chapitre 1 Recherche de vulnérabilite 2013

Chapitre 1 : Recherche bibliographique


1.1. INTRODUCTION

En raison de nos connaissances limitées actuellement dans le domaine d’évaluation de la vulnérabilité sismique du bâti existant, pour approcher le problème de la réduction du risque sismique, doit devenir comme une préoccupation des intervenants dans ce domaine. L’objectif de ce chapitre est d’initie à approfondir nos connaissances dans la vulnérabilité. En premier lieu on donne des notions sur la vulnérabilité puis en décrivant les méthodes d’évaluation, avec des exemples sur l’expérience algérienne dans le domaine de la vulnérabilité.

1.2. NOTIONS SUR LA VULNERABILITE1.2.1. Définition

Elle se définit comme la possibilité d’une structure de souffrir des dégâts dans le cas où elle serait soumise à l’action d’un séisme. Généralement, lorsqu’on parle de la vulnérabilité, on fait référence aux structures, puisque celles-ci transmettent les effets du séisme à tous les autres éléments que peuvent être les personnes ou les biens matériels qui y sont contenus. La vulnérabilité est propre à chaque structure est indépendante du danger de la zone. Ceci signifie qu’une structure peut être vulnérable et ne pas présenter de risque parce qu’elle est située dans une zone sans danger sismique [1].

La vulnérabilité des bâtiments dépend des caractéristiques de dessin et de construction, de la qualité des matériaux, de l’âge, de la hauteur, etc. Les études de vulnérabilité ne sont pas uniquement réalisées sur des bâtiments habitables, sinon qu’ils le sont également sur des ponts, routes, installations industrielles, réseaux de distribution de gaz, réseaux électriques, etc. [1].Pratiquement, la vulnérabilité peut être directe ou indirecte :

1.2.1.1. La vulnérabilité directeDans ce cas le bâtiment soumis au risque subit directement les dommages structurels

sous l’effet du séisme. L’évaluation de la vulnérabilité lorsqu’il s’agit de constructions se traduit généralement par l’estimation du taux de dommages attendu [2].

1.2.1.2. La vulnérabilité indirecteDans ce cas le bâtiment peut ne pas être endommagé mais ne peut pas être utilisé. Par

exemple dans un bâtiment hospitalier si le bâtiment n’est pas endommagé, mais les équipements ont perdus leur fonctionnalité. Cette situation se traduit par le dysfonctionnement d’abord du service puis de l’hôpital qui se transmet à la ville du fait de l’endommagement ou de l’effondrement partiel ou total de certains bâtiments hospitaliers [2].

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1.2.2. Description de l’échelle EMS-98 L’échelle définit les classes de vulnérabilité des constructions et les degrés de dégâts

que ceux-ci peuvent souffrir, et à partir de ces définitions, elle décrit les degrés d’intensité que provoque un séisme [1].

1.2.2.1. Classification des bâtiments en classes de vulnérabilitéL’échelle définit 6 classes de vulnérabilité: A, B, C, D, E et F. Les bâtiments les plus

vulnérables sont ceux de type A, et les moins vulnérables, ceux de type E et F qui utilisent une conception parasismique dans leur construction [1].

Les bâtiments sont classés selon le type de structure (maçonnerie, béton armé, acier ou bois), et à l’intérieur de chaque groupe, il y a d’autres sous-divisions qui nous définiront leur classe de vulnérabilité. Par exemple, dans la structure de maçonnerie, on distingue si celle-ci est faite de pièces d’argile, de blocs de pierres, de briques non renforcées, etc. [1].

Figure 1.1 : Echelle EMS-98 [1].

On observe, par exemple, que la structure en maçonnerie est plus vulnérable qu’une structure en béton, et que celle-ci est à son tour plus vulnérable qu’une structure en acier. Une fois les bâtiments classés en classes de vulnérabilité, les échelles donnent une classification du niveau de dégâts que peut souffrir un bâtiment sous l’action d’un séisme [1].

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La description des types de dégâts sur des bâtiments de maçonnerie et les bâtiments en béton armé sont présentés successivement dans le tableau 1.1 et le tableau 1.2 [1].

Tableau 1.1 : Description des types de dégâts sur les bâtiments de maçonnerie [1].

Degré 1dégâts insignifiants à légers (aucun dégât structurel).

Crevasses capillaires en très peu de murs ; chute de petits morceaux de plâtre. Chute de pierres libres depuis les parties supérieures des bâtiments, uniquement dans très peu de cas.

Degré 2

dégâts modérés (dégâts structurels légers, dégâts non structurels modérés).

Crevasses sur beaucoup de murs ; chute assez importante de grands morceaux de plâtre; chute de bouts de cheminées.

Degré 3

dégâts considérables à sévères (dégâts structurels modérés, dégâts non structurels importants).

Grandes et amples crevasses sur la plupart des murs ; glissement de tuiles ou plaques d’ardoise (schiste). Rupture de cheminées à la hauteur du toit ; chute d’éléments non structurels individuels (cloisons, murs...).

Degré 4

dégâts très sévères (dégâts structurels importants, dégâts non structurels très importants).

Série de chutes de murs ; chutes partielles structurelles.

Degré 5destruction (dégâts structurels très importants).

Effondrement total ou quasiment.

Tableau 1.2 : Description des types de dégâts sur les bâtiments en Béton Armé [1].

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Degré 1

Dégâts négligeables à légers (aucun dégât structurel légers dégâts non structuraux).

Fissures fines dans le plâtre sur les parties de l’ossature ou sur les murs à la base.

Degré 2

Dégâts modérés (dégâts structuraux légers, dégâts non structuraux modérés).

Fissures dans les structures de types portiques (poteaux et poutres) et dans les structures avec murs.

Degré 3

Dégâts sensibles à importants(dommages structuraux modérés, dommages nonstructuraux importants).

Fissures dans les poteaux et dans les nœuds à la base de l’ossature et aux extrémités des linteaux des murs avec des ouvertures. Ecaillage du béton, et flambement des barres d’armature longitudinale.

Degré 4

Dégâts très importants (Dégâts structuraux importants, dégâts non structuraux très importants).

Fissures importantes dans les éléments structuraux avec défaillance en compression du béton et rupture des barres à haute adhérence ; perte de l’adhérence acier-béton.

Degré 5Destruction (Dégâts structuraux très importants).

Effondrement total du rez-de-chaussée ou de parties de bâtiments.

1.2.2.2. Définition des degrés d’intensité L’échelle d’intensité définit 12 types de degrés d’intensité, depuis le degré d’intensité

I, non perçu, jusqu’au degré d’intensité XII, dévastation totale. Les effets que définissent les degrés d’intensité sont les effets que produit le séisme sur les personnes, objets, nature et bâtiments [1].

1.2.3. L’enjeu C’est l’ensemble des personnes et des biens susceptibles d’être affectés par un

phénomène naturel. Ils peuvent se hiérarchiser en fonction de leur importance avant, pendant et après une crise [3]. C’est enjeu peuvent être:

-Les préjudices humains ;-Les préjudices matériels ;-Les effets sur les paysages et la géographie.

