Alas sismiques, codes du btiment et opinions dattnuation des risques

pour les immeubles canadiens

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Remerciements Cette publication a t prpare pour : Bureau de la protection des infrastructures essentielles et de la protection civile Immeuble Jackson, 2e tage 122, rue Bank Ottawa, ON K1A 0W6 Tl : (613) 944-4875Sans frais : 1-800-830-3118 Tlc : (613) 998-9589 Email : communications@bpiepc-ocipep.gc.ca Internet : www.bpiepc-ocipep.gc.ca Auteurs : Simon Foo Nove Naumoski Murat Saatcioglu Dpartement de gnie civil Universit dOttawa Ottawa (Ontario), Canada Ce document repose sur les travaux ayant reu le soutien de la Direction de la recherche et du dveloppement (DRD) au Bureau de la protection des infrastructures essentielles et de la protection civile (BPIEPC), anciennement Protection civile Canada, en vertu du numro de rfrence contrat 2000D020. Les opinions, constatations, conclusions ou recommandations exprimes dans ce document sont celles des auteurs et ne refltent pas ncessairement les points de vue du Bureau de la protection des infrastructures essentielles et de la protection civile. 2001 Ministre des Travaux publics et Services gouvernementaux No du catalogue : D82-73/2002F-IN ISBN: 0-662-87698-9

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Rsum Les tremblements de terre les plus rcents survenir dans le monde ont caus la mort de dizaines de milliers de personnes et des dommages matriels valus des milliards de dollars. Le 28 fvrier 2001, la secousse tellurique survenue prs de Seattle a fait trembler des immeubles occups Vancouver, rappelant aux habitants de la rgion du Pacifique quils vivent dans la zone sismique la plus active du Canada. Toutefois, des tremblements dont lamplitude va de modre leve risquent aussi de se produire dans dautres rgions canadiennes comme en bordure du Saint-Laurent et la frontire entre lOntario et le Qubec. titre dexemple, le tremblement de terre qui a secou la rgion du Saguenay, au Qubec, en 1988, a t le plus important se produire dans lEst de lAmrique du Nord depuis 50 ans. La prsente analyse se compose de trois tudes qui portent sur le milieu bti et les parties des codes du btiment qui, au Canada, traitent des alas sismiques, en particulier le Code national du btiment du Canada de 1995 (CNBC). Les tremblements de terre rcents ont soulev des inquitudes quant aux dommages considrables que des secousses sismiques pourraient causer aux vieux immeubles. Il pourrait en rsulter de nombreuses pertes de vie qui seraient source dimportantes pertes conomiques et dindicibles souffrances humaines. Les immeubles rcents conus et construits daprs des normes plus rigoureuses devraient mieux rsister aux secousses sismiques. En vue de fournir aux responsables de la protection contre les sismes des donnes jour sur la rsistance des immeubles aux tremblements de terre et les mesures permettant daccrotre cette rsistance, trois questions ont t examines dans le cadre de lanalyse, savoir :

la mesure dans laquelle les immeubles existants scartent des normes de rsistance aux sismes prvues dans les codes et les rglements canadiens;

les nouvelles technologies de rnovation des immeubles visant accrotre leur rsistance aux tremblements de terre;

les mthodes dvaluation actuelles de la rsistance des immeubles aux tremblements de terre.

La partie A de lanalyse porte sur la mesure dans laquelle les immeubles existants scartent des normes tablies pour la rsistance aux sismes; elle fait ressortir le fait que les exigences des codes et des rglements en vigueur pour la protection des immeubles existants sont moins rigoureuses que celles qui sappliquent aux nouveaux immeubles. Le rapport conclut que pour mieux prparer les collectivits composer avec des tremblements de terre et leur permettre de faire face plus adquatement un tremblement de terre ventuel, il est ncessaire dadopter des codes et des rglements anticipant les problmes risquant de se produire au lieu de simplement y ragir, mesure susceptible damliorer la rsistance des immeubles canadiens existants aux sismes. La partie B propose un examen des technologies permettant damliorer la rsistance des immeubles aux tremblements de terre et fait le point sur les recherches en cours dans ce domaine. La rnovation des immeubles en vue daccrotre leur rsistance aux secousses sismiques constitue une activit relativement nouvelle pour les ingnieurs en structures et elle

