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Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Denis DAVICETE Méditerranée

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Plan de l'exposé

● La nouvelle législation parasismique applicable aux ponts

● Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées

● Cas général● Zones de forte sismicité

● Référentiel technique

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La nouvelle législation sismique nationale● Vue d'ensemble

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La nouvelle législation sismique nationale● Référentiel normatif relatif aux ponts en zones sismiques

Législation nationale - Décret n°2010-1254 du 22 octobre 2010 relatif à la prévention du risque sismique- Décret n°2010-1255 du 22 octobre 2010 portant délimitation des zones de sismicité du territoire français- Arrêté du 26 octobre 2011 relatif à la classification et aux règles de construction parasismique applicables aux ponts de la catégorie dites "à risque normal"

Normes de calcul européennes et leurs Annexes Nationales - NF EN1998-1 et NF EN1998-1/NA - Eurocode 8 : Calcul des structure pour leur résistance aux séismes – Partie 1 : Règles générales, actions sismiques et règles pour les bâtiments- NF EN1998-2 et NF EN1998-2/NA - Eurocode 8 : Calcul des structure pour leur résistance aux séismes – Partie 2 : Ponts- NF EN1998-5 et NF EN1998-5/NA - Eurocode 8 : Calcul des structure pour leur résistance aux séismes – Partie 5 : Fondations, ouvrages de soutènement et aspects géotechniques

Normes « produits » européennesNF EN 15129 : Dispositifs antisismiques

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La nouvelle législation sismique nationale● Le nouveau zonage

Décret n°2010 - 1255

Ancien zonage

Découpage cantonal Fondé sur évaluation statico-

déterministe de l'aléa Données sismologiques

antérieures à 1984

Nouveau zonage

Découpage communal Amélioration de la

connaissance de la sismicité Application des normes

Eurocode 8 : zonage défini suivant une approche probabiliste

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La nouvelle législation sismique nationale● Le nouveau zonage

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Décret n°2010 - 1255

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La nouvelle législation sismique nationale● Le nouveau zonage

Nouveau zonage (zones sism. ≥ 2) : > 21000 communes concernées 66% du territoire

Ancien zonage (zones sism. ≥ 1a) : 5000 communes concernées 17% du territoire

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Décret n°2010 - 1255

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La nouvelle législation sismique nationale● Le nouvel d'arrêté « ponts »Quelques éléments à retenir :

● Arrêté nouveau abrogeant l'arrêté du 15 septembre 1995

● Entré en vigueur depuis 1er janvier 2012

● Fixe les nouveaux paramètres de dimensionnement des ouvrages neufs : - Définition de l'aléa (accélérations et spectres de calcul)

- Définition des catégories d'importance

● Impose l'application de l'Eurocode 8 (NF EN 1998-2, NF EN 1998-1 et NF EN 1998-5 + AN)

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Arrêté ponts26 octobre 2011

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La nouvelle législation sismique nationale● Le nouvel d'arrêté « ponts »Quelques éléments à retenir :

● Domaine d'application : OA neufs (yc passerelles et murs solidaires), zones ≥ 2 et cat. ≥ II, vis-à-vis de la seule exigence de non-effondrement (Etat-Limite Ultime)

● Modification à la baisse des accélérations de calcul au rocher :

… mais : coefficients de sol très pénalisants (jusqu'à x1,8 pour les sols mous)

● Analyse de liquéfaction requise uniquement en zones ≥ 3

Anciennes

Zones

Classes

A B C D

0 X X X X

Ia X 1,0 1,5 2,0

Ib X 1,5 2,0 2,5

II X 2,5 3,0 3,5

III X 3,5 4,0 4,5

NouvellesZones Catégories

I II III IV

1 X X X X

2 X 0,7 0,84 0,98

3 X 1,1 1,32 1,54

4 X 1,6 1,92 2,24

5 X 3,0 3,6 4,2

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Arrêté ponts26 octobre 2011

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La nouvelle législation sismique nationale● Le nouvel d'arrêté « ponts »Quelques éléments à retenir :

● Nouvelles catégories I, II, III et IV globalement cohérentes avec les anciennes classes A, B, C et D :

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Arrêté ponts26 octobre 2011

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La nouvelle législation sismique nationale● Le nouvel d'arrêté « ponts »Ce qui change en pratique :

Pas de révolution dans les concepts de base relatifs à la prise en compte du séisme sur les ponts...

