VULNÉRABILITÉ SISMIQUE DES BATIMENTS EN BETON ARME.pdf

Républi ue Algérienne Démocratique et Populaire Mini Minist stèr ère e de l’En l’Ense seig igne neme ment nt Supé Supéri rieu eurr et de la la Rech Rech rche Scientifique

Université Hassiba Benbou Benbouali de Chlef Faculté de Génie Civil et d’Archit ecture

Département de Génie Civil

Master Génie Civil Option : Structu Structures res Civiles et Industrielles Unité :

CHAPITRE I VULNÉRABILITÉ SISMIQUE DES BATIMENTS EN BETON ARME

Pr f. Dr. Dr. KA KASS SSOU OUL L Amar Amar 2015/2016

CHAPITRE CHAPITRE 1 : VULNÉRABILITÉ VULNÉRABILITÉ SISMIQUE SISMIQUE DES BATIMENTS BATIMENTS EN BETON ARME

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CHAPITRE CHAPITRE I : VULNÉRABILI VULNÉRABILITÉ TÉ SISMIQUE SISMIQUE DES DES BATIMENTS BATIMENTS EN EN BETON BETON ARME 1. INTRODUC INTRODUCTION TION Les dommages directs causés par un séisme proviennent soit du mouvement de la faille ou des vibrations du sol. Ces dernières sont responsables de la majorité des dommages causés aux structures. Selon la nature des oscillations (amplitude, fréquence, durée) et de la construction (genre, mode), ils subissent des dégâts qui peuvent aller jusquà leffondrement complet. Les pertes encourues résultant de ces dommages sont économiques, sociales et aussi humaines. Le séisme de mai 2003 à Boumerdes en Algérie et celui de décembre 2003 à Bam en Iran en sont malheureusement des exemples probants. Le séisme de Boumerdes, dune magnitude de 6,8 sur léchelle de Richter, sest soldé par plus de 2000 morts et plus de 10000 blessés. Les Les dommages sévères sévères aux structures structures dans les régions urbaines urbaines ont fait plus de 15000 15000 sans abri (Adams et al., 2003). À Seattle, en février 2001, le séisme de Nisqually bien quayant également également une magnitude magnitude de 6,8, a eu des conséquence conséquencess beaucoup moins graves, graves, les dommages sévaluent à environ deux milliards de dollars dollars US. En 1995, le séisme de Kobe à au Japon, Japon, dune dune magnitude magnitude de 7,2 a entraîné entraîné dans la mort mort 5000 5000 personnes personnes et causé causé des dommages majeurs aux propriétés (Shinozuka). En Californie, le séisme de Northridge (1994) dune magnitude de 6,7, bien que moins mortel (57 morts) a causé des dommages aux infrastructures et aux structures, dont 3000 bâtiments jugés non sécuritaires, entraînant des pertes évaluées évaluées à 40 milliards de dollars américains. américains. Les pertes encourues lors de ces différents évènements, surtout dans les zones densément peuplées, ont mis en évidence la nécessité de d e réduire les dommages potentiels des structures existantes (infrastructures et bâtiments) et dévaluer leur vulnérabilité aux séismes. La vulnérabilité du bâti existant est probablement laspect de lévaluation du risque sismique qui intéresse le plus les ingénieurs car elle dépend principalement des caractéristiques structurales et des déficiences qui leurs sont associées. On peut considérer quil y a deux grandes méthodes pour évaluer la vulnérabilité sismique des bâtiments: - Les études études statistiqu statistiques es basées basées sur les dommage dommagess observés observés lors de séismes séismes passés passés et et qui permettent dobtenir des matrices matrices de dommages probables probables associées à une classe classe de bâtiment. Ces matrices servent servent ensuite à développer développer des fonctions de vulnérabilité vulnérabilité donnant pour un type de bâtiment la probabilité quun certain degré dendommagement survienne en fonction de lintensité dun séisme. La valeur des résultats est essentiellement essentiellement probabiliste. - Les simulations simulations par modèles modèles numériques numériques ou analytiques analytiques permettant permettant dobtenir la réponse réponse dune structure à un ou plusieurs scénarios de séismes. Les résultats sont généralement déterministes et valables pour un bâtiment en particulier. La méthode choisie pour lévaluation de la vulnérabilité sismique dépendra de la qualité et de la quantité de données disponibles et de de lobjectif visé, soit obtenir la vulnérabilité vulnérabilité sismique dun dun bâtiment unique ou dun ensemble de bâtiment. Cette journé journéee vise de réaliser réaliser une revue revue de létat létat des des connaissa connaissances nces dans dans le domain domainee de lévaluation de la vulnérabilité sismique pour un ensemble de bâtiments.


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CHAPITRE CHAPITRE I : VULNÉRABILI VULNÉRABILITÉ TÉ SISMIQUE SISMIQUE DES DES BATIMENTS BATIMENTS EN EN BETON BETON ARME 1. INTRODUC INTRODUCTION TION Les dommages directs causés par un séisme proviennent soit du mouvement de la faille ou des vibrations du sol. Ces dernières sont responsables de la majorité des dommages causés aux structures. Selon la nature des oscillations (amplitude, fréquence, durée) et de la construction (genre, mode), ils subissent des dégâts qui peuvent aller jusquà leffondrement complet. Les pertes encourues résultant de ces dommages sont économiques, sociales et aussi humaines. Le séisme de mai 2003 à Boumerdes en Algérie et celui de décembre 2003 à Bam en Iran en sont malheureusement des exemples probants. Le séisme de Boumerdes, dune magnitude de 6,8 sur léchelle de Richter, sest soldé par plus de 2000 morts et plus de 10000 blessés. Les Les dommages sévères sévères aux structures structures dans les régions urbaines urbaines ont fait plus de 15000 15000 sans abri (Adams et al., 2003). À Seattle, en février 2001, le séisme de Nisqually bien quayant également également une magnitude magnitude de 6,8, a eu des conséquence conséquencess beaucoup moins graves, graves, les dommages sévaluent à environ deux milliards de dollars dollars US. En 1995, le séisme de Kobe à au Japon, Japon, dune dune magnitude magnitude de 7,2 a entraîné entraîné dans la mort mort 5000 5000 personnes personnes et causé causé des dommages majeurs aux propriétés (Shinozuka). En Californie, le séisme de Northridge (1994) dune magnitude de 6,7, bien que moins mortel (57 morts) a causé des dommages aux infrastructures et aux structures, dont 3000 bâtiments jugés non sécuritaires, entraînant des pertes évaluées évaluées à 40 milliards de dollars américains. américains. Les pertes encourues lors de ces différents évènements, surtout dans les zones densément peuplées, ont mis en évidence la nécessité de d e réduire les dommages potentiels des structures existantes (infrastructures et bâtiments) et dévaluer leur vulnérabilité aux séismes. La vulnérabilité du bâti existant est probablement laspect de lévaluation du risque sismique qui intéresse le plus les ingénieurs car elle dépend principalement des caractéristiques structurales et des déficiences qui leurs sont associées. On peut considérer quil y a deux grandes méthodes pour évaluer la vulnérabilité sismique des bâtiments: - Les études études statistiqu statistiques es basées basées sur les dommage dommagess observés observés lors de séismes séismes passés passés et et qui permettent dobtenir des matrices matrices de dommages probables probables associées à une classe classe de bâtiment. Ces matrices servent servent ensuite à développer développer des fonctions de vulnérabilité vulnérabilité donnant pour un type de bâtiment la probabilité quun certain degré dendommagement survienne en fonction de lintensité dun séisme. La valeur des résultats est essentiellement essentiellement probabiliste. - Les simulations simulations par modèles modèles numériques numériques ou analytiques analytiques permettant permettant dobtenir la réponse réponse dune structure à un ou plusieurs scénarios de séismes. Les résultats sont généralement déterministes et valables pour un bâtiment en particulier. La méthode choisie pour lévaluation de la vulnérabilité sismique dépendra de la qualité et de la quantité de données disponibles et de de lobjectif visé, soit obtenir la vulnérabilité vulnérabilité sismique dun dun bâtiment unique ou dun ensemble de bâtiment. Cette journé journéee vise de réaliser réaliser une revue revue de létat létat des des connaissa connaissances nces dans dans le domain domainee de lévaluation de la vulnérabilité sismique pour un ensemble de bâtiments.


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2. DÉFINITI DÉFINITIONS ONS DE BASE BASE Lévaluation de la vulnérabilité sismique fait directement appel aux notions d’ et de d’ in tens tensité ité magnitude sismique, de risque et d’ al é a sismi si smi que. qu e. La définition de certains de ces termes comme risque sismique, aléa sismique et vulnérabilité varie parfois selon les sources documentaires ou le contexte dutilisation. Dans ce chapitre, nous tenterons de définir ces notions afin détablir détablir une base commune commune qui sera sera utilisée pour le reste reste du rapport et qui qui permettra de mieux mieux comprendre les méthodes dévaluation dévaluation présentées présentées par la suite. 2.1 Intensité et magnitude sismique secousse due à un séisme. Les premières premières L ’ i nte nt ensité nsit ési smi que est la mesure de la force dune secousse échelles dintensité sismique mesuraient lintensité des répercussions des tremblements de terre sur les humains, les objets et les bâtiments. On doit la première échelle dintensité sismique à lItalien Rossi et au Suisse Forel qui proposèrent séparément en 1874 et 1881 des échelles similaires à dix échelons. Léchelle dintensité de Rossi-Forel a été modifiée en 1902 par Mercalli pour une échelle également à dix échelons. Lajout de deux échelons à léchelle de Mercalli a été faite par Cancani Cancani et Sieberg; Sieberg; ce qui a donné naissance naissance à la plupart des des échelles échelles à douze douze échelons échelons utilisés utilisés aujourdhu aujourdhuii et entre autre autre à léchelle léchelle MCS encore utilisée dans le sud de lEurope. En 1931, Wood et Neumann traduisent cette échelle en anglais et elle devient léchelle de Mercalli modifiée (MM). Elle séchelonne séchelonne de I (ressenti (ressenti uniquement uniquement par quelques personnes dans des conditions particulièrement favorables) à XII (destruction totale). Il y a plusieurs versions de léchelle MM souvent identifiées par lannée de leur création (MM-31, MM-56). En 1964, Medvedev, Sponheuer et Karnik publient la première version de léchelle MSK basée sur les échelles MCS et MM-56. Cette échelle diffère des précédentes par lutilisation dune méthode à la fois qualitative et quantitative de lévaluation des dégâts. Lutilisation de léchelle MSK sest répandue rapidement en Europe, mais il est devenu rapidement évident que des améliorations étaient nécessaires pour rendre son utilisation plus claire et incorporer les techniques de construction. En 1988, la Commission géologique européenne a initié une révision en profondeur de léchelle MSK. La version finale de cette révision est léchelle macrosismique européenne, EMS publiée en 1992 et révisée à nouveau en 1998 (GrLinthal, 1998). LEMS-98 est la première échelle dintensité comprenant des instructions pour son utilisation. Cest aussi la première échelle utilisant des illustrations et des photos pour décrire les différents degrés de dommages des édifices traitant de la probabilité doccurrence des différents degrés de dégâts. Au Japon, on utilise léchelle dintensité dOmori à sept niveaux, dont le premier correspond au niveau MM-VI. Cette échelle est basée sur le comportement des structures japonaises typiques. t ypiques. Léchelle de Richter, établie en 1935, mesure la magnitude des tremblements de terre, cestà-dire, la quantité dénergie libérée. Elle est évaluée à partir de lamplitude des ondes sismiques enregistrées par des instruments sensibles (sismographes) et liée à lénergie libérée au foyer, foyer, cest- à- dire le point point dorigine dorigine du trembleme tremblement nt de terre. terre. Léchelle Léchelle de Richter Richter est logarithmique, cest- à- dire que que chaque chaque degré de léchelle représente une magnitude magnitude de de 10 fois plus élevée que le degré précédent. Ainsi, une magnitude de 7 indique que les amplitudes mesurées sont dix fois plus importantes que celle de magnitude 6 et 100 fois plus élevée que celle de magnitude 5. Il existe plusieurs versions de la magnitude de Richter ( M). La magnitude locale dun séisme, ML, est calculée calculée à partir de la différence damplitude damplitude entre le séisme local local et le séisme de référence de magnitude M. Au fil des ans, on sest aperçu que la magnitude de Richter définie