1.2.4. L’aléa

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C’est une estimation de la probabilité qu’un événement naturel survienne dans une région donnée et dans un intervalle de temps donné. L’aléa sismique est donc la probabilité, pour un site, d’être exposé à une secousse tellurique de caractéristiques données au cours d’une période de temps donnée. L’évaluation de l’aléa sismique intègre la magnitude, l’intensité et la période de retour des séismes [3].

1.2.5. Risque

C’est la probabilité de pertes en vies humaines, blessés, dommages aux biens et atteinte à l’activité économique au cours d’une période de référence et en une région donnée pour un aléa particulier. Le risque est la combinaison de l’aléa et de la vulnérabilité des ouvrages [3].

RISQUE ALEA Vulnérabilité Carte de dommages = carte de l’action X des ouvrages existants Prévisible sismique

1.3. 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, il est intéressant d’utiliser des approches empiriques ou des analyses dynamiques théoriques des structures à l’étude proposées par différentes chercheurs et organismes. Les approches pour l’évaluation de la vulnérabilité sont multiples et peuvent être classées soit selon leur degré de difficulté en fonction de temps de calcul (Lang, 2002) comme montre le tableau 1.3, ou selon qu’on évalue la vulnérabilité d’un seul bâtiment ou d’un ensemble de bâtiment (Augusti et Ciampoli, 2000) comme présente le tableau 1.4 [4].

Tableau 1.3 : Classification selon le temps et la difficulté de calcul [4].

Investissement Temps et difficulté de calculApplication Ensemble de bâtiments bâtiment unique

Méthodes

Observation de la

vulnérabilité résultant de

séismes

Jugement Expert

Modèles analytiques

simples

Attribution de pointage

Analyses détaillées

Tableau 1.4 : Classifications selon l’application [4].

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Application méthodeAnalyse structurale détailléeAnalyse du comportement structural

Bâtiment unique Analyse structurale par macro-élémentsAnalyse structurale simplifiéeJugement expert

Approchesstatistiques pour un

ensemble debâtiments

Classification typologique (DPM)indice de vulnérabilité (pointage)Evaluation qualitativesProcédures hybrides

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 [4].

La classification d’Augusti (Tableau 1.4) Classifications selon l’application 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) [4].

Les différentes méthodes de la classification proposée par Lang (Lang, 2002) sont décrites dans les sections suivantes comme montre le tableau 1.5. Ce tableau fait la synthèse du positionnement des différentes méthodes et des références pertinentes. À la classification de Lang (Lang, 2002), on a ajouté les méthodes hybrides afin de positionner les références les plus récentes découlant d’une combinaison des approches [4].

Tableau 1.5 : Classification des méthodes et positionnement des références [4].

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Observation de la vulnérabilité résultant de

séismes passésJugement expert

Modèles analytiques

simplesAttribution de

pointageAnalyses détaillées

Description

DPM élaborées à partir des statistiques des séismes passés Fonctions de vulnérabilité pour différents types de bâtiments

DPM développées en se basant sur le jugement d’experts de plusieurs classes de bâtiments.

Modèles simples servant à identifier les mécanismes de ruptures potentiels et le degré de dommages résultant

Attribution de cotes aux bâtiments dans le but de les classer dans un inventaire

Procédure statique linéaire Dynamique linéaire Statique non linéaire Dynamique non linéaire

Application

Ensemble de bâtiments Valide pour une région étudiée ou une région similaire Ne considère pas les travaux de mise en conformité

Ensemble de bâtiments Difficilement applicable pour d’autres régions ou d’autres types de structures Méthode subjective comportant des incertitudes sur l’estimation des dommages et sur l’opinion formulée

Bâtiment unique ou bâtiments ayant des caractéristiques communes Les résultats consistent en des intervalles de valeurs

Un ensemble de bâtiments ou bâtiment unique Détermine la nécessité d’une analyse détaillée Considère les travaux de mise en conformité sismique

Un seul bâtiment, Phase II après la méthode de pointage

Références

Whitman, Reed et al. (1971) Coburn & Spence (1992)

ATC-13 (1985): HAZUS© (1997, 1999)

Portugal:(D'Ayala et al, 1997) Italie: (Faccioli et al...1999), (Augusti et Ciampoli, 2000; Augusti et al, 2001; Augusti et al, 2002)

Canada: Manuel de sélection (1993) É.U. : FEMA 154-155 (1988, 2002) : Suisse : Grille d’évaluation Italie: Méthode GNDT

FEMA-178 (1992), FEMA-310 (1998) et ASCE 31-03 (2003) CNRC (1992) FEMA-273 (1997) et FEMA-356 (2000)

Hong (2003) : FEMA-178 et système d’inférence floue (basé sur le jugement d’experts) pour tenir compte des incertitudes. Résultat : INDEX DE PERFORMANCE

Fisher, Alvarez et al. (2002) : Macro-éléments inélastiques avec le logiciel HAZUS© pour un nombre limité

d’édifices

Kanda, Iwsaki et al. (1997) : Analyses statiques non linéaires avec l’intégration de notions de fiabilité pour le calcul d’un index de performance

Méthodes hybrides

EMS (1992 et 1998) : fonctions de vulnérabilité basées sur les vulnérabilités observées et sur le jugement d’experts

Lang (2002) : Approche analytique avec procédure statique non linéaire. Résultat : courbes de capacité reliées à EMS-98 et fonctions de vulnérabilité

McCormack & Rad (1997) : Estimation des pertes à partir de la procédure FEMA 154-155 en utilisant les DPM de l’ATC-13

1.3.1. Observation de la vulnérabilité1.3.1.1. Principe de la méthode

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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 non structuraux et peuvent parfois inclurent des dommages 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. [4].

1.3.1.2. Exemples de la méthodea-Méthode de Milan (1993)a-1 Description

Cette méthode simplifiée à l’usage des architectes rédigée par Milan Zacek en 1993 constitue plutôt une méthode d’évaluation de la présomption de vulnérabilité des constructions aux séismes qu’une étude de vulnérabilité à proprement parler. En effet cette méthode ne nécessite aucun calcul de structure, elle est simple et peu coûteuse. Elle consiste uniquement en un relevé de données sur site par simple examen visuel extérieur. Cette méthode est d’identifier les constructions potentiellement dangereuses. Elle permet pour un bâtiment donné de définir le niveau de dommages attendu (modérés, importants ou graves) en fonction de l’intensité du séisme attendu (faible, moyenne, forte) [5].

a-2 Champ d’applicationCette méthode peut être utilisée comme aide à la décision sur les priorités d’études

approfondies à conduire au sein d’un groupe de bâtiments.Elle est envisageable de l’appliquer à l’échelle urbaine. Il suffit de définir au préalable

une typologie des bâtiments et de la mettre en œuvre [5].

a-3 Données nécessairesLes seules données nécessaires à l’application de cette méthode sont : l’année de

construction et les cartes géologiques du site. Les plans du bâtiment ne sont pas utiles puisqu’il s’agit simplement d’un examen visuel extérieur [5].

b-Méthode du CETE Méditerranée (fin des années 1990)b-1 Description

La méthode sommaire d’analyse de la vulnérabilité développée par le CETE Méditerranée à la fin des années 90 ne constitue pas une étude de vulnérabilité propre mais plutôt une approche pour la détermination de la présomption de vulnérabilité.

