Parasismique

Conception parasismique des btiments Principes debase lattention des ingnieurs, architectes, matresdouvrages et autorits

Hugo Bachmann

Directives de lOFEG Richtlinien des BWG Direttive dellUFAEGBerne, 2002

http://topographi.blogspot.com/

Impressum

Editeur: Office fdral des eaux et de la gologie

Source Hugo Bachmann: Conception parasismique des mentionner: btiments Principe de base lattention

des ingnieurs, architectes, matres douvrages etautorits, Directives de lOFEG (Bienne 2002,81p.)

Version originale en allemand. Cette publication est disponible sous format PDF sur le site Internet de lOFEG: www.bwg.admin.ch

Tirage: 3500d/1500f

Traduction: Christian Marro, Traductonet, Haute-Nendaz

No de commande: 804.802 f

Diffusion: OFCL, Diffusion des publications, CH-3003 Berne,Internet: www.bbl.admin.ch/bundespublikationen

Copyright: BWG, Bienne, septembre 2002


Eidgenssisches Departement fr Umwelt, Verkehr, Energie und KommunikationDpartement fdral de lenvironnement, des transports, de lnergie et de la communicationDipartimento federale dellambiente, dei trasporti,dellenergia e delle comunicazioni

Conception parasismique des btiments Principes debase lattention des ingnieurs, architectes, matresdouvrages et autorits

Hugo Bachmann

Directives de lOFEG Richtlinien des BWG Direttive dellUFAEGBerne, 2002


la construction. La formule retenue consiste exposerdes principes de base en les assortissant dillustrationset dexemples, ainsi que dun texte explicatif. Les principes, les photos provenant de lauteur ou de tiers et les textes sont le fruit dune longueactivit thorique et pratique dans le domaine exigeantet en constante volution de la tenue des construc-tions soumises aux sismes.Lauteur tient dabord exprimer sa reconnaissanceaux nombreux auteurs de photos, mentionns en finde brochure, pour avoir accept de mettre disposition le rsultat de gros efforts rarement dnusde risques. Ses remerciements sadressent galement lOffice fdral des eaux et de la gologie, qui prenden charge ldition et limpression de cette brochure.

Zurich, aot 2002 Prof. Hugo Bachmann

Prface de lauteur

Le risque de tremblement de terre a longtemps tjug inluctable. Autrefois, on se contentait dadmet-tre que les constructions devaient parfois subir lessquelles de mouvements du sol. Aussi les mesures deprotection contre ce phnomne se sont-elles dabordconcentres sur la gestion des catastrophes. Certes,des propositions relatives au mode de constructionavaient dj t mises au dbut du 20e sicle, maiscest au cours des dernires dcennies que desrecherches toujours plus nombreuses et pointues ontrvl comment rduire efficacement la vulnrabilitdes ouvrages aux sismes.Lobjectif de ce document est de prsenter simplementdes connaissances rcentes sur la faon de protger lesbtiments contre les sismes en prenant des mesures

3

Principes de base lattention des ingnieurs, architectes, matres douvrages et autorits

Prface de lditeur

En 1998, la Socit suisse du gnie parasismique et dela dynamique des structures (SGEB) a publi undocument soulignant le fait que les autorits, les Hautescoles, lindustrie et les particuliers se doivent dagirpour assurer la scurit parasismique du tissu bti deSuisse. Ce document relevait notamment quun grosretard devait tre rattrap durgence au sujet ducomportement des btiments et des installations,thme qui se trouve au cur de la prvention descatastrophes sismiques. Suite cette publication, et dautres interventions, le Conseil fdral a manda-t lOffice fdral des eaux et de la gologie (OFEG)pour organiser la protection contre les tremblementsde terre ds le 1er janvier 2000, dans le cadre destches de la Confdration. LOFEG a cr cet effet laCentrale de coordination pour la mitigation dessismes, dont le rle est de conseiller et de secondertoute ladministration fdrale. Le 11 dcembre 2000,le Conseil fdral a entrin un programme demesures en sept points qui court de 2001 2004 etvise prvenir les dgts sismiques dans le domaine decomptence de la Confdration.

La scurit parasismique des ouvrages futurs figure aupremier plan du programme de mesures de laConfdration. Lauteur de la prsente brochure, leProfesseur Hugo Bachmann, a consacr de nom-breuses annes tudier le risque sismique et lecomportement des ouvrages soumis aux tremblementsde terre. A la demande de lOFEG, qui lui exprime sareconnaissance, il a bien voulu mettre la dispositiondes praticiens des connaissances scientifiques propices la scurit parasismique des constructions. Lesprsentes directives souhaitent contribuer ce que lesrsultats des recherches soient mis en uvre systmati-quement par les professionnels de la construction,quils soient donc pris en compte dans la conception etltude des ouvrages. Ainsi est-il dsormais possible,dans notre pays sismicit modre, de confrer unescurit parasismique raisonnable aux nouvellesconstructions, sans surcot ou presque.

Bienne, aot 2002 Dr Christian FurrerDirecteur de lOffice fdraldes eaux et de la gologie


4Table des matires


Objectifs 6

Que se passe-t-il lors dun tremblement de terre? 7

Le plus important des risques naturels 8

Le risque sismique ne cesse daugmenter 9

Des mesures insuffisantes 9

Il est urgent dagir 9

PB 1 Larchitecte et lingnieur collaborent demble! 10

PB 2 Respecter les dispositions parasismiques des normes! 11

PB 3 Pas de surcot notable grce aux mthodes modernes! 13

PB 4 Eviter les rez-de-chausse flexibles! 15

PB 5 Eviter les tages flexibles! 19

PB 6 Eviter les contreventements dissymtriques! 21

PB 7 Eviter les contreventements dcals! 24

PB 8 Les sauts de rigidit et de rsistance causent des problmes! 25

PB 9 Deux parois porteuses lances en bton arm par direction principale! 26

PB 10 Eviter les systmes mixtes colonnes-maonnerie porteuse! 28

PB 11 Eviter de remplir les cadres de maonnerie! 29

PB 12 Des parois porteuses en bton arm pour renforcer les btiments enmaonnerie! 32

PB 13 Armer les parois porteuses en maonnerie reprenant des efforts horizontaux! 34

PB 14 Harmoniser la structure porteuse et les lments non-porteurs! 38

PB 15 Dans les constructions ossature, sparer les parois non-porteuses par des joints! 40

PB 16 Eviter les colonnes courtes! 42


5


PB 17 Eviter de remplir partiellement les cadres! 44

PB 18 Concevoir soigneusement les contreventements trianguls! 46

PB 19 Concevoir des structures porteuses en acier ductiles! 48

PB 20 Sparer les btiments contigus par des joints conformes aux rgles de l'art! 50

PB 21 Privilgier les configurations compactes! 52

PB 22 Utiliser des dalles afin de solidariser les lments et rpartir les forces! 53

PB 23 Dimensionner en capacit pour obtenir une structure porteuse ductile! 55

PB 24 Une armature en acier ductile avec Rm/Re 1.15 et Agt 6 %! 56

PB 25 Des armatures transversales espaces de s 5d avec des crochets 135 dans les parois porteuses et les colonnes! 58

PB 26 Pas d'videments ni ouvertures dans les zones plastiques! 60

PB 27 Prserver l'intgrit des liaisons dans les constructions prfabriques! 62

PB 28 Protger les fondations grce au dimensionnement en capacit! 64

PB 29 Elaborer le spectre de rponse propre au site! 65

PB 30 Tenir compte du danger de liqufaction du sol! 66

PB 31 Il peut s'avrer plus judicieux d'assouplir que de renforcer! 68

PB 32 Ancrer les lments de faade contre les forces horizontales! 70

PB 33 Ancrer les parapets et les murs! 72

PB 34 Bien fixer les faux-plafonds et les luminaires! 74

PB 35 Fixer les installations et les quipements! 75

Crdit dillustrations 78

Bibliographie 79

Contacts 80

Annexe: carte dala sismique 81


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Les principes de base (PB) sont regroups selon lesthmes suivants: collaboration, normes et cots (PB 1 PB 3); contreventements et dformations (PB 4 PB20); conception dans le plan horizontal (PB21 et PB 22); mise en uvre des dispositifs constructifs (PB 23

PB 27); fondations et sols (PB 28 PB 31); lments non-porteurs et installations (PB 32 PB

35).

Il va de soi que tous les principes ne revtent pas lamme importance, que ce soit dans un contexte gn-ral ou en relation avec un objet prcis. Des compromis,bass sur le jugement de l'ingnieur, peuvent treadmis en fonction du danger encouru (zone de dangersismique, caractristiques locales des sols) et des parti-cularits de l'ouvrage concern. On respectera toujoursscrupuleusement les principes de base dterminantspour la scurit des personnes, notamment ceux quiont trait aux contreventements. Seuls les principesessentiellement destins rduire les dgts matrielspeuvent par contre faire l'objet de concessions.

Ce document s'adresse d'abord aux professionnels dela construction, tels qu'ingnieurs civils et architectes,mais il intressera galement les matres d'ouvrages etles autorits en charge de la construction. S'il se prtebien l'tude personnelle, on peut galement senservir avec profit pour laborer des exposs lors desminaires et de cours de perfectionnement ou pourdispenser des cours dans les Hautes coles. A cet effet,des illustrations peuvent tre obtenues auprs del'diteur sous forme numrique (CD). Tous les autresdroits, concernant notamment la reproduction desillustrations et du texte, restent rservs.

Le prsent document offre un large aperu de lart dela conception parasismique des btiments. Il exposedes principes de base suivre pour raliser desouvrages aptes rsister aux tremblements de terre.Ces principes rgissent essentiellement

la conception et les dispositions constructives

pour

la structure porteuse et les lments non porteurs

La conception et le choix des dtails constructifs de lastructure porteuse (parois, colonnes, dalles) et deslments non-porteurs (cloisons intrieures, lmentsde faade) jouent un rle dterminant dans la tenuedes btiments (comportement avant la rupture) et leurvulnrabilit face aux sismes (sensibilit l'endomma-gement). En effet, aussi pousss soient-ils, les calculsd'ingnieur et le dimensionnement ne sont pas mme de compenser posteriori les erreurs ou lesdfauts de conception au plan parasismique. Il est enoutre impratif de concevoir les btiments selon lesrgles parasismiques si l'on entend les doter d'unebonne tenue aux tremblements de terre sans occasion-ner de surcots notables.