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exige une comprhension des aspects techniques, conomiques et sociaux de la question. Pour les ingnieurs, le dfi que pose la recherche de solutions acceptables du point de vue technique, conomique et social, consiste tre bien renseigns sur les dernires techniques et innovations dans le domaine de la construction. Les techniques de solidification classiques reposent sur lajout de murs, dentretoises, de cadres et de fondations ou sur le renforcement des lments existants. Le recours ces techniques exige souvent dimportants et longs travaux de dmolition et de reconstruction et ncessite lvacuation des locaux par leurs occupants avec toutes les dpenses directes et indirectes qui en dcoulent. Ces cots indirects, les consquences environnementales du recours de telles techniques et les inconvnients qui en rsultent pour les occupants des immeubles dissuadent souvent les propritaires et les fiduciaires des immeubles dentreprendre des travaux visant rendre ces immeubles plus rsistants aux tremblements de terre. La partie C examine les mthodes dvaluation de la rsistance des immeubles aux tremblements de terre et se fonde sur un document du CNBC datant de 1993. Ltude analyse les liens qui existent entre ce document et les divers codes du btiment que lon trouve au Canada. Cette analyse trois volets rsume les rcentes initiatives et technologies mises de lavant pour attnuer les dommages que peuvent causer les tremblements de terre aux immeubles. Les matriaux, les systmes et les techniques anti-sismiques de pointe ont t tudis fond, mais ont t mis lessai dans un nombre restreint de projets de rnovation. Lcart actuel entre les recherches et lutilisation qui est faite des rsultats quelles ont permis dobtenir est surtout attribuable au fait que tant les chercheurs que les ingnieurs manquent de bases de donnes modernes auxquelles se reporter. Il sensuit quon na pas encore exploit fond les possibilits quoffrent les technologies innovatrices, lesquelles peuvent constituer des solutions techniquement, conomiquement et socialement acceptables au problme que pose lamlioration de la rsistance des immeubles aux tremblements de terre. Ce rapport est une premire tentative en vue doffrir aux responsables canadiens de la protection contre les sismes une base de donnes de pointe sur les options qui soffrent cet gard.

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Table of Contents

Remerciements .......................................................................................................... ii

Rsum ...................................................................................................................... iii

1.0 Partie A carts entre les codes et rglements canadiens rgissant les normes en cas de sismes visant les immeubles existants ...................... 1

1.1 Contexte ......................................................................................................... 1 1.2 Codes et rglements visant les nouveaux btiments ...................................... 1 1.3 Codes et rglements visant les btiments existants........................................ 2

1.3.1 NBCC 1995........................................................................................... 3 1.3.2 Qubec .................................................................................................. 3 1.3.3 Ontario .................................................................................................. 4 1.3.4 Colombie-Britannique........................................................................... 4 1.3.5 Ville de Vancouver ............................................................................... 5 1.3.6 Gouvernement fdral........................................................................... 6

1.4 Rsum de la Partie A.................................................................................... 7

2.0 Partie B Technologies damlioration de la rsistance aux sismes des btiments : une tude ............................................................................... 8

2.1 Introduction.................................................................................................... 8 2.2 Amlioration de la rsistance des lments structuraux porteurs

laide de materiaux composites renforcs de fibres....................................... 9 2.2.1 Techniques de renforcement ............................................................... 12 2.2.2 Poteaux................................................................................................ 12 2.2.3 Poutres................................................................................................. 17 2.2.4 Assemblages poutre-poteau ................................................................ 21 2.2.5 Murs de contreventement.................................................................... 24 2.2.6 Rsum................................................................................................ 28

2.3 Amlioration des elements structuraux lide de chemises en acier .......... 28 2.3.1 Technique damlioration ................................................................... 28 2.3.2 Poteaux................................................................................................ 30 2.3.3 Assemblages poutre-poteau ................................................................ 36 2.3.4 Rsum................................................................................................ 41

2.4 Amlioration des poteaux en bton arm par prcontraire transversale ...... 41 2.4.1 Technique d'amlioration.................................................................... 41 2.4.2 Poteaux................................................................................................ 44 2.4.3 Rsum................................................................................................ 51