Cette méthode reste empirique dans la mesure où l’on ne procède à aucun calcul de structure pour étudier la réponse de la construction à une sollicitation sismique donnée. Elle ne prend en considération que les données recueillies sur le site, la plupart du temps sans accès à l’intérieur des locaux. A partir d’un examen visuel extérieur des bâtiments, l’approche

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consiste à identifier et à pondérer les paramètres structuraux ou non pouvant modifier le comportement des constructions existantes en cas de séisme et consister en des facteurs aggravant de vulnérabilité [5].

b-2 Champ d’applicationCette méthode peut être mise en œuvre à l’échelle d’une ville, d’un quartier ou d’un

ensemble de bâtiments. Elle peut être utilisée pour des bâtiments en maçonnerie, en béton armé et pour les structures métalliques. Les bâtiments en bois ne sont pas considérés [5].

b-3 Données et compétences nécessaires Données nécessaires

N’impliquant pas un haut niveau de connaissance de la structure, des matériaux utilisés et des dispositions constructives, cette méthode ne nécessite pas de disposer des plans de la construction. Aucun relevé précis de la structure n’est nécessaire. Il n’est pas nécessaire de pénétrer dans le bâtiment [5].La connaissance de l’année de construction de l’ouvrage et un examen visuel extérieur suffisant. Il est cependant utile de noter qu’il est parfois difficile de déterminer certains paramètres sans pouvoir accéder à l’intérieur du bâtiment [5]. Compétences à mobiliser

Pour son application, cette méthode ne nécessite pas de connaissances pointues en bâtiment. Elle peut être mise en œuvre par un technicien.

Le traitement des résultats est aisé et leur interprétation simple dans la mesure où la méthode aboutit à une hiérarchisation des bâtiments en fonction de la valeur des indices de vulnérabilité obtenus [5].

1.3.2. Jugement expert1.3.2.1. Principe de la méthode

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 [4].

1.3.2.2. Exemple de la méthodea-Méthode de Battier (2002)a-1 Description

Cette méthode, établie par le groupe de travail «vulnérabilité du bâti existant » de l’AFPS, présidé par Jean Battier, est présentée dans le cahier technique n° 24 de mars 2002. Elle a pour but de fournir à la puissance publique, aux collectivités, ou à tout maître

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d’ouvrage, les moyens de connaître les facteurs contribuant à la vulnérabilité des différents bâtiments constituant leur patrimoine immobilier, et d’apprécier la nature des dommages qu’ils pourraient subir, sous l’effet de séismes de différentes intensités [5].

L’évaluation de la vulnérabilité d’un bâtiment par cette méthode comprend deux étapes:-Une enquête relative aux caractéristiques du bâtiment.-Une évaluation proprement dite de présomption de vulnérabilité.

La première étape consiste à recenser les caractéristiques du bâtiment suivant une fiche de relevé présentée en annexe. Ce recensement nécessite un examen visuel extérieur et intérieur, et une étude des documents relatifs au bâtiment.

La deuxième étape d’évaluation de la présomption de vulnérabilité utilise les éléments de la fiche d’enquête pour remplir une grille d’analyse présentée en annexe où figurent les facteurs de vulnérabilité. La somme des coefficients de pénalités (Ki) obtenus permet d’obtenir un indice de présomption de vulnérabilité sur une échelle de 0 à un chiffre supérieur à 100.Cinq niveaux de vulnérabilité sont déterminés à partir des indices obtenus [5] :-Si ∑ Ki > 100 présomption très forte de vulnérabilité ;-Si 50 < ∑ Ki < 100 présomption forte de vulnérabilité ;-Si 25 < ∑ Ki < 50 présomption moyenne de vulnérabilité ;-Si 10 < ∑ Ki < 25 présomption faible de vulnérabilité ;-Si ∑ Ki < 10 présomption très faible de vulnérabilité.

a-2 Champ d’applicationCette méthode a été élaborée pour des bâtiments à risque normal de classe B et C

construits depuis 1960. Elle peut être éventuellement appliquée à des bâtiments de classe D avant une étude quantitative.Enfin cette méthode concerne deux grandes familles de bâtiments :-Les bâtiments en béton comprenant voiles, poteaux / poutres, dalles béton, façades préfabriquées.-Les bâtiments avec murs porteurs en maçonnerie, associés à des ossatures poteaux / poutres avec ou sans remplissage et planchers en corps creux et poutrelles [5].

a-3 Données et compétences nécessaires Données nécessaires

La fiche de relevé des facteurs de vulnérabilité étant très complète et précise, il est recommandé de réaliser en plus d’un examen visuel extérieur et intérieur, une étude de tous les documents pouvant compléter l’établissement de la fiche de recensement (plans d’architecte, études de sol, plans de béton armé, plans de modificatifs, plans de récolement, descriptif…) [5].

Compétences à mobiliser -La première étape de la méthode devrait être effectuée par un technicien spécialisé en bâtiment ;-La deuxième étape consistant à interpréter les résultats qui doit être réalisée par des spécialistes de la construction ayant les connaissances suffisantes dans le domaine des structures [5].

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1.3.3. Modèles analytiques simples1.3.3.1. Principe de la méthode

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 [4].

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 [4].

1.3.3.2. Exemple de la méthodea-Méthode du projet européen RISK-UE (2003)a-1 Description

Cette méthodologie a été développée par les institutions partenaires du projet RISK-UE (AUTh, BRGM, CIMNE, CLSMEE, IZIIS, UTCB, UNIGE) dans le cadre du Work Package 4 relatif à l’évaluation de la vulnérabilité du bâti courant. Cette méthode avait pour but d’analyser le risque sismique à l’échelle d’une ville elle est très complète du point de vue des facteurs de vulnérabilité observés. Ne se base pas seulement sur les caractéristiques physiques du bâtiment, elle s’intéresse également au contreventement, aux fondations, à la nature du sol [5].

Deux méthodes ont été établies pour évaluer la vulnérabilité des bâtiments :-une méthode macrosismique, le niveau 1, reposant sur l’affectation aux bâtiments d’un indice -une méthode mécanique, le niveau 2, basée sur des analyses analytiques de la structure par des modélisations dynamiques ou des modélisations simplifiées.

a-2 Champ d’applicationCette méthode s’applique aussi bien à un bâtiment pris isolément qu’à un groupe de

bâtiment. Elle est utilisable pour tous les types de bâtiment [5].

a-3 Compétences à mobiliserL’évaluation de la répartition des probabilités de dommage sur le bâtiment est une

partie rapide et facile puisque l’ensemble des courbes de vulnérabilité et de fragilité possibles peut être programmé sur un outil de type tableur. Cette étape de la méthode est donc réalisable par un technicien généraliste [5].