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pour la Californie (ML), ne sappliquait pas à lEst de lAmérique du Nord où les ondes sismiques satténuent différemment et à des profondeurs moindres. En 1973, Otto Nuttli, un séismologue de lUniversité de Saint-Louis, a mis au point une magnitude qui correspondait mieux à la réalité de lEst de lAmérique. Cest une des formules que Nuttli a dérivée qui est utilisée pour mesurer les séismes de lest du Canada. La formulation utilisée est appelée Magnitude Nuttli ou MN. Afin de simplifier les communications auprès du public, les séismologues canadiens parleront souvent de la magnitude de Richter alors que strictement parlant les séismes de lest du Canada sont mesurés suivant la magnitude Nuttli. Une exception existe pour les très graves et petits séismes de la région de Charlevoix où la magnitude ML est utilisée. On emploie trois autres échelles de magnitude: la magnitude des ondes de surface, M s, la magnitude des ondes de volume, M b et la magnitude du moment sismique, Mw, laquelle est de plus en plus utilisée par les séismologues pour décrire les séismes.

2.2 Risque sismique Le NORSAR 5 définit le risque sismique ou «seismic or earthquake risk» par les probabilités des conséquences sociales et économiques dun séisme. Plus précisément, les pertes de vie, les blessures ou les dommages aux bâtiments attendus (probables) dans le cas dun séisme, en relation avec un aléa sismique donné dans une région donnée. (NORSAR: Fondation de recherche indépendante de Norvège opérant le Centre de données national norvégien) Une définition du risque exprimant bien le rôle de la vulnérabilité dans lévaluation de ce dernier est celle proposée par (Pelissier et Badoux, 2003) où le risque sismique R sexprime par: R = A Vu Va (1) Où : A est laléa sismique exprimé par une intensité et une période de retour. Vu est la vulnérabilité exprimée en termes de probabilités quun degré de dommages soit atteint pour une classe de bâtiment et Va est la valeur associée aux pertes humaines, mobilières et immobilières. Lévaluation des pertes économiques pour un niveau de dommages donné est souvent basée sur le rapport du coût de réparation sur la valeur de remplacement du bâtiment.

2.3 Aléa sismique a sismiqu e» Une définition commune de «l’ al é est la probabilité doccurrence à une intensité sismique spécifiée pour une période de temps donné. Le glossaire du NORSAR définit les termes «seismic or earthquake hazard» 6 par tout phénomène physique associé à un séisme pouvant produire des effets non désirés sur les activités humaines. Ces phénomènes incluent les failles de surface, le tremblement de terre, les glissements de terrains, la liquéfaction, la déformation tectonique, le tsunami, la seiche et leurs effets sur lutilisation du sol, des structures et des systèmes économiques. Cette définition inclut laléa sismique régional, ou la macrosismicité, et les effets de site ou microsismicité. Degré daléa sismique des territoires de lAlgérie La carte daléa sismique pour la région Nord montre les probabilités de dépassement de 10% de laccélération du sol pour une période de 50 ans qui correspond à une période de retour de 475 années.


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Cette carte est le résultat de données récentes obtenues à partir des accélérations de sols. Elle montre que les régions dEl Asnam et Alger restent les plus exposées. Le séisme du 21 Mai 2003 a montré des accélérations de 0.6 g quil sagit dintroduire aujourdhui dans cette carte. ( 3)

Figure 2.1. Carte préliminaire d’évaluation de l’Aléa sismique pour la région Nord algérienne. (3)

Ce constat ne doit pas occulter le fait que beaucoup de zones restent encore inexplorées du point vu sismique. Lon saperçoit aujourdhui que les séismes les plus importants se sont produits dans des zones dont le potentiel sismique a été souvent sous évalué. Ainsi, un inventaire complet des failles actives et sismogènes, accompagné dune réévaluation du potentiel sismique par des études de paléo sismologie doit être envisagée dans le futur, modifiant les cartes déjà établies. On peut finalement affirmer que pour le futur, il faudra considérer trois zones : - La région Tellienne est la plus exposée (Zone III) - La région des Hauts Plateaux et la région de lAtlas Saharien sont également sujettes à une faible sismicité (Zone II) - La région saharienne présente une faible sismicité (avec une probabilité négligeable doccurrence dun séisme destructeur sur quelques siècles). (3) Lors de la conception sismique dun bâtiment les effets de sites sont considérés sous forme déterministe par lutilisation dun coefficient damplification dynamique D appliqué au calcul du cisaillement à la base pour le RPA99/V2003.

2.4 Vulnérabilité sismique Dans léquation (2) la vulnérabilité sismique est exprimée en terme de probabilités quun degré de dommages soit atteint pour une classe de bâtiment à une intensité de séisme donné. Cette définition fait référence aux fonctions de vulnérabilité obtenues à partir des matrices de dommages probables résultants des études statistiques basées sur les dommages observés lors de séismes passés ou par des consultations auprès dexperts (voir Section 5.1).


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On retrouve dans la littérature dautres définitions de la vulnérabilité, comme celle de Calgaro (1998), lorsquil définit le risque dans un contexte de fiabilité des structures: « La vulnérabilité est le produit d’un aléa (probabilité de l’évènement) par le montant des dommages qu ‘il provoque. V = P aléa x C dommage . Elle s ‘exprime généralement en unité monétaire ou parfois en degrés de dommages. »

Cette définition correspond à la notion de risque telle quexprimée par léquation (1). Dans le document de travail du Programme national de fiabilité des infrastructures essentielles du gouvernement du Canada 8 on définit la vulnérabilité comme «une caractéristique dun élément de la conception, de la mise en oeuvre ou du fonctionnement des infrastructures essentielles qui la rend susceptible dêtre détruite ou perturbée par une menace. La vulnérabilité est synonyme de faiblesse.» Le récent document S832-10 émis par lAssociation Canadienne de Normalisation et intitulé «Lignes directrices en matière de diminution des risques sismiques concernant les composants fonctionnels et opérationnels des bâtiments (CFO)» définit la vulnérabilité sismique par la probabilité de défaillance ou daffaissement dun CFO, lorsquil subit un tremblement de terre (CSA, 2002). La cote de vulnérabilité obtenue pour un CFO donné est multipliée par les cotes des conséquences. La cote de vulnérabilité inclut laléa sismique correspondant à la région considérée. Cette définition est donc légèrement différente de celle exprimée par léquation (1). Dans ce rapport nous retiendrons la définition de vulnérabilité sismique de léquation (1), reliée à un degré de dommages pour une intensité sismique donnée en excluant laléa sismique.

3. Facteurs affectant la vulnérabilité sismique des bâtiments En dehors du type de construction, différents facteurs influent sur le niveau global de vulnérabilité d’une structure. Ces facteurs s’appliquent de manière générale à tous les types de structures, qu’elles soient calculées ou non, de même que les structures avec ou sans conception parasismique. 3.1 Qualité d’exécution Il va de soi qu’un bâtiment bien construit sera plus résistant qu’un bâtiment mal construit, mais ce point n’avait pas été pris auparavant en considération dans les échelles d’intensité, sans doute en partie parce qu’il est difficile de définir les éléments qui constituent ce "bien" et ce "mal". L’utilisation de matériaux de bonne qualité et de bonnes techniques de construction conduira à un bâtiment bien plus apte à résister à la vibration qu’un bâtiment mal construit à l’aide de matériaux médiocres. Dans le cas des matériaux, la qualité du mortier est particulièrement importante et même une maçonnerie de moellons bruts peut fournir un bâtiment de solidité raisonnable si le mortier est de haute qualité. Une mauvaise technique peut signifier à la fois des négligences et des mesures de réduction des coûts, comme le défaut d’assemblage correct entre les différentes parties de la structure. Dans le cas de structures bien calculées et mal construites, il se peut que la structure finie ne réponde pas réellement aux dispositions appropriées du code de construction parasismique. 3.2 Etat d’entretien


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Un bâtiment qui a fait l’objet d’un entretien correct se comportera conformément à la résistance attendue du fait des autres facteurs. Un bâtiment que l’on a laissé se dégrader pourrait être significativement moins résistant, au point de diminuer d’une unité sa classe de vulnérabilité. C’est ce que l’on observe dans le cas de bâtiments abandonnés ou délaissés ainsi que dans les cas présentant un manque évident d’entretien. Un cas tout particulier à mentionner est celui des bâtiments déjà endommagés (le plus souvent par un séisme précédent lorsqu’il s’agit d’une série de secousses). Ces bâtiments peuvent se comporter de manière extrêmement médiocre de telle sorte qu’une réplique relativement faible peut provoquer une quantité de dégâts disproportionnée (notamment un effondrement) sur des bâtiments endommagés par la secousse principale.