2.5 Amlioration de la structure des btiments laide de dispositifs amortisseurs ................................................................................................. 51

2.5.1 Technique d'amlioration.................................................................... 51 2.5.2 Amortisseurs friction........................................................................ 51 2.5.3 Amortisseurs visqueux........................................................................ 54 2.5.4 Rsum................................................................................................ 56

2.6 Amlioration de la structure des btiments laide de dispositifs disolation la base...................................................................................... 57

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2.6.1 Technique d'amlioration.................................................................... 57 2.6.2 Coussinets en caoutchouc lamins dacier....................................... 59 2.6.3 Coussinets en caoutchouc amortissement lev............................... 59 2.6.4 Paliers lisses ........................................................................................ 60 2.6.5 Rsum................................................................................................ 61

2.7 Amlioration de la structure des btiments laide dun mur de contreventement en tle dacier ................................................................... 62

2.7.1 Technique d'amlioration.................................................................... 62 2.7.2 Rsum................................................................................................ 63

2.8 Rsum......................................................................................................... 63

3.0 Partie C Manuel de slction en vue dune valuation sismique........... 64 3.1 Contexte ....................................................................................................... 64 3.2 Paramtres de slection................................................................................ 68

3.2.1 Sismicit.............................................................................................. 68 3.2.2 Conditions du sol ................................................................................ 69 3.2.3 Type de structure................................................................................. 69 3.2.4 Irrgularits de la structure du btiment ............................................. 70 3.2.5 Priorit du btiment............................................................................. 72 3.2.6 Dangers non structuraux ..................................................................... 73 3.2.7 Indice de priorit sismique.................................................................. 73

3.3 Effets des changements entre le CNBC 1990 et CNBC 1995 sur les paramtres de slection ................................................................................ 74

3.4 Effets des normes en cas de sismes proposes (pour le CNBC-2003) sur les paramtres de slection..................................................................... 76

3.5 Rsum et conclusions................................................................................. 78

Annexe A Bibliographie .................................................................................... A-1

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1.0 Partie A carts entre les codes et rglements canadiens rgissant les normes en cas de sismes visant les immeubles existants

1.1 Contexte Les normes du code du btiment concernant la conception sismique sont devenues plus rigoureuses au cours des trente dernires annes. Le cisaillement minimal en cas de sisme, spcifi dans le Code national du btiment du Canada pour les btiments se trouvant dans des rgions de sismicit leve, a augment de 100 p. 100 depuis le dbut des annes 70. Des mthodes et des normes de conception amliores devraient ramener les dommages subis par les btiments les plus rcents lors de tremblements de terre allant de modrs forts des niveaux acceptables. Toutefois, danciens btiments conus pour rpondre aux anciens codes et dont on sait quils nassurent pas une scurit suffisante risquent de subir de graves dgts, sinon de seffondrer totalement lors de secousses sismiques fortes. Les rcents tremblements de terre Northridge, en Californie (1994), Kobe, au Japon (1995), en Turquie (1999) et JiJi, Tawan, (1999) ont dmontr quun tremblement de terre na pas ncessairement besoin dtre de trs forte magnitude pour causer des dgts considrables, surtout lorsque des btiments trs anciens sont touchs. Les tremblements de terre passs ont aussi dmontr que, dans bien des cas, ces anciens btiments auraient rsist aux tremblements de terre passs si lon avait procd des travaux de renforcement suffisants. On croit que le nombre de btiments antrieurs aux annes 80 est beaucoup plus important que le nombre de nouveaux btiments conus et construits conformment aux codes les plus rcents. Mme si des progrs importants ont t raliss dans llaboration des nouveaux codes destins aux nouveaux btiments, il semble que lon nait dploy que peu defforts pour les anciens btiments existants et potentiellement vulnrables. On dit que les catastrophes ne se produisent pas dans les collectivits bien prpares.valuer les codes et les rglements rgissant les normes en cas de sismes visant les btiments existants peut aider dterminer si une collectivit est bien prpare. Ce rapport rsume les carts entre les normes en cas de sismes visant les btiments existants en ce qui a trait aux codes et aux rglements applicables au Canada. 1.2 Codes et rglements visant les nouveaux btiments En vertu de la Loi constitutionnelle, la rglementation des btiments au Canada relve des gouvernements provinciaux et territoriaux. Les codes du btiment et de prvention des incendies labors et mis par les provinces et les territoires sont principalement bass sur le Code national du btiment du Canada (CNBC 1995) [Conseil national de recherches du Canada, 1995] et le Code national de prvention des incendies du Canada [Conseil national de recherches du Canada, 1995]. En vertu de la Loi sur les municipalits, lautorit dappliquer les rglements est dvolue aux municipalits, qui nomment un agent en chef des btiments pour administrer le code du btiment ainsi quun chef des pompiers pour administrer le code de prvention des incendies. Le tableau 1 prcise ltat dadoption de lactuel CNBC 1995 par les provinces et les territoires. En gnral, les normes en cas de sismes des nouveaux btiments au Canada sont plutt uniformes, selon ce qui est dfini la sous-section 4.1.9 du CNBC 1995.