1.3.4. Systèmes de pointage ou indice de vulnérabilité1.3.4.1. Principe de la méthode

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. [4].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

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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 [4].Le Calcul de l’indice de vulnérabilité est déterminé par la formule suivante;

IV=∑i=1

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w i. IV i

Tableau 1.6 : Coefficients de pondération correspondant à chaque classe de vulnérabilité [4].

Eléments Classes IV i Poids w iA B C D1- Liaisons des murs 0 5 20 45 1.002- Types de murs 0 5 25 45 0.253- Condition de sol 0 5 25 45 0.754- Résistance globale à l’effort tranchant 0 5 25 45 1.505- Régularité en plan 0 5 25 45 0.506- Régularité en élévation 0 5 25 45 variable7- Planchers 0 5 15 45 variable8- Toiture 0 15 25 45 variable9- Détails 0 0 25 45 0.2510- Conditions générales d’entretien 0 5 25 45 1.0Indice total IV /

1.3.4.2. Exemples de la méthode a-Méthode FEMA 154a-1 Description

Cette méthode, proposée par la U.S. Fédéral Emergency Management Agency (FEMA) et connue également sous le nom d’ATC-21, est décrite dans les documents FEMA 154 et FEMA 155 révisés pour la dernière fois en 2002 [5].

Une note de base associée au risque structurel (BSH : Basic Structural Hazard) est attribuée au bâtiment selon son principe constructif, identifié parmi 15 types de structures courantes aux Etats-Unis, et selon la sismicité de la région. Cette note varie de 1,6 pour les ossatures en béton armé avec remplissage en maçonnerie situées en zone de forte sismicité, à 7,4 pour les structures en bois de charpente en zone de faible sismicité.

La note structurale de base est ensuite modifiée par l’ajout ou la soustraction de facteurs de modification de performance SM établis selon les déficiences observées pour les différentes classes de bâtiment [5].

La note finale varie théoriquement entre 0 et 7 et correspond à la probabilité d’effondrement d’un bâtiment pour un séisme égal ou dépassant le séisme maximum considéré (MCE, correspondant à 2% de probabilité de dépassement en 50 ans) selon la relation : S = - log10 (probabilité d’effondrement) [5].

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a-2 Champ d’applicationFEMA 154 est une méthode rapide d’évaluation de la vulnérabilité destinée à

sélectionner les bâtiments présentant a priori un risque inacceptable. Il est généralement recommandé de procéder au diagnostic détaillé (par exemple suivant la procédure FEMA 310) des bâtiments dont la note est inférieure à 2, c'est-à-dire des bâtiments dont la probabilité d’effondrement est supérieure à 1 % [5].

a-3 Données et compétences nécessaires Données nécessaires

Les données nécessaires pour établir le diagnostic sont réunies à l’aide d’une fiche de relevé normalisée remplie par simple examen visuel, extérieur et éventuellement intérieur, du bâtiment. L’analyse des plans de structure n’est pas indispensable mais peut aider à conclure sur le principe constructif, la régularité du contreventement ou encore la date de construction.La classe de sol peut en revanche difficilement être identifiée sur place : il est nécessaire de se référer aux cartes géologiques, géotechniques ou aux sondages existants sur la zone d’étude. Compétences à mobiliser

La procédure FEMA 154 étant relativement simple, elle peut être appliquée par un technicien, spécialiste ou non en bâtiment, ayant lu avec attention le manuel très détaillé décrivant la méthode. Il est également fortement recommandé qu’un ingénieur expérimenté en vulnérabilité sismique soit mobilisé, au moins pendant la première phase du projet, pour s’assurer de la bonne mise en œuvre des diagnostics. Sa présence peut également être utile pour identifier, le cas échéant, des principes constructifs particuliers à un territoire pour lesquels la méthode doit être adaptée [5].

b-Grille d’évaluation suisse (2003)b-1 Description

La méthode vise à recenser au moyen d’indicateurs les propriétés des ouvrages qui déterminent leur tenue au séisme et à évaluer le danger auquel sont exposés les bâtiments, les personnes et les biens. Une fiche d’inventaire consignant un schéma d’évaluation est fournie pour déterminer :-l’indicateur AZPS qui désigne l’ampleur des dommages corporels et des dégâts matériels ;-l’indicateur WZ qui témoigne de la probabilité d’effondrement de l’ouvrage [5].

Les ouvrages examinés peuvent être classés en fonction de leur indicateur de risque RZPS pour établir une liste de priorité d’intervention.

b-2 Champ d’applicationCette première phase de la procédure suisse, est une méthode rapide et sommaire

d’évaluation du risque. Les bâtiments avec un potentiel de risque jugé élevé sont sélectionnés pour l’étape 2 de la procédure suisse d’évaluation de la sécurité parasismique : ils doivent être analysés de manière plus détaillée à l’aide de questionnaires et de calculs d’ingénieur simples (OFEG, 2005b).

La plupart des types de construction courants sont pris en compte : maçonnerie, béton armé, acier, mixte, bois, préfabriqués [5].

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b-3 Compétences nécessaires Le type de résultats

Les indices attribués au bâtiment agrègent la vulnérabilité structurale du bâtiment, le niveau d’aléa sismique, et les enjeux humains et économiques. Ceci permet d’appuyer l’appréhension du risque sur des critères non seulement techniques mais aussi économiques et sociaux [5]. Les compétences techniques requises

Moyennant une bonne formation, par exemple un apprentissage mené en début de mission avec un ingénieur expert sur quelques bâtiments représentatifs, le diagnostic peut être mené par un technicien [5].

c-Méthode Italienne GNDT c-1 Description

Cette méthode a été développée dès 1984 par le GNDT italien (Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti, créé par le conseil national de la recherche italien en 1983). La méthode a fait l’objet d’adaptations pour tenir compte des enseignements apportés par les tremblements de terre ultérieurs. La méthode GNDT a été adoptée par toutes les régions italiennes sismiquement actives moyennant quelques modifications mineures.La méthode GNDT se base sur l’identification et, dans certains cas, le calcul de paramètres caractéristiques du bâtiment étudié. Elle comporte deux niveaux [5].-Le premier niveau ne permet pas d’évaluer numériquement la vulnérabilité des bâtiments. Il se base sur une fiche de relevé unique pour tous les types de structure. La fiche de relevé est disponible en annexe.-Le deuxième niveau, la méthode GNDT distingue les bâtiments en maçonnerie, des bâtiments en béton armé. Chacune des fiches de second niveau est présentée en annexe [5].

c-2 Champ d’applicationLa méthode développée par le GNDT s’applique aussi bien à l’échelle d’un bâtiment,

d’un groupe de bâtiments ou d’une ville, Il s’agit essentiellement de diagnostiquer du bâti courant. Les structures métalliques et les bâtiments en bois ne sont pas traités. La méthode GNDT est utilisée dans la plupart des régions sismiques italiennes et constitue donc de fait une sorte de référence nationale pour l’évaluation de la vulnérabilité sismique. Cette méthode n’est pas appliquée en cas d’événement sismique grave car elle se révèle trop complexe à remplir [5].

c-3 Données nécessaires-Le niveau 1 : La visite de l’intérieur du bâtiment est rendue nécessaire par l’évaluation de la typologie des structures horizontales (nature des planchers), de la typologie des escaliers, de l’état de fonctionnement des installations, etc. -Le niveau 2 : suppose tout comme le niveau 1 un examen visuel extérieur et intérieur. La consultation de cartes géologiques ou la collecte de données géotechniques sont également requises pour estimer la nature du sol. Les plans du bâtiment facilitent la détermination des paramètres configuration en plan, configuration en élévation, maçonnerie, nœuds et éléments critiques, éléments fragiles [5].