3.3 Régularité Concernant la résistance au séisme, le bâtiment idéal serait un cube dans lequel toutes les variations internes de rigidité (comme les cages d’escalier) seraient disposées de manière symétrique. Comme de tels bâtiments seraient incommodes des points de vue fonctionnels et déplorables du point de vue esthétique, on peut s’attendre à des variations plus ou moins importantes par rapport à ce plan idéal de la plupart des bâtiments que l’on peut rencontrer. Plus on s’éloigne de la régularité ou de la symétrie, plus grande est la vulnérabilité du bâtiment à la secousse sismique, et il est souvent possible d’observer sur des bâtiments endommagés la manière dont les irrégularités ont clairement contribué aux dégâts (par exemple lors de l’effondrement d’étages transparents). 3.4 Ductilité La ductilité est une mesure de la capacité d’un bâtiment à résister à des charges latérales dans un domaine post-élastique, c’est-à-dire en dissipant l’énergie du séisme et en créant des dégâts de manière contrôlée, largement répartie ou concentrée localement, selon le type de construction et de système structural. La ductilité peut être directement fonction du type de construction: les ossatures en charpente métallique bien construite présente une ductilité élevée et résiste donc bien à la secousse par rapport à des bâtiments de ductilité plus faible comme les maisons de briques. Dans les bâtiments conçus parasismiques, les paramètres du bâtiment déterminant ses caractéristiques dynamiques (rigidité et distribution des masses) sont maîtrisés et la qualité de la transformation et de la dissipation de l’énergie doit être assurée par l’intéraction sol-structure, les fondations et les éléments structuraux, et en évitant les concentrations locales de dégradations. 3.5 Position La position d’un bâtiment par rapport aux autres bâtiments de son voisinage peut avoir un effet sur son comportement au cours d’un tremblement de terre. Dans le cas des rangées de maisons d’un lotissement en ville, ce sont souvent les maisons situées à l’extrémité d’une rangée ou dans une position d’angle qui sont les plus gravement affectées. Un côté de la maison ancré à la voisine tandis que l’autre côté ne l’est pas, entraine une irrégularité de la rigidité globale de la structure qui a tendance à aggraver les dégâts. Des dégâts sévères peuvent se produire lorsque deux grands immeubles ayant des périodes propres distinctes sont situés trop près l’un de l’autre. Au cours d’un séisme, ils peuvent osciller à des fréquences différentes et se heurter, causant un effet de pilonnage. Ces dégâts ne sont pas une mesure de la violence de la secousse sismique et doivent être écartés lors de l’attribution d’une intensité. 3.6 Renforcement


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Lorsque qu’une réhabilitation est envisagée pour modifier des bâtiments afin d’assurer un bon comportement à l’action sismique, il en résulte de nouveaux types de bâtiments «composites». Leurs performances peuvent être radicalement différentes de celles d’un bâtiment de base non modifié. Par exemple, si l’on prend des constructions anciennes en pierre tout venant et que l’on améliore les éléments horizontaux en remplaçant les planchers ou en insérant des éléments de liaisons, la performance peut être améliorée jusqu’à la classe B. Si en outre, on applique des injections de mortier ou d’époxy ou un chemisage de béton armé, les performances peuvent être améliorées et atteindre les classes attribuées aux bâtiments ayant une conception parasismique.

3.7 Conception parasismique Il est impossible, pour les besoins d’une échelle macrosismique, de donner une classification complète des bâtiments calculés qui reflète les différences et les subtilités des codes parasismiques nationaux. Des corrélations entre les niveaux de résistance aux séismes selon les codes parasismiques en vigueur en Europe ou dans d’autres pays et les classes de vulnérabilité typiques mentionnées doivent être mise au point et elles exigent une discussion entre les spécialistes nationaux. Les fonctions de vulnérabilité pour les différents types de structures doivent être évaluées pour les structures calculées en fonction principalement du niveau de conception parasismique prévu (cohérent avec la réglementation). 4. ÉVALUATION SISMIQUE Lévaluation sismique qui vise à vérifier la performance dun bâtiment pour une intensité sismique donnée est un outil important dans lévaluation de la vulnérabilité sismique dun bâtiment ou dun ensemble de bâtiments. Lévaluation sismique est une application particulière des procédures dévaluations structurales sappliquant à lensemble des cas de chargement sollicitant un bâtiment. 4.1 Évaluation structurale Selon Melchers (2001) lévaluation structurale vise à estimer la capacité de la structure à avoir une performance future acceptable pour les conditions et les charges appropriées. La procédure dévaluation structurale la plus courante est celle recommandée par lAmerican Society of Civil Engineering (ASCE, 2000a). Elle est constituée de deux phases dévaluation: i. lévaluation sommaire ou préliminaire a pour objectif de déterminer si des travaux de réparation sont exigés ou si une évaluation plus détaillée est nécessaire, ii. et (ii) lévaluation détaillée qui nest requise que si linformation obtenue lors de lévaluation préliminaire est insuffisante pour déterminer la nécessité et lampleur des travaux à effectuer. Le schéma de la Figure 3 illustre les étapes principales de lévaluation structurale. Cette procédure est générale et sadresse à la vérification de la performance de la structure pour lensemble des cas de chargement.


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Figure 3: Pr cédure dévaluation structurale (ASCE, 200 a) 4.2 Procédure dévaluation ismique Lévaluation sismique dun b timent dans le but de vérifier sa performanc e pour un niveau de séisme donné requiert de bie connaître les différentes caractéristiques s tructurales requises pour une bonne performance ismique. Les «Lignes directrices pour léval ation sismique des bâtiments existant» de lInstitut de Recherche en Construction du C onseil National de Recherche du Canada (IRC -CNRC, 1992a) guident les ingénieurs en structure dans le processus dune évaluation si mique. Ces directives, adaptées pour le Can da, sont basées sur celles du Federal Emergenc Management Association FEMA-178 (B SC, 1992b), hand book basé sur le rapport A C-14 (1987) du Applied Technology Cou cil de létat de la Californie (Corporation sans but lucratif établie en 1971 pour renseigner les ingénieurs en structures sur les développe ments technologiques). La méthode proposée vise à vérifier laptitude de la structure à résister à un séisme sans subir de rupture avec ne performance de sécurité des occupants. Il s git dune méthode à deux phases dapplication. La première phase consiste à identifier le déficiences sismiques de la structure à pa tir dinspections et des plans détaillés en répon ant par vrai ou faux à une série dénoncé s. Le document du CNRC contient six énoncés (l iste de questions) couvrant les six éléments s uivants - Le système de base; - Les systèmes verticaux de ré sistance aux forces latérales; - Les diaphragmes; - Les assemblages de charpen tes (connexions); - Les fondations;


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- Les éléments non structuraux. Les énoncés vrais supposent que la caractéristique ou lélément évalué est adéquat en terme de performance sismique. Tout énoncé faux nécessite de passer à la phase suivante. Les procédures décrites pour la phase II incluent des vérifications par des calculs rapides, telles que la rigidité latérale, le glissement détage, leffort de cisaillement à la base des murs, etc... et une analyse détaillée. Lanalyse détaillée repose principalement sur la méthode danalyse statique équivalente décrite dans le Code National du bâtiment aussi appelée méthode de la force latérale équivalente, et recommande une analyse dynamique élastique ou analyse du spectre de réponse pour les bâtiments élevés ou avec des irrégularités. Une version plus récente des directives du FEMA- 178 est le standard de lAmerican Society of civil Engineers, ASCE 31-03, paru en 2003 (ASCE, 2003) qui a été précédé du préstantard FEMA-310 (ASCE, 1998). La procédure dévaluation proposée comporte trois phases et considère la performance doccupation immédiate en plus de sécurité des occupants. La première phase est semblable à celle des directives canadiennes, mais les énoncés sont adaptés au niveau de performance visé. La phase II consiste à lanalyse des déficiences potentielles identifiées à la phase I, ou lanalyse du bâtiment complet, à laide de procédures linéaires statique ou dynamique. La troisième phase de lévaluation propose une procédure détaillée danalyse non linéaire basée sur la méthode des déplacements conformément au document FEMA-273 (B SSC, 1 997a) et plus récemment au FEMA-356 (ASCE, 2000b). Cette procédure est adaptée pour lévaluation sismique dun seul bâtiment et noffre pas la possibilité de faire de lien entre les dommages attendus et le séisme considéré. Plusieurs documents existent pour faire suite à lévaluation sismique et mettre en place des mesures de mitigations. En voici quelques exemples: - Lignes directrices pour la protection parasismique des structures des bâtiments existants (IRC-CNRC, 1993) - FEMA- 172: NEHRP handbook of techniques for the seismic rehabilitation of existing buildings (BSSC, 1992a) - FEMA-273 : NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings (BSSC, 1997a) - FEMA-274 : NEI-IRP Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings (BSSC, 1997b) - FEMA-356 : NEHRP Pre standard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings (ASCE, 2000b) Les Lignes directrices du CNRC et le FEMA- 172 donnent des techniques de réhabilitation appropriées pour différents types de systèmes structuraux. Dans le FEMA-273 et le FEMA356 on décrit des procédures danalyse statiques linéaires, dynamiques linéaires et statiques non linéaires pour prédire la réponse sismique dun bâtiment lorsquil est soumis à une sollicitation sismique. Lapproche est basée sur les niveaux de performance décrite par (Hamburger et al., 1996).

5. MÉTHODES DÉVALUATION DE LA VULNÉRABILITÉ Lévaluation de la vulnérabilité dun bâtiment ou dun ensemble de bâtiments nécessite lestimation des dommages potentiels aux différents types de structures et selon différentes intensités sismiques. Afin destimer les dommages probables, on a recourt à des approches empiriques ou à des analyses dynamiques théoriques des structures à létude. Les approches pour lévaluation de la vulnérabilité sont multiples et peuvent être classées soit selon leur degré de difficulté en terme de temps de calcul (Lang, 2002), ou selon quon évalue la


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vulnérabilité dun seul bâtiment ou dun ensemble de bâtiment (Augusti et Ciampoli, 2000). Ces deux classifications sont illustrées respectivement à la Figure 4 et à la Figure 5.

