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PLAN DE TRAVAIL
Introduction
Le séisme
1-Définition du séismes
2-Origines des séismes
3-Zones de sismicité (Critères de classification)
a-Classification selon les zones sismiques
b-Classification des ouvrages selon leurs importances
c-Classification des sites
4-Effets induits par le séisme
La construction parasismique
1-Définition de la construction parasismique
2-Objectifs de la conception parasismique
3-La conception architecturale parasismique:
a-Le volet architectural;
-La symétrie;
-La régularité.
b-Le volet constructif;
-sol et fondations;
-Le monolithisme.
c-Le contreventement.
4-Dispositions parasismiques spéciales
5-Appuis parasismiques a la base des bâtiments
Conclusion
bibliographie
LE SÉISME
séisme ou tremblement de terre, secousse ou succession de
secousses plus ou moins violentes du sol. Ces dernières peuvent
être imperceptibles ou très destructrices.
Définition du séisme:
Un séisme est défini par :
un foyer : lieu d’origine de la rupture des roches en profondeur.
un épicentre : lieu de la surface terrestre situé exactement à la verticale du
foyer, où l’intensité du séisme est la plus importante.
une magnitude : elle indique l’énergie libérée au foyer du séisme sous forme
d’ondes sismiques, et ne donne pas d’information directe quant à l’action
sismique appliquée à une construction à un endroit donné. L’échelle la plus
utilisée est l’échelle de Richter; Théoriquement sans limite, les valeurs les plus
élevées observées n’ont pas dépassé 9.
une intensité : elle correspond à l’évaluation des dégâts observés sur le terrain
en un site donné. L’échelle la plus utilisée est l’échelle M.S.K., graduée de I à
XII; par exemple la graduation VII correspond a des maisons légèrement
endommagées, lézardes dans les murs ; chute de cheminées isolées en mauvais
état ; écroulement de minarets, de mosquées ou d’églises mal construites.
Origines des séismes:
La principale cause des tremblements de terre est liée à la
tectonique des plaques, autrement dit aux contraintes
engendrées par les mouvements d’une douzaine de plaques
majeures et mineures qui constituent la croûte terrestre: certaines
de ces dernières s’écartent, d’autres convergent, et d’autres
coulissent.
La plupart des séismes tectoniques se produisent aux limites
des plaques, dans les zones où une plaque glisse le long d’une
autre — comme dans le cas de la faille de San Andreas en
Californie.
Sur le schéma ci-dessous, il est claire que le nord algérien se trouve
dans une zone critique qui est l’intersection des deux plaques, à savoir
la plaque africaine et la plaque eurasiatique, ce qui explique les
nombreux séismes dans le pays, ex séisme de Boumerdes 2003.
Autres causes de séismes
il existe d’autres types de séismes, d’origine naturelle ou artificielle :
— séismes volcaniques, associés à la montée du magma ou au
dégazage avant et pendant les éruptions ; ces séismes sont généralement
faibles et localisés au voisinage des volcans actifs ;
— séismes artificiels résultant des explosions souterraines (tirs de
carrières et de mines, essais nucléaires) ou de l’exploitation des mines;
— séismes dits induits, souvent associés à un apport massif d’eau
dans les terrains (mise en eau d’un grand barrage ou injection à grande
échelle dans le sol) .
CRITERES DE CLASSIFICATION SELON LE « RPA99 »
Les critères de classifications selon le « RPA 99, version
2003 » sont :
• les zones sismiques;
• l’importance des ouvrage;
•les sites;
• les systèmes de contreventement et la régularité des
ouvrages.
Zones de sismicité
a- CLASSIFICATION SELON LES ZONES SISMIQUES :
Le territoire national est divisé en cinq (05) zones de sismicité croissante.
Zone 0 : sismicité négligeable
Zone I : sismicité faible
L’application des règles parasismique est obligatoire pour toutes les
constructions abritant des personnes, situées dans toutes les zones sauf 0.
Catégorie
:
Désignation:
I
Bâtiments d’importance mineure pour la sécurité des
personnes, par exemple, bâtiments agricoles, etc.
II Bâtiments courants n’appartenant pas aux autres
catégories
III
Bâtiments dont la résistance aux séismes est
importante compte tenu des conséquences
d’uneffondrement, par exemple : écoles, salles de
réunion, institutions culturelles ,etc.
IV
Bâtiments dont l’intégrité en cas de séisme est
d’importance vitale pour la protection civile, par
exemple : hôpitaux, casernes de pompiers, centrales
électriques, etc.
b-CLASSIFICATION DES OUVRAGES SELON LEUR IMPORTANCE:
Le niveau minimal de protection sismique accordé à un ouvrage dépend de
sa destination et de son importance vis à vis des objectifs de protection fixés
par la collectivité, le « RPA 99 version 2003 » préconise 4 groupes :
c-CLASSIFICATION DES SITES:
Les sites sont classés en quatre (04) catégories en fonction des
propriétés mécaniques des sols qui les constituent.
Catégorie S1 (site rocheux) : Roche
Catégorie S2 (site ferme) : Dépôts de sables et de graviers très
denses et/ou d’argile sur consolidée sur 10 à 20 m d’épaisseur .
Catégorie S3 (site meuble) : Dépôts épais de sables et graviers
moyennement denses ou d’argile moyennement raide.
Catégorie S4 (site très meuble) : Dépôts de sables lâches avec ou
sans présence de couches d’argile molle.
EFFETS INDUITS PAR UN SEISME:
Le séisme engendre des effets de deux natures :
- des effets directs
- des effets indirects
Effets directs:
Dans ce cas les séismes sont engendrés dans des plans de faille
provoquant :
– Un déplacement au niveau de la faille qui peut être vertical et (ou)
horizontal et qui peuvent entraîner des déplacements en surface.
Rejet vertical Rejet et décrochement
Séisme d’El Asnam 1980 Séisme de Landers, USA 1992
Séisme de Chi-Chi, Taïwan 1999
- Un choc et une propagation des ondes sismiques dont l’amplitude et
la durée sont influencées par la qualité du sol sous les bâtiments.
Kobé, Japon 1995
Effets Indirects:
Sous l’effet du séisme, l’ébranlement des sols va entraîner des
pertes de cohésion qui vont se traduire par :
-Des liquéfactions des sols (perte de la résistance des sols sous
les constructions)
Izmit, Turquie 1999
Alaska, USA 1964
Séismes de Niigata,
Japon 1964 et
-Des affaissements ou des tassements des sols.