Les principes figurant dans ce document sappliquentdonc essentiellement aux nouvelles constructions.Cependant, il est bien clair quils peuvent aussi tremis contribution pour expertiser et assainir le caschant les btiments existants. Cest pourquoi cer-tains exemples de mise en uvre des principes sonttirs d'ouvrages existants.

Les principes de base sont intentionnellement simples.Les calculs et le dimensionnement ne sont introduitsque de manire marginale. Le lecteur a la possibilitdapprofondir les points qui lintressent en consultantla littrature spcialise (p. ex. [Ba 02]).La formule des principes de base est ne dans le cadrede nombreux exposs que l'auteur a prsents entre1997 et 2000 et dont le contenu a t continuelle-ment approfondi et remani. Chaque principe estintroduit par une figure schmatique (synthse duprincipe), puis par un texte d'ordre gnral. Chaqueprincipe est illustr par des photos de dgts, desexemples positifs ou ngatifs et des explications spci-fiques.

Objectifs


Les effets d'un tremblement de terre sur un ouvragesont essentiellement dtermins par les variationstemporellles de trois paramtres dcrivant les mouve-ments du sol, soit son acclration (ag), sa vitesse (vg)et son dplacement (dg), avec leur contenu frquentiel.En tudiant les mouvements occasionns, dans unedirection horizontale donne pour un tremblement deterre de type valaisan gnr artificiellement, onrelve par exemple que les frquences dominantes del'acclration sont notablement plus leves que pourla vitesse et beaucoup plus leves que pour le dpla-cement.

Lala sismique dpend fortement de la situation go-graphique comme le montre la carte annexe [GM98].Mais leffet de site peut tre encore plus important quela position gographique dun ouvrage. Les paramtrescaractrisant les mouvements du sol pour un sisme de magnitude donne et pour un site donn peuventdiverger largement. Ils dpendent de nombreuxparamtres, comme la distance, la direction, la profon-deur et le mcanisme de la zone de rupture de lacrote terrestre (foyer), mais aussi des caractristiqueslocales du sol (paisseur des couches, vitesse des ondesde cisaillement). En comparaison avec lessoubassements rocheux, les sols meubles peuventamplifier les mouvements sismiques de manireconsidrable. Quant la rponse du bti aux mouve-ments du sol, elle dpend de caractristiquesimportantes propres aux ouvrages (frquences propres,type de structure porteuse, ductilit des lments,etc.). Cest pourquoi il convient de concevoir les construc-tions de faon couvrir des incertitudes et desvariations considrables.

Les tremblements de terre sont gnralementprovoqus par des ondes sismiques naissant lors dedplacements saccads de la crote terrestre dans unezone de rupture (faille active). Des ondes de diversesnatures et vitesses parcourent diffrents chemins avantdatteindre un site et de soumettre le sol diversmouvements.

Le sol va et vient rapidement dans toutes les directionsdu plan horizontal, ainsi que dans le sens vertical, maisdans une mesure gnralement moindre. Quelle est ladure des mouvements? Un tremblement de terred'intensit moyenne dure par exemple 1020secondes, ce qui est relativement court. Quelle estl'amplitude maximale des mouvements? Lorsquesurvient un sisme de type valaisan, de magnitude 6 comme celui qui a occasionn des dgts dans largion vigeoise en 1855, les amplitudes dans lesdiffrentes directions du plan horizontal atteignent unordre de grandeur de 8 10, voire 12 centimtres.Lorsque survient un sisme de type blois, de magni-tude 6.5 voire plus, comme celui qui a dtruit unegrande partie de la ville de Ble et de ses environs en1356, les dplacements du sol peuvent atteindre 1520centimtres, voire plus.

Qu'advient-il des btiments? Lorsque le sol oscillerapidement, les fondations sont entranes dans le mou-vement, tandis que la partie suprieure tend, du fait deson inertie, rester l o elle se trouve. Ce phnomneoccasionne d'importantes vibrations et des phnomnessimilaires la rsonance entre louvrage et le sol, dolapparition de fortes sollicitations internes. Il en rsulte frquemment des dformations plastiquesde la structure porteuse, qui peut subir d'impor-tants dgts et cder localement, voire s'effondrertotalement dans le pire des cas.

7

Que se passe-t-il lors d'un tremblement de terre?


Mouvements rapides du sol:

Rponse des ouvrages:

Quelle dure?Quelle amplitude?

Fortes vibrations Fortes sollicitations Rupture locale Effondrement

Que se passe-t-il lors dun tremblement de terre?

Prof. Hugo Bachmann EPF Zurich ibk

E/1Temps (s)

Mouvements du sol au cours du tempsSisme valaisan

E/2

Prof. Hugo Bachmann EPF Zurich ibk


ScheresseVagues

de chaleurSismes

Glissementsde terrain

Incendiesde fort

Vaguesde froid

Avalanches

TemptesOrages

Avalanches

Inondations

Incendies, temptes,parasites,

etc. (en fort)

Autres dangers naturels,sismes compris

Risques lis aux diffrents phnomnes naturels

Dpenses publiques pourles mesures de protection

Inondations

Prof. Hugo Bachmann ibk EPF Zurich

E/3

600 millions de CHF/an.

Le plus important des risques naturels

En Suisse comme ailleurs, le risque sismique a long-temps t sous-estim, et dans une large mesureignor. On a pris conscience rcemment que dessismes catastrophiques peuvent galement affecternotre pays.

Les sismes de forte magnitude comme ceux qui ontoccasionn de gros dgts Izmit (Turquie, 1999),Kobe (Japon, 1995) ou Northridge (Californie, 1994)illustrent les effets du tremblement de terremaximum auquel on peut s'attendre en Suisse. Si leurprobabilit d'occurrence est relativement faible, ils n'ensont pas moins possibles. Le tremblement de terre deBle (1356) relve de cette catgorie.

Au cours des dernires annes, l'ampleur desdommages auxquels il faut s'attendre si un sismecatastrophique survient en Suisse a fait l'objet d'tudespousses sous l'angle de l'assurance et de la prven-

tion des catastrophes [D0150]. Les assureurs effectuentdes analyses de type que se passerait-il si pourestimer ce qu'il adviendrait si certains tremblements deterre historiques se reproduisaient en Suisse, ce qui estpossible tout moment. Ils prvoient que le sisme deVige (1855) occasionnerait aujourd'hui des dgtsaux btiments de l'ordre de 10 milliards de francssuisses. Le tremblement de terre de Ble (1356), quicorrespond statistiquement une priode de retour dedure moyenne (500-1000 ans), provoquerait actuelle-ment des dgts aux btiments pouvant atteindre 50milliards de francs suisses. Si les pertes humaines n'ontpas t estimes explicitement, on doit s'attendre plusieurs centaines ou peut-tre mme plusieursmilliers de morts et jusqu' dix fois plus de blesss.L'exprience enseigne en outre qu'il faut multiplier lesdgts aux btiments par un facteur 2 3 pour valuerl'ensemble des dommages affectant le contenu desbtiments, les ouvrages destins aux transports, auxcommunications, l'approvisionnement et l'vacua-tion, les pertes inhrentes l'interruption de la produc-


tion industrielle, les cots conscutifs aux dcs et auxblessures, ainsi que les atteintes l'environnement. Ilen rsulterait pour le tremblement de terre de Ble unefacture globale plusieurs fois plus leve que le budgetannuel de la Confdration helvtique (env. 50milliards de francs suisses en 2001).

L'tude Katanos, effectue en 1995 par l'Office fdralde la protection civile qui s'occupe de la prventiondes catastrophes, conclut des dommages d'unegravit similaire. Le graphique sectoriel de gauche dansla figure indique le poids relatif des principaux phno-mnes par rapport l'ensemble des risques naturelsmenaant la Suisse (non compris le risque inhrent laclasse dendommagement 5 selon [D0150]). Il com-prend notamment les risques imputables aux inonda-tions, aux orages, aux temptes, aux avalanches, etc.,ainsi qu'aux sismes. On relvera que ce dernier est dumme ordre de grandeur, si ce n'est plus important,que le risque inhrent lensemble des autres phno-mnes naturels.

Le risque sismique ne cessed'augmenter

S'agissant des ouvrages, le risque sismique est gal auproduit de lala (intensit/probabilit d'occurrence del'vnement, conditions locales de site) par la valeurdes biens menacs et la vulnrabilit du tissu bti. Orle parc d'ouvrages s'accrot constamment et maintesnouvelles constructions sont trs si ce nest trop vulnrables aux sismes. La cause rside notammentdans le respect lacunaire d'importants principes de laconception parasismique ou mme de dispositionsrelatives aux tremblements de terre figurant dans lesnormes, ft-ce par ignorance, par commodit ou parngligence. Il en rsulte que le risque sismique necesse de crotre inutilement.

Des mesures insuffisantes

Qu'en est-il des mesures de protection contre les dangersnaturels? Les pouvoirs publics y consacrent chaqueanne envrion 600 millions de francs suisses. Le graphique sectoriel de droite dans la figure indiquela rpartition de cette somme selon les principauxphnomnes naturels. On y relve que les mesures deprotection contre les tremblements de terre bnficientde montants plus que modestes. La disproportion estflagrante si l'on se rfre au risque qu'ils occasionnent.Le dficit de prvention en la matire correspond la perception que l'on a du phnomne. Il s'coule peude temps entre deux inondations, hivers catastro-phiques au plan des avalanches ou grosses temptes,c'est pourquoi on reste conscient de ces dangers et onprend depuis longtemps des mesures de protection. En revanche, comme chaque gnration ne subit pasun gros tremblement de terre, la majorit de lapopulation nest pas consciente des dgts qu'il estsusceptible d'occasionner en Suisse. Mais lorsqu'ilsurvient, il a des effets dvastateurs. Les pertes en vieshumaines et les dgts matriels peuvent s'avrersuprieurs de plusieurs ordres de grandeur auxdommages occasionns, notamment, par les inonda-tions ou les avalanches.