Figure 4 Classification selon le temps et la difficulté de calcul

Figure 5 Classification selon lapplication Chacune de ces classifications a ses avantages. La première, basée sur le temps et la difficulté de calcul permet de bien illustrer que les méthodes danalyses détaillées sont peu appropriées pour lévaluation dun ensemble de bâtiments. Par contre cette classification illustre moins bien le positionnement de certaines méthodes dites hybrides qui utilisent, par exemple, un système de pointage et les observations de la vulnérabilité. La classification dAugusti (Figure 5) a pour objectif de positionner lévaluation de la vulnérabilité sismique des monuments historiques. Ces bâtiments uniques avec un comportement dynamique complexe se prêtent difficilement à des analyses par des modèles mécaniques simples en cas de haute sismicité. De plus, ces bâtiments ont subi une réduction de la résistance structurale avec le temps et on ne peut pas utiliser une approche basée sur lextrapolation des dommages dus à un séisme antérieur. Les méthodes statistiques sont donc à exclure. Augusti propose une méthode hybride dévaluation comparative pour des monuments semblables en utilisant la méthode des macro- éléments (Augusti et al. 2001). Les différentes méthodes de la classification proposée par Lang dans sa thèse de doctorat (Figure 4) sont décrites dans les sections suivantes. Le Tableau I fait la synthèse du positionnement des différentes méthodes et des références pertinentes. À la classification de Lang, on a ajouté les méthodes hybrides afin de positionner les références les plus récentes découlant dune combinaison des approches. Certaines de ces méthodes présentant un intérêt pour la suite de ce rapport sont décrites plus en détail au Chapitre 5.


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Tableau I: Classification des méthodes et positionnement des références

5.1 Observation de la vulnérabilité Lobservation de la vulnérabilité vise en particulier à générer des matrices de dommages probables ou des fonctions de vulnérabilité. Les matrices de dommages probables, ou DPM (Damage Probability Matrix), et les fonctions de vulnérabilité sont deux façons de représenter la relation probabiliste entre le niveau de dommages et lintensité dun séisme. Basées sur une classification typologique des bâtiments, les DPM peuvent être construites à partir de sondages sur les dommages survenus à la suite dun séisme ou à partir du jugement dexperts. Ces matrices expriment la probabilité quune structure appartenant à une certaine classe de bâtiments subisse un certain niveau de dommages résultant dun séisme dune intensité donnée. Les dommages considérés sont structuraux et peuvent parfois inclurent des dommages non structuraux. Les bâtiments sont classés selon leur typologie à partir de caractéristiques communes, comme par exemple, le matériau de construction, la technologie utilisée, lannée de construction, etc. Après è séisme de San Fernando en 1971, les données sur les dommages relevés sur plus de 1600 bâtiments en acier et en béton ont servis à générer des matrices de dommages probables (Whitman et al., 1974). Ces matrices donnent la probabilité quun certain degré de dommages survienne pour une intensité sismique selon léchelle de Mercali modifiée. Whitman définit neuf degrés de dommages par une description subjective et par le rapport du coût des réparations sur le coût de remplacement, ou ratio de dommages (DF damage factor). Le Tableau II illustre le format typique dune telle matrice de dommages probables. Dans chaque cellule vide on assigne le pourcentage de bâtiments subissant le degré de dommages pour lintensité considérée. Le cumulatif des pourcentages attribués à chaque degré de dommages pour une intensité sismique donnée doit être de 100%. Pour certaines applications, il peut être suffisant dutiliser un ratio de dommages moyen (MDF). Pour chaque intensité


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sismique on évalue la valeur des dommages dans leur ensemble en pourcentage de la valeur totale. Le calcul du MDR se fait en pondérant les probabilités attribuées à chaque degré de dommages. Tableau II: Format dune matrice de dommages probables, selon Whitman 1974

Dans les études subséquentes, le nombre de degrés de dommages a été réduit à quatre, cinq ou six étant donné la difficulté à discerner les degrés. Par exemple, les matrices construites à partir de léchelle macrosismique européenne utilisent cinq degrés de dommages comme illustré à la Section 5.5. Les fonctions ou combes de vulnérabilité sont la représentation graphique des DPM. Ces fonctions expriment généralement les dommages ou pertes attendus pour un bâtiment ou une classe de bâtiment en fonction de lintensité du séisme, soit pour un degré de dommages donné ou une classe de bâtiments donnée ou pour un ensemble de bâtiments. Un exemple de courbes de vulnérabilité est donné à la Figure 12 de la Section 5.5. Lorsquon utilise une distribution probabiliste au lieu dune courbe de vulnérabilité unique, on obtient une combe de fragilité. Les combes de fragilité décrivent la probabilité quun bâtiment appartenant à une certaine classe atteigne ou dépasse un niveau de dommage donné pour un estimé déteministe de la réponse spectrale (accélération ou déplacement) tel quillustré à la Figure 16 de la Section 5.6.1. En 1992, Cobum & Spence ont utilisé les données provenant des études de cas de plusieurs séismes à travers le monde pour développer des fonctions de vulnérabilités pour différents types de bâtiments avec cinq niveaux de dommages (Cobum et Spence, 1992). Des distributions nonnales étaient supposées pour lélaboration de ces courbes donnant la probabilité de dépassement dun niveau de dommage pour une intensité de séisme donnée. Plusieurs études des dommages résultant des séismes ont été réalisées à travers le monde. Suite au séisme du Saguenay, (Paultre et al., 1993) ont relevé, à partir des réclamations dassurance, la distribution spatiale des dommages en fonction de ratio de dommages. Les effets de site ont été pointés comme lune des causes principales des dommages aux bâtiments. Les résultats nont cependant pas servi à élaborer des matrices de dommages probables. Lapproche par observation de la vulnérabilité exige beaucoup de données et nest valide que pour la région étudiée ou une région similaire. Idéalement la classification typologique des bâtiments devrait être redéfinie pour chaque région en fonction des techniques de construction, des matériaux utilisés, etc. Cette méthode a aussi linconvénient de ne pas considérer les travaux de mise en conformité sismique.


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Les matrices de dommages probables et les fonctions de vulnérabilité ont servi de base à plusieurs approches pour lévaluation dun ensemble de bâtiments. Ces approches seront décrites au Chapitre 5.

5.2 Jugement expert Une autre méthode pour développer des fonctions de vulnérabilité en labsence de données résultant de séismes est lutilisation du jugement dexperts. À partir de consultation de 58 experts, le rapport ATC- 13 (ATC, 1985) dérive des matrices de dommages probables pour 78 classes dinstallations dont 36 réfèrent à des bâtiments. Linconvénient de cette méthode est quelle fait appel à la subjectivité des experts et introduit des incertitudes sur lestimation des dommages et sur lopinion formulée. De plus, les matrices développées sont difficilement applicables dans dautres régions et à dautres types de structures. Cette méthode est cependant demeurée la référence jusquaux années 1990. Le rapport ATC- 13 a ensuite servi de fondement pour lélaboration en 1997 du logiciel I1AZUS? par le National Institute of Building Science (NIBS). Ce logiciel interactif permet dévaluer le risque sismique à partir du jugement dexperts pour 36 modèles de bâtiments correspondant à la classification typologique du FEMA- 178. Les données sismiques sont laccélération spectrale et le déplacement spectral et permettent de considérer quatre niveaux de conception sismique «high-code, moderate-code, lowcode, pre-code ». Pour chaque type de bâtiment la description de quatre niveaux de dommages est donnée légers, modérés, importants et perte totale. On calcule ensuite les valeurs limites des paramètres de capacité du bâtiment pour linitiation des dommages pour chaque niveau de conception sismique. Ces paramètres sont, en autres, le déplacement inter-étage et les déplacements spectraux. I1AZUS? donne pour chacune des quinze classes de bâtiments les données permettant dobtenir les courbes de capacité et les courbes de fragilité. Les courbes de capacité, ou «pushover curves» donnent leffort de cisaillement total V agissant sur une structure, ou daccélération spectrale correspondante 5a, en fonction du déplacement latéral maximal ?, ou le déplacement spectral Sd. Les courbes de fragilité décrivent la probabilité quun bâtiment appartenant à une certaine classe atteigne ou dépasse un niveau de dommage donné pour un estimé déterministe de la réponse spectrale (accélération ou déplacement).

5.3 Modèles analytiques simples Lorsquil ny a pas de données observables, il nest pas possible détablir des fonctions de vulnérabilité basées sur les observations ou sur le jugement dexperts. On utilise alors des modèles simples permettant de définir les mécanismes de ruptures probables et ainsi établir les degrés de dommages encourus sous leffet dun séisme donné. Cette méthode a été utilisée pour lestimation des pertes pour le district historique dAlfama de Lisbonne (DAyala et al., 1997), qui suite à cette étude a été secoué par le séisme de Umbria-Marche en 1997. Le projet comprenait linvestigation par un système GIS des caractéristiques structurales de 200 bâtiments en maçonnerie non armée. Les informations sur les dimensions, létat, lusage, les matériaux, les ouvertures et autres caractéristiques ont été obtenues en parcourant les rues du district et en utilisant un formulaire de niveau I de type GNDT (Voir Sections 5.4 et 5.4). La description détaillée dun nombre restreint de bâtiments (épaisseur des murs, présence de renforcement, etc.) a permis ensuite de procéder à lanalyse des mécanismes de rupture de chaque bâtiment, en considérant la maçonnerie comme étant un matériau rigide parfaitement plastique. La capacité en cisaillement statique équivalente sous