- Des tsunamis (raz de marée liés à la propagation d’une onde)
Dellys avant le seisme Mai 2003
Dellys après le seisme Mai 2003
LA
CONSTRUCTION
PARASISMIQUE
La Construction parasismique est l'étude du comportement des
bâtiments et structures sujets à un chargement dynamique du
type sismique.
Plus précisément c’est l’art de construire des bâtiments tels que
même endommagés, ils ne s’effondrent pas.
Le but est d'éviter la rupture fragile et de favoriser la réaction
ductile
Northridge, Californie 1994
Comportement ductile. L’effondrement est
dû à une erreur d’architecture et non
d’exécution
(effet de poteau court à l’intérieur du
bâtiment),
Spitak, Arménie 1988
Rupture fragile (instantanée), la
structure ne peut se déformer au delà
des déformations élastiques
La construction parasismique s'appuis sur trois points :
• Respect de la réglementation parasismique;
• Mise en œuvre soignée;
• Conception architecturale parasismique.
Les normes de construction parasismique :
Ensemble de règles de conception et de construction à appliquer aux
bâtiments pour qu'ils résistent le mieux possible à un séisme.
Les principaux objectifs de la conception parasismique sont de :
- Minimiser les charges sismiques;
- Créer une réserve de résistance vis-à-vis des charges
plus sévères que le séisme de calcul;
- Abaisser le coût de la protection parasismique.
CONCEPTION
ARCHITECTURALE
PARASISMIQUE
Le volet
architectural
Le
contreventement
Le volet
constructif
LA CONCEPTION PARASISMIQUE
Eviter dans la mesure du possible, les terrains fortement fractures, les
zones d’éboulis , les remblais insuffisamment compactes , les sols
présentant un indice des vides élevé et les sols mous imprégnés d’eau
Lorsqu’il n’est pas possible de modifier l’implantation des ouvrages pour
trouver de meilleurs conditions de terrain , le recours aux fondations
profondes (pieux, barrettes , puits) constitue souvent la meilleure solution
IMAGES FONDATIONS PIEUX, PUITS ET BARRETTES +MODES
DE FONCTIONNEMENT
sols et fondations:
LE VOLET ARCHITECTURAL
Les fondations des bâtiments
dont la forme en plan est
irrégulière(ex :L ; U ou bien en T)
doivent ,de préférence ,être
découpées en blocs de forme
sensiblement rectangulaire
, séparés par des joints.
LE MONOLITHISME est un autre principe de base de la conception
parasismique , d’après lequel les différentes parties de la structure
doivent être convenablement liées entre elles pour éviter la
désolidarisation leurs éléments sous l’action des secousses
sismiques.
Ce principe se traduit essentiellement par:
2-Le monolithisme:
-L’adoption de chainages dans les structures en maçonnerie;
Aucun bord libre en maçonnerie n’est autorisé. Tous les murs
structuraux et non structuraux doivent être confinés par des chaînages
et encadrements d’ouvertures en béton armé
maisons en Martinique, zone de forte sismicité
Aucun bord libre en maçonnerie n’est autorisé. Tous les
murs
structuraux et non structuraux doivent être confinés par
des
chaînages et encadrements d’ouvertures en béton armé
La continuité des armatures aux angles des chaînages et
encadrements doit être assurée (recouvrements de 60 Æ
L )
Chaînages, couronnements et
encadrements réglementaires,
maisons en Martinique, zone de forte
sismicité
-La nécessité de bien fixer les équipements lourds de la structure de
génie civil (murs ,planchers ).
-La nécessite de réaliser des planchers rigides dans leurs plan
(diaphragmes) , de manière a assurer la transition des forces
horizontales aux éléments de contreventement et , par-delà, au
fondations;
L'étude de reconnaissance géotechnique du sol permet d'éviter
les risques liés aux mouvements des fondations sous charge
sismiques notamment :
•les tassements
•la dislocation
•le glissement
•le basculement
L’importance le l’etude géotechnique du
sol:
LE VOLET
ARCHITECTURALE
Eviter les formes compliquées et le irrégularités dans
la distribution des inerties et des raideurs.
Si l’on cherche a tenir ensemble des éléments structuraux ayant des
repenses sismiques et des capacités de déformations très différentes , on
doit s’attendre a ce que les liaisons entre ces éléments souffrent ; de telles
structures sont notamment très sensibles aux efforts de torsion ; figure si-
dessous.
1-Symétrie et Régularité:
Torsion d’un bâtiment irrégulier (modes propres d’un bâtiment
en L)
Lorsque la fonction de l’ouvrage impose l’adoption d’une structure
fortement dissymétrique ,on peut, améliorer le comportement
sismique en découpant la structure en sous structures relativement
symétriques séparées par des joints.
Concentrations de contraintes locales
dans les angles pouvant entrainer la ruine
- Renforcement de
l’angle
rentrant
- Joints parasismiques
- Rigidifier les
zones
flexibles
- Variation
progressive
de la rigidité
Tokyo, Japon
Il est souhaitable que les variations de rigidité
soient progressives en plan et en élévation.
L’attention doit être attirée sur le fait qu’un bâtiment de forme symétrique
peut être fortement dissymétrique du point de vue de sa structure
résistante ou de la distribution des masses(charges).
Forme symétrique et structure
dissymétrique
Le principe de régularité en plan et en élévation:
La clef de son application est d’eviter les discontinuités ou la variation trop
rapide dans la distribution des inerties et des raideurs , comme dans les
exemples suivants:
-Parties supérieures souples surmontant des parties rigides; ces parties
supérieures peuvent être fortement sollicitées par un effet de cout de fouet
Effet de cout de
fouet
Séisme de Kobé, Japon 1995
Tokyo, Japon
Solutions pour les retraits d’étage
-Etages en retrait ou en porte-a-faux,de telles irrégularités peuvent
être sans conséquences exagérâtes défavorables si elles restent dans
certaines limites
les porte-à-faux importants et lourdement charges sont par contre
très défavorables pouvant entrainer la ruine complète de la
construction (mode de ruine en château de cartes).
-Irrégularités dues au changement de structures a l’interieur du même
bâtiment; passage d’un contreventement par voiles a un contreventement par
portiques ou cohabitation de deux types de structures sur toute la fauteur .