Il est urgent d'agir

Les considrations qui prcdent le dmontrent sansambigut: la Suisse souffre d'un gros dficit enmatire de prvention sismique par des mesures laconstruction. Il est urgent d'agir pour rattraperl'important retard accumul [D0150]. Les nouveauxouvrages doivent tre conus de manire rsister aux sismes dans une mesure raisonnable, pour viterque l'on ajoute constamment de nouvelles construc-tions sismiquement vulnrables au bti qui lest dj.La prsente publication souhaite contribuer diffuserles connaissances fondamentales ncessaires ceteffet.


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essentiellement de l'esthtique du btiment et de sesfonctions, tandis que l'ingnieur conoit au meilleur prixune structure porteuse sre et efficace. C'est pourquoila collaboration entre l'architecte et l'ingnieur doit commencer ds les premiers coups de crayon!La dmarche en srie est notoirement mauvaise etinefficace. Il n'est pas du tout pertinent que l'architecteattende d'avoir labor un projet de structure porteuseet choisi les cloisons intrieures non-porteuses et leslments de faade, avant de s'adresser l'ingnieurpour lui confier le calcul et le dimensionnement de lastructure porteuse. Il est tout aussi faux de commencerpar concevoir la structure porteuse en fonction desseules charges verticales, puis de choisir les cloisonsintrieures non-porteuses et les lments de faade etenfin de complter la structure pour qu'elle rsiste auxactions sismiques. Il en rsulte souvent un bricolageonreux et insatisfaisant.

Il est beaucoup plus judicieux et plus avantageux detravailler de concert. L'architecte et l'ingnieur prennenten compte les souhaits esthtiques et les impratifsfonctionnels pour laborer ensemble une structure por-teuse polyvalente (adapte aux charges verticales etaux actions sismiques), sre, efficace et bon march.Puis ils choisissent ensemble des cloisons intrieures etdes lments de faade dont la dformabilit soitcompatible avec la structure porteuse. Comme cest ladmarche qui fournit les meilleurs rsultats, le matre del'ouvrage est galement trs intress ce quun espritde confiance mutuelle et de collaboration troite rgneentre larchitecte et lingnieur. Le moment opportunpour linstaurer nest pas ltape des derniers calculs etdes plans de dtail, mais la phase o sont oprs leschoix cruciaux vis--vis de la tenue au sisme et de lavulnrabilit de louvrage, soit au tout dbut du projet.

Lorsqu'il s'agit de concevoir un btiment, de nombreuxmatres d'ouvrages et architectes croient encore tortqu'il suffit d'associer l'ingnieur civil la fin du proces-sus, en lui confiant le mandat consistant calculer lastructure porteuse pour rsister aux sismes. Or cettedmarche doit tre qualifie de mauvaise. Elle peut avoirde graves consquences et occasionner des surcotsimportants. En effet, aussi pousss soient-ils, les calculset le dimensionnement ne sont pas mme de compen-ser posteriori les dfauts de conception de la structureporteuse et les erreurs dans le choix des lments non-porteurs, notamment des cloisons intrieures et deslments de faade.

Il est impratif que l'architecte et l'ingnieur collaborenttroitement ds la premire tape de tout projet debtiment, pour en assurer le bon droulement, garantirla scurit de l'ouvrage, limiter sa vulnrabilit et main-tenir les cots dans des limites raisonnables. Ce faisant,les deux partenaires regroupent des comptences aussidiffrentes qu'indispensables. L'architecte s'occupe

PB 1 L'architecte et l'ingnieur civil collaborentdemble!

Aussi pousss soient-ils, les calculs et le dimensionnement ne sont pas mme de compenser posteriori les dfauts de conception de la structure porteuse et des lments non-porteurs!

Larchitecte et lingnieur civil collaborent ds les premiers coups de crayon!

Principes de base pour la conception parasismique des btiments

1/1


Faux:

1. Architecte: conception de la structure porteuse et des lments non-porteurs

2. Ingnieur: dimensionnement

1. Structure porteuse pour les charges verticales

2. Elments non-porteurs3. Structure porteuse

parasismiquePlus efficace et meilleur march:

Larchitecte et lingnieur laborent ensemble le projet

Structure porteuse polyvalente et lments non-porteurs

Conception en srie

Conception commune

Principes de base pour concevoir des btiments parasismiques

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Larchitecte et lingnieur civil collaborent demble!

Architecte

Matre de l'ouvrage

Ingnieur civil


1



trs vulnrables, qui prsentent des risques levs dedommages au premier tremblement de terre dintensi-t modre. Pourtant, l'tude des constructionsexistantes (p. ex. [La 02]) a montr que le respect desnormes permettait de rduire de faon dcisive et sanssurcot notable la vulnrabilit des ouvrages auxsismes et surtout d'amliorer dans une large mesureleur rsistance l'effondrement.

L'ignorance ou le non-respect, ft-il partiel, desdispositions parasismiques figurant dans les normes deconstruction est de nature occasionner une dpr-ciation de l'ouvrage [Sc 00]. La moins-value peutnotamment comprendre les cots ncessaires sonassainissement, moins les cots qu'il aurait de toutefaon fallu consentir pour que la construction ou latransformation rponde aux normes parasismiques. Les concepteurs peuvent tre appels assumer lescots de l'assainissement, sans prjuger de la res-ponsabilit qu'ils endossent, avec les propritaires, sides personnes sont tues ou blesses l'occasion d'untremblement de terre, ou qu'il en rsulte des dgtsmatriels. L'assainissement parasismique cote engnral plusieurs fois le prix qu'il aurait fallu payerpour que la nouvelle construction ait d'emble unetenue au sisme approprie. Il implique en outre desdsagrments pouvant aller jusqu'au dmnagement et l'impossibilit temporaire d'utiliser l'ouvrage. Quant la dtermination des parts de responsabilit del'architecte et de l'ingnieur, elle peut requrir desprocdures judiciaires longues et onreuses. Le matrede l'ouvrage, l'architecte, l'ingnieur et les autorits ontdonc intrt ce que tous les nouveaux btimentsrespectent strictement les dispositions parasismiques desnormes et ce que les vrifications et les procs-verbauxde contrle figurent dans le dossier de construction.

C'est en 1970 qu'ont paru, dans la norme SIA 160, lespremires dispositions parasismiques en Suisse. Elless'avrent cependant obsoltes au vu des connaissancesactuelles. En 1989, des dispositions appropries traitantdes principes et des mesures propres assurer la scu-rit parasismique des ouvrages ont t introduites dansl'article 4.19 de la nouvelle version de la norme SIA160. Elles soumettent la conception et la constructionde tous les nouveaux ouvrages btis en Suisse certaines exigences et requirent quelques vrificationsnumriques simples (notamment selon la mthode desforces de remplacement), en fonction du niveau delala (zone sismique et sol de fondation) et de l'impor-tance de l'ouvrage pour la population (classe d'ou-vrages). Ces normes et dautres dispositions relativesaux structures porteuses seront bientt remplaces parles Swisscodes, qui reprsentent une volution desanciennes normes SIA et concrtisent les principesprconiss par les normes europennes (Eurocodes).Dans les Swisscodes, les dispositions parasismiquessont intgres l'exception de la description desactions sismiques dans les prescriptions relatives auxdiffrents modes de construction. Elles sont doncplaces l o elles sont le plus utiles. Les nouvellesdispositions accentueront encore les exigences relatives la scurit parasismique des ouvrages, surtout pourles structures porteuses non-ductiles.

Malheureusement, il arrive encore souvent que lesdispositions parasismiques figurant dans les normes deconstruction ne soient pas respectes, ft-ce parignorance, par indiffrence, par commodit ou parngligence. Les constructions ne sont soumises, de lapart des autorits, aucune condition contraignante,assortie de contrles, qui relve de la police desconstructions. On continue construire des ouvrages

11

PB 2 Respecter les dispositions parasismiques des normes!


Respecter les dispositions parasismiques des normes!

SIA 260 PrincipesSIA 261 ActionsSIA 262 Construction

en btonSIA 263 Construction

en acier

SIA 264 Construction composite

SIA 265 Construction en bois

SIA 266 MaonnerieSIA 267 Gotechnique

Jusqu' prsent:

SIA 160 (1989)

SwisscodesDsormais:


2



12

2/2 En gnral, les btiments dont les contreventements destins reprendre les efforts et les dplacements horizontaux manquent ousont fortement dcentrs ne satisfont pas aux dispositions des normesen vigueur. Ils peuvent tre endommags ou s'effondrer sous leffetd'un modeste tremblement de terre (Suisse, 2000).

2/1 On construit encore des ouvrages sans vrifier s'ils prsententune tenue au sisme suffisante au sens des normes en vigueur. Dansle cas de ce btiment en maonnerie, il semble qu'aucune mesureadquate nait t prvue (p. ex. contreventement en bton arm).Une tenue au sisme insuffisante est de nature occasionner une importante dprciation de l'ouvrage, source de procs enresponsabilit civile (Suisse, 2001).


dautant la vulnrabilit. Llaboration de structuresductiles, et la mthode du dimensionnement encapacit qui va de pair jouent un rle crucial cetgard. Grce elles, des lments de constructioncomme les parois en bton arm, qui servent garantir une bonne tenue au vent ou rpondent dautres impratifs fonctionnels, peuvent treamnags sans surcot notable pour confrer latenue sismique voulue (p. ex. en modifiant larmatu-re). Il nest pas ncessaire dajouter de nouveauxlments comme le voulaient les anciennesmthodes, ou si cela savre ncessaire, leur ampleurest largement rduite.

Le document [D0171] fournit des prcisions sur lamanire dappliquer les mthodes rcentes et relveleurs avantages. Il dcrit le dimensionnementparasismique dun immeuble rsidentiel et commercialde sept tages et permet de comparer les rsultatsdun dimensionnement traditionnel (anciennemthode) et dun dimensionnement en capacit, bassur les dformations. Dans cet exemple, la mthodemoderne offre les avantages suivants (cf. galement p. 14): forte diminution des forces sismiques prendre en

compte pour dterminer la rsistance ultime; meilleure rsistance leffondrement; bonne matrise des dformations; prvention de la plupart des dgts jusqu une

intensit donne (sisme pour lequel apparaissent lespremiers dgts);

meilleure flexibilit vis--vis des changementsdaffectation;

cots sensiblement quivalents.

