les facteurs les plus vulnérables. Certains critères de la méthode sont différents de celle de l’AFPS, en accord avec les ingénieurs que j’ai pu rencontrer comme M. Thibault. Par la suite, il s’agit de la description de la méthode et de la justification des différents critères qui ont était retenue en se référant aux deux méthodes précédentes. La méthode de l’AFPS est aussi jointe en annexe de ce rapport.

6.1.4 Méthode de vulnérabilité La méthode qui va être présentée se divise en trois étapes différentes. Il s’agit de faire intervenir, comme dans les méthodes précédentes la typologie du bâtiment (Etape1), une analyse visuelle de la structure (Etape 2) et l’aspect réglementaire (étape 3). La notation sera la suivante, l’indice de vulnérabilité sera la moyenne des valeurs obtenues à chaque étape différente affectées de leurs coefficients de pondérations. Les deux premières étapes seront chacune notée sur 1, la troisième étape faisant intervenir la zone de sismicité sera notée sur 0,5. La notation se base sur des statistiques observées lors de retours d’expériences, les coefficients se basent sur les pourcentages (les causes de la destruction de la structure) et sur l’importance des dommages que chaque critère peut avoir. La moyenne de ces valeurs nous permettra de retomber sur une valeur de vulnérabilité incluse entre 0 et 1, les différentes classes de vulnérabilité entre 0 et 1 seront définies par la suite.


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6.2

Première étape : Typologie du bâtiment 6.2.1 Définition de critère de base

En tout premier lieu, pour commencer le diagnostic d’un bâtiment, la typologie de celui-ci rentre en jeu. Il faut connaître sa structure, le type de matériau utilisé, son année de construction, ainsi que l’état d’entretien des ces matériaux. Effectivement, il faut différencier les bâtiments construits en béton armé des bâtiments construits en charpente métallique ou bien de ceux construits en maçonnerie dite traditionnelle. Ces différents matériaux ne réagissent pas de façon identique face au séisme, en effet ils confèrent aux bâtiments une souplesse plus ou moins importante, une rigidité différente, une masse par plancher différente ce qui fait réagir les bâtiments de façon très distincte suivant les matériaux utilisés. Il faut alors établir une différenciation de ces bâtiments par périodes de construction suivant les méthodes plus couramment utilisées durant celles-ci. Le critère de vulnérabilité V1 sera finalement la somme de quatre facteurs, il s’agit de la période de construction, de l’état d’entretien, des matériaux utilisés ainsi que de la hauteur de la structure. Ce coefficient sera un coefficient de pénalité au plus égale à 1. Concernant la période de construction de notre structure nous allons distinguer à la fois les techniques de mises en œuvre ainsi que les règlements de l’époque en vigueur. On s’appuiera sur les différents types de règlements c'est-à-dire concernant le béton, le métal puis le parasismique et leurs dates de mise en application. Les périodes que nous prenons en compte sont les suivantes Après 1992 Entre 1977 et 1992 Entre 1949 et 1977 Entre 1880 et 1949 Avant 1880

VA=0,06 VA=0,12 VA=0,18 VA=0,24 VA=0,30

Le coefficient le plus élevé correspond à la période avant 1880 où les bâtiments étaient principalement construits en maçonnerie lourde, traditionnelle. L’intervalle suivant concerne l’apparition du béton armé, on construit alors des bâtiments en béton armé mais les armatures employés ne sont que des aciers ronds lisses ce qui ne confère pas aux bâtiments une très grande résistance et stabilité. Ensuite, arrive les améliorations du béton armé avec l’emploie courant des aciers à Haute Adhérence HA bien plus résistant que les aciers doux. L’année 1977 correspond aux premières applications des règlements parasismiques de 1969. Les dispositions constructives concernant le parasismique sont, dès lors, constamment utilisées, d’où de meilleures réactions de la part de bâtiments construits après cette date. Arrive ensuite les dernières réglementations parasismiques en vigueur depuis 1992, pénalisé malgré tout puisque le risque nul n’existe pas.


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Nous définissons ensuite des coefficients concernant le type de matériau utilisé. Les différents matériaux qui peuvent être employés ne réagissent pas de la même façon vis-à-vis des forces Hx et Hy résultantes d’un séisme. La maçonnerie présente un coefficient de pénalité supérieur à l’utilisation de BA ou bien de charpente métallique. Effectivement, la maçonnerie concerne les techniques de maçonnerie dite lourde ou en blocs, ces méthodes présentent le défaut d’une faible quantité d’armatures (manque de chaînages verticaux et/ou horizontaux). Le contreventement dans les deux directions de ces bâtiments est assuré par des murs porteurs en maçonnerie lourde ou bien par une ossature poteaux/poutres avec remplissage de blocs ou agglomérés. Ce contreventement n’est pas aussi efficace que celui réalisé par des murs porteurs en béton armé, ou bien une ossature métallique constitué de profilés, bardages métalliques et autres croix de saint André. Certains matériaux sont donc plus sensibles vis-à-vis des séismes, les coefficients VM (matériau structurel) que nous affecterons à ces matériaux sont les suivants :

Fig. 6.2 : Structure maçonnerie

Fig. 6.1 : Structure béton armé

Béton armé Charpente métallique Maçonnerie Préfabrication

VM=0,10 VM=0,20 VM=0,30 VM=0,30

Le coefficient de pénalité pour une structure en BA mais avec une ossature porteuse préfabriquée sera de VM=0,30. Les ossatures préfabriquées présentent l’inconvénient d’une mauvaise mise en œuvre des liaisons poteaux poutres. D’où une plus forte présomption en cas de séisme, plus haut risque d’affaissement du bâtiment, dû à la mauvaise homogénéité des liaisons.