Changement du type de
contreventement a l’interieur du même
bâtiment
-bâtiments présentant des niveaux transparents, notamment au
rez-de-chaussée, résultant de nécessités fonctionnelles (accès,
stationnement de véhicules, etc.) ; les parties situées
au-dessus du niveau transparent se comportent en pendule inversé,
les éléments porteurs du niveau transparent sont très fortement sollicités et
ont souvent été la cause d’effondrements partiels (pertes d’un étage) ou
complet
(château de cartes).
niveaux ouverts ou largement vitres préjudiciables lorsqu’il y a
une grande différence de rigidité entre le niveau transparent et
les autres niveaux (effet de niveau souple) a cause de l’absence
de maçonneries participant a la rigidité.
Ceyhan-Misis, Turquie 1998Séisme de Boumerdes, Algérie 2003
Effondrement ,conséquence de la présence d’un niveau souple .
Solutions visant à éviter l’effet de niveau souple
- Contreventement en façade ou en retrait
- Variation progressive de la rigidité horizontale
Exemple : le mur en rez-de-chaussée
a empêché l’effondrement d’une
partie du bâtiment
Séisme de Ceyhan-Misis, Turquie 1998
irrégularités à la base du bâtiment,
par exemple lorsque celui-ci suit la pente du terrain ou est fondé
sur des pieux de longueurs variables .
La solution c’est la
boite rigide
Les poteaux sous flexion doivent pouvoir fléchir librement sur toute leur
longueur.
Les dommages éventuels peuvent être des déformations irréversibles sans
arriver à la rupture (fragile). Si le poteau est court de manière due, sa
longueur réduite le rend trop rigide, il ne peut plus fléchir. Si on ne peut
les éviter, il faut les traiter sur toute leur hauteur comme une zones
critiques, des cadres ou des épingles doivent être ajoutés aux cadres
périphériques pour que les armature transversales puissent contenir
efficacement toutes les barres longitudinales. Le ferraillage de la zone
critique (armatures transversales rapprochées) sur toute la longueur
explique la tenue du poteau court.
CAS PARTICULIER DES CONSTRUCTIONS SUR
VERSANT
(effet du poteau court)
Conception défavorable
Phénomènes destructeurs potentiels dans le cas de construction
sur un terrain en pente :
- torsion
- effet de niveau souple
- effet de poteau court
- effets induits : glissement de terrain, éboulement
Comportement dynamique
contreventement en facade
contreventement par voiles
Solutions visant à éviter l’effet de poteau
court
dû à la présence d’allèges rigides
- contreventement par voiles en façade ou à
l’intérieur
du bâtiment
- allèges(paroi de remplissage) non rigides en bois
ou métal
Les considérations sur la symétrie et la régularité ne doivent pas
laisser croire que la conception parasismique exclut nécessairement
toute recherche architecturale vue que ces principes de conception
s’appliquent seulement à l’ossature "primaire", ce qui laisse à
l’architecte beaucoup de liberté dans son projet. En particulier, la
liberté d’aspect de la structure "secondaire" qui peut constituer le
facteur déterminant de l’aspect extérieur est pratiquement totale.
CONTREVENTEMENT
Élément de la structure fournissant la résistance latérale.
Dans le but de reprendre les efforts et les moments dus a action
sismique , il y’a intérêt de doter les construction d’une maille
structurale régulière , a éviter de recourir a la torsion des pièces pour
équilibrer certains efforts ,a faire en sorte que les éléments porteurs se
superposent convenablement d’un étage a l’autre et que les éléments
de contreventement soient disposes en plans.
Le contreventement par voiles : généralement très raide, ce
qui présente l’avantage de limiter à des valeurs très petites les
déformations imposées aux éléments non structuraux (remplissages,
cloisons, fenêtres).
Le contreventement par ossatures: beaucoup plus souple que le
contreventement par voiles ; il impose donc des déformations importantes
aux éléments non structuraux, ce qui peut compromettre leur tenue ; par
contre, il conduit à des efforts sismiques plus faibles et présente, en
général, une meilleure ductilité (capacité de déformation au-delà du
comportement élastique. Il peut être particulièrement avantageux dans les
cas de fondation sur rocher, sous réserve que la tenue des éléments non
structuraux ne soit pas critique.
On trouve ainsi le principe selon lequel il faut construire souple
sur sol raide et raide sur sol souple.
Types de contreventement:
Le contreventement par noyaux: souvent utilisé pour les
immeubles de grande hauteur. Les noyaux qui correspondent aux
cages d’escaliers ou d’ascenseurs peuvent être combinés avec des
éléments de contreventement situés en façade ; on
obtient ainsi des structures tubulaires comportant des tubes intérieurs
pleins (noyaux) et un tube extérieur ajouré (façade) ; celui-ci
doit bien entendu être lié aux tubes intérieurs par des structures
rigides de manière à assurer la participation au contreventement de
l’ensemble des éléments résistants. Ces structures rigides de liaison
peuvent être présentes à tous les niveaux du bâtiment (par exemple,
en remplaçant systématiquement certaines cloisons par des refends)
ou seulement à certains niveaux.
Il est préférable de créer des escaliers
portés par des voiles ou à structure
indépendante de l'ossature.
Les mezzanines pourront être aussi traitées
par une structure légère et aussi
indépendante.
Les baies d'ouvertures dans les façades
seront plus favorables si elles sont
superposées et de dimensions
modérées.
Conclusion générale
Le choix du contreventement
Le contreventement permet d'assurer une stabilité horizontale et
verticale de la structure lors des secousses
qui, rappelons-le, ont des composantes dans les trois directions.
Le rôle du contreventement horizontal est de transmettre les actions
latérales aux éléments verticaux
appelées palées de stabilité.
Pour assurer le contreventement horizontal au niveau des planchers et
des toitures faisant office de
diaphragme rigide ne devra pas être affaiblis par des percements trop
grands ou mal placés pouvant nuire à
leur résistance et leur rigidité. Les diaphragmes flexibles devraient être
évités pour combattre le
déversement des murs notamment en maçonnerie.
Le contreventement vertical par palées devra répondre à des critères
spécifiques tels que :
leur nombre : au moins trois palées non parallèles et non
concourantes par étage.
revoir
leur disposition : elles seront situées le plus symétriquement
possible par rapport au centre de gravité des
planchers et de préférence aux angles avec une largeur suffisante.
leur distribution verticale : être régulière ; les palées seront de
préférence superposées afin de conférer aux
différents niveaux, une rigidité comparable aussi bien en
translation qu'en torsion.