Les trois derniers points revtent un intrt particulieraux yeux des matres d'ouvrages. Laccroissement de laflexibilit vis--vis des changements daffectationrsulte essentiellement du fait que la plupart des paroispeuvent tre modifies, voire supprimes sans problme.

Page 143/1 Application de diffrentes mthodes pour le dimensionnementparasismique dun immeuble rsidentiel/commercial de sept tages[D0171]

De nombreux spcialistes de la construction croientencore que la scurit parasismique des ouvragesconstruits en Suisse passe par dimportants surcots.Des proportions de 3 17 % du cot de louvrageneuf ont t articules lors dune enqute. Or cetteopinion nest pas fonde. Dans un pays sismicitmodre comme la Suisse, le prix de la scurit para-sismique des nouveaux btiments est gnralementnul modeste (de quelques pour-mille).

Linvestissement consentir pour assurer la scuritparasismique dun btiment dpend toutefoistroitement de la dmarche suivie lors de sa concep-tion et de la mthode de dimensionnement applique: Sagissant de la dmarche lors de la conception, la

collaboration prcoce entre larchitecte et lingnieurcivil joue un rle dcisif (cf. PB 1). La tenue au sismedoit tre prise en considration ds le conceptarchitectural de louvrage et la conception de sastructure porteuse. Il faut notamment sattendre dimportants surcots si des modifications ou am-liorations de la structure porteuse doivent treentreprises alors que llaboration des plans est bienavance car il savre souvent ncessaire de modifierle concept architectural. Cela peut savrer trs co-teux en temps et en argent.

Quant la mthode de dimensionnement appli-quer, il convient de souligner les gros progrs ralissrcemment. Des travaux de recherche approfondisont aid mieux comprendre le comportement desouvrages et des structures soumis un tremblementde terre et, partant de cela, mettre au point desmthodes efficaces. Par rapport aux anciennespratiques, le cot de la scurit parasismique desouvrages est rduit et le comportement lors dunsisme est notablement amlior, diminuant

13

PB 3 Pas de surcot notable grce aux mthodesmodernes!


Pas de surcot notable grce aux mthodes modernes!

Le cot de la scurit parasismique dpend de

la dmarche lors de la conception la mthode applique


3



Dimensionnement traditionnel

Fassade ouest Coupe C Coupe H

Conception parasismique et dimensionnement en capacit

Fassade ouest Coupe C Coupe K

Parois, dalles, sommiers et colonnes en bton arm destins reprendre les charges verticales

Parois porteuses et cadres en bton arm aptes rsister aux sismes

Maonnerie porteuse

4e tage suprieur

3e tage suprieur

2e tage suprieur

1er tage suprieur

Etag intermdiaire

Parterre

1er tage infrieur

2e tage infrieur

4e tage suprieur

3e tage suprieur

2e tage suprieur

1er tage suprieur

Etag intermdiaire

Parterre

1er tage infrieur

2e tage infrieur

C H

C H

C K

C K


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PB 4 Eviter les rez-de-chausses flexibles!

Eviter les rez-de-chausses flexibles!


4


Leffondrement dun btiment soumis un tremble-ment de terre est souvent imputable au fait que si lestages suprieurs sont bien contrevents (parois ouautres), le rez-de-chausse est ajour et ne comprendque des colonnes porteuses. Il en rsulte un niveaumou (soft storey), flexible dans le plan horizontal.Or les colonnes sont souvent incapables de suivre sansdgts les dplacements relatifs entre le sol qui oscilleet la partie suprieure du btiment qui tend restersur place. Les dformations plastiques, dites rotulesplastiques, qui apparaissent aux extrmits descolonnes dclenchent un mcanisme redout dit decolonnes (ou d'tage), caractris par une concen-tration des dformations plastiques aux extrmits descolonnes. Il en rsulte un comportement instable et l'effondrement du btiment est souvent invitable.

4/1 Le mcanisme de colonnes ayant affect le rez-de-chausse dece btiment en construction a failli provoquer son effondrement(Frioul, Italie, 1976).

4/2 Les mcanismes de colonnes sont souvent invitables lorsque lerez-de-chausse est flexible (Izmit, Turquie, 1999).

4/3 Les colonnes antrieures se sont inclines dans leur direction defaiblesse, tandis que les colonnes postrieures se sont rompues (Izmit,Turquie, 1999).

Page 164/4 Cet immeuble dhabitation a bascul aprs la rupture de sescolonnes (Tawan, 1999)


4/6 et voici les restes de la colonne dangle avant-gauche du rez-de-chausse

4/7 Ce grand btiment a vit de justesse de l'effondrement

4/8 grce ses colonnes massives et la bonne excution de sesarmatures de stabilisation et de frettage (Tawan, 1999).

4/5 Ce btiment bien renforc dans sa partie suprieure s'est affaisssur son rez-de-chausse (Kobe, Japon, 1995)


4/9 De tels btiments sont susceptibles de s'effondrer sous l'effetd'un tremblement de terre dintensit modr (Suisse, 2000).

4/10 Pour ce btiment galement, il est probable que les colonnesminces se trouvant sous les paraments soient trop faibles. Dans cecas, une amlioration dcisive pourrait tre obtenue en ajoutantquelques parois porteuses de faible dimension horizontale en btonarm (Suisse, 1998).



Un tage peut galement tre plus flexible que les autress'il est quip de contreventements moins rsistants ouque ces dispositifs font totalement dfaut. Il arrive aussique la rsistance ultime dans le plan horizontal soitfortement rduite partir dune certaine hauteur danstoute la partie suprieure du btiment. Un tel ouvrageest galement expos au redout mcanisme decolonnes (ou d'tage).

PB 5 Eviter les tages flexibles!

Eviter les tages flexibles!


5


5/1 Le troisime tage de cet immeuble commercial a disparu. Lapartie suprieure sest affaisse dun tage (Kobe, Japon, 1995).

5/2 Un tage a galement cd dans cet immeuble de bureaux. La partie suprieure du btiment s'est affaisse en s'inclinant versl'avant.

5/3 Cette vue rapproche prsente l'tage cras de l'immeuble debureaux. (Kobe Japan 1995).


5/4 Tous les tages taient trop flexibles (Izmit, Turquie, 1999).



L'effondrement des btiments sous l'effet d'un trem-blement de terre est souvent d la dissymtrie deleurs contreventements. Les deux sections horizontalesschmatises dans la figure comprennent uniquementles lments de contreventment tels que parois outreillis N'y figurent pas les colonnes, gnralementdisposes en grille dont la rigidit horizontale par effetde cadre est faible.Si les colonnes sont avant tout destines reprendreles charges verticales, elles doivent galement tre mme de suivre les dplacements horizontaux del'ensemble du btiment sans perdre de leur capacitportante.

En plan, tout btiment possde un centre de masse M(centre de gravit de toutes les masses) o agit larsultante des forces d'inertie mises en jeu, un centrede rsistance aux efforts horizontaux W (point d'ap-plication de la rsultante des efforts internes rsistantsaux forces dinertie horizontale selon les deux axesprincipaux et un centre de rigidit S (centre de torsion).Si le centre de rsistance ne concide pas avec le centrede masse, qu'il est dcentr, le btiment subit unetorsion autour du centre de rigidit lorsque survient untremblement de terre. Cette torsion gnre notam-ment d'importants dplacements relatifs entre le piedet la tte des colonnes les plus loignes du centre derigidit, qui cdent rapidement dans la plupart des cas.C'est pourquoi il est impratif que le centre dersistance se confonde avec le centre de masse, ou dumoins lui soit proche, et que la rsistance la torsionsoit suffisamment leve. On remplit simultanment ces deux conditions enprvoyant des contreventements symtriques et dispo-ss le long des facades du btiment, ou en tout castrs loigns de son centre de masse.

PB 6 Eviter les contreventements dissymtriques!

MS W

Eviter les contreventements dissymtriques!

W, S

M


6


6/1 Cette ossature de btiment neuve pourvue de dalles plates et decolonnes lances destines reprendre les forces verticalescomprend un seul contreventement pour la reprises des efforts etdplacements horizontaux, sous la forme d'une cage d'ascenseur et d'escalier en bton arm place dans un angle du btiment, en position trs dissymtrique. Les centres de rsistance et de rigiditsont fortement dcals par rapport au centre de masse. Lors dunsisme, une torsion importante dans le plan horizontal est attendre. Dimportants dplacements relatifs dans les colonnes lesplus loignes du noyau en rsulteraient avec le danger de poinon-nement et de rupture par effets du 2e ordre que cela implique.On apporterait une amlioration dcisive en quipant les deuxfaades les plus loignes du noyau de parois en bton arm delongueur modeste mais s'tendant sur toute la hauteur du btiment.Il suffirait alors de btonner deux des parois du noyau et de raliserles autres, par exemple, en maonnerie (Suisse, 1994).

Page 226/2 Cet immeuble de bureaux comportait un mur coupe-feucontinu l'arrire droite et d'autres renforcements dcentrs danssa partie arrire. Il a subi une forte torsion, si bien que les colonnesantrieures ont cd (Kobe, Japon, 1995).


6/3 6/4 Cette maison dhabitation a t construite contre unemaison similaire, dont elle partage un mur coupe-feu relativementsolide et rigide. La faade antrieure est notablement plus souple, sibien que les centres de rsistance et de rigidit sont dcals verslarrire. La maison a subi une forte torsion dans le plan horizontal,mais ne sest de justesse pas effondre (Ombrie, Italie, 1997).

6/5 A lorigine, ce btiment dauditoires construit au cours des annes1970 dans le campus du Hnggerberg de lEPF Zurich ne comprenaitquun seul contreventement pour reprendre les efforts et dplacementshorizontaux. Il s'agit de parois en bton arm de faible tenue la torsionsitues lextrmit arrire de louvrage. Elles taient tellement dcalespar rapport au centre de masse que le sisme de rfrence, relativementfaible (zone 1 dala sismique selon SIA 160), aurait dj provoqu unetorsion significative du btiment dans le plan horizontal. Peu nombreuseset trs charges, les colonnes en bton arm du rez-de-chausse auraientsubi dimportants dplacements, notamment dans la partie antrieure dela construction. Or elles ne possdaient pas la ductilit requise. Cestpourquoi on a dispos sur trois cts du btiment des colonnes obliquesen acier formant un treillis conu de telle faon que les forces horizontalesagissant sur lui lors d'un tremblement de terre puissent tre reprises sansdifficult par les fondations existantes. Cet assainissement a galementpermis damliorer la rsistance contre les charges verticales en porte--faux.