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leffet de forces horizontales est ainsi déterminée en terme daccélération critique a/g. Deux classes de ruptures étaient considérées: rupture hors du plan et la rupture en plan. Sept mécanismes de ruptures sont associés à ces classes. Les résultats ont permis de développer des relations entre la capacité en cisaillement (a/g) et les degrés de dommages selon léchelle macrosismique européenne (EMS-92) associés aux mécanismes de rupture initiateurs. La corrélation entre laccélération au sol et lintensité sismique MM a permis ensuite de générer des fonctions de vulnérabilité pour ce cas particulier quon a comparées favorablement à celles obtenues par lobservation des dommages causés par le séisme historique de Lisbonne en 1755. Une autre méthode analytique est celle développée par Calvi et utilisée pour évaluer les dommages potentiels pour la ville de Catania en Italie (Faccioli et al., 1999). Cette approche utilise des états limites de déplacement associés à des critères définis dinitiation des dommages. Le modèle est très simple et nutilise quun nombre limité de données: lannée de construction, le nombre détages et le matériau de construction (béton armé et maçonnerie). Les résultats de létude ont démontré que cette méthode analytique donne une évaluation des dommages équivalente à celle obtenue par la méthode de pointage couramment utilisée en Italie, la GNDT décrite à la Section 5. 5. (Lang, 2002) propose une approche analytique semblable pour les bâtiments en béton armé de la ville de Bâle en Suisse (Voir Section 5.6.1). Alors que la rapidité de lapproche analytique est directement reliée à la simplicité du modèle utilisé, sa précision ne lest pas. Cest une approche beaucoup mieux adaptée pour lévaluation dun ensemble de bâtiments car elle a une valeur statistique. Lutilisation de modèles simples telles que les approches analytiques (Lang, 2002), les macro-éléments (Augusti, Fisher) ou des modèles avec masses concentrées offre la possibilité danalyser plusieurs types de structures et de considérer plusieurs niveaux de séisme. Plus les paramètres considérés sont nombreux, plus les résultats offrent la possibilité den faire un traitement statistique. Par contre, en augmentant le nombre de paramètres dintrant on augmente aussi les incertitudes qui y sont associées. Certains auteurs se sont penchés sur le traitement statistique des résultats obtenus par lanalyse de modèles simples ou sur le traitement des incertitudes des données et des résultats. Fisher (Fisher et al., 2002) propose un modèle dit «intégré» pour lévaluation du risque sismique des bâtiments en considérant lincertitude des données. Le comportement dune centaine dédifices est analysé à laide du logiciel HAZUS ? et de modèles de macro-éléments inélastiques afin dobtenir la période, la capacité en force latérale équivalente et le déplacement inter- étage élastique et maximum. Trois types de sol et trois spectres de dimensionnement sont considérés dans les analyses. Les résultats permettent détablir laccélération spectrale critique pour un niveau de performance et dy relier un index dendommagement. Une particularité de lapproche de Fisher est lutilisation de la logique floue basée sur le jugement expert permettant de considérer lincertitude reliée aux données et à lévaluation de la performance de la structure. Lutilisation de modèles simples permet également dobtenir éventuellement un index de performance pour un bâtiment. (Kanda et al., 1997) proposent une procédure danalyse sismique par réponse inélastique dune série de modèles soumis à plusieurs spectres de réponse (6 aléas sismiques différents). Lindice sismique «seismic margin index» ? est évalué en posant une distribution de probabilité lognonnale pour la réponse élastique équivalente et la résistance élastique de chaque étage dun modèle, en appliquant les principes de fiabilité du second - moment (méthode de niveau II). Ceci permet de calculer la probabilité de rupture de chaque étage et dobtenir lindice sismique pour la structure.


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Hong (Hong et al., 2003) calcule un index de performance en utilisant des modèles de comportement simplifiés et les critères de performance du FEMA- 178. Il juge cependant que lévaluation préliminaire telle que décrite dans la méthode du FEMA- 178 présente certaines lacunes - Une liste des déficiences devrait être assemblée pour obtenir une conclusion rationnelle et compréhensive - Lutilisation de connaissances empiriques pour la prise de décision est prépondérante; - Lexistence de multi-critères de performances (capacité en cisaillement, déplacement interétage, etc...) rend le jugement final difficile - Les incertitudes provenant des données disponibles incomplètes, des variations dans les précisions des commentaires des évaluateurs, des listes de déficiences incomplètes ou non représentatives, etc sont inhérentes à la procédure. Hong propose une hiérarchie à multi-niveaux pour les critères de performance; la structure dans son ensemble, les étages et les composantes. Les critères de performances diffèrent pour chaque niveau. Ces différents critères de performance sont évalués et pondérés à laide de facteurs de pondération linéaires basés sur la logique floue, cest-à28 dire selon des variables qualitatives allant de «très pauvre» à «excellent». Cette méthode permet de considérer les incertitudes mentionnées plus haut et de calculer à laide dune méthode de composition simple un index de performance pour la structure. Lévaluation de la vulnérabilité des bâtiments historiques ou monuments est considérée par Augusti (Augusti et Ciampoli, 2000) comme une problématique différente des autres bâtiments. Il propose une évaluation comparative pour des monuments semblables en utilisant les macro-éléments. Cette approche analytique subdivise le bâtiment, ici une église, en éléments principaux tels que la façade, les parois, la coupole, la nef, etc.. Les modes de rupture propres à chaque macro-élément, en plan, hors du plan, etc. servent à évaluer leurs probabilités de rupture qui permettent subséquemment détablir la probabilité de rupture de lensemble du bâtiment par une approche cinématique danalyse limite (Augusti et al., 2001; Augusti et al., 2002). Lapproche cinématique danalyse limite suppose que la rupture sera définie par des critères de rupture dynamique et non statique.

5.4 Systèmes de pointage ou indice de vulnérabilité Les systèmes de pointage ou de calcul dindice de vulnérabilité ont pour objectif principal la sélection rapide des bâtiments aux fins dun classement dans un inventaire. Des données nombreuses permettent davoir une approche statistique à linterprétation des résultats. Le principe de base de cette approche est lattribution dun pointage aux différents systèmes structuraux selon leur classe de vulnérabilité. Lobservation de déficiences vient modifier le pointage de base jusquà lobtention dune cote finale se voulant le reflet de la vulnérabilité sismique du bâtiment par rapport à dautres bâtiments du même type. Les cotes ou points attribués aux systèmes structuraux et aux déficiences sont généralement calibrés par des experts. Le grand avantage des méthodes par systèmes de pointage est quil sagit dune méthode simple de la mesure de la vulnérabilité, mais sa valeur est essentiellement statistique. On doit également vérifier que des pointages égaux représentent réellement le même niveau de vulnérabilité indépendamment de la typologie des bâtiments et de leurs caractéristiques mécaniques, de même que des pointages différents doivent refléter lécart réel de vulnérabilité. Cette approche ouvre la porte à lestimation des pertes en la jumelant à des


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matrices de dommages probables. Cest ce qui a été fait entre autres pour lestimation des pertes de la Ville de Portland en Oregon ((McConnack et Rad, 1997), Voir Section 5. 2). Les méthodes utilisées par un pays ou un autre se différencient généralement par le type de structures considérées, les éléments modifiant la performance, linclusion ou non des éléments non- structuraux et de la valeur économique des bâtiments. Parmi les pays possédant une méthodologie établie on retrouve entre autres les États-Unis, le Canada, la Suisse et lItalie. Ces méthodes seront décrites au Chapitre 5.

5.5 Analyses détaillées Les analyses détaillées font partie des méthodes dévaluation les plus complexes et sont par conséquent mieux adaptées pour lévaluation dun bâtiment unique. Les différentes méthodes danalyse détaillées peuvent être classées parmi les procédures linéaires (statique et dynamique) et les procédures non linéaires (statique et dynamique). 5.5.1 Analyse statique linéaire Lanalyse statique linéaire comme celle décrite dans les Lignes directrices pour l’évaluation sismique des bâtiments existants et dans lASCE 3 1-03 est lapproche des codes de conception. Le bâtiment est modélisé comme un système équivalent à un degré de liberté avec une rigidité élastique linéaire et un amortissement visqueux équivalent. La charge sismique est modélisée par une force latérale équivalente visant à reproduire le même niveau de contraintes et de déformations que le séisme représenté. De façon générale, pour lensemble des codes de conception la force latérale équivalente, V, sexerçant à la base de louvrage est obtenue par le produit de la masse, m, par laccélération spectrale, Sa, déterminée empiriquement ou par la méthode de Rayleighs à partir de lévaluation de la période du mode fondamental de vibration du bâtiment, T. V = S a m C global

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Le coefficient C global inclut les effets de second ordre comme les fondations, limportance du bâtiment, la diminution de la force due au comportement inélastique anticipé, et la dégradation de rigidité. Cette force est ensuite distribuée sur la hauteur de lédifice et les efforts et déplacements résultant sont obtenus par une analyse statique linéaire. Cette procédure est valable pour les bâtiments réguliers et dont la période fondamentale de vibration est prédominante. Pour les autres bâtiments, il est recommandé dutiliser une analyse dynamique linéaire ou analyse du spectre de réponse.

5.5.2 Analyse dynamique linéaire Lanalyse dynamique linéaire ou lanalyse du spectre de réponse est utilisée pour les structures irrégulières ou en hauteur. Elle utilise tous les modes contribuant de manière importante à la réponse structurale totale. La structure est modélisée par un système à plusieurs degrés de libertés avec une matrice de rigidité linéaire élastique et une matrice damortissement visqueux équivalent. On peut ainsi calculer les réponses modales maximales. Ces contributions sont combinées statistiquement de façon à obtenir une réponse structurale approximative. Le séisme est généralement modélisé par une analyse spectrale modale ou par une analyse pas à pas (time-history) laquelle nécessite lutilisation denregistrements de séismes. Dans les deux cas, les forces et les déplacements sont obtenus par une analyse linéaire élastique.


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5.5.3 Analyse statique non linéaire Dans la procédure danalyse statique non linéaire, la non-linéarité de la relation forcedéplacement des composantes individuelles de la structure est incorporée au modèle. Cette non-linéarité est due à la réponse inélastique du matériau. Plusieurs méthodes existent et certaines sont décrites dans le FEMA-273. La non-linéarité de la relation force-déplacement du bâtiment est représentée par une courbe de capacité, cest-à-dire une courbe donnant la variation du cisaillement à la base en fonction du déplacement maximum. Cette courbe est obtenue en soumettant progressivement la structure à des forces latérales ou des déplacements dont lintensité augmente jusquà leffondrement, et qui sont distribués le long de la structure selon le mode de vibration fondamental. Lavantage dune telle méthode est quelle considère linélasticité des matériaux et donne une meilleure approximation des efforts et défomations attendus durant un séisme. Par contre, seul le mode fondamental de vibration est considéré, rendant cette méthode moins appropriée pour les bâtiments irréguliers. 5.5.4 Analyse dynamique non linéaire Cette méthode est semblable à la méthode statique non linéaire car elle considère la réponse inélastique des matériaux, et le séisme est modélisé par une analyse pas à pas. Il sagit de la méthode la plus sophistiquée et qui est mieux adaptée aux applications de recherche pour décrire la réponse détaillée dune structure. La réponse calculée est très sensible aux caractéristiques du séisme utilisé et il est préférable dutiliser plusieurs enregistrements de séismes. 6. EXEMPLES DAPPLICATION DES MÉTHODES DÉVALUATION - Léchelle EMS-98 Les échelles macrosismiques sont des fonctions de vulnérabilité basées sur lobservation de la vulnérabilité lors de séismes passés et sur le jugement dexperts. Lobjectif premier de ces échelles est de mesurer la gravité dune secousse sismique en fonction des effets observés dans une zone limitée mais elles peuvent également être utilisées pour des études de vulnérabilité. 6.1 Description de lEMS-98 LÉchelle Macrosismique Européenne (Griinthal, 1998) contient 12 intensités (décrites en Annexe A) évaluées à partir des dommages observés sur les bâtiments et leffet des secousses sur les gens et lenvironnement. Créée en 1992 sous la recommandation de la XXIIIe Assemblée générale de la Commission sismologique européenne et révisée en 1998, elle se distingue des échelles existantes, comme léchelle MSK qui lui a servi de point de départ, par lutilisation des classes de vulnérabilité et des structures calculées. On distingue 15 types de structures auxquelles on assigne la classe de vulnérabilité la plus probable parmi un total de six classes. Lattribution de la classe la plus probable est généralement faite à partir dopinion dexperts. Cette classification est donnée à la Figure 8.