Les niveaux souples comme par exemple un rez-de-chaussée
transparent d'un immeuble devront être
contreventés correctement si possible par des voiles de
cisaillement.
Une mauvaise disposition des palées de stabilité pourra entraîner
des effondrements dus à des
déformations trop importantes.
2.2.4 Ordre d’apparition des rotules plastiques
Les comportements inélastiques étant acceptés dans la conception
parasismique, il convient que le projeteur optimise la capacité
résistante de la structure en agissant sur l’ordre d’apparition de ces
comportements dans les différents éléments. À cet égard, il est
recommandé de privilégier la conception poteaux fortspoutres
faibles dans laquelle la formation des rotules plastiques
dans les éléments porteurs verticaux ne peut précéder la formation
de rotules dans les éléments transversaux (figure 21). De cette
manière, la structure est capable de dissiper de l’énergie sans dégradation
de sa capacité porteuse, alors que dans la conception inverse
(poteaux faibles-poutres fortes) celle-ci pourrait être compromise,
notamment sous l’effet des moments du second ordre résultant de
la grande déformation des éléments verticaux [24].
revoir
Dispositions parasismiques
spéciales
Appuis parasismiques a la base des bâtiments
La technique des appuis parasismiques, dont il existe plusieurs
variantes, suscite actuellement beaucoup d’intérêt dans la plupart
des pays concernés par le risque sismique. La France a été parmi
les pionniers en la matière puisque ses premières réalisations
remontent à la fin des années 70 ; il s’agit du lycée de Lambesc (épicentre
du séisme provençal du 11 juin 1909) construit en 1977 en
utilisant le système d’appuis « Gapec » développé par G. Delfosse
(CNRS Marseille) et de la centrale nucléaire de Cruas-Meysse dans
la vallée du Rhône, dont les travaux ont commencé à la même
époque.
Ce n’est qu’à partir de 1985-1986 que le Japon et les États-Unis
se sont lancés dans cette voie, après avoir manifesté initialement
quelques réticences.
EX Etats-Unis<<<<<<.
À l’étranger, on cite comme premiers exemples des
écoles
à Skopje (Yougoslavie, 1969) et à Mexico (1974) et des
réalisations
néo-zélandaises (immeubles de bureaux et grande
cheminée d’une
usine) au début des années 80.
Le plus simple des systèmes d’appuis parasismiques fait
appel aux
appuis en élastomère fretté, analogues aux appuis couramment
utilisés pour les ponts. Ces appuis, de forme carrée ou circulaire
(dimensions en plan de l’ordre de quelques décimètres à un mètre et
épaisseurs de 5 à 30cm) sont constitués d’un empilement de feuillets
d’élastomère séparés par des frettes métalliques ; la présence de ces
frettes confère aux appuis une grande rigidité dans le sens vertical
(compression) alors que les feuillets d’élastomère peuvent se déformer
facilement en cisaillement horizontal, permettant d’obtenir une grande
souplesse vis-à-vis des efforts horizontaux agissant sur le bâtiment
Ces appuis en élastomère fretté fournissent une solution efficace
et simple à mettre en oeuvre au problème de la protection
parasismique
des bâtiments. Ils permettent une réduction sensible des
sollicitations
subies par les structures et une fiabilité supérieure des
calculs de conception, notamment en raison du fait que la
réponse
d’un bâtiment sur appuis est fondamentalement plus simple, et
mieux contrôlée en fréquence, que celle d’un bâtiment sur
fondation
classique, surtout si l’on admet pour celui-ci des comportements
non élastiques. Le surcoût d’installation qu’ils représentent peut
donc
être largement compensé par les gains sur le dimensionnement
des
superstructures ou des équipements, ou par l’amélioration
obtenue
en termes de sécurité pour certains équipements sensibles et
coûteux (on peut signaler qu’au Japon, certains centres de calcul
Outre les appuis en élastomère fretté, décrits ci-avant, plusieurs
systèmes d’appuis plus complexes ont été proposés ; ils utilisent
aussi, pour la plupart, l’appui en élastomère fretté, mais en
combinaison avec des dispositifs complémentaires visant à procurer
un effet d’amortissement par dissipation d’énergie ; on peut citer,
par exemple :
— les systèmes avec amortisseurs visqueux, développés
notamment au Japon ;
— les systèmes avec amortisseurs mécaniques, où la dissipation
d’énergie est produite par la déformation plastique d’éléments
métalliques (noyau de plomb des appuis développés en
Nouvelle-Zélande, barres d’acier de certains systèmes japonais).
— les systèmes avec plaques de
glissement, où la dissipation
d’énergie résulte du frottement entre
plaques, comme celui
réalisé par des sociétés françaises à la
centrale nucléaire de
Koeberg (Afrique du Sud) .
Les règles admettent éventuellement des
dommages structuraux dans des éléments
tels que les poutres
mais surtout pas au niveau des poteaux
sous peine d'effondrement.
Le choix d'un bon site sur un bon sol avec
des fondations adaptées, tout en respectant
les mesures de
prévention imposées et celles
recommandées, permettra de limiter les
dommages en cas de secousse.
Il est obligatoire de renforcer les souches d’une hauteur comprise
entre 1,40
et 2,00 m par toute solution appropriée comme, par exemple :
- en prolongeant le conduit maçonné à l’intérieur du bâtiment sur
une hauteur
égale à la souche et de le renforcer par quatre barres d’acier de
diamètre
égal à 10mm
- en haubanant la cheminée (solution particulièrement adaptée à
l’existant)
Stabilisation des souches
Dispositions constructives pour la zone 2
Stabilisation des souches
Colloque National : Pathologie des Constructions : Du
Diagnostic à la Réparation
Département de Génie Civil
Université Mentouri Constantine - 25 et 26 Novembre 2008
Bibliographie:
Le territoire national est divisé en cinq (05)
zones de sismicité croissante et dont la
figure ci-dessous représente la carte des
zones sismiques de l’Algérie et le zonage
global des
Différentes wilayas. Le règlement « RPA
99, version 2003 » donne la classification
sismique par wilaya et par commune
lorsque la wilaya est partagée entre deux
zones sismiques différentes ou plus.