15


c-4 Compétences à mobiliser-Le niveau 1 nécessite l’intervention d’un technicien spécialisé en bâtiment. -Le niveau 2 nécessite l’intervention d’un technicien spécialisé en bâtiment et possédant une bonne culture parasismique, cette méthode fournit trois types de résultats :

un indice de vulnérabilité ;une répartition des probabilités de dommages ou une évaluation du pourcentage de bâtiments se trouvant dans un état de dommages k ;une évaluation de la fiabilité du résultat obtenu.

Les dommages sont classés selon l’échelle EMS98 (Tableau 1.7) [5].

Tableau 1.7 : Les dommages évalués sur l’échelle de 0 à 1 correspondent à EMS98 [5].

Dommage d Ems 98

0 Pas de dommage

] 0; 0.2] Degré 1

] 0.2; 0.4] Degré 2

] 0.4; 0.6] Degré 3

] 0.6; 0.8] Degré 4

] 0.8; 1] Degré 5

d-Méthode Canadienne (1992)d-1 Description

Cette méthode, présentée par l’Institut de recherche en construction (IRC) du Conseil National de recherches Canadien (CNRC), s’inspire en grande partie des documents américains ATC- 21, ATC-22, ATC-14 et NEHRP publié par la U.S Fédéral Emergency Management (FEMA) de Washington. Il s’agit d’une méthode comportant 2 niveaux:-Le premier niveau est basé sur une inspection intérieure et extérieure rapide de chaque bâtiment ou de ses plans. On utilise les indices pour classer tous les bâtiments, en éliminant ceux qui n’exigent pas un examen plus approfondi. Les valeurs suggérées pour classer les bâtiments sont :

< 10 : faible priorité pour une évaluation plus détaillé ;entre 10 et 20 : priorité moyenne ;> 20 : priorité élevée.-Le deuxième niveau est centré sur un ensemble de questions visant à détecter les défauts et les faiblesses du bâtiment. Les questions sont posées sous forme d’énoncés d’évaluation positifs décrivant des caractéristiques de bâtiment essentielles pour éviter les défaillances observées lors de séismes passés. L’ingénieur évaluateur examine chaque énoncé et détermine s’il est vrai ou faux [5].

d-2 Champ d’applicationLa méthode s’applique à l’échelle d’une ville ou d’un groupe de bâtiment. Le premier

niveau permet de passer d’une évaluation à l’échelle d’une ville à une évaluation à l’échelle du bâtiment (niveau 2).

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Elle est utilisable pour tous les types de bâtiment: maçonnerie, béton armé, structure métallique, structure bois. Cependant elle ne vise pas les petits bâtiments couverts par la partie 9 du code national du bâtiment du Canada, comme les maisons unifamiliales ou les petites maisons plurifamiliales. Les grandes tours sont également exclues [5].

d-3 Données et compétences nécessaires Données nécessaires-Le niveau 1 nécessite soit un examen visuel extérieur et intérieur soit une consultation des plans si ceux-ci sont disponibles. La consultation des cartes géotechniques ou géologiques est également requise pour estimer la nature du sol.-Le niveau 2 est nettement plus exigeant, puisque correspondant à une analyse approfondie. Il requiert des visites de terrain avec examen intérieur, et la collecte ou l’établissement de nombreuses données [5]. Compétences à mobiliser-Le niveau 1, ayant pour double objectif l’un pour assurer une interprétation plus uniforme du formulaire de sélection sismique et de la méthode de pointage; et l’autre Permettre de relever des méthodes de construction particulières à un territoire et qui ne figurent peut-être pas dans le manuel.-Le niveau 2, très complet et comprenant des calculs de structure, s’adresse à des ingénieurs experts en structure, mais pas nécessairement en génie parasismique [5].

e-Méthode de Milan Zacek, bâtiments de classe D de la ville de Nice (1997)e-1 Description Cette étude, faite dans le cadre de l’opération GEMITIS engagée par le Comité français de la DIPCN (Décennie internationale pour la prévention des catastrophes naturelles), vise à établir la présomption de vulnérabilité de bâtiments de classe D situés à Nice (Alpes-Maritimes) [5].

Il s’agit des observations réalisées lors des examens visuels sont consignées dans des fiches de relevé très détaillées spécialement conçues pour les bâtiments stratégiques. Sont consignés aussi dans les fiches de relevé sous forme de commentaires les facteurs aggravants à savoir :-La proximité d’ouvrages non parasismiques pouvant s’effondrer sur le bâtiment étudié ;-L’aléa sismique local : effets de site, effets induits par le séisme.

Les caractéristiques relevées permettent de formuler des hypothèses sur :-La stabilité d’ensemble des bâtiments sous séisme ;-Le degré de dommages subis ;-Les possibilités de fuite et d’évacuation des occupants ;-L’atteinte éventuelle des fonctions vitales.

Les résultats de cette évaluation sont présentés dans une grille mettant en rapport l’intensité des séismes (faible, moyenne, forte) avec le degré de dommages du bâtiment (légers, modérés, graves, effondrement partiel ou total) [5].

e-2 Champ d’application

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Cette méthode peut être mise en œuvre à l’échelle d’une ville, d’un quartier ou d’un groupe de bâtiments, ou d’une construction unique, Elle peut être utilisée pour des bâtiments en maçonnerie, en béton armé et à structure métallique. Les bâtiments à ossature bois ne sont pas considérés [5].

e-3 Données et compétences nécessaires Données nécessaires

Il est nécessaire de pratiquer un examen visuel extérieur et intérieur poussé de l’ouvrage. Doivent être également consultés selon l’époque de construction de l’édifice :

-Les plans de permis de construire.-Le relevé de l’état existant.-Les plans modificatifs de certaines parties des bâtiments.-D’autres plans et documents divers [5].

Compétences à mobiliser Cette méthode bien que qualitative demande une bonne connaissance en bâtiment. En

effet, la fiche de relevé est longue, détaillée et emploie un vocabulaire de spécialiste en bâtiment, Elle doit donc être mise en œuvre par un technicien spécialisé en bâtiment [5].

f-Méthode Vulneralp (2005)f-1 Description

Cette méthode qualitative a été élaborée par le LCPC/LGIT (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées/ Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique de l’université Joseph Fourier-Observatoire de Grenoble) dans le cadre du projet VULNERALP et par l’AFPS dans le cadre du groupe de travail « Vulnérabilité du bâti existant : approche d’ensemble » [5].