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Le coefficient de pénalité pour une structure réalisée en maçonnerie mais avec une absence de chaînages horizontaux ou verticaux sera considéré comme étant un paramètre entraînant une forte vulnérabilité. Ce coefficient sera fixé à VM=0,30 si le bâtiment justifie de cette absence. En se référent aux règles parasismiques PS92 (art 11.43), les dispositions constructives minimales à prévoir concernent un chaînage vertical CV en Acier FeE500 (4HA10) sur toute la hauteur du bâtiment de plancher à plancher, ainsi qu’un chaînage horizontal CH du même type.

Manque de chaînage vertical, risque de sinistre dû aux vibrations.

Fig. 6.3 : Structure en maçonnerie

Photo 1 : Extraits de www.stuctureparasismic.com séisme d’Alger 2003 Ces deux photos confirment le comportement critique des bâtiments manquant de chaînage. Dans ce cas, il s’agit de la maçonnerie en briques rouges et de voiles en pierre.


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A cela, s’y ajoute des coefficients de pénalités VE sur l’état d’entretien des ces matériaux utilisés. La qualité de ces matériaux entre en jeu vis-à-vis de la résistance de celuici face aux charges créées par l’apparition d’un séisme. Une structure présentant des fissurations de type structurelle met en péril le comportement résistant de celui-ci, par exemple, des fissurations entraînent la corrosion des certaines armatures jouant un rôle dans la reprise des efforts dans les zones tendues. La corrosion des ces armatures provoque une diminution de la capacité résistante de ces aciers. On va distinguer trois différents type d’entretien des matériaux, de la structure.

Bon Moyen Mauvais

VE=0,00 VE=0,05 VE=0,10

Enfin, nous devons faire intervenir la hauteur des bâtiments. En effet, celle-ci influence fortement le comportement de la structure, un bâtiment de simple rez-de-chaussée ne sera évidemment pas aussi vulnérable qu’un bâtiment de très grande hauteur. Cependant il ne faut pas se focaliser sur cette idée, certains IGH sont peuvent être beaucoup moins vulnérable que certains bâtiments à seulement deux étages situés sur des sols de fréquence de résonance identique et par conséquent beaucoup plus sensibles à des dégradations. Toutefois nous considérons que les bâtiments, supérieurs à trois niveaux de planchers, sont pénalisés plus fortement, nous ne prendrons pas en compte le type de sol car ces informations ne sont pas toujours évidentes à obtenir par manque de moyens.

RDC R+1 R+2 R+3 et plus


VE=0,10 VE=0,20 VE=0,30

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COEFFICIENTS DE PENALITE (V1) – Etape 1 BATIMENT - TYPOLOGIE: Critère de base :

V1 = VA + VM + VE+VH année construction après 1992 entre 77 et 92 entre 49 et 77 entre 80 et 49 avant 1880

matériau béton armé charpente metallique maçonnerie prefa

entretien bon moyen mauvais

hauteur rdc r+1 r+2 r+3

Total critère V1


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6.2 Deuxième étape : Implantation et Structure 6.2.1 Implantation du bâtiment Concernant la localisation et l’implantation du bâtiment à diagnostiquer, les facteurs essentiels à prendre en compte sont la pente générale du terrain et les changements brusques de pente du terrain.

h

h d

<30°

Ces considérations sont à prendre en compte car des risques d’éboulement en falaise peuvent avoir lieus au cours d’un tremblement de terre. Des chutes de pierres, de rochers sont à prévoir d’où un important risque vis-à-vis de la sécurité des habitants. Concernant la pente générale du terrain nous entrerons dans la sécurité et nous affecterons une pénalité à un bâtiment construit sur un terrain ayant une pente supérieure à 30%. Concernant le deuxième critère, il s’agit de mettre l’accent sur les bâtiments construits à flan de colline, comme cela peut être le cas de nombreux bâtiments sur Nice. Plus le bâtiment est proche de la « falaise » ou du changement de pente, plus le bâtiment risque de glisser, la distance fixée est une distance inférieure à deux fois la hauteur du bâtiment. Les coefficients que nous affecterons à ces deux critères sont les suivants :

Pente générale du terrain (p>30%) Changement de pente (d<2h)

V=0,025 V=0,040

De même, il faudra prendre en compte l’hypothétique proximité d’un mur de soutènement ou bien d’un talus proche d’un bâtiment. Nous pénaliserons dans ce cas les édifices ne respectant pas la distance de deux fois la hauteur h de celui-ci. Le coefficient de pénalité sera légèrement inférieur à celui d’un changement de pente mais bien supérieur à celui d’une pente générale, puisque l’écroulement du mur provoquerait un sinistre plus important. D’autant plus que généralement, ces murs de soutènement sont très proches des bâtiments, par exemple,sur un terrain en pente, une école se situant sur le bas côté de la route, donc juste en dessous d’un mur de soutènement.

Proximité d’un talus ou soutènement (d<2h) Garcia Jean-françois

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V=0,030

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6.2.2 Avoisinants du bâtiment Cette partie concerne les bâtiments avoisinants le bâtiment qui devra être diagnostiqué. Il s’agit d’indiquer la présence ou non d’un joint de dilatation, la qualité de ce joint, ou bien la présence d’un bâtiment à proximité ne respectant pas une certaine distance. La rigidité latérale des bâtiments étant plus faible que la rigidité verticale, les oscillations horizontales des bâtiments sont en générale les plus dangereuses. Ils subissent des translations, des balancements et des déformations d’ensemble qui se répercutent sur les divers éléments constructifs. Les déplacements relatifs des étages, peuvent être importants dans le cas de bâtiments élancés et flexibles, et être à l’origine de la destruction d’éléments non structuraux Les bâtiments doivent être protégés contres contre l’entrechoquement avec les structures adjacentes. Pour cela il faut :

