Thomas Wenk

Wenk Erdbebeningenieurwesen und Baudynamik GmbH Zürich

Bases

Principes de conception

parasismique

Bâtiments en bois parasismiques de plusieurs étages

Pierino Lestuzzi

ENAC-IIC-IMAC, EPFL & Résonance Ingénieurs-Conseils SA, Carouge

Contenu

• Chapitre 2 Bases

• Qu’est-ce qu’un séisme? Que se passe-t-il pendant un séisme?

• Effets des séismes

• Aléa (danger) sismique

• Carte des zones sismiques

• Classes de sol de fondation

• Grandeurs sismiques principales

• Spectres de réponse

• Chapitre 4.2 Principes de conception parasismique

• Conception parasismique

• Régularité de la structure en plan

• Régularité de la structure en élévation

Qu’est-ce qu’un séisme?

• Les séismes sont des ruptures de la

croute terrestre.

• Les séismes induisent de brusques

mouvements du sol horizontaux et

verticaux de courte durée:

• Accélération du sol de quelques % de g

jusqu’à environ 2 g

• Déplacements du sol de quelques mm

jusqu’à quelques dm

• Les bâtiments sont d’abord construits

pour les charges pondérales

(accélération verticale de

1 à 2 g).

• Sans dimensionnement parasismique,

les bâtiments ne peuvent supporter

aucune accélération horizontale

notable.

Evolution en 3D (en cm) du déplacement du sol lors du séisme de Kobe en 1995

[Dazio 2008]

Que se passe-t-il pendant un séisme?

Au 12e étage d’un hôtel à Valdivia au Chili pendant le séisme de Centro-Sur du 27.2.2010 (Mw= 8,8) tôt le samedi à 3.30 h.

[www.youtube.com „videosviajeros“]

Effets des séismes

• Les séismes eux-mêmes sont généralement sans danger, mais

leurs effets sur l’environnement naturel et particulièrement sur

l’environnement construit peuvent être catastrophiques.

• Effets directs

• Chutes de pierres, glissements de terrain, tassements, liquéfaction

• Raz-de-marée (Tsunamis, Seiches)

• Dégâts et effondrements de bâtiments

• Effets secondaires

• Explosions, incendies, inondations dues à des ruptures de conduites,

pollutions dues à des fuites de matières

• Dégâts à l’environnement

• Pertes économiques et troubles sociaux

Effets des séismes:dégâts et effondrements de bâtiments

séisme de Kobe au Japon en 1995

[Wenk 1995]

doc. Lignum page

Danger sismique en Europe

7 [Giardini 2005]

doc. Lignum page

Activité sismique en Méditerranée et dans les Alpes

4

doc. Lignum page

Limite entre les plaques africaines et eurasienne

4

La plaque apulienne se déplace d’env. 4-8 mm

par an en direction de la plaque eurasienne

Intensité et Magnitude

• Intensité

- Mesure pour la perceptibilité locale et le pouvoir destructeur d’un séisme.

- L’intensité d’un séisme dépend de l’endroit.

- EMS-98 est l’échelle d’intensité utilisée aujourd’hui en Europe:

• Intensités de I à XII

• remplace l’échelle précédente MSK-64

• considération systématique de la vulnérabilité sismique des bâtiments avec six

classes de bâtiments

- Détermination de l’intensité nécessite un traitement statistique et est coûteuse en temps.

• Magnitude

- Mesure pour l’énergie libérée au foyer par un séisme.

- Décrit un séisme avec un seul nombre.

- Echelle logarithmique introduite en 1935 par C.F. Richter (échelle de Richter).

- Magnitude de moment Mw est l’échelle de magnitude actuellement utilisée.

- Détermination de la magnitude est rapide et automatique directement après un séisme.

doc. Lignum page

Quels paramètres influencent les effets locaux d’un séisme?

5

doc. Lignum page

Carte du danger sismique de la Suisse de 2004

6

Accélération spectrale

horizontale du sol pour

5 Hz, pour du rocher dur

et 5% d’amortissement

visqueux (période de

retour de 475 ans

correspondant à une

probabilité de

dépassement de 10% en

50 ans)

[Giardini et al. 2004]

doc. Lignum page

Carte des zones sismiques de la norme SIA 261 (2003)

6

valeur de calcul de l’accélération horizontale du sol agd (CO I et classe de sol A): Z1 60 cm/s2, Z2 100 cm/s2, Z3a 130 cm/s2, Z3b 160 cm/s2

[SIA 261, 2003]

doc. Lignum page

Comparaison des grandeurs sismiques

8Relations approximatives Magnitude - Intensité - Mouvements du sol - Effets pour des profondeurs de foyer de 10 à 15 km

[Smit 2004]

doc. Lignum page

Construction des spectres de réponse

Fig 2.25 de [Bachmann 2002]

Procédure pour la détermination des spectres de réponse:

- SDOF linéaire avec différentes périodes Ti et même amortissement ζ1

- Résolution de l’équation différentielle du mouvement (réponse du système) pour chaque SDOF pour l’excitation sismique donnée.

- Détermination de la valeur maximale de la réponse du système, par ex. la valeur maximale de la vitesse Svi

- Représentation graphique des Svi en fonction des périodes Ti des SDOF

- La procédure peut être répétée pour différent amortissement ζi ainsi que pour l’accélération ou le déplacement.