… mais certaines évolutions sensibles et ajouts par rapport aux anciennes règles PS92 (mettant à profit les avancées scientifiques les + récentes) :

● Modification de l'aléa (notamment nouveau zonage + prise en compte différente des effets de site géologiques)

● Qualification des sols basée sur des essais très spécifiques (mesure des vitesses d'ondes de cisaillement)

● Meilleure prise en compte de l'endommagement structurel (fissuration, plastification) dans les calculs (+ réaliste mais + complexe et nécessitant des moyens logiciels spécifiques et une expertise pointue)

● Dispositions constructives plus ciblées et globalement moins contraignantes● Prise en compte de la composante verticale (a

vg/a

g = 0,9 ou 0,8 a

g) uniquement pour

certaines justifications spécifiques● Encadrement normalisé (EC8-2 + NF EN 15129) de l'utilisation des dispositifs

antisismiques

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Arrêté ponts26 octobre 2011

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Nature des sollicitations sismiques sur les ponts

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Nature des sollicitations sismiques sur les ponts

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Kobé (Japon, 1995) Conception (Chili, 2010)

Northridge (USA, 1994)

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Les 3 principes de conception parasismique des ponts selon

l'EC8-2

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Ductilité limitée (ou essentiellement élastique)

Ductile

Isolation sismique (et amortissement)

AA élastomère classiques

Dispositifs spéciaux (amortisseurs)

F

d

F

d

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Les 3 principes de conception parasismique des ponts selon

l'EC8-2

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Ductilité limitée (ou essentiellement élastique)

Ductile

Isolation sismique (et amortissement)

AA élastomère classiques

Dispositifs spéciaux (amortisseurs)

F

d

F

d

Solution généralement la mieux adaptée dans le cas des ponts métalliques de petites et moyennes portées

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Isolation sismique par appareils d'appui élastomère classique

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Concept :

Connexion souple entre appuis et tablier

Raideur de l'ouvrage principalement dictée par celle des appareils d'appui

Gnéop_séisme

= 1 MPa

a b

e

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Isolation sismique par appareils d'appui élastomère classique

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Concept :

Aucune incursion en principe dans le domaine post-élastique des matériaux Coefficient de comportement : q = 1

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Isolation sismique par appareils d'appui élastomère classique

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Avantages/inconvénients Calculs relativement aisés

Efforts sismiques efficacement abaissés (souplesse = filtre fréquentiel)

Structure intacte après séisme

Aucune dissipation d'énergie

Limites du domaine d'emploi des AA élastomère

Capacité de descentes de charges limitées : pb si tablier lourd Limites de déformation AA peuvent être incompatibles en zones de sismicité

moyenne à forte Compatibilité séisme/statique peut nécessiter quelques itérations

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Isolation sismique par appareils d'appui élastomère classique

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Domaine d'emploi :

Sismicité faible à moyenne Ouvrages courants ou non-courants (notamment tabliers mixtes)

Méthode d'analyse :

Principe : analyse spectrale (spectre élastique)F = M x S

e(T)

Analyse basée sur Ibrute

A cumuler avec les modes propres de piles...

Majoration sécuritaire des efforts(à associer à un prolongement du plateau spectral jusqu'à l'origine)

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Isolation sismique par appareils d'appui élastomère classique

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Principes de dimensionnement :

Combinaisons spaciales des sollicitations sismiques :

E1 = Elong ± 0,3 Etrans ± 0,3 Evert

E2 = Etrans ± 0,3 Elong ± 0,3 Evert

E3 = Evert ± 0,3 Elong ± 0,3 Etrans

Combinaison de calcul :

Uniquement dans quelques cas particuliers :- Proximité de faille- Tablier précontraint- Dispositifs d'appui- Béquilles ou piles inclinées...

Uniquement pour les OA à fort trafic : Essentiellement AA et JdC

Valeur quasi-perm actions longue durée : - poussée terres- poussée hydrostat. + hydrodyn. ...

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Isolation sismique par appareils d'appui élastomère classique

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Principes de dimensionnement :

Règles générales

Coefficients de sécurité matériaux sous séisme : γc = 1,3 ; γ

s = 1,0

Moments fléchissants : Directement à partir du spectre élastique : MRd

≥ MEd

Efforts tranchants : Efforts multipliés γBd : VRd

≥ γBd

.VEd

Déplacements : Directement à partir du spectre élastique : dRd

≥ dEd

Obtenu éventuellement après quelques itérations sur l'inertie fissurée des piles

Coefficient sécurité vis-à-vis des ruptures fragiles : γ

Bd = 1,25

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Isolation sismique par appareils d'appui élastomère classique

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Principes de dimensionnement :

Dimensionnement des appareils d'appui

Distorsion : - Multipliée par γ

IS = 1,50

ou - Principe de butées de sécurité

Cas simples :Dimensionnement pour 75% des efforts sismiques

Ouvrages complexes ou à fort enjeu :

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Isolation sismique par appareils d'appui élastomère classique

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Principes de dimensionnement :

Longueur d'appui mini

+ Dépl. différentiel

+ Dépl. inertiel

γm = 1

selon NF EN15129selon NF EN1998-2≤ 2,0

Dimensionnement des appareils d'appui

Distorsion limite :

● Totale :

● Cisaillement :

Repos d'appui

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Alternatives possibles pour les zones de forte sismicité