Que la distance entre la ligne de séparation et les points d’impacts potentiels ne soit pas inférieure au déplacement horizontal maximal du bâtiment. Que la distance entre les bâtiments ne soit pas inférieure à la somme des déplacements horizontaux maximaux des deux bâtiments. u2

u1

d

Une distance d≥u1+u2 sera donc à respecter. Nous pénaliserons les bâtiments dont le joint de dilatation est inférieur à 4cm (le joint est soit insuffisant soit obstrué), nous affecterons aussi une pénalisation lors qu’il y a présence d’un bâtiment sur une distance inférieure à la hauteur du bâtiment à diagnostiquer (d

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A noter que la distance à respecter croit avec la hauteur des bâtiments, il faut dans certains cas de bâtiments de plusieurs étages plusieurs centimètres d’espacement. Notre étude se limiterait à des bâtiments inférieurs à des R+4 voire R+5, nous limiterons cet espacement à 4cm. Si les niveaux des planchers d’un bâtiment sont les mêmes que ceux du bâtiment adjacent, la distance minimale citée ci-dessus peut être réduite par un coefficient de 0,7. Par contre il faudra éviter la configuration suivante, nous pénaliserons également les bâtiments, bien que l’espacement du joint de dilatation soit respecté, présentant des planchers à des niveaux différents que le bâtiment qui lui est accolé.

Danger, risque de choque plancher/poutre avec rupture de celui-ci a mi-hauteur

d

Cette configuration peut s’avérer très dangereuse, en cas de déplacement horizontal important du bâtiment, il a risque de choc entre le plancher du bâtiment de droite et les poteaux ou voiles du bâtiment de gauche. Il y a un risque accru de rupture à mi-hauteur de ces éléments structuraux. Certes, il n’est pas toujours évident de vérifier les niveaux des étages avec les bâtiments qui sont accolés, par manque d’autorisation (espace privé) mais il est viable de pénaliser le bâtiment dans ces cas.

Présence de bâtiments proches (d

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V=0,020 V=0,025

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6.2.3 Configuration du bâtiment en plan et élévation Régularité en plan Le mouvement sismique est un phénomène bidirectionnel, comme nous l’avons vu dans notre première partie. La structure du bâtiment doit être capable de résister à des actions horizontales suivant les deux directions et les éléments structuraux doivent des caractéristiques de résistance et de rigidité similaires dans les deux directions principales, ce qui se traduit par le choix de formes symétriques. La forme idéale se rapproche d’une forme symétrique suivant les deux axes, des dégâts importants ont souvent été observés à la jonction des pans dans des structures composées de plusieurs pans perpendiculaires. Les raideurs flexionnelles suivant les directions principales sont très différentes sont très différents dans un bâtiment rectangulaire. Il en résulte des périodes propres différentes de 2 ailes perpendiculaires soumises à une action sismique d’orientation donnée, d’où une réponse (fonction du temps) différente et une concentration de problèmes à la jonction des ailes perpendiculaires. Voici les configurations de bâtiments favorables, certaines sont moins fréquentes que d’autres.

Les formes rectangulaires apparaissent comme étant des formes intéressantes par contre il faut éviter que ceux-ci soient trop élancés. En effet, on considère que la longueur de notre structure ne doit pas dépasser environ quatre fois la largeur de celui-ci, cela engendrerait des moments de torsion trop importants sur le bâtiment. De même, les parties en décrochage sont des facteurs favorisant les torsions en plan, ce qui provoque une concentration de contraintes au niveau de l’angle droit de décrochage.


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Nous affecterons les coefficients suivants à ces différents aspects structuraux.

Dissymétrie en plan Elancement en plan (L/l>4) Partie en décrochage (saillante ou rentrante)

V=0,035 V=0,010 V=0,015

Les déplacements horizontaux du sol produisent des oscillations de torsion des constructions, couplées avec leurs oscillations latérales. Les effets des oscillations de torsion sont importants dans le cas des bâtiments de forme irrégulière ou possédant un contreventement excentré.

Régularité en élévation En élévation, les principes de continuité se traduisent par un aspect régulier de la structure sans variation brutale de configuration ou bien de décrochage. De telles variations entraînent des sollicitations locales très élevées au niveau des arêtes de jonctions. Les constructions ayant des décrochements extérieurs en élévation doivent soient être scindées par des joints de fractionnement en blocs élémentaires sans décrochements soient dans le cas de la maçonnerie recevoir des chaînages verticaux de renforcement.

Cette structure irrégulière présente le défaut de joints de fractionnement, ces joints doivent assurer l’indépendance complète entre chaque bloc permettant ainsi d’éviter les interactions de comportement en cas de séisme. Nous pourrons considérer cette configuration comme des parties avec retraits en façades entraînant la formation d’un bloc supérieur qui interférera avec le bâtiment en cas de séisme.

Retrait sur une façade


Retrait sur deux façades

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La variation de raideur ne se fait pas de manière continue, lorsque des parties sont en retrait comme sur les structures, ci-dessus, la réponse en « coup de fouet » est à craindre, ce cas présente une certaine vulnérabilité. Cette réponse agit de la façon suivante, la partie en retrait aura un déplacement inverse à la partie de raideur plus importante. Un effondrement ou un endommagement de la partie supérieur sera à craindre ou à prévoir. A cela, concernant la régularité en élévation, nous pouvons pénaliser aussi les bâtiments présentant des hauteurs de niveaux différentes sur toute la hauteur du bâtiment. Cela concerne la structure en elle-même, ce critère diffère de celui concernant l’altitude de niveaux par rapport aux niveaux des planchers des bâtiments avoisinant comme nous l’avons vu précédemment.

Ce critère consiste à considérer l’endommagement interne du bâtiment par la présence de poteaux de hauteurs différentes contrairement au critère précédent qui lui pressentait la ruine des poteaux des bâtiments avoisinant par risque de chocs. Le coefficient que nous lui affecterons est plus faible car la ruine concerne l’effondrement interne de celui-ci et ne devrait pas entraîner pas des dommages aux avoisinants.