Cette approche permet d’attribuer un indice de vulnérabilité global à la construction étudiée. Il s’agit d’une méthode « à étages » permettant de mettre en œuvre 4 niveaux d’analyse:Le premier niveau, le plus rudimentaire, appelé 0, se base uniquement sur la typologie des bâtiments rencontrés en référence à la typologie EMS 98.Le second niveau, assez sommaire, appelé 1.0, est un questionnaire assorti d’un guide informatif qui peut être renseigné par les gestionnaires de parc eux-mêmes. Sur cette base est alors estimé un indice de vulnérabilité, assorti d’une grande marge d’incertitude.Le troisième niveau, plus précis et appelé 1.1, met en œuvre des fiches un peu plus détaillées renseignées par un technicien dûment formé après inspection visuelle extérieure. Les informations complémentaires ainsi obtenues permettent d’affiner l’estimation de l’indice de vulnérabilité : réduction de la marge d’incertitude.Le quatrième niveau, appelé 2.0, nécessite l’intervention d’un ingénieur spécialisteEn bâtiment pour acquérir des informations sur la structure elle-même par inspection extérieure et intérieure et consultation des plans de construction [5].

f-2 Champ d’applicationCette méthode a été établie pour être mise en œuvre soit à l’échelle d’une ville soit à

l’échelle d’un groupe de bâtiment (quartier ou une ville par exemple) [5].

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f-3 Données et compétences nécessaires Données nécessaires :

Le niveau 0 mobilise des données issues de la bibliographie, des photos aériennes ou de base de données relatives au bâti.

Aucune donnée initiale n’est vraiment nécessaire pour appliquer les niveaux 1.0 et 1.1. Seul un examen visuel extérieur suffit. Cependant la consultation des plans et l’examen intérieur pour le niveau 1.1 peut permettre d’affiner les réponses et donc de gagner en fiabilité d’analyse.En revanche pour le niveau 2.0, tous les documents relatifs aux bâtiments sont utiles [5].

1.3.5. Analyses détailléesLes analyses détaillées font partie des méthodes d’évaluation les plus complexes et

sont par conséquent mieux adaptées pour l’évaluation d’un bâtiment unique [5].

1.3.5.1. Procédures d’analyses détaillées1.3.5.1.1. Analyse statique linéaire

Le bâtiment est modélisé comme un système équivalent à un degré de liberté avec une rigidité élastique linéaire et un amortissement visqueux équivalent.Cette procédure est valable pour les bâtiments réguliers et dont la période fondamentale de vibration est prédominante [4].

1.3.5.1.2. Analyse dynamique linéaireL’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 [4].

1.3.5.1.3. Analyse statique non linéaireDans la procédure d’analyse statique non linéaire, la non-linéarité de la relation force

déplacement 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. Seul le mode fondamental de vibration est considéré, rendant cette méthode moins appropriée pour les bâtiments irréguliers [4].

1.3.5.1.4. Analyse dynamique non linéaireCette 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 [4].

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1.3.5.2. Exemples de la méthode a-Méthode Néo-Zélandaise (2006)a-1 Description

Cette méthode, utilisée de manière courante en Nouvelle-Zélande, a été publiée par la New- Zealand Society for Earthquake Engineering pour la première fois en 2000 (NZSEE, 2000).Le guide sorti en 2006 (NZSEE, 2006) reprend et réactualise la méthode sous la forme d’une procédure d’évaluation initiale (Initial Evaluation Procedure) destinée à sélectionner les ouvrages a priori à risque [4].

La méthode implique une estimation sommaire de la performance des bâtiments existants par rapport au standard exigé pour un nouveau bâtiment. Cette estimation, qui tient compte de toutes les informations raisonnablement disponibles, est donnée par le paramètre %NBS (« percentage new buildings standard »). Le calcul du %NBS comprend plusieurs étapes détaillées dans ce qui suit [5].Un coefficient, compris entre 0 et 1 est attribué à chaque faiblesse structurelle. Le produit de ces facteurs est noté PAR pour « performance assessmment ratio », mesure la réduction globale de performance attendue, par rapport à une structure bien conçue du même type, du fait de la présence de facteurs de vulnérabilité additionnels. On a donc finalement :

%NBS = (%NBS) b x PARSi le %NBS est inférieur à 33 %, le bâtiment est prédisposé à s’effondrer en cas de séisme, Dans ce cas, la loi néo-zélandaise (« Building Act ») de 2004 exige la mise en œuvre d’un diagnostic détaillé.Si le %NBS est supérieur à 67 %, le bâtiment peut être considéré comme sûr.Si le %NBS est compris entre 33 et à 67 %, un diagnostic détaillé est recommandé [5].

a-2 Champ d’applicationL’objectif de cette première phase de la méthode néo-zélandaise est d’identifier, avec

un niveau de confiance acceptable, sans être trop conservatif, les bâtiments à haut risque qui doivent être soumis à un diagnostic plus détaillé [5].

a-3 Données et compétences nécessaires Données nécessaires :

Le diagnostic nécessite un examen visuel extérieur et intérieur. La consultation des plans de structure sera souvent nécessaire pour juger, par exemple, des discontinuités et des excentrements de masse ou de rigidité, pour identifier le système de fondations, etc. Des données géotechniques (cartes géologiques, données de sondages, étude géotechnique préalable à la construction, etc.) sont indispensables pour caractériser le sol de fondation [5].

Compétences à mobiliser :Le manuel précise que la méthode doit être appliquée par un ingénieur disposant d’une

expérience significative dans la conception ou le diagnostic sismique et formé spécifiquement aux objectifs et aux procédures de la méthode [5].

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b-Méthode japonaise (2001)b-1 Description

Le Japon fut en 1977 le premier pays à publier une méthode normalisée pour la réévaluation sismique des bâtiments existants. Cette norme a été mise à jour en 1990 et 2001 pour tenir compte des derniers développements scientifiques. L’analyse présentée ici porte sur la version anglaise disponible depuis 2001 (JBDPA, 2001) [5].La performance sismique du bâtiment est représentée par un indice de performance sismique,IS, qui doit être calculé pour chaque étage et dans les deux directions principales, selon l’équation :

IS = E0 SD TOù :-E0, appelé indice structural de base, figure la performance nominale du bâtiment, supposé parfaitement régulier et en très bon état ;-SD, l’indice d’irrégularité du bâtiment, quantifie l’effet des diverses irrégularités structurelles et géométriques sur le comportement de la structure ;-T, un indice de vieillissement relatif à la dégradation de la structure au cours du temps.