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Ductilité limitée (ou essentiellement élastique)

Ductile

Isolation sismique (et amortissement)

AA élastomère classiques

Dispositifs spéciaux (amortisseurs)

F

d

F

d

… pour les ponts métalliques de petites et moyennes portées

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Dispositifs spéciaux (amortisseurs)

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Concept :

Vient généralement en complément d'une configuration de type ductilité limitée ou appareils d'appui élastomère classiques :

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Dispositifs spéciaux (amortisseurs)

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Concept :

Comportement de l'ouvrage principalement dicté par celui des dispositifs

Permet une réduction efficace des sollicitations sismiques (efforts et déplacements)

Aucune incursion en principe dans le domaine post-élastique des matériaux des éléments structuraux (piles)

Coefficient de comportement : q = 1

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Dispositifs spéciaux (amortisseurs)

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Avantages/inconvénients : Sollicitations sismiques efficacement abaissées et maîtrisées (efforts + dépl.) Structure intacte après séisme Calculs complexes Coûts élevés Contraintes d'inspection / maintenance des dispositifs

Domaine d'emploi : Sismicité forte Ouvrages non-courants Ouvrages à fort enjeu Durcissement au séisme d'ouvrages existants

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Dispositifs spéciaux (amortisseurs)

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Exemples de dispositifs :

Dispositifs métalliques élasto-plastiques

Dispositifs visqueux

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Dispositifs spéciaux (amortisseurs)

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Précautions d'emploi :

- Bonne installation essentielle

- Inspection et maintenance

- Garanties de pérennité et d’invariance des caractéristiques

- Validation des propriétés mécaniques (tests en laboratoire)

NF EN 15 129

Installation d’amortisseurs

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Conception en ductilité limitée (ou essentiellement élastique)

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Concept :

Connexion rigide entre appuis et tablier

Raideur de l'ouvrage principalement dictée par celle des appuis (piles ou culées) :blocages mécaniques par AA fixes ou butées

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Conception en ductilité limitée (ou essentiellement élastique)

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Concept :

Incursions très limitées dans le domaine post-élastique des matériaux :

Coefficient de comportement : q ≤ 1,5 Correspond grosso-modo aux limites ELU du BAEL :

εc,u

=0,0035

εs,u

=0,010

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Conception en ductilité limitée (ou essentiellement élastique)

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Concept :

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Conception en ductilité limitée (ou essentiellement élastique)

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Principes de dimensionnement :

Dimensionnement des éléments de structure

Moments fléchissants

Zones courantes : Directement à partir du spectre pré-divisé par q : MRd

≥ MEd

Fondations : Moments remultipliés par q : MRd

≥ q.MEd

Efforts tranchants

Efforts remultipliés par q et γBd

: VRd

≥ q.γBd

.VEd

Déplacements

Ré-évalués de manière itérative sur la base de Ifiss_eq

(sous l'état de contraintes obtenu) Remultipliés par µ

d = f(q)

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Dispositions constructives parasismiques

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Objectif :

Éviter les ruptures fragiles en favorisant un comportement ductile

Forte densité d'armatures transversales

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Les conceptions parasismiques adaptées aux ponts métalliques de petites et moyennes portées● Dispositions constructives parasismiques

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Étendue des zones critiques pour les structures à ductilité limitée

EC8-2 §6.5.1Toutes les sections pour lesquelles :

MRd / MEd < 1,30

avec : MRd : moment résistant minimal

MEd : moment sollicitant maximal

Sous-entend une dispense complète de dispositions constructives spécifiques (hors EC2) en cas de surdimensionnement de 30%...

Non recommandé en zones de sismicité modérées à fortes et dans les sections les plus sollicitées de la structure !

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Référentiel technique● Concernant les ouvrages neufs

- Guide Sétra « Ponts en zone sismique – Conception et dimensionnement selon l'EC8 »(Version provisoire février 2012 téléchargeable sur le site internet du Sétra)(Refonte de l'actuel guide de conception Sétra/Sncf « Ponts courants en zone sismique »)

A paraître :- Guide AFPS/Sétra «Dispositifs parasismiques pour les ponts »

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

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Référentiel technique● Concernant les ouvrages existants

A paraître :

Guide Sétra « Diagnostic et renforcement sismiques des ponts existants »

+ Réflexions en cours sur les problématiques d'élargissement et de remplacement de tabliers...

Nouvelle réglementation sismique et influences sur la conception

Une problématique particulière :● Non couverte par la nouvelle législation

● PS92 : 1ères règles de conception parasismique « modernes » en France

Vulnérabilité potentielle des constructions conçues avant 1995

Question des ouvrages situés dans des zones considérées « non sismiques » dans l'ancien zonage

1900 1920 1940 1960 1980 2000

PS 69 PS 92 EC 8

Période de construction moyenne des ponts existants

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