Retrait en façade Etages de hauteurs différentes


V=0,015 V=0,010

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6.2.4 Définitions de critères de structure Contreventement par voiles La résistance aux forces horizontales sismiques doit être assurée par les façades et les pignons, ceux-ci doivent constituer les éléments principaux de contreventement auquel peuvent venir s’ajouter certaines fois des refends. Ces pans de contreventement doivent être répartis sur le pourtour des planchers de telle façon que, sur chaque façade, les longueurs cumulées des pans de contreventement soient proportionnées (à 20% prés) aux longueurs des façades augmentées de deux fois celles-ci, perpendiculaires à la façade, des décrochements. Ces éléments de contreventement (façades, pignons, refends) doivent être superposés sur toutes la hauteur du bâtiment, continus des fondations jusqu’au sommet. Lorsqu’il existe des retraits à différents niveaux, les éléments de contreventement doivent être continus jusqu’au sommet de la partie concernée du bâtiment. Il faut veiller à avoir un bon contreventement des bâtiments face aux résultantes sismiques suivant les deux directions horizontales. La vérification de la bonne mise en place des contreventements résulte de calculs bien spécifiques souvent laborieux et complexes. Dans notre démarche de contrôleur technique, on se limitera uniquement à vérifier la présence des éléments assurant le contreventement du bâtiment. Il existe différents types de contreventement, par voiles en béton armé ou formé de portiques, associations de poteaux poutres. Les bâtiments réalisés par des voiles en béton armé ont montré un excellent comportement sous l’action sismique, même lors de tremblements majeurs. Ils ne comportent pas de zones aussi vulnérables que les nœuds des portiques et la présence de murs de remplissage n’entraîne pas de sollicitations locales graves. Les dégâts subis par les voiles sont en général moins importants et parfois réparables. La grande rigidité des voiles réduit par ailleurs les déplacements relatifs des planchers et, par conséquent, également les dommages causés aux éléments non structuraux. Dans les terrains meubles, les bâtiments en voile imposent au sol des déformations qui permettent de dissiper une quantité importante d’énergie à laquelle l’ossature est soumise. Les portiques en béton armé conviennent moins bien que les systèmes dalles/poutres/voiles, la conception parasismique des portiques exigent une attention particulière. Les nœuds subissent des efforts élevés à cause de leur rigidité, ils constituent les zones les plus vulnérables d’une ossature. Ces zones sont sensibles aux renversements d’efforts qui réduit d’une manière irréversible l’adhérence entre l’acier et le béton. En région sismique, il faut les dimensionner largement. Leur volume doit être fretté afin de prévenir le gonflement et l’éclatement du béton. L’insuffisance de frettage a souvent entraîné


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l’éclatement des nœuds ou la rupture en tête des poteaux, plus particulièrement en façade, et notamment dans les angles. Il existe aussi des contreventement métallique comme les croix de saint André, cellesci concernent les bâtiments à structure généralement métallique, ce qui est le cas très souvent pour des bâtiments de secours tels que les casernes de sapeur pompiers ou des gendarmeries.

Photos : Extraits de www.stuctureparasismic.com séisme d’Alger 2003 Ce sinistre a eu lieu au cours du séisme d’Alger en 2003, le bâtiment en charpente métallique présente un défaut de contreventement, notamment, une absence claire de croix de Saint André selon les deux directions. Suivant la profondeur ce bâtiment était très vulnérable, le séisme l’a confirmé. Dans la présente étude nous ne nous ferons pas la distinction entre les différents types de contreventement, ni de leur capacité de contreventement, il s’agit surtout de prévenir le client de la présence ou non de ces éléments permettant de contreventer la structure. Cette analyse devra entraîner le client à prendre conscience de la possibilité de sinistre des bâtiments présentant un manque de contreventement. Nous pénaliserons de manière conséquente ces faiblesses puisque pour un bon comportement au séisme la présence de contreventement est primordiale.

Faiblesse de contreventement sens x et/ou y


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V=0,060

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Concernant les éléments de structure, et les problèmes de contreventement, nous pénaliserons et ce de façon très importante les bâtiments présentant des rez-de-chaussée transparents ou bien des étages transparents. Dans la plupart des cas il s’agit de rez-dechaussée ayant pour fonction des locaux à usage commercial ou bien de bureaux ou de réception d’hôtel.

Ces niveaux transparents sont très fortement déconseillés dans les zones sismiques car ils peuvent constituer un niveau à très grande flexibilité, les déformations (déplacements) se concentrent dans ces zones, l’effondrement du bâtiment est rendu fortement inévitable. La structure perdant de sa résistance à la flexion, l’étage présentant cette transparence sera susceptible d’effondrement entraînant alors celles des étages supérieurs voire de tous le bâtiment s’il s’agit d’une transparence au niveau du rez-de-chaussée. Cette situation se retrouve généralement pour les bâtiments en béton armé en ossature poteaux/poutres en laissant un manque de remplissage en façade sur les parties transparentes. D’un côté, les poteaux sollicités en compression n’offrent pas de ductilité vis-à-vis des sollicitations de cisaillement, de l’autre, les poteaux sollicités en traction offrent peu de résistance à la flexion, du fait de la tendance à l’allongement de celui-ci. Si cette transparence se situe au niveau du dernier étage, alors nous retrouvons l’effet coup de fouet non souhaitable, car il pourrait entraîner sa chute. Ce critère sera jugé comme le plus important, en effet, il s’agit du critère présentant la plus forte vulnérabilité en cas de séisme. Le risque de renversement est accru, le nombre de victimes serait très conséquent. Nous affecterons un coefficient de 0,80 à la présence de cette transparence.