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Figure 8 : Classes de vulnérabilité de lEMS 98 Afin de définir lintensité sismique correspondant à une secousse, on utilise les dommages observés sur les différentes classes de vulnérabilité de structures. Cinq degrés de dommages sont considérés et peuvent se résumer ainsi: Degré 1 : dégâts insignifiants à légers (aucun dégât structurel). Degré 2 : dégâts modérés (dégâts structurels légers, dégâts non structurels modérés). Degré 3 : dégâts considérables à sévères (dégâts structurels modérés, dégâts non structurels importants). Degré 4 : dégâts très sévères (dégâts structurels importants, dégâts non structurels très importants). Degré 5 : destruction (dégâts structurels très importants). LEMS-98 propose une corrélation entre lintensité sismique et lendommagement des bâtiments. Elle utilise pour ce faire des indicateurs du type «un peu», «beaucoup» et «la plupart ». Par exemple, lintensité EMS VII se décrit ainsi:


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VII. Dégâts a) La plupart des personnes sont effrayées et essaient de se précipiter dehors. De nombreuses personnes éprouvent des difficultés à se tenir debout, en particulier aux étages

supérieurs. b) Les meubles sont déplacés et les meubles dont le centre de gravité est élevé peuvent se retourner. Les objets tombent des étagères en grand nombre. Les récipients, les réservoirs et les piscines débordent. c) De nombreux bâtiments de la classe de vulnérabilité A subissent des dégâts de degré 3, quelques-uns de degré 4. De nombreux bâtiments de la classe de vulnérabilité B subissent des dégâts de degré 2, quelques-uns de degré 3. Quelques bâtiments de la classe de vulnérabilité C subissent des dégâts de degré 2. Quelques bâtiments de la classe de vulnérabilité D subissent des dégâts de degré].

La Figure 9 indique linterprétation quon doit faire de ces indicateurs.

Figure 9 : Description des indicateurs de lEMS- 98 La description des dégâts à une certaine intensité mentionne généralement le degré de dégât le plus élevé auquel on peut sattendre. Dans un cas idéalisé, on peut considérer que la distribution des dégâts entre les différents degrés pour des bâtiments de même vulnérabilité, soumis à la même intensité, est une distribution normale autour de la moyenne des dégâts du degré. Les degrés de dégâts de léchelle EMS-98 sont une représentation discrète dun continuum de degrés possibles de dégâts. La Figure 10 illustre les courbes de dégâts quon obtiendrait pour une classe de vulnérabilité donnée. On remarque quà une intensité sismique supérieure (courbe C) et à une intensité sismique inférieure (courbe a), la distribution normale devient respectivement, monotone croissante et monotone décroissante étant donné que les degrés de dommages des extrémités représentent des situations limites. Les cercles sur ces courbes sont les descriptions des dégâts aux différentes intensités de léchelle EMS- 98.


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Figure 10 Courbes de dégâts typiques pour une classe de vulnérabilité (EMS-98) Ces courbes de dégâts peuvent être définies pour chaque classe de vulnérabilité, ainsi que pour des constructions différentes à celles décrites dans lEMS-98, et éventuellement servir à des études destimation des dégâts potentiels.

5.5.2 Utilisation de lEMS-98 pour lévaluation de la vulnérabilité de la Ville dAigle en Suisse Bien que conçues pour qualifier une secousse sismique après coup, on peut utiliser une échelle macrosismique dans un objectif dévaluation de la vulnérabilité potentielle dun ensemble de bâtiments dont les caractéristiques correspondent aux classes de bâtiments définis. La classification de lEMS-98 a servi entre autres pour létude de la vulnérabilité sismique de la ville dAigle en Suisse (Brennet et al., 2001; Pelissier et Badoux, 2003). À partir de la classification des structures de lEMS-98 (Figure 8) le pourcentage de bâtiments se retrouvant dans chaque catégorie sismique est établi en parcourant les rues des différents quartiers de la ville. La répartition de chaque type de structure parmi les classes de vulnérabilité, A à F, est effectuée en attribuant un pourcentage aux symboles utilisés à la Figure 8. Par exemple, pour la ville dAigle, on a interprété quantitativement ces symboles le trait tillé signifie 10%, le trait plein 20% et le cercle est la différence entre le 100% et les autres classes. Cette répartition obtenue est appliquée aux bâtiments de 3 et 3,5 étages. La répartition est ensuite modifiée selon le nombre détages daprès les informations disponibles dans la littérature sachant quun nombre détages supérieur augmente la vulnérabilité. La Figure 11 illustre la répartition des bâtiments de la Ville dAigle parmi les classes de vulnérabilité. Cette répartition est ensuite combinée avec les degrés de dommages de lEMS98 pour obtenir une courbe de vulnérabilité du bâti.


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Figure 11: Répartition des bâtiments de la Ville dAigle Lobjectif dutiliser les classes de vulnérabilité de lEMS- 98 est dans un premier temps de construire des matrices de dommages probables servant à définir les fonctions de vulnérabilité. Pour déterminer la distribution des dommages EMS-98 du bâti on doit attribuer aux indicateurs EMS, «un peu », «beaucoup» et «la plupart », des valeurs quantitatives qui varieront selon le niveau de vulnérabilité considéré (Tableau VII). Tableau VII Pourcentages attribués aux indicateurs de lEMS-98 Cas optimiste Cas normal Cas pessimiste 5% 15% Unpeu 8% 35% 40% Beaucoup 30% 75% 65% La plupart 70% En allouant à chaque classe de vulnérabilité une répartition dans les degrés de dommage de lEMS-98 on dérive des matrices de probabilité de dommages (DPM) pour chaque intensité sismique. La matrice de dommage pour une intensité MSK de VII pour la vulnérabilité pessimiste de la ville dAigle est reproduite au Tableau VIII. À partir des matrices de dommages probables ainsi obtenues et de la répartition des bâtiments parmi les classes de vulnérabilité (Figure 11), on établit les courbes de vulnérabilité, soit les dommages par degré de lensemble du bâti. La Figure 12 reproduit graphiquement ces courbes de vulnérabilité. Tableau VIII: Détermination des degrés de dommages EMS-98 en pourcentage


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Figure 12: Courbes de vulnérabilité pour lensemble du bâti dAigle Le risque sismique de la Ville dAigle est ensuite évalué à partir des courbes de vulnérabilité établies et en considérant la valeur assurable des bâtiments ainsi que laléa sismique régional. La Figure B-1 de lannexe B illustre la procédure appliquée dans cette approche. Une alternative pour établir la répartition dun type de structure parmi les classes de vulnérabilité est dutiliser une approche analytique simplifiée permettant dévaluer lintensité sismique correspondant à un degré de dégât tel que défini par lEMS- 98. Dans létude de Brennet, on analyse 5 bâtiments en maçonnerie non porteuse dont la configuration est représentative de la Ville DAigle. Lanalyse de la tenue sismique est faite sur la base des normes FEMA-273, FEMA-356 et SIA- 160 et on considère pour la vérification du comportement des murs deux modes de rupture, dans le plan et hors du plan. La tenue sismique est évaluée pour les deux directions principales de chacun des cinq bâtiments et selon deux états limites, soient celui doccupation immédiate du FEMA correspondant approximativement au DG2 de lEMS-98, et celui deffondrement du FEMA correspondant approximativement au DG5 de lEMS-98. La procédure détaillée est présentée à la Figure B2 de lannexe B.


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7. EXPERIENCE ALGERIENNES DANS LE DOMAINE DE LA VULNERABILITE 7.1 Étude de la vulnérabilité de la ville dAlger Les données utilisées dans cette étude sont : Densité de logements (population) : La densité de la population a été estimée à 140000 habitants/Km au centre et à 10000 habitants/Km en banlieue. •

Types de constructions : Alger a connu un développement semi circulaire, le vieux quartier (la Casbah) est constitué de constructions en maçonnerie médiocre légèrement chaînée horizontalement par des poutres en bois, entourées par des bâtiments de plusieurs étages non chaînés verticalement (Bâb El Oued, Grande Poste, Tagarins...) Il est important de rappeler que la plupart des bâtiments administratifs (Ministères, DGSN, Assemblée, Wilaya) sont des vieux ouvrages datant de lère coloniale. Ces constructions dont certaines ont jusquau huit (8) étages, ne sont pas calculées au séisme, où très souvent les étages inférieurs sont souples conçus pour permettre de grandes entrées, ce qui rend encore les structures plus vulnérables. •

Tableau 7.1 – Estimation des dommages Coefficients de dommages Type de constructions MMI=VII MMI=VIII Adobe (Casbah) 22% 50% Maçonnerie non renforcée 14% 40% Ossature en béton armé non calculée au séisme 11% 33% Maçonnerie renforcée non calculée au séisme 5% 17% Ossature en béton armé calculée au séisme 4% 13% Structure avec murs de contreventement calculée au 1,5% 5% séisme Les résultats ainsi obtenus pour une intensité de « VII », sont traduits en termes de nombre de logements endommagés pour les quartiers les plus vulnérables : -Bab El Oued : 126 logements endommagés / Hectare -Casbah : 119 logements endommagés / Hectare -Grande Poste : 106 logements endommagés / Hectare -Sidi Mhamed : 94 logements endommagés / Hectare [10] Les études de vulnérabilité de bâtiments stratégiques de la ville dAlger ont été inscrites dans le programme de réduction du risque sismique. Une première tranche denviron 185 000 m2 de plancher a été traitée durant la période 1992 – 1996, elle a concerné les bâtiments suivants (tableau 7.2)