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Tableau 1 Adoption du Code national du btiment du Canada de 1995 (CNBC, 1995).

Gouvernement Adoption du CNBC 1995

Terre-Neuve Oui Adopt par les grandes villes. Aucun code provincial du btiment.

Nouvelle-cosse Oui Adopt en avril 1997 avec de lgres modifications. Nouveau-Brunswick Oui Adopt en mai 1998.

le-du-Prince-douard Oui Adopt par deux grandes villes, mais pas par la province.

Qubec Oui Adopt en septembre 2000.

Ontario Oui Adopt en avril 1998, avec des modifications importantes. La Partie 11 de lOBC porte sur les travaux de rnovation.

Manitoba Oui Le commissaire des incendies administre les codes du btiment et de prvention des incendies. Saskatchewan Oui Adopt en juillet 1998.

Alberta Oui Le CNRC publie lABC et lAFC. Le CNBC 1995 est adopt en juin 1998. Colombie-Britannique Oui Le Code de la C.-B. est bas sur le CNBC 1995.

Territoire du Yukon Oui

Codes adopts sans modifications par une ordonnance du commissaire conformment la Fire Prevention Ordinance. La rfrence est le CNBC de 1985 et le CNPI, modifi de temps autre.

Territoires du Nord-Ouest Oui

Adopt en mars 1997. Le bureau du prvt des incendies administre les codes du btiment et de prvention des incendies.

Territoire du Nunavut Oui Adopt en avril 1999.

Gouvernement fdral

Oui Le Rglement canadien sur la scurit et la sant au travail fait rfrence au CNBC 1995 et au CPIC, conformment au Code canadien du travail. 1.3 Codes et rglements visant les btiments existants La plupart des provinces et des territoires ont adopt le CNBC 1995 avec peu ou pas dcarts, comme lillustre le tableau 1. Certaines provinces, lOntario et la Colombie-Britannique notamment, publient leurs propres codes provinciaux. Vancouver et Montral sont les deux seules municipalits qui ont leur propre charte pour promulguer des rglements sur la construction. En vertu de sa charte, la ville de Vancouver a donn les grandes lignes des normes de protection des btiments existants en cas de sismes. Les carts entre les normes en cas de sismes visant les btiments existants sont discutes ci-dessous, en ce qui a trait aux codes et rglements applicables au Canada.

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1.3.1 NBCC 1995 Mme si le CNBC 1995 est un code du btiment type pour les nouveaux btiments, ses normes ne sont pas rtroactives. Autrement dit, les normes en cas de sismes du CNBC 1995 ne sont habituellement pas applicables un btiment existant, moins que le btiment ne subisse des modifications importantes, comme des changements dans son usage ou des rfections structurales qui ont un effet sur la performance sismique. Bien que le commentaire K du CNBC 1995 (qui, lgalement, ne fait pas partie du Code) traite des proccupations de lvaluation structurale dun btiment existant et des amliorations quon lui apporte pour atteindre un niveau de performance conforme lintention du Code, il ne spcifie pas les circonstances qui ncessiteraient lvaluation structurale dun btiment existant. Selon le commentaire K du CNBC 1995 :