Une fois l’indice de performance sismique IS calculé, celui-ci doit être comparé avec l’indice de demande sismique IS0 calculé selon la formule :

IS0 = ES ZGUOù :-ES, est un coefficient qui vaut 0,8 pour le premier niveau et 0,6 pour les niveaux suivants pour tenir compte de la plus grande incertitude portant sur le premier niveau d’évaluation ;-Z, caractérise le niveau d’aléa selon la localisation du bâtiment ;-G, est un paramètre de sol qui tient compte de l’interaction sol structure ainsi que des effets de site lithologiques et topographiques ;-U, dépend de l’usage du bâtiment et doit être considéré comme un facteur d’importance.

Dans la pratique, le facteur ZG est choisi égal à l’accélération spectrale correspondant à la période fondamentale du bâtiment considéré.Trois possibilités sont envisagées :-Si IS > IS0, le bâtiment est considéré comme sûr ;-Si IS << IS0, le bâtiment est à haut risque. Le renforcement ou la démolition doit être envisagée ;-Si IS < IS0, l’évaluation est incertaine et un diagnostic plus poussé doit être effectué [5].

b-2 Champ d’applicationLa méthode japonaise a été développée pour les bâtiments courants, en béton armé, de

faible hauteur. Les autres techniques de constructions (maçonnerie, bois, acier, etc.) ainsi que les bâtiments en béton armé de grande hauteur sont exclus du champ d’application de la méthode [5].

b-3 Données et compétences nécessaires Données nécessaires

Les données nécessaires pour calculer l’indice de performance du bâtiment sont :

21


-les propriétés des matériaux et les dimensions pour le calcul de la résistance des éléments de contreventement en béton armé.-un relevé de la fissuration et des déformations du bâtiment pour évaluer l’indice de vieillissement.-la configuration générale du bâtiment pour le calcul de l’indice d’irrégularité. Ceci nécessite de recueillir les plans de structure et de procéder à une inspection détaillée du bâtiment [5]. Compétences à mobiliser

L’application de la procédure implique un degré de compétence peu différent de celui exigé pour l’application des méthodes forfaitaires lors du dimensionnement d’un nouveau bâtiment [5].

1.3.5.3. Application de la méthode d’analyse statique non linéaire ou pushover

L’analyse en poussée progressive (pushover en anglais) est fondamentalement une analyse statique non linéaire Elle est executée en appliquant des charges horizontales distribuées sur la hauteur de la structure qui croissent de facon monotone de zéro jusqu’à létat ultime correspondant a l’initiation de l’effondrement de la structure.Les charges gravitaires demeurent constantes durant l’analyse de pushover qui est effectuée pour vérifier la performance sismique des structres en particulier pour [6]:-Déterminer les mécanismes plastiques attendus et évaluer les dommages en déterminant la formation des rotules plastiques successives conduisant a un mécanisme de ruine ;-Evaluer les forces et les déplacements post-élastiques de la structure ;-Evaluer la performance technique des structures existantes.

a- Etude de la vulnérabilité de la ville de Bâle en Suisse

Dans une étude d’évaluation du risque sismique en Suisse, pour la ville de Bâle, les autorités concernées ont initié un projet conjoint sur les scénarios sismiques. Un des aspects du projet fait le point sur la vulnérabilité des bâtiments résidentiels de Bâle (Lang, 2002).

Suite à l’inventaire d’un secteur de la ville de Bâle, la vulnérabilité d’un groupe de maisons typique du quartier a été établie à partir d’une approche analytique basée sur des procédures statiques non linéaires. Pour chaque bâtiment étudié, en maçonnerie ou en béton amé, on définit les courbes de capacité en considérant les modes de ruptures dans le plan et hors du plan des différents murs composants le bâtiment [4].

Une fonction de vulnérabilité comporte l’identification des degrés de dommages. Ici on relie les degrés de dommages DG1 à DG5 aux niveaux de performance et à l’accélération spectrale telle qu’établie par le FEMA-273. Les degrés de dommages sont identifiés par la séquence de rupture des murs composant le bâtiment et indiqués sur la courbe de capacité [4].

Cette dernière est ensuite modélisée par une courbe bilinéaire telle qu’illustrée à la Figure 1.2.On pose l’hypothèse que la fréquence de ce modèle bilinéaire est la spectral correspondant à la zone sismique, ainsi que la demande en déplacement maximale. La

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vérification de la valeur du cisaillement élastique en comparaison avec la capacité en cisaillement, permet de reconstituer une fonction de vulnérabilité selon le déplacement spectral (Figure 1.3) [4].

Figure 1.2 : Courbe de capacité d’un bâtiment en maçonnerie selon la méthode appliquée pour la ville de Bâle (Lang, 2002).

Figure 1.3 : Fonction de vulnérabilité établie à partir de la courbe de capacité

de la Figure 1.2.

b- Etude de la vulnérabilité de la ville d’Aigle en SuisseLa vulnérabilité peut être définie comme le degré de pertes pour un élément de risque

donné résultant d’un certain niveau d’aléa. Dans cette recherche, la description de la vulnérabilité est basée sur la nomenclature et les indications formulées dans l’EMS 98 [7].

Les bâtiments répertoriés dans les catégories sismiques sont distribués dans six classes de vulnérabilité (Figure 1.4) :-La classe A comprend les structures les plus vulnérables comme les bâtiments en maçonnerie traditionnelle et subiront des dommages de degré 5 ;-La classe B: de nombreux bâtiments de cette classe subissent des dégâts de degré 3, et de degré 4 ;-La classe C: de nombreux bâtiments de cette classe subissent des dégâts de degré 2, de degré 3, et quelques-uns de degré 4 ;-La classe D: quelques bâtiments de cette classe subissent des dégâts de degré 1, de degré 2, et quelques-uns de degré 3;-La classe E et F comprend les structures les moins vulnérables comme par exemple la plupart des structures en acier subissent des dégâts de degré 1 [7].

Classe de vulnérabilité A Classe de vulnérabilité B

23


Classe de vulnérabilité C Classe de vulnérabilité D

Classe de vulnérabilité E Classe de vulnérabilité F

Figure 1.4 : Classes de vulnérabilité sismique du bâti d’Aigle [7].

1.4. EXPERIENCE ALGERIENNE DANS LE DOMAINE DE LA VULNERABILITE Après le séisme catastrophique de la région d’El Asnam (Chlef) en octobre 1980, les

autorités politiques algériennes et la communauté scientifique ont pris réellement conscience de l’importance du risque sismique en Algérie, et un certain nombre d’actions a été alors décidé pour réduire ce risque. Parmi ces actions, on peut citer : 1. La mise en place d’une réglementation technique parasismique.2. La prise en charge du bâti existant par des études de vulnérabilité.3. Des études d’aléa et de micro zonage sismiques.4. Formation et information.

24


En ce qui concerne les actions envers le bâti existant, un certain nombre d’études de vulnérabilité a été fait depuis le début des années 80. Ces études de vulnérabilité ont concerné soit des tissus urbains à l’échelle de la ville (Alger, Djelfa) soit des ouvrages importants (bâtiments stratégiques de la ville d’Alger) [2].