9

doc. Lignum page

Trace temporelle du mouvement du sol

Traces temporelles de la composante N-S du séisme du Frioul de 1976 en Italie enregistré à Tolmezzo:

- Accélération du sol

- Vitesse du sol

- Déplacement du sol

10

Fig 2.24 de [Bachmann 2002]

doc. Lignum page

Spectres de réponse

Fig 2.27 de [Bachmann 2002]

Spectres de réponse de la composante N-S du séisme du Frioul de 1976 en Italie enregistré à Tolmezzo:

- Accélération absolue

- Vitesse relative

- Déplacement relatif

pour un amortissement visqueux équivalent de 2%, 5% et 10%.

10

doc. Lignum page

Carte des classes de sol de fondation

7

Pour considérer l’influence locale de l’emplacement, 5 classes de sol de fondation A à E sont prévues dans la norme SIA 261.

doc. Lignum page

spectres de réponse élastiques des cinq classes de sol de la norme SIA 261

représenté pour la Zone Z2, agd = 1,0 m/s2

et pour un amortissement visqueux

équivalent de ζ = 5%11

doc. Lignum page

Spectres de dimensionnement, SIA 261

11

représenté pour la Zone Z2, la classe de sol B

et différents coefficients de comportement q

pour considérer la ductilité

doc. Lignum page

Conception parasismique

• Règles simples pour la conception des bâtiments dérivées de dégâts

typiques constatés après de violents séismes.

• Complément aux vérifications par calcul

• Considère les incertitudes de l’action sismique

• Garantit une construction robuste, de sorte que les dégâts restent

dans une proportion raisonnable à la violence du séisme, même avec

un séisme plus fort que le séisme de dimensionnement.

• Principes de base pour le choix du système porteur:

• Simplicité

• Régularité

• Redondance

• Nécessite une étroite collaboration entre l’architecte et l’ingénieur

dès les premiers traits de crayon:

“concevoir ensemble”.

• Si les règles de la conception parasismique ne sont pas respectées,

il faut compter avec des surcoûts.

30

doc. Lignum page

Régularité en plan du système porteur

31

en haut:

formes en plan

défavorables,

anguleuses, composées

en bas:

formes en plan plus

favorables, simples

doc. Lignum page

Régularité en plan du système porteur

31

en haut:

disposition défavorable

d’évidements dans les

dalles

en bas:

disposition plus

favorable d’évidements

dans les dalles

doc. Lignum page

Régularité en plan du système porteur

32

Cage d’escalier rigide externe.

La construction en bois est stabilisée par un

système porteur indépendant et régulier.

Accès par des passerelles.

Cage d’escalier flexible, dont la rigidité

horizontale est adaptée à la construction

en bois, de façon à ce que l’ensemble du

système soit régulier en plan.

doc. Lignum page

Régularité en plan du système porteur

32

à gauche:

disposition défavorable, excentrée

d’un système porteur pour les

charges horizontales souple en

torsion

à droite:

disposition favorable, symétrique

d’un système porteur pour les

charges horizontales rigide en

torsion

doc. Lignum page

Régularité en élévation du systèmeporteur

33

• Les étages souples dans le sens

horizontal sont à éviter!

• Noyaux, refends ou cadres continus,

sans interruption, de la fondation

jusqu’au sommet du bâtiment.

• Rigidité horizontale, résistance pour

les charges horizontales et masses

des différents étages constantes sur

la hauteur du bâtiment ou bien

réduction graduelle de bas en haut.

[Wenk 1995]

Littérature

Bachmann H. (2002): Erdbebensicherung von Bauwerken, 2. Auflage, Birkhäuser-Verlag.

Brunner R., Jung P., Steiger R., Wenk T., Wirz N. (2010): Bâtiments en bois parasismiques de plusieurs étages, Documentation technique de Lignum, Zurich, 126 p.

Dazio A. (2008): Aléa sismique et conception parasismique des bâtiments neufs, in: Sécurité parasismique des bâtiments – Question juridiques et responsabilités, Documentation SIA D 0227, Société suisse des Ingénieurs et des Architectes, Zurich.

Giardini, D. (2005): Erdbeben in der Schweiz: Was kann passieren? Tagung “Erdbebenvorsorge - Was können die Kantone tun?”, 1. Juni 2005, ETH Zürich.

Giardini, D., Wiemer, S., Fäh, D., Deichmann, N. (2004): Seismic Hazard Assessment of Switzerland, Swiss Seismological Service, ETH Zürich.

SIA 261 (2003), norme SIA 261: Actions sur les structures porteuses. Société suisse des Ingénieurs et des Architectes, Zurich.

Smit P. (2004): Entstehung und Auswirkungen von Erdbeben. Forum 4/2004, Office fédéral de la protection de la population, Protection des biens culturels, Berne.

Schweizerischer Erdbebendienst SED (1999): Global Seismic Hazard Assessment Program (GSHAP), Global Seismic Hazard Maps, seismo.ethz.ch/GSHAP/, ETH Zürich.

Wenk T., Schwarz, J. (1995): Das grosse Hanshin-Erdbeben vom 17. Januar 1995. Bautechnik 72 (1995) 7, 422–434.