6/6 Le nouveau treillis en tubes dacier sinsre dans le btimentexistant sans en altrer lesthtique.


PB 7 Eviter les contreventements dcals!

Les contreventements sont dcals (dans leur plan,comme l'avant de la figure, ou hors du plan, comme l'arrire) lorsque leur position diffre dun tage lautre. Les moments de flexion et les effortstranchants induits par cette disposition ne peuventgnralement pas tre reports de manire satisfaisan-te, mme en consentant dimportants surcots. Les dcalages perturbent la transmission des efforts,rduisent la capacit portante et diminuent la ductilit(aptitude se dformer plastiquement) des contreven-tements. Ils sont en outre responsables dimportantessollicitations et dformations affectant dautreslments porteurs (p. ex. dalles ou colonnes). En com-paraison avec des contreventements continus sur toutela hauteur du btiment et construits dans les rgles delart, les dcalages augmentent la vulnrabilit del'ouvrage et rduisent notablement sa tenue au sismedans la plupart des cas. Cest pourquoi il fautabsolument viter de dcaler les contreventements.

Eviter les contreventements

dcals!


7


7/1 Le dcalage horizontal des parois en bton arm dans le plan dela faade gnre dimportantes sollicitations et dformations dans la structure porteuse lors de tremblements de terre. Il sagit deffortslocaux verticaux (rsultant du moment renversant), d'effortstranchants affectant les dalles la hauteur des dcalages, desurcharges sur les fondations, etc. (Suisse, 2001).



En changeant la section des contreventements duntage lautre, on cre des discontinuits et onprovoque de brusques variations de rigidit et dersistance du btiment. Il peut en rsulter des htro-gnits dans le comportement dynamique, do dessollicitations supplmentaires et des problmes detransmission des efforts lchelle locale. Le caschant, il vaut mieux diminuer la rigidit et larsistance de bas en haut ( droite dans la figure) quefaire linverse ( gauche). En tout tat de cause, onapportera le plus grand soin au calcul des efforts et audimensionnement de l'ensemble du systme decontreventement, ainsi qu la mise en uvre desdispositifs constructifs dans les zones de transition.

PB 8 Les sauts de rigidit et de rsistance causent desproblmes!

Les sauts de rigidit et de rsistance causent

des problmes!


8

Prof. Hugo Bachmann Ibk EPF Zurich

8/2 Lorsque survient un tremblement de terre, la paroi en btonarm (en porte--faux!) situe derrire la tenture de l'chafaudageinduit dimportantes sollicitations supplmentaires dans la colonnedj bien charge du rez-de-chausse (Suisse, 2001).

8/1 Le passage de la paroi porteuse en bton arm un systme enossature occasionne de gros sauts de rigidit et de rsistance (Suisse,2001).


9/1 De telles parois porteuses en bton arm noccupent quuneplace modeste en section et en lvation (Suisse, 1994).

9/2 L'armature des parois porteuses en bton arm est relativementsimple, mais elle doit tre conue et dispose avec grand soin. La figure prsente une paroi ductile dimensionne en capacit, desection rectangulaire, qui a t rajoute dans un btiment existant(Suisse, 1999).

26

Les parois porteuses en bton arm de section rectan-gulaire sont les mieux adaptes pour renforcer les bti-ments ossature contre les actions sismiques. Si lesmurs peuvent tre relativement courts horizontalement par exemple 3 6 m, soit 1/3 1/5 de la hauteur dubtiment -, ils doivent tre continus de bas en haut.Dans une zone de sismicit modre comme la Suisse,o le sisme de dimensionnement a une intensitmodre galement, il suffit en gnral de disposerdeux parois ductiles de forme lance, dimensionnesen capacit, dans chacune des directions principales.La nature des lments non-porteurs (cloisonsintrieures et faades) peut galement jouer un rledans le dimensionnement (rigidit, PB 14). Pourdiminuer les effets de torsion, les parois devraient tredisposes symtriquement par rapport au centre demasse et situes la priphrie du btiment (PB 6). Onvitera de les placer dans un angle, configuration danslaquelle il est difficile de diffuser les forces sismiquesdans les fondations. Lorsque les parois ont une sectionen L (angles de btiments) ou en U, la dissymtrie peutcompliquer l'obtention de la ductilit souhaite. En revanche, les parois en bton arm de sectionrectangulaire (paisseur standard de 30 cm) peuventtre rendues ductiles sans grand investissement, ce quipermet de doter le btiment d'une bonne tenue ausisme [D0171].

PB 9 Deux parois porteuses lances en bton arm pardirection principale!

Deux parois porteuses lances en bton arm par direction principale!


9



9/3 Deux angles de cette construction ossature sont quips deparois porteuses en bton arm reprenant les efforts transversaux.

9/4 Les parois porteuses ont t mises en vidence dans le conceptarchitectural (Suisse, 1994).


sous la forme d'une ossature forme de colonnes avecquelques parois porteuses lances en bton armdisposes sur toute la hauteur du btiment, mais sansparoi porteuse en maonnerie, sert galement lesintrts long terme du matre de louvrage. Commeles cloisons intrieures ne sont pas des lmentsporteurs, elles sont faciles ramnager lors dunchangement daffectation. Il nest pas ncessaire deprocder une modification complique de lastructure porteuse.

Les systmes porteurs mixtes composs de colonnes etde parois porteuses en maonnerie ont un comporte-ment trs dfavorable lors de tremblements de terre.Les colonnes se combinent avec les dalles et lessommiers ventuels pour former des cadres au com-portement sensiblement moins rigide que les parois enmaonnerie. Ainsi, les forces sismiques sont-ellesreprises dans une large mesure par ces dernires. Ellessubissent les forces dinertie provenant non seulementde leur zone dinfluence propre pour la reprise descharges verticales, mais aussi des zones pourvues decadres ( gauche dans la figure). Il en rsulte une tenueau sisme sensiblement infrieure celle des construc-tions intgralement ralises en maonnerie. Lorsqueles parois en maonnerie cdent sous leffet des forceset dplacements sismiques, elles ne sont plus enmesure de reprendre les charges verticales, ce quiprovoque gnralement leffondrement du btiment. Cest pourquoi, il est impratif dviter les systmesmixtes composs de colonnes et de parois porteuses enmaonnerie.

Ces systmes mixtes savrent en outre peu flexibleslorsquil sagit de changer laffectation et de redistri-buer les espaces d'un ouvrage, ce qui est une pratiquetoujours plus frquente. Il faut alors remplacer lesparois en maonnerie par des dispositifs onreux dereprise des charges, opration susceptible dentravergravement lexploitation et de coter plusieurspourcents du prix du btiment [D 0171]. Cestpourquoi une structure porteuse conue judicieusement,

PB 10 Eviter les systmes mixtes colonnes-maonnerieporteuse!

Eviter les systmes mixtes colonnes-

maonnerie porteuse!

Cadre en bton armParoi porteuse en maonnerie


10


10/1 Il suffira dun modeste tremblement de terre pour dtruire lacage descalier porteuse, ce qui pourrait bien provoquer leffondre-ment du btiment (Suisse, 2001).


11/1 Ici, les colonnes taient manifestement les plus rsistantes. Une grande partie de la maonnerie est tombe, mais le cadre atenu (Erzincan, Turquie, 1992).


Une ide toujours trs rpandue consiste croire qu'enremplissant les cadres en bton arm (colonnes et dallesou sommiers) avec de la maonnerie, on amliore leurtenue aux actions horizontales, c'est--dire aux forcessismiques diriges dans leur plan. Or cela nest avrque pour de petits efforts tant que la maonnerie restepratiquement intacte. Cette combinaison de deux typesde construction trs diffrents et peu compatibles ragitmal aux tremblements de terre: les cadres sont relative-ment souples et ductiles, tandis que la maonnerie non-arme, trs rigide mais fragile, peut dj explosersous l'effet de petites dformations. Au dbut d'untremblement de terre, la maonnerie reprend presquetoutes les forces sismiques. Mais elle cde ensuite sousl'effet d'un mcanisme de bielles obliques ou par glisse-ment, car le frottement est gnralement faible, d aumanque de charges verticales. L'apparition de fissuresen croix est caractristique de ce mcanisme.On peut distinguer deux cas: soit les colonnes du cadresont plus rsistantes que le remplissage de maonnerie,soit c'est l'inverse. Dans le cas de colonnes fortes, lamaonnerie est dtruite et tombe hors du cadre. Dans lecas contraire, elle risque d'endommager les colonnes etnotamment de les cisailler, ce qui provoque souventl'effondrement de l'ouvrage (cf. PB 16 et 17).

PB 11 Eviter de remplir les cadres de maonnerie!

Eviter de remplir les cadres de maonnerie!


11


Page 3011/2 Dans ce cas, c'est la maonnerie qui tait la plus rsistante. Les colonnes ont t gravement endommages et parfois complte-ment cisailles, mais le cadre a tenu de justesse (Mexico, 1985).


11/3 Ici galement, c'est la maonnerie qui tait la plus rsistante.Elle a cisaill les colonnes relativement massives (Adana-Ceyhan,Turquie, 1998).

11/4 Ces fissures en croix sont caractristiques des murs en maonnerie remplissant des cadres massifs en bton arm (Izmit, Turquie, 1999).