Tableau 7.2 – Les différents systèmes structuraux (les ouvrages stratégiques de la capitale) Nombr Surface e totale de Ouvrages Type de structures douvr plancher ages (m2) Siège de la wilaya dAlger 01 Murs en maçonnerie de pierres 21 184


01 Ouvrages de la protection civile Ouvrage du ministère des PTT Hôpital Mustapha Bacha

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Poteaux poutres (BA) Charpente métallique et béton armé

21 915

Poteaux poutres (BA)

42 450

19 bâts en poteaux poutres (BA) (≈42% m2) 18 bâts en murs porteurs en maçonnerie 99 450 de pierres (≈5,5%m 2) 11 bâts en structure mixte (≈53%m )

Système mixte : système porteur composé de murs en maçonnerie de pierres et poteaux poutres. - soit que le bâtiment est à démolir - soit que le bâtiment est à déclasser (changement du groupe dusage) - soit une solution de renforcement de la structure est envisagée, moyennant une étude technico-économique Les analyses statiques et dynamiques lensemble des ouvrages concernés et comparer avec règlementaires (RPA 88) donnent soit : - soit que le bâtiment est à démolir. - soit que le bâtiment est à déclasser (changement du groupe dusage) - soit une solution de renforcement de la structure est envisagée, moyennant une étude technico-économique. Ces dommages représentés dans le Tableau 7.3 :

Tableau 7.3 – dommages dans les bâtiments stratégiques dAlger Bâtiments Hôpital C.T Caserne de Centre des Siège de CCP, 1er Résultats Mustapha Aissat la protection PTT Ben wilaya Novembre Bacha Idir civile Aknoun Exploitation 13% Changement de groupe 52,7% X X dusage/démolition Renforcement 34,3% X X X 7.2 Etude de la ville de Rouïba : Dâpre le séisme de 21 mai de boumerdes, Lorganisme de contrôle technique de construction C.T.C développer un modèle de la fiche denquête pour évaluer les dommages des bâtis de la ville de Rouïba de manière à la rendre plus simple, précis et plus objectif. A pour but: - Homogénéiser lévaluation finale. - Affiner lévaluation (plus de choix, de possibilités offertes à lenquêteur en matière de dédommagement et daides publiques destines aux sinistrés). Ce modèle dévaluation est réalisé suivant la méthodologie suivante : 1. Elaboration du modèle dévaluation : Le travail délaboration du modèle, sera partagé en deux étapes : - paramètres dévaluation des dommages - Système de notation pour chaque élément ou paramètre retenu. 1. 1. Paramètres dévaluation des dommages de la fiche dexpertise :

26


La fiche dexpertise utilisée par le GECOTEC (groupement de CTC) contient un nombre suffisant déléments sur lesquels sappui lévaluation finale de la construction. en lui rajoutant quelques paramètres complémentaires, comme modèle sur le quel nous allons introduire la notation. Ces détails concernent notamment lidentification de la construction, comme dinsérer les coordonnées GPS qui servent à préciser les lieux expertisés par Satellite. Les éléments à prendre en compte dans la notation sont :  Le Sol : Faille ; Liquéfaction ; Glissement ; Affaissement-Soulèvement.  Les Fondations : Glissement ; Basculement.  La Structure Résistante : éléments porteurs ; éléments de contreventement.  Les Planchers : terrasses ; toitures inclinées.  Les Eléments secondaires : les escaliers ; les éléments intérieurs ; les  remplissages extérieurs ; les autres éléments extérieurs. Lanalyse de se modèle suivit une méthodologie bien organiser du début jusquà la fin, car au premier lieu, on a bien identifié la construction, puis on a entamé lévaluation des dommages commençant par le sol autour de la construction, puis nous intéressons au éléments structuraux qui sont classé suivant leur rôle de résistance au déférents efforts quils reprennent; comme les éléments porteurs qui serrent à reprendre les efforts horizontaux et les éléments de contreventement qui reprennent les efforts verticaux. Le travail de la première étape délaboration du modèle se résume dans la fiche suivante :

Fiche dévaluation des dommages (voir lannexe) Code Inspecteur :…………………………………………………………………….. Date :………………………………………………………………………………… IDENTIFICATION DE LA CONSTRUCTION Secteur …………..Zone…………… Construction calculée au séisme : Oui - non Adresse ……………………………... Construction contrôlée : Oui non ……………………………………… Position GPS : X…………… ; Y……………… ; Z………………….. USAGE DE LA CONSTRUCTION Logement Scolaire Commercial Administration Hospitalier Industriel Socioculturel Sportif Réservoir deau Autres (à préciser) DESCRIPTION SOMMAIRE Age approximatif :…………… Nombre de niveaux :……………… Nombre de joints de dilatation :…………..

Vide sanitaire : Oui - Non Sous-sol : Oui - Non

DOMMAGES VISIBLES SUR LA CONSTRUCTION : * Un étage disparu : Oui - Non * Effondrement total du bâtiment : Oui - Non PROBLEMES DE SOL AU TOUR DE LA CONSTRUCTION * Faille : Oui - Non Non * Glissement : Oui Non.

- Menace la stabilité de la construction

* Liquéfaction : Oui -

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- Son danger est non négligeable

*Affaissement – soulèvement : Oui Non

- Menace la stabilité de la construction.

-

- Son danger est non négligeable. FONDATIONS – INFRASTUCTURE Fondations : Infrastructure (dans le cas VS ou S/Sol) -Type de dommages Voile en béton continu : 1-2-34-5 -Glissement : Oui - Non Poteaux en béton avec remplissage : 1-2-34-5 -Basculement : Oui - Non

STRUCTURE RESISTANTE Eléments porteurs (charges verticales) -Murs en maçonnerie 1-2-3-4-5 -Voiles béton 1-2-3-4-5 -Poteaux béton 1-2-3-4-5 -Poteaux métalliques 1-2-3-4-5 -Poteaux bois 1-2-3-4-5 -Murs en pierres 1-2-3-4-5 Planchers – Toiture terrasse -Béton armé : 1-2-3-4-5 -Solives métalliques : 1-2-3-4-5 -Solives en bois 1-2-3-4-5 - Autres : 1-2-3-4-5 ELEMENTS SECONDAIRES Escaliers - Béton : 1-2-3-4-5 - Métal : 1-2-3-4-5 - Bois : 1-2-3-4-5 Autres éléments intérieurs - Plafonds : 1-2-3-4-5 - Cloisons : 1-2-3-4-5 - Eléments Vitrés : 1-2-3-4-5

Eléments contreventement -Murs en maçonnerie 1-2-3-4-5 -Voiles béton 1-2-3-4-5 -Portiques béton armé 1-2-3-4-5 -Portiques métalliques 1-2-3-4-5 -Palées triangulées 1-2-3-4-5 -Murs en pierres 1-2-3-4-5 Toiture inclinée - Charpente Métallique : - Charpente en bois : - Couverture amiante-ciment : - Couverture Métallique : - Couverture tuile

1-2-3-4-5 1-2-3-4-5 1-2-3-4-5 1-2-3-4-5 1-2-3-4-5

Remplissages extérieurs - Maçonnerie : 1-2-3-4-5 - Béton préfabriqué : 1-2-3-4-5 - Bardages : 1-2-3-4-5 - Autres : 1-2-3-4-5 Eléments extérieurs - Balcons : 1-2-3-4-5 - Garde Corps : 1-2-3-4-5 - Auvents : 1-2-3-4-5 - Acrotères – Corniches : 1-2-3-4-5 - Cheminée : 1-2-3-4-5 - Autres : 1-2-3-4-5

INFLUANCE DES CONSTRUCTION ADJACENTES La construction menace une autre construction : La construction est menacée par une autre construction : La construction peut être soutenue par une autre construction : La construction peut être un soutien pour une autre construction :

Oui Oui Oui Oui

- non - non - non - non

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VICTIMS : Oui - Non - Peut être

Si Oui combien :…………

COMMENTAIRES SUR LA NATURE ET LA CAUSE PROBALE DES DOMMAGES Sens Transversal Sens Longitudinal - Symétrie en plan : Bon – Moyen – Mauvais Bon – Moyen - Mauvais - Régularité en élévation : Bon – Moyen – Mauvais Bon – Moyen - Mauvais - Redondances des files : Bon – Moyen – Mauvais Bon – Moyen – Mauvais AUTRES COMMENTAIRES ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Evaluation finale : -Vert 1-

-Vert 2-

-Orange 3-

-Orange 4-

-Rouge 5-

MESURE À PRENDRE IMMEDIATEMENT ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Ingénieur (s) Ingénieur en Chef Coordinateur 1.2. Procédures suivies pour introduire la notation Daprès lexpertise de chaque élément bâtiment, lexpert donne une décision des résultats dévaluation obtenus par la fiche précédente, et introduit la notation. Cest-à-dire note chaque niveau dendommagement de 0 à 100 suivant lexplication ci après. Enfin on aura le résultat qui représente la somme des points donnés pour chaque élément de la fiche lors de lexpertise de nimporte quel bâtiment. La notation doit être faite suivant les différentes définitions de niveaux des dommages et limportance de chaque élément dans le fonctionnement général de la construction. Donc, elle va être considérée uniquement dans les problèmes de sols, structure résistante, toitures terrasses et les éléments secondaires. Le nombre de points sera plus important là où la résistance de la construction est menacée. Le tableau suivant va nous servir comme guide pour la recherche dune notation appropriée pour chaque élément et nous donne une idée sur les notations de chaque élément et leurs intervalles par niveau. Il nous reste à préciser les bornes de chaque couleur et à fixer les points escortant chaque élément endommagé.