EX: Séisme de Mexico 19 Sept 1985
Les bâtiments fondés sur pieux travaillants en pointes se sont bien
comportes ,alors que plusieurs exemples de ruptures de fondations sur
pieux flottants ont été observes .

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Conception parasismique

  • 1.
  • 2. PLAN DE TRAVAIL Introduction Le séisme 1-Définition du séismes 2-Origines des séismes 3-Zones de sismicité (Critères de classification) a-Classification selon les zones sismiques b-Classification des ouvrages selon leurs importances c-Classification des sites 4-Effets induits par le séisme La construction parasismique 1-Définition de la construction parasismique 2-Objectifs de la conception parasismique 3-La conception architecturale parasismique: a-Le volet architectural; -La symétrie; -La régularité. b-Le volet constructif; -sol et fondations; -Le monolithisme. c-Le contreventement. 4-Dispositions parasismiques spéciales 5-Appuis parasismiques a la base des bâtiments Conclusion bibliographie
  • 3.
  • 5. séisme ou tremblement de terre, secousse ou succession de secousses plus ou moins violentes du sol. Ces dernières peuvent être imperceptibles ou très destructrices.
  • 6. Définition du séisme: Un séisme est défini par : un foyer : lieu d’origine de la rupture des roches en profondeur. un épicentre : lieu de la surface terrestre situé exactement à la verticale du foyer, où l’intensité du séisme est la plus importante. une magnitude : elle indique l’énergie libérée au foyer du séisme sous forme d’ondes sismiques, et ne donne pas d’information directe quant à l’action sismique appliquée à une construction à un endroit donné. L’échelle la plus utilisée est l’échelle de Richter; Théoriquement sans limite, les valeurs les plus élevées observées n’ont pas dépassé 9. une intensité : elle correspond à l’évaluation des dégâts observés sur le terrain en un site donné. L’échelle la plus utilisée est l’échelle M.S.K., graduée de I à XII; par exemple la graduation VII correspond a des maisons légèrement endommagées, lézardes dans les murs ; chute de cheminées isolées en mauvais état ; écroulement de minarets, de mosquées ou d’églises mal construites.
  • 7. Origines des séismes: La principale cause des tremblements de terre est liée à la tectonique des plaques, autrement dit aux contraintes engendrées par les mouvements d’une douzaine de plaques majeures et mineures qui constituent la croûte terrestre: certaines de ces dernières s’écartent, d’autres convergent, et d’autres coulissent. La plupart des séismes tectoniques se produisent aux limites des plaques, dans les zones où une plaque glisse le long d’une autre — comme dans le cas de la faille de San Andreas en Californie.
  • 8. Sur le schéma ci-dessous, il est claire que le nord algérien se trouve dans une zone critique qui est l’intersection des deux plaques, à savoir la plaque africaine et la plaque eurasiatique, ce qui explique les nombreux séismes dans le pays, ex séisme de Boumerdes 2003.
  • 9.
  • 10. Autres causes de séismes il existe d’autres types de séismes, d’origine naturelle ou artificielle : — séismes volcaniques, associés à la montée du magma ou au dégazage avant et pendant les éruptions ; ces séismes sont généralement faibles et localisés au voisinage des volcans actifs ; — séismes artificiels résultant des explosions souterraines (tirs de carrières et de mines, essais nucléaires) ou de l’exploitation des mines; — séismes dits induits, souvent associés à un apport massif d’eau dans les terrains (mise en eau d’un grand barrage ou injection à grande échelle dans le sol) .
  • 11. CRITERES DE CLASSIFICATION SELON LE « RPA99 » Les critères de classifications selon le « RPA 99, version 2003 » sont : • les zones sismiques; • l’importance des ouvrage; •les sites; • les systèmes de contreventement et la régularité des ouvrages. Zones de sismicité
  • 12. a- CLASSIFICATION SELON LES ZONES SISMIQUES : Le territoire national est divisé en cinq (05) zones de sismicité croissante. Zone 0 : sismicité négligeable Zone I : sismicité faible L’application des règles parasismique est obligatoire pour toutes les constructions abritant des personnes, situées dans toutes les zones sauf 0.
  • 13. Catégorie : Désignation: I Bâtiments d’importance mineure pour la sécurité des personnes, par exemple, bâtiments agricoles, etc. II Bâtiments courants n’appartenant pas aux autres catégories III Bâtiments dont la résistance aux séismes est importante compte tenu des conséquences d’uneffondrement, par exemple : écoles, salles de réunion, institutions culturelles ,etc. IV Bâtiments dont l’intégrité en cas de séisme est d’importance vitale pour la protection civile, par exemple : hôpitaux, casernes de pompiers, centrales électriques, etc. b-CLASSIFICATION DES OUVRAGES SELON LEUR IMPORTANCE: Le niveau minimal de protection sismique accordé à un ouvrage dépend de sa destination et de son importance vis à vis des objectifs de protection fixés par la collectivité, le « RPA 99 version 2003 » préconise 4 groupes :
  • 14. c-CLASSIFICATION DES SITES: Les sites sont classés en quatre (04) catégories en fonction des propriétés mécaniques des sols qui les constituent. Catégorie S1 (site rocheux) : Roche Catégorie S2 (site ferme) : Dépôts de sables et de graviers très denses et/ou d’argile sur consolidée sur 10 à 20 m d’épaisseur . Catégorie S3 (site meuble) : Dépôts épais de sables et graviers moyennement denses ou d’argile moyennement raide. Catégorie S4 (site très meuble) : Dépôts de sables lâches avec ou sans présence de couches d’argile molle.
  • 15. EFFETS INDUITS PAR UN SEISME:
  • 16. Le séisme engendre des effets de deux natures : - des effets directs - des effets indirects Effets directs: Dans ce cas les séismes sont engendrés dans des plans de faille provoquant : – Un déplacement au niveau de la faille qui peut être vertical et (ou) horizontal et qui peuvent entraîner des déplacements en surface. Rejet vertical Rejet et décrochement Séisme d’El Asnam 1980 Séisme de Landers, USA 1992
  • 17. Séisme de Chi-Chi, Taïwan 1999 - Un choc et une propagation des ondes sismiques dont l’amplitude et la durée sont influencées par la qualité du sol sous les bâtiments. Kobé, Japon 1995
  • 18. Effets Indirects: Sous l’effet du séisme, l’ébranlement des sols va entraîner des pertes de cohésion qui vont se traduire par : -Des liquéfactions des sols (perte de la résistance des sols sous les constructions) Izmit, Turquie 1999
  • 19. Alaska, USA 1964 Séismes de Niigata, Japon 1964 et -Des affaissements ou des tassements des sols.