Traditionnellement, en Suisse, les maisons d'habitationet les petits btiments vous l'artisanat ont souventdes parois porteuses en maonnerie non-armecompose de briques (en terre cuite, ciment ou mat-riaux silico-calcaires). Certains btiments construitsselon ce principe comptent jusqu' seize tages (!). La maonnerie est certes bien adapte du point de vuede lisolation, du stockage thermique et du confort,ainsi que pour reprendre les charges verticales. Mais lesconstructions y recourant exclusivement sont peuaptes rsister aux actions sismiques. D'une part, cesbtiments sont relativement rigides ils ont habituelle-ment une frquence propre leve, situe sur leplateau du spectre de dimensionnement -, si bienqu'ils subissent d'importants efforts lorsqu'ils sontaffects par un sisme. D'autre part, les parois enmaonnerie non-arme sont relativement fragiles et dfa-vorables du point de vue de la dissipation dnergie.Comme il est gnralement difficile de dmontrer unersistance suffisante daprs la norme, mme pour uneaction sismique modre (p. ex. en zone 1 dala sismiqueselon SIA 160), des mesures parasismiques additionnellessont ncessaires.Une solution consiste renforcer les btiments en maon-nerie non-arme avec des parois porteuses en btonarm. Ce procd permet notamment de limiter les dfor-mations horizontales de la maonnerie et de prserverainsi sa rsistance ultime aux charges verticales. Les paroisporteuses doivent tre suffisamment rigides, leur longueuret leur armature jouant un rle dterminant cet gard.Elles doivent tre capables de supporter les forcessismiques et de les transmettre aux fondations tout enrestant lastiques, c'est--dire sans plastification notablede l'armature. Les mouvements horizontaux affectant lesparois porteuses en bton arm sous l'effet du sisme dedimensionnement n'excderont pas le dplacementstructuerellement admissible pour les parois en maonne-rie les plus rigides, soit les plus longues horizontalement.

PB 12 Des parois porteuses en bton arm pourrenforcer les btiments en maonnerie!

Des parois porteuses en bton arm pour renforcer les btiments en maonnerie!

Paroi porteuse en bton arm MaonnerieMaonnerie


12


12/2 Cette nouvelle villa de trois tages, comprenant des paroisporteuses en maonnerie non-arme, est renforce longitudinale-ment par une paroi porteuse en bton arm dans chaque faade ettransversalement par un mur de refend dispos l'intrieur dubtiment (Suisse, 2001).

12/1 De tels btiments en maonnerie et mme de moins hauts sont extrmement sensibles aux tremblements de terre s'ils ne sontpas renforcs par des parois porteuses en bton arm (Suisse, 2001).


12/3 Ce btiment en maonnerie, qui comprendra quatre tages,est renforc par une paroi porteuse en bton arm dans chaquedirection principale. Une longue paroi en maonnerie, dont les jointsd'assise sont pourvus d'une armature ancre dans les paroisporteuses en bton arm, quipe galement chaque direction (Suisse, 2001).

12/4 Les parois porteuses en maonnerie et en bton arm ainsi queles dalles doivent tre solidaires en compression et en cisaillement, etdans la mesure du possible en traction (Suisse, 2001).

12/5 Cest pourquoi, il convient de remplir entirement de mortierles joints sparant les parois porteuses en maonnerie et en btonarm (Suisse, 2001).


Une autre solution (que PB 12) permet d'amliorersensiblement la tenue au sisme des btiments enmaonnerie. Elle consiste armer quelques parois deforme allonge hozizontalement, donc rigides longitu-dinalement. Elles seront par exemple pourvues d'unearmature horizontale et verticale minimale, compltepar une armature verticale de bord renforce [Ba 02].Ce procd permet de prvenir tout glissement sur lesjoints d'assise et d'assurer une certaine ductilit, allantjusqu' =~2. Il sagit alors en quelque sorte de parois porteuses enmaonnerie reprenant des efforts horizontaux. Les dplacements horizontaux qu'elles peuvent subirdans leur plan sous l'effet du sisme de dimension-nement n'excderont pas le dplacement structurelle-ment admissible pour les parois en maonnerie non-arme les plus rigides les plus longues horizon-talement afin que ces dernires conservent leurrsistance ultime aux charges verticales.

PB 13 Armer les parois porteuses en maonneriereprenant des efforts horizontaux!

Armer les parois porteuses en maonnerie

reprenant des efforts horizontaux!

Armature minimale

Armature de bord


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13/1 13/2 Pour armer la maonnerie, il faut utiliser des briquesspciales, qui permettent notamment de disposer les armaturesverticales et de les enrober avec du mortier. A l'heure actuelle, destudes sont menes dans le monde entier pour dvelopper dessystmes d'armature et des briques appropries. Les deux figuresprsentent des produits rcemment mis au point par l'industrie de laterre cuite (Suisse, 1998).


13/3 Pour ce type d'armature, les fers verticaux se terminent enhaut et en bas par des boucles qui se prolongent sur 2 rangs de briques. Les fers de liaison servant fixer les parois aux dalles,respectivement aux parois infrieures, revtent une grandeimportance (Suisse, 1998).

13/4 13/5 Lorsque l'on exerce une prcontrainte verticale, la forcenormale ainsi gnre permet d'amliorer notablement lecomportement des parois en maonnerie soumises aux tremble-ments de terre (Suisse, 1996).


13/6 On peut amliorer la solidit et la ductilit des parois enmaonnerie des btiments existants en y appliquant des lamelles enfibres de carbone ou en acier.

Page 3713/8 Il faut galement tenir compte des sollicitations perpendicu-laires au plan de la paroi dans les cas suivants: murs pignons (porte--faux), parois en maonnerie mal tenues vis--vis des effortshorizontaux, et ventuellement, selon lintensit du sisme dedimensionnement, pour des parois supportant des dalles. Dans le casprsent ici, les parois de l'tage suprieur ont cd sous l'effetd'une sollicitation hors du plan, bien que la force normale ait tfaible (Loma Prieta, 1989). On peut galement prvenir ce mode derupture en recourant une armature, en exerant une prcontrainteou en collant des lamelles.

13/7 Les lamelles doivent tre soigneusement colles et ancresdans les dalles (Suisse, 1997).


Si l'on introduit des cloisons intrieures ou des l-ments de faade non-porteurs sensibles aux dforma-tions (p. ex. en maonnerie) dans une structure porteu-se souple dans le plan horizontal (p. ex. un cadre) etque l'on ne prvoit pas de joints, mme de modestestremblements de terre risquent de provoquer desdommages importants. L'exprience a montr qu'ilfaut parfois dmolir les btiments touchs par ce typede dommage mme si la structure porteuse n'a passubit de dgt notable. Ainsi une conception parasis-mique moderne harmonise-t-elle la rigidit de lastructure porteuse et la dformabilit des cloisons int-rieures et des lments de faade non-porteurs. Lesparamtres dterminants sont la dformation relativeentre niveaux (storey drift) de la structure porteuse c'est--dire le rapport de la dformation relative entredeux tages successifs sur la hauteur entre tages et la vulnrabilit des lments non-porteurs enfonction de la dformation relative entre niveaux. Une combinaison judicieuse de la structure porteuse etdes lments non-porteurs permet d'viter desdommages mme en cas de tremblement de terrerelativement fort.

PB 14 Harmoniser la structure porteuse et les lments non-porteurs!

Harmoniser la structure porteuse et les lments non-porteurs!

Grandeur dterminante: dformation relative

entre niveaux


14


14/1 Dans ce cas, les cloisons non-porteuses ont t dtruites, bienque la structure en cadre ait subi des dformations et des dgtsmineurs, et que les fentres soient restes intactes (Armnie, 1988).

14/2 La cloison dtruite est nouveau construite en maonnerie,jusqu'au prochain tremblement de terre (Adana-Ceyhan, Turquie,1998).

Page 3914/3 Grce aux fixations spciales souples de ses lments, lafaade en verre de ce btiment rcent a support un fort sismesans subir de dgts notables (Kobe, Japon, 1995).


Dans les constructions ossature relativement peurigides, il peut s'avrer judicieux de prvoir des jointspour sparer la structure porteuse et les paroisintermdiaires non-porteuses, notamment les parois enmaonnerie, qui ont un comportement rigide etfragile. On vitera ainsi qu'elles soient endommagespar des tremblements de terre de faible intensit. Ilconvient de disposer des joints le long des colonnes,parois porteuses et dalles, et de les remplir de matriautout la fois souple et insonorisant, telles les plaquesen caoutchouc. Les mousses dures, le lige, etc., sonten revanche trop rigides. L'ouverture des joints, gn-ralement de 10 40 mm, dpend de la rigidit de lastructure porteuse et de la dformabilit des paroisintermdiaires, ainsi que du degr de protectionsouhait (sisme pour lequel apparaissent les premiersdgts < sisme de dimensionnement). Habituelle-ment, il y a galement lieu d'assurer les parois contreles acclrations hors plan, par exemple l'aide decornires.

PB 15 Dans les constructions ossature, sparer lesparois non-porteuses par des joints!

Caoutchouc1040 mm

Dans les constructions

ossature, sparer les parois

non-porteuses par des joints!


15


15/1 Ici, la paroi en maonnerie et la colonne en bton arm sontspares par un joint vertical, certainement beaucoup trop mince(Suisse, 1994).


15/2 L'paisseur des joints ici entre une paroi en maonnerie et unplafond et les fixations des cornires (vis) doivent tre adaptes auxdformations de la structure porteuse lors de sollicitations correspon-dant au degr de protection souhait, c'est--dire l'intensit dusisme pour lequel apparaissent les premiers dgts (Suisse, 1994).

15/3 Ce joint, dispos entre une paroi en maonnerie et une paroiporteuse en bton arm, est rempli par des plaques de mousse dure.Ce matriau est trop rigide pour les dplacements engendrs par lestremblements de terre. Le caoutchouc, par exemple, est prfrable(Suisse, 1994).


La rupture par cisaillement de ce quil est convenudappeler des colonnes courtes est une causemajeure d'effondrement lors de tremblements de terre.Il s'agit de colonnes trapues, qui sont souvent encas-tres dans de solides poutres ou sommiers, ou qui sontrigidifies par le remplissage ultrieur d'un cadre(colonnes captives en non-conformit avec leur syst-me statique).Les extrmits des colonnes de cadres doivent tre solli-cites tout au plus jusqu' leur moment plastique(moment de plastification, respectivement de rupture).Les colonnes courtes, dotes d'une grande rsistance la flexion, subissent un norme gradient de moment etpar consquent un important effort tranchant, quientrane souvent une rupture par cisaillement avantmme que le moment plastique ne soit atteint. C'est pourquoi il convient d'viter les colonnes courtes. Une manire de rsoudre le problme consiste concevoir les colonnes selon les rgles du dimension-nement en capacit, l'effort tranchant tant major entenant compte de la surrsistance de l'armatureverticale [Ba 02] [PP 92].

PB 16 Eviter les colonnes courtes!

Eviter les colonnes courtes!

Enorme gradient de moment

rupture par effort tranchant!