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Les diaphragmes Dans cette partie nous allons aussi considérer la présence ou l’absence de diaphragme en toiture ou en sommet de bâtiment. Quelque soit le système de contreventement (portiques, refends, noyaux) et indépendamment de sa fonction portante, le plancher a une mission précise de « poutre au vent » et, à ce titre, il est considéré comme étant un élément principal. En effet, en tant que poutre infiniment rigide et indéformable dans son plan, il assure la transmission et la distribution des forces horizontales entre les éléments participant au contreventement et par delà aux fondations.

Les diaphragmes doivent être peu déformables dans leur plan, de manière à assurer une distribution efficace de l’action horizontale entre les différentes structures verticales. Idéalement, ils assurent à chaque niveau où ils sont présents une absence de déplacement horizontal relatif entre les structures verticales. Dans ce cas l’action horizontale résultante à un niveau se répartit sur les contreventements verticaux cités précédemment proportionnellement à la valeur relative de ces derniers. Les éléments verticaux les plus rigides supportent ainsi les charges les plus importantes. Lorsque la raideur d’un contreventement vertical diminue à cause des fissurations ou de sa ruine le diaphragme horizontal redistribue les efforts automatiquement sur les autres contreventements verticaux. Les diaphragmes peuvent être constitués de différentes façons : plancher en béton armé, mixte, grillage de poutres contreventées. La rigidité des diaphragmes dépend de leur forme, du type de matériau utilisé, de la solidarisation de leurs éléments constituants, enfin des possibles ouvertures (trémies) que ceux-ci possèdent. Les trémies sont les éléments les plus vulnérables quant à l’efficacité du rôle des diaphragmes, celles-ci présentent une forte concentration de contraintes surtout au niveau des angles. Ces ouvertures doivent être les plus petites possibles et suffisamment renforcées.


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Après un séisme il arrive que l’on observe une séparation de murs, cela s’explique par le fait de l’absence d’un diaphragme dans les constructions de type traditionnelles donc avant notre période de mise en œuvre des bonnes connaissances du béton armé. Par exemple, un plancher bois constitue un diaphragme mais n’empêche pas l’écartement relatif des murs du fait de la mauvais efficacité des liaisons avec les éléments verticaux. On préférera un diaphragme en béton, plus lourd mais qui mobilise à ses appuis une résistance par frottement et par engrènement des matériaux, ce qui représente une liaison suffisante pour les séismes faibles et moyens.

Absence de diaphragme horizontal en toiture ou sommet de bâtiment

V=0,020

Les planchers traditionnels composés d’un assemblage poutrelles et hourdis font parties des ouvrages assez vulnérables. En effet, dans ce cas, les hourdis ne sont pas efficacement liés les uns aux autres, d’où une perte de rigidité des planchers. Lors de séisme ces éléments sont susceptibles d’occasionner des déplacements du plancher, avec chute possible de celui-ci, à cause de ces hourdis. Ce plancher n’offre que très peu de raideur du fait de la disjonction des hourdis. Nous pénaliserons aussi ce type de plancher puisqu’il n’assurerait pas la sécurité immédiate des personnes et la résistance de la structure en cas de séisme.


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De plus nous devrions aussi considérer le diaphragme réalisé en fondation par la réalisation d’un radier ou de semelles de fondations reliées entres elles par des longrines capables de transmettre en traction ou en compression une fraction de la réaction verticale d’appui. En effet ces types de fondations empêchent l’écartement ou le rapprochement possible des éléments verticaux tout comme le rôle du plancher. Mais dans notre étude, il n’est pas toujours évident de se renseigner sur les fondations du bâtiment, du fait de l’ancienneté du bâtiment étudié, il arrive parfois qu’il soit impossible d’obtenir des précisions, des plans sur les fondations des bâtiments.


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Les poteaux Lors du diagnostic d’un établissement, il faut vérifier la continuité des éléments porteurs verticaux. Il faut en effet vérifier la continuité des poteaux et des murs et constater que tous transmettent directement les efforts qu’il reprennent jusqu’aux fondations. Il faut éviter que ces éléments ne soient repris que par un plancher ou par des poutres, c'est-à-dire en appui sur ces éléments. Cette disposition entraîne d’importants moments de flexion au centre de la poutre ou du plancher reprenant les éléments verticaux. La composante verticale du séisme produit une augmentation des efforts, créant des moments de flexions et des efforts tranchants très importants, entraînant par la suite la rupture des éléments horizontaux tendus sur lesquels s’appuient les éléments verticaux.

Poutres ou planchers soumis à de très fortes charges

Les portes à faux L’existence d’un porte-à-faux est un important critère de vulnérabilité, en effet les porte-à-faux dépassant une certaine longueur sont très vulnérable en cas de séisme.

Porte-à-faux trop important

2.50m


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Les bâtiments présentant des porte-à-faux supérieur à 2m seront pénalisés, cette longueur est assez importante, ces configurations présentent un risque de chute élevée vis-àvis des séismes. Les causes de cette pénalisation sont quasiment identiques que pour la non continuité des éléments porteurs verticaux, le porte-à-faux recevant une importante charge verticale du au séisme engendre un moment de flexion important au niveau de l’appui, entraînant à terme la rupture des porte-à-faux.

Apparition de fissures

Zone fortement sollicitée jusqu’à rupture

Pendant le séisme

Après le séisme

Non continuité des éléments porteurs Porte à faux supérieur à 2m


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V=0,025 V=0,030

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Les pièces courtes ou élancées Les zones susceptibles de recevoir beaucoup d’efforts sont les pièces courtes et les pièces élancées. Nous considérons comme des pièces courtes celles dont la longueur nette est inférieure à environ quatre fois leur hauteur moyenne dans la direction étudiée. Normalement cette considération concernerait à la fois les consoles courtes, les poutres cloisons et les parois fléchies et les poteaux. Généralement il s’agit de la présence de poteaux courts participant au contreventement du bâtiment. Ces pièces sont considérées comme critiques sur toute leur longueur. Les pièces courtes sont des éléments qui sont très fortement sollicitées surtout à l’effort tranchant, leur rupture peut provenir de l’épuisement de cette résistance en cas d’importantes sollicitations notamment les efforts sismiques. Le mécanisme de rupture est le suivant, le béton peut s’écraser sous une force de compression oblique, la rotule plastique en flexion n’a pas la possibilité de se transformer. La rupture se fait de la manière suivante.