la Partie 4 (incluant les normes en cas de sismes) est rdige principalement pour la conception de nouveaux btiments ou de nouveaux rajouts, et non pour lvaluation et les amliorations des btiments existants;

les btiments conus et construits conformment aux codes antrieurs peuvent tre

considrs acceptables pourvu que : a) le btiment ou son usage ne soit pas modifi de manire affecter son comportement structural ou accrotre la charge de la structure, b) la norme ou le code antrieur rponde essentiellement aux exigences concernant la scurit des personnes de la norme ou du code actuel. Dans le cas des normes en cas de sismes, le btiment ou les composantes conus et btis conformment aux CNBC 1970 peuvent tre considrs comme rpondant lintention portant sur la scurit des personnes de la norme actuelle.

Le commentaire K du CNBC 1995 recommande aussi de suivre les Lignes directrices pour lvaluation sismique des btiments existants du Conseil national de recherches du Canada [Conseil national des recherches du Canada, 1992] sil tait ncessaire dvaluer la performance sismique dun btiment existant. Le commentaire K et les lignes directrices du CNRC suggrent dutiliser un facteur de charge rduit de 0,6 comme critre de dclenchement de travaux damlioration de la rsistance aux sismes. Si un btiment existant ne possde la capacit de rsister 60 p. 100 de la charge sismique, selon ce que spcifie le CNBC 1995, il faudrait alors amliorer la structure du btiment, de prfrence 100 p. 100 de la valeur du CNBC 1995. 1.3.2 Qubec Les charges sismiques spcifies larticle 10.4.1.3 de la Gazette officielle du Qubec [Qubec, 2000], ainsi que dans la sous-section 4.1.9 de la Partie 4 du CNBC 1995, ne sappliquent pas aux btiments existants en rnovation, lorsque :

la rnovation na pas pour rsultat : o une augmentation de la hauteur du btiment, o la modification dun lment structural de contreventement qui assure la

stabilit latrale.

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aprs la rnovation, le btiment peut rsister une charge utile cause par des forces sismiques qui est au moins gale 60 p. 100 de ce qui est spcifi dans la sous-section 4.1.9 denla Partie 4 du CNBC 1995.

1.3.3 Ontario Alors que la Partie 4 de lOntario Building Code (OBC) [Ontario 1997] est semblable la Partie 4 du CNBC 1995 pour ce qui est des normes en cas de sismes visant les nouveaux btiments, lOBC 1997 inclut une nouvelle section (Partie 11) consacre prcisment la rnovation des btiments existants. La Partie 11 poursuit deux buts : a) sassurer quaprs leur rnovation, le niveau de performance des btiments existants nest pas infrieur au niveau de performance avant la rnovation, en prolongeant ainsi la dure utile du btiment; b) proposer une dmarche acceptable pour permettre les rnovations. La Partie 11 sapplique aux btiments en rnovation qui existent depuis au moins cinq ans. Selon la section 11.3.1.1 qui porte sur la rnovation ou la rparation matrielle dun btiment et la section 11.4.1.1 qui traite du niveau de performance, le niveau de performance du btiment aprs la construction (rnovation) ne doit pas tre infrieur celui du btiment avant la construction (rnovation) (trad.). Si, aprs la construction (rnovation) :

lusage principal est chang pour un usage principal diffrent; la charge dutilisation augmente de plus de 15 p. 100; ou la charge utile saccrot en raison dun changement de lutilisation dans le mme

usage, il faut adopter des mesures correctives pour maintenir le niveau de performance ce quil tait avant la rnovation. Cependant, la section 11.5 prvoit des solutions de rechange la conformit. En consquence, pourvu que lagent en chef des btiments de la municipalit soit convaincu quil nest pas pratique de se conformer la sous-section 4.1.9 Charges utiles dues aux sismes, les dispositions en cas de sismes ne sappliquent pas. 1.3.4 Colombie-Britannique Le code du btiment de la Colombie-Britannique (BCBC) [Colombie-Britannique, 1998] adopte le CNBC 1995, avec des modifications en vue de traduire les circonstances particulires la Colombie-Britannique. Les modifications du BCBC portent surtout sur laccessibilit et lenveloppe de btiment, sans modification des dispositions en cas de sismes du CNBC 1995, c.--d. sans changement de la Partie 4 du CNBC 1995. La Colombie-Britannique ne possde aucune norme en cas de sismes particulire visant les btiments existants. Les municipalits de la province suivent gnralement les normes de la ville de Vancouver concernant lvaluation sismique et lamlioration des btiments existants.