Mpl

Mpl

l


16


16/1 Les fissures en croix et les ruptures par effort tranchant qui ontaffect les colonnes courtes de ce parking ont presque entran soneffondrement (Northridge, Californie, 1994).


16/2 Les piliers en maonnerie au rez-de-chausse de ce restaurantont fonctionn comme des colonnes courtes. Ils ont t gravementendommags par des fissures obliques (Ombrie, Italie, 1997).

16/3 La rupture par effort tranchant des colonnes d'angle trapuesquipant le rez-de-chausse de cet immeuble commercial a gale-ment failli provoquer son effondrement (Erzican, Turquie, 1992).


Le fait de remplir partiellement un cadre sans prvoir dejoints engendre parfois le phnomne de colonne cour-te (cf. principe prcdent). Il peut en rsulter une ruptu-re par effort tranchant ou, si la rsistance au cisaillementest suffisante, un mcanisme de colonnes captives avecparfois d'importants effets du 2e ordre (effet N-).

PB 17 Eviter de remplir partiellement les cadres!

Eviter de remplir partiellement les cadres!


17


17/2 A gauche de la colonne brise se trouvait une embrasure defentre semblable celle du bord gauche de la photo. Le mur enmaonnerie croul qui se trouvait sous l'embrasure remplissaitpartiellement le cadre. Il s'est dplac vers la droite, poussant lacolonne et provoquant son cisaillement.

17/3 Une armature transversale mieux conue (triers et barres deliaison intervalles rapprochs) aurait probablement permis d'viterla rupture de la colonne par effort tranchant. Cependant, la sourcedu problme rside dans le remplissage partiel du cadre, qui aprovoqu le phnomne de colonne courte (Izmit, Turquie, 1999).

17/1 Dans ce cas, le remplissage partiel du cadre a provoqu lephnomne de colonne courte. Comme les triers taient judicieuse-ment disposs, il n'y a pas eu de vritable rupture par cisaillement,mais il s'est produit un mcanisme de colonnes captives, tout aussidangereux (Frioul, Italie, 1976).


17/4 Dans ce cas, la combinaison de murs en maonnerie et defentres continues a galement provoqu d'importantes sollici-tations, d'o rupture des colonnes de cadres. La colonne massive de droite qui s'est relativement bien comporte a contribu viter de justesse que le btiment ne s'effondre.

17/5 Cette colonne prsente des dfauts d'excution (triers avec cro-chets recourbs 90 au lieu de 135, d'o rupture des ancrages; cf.PB 25). Mais sans l'effet nfaste des murs de remplissage, cette colonnese serait bien mieux comporte (Izmit, Turquie, 1999).

17/6 On peut viter l'effet nfaste du remplissage partiel des cadres,ou le rduire notablement, en disposant des joints entre les colonneset le remplissage. Le joint de la photo a t excut dans les rglesde l'art, car il est rempli de laine de roche tendre et compressible.Cependant, sa largeur ne permet pas aux colonnes de sincliner deplus de 1 % sans gnrer de contraintes (Suisse, 2001).


On peut galement recourir aux contreventementstrianguls pour renforcer les btiments, notamment vocation industrielle, mais il est impratif de les choisiret les agencer avec le plus grand soin. Il arrive en effetque les contreventements trianguls usuels, avec leursliaisons centres et leurs diagonales lances, se com-portent trs mdiocrement lorsqu'ils sont soumis unesollicitation cyclique. Les diagonales se plastifient en traction, sallongent davantage chaque cycle etfinissent par flamber en compression. Lors des mouve-ments cycliques, la rigidit du dispositif est fortementrduite au passage du point de contrainte nulle et deseffets dynamiques peuvent contribuer la ruine de lastructure. Ce type de contreventement devrait donctre dimensionn de faon prsenter un comporte-ment lastique ou ventuellement une trs faible duc-tilit. Il convient en outre de contrler la compatibilitentre les dformations des contreventements et ceuxdes autres lments, porteurs ou non, ce qui peutdboucher sur la mise en place de contreventementstrianguls plus rigides ou dautres systmes, tels quedes parois. Les contreventements liaisons excentreset barres massives se comportent beaucoup mieux queles treillis liaisons centres et barres lances [Ba 02].

PB 18 Concevoir soigneusement les contreventementsmtalliques!

Concevoir soigneusement

les contreventements mtalliques!


Prof Hugo Bachmann ibk EPF Zurich

18

18/1 Des barres diagonales larges ailes ont flamb selon leur axede faiblesse

18/2 et se sont rompues (Kobe, Japon, 1995).


18/3 Dans cette structure porteuse en treillis, les dfaillances desbarres ont engendr une instabilit gnrale des piliers ainsi que desdgts en de nombreux endroits (Kobe, Japon, 1995).


Lacier est gnralement dot dune bonne capacit dedformation plastique (ductilit). Mais l'ensembled'une structure porteuse en acier ou certains de seslments peuvent malgr tout avoir un comportementpeu ductile, voire fragile, sous leffet de sollicitationscycliques, en particulier suite des instabilits ou desruptures locales. Il arrive par exemple que des profils large ailes (colonnes ou poutres) flambent dans leszones plastiques ou se rompent aux soudures. Cestpourquoi il faut satisfaire certaines exigences de duc-tilit, respecter certaines rgles et prendre si ncessairedautres mesures lorsquil sagit de concevoir lastructure porteuse, de choisir la section des barres etde spcifier les dtails constructifs dterminants [Ba 02] [EC 8].

PB 19 Concevoir des structures porteuses en acierductiles!

Concevoir des structures porteuses

en acier ductiles!Zones critiques


19


19/1 Ce cadre en acier a subi de grosses dformations permanentes.Selon toute vraisemblance, il ny avait pas de contreventement et les liaisons entre colonnes et poutres ne tenaient pas suffisammentcompte des sollicitations cycliques (Kobe, Japon, 1995).

19/2 Ici, les boulons se sont casss la liaison entre la colonne et lapoutre (Kobe, Japon, 1995).


19/4 Le pied de la colonne (section rectangulaire) de ce cadre troistages sest voil localement et la peinture blanche le recouvrant aclat. (Kobe, Japon, 1995).

19/3 Cette photo prsente une rupture au nud dun cadre. La soudure de liaison entre la colonne et la poutre a cd, laissant laplace une large fissure (Kobe, Japon, 1995).

19/5 19/6 Dans un immeuble structure en acier, une large fissureest apparue au pied de la colonne dun cadre principal ( droite de lafigure suprieure). Dimportantes forces normales cycliques, lavitesse de charge, des dfauts dans les matriaux, des souduresdfectueuses et les effets thermiques figurent parmi les causes pos-sibles (Kobe, Japon, 1995).


L' entrechoquement (pounding) et le martlement(hammering) de btiments contigus sont susceptiblesde provoquer d'importants dgts, si ce n'est leureffondrement. Le risque de ruine est le plus aigulorsque les dalles de btiments contigus se trouvent des niveaux diffrents et heurtent les colonnes dubtiment voisin. Dans cette configuration, il est imp-ratif de prvoir des joints conformes aux rgles de l'art. Cela signifie quils doivent:1) avoir une ouverture minimale (selon les normes);2) tre vides (ne prsenter aucun point de contact).

Il est souvent ncessaire de prvoir des joints trslarges pour que des btiments contigus puissentosciller librement, sans s'entrechoquer. On peut envisa-ger d'autres solutions, mais sans perdre de vue le faitque les lments porteurs ne doivent pas perdre leurcapacit portante lors de chocs [EC 8].

PB 20 Sparer les btiments contigus par des jointsconformes aux rgles de l'art!

Sparer les btiments contigus par des joints conformes aux rgles de l'art!


20


20/1 Dans ces deux btiments semblables et dont les dalles sont aumme niveau, les chocs au niveau du joint ont notamment occasion-n des dgts aux faades et la structure porteuse (Mexico, 1985).


20/2 Les chocs entre ces deux btiments trs diffrents ont occasion-n d'importants dgts (Mexico, 1985).

20/3 Limmeuble moderne, en bton arm gauche, s'est effondrsuite aux chocs avec l'ancien btiment trs rigide droite(Mexico 1985).

20/4 Le btiment effondr tait une extension de l'immeuble plusancien gauche. L'ouverture des joints tait insuffisante, ou alors lesbtiments n'taient pas relis assez solidement. L'ancien a heurt lenouveau lors du tremblement de terre, provoquant son effondre-ment (Kobe, Japon, 1995).



Lors de la conception en plan d'un btiment, ondevrait se faire une image aussi raliste que possibledu comportement dynamique de ses composants.Dans la configuration en L peu compacte de l'exemplepropos, les ailes gauche et droite du btiment prsen-tent des rigidits trs diffrentes vis--vis des actionssismiques dans les deux directions principales horizon-tales. Elles tendent osciller trs diffremment l'une del'autre, en se gnant donc mutuellement. Les angles des dalles et l'extrmit des ailes subissentde grosses sollicitations, si bien qu'il faut procder unrenforcement parasismique souvent trs onreux. Le problme peut tre vit en sparant les deux ailespar un joint excut dans les rgles de l'art. Il enrsulte deux btiments rectangulaires, trs compactsqui peuvent osciller indpendamment.

PB 21 Privilgier les configurations compactes!

Privilgier les configurations compactes!

dfavorable mieux


21


21/1 Pour que les ailes de tels btiments disposes perpendiculai-rement l'une l'autre puissent osciller indpendamment, il faut les sparer par un joint trs souple et suffisamment large(Suisse, 2001).


Dans les btiments plusieurs tages, les dallesdoivent se comporter comme des voiles pratiquementrigides. Elles seront relies avec tous les lmentsporteurs verticaux de manire apte transmettre desefforts tranchants, pour garantir un effet dediaphragme. Ainsi, elles sont mme dassurer lasolidarit entre les composants dans le plan horizontalet permettent de rpartir les forces et les dplacementsentre les diffrents lments porteurs verticaux, enfonction de leur rigidit. Par exemple, les dallesformes d'lments prfabriqus sont gnralementinsuffisantes pour assurer cette fonction de diaphrag-me moins que les lments soient solidariss par unechape de bton arm coule sur place suffisammentpaisse et arme. On leur prfrera des dallesmonolithiques en bton arm, qui comprendront sincessaire des armatures de renforcement dans lesbords.