  • 20. - Des tsunamis (raz de marée liés à la propagation d’une onde)
  • 21. Dellys avant le seisme Mai 2003 Dellys après le seisme Mai 2003
  • 23. La Construction parasismique est l'étude du comportement des bâtiments et structures sujets à un chargement dynamique du type sismique. Plus précisément c’est l’art de construire des bâtiments tels que même endommagés, ils ne s’effondrent pas. Le but est d'éviter la rupture fragile et de favoriser la réaction ductile
  • 24. Northridge, Californie 1994 Comportement ductile. L’effondrement est dû à une erreur d’architecture et non d’exécution (effet de poteau court à l’intérieur du bâtiment), Spitak, Arménie 1988 Rupture fragile (instantanée), la structure ne peut se déformer au delà des déformations élastiques
  • 25. La construction parasismique s'appuis sur trois points : • Respect de la réglementation parasismique; • Mise en œuvre soignée; • Conception architecturale parasismique. Les normes de construction parasismique : Ensemble de règles de conception et de construction à appliquer aux bâtiments pour qu'ils résistent le mieux possible à un séisme. Les principaux objectifs de la conception parasismique sont de : - Minimiser les charges sismiques; - Créer une réserve de résistance vis-à-vis des charges plus sévères que le séisme de calcul; - Abaisser le coût de la protection parasismique.
  • 27. Eviter dans la mesure du possible, les terrains fortement fractures, les zones d’éboulis , les remblais insuffisamment compactes , les sols présentant un indice des vides élevé et les sols mous imprégnés d’eau Lorsqu’il n’est pas possible de modifier l’implantation des ouvrages pour trouver de meilleurs conditions de terrain , le recours aux fondations profondes (pieux, barrettes , puits) constitue souvent la meilleure solution IMAGES FONDATIONS PIEUX, PUITS ET BARRETTES +MODES DE FONCTIONNEMENT sols et fondations: LE VOLET ARCHITECTURAL
  • 28. Les fondations des bâtiments dont la forme en plan est irrégulière(ex :L ; U ou bien en T) doivent ,de préférence ,être découpées en blocs de forme sensiblement rectangulaire , séparés par des joints.
  • 29. LE MONOLITHISME est un autre principe de base de la conception parasismique , d’après lequel les différentes parties de la structure doivent être convenablement liées entre elles pour éviter la désolidarisation leurs éléments sous l’action des secousses sismiques. Ce principe se traduit essentiellement par: 2-Le monolithisme:
  • 30. -L’adoption de chainages dans les structures en maçonnerie; Aucun bord libre en maçonnerie n’est autorisé. Tous les murs structuraux et non structuraux doivent être confinés par des chaînages et encadrements d’ouvertures en béton armé maisons en Martinique, zone de forte sismicité
  • 31. Aucun bord libre en maçonnerie n’est autorisé. Tous les murs structuraux et non structuraux doivent être confinés par des chaînages et encadrements d’ouvertures en béton armé La continuité des armatures aux angles des chaînages et encadrements doit être assurée (recouvrements de 60 Æ L ) Chaînages, couronnements et encadrements réglementaires, maisons en Martinique, zone de forte sismicité
  • 32.
  • 33. -La nécessité de bien fixer les équipements lourds de la structure de génie civil (murs ,planchers ).
  • 34. -La nécessite de réaliser des planchers rigides dans leurs plan (diaphragmes) , de manière a assurer la transition des forces horizontales aux éléments de contreventement et , par-delà, au fondations;
  • 35. L'étude de reconnaissance géotechnique du sol permet d'éviter les risques liés aux mouvements des fondations sous charge sismiques notamment : •les tassements •la dislocation •le glissement •le basculement L’importance le l’etude géotechnique du sol:
  • 36. LE VOLET ARCHITECTURALE Eviter les formes compliquées et le irrégularités dans la distribution des inerties et des raideurs. Si l’on cherche a tenir ensemble des éléments structuraux ayant des repenses sismiques et des capacités de déformations très différentes , on doit s’attendre a ce que les liaisons entre ces éléments souffrent ; de telles structures sont notamment très sensibles aux efforts de torsion ; figure si- dessous. 1-Symétrie et Régularité:
  • 37. Torsion d’un bâtiment irrégulier (modes propres d’un bâtiment en L)
  • 38. Lorsque la fonction de l’ouvrage impose l’adoption d’une structure fortement dissymétrique ,on peut, améliorer le comportement sismique en découpant la structure en sous structures relativement symétriques séparées par des joints. Concentrations de contraintes locales dans les angles pouvant entrainer la ruine
  • 39. - Renforcement de l’angle rentrant - Joints parasismiques - Rigidifier les zones flexibles - Variation progressive de la rigidité Tokyo, Japon Il est souhaitable que les variations de rigidité soient progressives en plan et en élévation.
  • 40. L’attention doit être attirée sur le fait qu’un bâtiment de forme symétrique peut être fortement dissymétrique du point de vue de sa structure résistante ou de la distribution des masses(charges). Forme symétrique et structure dissymétrique
  • 41. Le principe de régularité en plan et en élévation: La clef de son application est d’eviter les discontinuités ou la variation trop rapide dans la distribution des inerties et des raideurs , comme dans les exemples suivants: -Parties supérieures souples surmontant des parties rigides; ces parties supérieures peuvent être fortement sollicitées par un effet de cout de fouet Effet de cout de fouet
  • 42. Séisme de Kobé, Japon 1995 Tokyo, Japon Solutions pour les retraits d’étage
  • 43. -Etages en retrait ou en porte-a-faux,de telles irrégularités peuvent être sans conséquences exagérâtes défavorables si elles restent dans certaines limites les porte-à-faux importants et lourdement charges sont par contre très défavorables pouvant entrainer la ruine complète de la construction (mode de ruine en château de cartes).