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1.3.5 Ville de Vancouver Vancouver utilise sa propre charte pour promulguer un rglement qui spcifie les normes dvaluation sismique et damlioration des btiments existants en rnovation ou dont lusage change de manire importante [Vancouver, 1999]. Les btiments, construits lorigine conformment un permis de construction mis aprs le 1er janvier 1980, sont exempts de ces normes. En vertu de la sous-section 10.2.4, amlioration structurale des btiments existants, on envisagera damliorer la rsistance dun btiment aux sismes lorsque :

le cot de la rhabilitation dpasse 200 p. 100 de la valeur du btiment, selon ce que la British Columbia Assessment Authority a dtermin,

les travaux incluent un rajout important, ou que les travaux incluent une modification de lusage principal.

Il faut soumettre la ville le calcul dtaill des structures et les travaux correctifs proposs pour le btiment existant aux fins dapprobation. Les travaux correctifs proposs doivent rendre la structure conforme aux normes requises par la Partie 4 du rglement, c.--d., selon la Partie 4 du CNBC 1995, Charges utiles dues un sisme. Lorsque les transformations proposes un btiment existant :

cotent entre 100 p. 100 et 200 p. 100 de la valeur relle du btiment, selon ce que la British Columbia Assessment Authority a dtermin;

nincluent pas de rajout; ou, nincluent pas de modification de lusage principal,

un examen de la structure du btiment existant, au lieu dun calcul dtaill des structures, est suffisant. Lexamen de la structure inclut une valuation du btiment en conformit avec la publication du CNRC Lignes directrices pour lvaluation sismique des btiments existants [CNRC, 1992]. Les lignes directrices du CNRC nexigent pas quun btiment existant soit amlior si sa structure a une force portante quivalant 60 p. 100 de la valeur du CNBC 1995. Si le btiment a une force portante infrieure 60 p. 100 de la valeur du CNBC 1995, il sera ncessaire dexcuter des travaux visant amliorer sa rsistance aux sismes, ce qui lui permettra dgaler la valeur prcise dans le CNBC 1995, de prfrence. Dans ce cas, lexamen de la structure inclura les mesures correctives proposes pour le btiment existant. La ville peut rduire les normes damlioration de la rsistance aux sismes dun btiment existant, mais pas moins de 75 p. 100 du niveau de force en cas de sismes, selon ce que stipulent les dispositions en cas de sismes du rglement de la ville concernant les nouveaux btiments. Un des critres importants de lassouplissement est quil est possible de dmontrer que lamlioration totale requise pour se conformer aux normes en cas de sismes serait gnralement difficile atteindre.

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1.3.6 Gouvernement fdral Le Code canadien du travail est labor et publi en vertu de la comptence fdrale sur les proprits fdrales. Pour les btiments existants, le Rglement canadien sur la scurit et la sant au travail Partie II Ouvrages permanentes, est tabli conformment au Code canadien du travail Partie II. Le Code du travail a pour but de prvenir les accidents et les blessures dans le cadre dun emploi sous comptence fdrale. La Partie II Section I Btiments, nonce que La rnovation de tout ou partie dun btiment doit, dans la mesure o cela est en pratique possible, tre effectue conformment aux exigences du Code canadien du btiment. La clause dans la mesure o cela est en pratique possible donne une certaine marge de manuvre quant aux normes damlioration de la rsistance aux sismes des btiments existants. Si des travaux damlioration de la rsistance aux sismes dun btiment taient jugs ncessaires, lampleur ou le niveau damlioration serait tabli non seulement par les dispositions du CNBC 1995, mais aussi en valuant si les travaux requis sont acceptables ou ralisables conomiquement, techniquement et socialement. Le tableau 2 mentionne les divers codes ou rglements qui concernent les normes en cas de sismes des btiments existants. Est aussi inclus dans le tableau 2 le commentaire K du CNBC 1995 concernant lvaluation structurale et lamlioration de btiments existants. Tableau 2 Rsum des normes en cas de sismes visant les btiments existants