Deux cas peuvent se présenter, des poteaux devenus courts, la longueur de projet se trouve réduite par la mise en place d’allèges ou d’un remplissage partiel en maçonnerie. La présence des allèges, non prisent en compte en phase d’étude, est une cause de la destruction des poteaux. Il y a aussi les poteaux courts d’origine structurale, c’est le cas des bâtiments comportant un vide sanitaire ou le cas d’ouvertures au niveau du sous sol.


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Photos : Extraits de www.stuctureparasismic.com séisme d’Alger 2003

Pour mieux comprendre le fonctionnement des poteaux courts et pour se rendre compte des fortes sollicitations auxquelles ils peuvent être soumis voici quelques explications. Si l’on considère deux poteaux de longueur l et 2l. En considérant que le module d’élasticité E et l’inertie I sont identiques pour les deux poteaux, la répartition de la force horizontale se fait au prorata des flèches. P.l 3 P.(2 L) ∆l = et ∆ l = 3 .E .I 3 .E .I

3

De ce fait, le poteau court de longueur l sera soumis à une charge horizontale 8 fois supérieure à celle du poteau long de longueur 2l. La dégradation étant due essentiellement à l’effort tranchant, ces poteaux doivent être considérés lors des calculs sismiques.

Les poteaux élancés Dans le même état d’esprit, mais pour des raisons différentes, nous allons pénaliser les bâtiments présentant des poteaux élancés. Les poteaux sont dits élancés s’ils ont les caractéristiques suivantes, leur hauteur libre h est supérieure à vingt fois la largeur minimale. Ces poteaux élancés sont vulnérables, les risques de rupture par flambement sont accrus à cause de leurs caractéristiques.

Présence de pièces courtes Présence de poteaux élancés


V=0,020 V=0,010

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Présence de percements ou d’inserts dans la structure La présence de percements ou d’inserts est une mise en oeuvre très courante afin d’éviter aux réseaux (eaux, électricité, gaz) d’être apparents. Ceci est d’autant plus grave si ces percements sont réalisés aux niveaux des nœuds. Les nœuds correspondent aux volumes délimités par les plans ou surfaces contenant les sections d’about des éléments assemblés et le cas échéant par les surfaces libres du béton.

Différents percements pouvant causer de graves conséquences, e/d<3 est préférable.

Il en est de même pour la création d’angle de façade dit affaiblit, cela revient à considérer des parties en console. Il n’y a pas continuité des angles de la façade, cela engendre des désordres aux niveaux des déplacements avec inversement de signes selon l’emplacement considéré. L’angle qui possède ce retrait, devient critique lors de l’apparition d’un séisme, ce type de configuration est aussi à éviter.

Percements ou inserts dans la structure porteuse Affaiblissement de certains angles


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V=0,020 V=0,020

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6.2.5 Eléments non structuraux Les souches Certains éléments comme la construction de souches de cheminées est dangereuse en cas de séisme. En effet, généralement, ces parties de l’ouvrage sont réalisées sur le bâti ancien par un assemblage de briques ou pavés liés avec seulement du mortier, cette souplesse devient très vite une source de chutes d’objets très dangereux pour les personnes se trouvant à proximité.

Cheminée

Chute du fronton

Photos : Extraits de www.estucturasismica.es séisme Liège 1983

Ces chutes font parties des plus communes et même en cas de séismes de faible intensité. La conséquence de ces chutes peut provoquer soient des victimes, soient des dégradations sur les biens comme des dommages sur les véhicule ; ou sur les toitures de terrasse se trouvant en contre bas de ces bâtiments. Ces éléments sont la première cause de mortalité en cas de séisme de faible intensité, nous pouvons aussi y ajouter les éléments reposant sur les cadres de fenêtre nommés frontons. Les photos prisent à Lièges lors de secousses de faible intensité confirment ce critère de pénalité. Nous pouvons y observer la chute de souches de cheminées sur un véhicule ainsi que celle d’un fronton de fenêtre.


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Les revêtements Les revêtements dits agrafés ou collés sont aussi la cause de chutes d’éléments importantes. Ces éléments, fixés plus ou moins bien sur toute la hauteur, sont susceptibles d’occasionner de graves dommages en cas de chutes. Ces matériaux sont le plus souvent de la pierre, des briques ou bien du verre feuilleté.

Photos : Extraits de www.stuctureparasismic.com séisme d’Alger 2003

Nous pouvons observer sur cette photo l’effondrement du revêtement qui reposait sur toute la hauteur du bâtiment. Celui-ci n’a pas causé de pertes humaines, ni de dégâts matériels. Les coefficients attribués à ces éléments non structuraux susceptibles de s’effondrer sont les suivants.

Présence de souches de cheminées, fronton, antennes Revêtement lourd agrafé ou collé (pierre, béton, verre)

V=0,010 V=0,010

La page suivante répertorie dans un tableau les différents critères qui ont fait l’objet de mon étude, ces éléments devront permettre la classification de la vulnérabilité des bâtiments vis-à-vis vis des séismes.