  • 44. -Irrégularités dues au changement de structures a l’interieur du même bâtiment; passage d’un contreventement par voiles a un contreventement par portiques ou cohabitation de deux types de structures sur toute la fauteur . Changement du type de contreventement a l’interieur du même bâtiment
  • 45. -bâtiments présentant des niveaux transparents, notamment au rez-de-chaussée, résultant de nécessités fonctionnelles (accès, stationnement de véhicules, etc.) ; les parties situées au-dessus du niveau transparent se comportent en pendule inversé, les éléments porteurs du niveau transparent sont très fortement sollicités et ont souvent été la cause d’effondrements partiels (pertes d’un étage) ou complet (château de cartes).
  • 46. niveaux ouverts ou largement vitres préjudiciables lorsqu’il y a une grande différence de rigidité entre le niveau transparent et les autres niveaux (effet de niveau souple) a cause de l’absence de maçonneries participant a la rigidité. Ceyhan-Misis, Turquie 1998Séisme de Boumerdes, Algérie 2003 Effondrement ,conséquence de la présence d’un niveau souple .
  • 47. Solutions visant à éviter l’effet de niveau souple - Contreventement en façade ou en retrait - Variation progressive de la rigidité horizontale Exemple : le mur en rez-de-chaussée a empêché l’effondrement d’une partie du bâtiment Séisme de Ceyhan-Misis, Turquie 1998
  • 48. irrégularités à la base du bâtiment, par exemple lorsque celui-ci suit la pente du terrain ou est fondé sur des pieux de longueurs variables . La solution c’est la boite rigide
  • 49. Les poteaux sous flexion doivent pouvoir fléchir librement sur toute leur longueur. Les dommages éventuels peuvent être des déformations irréversibles sans arriver à la rupture (fragile). Si le poteau est court de manière due, sa longueur réduite le rend trop rigide, il ne peut plus fléchir. Si on ne peut les éviter, il faut les traiter sur toute leur hauteur comme une zones critiques, des cadres ou des épingles doivent être ajoutés aux cadres périphériques pour que les armature transversales puissent contenir efficacement toutes les barres longitudinales. Le ferraillage de la zone critique (armatures transversales rapprochées) sur toute la longueur explique la tenue du poteau court. CAS PARTICULIER DES CONSTRUCTIONS SUR VERSANT (effet du poteau court) Conception défavorable
  • 50. Phénomènes destructeurs potentiels dans le cas de construction sur un terrain en pente : - torsion - effet de niveau souple - effet de poteau court - effets induits : glissement de terrain, éboulement Comportement dynamique
  • 51. contreventement en facade contreventement par voiles Solutions visant à éviter l’effet de poteau court dû à la présence d’allèges rigides - contreventement par voiles en façade ou à l’intérieur du bâtiment - allèges(paroi de remplissage) non rigides en bois ou métal
  • 52. Les considérations sur la symétrie et la régularité ne doivent pas laisser croire que la conception parasismique exclut nécessairement toute recherche architecturale vue que ces principes de conception s’appliquent seulement à l’ossature "primaire", ce qui laisse à l’architecte beaucoup de liberté dans son projet. En particulier, la liberté d’aspect de la structure "secondaire" qui peut constituer le facteur déterminant de l’aspect extérieur est pratiquement totale.
  • 53.
  • 54. CONTREVENTEMENT Élément de la structure fournissant la résistance latérale. Dans le but de reprendre les efforts et les moments dus a action sismique , il y’a intérêt de doter les construction d’une maille structurale régulière , a éviter de recourir a la torsion des pièces pour équilibrer certains efforts ,a faire en sorte que les éléments porteurs se superposent convenablement d’un étage a l’autre et que les éléments de contreventement soient disposes en plans.
  • 55. Le contreventement par voiles : généralement très raide, ce qui présente l’avantage de limiter à des valeurs très petites les déformations imposées aux éléments non structuraux (remplissages, cloisons, fenêtres). Le contreventement par ossatures: beaucoup plus souple que le contreventement par voiles ; il impose donc des déformations importantes aux éléments non structuraux, ce qui peut compromettre leur tenue ; par contre, il conduit à des efforts sismiques plus faibles et présente, en général, une meilleure ductilité (capacité de déformation au-delà du comportement élastique. Il peut être particulièrement avantageux dans les cas de fondation sur rocher, sous réserve que la tenue des éléments non structuraux ne soit pas critique. On trouve ainsi le principe selon lequel il faut construire souple sur sol raide et raide sur sol souple. Types de contreventement:
  • 56. Le contreventement par noyaux: souvent utilisé pour les immeubles de grande hauteur. Les noyaux qui correspondent aux cages d’escaliers ou d’ascenseurs peuvent être combinés avec des éléments de contreventement situés en façade ; on obtient ainsi des structures tubulaires comportant des tubes intérieurs pleins (noyaux) et un tube extérieur ajouré (façade) ; celui-ci doit bien entendu être lié aux tubes intérieurs par des structures rigides de manière à assurer la participation au contreventement de l’ensemble des éléments résistants. Ces structures rigides de liaison peuvent être présentes à tous les niveaux du bâtiment (par exemple, en remplaçant systématiquement certaines cloisons par des refends) ou seulement à certains niveaux.
  • 57. Il est préférable de créer des escaliers portés par des voiles ou à structure indépendante de l'ossature. Les mezzanines pourront être aussi traitées par une structure légère et aussi indépendante. Les baies d'ouvertures dans les façades seront plus favorables si elles sont superposées et de dimensions modérées.
  • 59.
  • 60. Le choix du contreventement Le contreventement permet d'assurer une stabilité horizontale et verticale de la structure lors des secousses qui, rappelons-le, ont des composantes dans les trois directions. Le rôle du contreventement horizontal est de transmettre les actions latérales aux éléments verticaux appelées palées de stabilité. Pour assurer le contreventement horizontal au niveau des planchers et des toitures faisant office de diaphragme rigide ne devra pas être affaiblis par des percements trop grands ou mal placés pouvant nuire à leur résistance et leur rigidité. Les diaphragmes flexibles devraient être évités pour combattre le déversement des murs notamment en maçonnerie. Le contreventement vertical par palées devra répondre à des critères spécifiques tels que : leur nombre : au moins trois palées non parallèles et non concourantes par étage. revoir
  • 61. leur disposition : elles seront situées le plus symétriquement possible par rapport au centre de gravité des planchers et de préférence aux angles avec une largeur suffisante. leur distribution verticale : être régulière ; les palées seront de préférence superposées afin de conférer aux différents niveaux, une rigidité comparable aussi bien en translation qu'en torsion. Les niveaux souples comme par exemple un rez-de-chaussée transparent d'un immeuble devront être contreventés correctement si possible par des voiles de cisaillement. Une mauvaise disposition des palées de stabilité pourra entraîner des effondrements dus à des déformations trop importantes.