53

PB 22 Utiliser des dalles afin de solidariser les lmentset rpartir les forces!

Assurer la solidarit des lments et rpartir les forces

par lintermdiaire de dalles!

Dfavorable Mieux


22


22/1 Un angle de ce btiment s'est effondr. Les dalles secomposaient seulement d'lments prfabriqus sans bton arm decouverture ni liaison arme avec les lments porteurs verticaux(Armnie, 1988).


22/2 22/3 Les dalles de ces immeubles d'habitation se composaientgalement de panneaux prfabriqus insuffisamment relis entre euxet avec les parois (Armnie, 1988).



PB 23 Dimensionner en capacit pour obtenir unestructure porteuse ductile!

Dimensionner en capacit pour obtenir une structure porteuse ductile!

Structure porteuse fragile

Structure porteuse ductile

Rupture


23


23/1 Des essais statiques cycliques oprs dans la partie infrieured'une paroi porteuse en bton arm de six tages l'chelle 1:2 ontdmontr l'efficacit d'une structure ductile [Da 99]. Les paroisdimensionnes en capacit ont permis d'obtenir sans surcotnotable une tenue au sisme trois quatre fois suprieure celleatteinte par les parois dimensionnes de manire traditionnelle,selon la norme SIA 162.

Les structures porteuses ductiles, trs dformablesdans les zones sollicites plastiquement, prsentent engnral des avantages majeurs par rapport desstructures analogues de comportement fragile. La rsistance ultime requise peut notamment trerduite, ce qui permet de raliser des conomiessubstantielles tout en augmentant, notablement, larsistance leffondrement. Ainsi, la structure porteusede tout btiment doit-elle tre conue pour tre ductilechaque fois que c'est possible. Cela savre galementjudicieux dans le cas extrme o la rsistance de la structure est, pour dautres raisons, tellement grandeque le sisme de dimensionnement peut tre rsistlastiquement. En effet, les tremblements de terre relsn'ont pas lu les normes (T. Paulay) et peuvent trsbien s'avrer beaucoup plus forts que le sisme dedimensionnement.

La mthode du dimensionnement en capacit offre unprocd simple et efficace pour concevoir une structu-re porteuse ductile: on lui impose prcisment oelle peut et doit se plastifier, et o cela lui est interdit. Il en rsulte un mcanisme plastique favorable. Undimensionnement en capacit excut dans les rglesde l'art permet d'atteindre un niveau de scurit lev et connu contre l'effondrement [PP 92] [Ba 02].


Dans les structures porteuses en bton arm, l'acier del'armature doit permettre le dveloppement de zonesplastiques suffisamment grandes et dformables. Deuxparamtres sont dterminants cet gard (caractrisa-tion de la ductilit): le rapport d'crouissage Rm/Re, c'est--dire le

rapport entre la rsistance la traction Rm et lalimite d'lasticit Re;

l'allongement total sous la force de tractionmaximale Agt.

Le rapport d'crouissage revt galement une grandeimportance pour le flambage des barres d'armaturecomprimes. Plus Rm/Re est faible, plus les barresflambent facilement [TD 01].Une grande partie des barres d'armature disponiblessur le march europen, surtout celles de diamtreinfrieur ou gal 16 mm, prsentent des paramtresde ductilit insuffisants [BW 98]. Pour que lesstructures porteuses en bton arm atteignent uneductilit moyenne, il faut notamment que l'acierd'armature rponde aux exigences minimales suivantes(fractiles): Rm/Re 1.15 Agt 6 %

Des dsignations telles que acier d'armature selon lanorme SIA 162, rpond aux exigences des normes,ductile ou trs ductile ne sont pas suffisantes etinduisent mme en erreur, car les normes dictesautrefois sont insuffisantes. Il est donc vivementrecommand de fixer des exigences claires lors de lamise en soumission et de faire des tests approprisavant d'acqurir les barres d'armature et de les mettreen uvre.

PB 24 Une armature en acier ductile avec Rm/Re 1.15 et Agt 6 %!

Armature en acier ductile

avec

Rm/Re 1.15 et Agt 6 %!

Rapport d'crouissage

allongement total la traction maximale

Allongement [%]

Co

ntr

ain

te [

MPa

]


24

Prof. Hugo Bachmann Ibk EPF Zurich

Hysteretic Behaviour of Static-Cyclic Test Walls

Ben

din

g m

om

ent

(kN

m)

Ben

din

g m

om

ent

(kN

m)

Horizontal top deflection (mm)

Horizontal top deflection (mm)

Act

uat

or

forc

e (k

N)

Act

uat

or

forc

e (k

N)

24/1

Prof. Hugo Bachmann ibk ETH Zrich

24/1 Ces courbes d'hystrse dcrivant les dformations plastiquesde deux parois porteuses en bton arm de six tages, lunedpourvue (WSH1) et lautre pourvue (WSH3) dune armature enacier ductile, rvlent leur diffrence de comportement: la paroi laplus rigide a juste atteint une ductilit =~ 2, contre =~ 6 pour laparoi la plus ductile. Cette dernire est mme de supporter untremblement de terre prs de quatre fois plus fort!


24/3 24/4 Dans ce cas, les barres d'armature avec un rapport Rm/Rerelativement faible ont flamb ( gauche) et se sont rompues en traction( droite) lendroit o la courbure tait maximale [DW 99].

24/2 Dans cette paroi d'essai dote de barres d'armature dont lerapport d'crouissage Rm/Re est insuffisant, les dformations plastiquesse sont concentres dans une seule fissure (rotule fragile selon[BW 98]). Des barres d'armature se sont alors rompues l'intrieur dela paroi (x). Sa section s'est affaiblie cet endroit et les dformationsplastiques ultrieures s'y sont concentres, provoquant la rupture debarres situes au bord de la paroi. Celle-ci a juste atteint (2 cyclesseulement) une ductilit de =~ 2 [DW 99].


Dans les zones plastiques des parois porteuses et descolonnes en bton arm, sollicites cycliquement, lerevtement de bton clate lorsque la limite d'lasticitde l'armature verticale est dpasse. C'est pourquoi ilfaut stabiliser les barres verticales pour viter qu'ellesne flambent et fretter le bton afin de permettre deplus grandes dformations par crasement. L'armaturetransversale ncessaire armature de stabilisation etde frette base d'triers et de barres de liaison doittre ancre avec des crochets 135. Un angle de 90est insuffisant, comme le rappelle toujours l'observa-tion des dgts occasionns par les sismes majeurs. Il faut en outre disposer l'armature transversale inter-valles relativement courts (s 5d, avec s = diamtredes triers). Cet impratif est d la ductilit mdiocre(faible rapport d'crouissage Rm/Re) des aciers d'arma-ture europens, qui entrane une pitre tenue auflambage [TD 01].

On appliquera des rgles similaires aux zonesplastiques des lments de cadres [Ba 02].

Dans les zones qui conservent un comportementlastique selon le dimensionnement en capacit, il suf-fit d'appliquer les rgles de dimensionnement conven-tionnelles dictes par la norme SIA 162.

PB 25 Des armatures transversales espaces de s 5davec des crochets 135 dans les parois porteuses et lescolonnes!

Des armatures transversales espaces

de s 5d avec des crochets 135 dans les parois

porteuses et les colonnes!


25


25/1 Dans cette colonne de halle constitue d'lmentsprfabriqus en bton arm, les triers taient insuffisammentancrs, avec des crochets 90 seulement. C'est pourquoi ils se sontouverts, permettant aux barres verticales de flamber (Adapazari,Turquie, 1999).

25/2 La photo de cette colonne de cadre montre galement larupture des ancrages des triers, dont les crochets n'avaient qu'unangle de 90 (Izmit, Turquie, 1999).

Page 5925/3 Cette armature transversale triers et barres de liaison proche du bord d'une paroi porteuse en bton arm est exemplaireen ce qui concerne les ancrages (crochets 135) et la pose. Elle esttoutefois dispose intervalles trop espacs en direction verticale, des = 7.5d au lieu de s 5d comme recommand lorsque l'acier a unrapport d'crouissage relativement faible (Rm/Re = 1.15) [DW 99][TD 01].


Sur certains chantiers on a tendance insrer lesvidements des conduites, les gaines de ventilation ouautres ouvertures n'importe o dans la structureporteuse, sans plan ni concertation avec l'ingnieurcivil. Ces installations sont souvent introduites dans lecoffrage d'lments en bton arm soumis de fortessollicitations, si elles ne sont pas carrment repiquesaprs coup. Les rpercussions sont particulirementprjudiciables dans les zones plastiques, aussi faut-ilimprativement viter cette pratique. Elle peut occa-sionner la ruine prmatur d'lments porteursvitaux soigneusement planifis et causer de gravesproblmes de scurit.

En revanche, il est gnralement possible et admis de placer des videments bien planifis et judicieuse-ment positionns dans les zones de la structureporteuse conservant un comportement lastique. Ces videments seront par exemple compenss parune solide armature complmentaire ou ventuellementconus l'aide d'un calcul de cadre [D0171].

PB 26 Pas d'videments ni ouvertures dans les zonesplastiques!

Pas d'videments ni ouvertures dans les

zones plastiques!

interdit!


26


26/1 La conception de cette paroi parasismique a t annihile parl'insertion d'installations dans le coffrage, l'ouverture de gros trouset la coupure sans mnagement de fers d'armature.

26/2 Des rparations onreuses, consistant remplir soigneusementles ouvertures avec du bton expansit et coller et ancrer deslamelles d'acier en forme de treillis, ont permis de retrouver larsistance ultime de la paroi parasismique. Cependant, il est presqueimpossible de recouvrer le comportement ductile autoris parl'armature d'origine (Suisse, 2001).


26/3 Ici, on a perc un trou beaucoup trop gros traversl'armature. Or on aurait peut-tre pu pratiquer, d'entente avecl'ingnieur, une ouverture notablement plus rduite sans endom-mager l'armature. Pour y parvenir, il faudrait commencer parregrouper les conduits et les faire passer perpendiculairement laparoi.

26/4 Ici, il a t possible de rparer les dgts dans une certainemesure et, contrairement au cas prcdent, de retrouver une partiedu comportement originel (Suisse, 2001).

26/5 Insrs sans planification dans une paroi porteuse en btonar

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