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COEFFICIENT DE PENALITE (V2) – Etape 2

BATIMENT: Implantation-Structure

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Elancement en plan (L/l>4) Etages de hauteurs différentes Présence de poteaux élancés Présence de souches de cheminées, fronton, antennes Revêtement lourd agrafé ou collé (pierre, béton, verre) Partie en décrochage (saillante ou rentrante) Retraits en façade Présence de bâtiments proches (d30%) Bâtiments accolés avec joints insuffisants ou obstrués, ou bien altitude de planchers différente Non continuité des éléments porteurs Proximité d’un talus ou soutènement (d<2h) Porte à faux supérieur à 2m Dissymétrie en plan Changement de pente (d<2h) Transparence complète ou demi transparence Faiblesse de contreventement sens x et/ou y

total


60

0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,015 0,015 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,025 0,025 0,025 0,03 0,03 0,035 0,04 0,05 0,06

0,5

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Diagramme récapitulatif des statistiques des retours d’expériences

La transparence, les étages flexibles et les défauts de contreventements sont la cause de la majorité des dommages. Ces données sont classées d’après les retours d’expériences des membres de l’APFS.


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6.3 Troisième étape : localisation et effectif 6.3.1 Localisation et type du bâtiment Un des objectifs de cette méthode pour Qualiconsult Nice fut de pouvoir intégrer des éléments pouvant permettre son application ailleurs que dans la région niçoise, se trouvant en zone de sismicité moyenne. L’agence de Nice avait dans l’idée de pouvoir diffuser cette étude vers les autres agences du groupe même si celles-ci se situaient en zones de sismicité différentes. Il s’agit dans ce cas de proposer une méthode applicable dans la France entière en utilisant le zonage en vigueur défini par décret n°91-461 du 14 mai 1991. Aussi il a donc fallu différencier chaque zone de sismicité avec chaque accélération nominale. Il a fallu intégrer dans la méthode ces différentes valeurs d’accélérations influençant chacune de manières différentes sur la réaction des bâtiments. De plus il a fallu aussi intégrer le type de bâtiment étudié, sa destination est un critère à prendre en compte dans notre analyse. Effectivement, lors d’un tremblement de terre il s’agit avant tout de préserver en état les bâtiments dits stratégiques. Il s’avère essentiel de préserver les bâtiments recevant du public (hôpitaux, centres de secours, casernes, écoles…) pour faciliter au mieux leur évacuation pour certains ou leur accès pour d’autres. C’est pourquoi lorsque nous nous retrouvons dans la zone de sismicité forte avec un bâtiment dit stratégique la part de son influence sur sa vulnérabilité est assez importante (presque 15%) puisqu’il s’agit d’un édifice à préserver et sujet aux plus fortes vibrations lors de séisme.

A

B

C

D

0

0

0

0

0

1a

0

0,09

0,12

0,15

1b

0

0,12

0,15

0,18

2

0

0,18

0,21

0,24

3

0

0,24

0,27

0,3

Ce critère a été mis en place en se référent aux méthodes américaines pour lesquelles différentes analyses sont effectuées suivant la valeur de l’accélération nominale de la zone où se trouve le bâtiment.


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Enfin nous devons distinguer les bâtiments suivant l’effectif que celui-ci peut contenir. En se référent a certaines méthodes existantes dans la majorité de cas, trois classes d’effectif étaient différencier à savoir des bâtiments recevant jusqu’à 100 personnes , 1000 personnes voire plus.

EFFECTIF

0-100

0,1

100-1000

0,15

>1000

0,2

Le dernier indice de vulnérabilité est la somme de ces critères correspondant au type de bâtiment et sa localisation ainsi que l’effectif que celui-ci pourra contenir. Cet indice de vulnérabilité est celui qui nous permettra d’utiliser cette méthode sur tout le territoire et non pas seulement sur la région niçoise.

COEFFICIENTS DE PENALITE (V3) – Etape 3 BATIMENT : Localisation-Effectif

A

B

C

D

0

0

0

0

0

1a

0

0,09

0,12

0,15

1b

0

0,12

0,15

0,18

2

0

0,18

0,21

0,24

3

0

0,24

0,27

0,3

EFFECTIF

0-100

0,1

100-1000

0,15

>1000

0,2

V3 = Vlocalisation+Veffectif


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6.4 Note Globale A partir des notes V1, V2, V3 obtenues lors des étapes précédentes, la note globale de vulnérabilité V est calculée de la manière suivante :

V = (V1 + V2 + V3)/2,5 Nous obtenons ainsi une note comprise entre 0 et 1, cet indice de vulnérabilité sera classé ensuite de la façon suivante par niveau de vulnérabilité.

Indice de Vulnérabilité 0,80-1,0 0,50-0,80 0,30- 0,50 0,0-0,30


Caractérisation Vulnérabilité très forte Vulnérabilité forte Vulnérabilité moyenne Vulnérabilité faible

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Observations Mesures Modélisation-Démolition ? Modélisation- Confortement Mesures cas par cas Sans observations critiques

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7. Application de la méthode Suite à cette méthode, Qualiconsult m’a confié l’analyse de plusieurs bâtiments, dont la majorité étaient des écoles maternelles, afin de pouvoir appliquer la méthode. Plusieurs services techniques de communes avoisinantes nous ont donné l’accord pour appliquer la méthode sur des bâtiments, sous condition de confidentialité de ma part. Nous nous sommes dirigés vers la ville de Nice et d’autres communes avoisinantes afin de pouvoir appliquer cette étude. N’existant pas encore d’arrêté ministériels impliquant l’obligation d’un analyse des bâtiments face au risque de séismes certaines personnes sont peu ouverte à ce sujet, malgré tout nous avons réussi par l’intermédiaire de relations à avoir l’autorisation de certaines municipalité, en leur étayant que cela pourrait leur aider à l’heure de choisir comment gérer leur budget. Les bâtiments que j’ai eu l’occasion d’analyser sont reportés en annexes, dans ce qui suit je ne reporte que les résultats qui ont été transmis. Douze bâtiments de la région niçoise ont été analysés avec cette méthode, les résultats montrent que dans l’ensemble les bâtiments présentent une présomption de vulnérabilité au séisme moyenne, quelques uns ne présentent pas de dangers particuliers, mais ils se détachent 2/3 bâtiments dont l’étude dynamique devrait être préconisée car ils ont un indice de vulnérabilité proche de la moyenne voire supérieur (un bâtiment obtient un indice critique de 0,74, une partie de la structure repose sur des appuis critiques à renforcer). A partir d’un indice de 0,5 il serait préférable d’approfondir l’étude pour mieux étudier le comportement dynamique de la structure. Ci-dessous le tableau récapitulatif de mes résultats :