  • 62. 2.2.4 Ordre d’apparition des rotules plastiques Les comportements inélastiques étant acceptés dans la conception parasismique, il convient que le projeteur optimise la capacité résistante de la structure en agissant sur l’ordre d’apparition de ces comportements dans les différents éléments. À cet égard, il est recommandé de privilégier la conception poteaux fortspoutres faibles dans laquelle la formation des rotules plastiques dans les éléments porteurs verticaux ne peut précéder la formation de rotules dans les éléments transversaux (figure 21). De cette manière, la structure est capable de dissiper de l’énergie sans dégradation de sa capacité porteuse, alors que dans la conception inverse (poteaux faibles-poutres fortes) celle-ci pourrait être compromise, notamment sous l’effet des moments du second ordre résultant de la grande déformation des éléments verticaux [24]. revoir
  • 63. Dispositions parasismiques spéciales Appuis parasismiques a la base des bâtiments La technique des appuis parasismiques, dont il existe plusieurs variantes, suscite actuellement beaucoup d’intérêt dans la plupart des pays concernés par le risque sismique. La France a été parmi les pionniers en la matière puisque ses premières réalisations remontent à la fin des années 70 ; il s’agit du lycée de Lambesc (épicentre du séisme provençal du 11 juin 1909) construit en 1977 en utilisant le système d’appuis « Gapec » développé par G. Delfosse (CNRS Marseille) et de la centrale nucléaire de Cruas-Meysse dans la vallée du Rhône, dont les travaux ont commencé à la même époque.
  • 64.
  • 65. Ce n’est qu’à partir de 1985-1986 que le Japon et les États-Unis se sont lancés dans cette voie, après avoir manifesté initialement quelques réticences. EX Etats-Unis<<<<<<. À l’étranger, on cite comme premiers exemples des écoles à Skopje (Yougoslavie, 1969) et à Mexico (1974) et des réalisations néo-zélandaises (immeubles de bureaux et grande cheminée d’une usine) au début des années 80.
  • 66. Le plus simple des systèmes d’appuis parasismiques fait appel aux appuis en élastomère fretté, analogues aux appuis couramment utilisés pour les ponts. Ces appuis, de forme carrée ou circulaire (dimensions en plan de l’ordre de quelques décimètres à un mètre et épaisseurs de 5 à 30cm) sont constitués d’un empilement de feuillets d’élastomère séparés par des frettes métalliques ; la présence de ces frettes confère aux appuis une grande rigidité dans le sens vertical (compression) alors que les feuillets d’élastomère peuvent se déformer facilement en cisaillement horizontal, permettant d’obtenir une grande souplesse vis-à-vis des efforts horizontaux agissant sur le bâtiment
  • 67. Ces appuis en élastomère fretté fournissent une solution efficace et simple à mettre en oeuvre au problème de la protection parasismique des bâtiments. Ils permettent une réduction sensible des sollicitations subies par les structures et une fiabilité supérieure des calculs de conception, notamment en raison du fait que la réponse d’un bâtiment sur appuis est fondamentalement plus simple, et mieux contrôlée en fréquence, que celle d’un bâtiment sur fondation classique, surtout si l’on admet pour celui-ci des comportements non élastiques. Le surcoût d’installation qu’ils représentent peut donc être largement compensé par les gains sur le dimensionnement des superstructures ou des équipements, ou par l’amélioration obtenue en termes de sécurité pour certains équipements sensibles et coûteux (on peut signaler qu’au Japon, certains centres de calcul
  • 68. Outre les appuis en élastomère fretté, décrits ci-avant, plusieurs systèmes d’appuis plus complexes ont été proposés ; ils utilisent aussi, pour la plupart, l’appui en élastomère fretté, mais en combinaison avec des dispositifs complémentaires visant à procurer un effet d’amortissement par dissipation d’énergie ; on peut citer, par exemple : — les systèmes avec amortisseurs visqueux, développés notamment au Japon ; — les systèmes avec amortisseurs mécaniques, où la dissipation d’énergie est produite par la déformation plastique d’éléments métalliques (noyau de plomb des appuis développés en Nouvelle-Zélande, barres d’acier de certains systèmes japonais).
  • 69. — les systèmes avec plaques de glissement, où la dissipation d’énergie résulte du frottement entre plaques, comme celui réalisé par des sociétés françaises à la centrale nucléaire de Koeberg (Afrique du Sud) .
  • 70. Les règles admettent éventuellement des dommages structuraux dans des éléments tels que les poutres mais surtout pas au niveau des poteaux sous peine d'effondrement.
  • 71. Le choix d'un bon site sur un bon sol avec des fondations adaptées, tout en respectant les mesures de prévention imposées et celles recommandées, permettra de limiter les dommages en cas de secousse.
  • 72. Il est obligatoire de renforcer les souches d’une hauteur comprise entre 1,40 et 2,00 m par toute solution appropriée comme, par exemple : - en prolongeant le conduit maçonné à l’intérieur du bâtiment sur une hauteur égale à la souche et de le renforcer par quatre barres d’acier de diamètre égal à 10mm - en haubanant la cheminée (solution particulièrement adaptée à l’existant) Stabilisation des souches Dispositions constructives pour la zone 2 Stabilisation des souches
  • 73. Colloque National : Pathologie des Constructions : Du Diagnostic à la Réparation Département de Génie Civil Université Mentouri Constantine - 25 et 26 Novembre 2008 Bibliographie:
  • 74. Le territoire national est divisé en cinq (05) zones de sismicité croissante et dont la figure ci-dessous représente la carte des zones sismiques de l’Algérie et le zonage global des Différentes wilayas. Le règlement « RPA 99, version 2003 » donne la classification sismique par wilaya et par commune lorsque la wilaya est partagée entre deux zones sismiques différentes ou plus.
  • 75.
  • 76. EX: Séisme de Mexico 19 Sept 1985 Les bâtiments fondés sur pieux travaillants en pointes se sont bien comportes ,alors que plusieurs exemples de ruptures de fondations sur pieux flottants ont été observes .