1.4.1. Etude de la vulnérabilité de la ville d’AlgerAfin de montrer le risque sismique auquel est exposée la capitale, une étude de la

vulnérabilité de la ville d’Alger, a été réalisé par F. TEBBAL [2].Les données utilisées dans cette étude ont concerné :Densité de logements (population) :La densité de la population a été estimée à 140 000 habitants/Km2 au centre et à 10000 habitants/Km2 en banlieue.Types de constructions (Tableau 1.8).Réseau de communication : Les rues d’Alger sont étroites et très souvent insérées entre bâtiments de grandes hauteurs.Topographie et géologie du site : Ce sont également des éléments très importants dans ce genre d’étude, trois (3) types de topographie décrivent Alger :-Une région plate localisée sur des alluvions.-Une région de pente moyenne située sur des sols calcaires.-Une région de falaise et de collines dans la pente est supérieure à 15%.Les résultats de l’étude sont résumés dans le tableau 1.8 [2].

Tableau 1.8 : Estimation des dommages [2].

Coefficients de dommages

Types 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 calculé au séisme

1.5% 5%

Les résultats ainsi obtenus pour une intensité de « VII », sont traduits en termes de nombre de logements endommagés pour les quartiers les plus vulnérables :-Bâb El Oued : 126 logements endommagés / Hectare.-Casbah : 119 logements endommagés / Hectare.-Grande Poste : 106 logements endommagés / Hectare.-Sidi M’hamed : 94 logements endommagés / Hectare [2].

1.4.2. Etude de la vulnérabilité de quelques bâtiments stratégiques d’Alger

25


Les études de vulnérabilité des bâtiments stratégiques de la ville d’Alger ont été inscrites dans le programme de réduction du risque sismique en 1985. En 1992, le centre de recherche en Génie parasismique (CGS) a entamé une étude de la vulnérabilité de quelques bâtiments stratégiques de la ville d’Alger. 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 1.9) [2].

Tableau 1.9 : Les différents systèmes structuraux (les ouvrages stratégiques de la capitale) [2].

Ouvrages Nombre d’ouvrage

Types de structures Surface totale de plancher

(m2)

siège de la wilaya01 Murs en maçonnerie de pierre

21 184d’Alger 01 Poteaux poutres en (B A)

Ouvrage de la protection civile

01 Charpente métallique et béton armé 21 915

Ouvrages du ministère des PTT

08 Poteaux poutres en (B A) 42 450

Hôpital Mustapha Bacha 48

19 bâtiments en Poteaux poutres en (B A) (=42% m2)

99 45018 bâtiments en murs porteurs en maçonnerie de pierre (=5.5% m2)

11 bâtiments en structure mixte (=53% m2)

1.4.3. Attribution des dommages pour la ville de Boumèrdes L’état de dommage des structures expertisées dans la ville de Boumerdès a été obtenu

en attribuant à chaque élément structurel et non structurel une échelle graduelle représentée par des valeurs et des couleurs (Tableau 1.10). Le degré de dommage pour chaque bâtiment est donc compris entre 0% et 100% (Tableau 1.11) [8].

Tableau 1.10 : Echelle d’évaluation de degré de dommage [2].

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Tableau 1.11 : Etat des dommages en fonction de la typologie des bâtiments [2].

Poteaux poutres

Maçonnerie Voiles MixtesCharpentes métalliques

Autres

Vert1 1 0 0 0 0 0

Vert2 106 28 44 7 2 10

Orange3 99 19 16 4 1 5

Orange4 9 11 2 4 2 3

Rouge5 39 6 0 0 0 2

Total 304 64 64 15 5 20

Pourcentage 66,93% 12,60% 12,60% 2,95% 0,98% 3,93%

La procédure de l’estimation des dommages est obtenue comme suit :• Pour chaque structure, nous sommons les degrés de dommages trouvés d’après le tableau 1.12, contient les 11 critères pathologiques le total est ensuite divisé par Le degré de dommage maximal sera égal à 55 [8].• Obtention de résultats variant de 0 à 1. Obtenu à partir du diagnostic de tous les éléments composant chaque bâtiment. L’indice de vulnérabilité (IV) de chaque structure est égal à la

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somme des produits de tous les degrés d’appréciation des critères pathologiques par leurs coefficients de pondération selon les concepts d’approche développés [8].

Tableau 1.12 : Comptabilisation des critères pathologiques pour chaque structure en poteaux poutres [8].

Critères

Pathologiques (ɸ i ¿

Comptabilisation des (ɸ i ¿ .pour les

340 structuresCaractéristiques des critères pathologiques

Qr 213 Qualité du système résistant mauvaise.

Qc 116 Qualité du contreventement mauvaise.

Ag 83Endommagés, malgré leur âge concordant avec l’entrée en vigueur du RPA (Règlement Parasismique Algérien).

Ec 233 Etat de conservation mauvais.

Et 85 Influence sur /d’une construction adjacente.

Es 335 Eléments secondaires endommagés.

So 29 Dommages liés à des mauvaises conditions de sol.

If 75 Infrastructure endommagée.

Sy 119 Ne présentant pas de symétrie en plan.

Ré 172 Irréguliers en élévation.

Rf 173 Redondance des fils irrégulière.

Les coefficients de pondération normalisés pour le calcul de la fonction de vulnérabilité Les résultats sont présentés dans le tableau 1.13 [8].

Tableau 1.13 : Calcul des coefficients de pondération normalisés en fonction des critères pathologique [8].

Critéres pathologiques

(ɸ i).

Importance des dommages pour les 340structures

en (%).

Coefficient de ponderation.

Coefficient de pondération normalisé

(Ri)

Qr 62,64% 0,63 0,64

Qc 34,11% 0,34 0,35

Ag 24,41% 0,24 0,24

Ec 68,53% 0,68 0,7

Et 25% 0,25 0,25

Es 98,53% 0,98 1

So 8,53% 0,08 0,08

If 22,05% 0,22 0,22

Sy 35% 0,35 0,36

Ré 50,58% 0,5 0,51

Rf 50,88% 0,51 0,52

1.5. CONCLUSION

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L’étude bibliographique présentée dans ce travail tente de parcourir un champ très vaste dans la gestion du risque sismique. Cette démarche globale permet de mettre à titre les domaines dans lesquels des progrès sont attendus afin d’améliorer encore la prise en compte de ce danger qui encouru la société. Cette étude a mis également à jour la complexité de tels processus d’évaluation de la vulnérabilité sismique des bâtiments.

D’après cette étude, les procédures d’évaluations structurales sont des outils

importants dans l’évaluation de la vulnérabilité sismique d’un bâtiment ou d’un ensemble de bâtiments. Ces méthodes que nous avons discutées sont les suivantes :-Observation de la vulnérabilité résultant de séisme passé ;-Jugement expert ;-Modèles analytique simple ;-Attribution de pointage ;-Analyses détaillées.

Dans la suite de cette étude, on va être intéressé par la vérification d’un bâtiment situé en zone IIa d’après le (RPA 99/V2003).

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Documents

chapitre 1 Recherche de vulnérabilite 2013