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Liste des bâtiments analysés : tableau récapitulatif des résultats

Bâtiment Analysé Les Souleies Les Magnolias Candéou

Pasteur

Ferry Pagnol

Mirabeau Paul Arene Rousseau Alphonse Daudet

Jean Jaures

Rousseau


Indice vulnérabilité 0.36 0.40 Bât1 : 0.31 Bât2 : 0.27 Bât3 : 0.26 Bât1 : 0.47 Bât2 : 0.40 Bât3 : 0.38 0.38 Bât1 : 0.45 Bât2 : 0.38 Bât3 : 0.36 0,74 0,38 0,34 Bât1 : 0.36 Bât2 : 0.29

Classe vulnérabilité Moyenne Moyenne Moyenne Faible Faible Moyenne Moyenne Moyenne Moyenne Moyenne Moyenne Moyenne Forte Moyenne Moyenne Moyenne Faible

Observations Sans observations Conduite cheminée Sans observations Sans observations Sans observations Vérifier Structure Dispositions constructive préau Conduite cheminée Modélisation Contreventement faible Modélisation Sans observations Sans observations Contrôler préau Sans observations

Bât1 : 0.47 Bât2 : 0.36 Bât3 : 0.38 0,34

Moyenne Moyenne Moyenne Faible

Maçonnerie ancienne Chute de cheminées possible Sans observations

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Conclusion Les attentes qui ont guidés la recherche présentée dans ce document naissent principalement de l’ampleur, aujourd’hui avérée, des conséquences potentielles d’un événement sismique pouvant affecter notre société. La dimension de l’espace affecté (patrimoine historique…) et la multiplicité des acteurs concernés par le risque sismique impliquent une appréhension nouvelle de ce risque sismique. La difficulté de mon étude résidait sur le fait de l’absence de méthode formelle existante dans notre pays. La réflexion que j’ai due mener au cours de mon projet de fin d’études m’a permis d’approfondir mes connaissances sur le comportement des bâtiments vis-à-vis du phénomène sismique. Bien que le sujet demeure, aujourd’hui encore, un sujet tabou de part la réticence et l’appréhension que l’on peut avoir par la connaissance des dommages possibles que peut engendrer un tremblement de terre dans une zone de sismicité moyenne comme Nice, le groupe Qualiconsult se veut précurseur du phénomène et était dans l’attente d’une méthode permettant la classification rapide du bâti existant dans la région afin de pouvoir mettre l’accent sur les conséquences que cela peut donner lieu. Il s’agissait d’établir une méthode dans le but de pouvoir établir rapidement une évaluation de la vulnérabilité des bâtiments pour satisfaire au client, afin d’obtenir une première sélection et de connaître les sites les plus sensibles et de définir ainsi les priorités à prendre en compte pour la protection de ceux-ci ainsi que de la population. Cette méthode se veut qualitative, le but est d’identifier les ouvrages les plus vulnérables pour ensuite dans une deuxième phase conseiller l’étude approfondie des bâtiments à risques, soit par une modélisation soit par une étude de confortement voire de démolition.

Indice de Vulnérabilité 0,80-1,0 0,50-0,80 0,30- 0,50 0,0-0,30

Caractérisation Vulnérabilité très forte Vulnérabilité forte Vulnérabilité moyenne Vulnérabilité faible

Observations Mesures Modélisation-Démolition ? Modélisation- Confortement Mesures cas par cas Sans observations critiques

Au cours de ce projet, j’ai pu me rendre compte du manque de prise de conscience de nombreuses personnes ayant des fonctions très importante dans des municipalités, la prévention parasismique doit être un effort de tous les instants. La mise en place de mesure obligeant l’analyse et le diagnostic des bâtiments existants aurait dû déjà avoir lieu. Bien qu’il existe déjà une obligation de faire appliquer le contrôle technique parasismique lors de constructions nouvelles, il devrait en être de même pour les bâtiments existants, afin de pouvoir examiner les possibilités de consolidation. La communication reste le moyen le plus important dans la prévention. Bien que la méthode présentée ne se veut pas être révolutionnaire, il faut savoir que les méthodes dites lourdes (diagnostic particulier de chaque bâtiment, modélisation de chaque structure…) coûtent très chères et sont souvent très laborieuses. Les diagnostics les plus simples possibles sont à privilégier parce qu’il permettent une étude beaucoup plus étendue, et aboutissent plus


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rapidement à définir sur une stratégie de prise en compte des confortements à réaliser. L’Etat devrait être à la source de la prévention parasismique et imposer ces diagnostics (analyses, renforcements) en les incluant par exemple dans le cadre des Plans de Préventions des Risques (PPR) afin de connaître les zones plus ou moins sensibles. Pour terminer je voudrais ajouter que tout ce qu’il m’a été demandé de voir pendant la durée de ce projet de fin d étude constitue à mes yeux un enrichissement certain. J’y ai pris conscience que la fin de ce qu’on appelle les « études d’ingénieur » n’existait pas, mais plutôt que l’arrivée à terme de ma formation au sein de l’Insa Strasbourg marquait le début d’une période de formation par l’action qui durerait au moins le temps de la vie active.


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BIBLIOGRAPHIE [1]

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PFE-_Vulnrabilit_Sismique_des_

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