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Tableau 7.4 Modèle de départ Dommage s

Intervalle de notation

Dommages apparus

Notation des niveaux de dommages : 1, 2, 3, 4, 5

Faille Si

oui 100

si non 0

Si

oui 100

si non 0

Liquéfaction

Le sol

De 0 à 100

Affaissement soulèvement Glissement

Menace la stabilité de la structure Son danger est non négligeable

Si oui de 0 à 50 Sinon 0

Fondation s

De 0 à 100

Glissement Basculement

V_S et S- Sol

De 0 à 100

Voile en béton continue Poteaux avec remplissage

1 2 0 de 1 à 10

3 de11 à 20

4 de 21 à 60

5 100

Structure résistante

De 0 à 100

Eléments porteurs Eléments de contreventement

1 2 0 de 1 à 10

3 de11 à 20

4 de 21 à 60

5 100

De 0 à 30

Toitures terrasse Toitures inclinées

1 2 0 de 1 à5

3 de 6 à 10

4 de 11 à 20

5 de20 à 30

Escaliers Remplissages extérieurs

1 2 0 de 1 à3

3 de 4 à 7

4 de 8 à 14

5 de15 à 20

Eléments intérieurs Eléments extérieurs

1 2 0 de 0 à2

3 De 2 à 4

4 de 4 à 6

5 de 6 à 8

Planchers

Eléments secondaire s

De 0 à 20

Si

oui 100

si non 0

3. Validation du modèle pour le cas dun séisme de Boumerdes La réalisation des fiches dévaluation de dommages de la ville de Rouïba est basée sur les fiches dexpertise établies par les ingénieurs du CTC Chlef lors des enquêtes post-sismique ayant suivi le tremblement de terre. Vu limportance des dégâts occasionnés par ce séisme, un

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grand nombre dingénieurs experts dans le contrôle technique des constructions, ont été mobilisés pour couvrir toute la région touchée. Lexamen des dégâts occasionnés aux bâtiments permet den distinguer plusieurs types dont les causes peuvent être résumées de la manière suivante : Nous avons pris 403 fiches contenant les cinq évaluations possibles, faites lors de lexpertise du séisme de Boumerdes. (Expertises, réalises dans lagglomération de Rouiba de 25/05/2003 au 27/05/2003) par des ingénieurs et experts qualifiés. La validation dun échantillon de fiches dévaluation des dommages du séisme de Boumerdès, nous a permis destimer le degré de satisfaction du modèle adopté. Les résultats obtenus lors de la validation du modèle nous montrent que la plus grande partie des fiches sont vérifiées (avec un pourcentage de 86,85%), le reste des fiches non validées (13,15) ninfluent pas sur la validité du modèle. Les pourcentages de fiches validées dans le séisme de BOUMERDES, sont presque identiques: 86,85 pour le séisme de BOUMERDES Donc on peut estimer que le modèle proposé donne des résultats très satisfaisants pour lévaluation des dommages occasionnés par nimporte quelle catastrophe naturelle, notamment le séisme. Le tableau suivant résume les résultats généraux obtenu lors de validation des ces fiches : Tableau 7.5 Niveaux des dommages Vert 1 Vert 2 Orange 3 Orange 4 Rouge 5 Total Nombre de fiches validées Nombre de fiches non validées Nombre total de fiches (%) de fiches validées (%) de fiches non validées

81 7

143 28

71 14

42 4

13 0

350 53

88 92,05 7,95

171 83,63 16,37

85 83,53 16,47

46 91,30 8,70

13 100,00 0,00

403 86,85 13,15

Graphiquement les résultats se présentent comme suivant :

Présent les fiches non validé à notre modèle

REMARQUE :


31

Lexploitation denviron mille trois cents cinquante (1350) fiches parmi les six mille (6 000) établies pour toute la région dEl Asnam(CHLEF), a permis de tracer les premières courbes de vulnérabilité pour quatre (4) types de systèmes constructifs, à savoir les structures en portiques (BA), les structures en voiles, les structures en charpente métallique et le structures en maçonnerie, identifiées dans la région (figure 7.1).

Figure 7.1 – Courbes de vulnérabilité établie pour la région de Chlef (1985) [11]. 7.3 ETUDE DE VULNERABILITE DE LA VILLE DE DJELFA Cette étude de vulnérabilité, qui est pratiquement la première du genre en Algérie, a été initiée suite à une étude daléa sismique de la région de Djelfa, et avait pour objectifs : - Destimer les pertes financières pour les bâtiments existants. - De proposer des mesures pour réduire les pertes. Lévaluation de laléa sismique a été faite en considérant trois (3) sites (centre, nord –est et est, sud-ouest et sud) de la ville et quatre (4) périodes de retour (100, 200, 500 et 1000 ans), les résultats obtenus sont dans le tableau 2.4. Tableau 7.6 – Accélération estimée pour les quatre périodes de retour Accélération (cm/s2) Période de retour (an) Centre Nord-est et Est Sud-ouest et Sud

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100 200 500 1000

52,6 75,5 120 165

54,8 80,7 131,9 182,6

59,3 88,6 147,7 204,2

Les fonctions de vulnérabilité qui ont été utilisées dans cette étude, ont été établies en utilisant les résultats de lenquête post – sismique faite sur les constructions dans la région dEl Asnam. En effet sur les 6000 fiches dexpertise qui ont été établies suite au séisme de 1980, seules 1357 ont été choisies sur la base dun certain nombre de critères pour construire les courbes de vulnérabilité qui seront utilisées pour lestimation de la vulnérabilité des constructions à Djelfa. Pour la ville de Djelfa qui se situe dans une région à faible sismicité (zone I), les résultats de lanalyse sont assez éloquents même pour les constructions récentes. Par exemple létude a montré que pour une accélération de lordre de 0,17 g, il y aurait 30% de dommages dans les hôpitaux, et plus de 20% dans les ouvrages scolaires en cas de séisme daccélération de lordre de 0,12 g.

8. CONCLUSION - RECOMMANDATIONS Dans un contexte où lélaboration de mesure durgence pour se préparer à déventuelles catastrophes naturelles (verglas, inondation, séisme...) est de plus en plus répandue, lévaluation de la vulnérabilité sismique des bâtiments va de soit. Dabord développées et appliquées dans des régions touchées régulièrement par les tremblements de terre, comme la Californie ou lItalie, les méthodes dévaluation de la vulnérabilité sismique voient leur application étendue à des régions de séismicité faible à moyenne comme la Suisse ou le centre des États- Unis (Portland). Les objectifs de ce rapport visaient en premier lieu à établir une revue de létat des connaissances sur lévaluation de la vulnérabilité sismique pour un ensemble de bâtiments et en second lieu à établir la situation du Québec dans ce domaine. Les différentes approches dévaluation de la vulnérabilité reposent généralement sur des fonctions de vulnérabilité qui expriment le pourcentage de dommages subis par un type de structure pour différentes intensités sismiques. Ces fonctions (courbes ou matrices) sont élaborées à partir de lobservation des dommages lors de séismes passés, de lopinion dexperts ou de modèles danalyse. Lapplication directe de ces fonctions ne peut cependant pas se faire si la typologie des bâtiments à létude est différente de celle des bâtiments ayant servi à élaborer les fonctions de vulnérabilité. Des études de vulnérabilité intéressantes ont été réalisées aux États- Unis et en Europe dont celles des villes dAigle et de Bâle en Suisse. Elles ont été réalisées dans le cadre dun programme fédéral dévaluation de la vulnérabilité sismique, ce qui a permis de développer des modèles analytiques simples pour les bâtiments en maçonnerie et en béton amé. Lapplicabilité de ces modèles analytiques aux bâtiments du Québec est possible à condition quils soient adaptés à la typologie des bâtiments des secteurs étudiés et aux normes nordaméricaines. Les recommandations découlant de ce rapport et portant sur létude de la vulnérabilité sismique des bâtiments existants pour des villes comme celles de Montréal ou Québec sont dordre général et spécifique.


33

Les études réalisées en Amérique et en Europe illustrent bien la faisabilité de procéder à lévaluation de la vulnérabilité sismique dun ensemble de bâtiments même dans un contexte où les données sur les séismes passés sont peu nombreuses. Au Québec, les bâtiments dintérêt sont les bâtiments prioritaires et ceux localisés dans les vieux quartiers présentant un regroupement de bâtiments anciens dont les caractéristiques structurales nont pas été conçues pour la protection parasismique. 1. Procéder à un inventaire détaillé des caractéristiques structurales des bâtiments des secteurs ciblés afin didentifier la méthode dévaluation la plus appropriée. 2. Élaborer des modèles simples danalyse permettant dobtenir des fonctions de vulnérabilité appropriées pour les structures dont les caractéristiques ne correspondent pas de façon adéquate aux classifications typologiques déjà établies dans la littérature.

9. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES MARIE-JOSÉ NOLLET (2004)- évaluation de la vulnérabilité sismique des bâtiments existants - État des connaissances, Département de génie de la construction - ECOLE DE TECHNOLOGIE SUPERIEURE - La version électronique de ce rapport technique est disponible sur le site Web de lÉcole de technologie supérieure ( http://www.etsmtl.ca). Adams, B., Huyck, C., & Eguchi, R. (2003). The Boumerdes (Algeria) Earthquake of May 2], 2003: Preliminary Reconnaissance Using Remotely Sensed Data. MCEER Multidisplinary Center for Earthquake Engineering Research. [http:// mceer.buffalo.edu/research/boumerdes/ j Adams, J., & Atkinson, G. (2003). Development of seismic hazard maps for the proposed 2005 edition of the National Building Code of Canada. Revue canadienne de génie civil, 30(2), 255-271. ASCE. (2003). Seismic Evaluation of Existing Buildings (SEI/ASCE 31-03). Washington D.C. American Society of Civil Engineers. ATC. (1985). Earthquake Damage Evaluation Data for California (ATC-13). Redwood City, Califomia : Applied Technology Council. Augusti, G., & Ciampoli, M. (2000). Heritage buildings and seismic reliability. Pro gress in Structural Engineering andMaterials, 2(2), 225-237. Augusti, G., Ciampoli, M., & Giovenale, P. (2001). Seismic vulnerability of monumental buildings. Structural Safety, 23(3), 253-274. Augusti, G., Ciampoli, M., & Zanobi, S. (2002). Bounds to the probability of collapse of monumental buildings. Structural Safety, 24(2-4), 89-105. Brennet, G., Peter, K., & Badoux, M. (2001). Vulnérabilité et risque sismique de la ville d’Aigle - ]ère partie Inventaire sismique et vulnérabilité du bâti traditionnel. Lausanne: École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Faculté Environnement naturel, architectural et construit. BSSC. (1988a). Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards a Handbook (Report No. FEMA 154). Washington D.C. Buildings Seismic Safety Council. Developed for the Federal Emergency Management Agency. BSSC. (1988b). Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards Supporting Documentation (Report No. FEMA 155). Washington D.C.


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VULNÉRABILITÉ SISMIQUE DES BATIMENTS EN BETON ARME.pdf

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