Gouvernement Normes en cas de sismes visant les btiments existants

Qubec

Semblable au CNBC 1995 et au commentaire K pour les btiments existants. Une amlioration de la rsistance aux sismes (conformment aux normes

en cas de sismes du CNBC 1995) nest pas requise pour un btiment existant en rnovation si a) les rnovations nont pas pour rsultat une augmentation de la hauteur du btiment ni la modification dun lment de structure de contreventement qui assure la stabilit latrale et b) aprs les rnovations, le btiment peut rsister une charge utile cause par des forces sismiques qui est au moins gale 60 p. 100 de ce qui est spcifi dans la sous-section 4.1.9 de la Partie 4 du CNBC 1995 (Partie 4 du CNBC 1995).

Ontario

La Partie 11 pour les btiments existants en rnovation. Le niveau de performance aprs la construction nest pas infrieur au niveau

de performance avant la construction. Des solutions de rechange pour la conformit permettent une exemption aux

normes en cas de sismes, sous rserve de lapprobation de lagent en chef des btiments de la municipalit.

Colombie-Britannique

Aucune norme en cas de sismes visant les btiments existants. Les municipalits de la province suivent gnralement les normes de la ville de

Vancouver concernant lvaluation sismique et lamlioration des btiments existants.

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Gouvernement Normes en cas de sismes visant les btiments existants

Vancouver

Exige une amlioration de la rsistance aux sismes dun btiment existant selon la valeur du CNBC 1995, lorsque a) le cot total de la rhabilitation dpasse 200 p. 100 de la valeur du btiment, en excluant la valeur du terrain, b) les travaux incluent un rajout important OU c) les travaux incluent une modification de lusage principal.

Exige une amlioration de la rsistance aux sismes dun btiment existant selon la valeur du CNBC 1995 lorsque le btiment possde moins de 60 p. 100 de la rsistance sismique requise par les dispositions du rglement municipal pour les nouveaux btiments et que a) le cot total de la rhabilitation dpasse 100 p. 100 sans dpasser 200 p. 100 de la valeur relle OU b) les travaux nincluent ni rajout ni modification de lusage principal.

Nexige pas damlioration de la rsistance aux sismes dun btiment existant lorsque celui-ci possde au moins 60 p. 100 de la rsistance sismique requise par les dispositions du rglement municipal pour les nouveaux btiments et que a) le cot total de la rhabilitation dpasse 100 p. 100 sans dpasser 200 p. 100 de la valeur relle OU b) les travaux nincluent ni rajout ni modification de lusage principal.

Gouvernement fdral

La rfection dun btiment existant respectera, dans la mesure o cela est en pratique possible, les exigences du CNBC 1995 (selon la Partie II Structures permanentes, du Rglement canadien sur la scurit et la sant au travail.

Les normes ci-dessus sont tablies conformment au Code canadien du travail.

CNBC 1995 Commentaire K

La Partie 4 est rdige principalement pour la conception de nouveaux btiments ou de nouveaux rajouts.

Un btiment conu et construit conformment aux versions de 1970 ou ultrieures du code peut tre considr acceptable pourvu que le btiment ou son usage ne soit pas modifi de manire affecter son comportement structural ou accrotre la charge de la structure. (Commentaire K)

On peut considrer 0,6 ou 60 p. 100 de la valeur du CNBC 1995 comme le critre de dclenchement de travaux damlioration de la rsistance aux sismes dun btiment existant : il faudrait amliorer la structure des btiments ayant une rsistance de moins de 0,6 de la valeur du CNBC 1995, de prfrence 100 p. 100 de la valeur du CNBC 1995.

1.4 Rsum de la Partie A La section prcdente a pass brivement en revue les carts entre les codes et les rglements applicables concernant la protection en cas de sismes des btiments canadiens existants. Les normes du code du btiment concernant les forces sismiques latrales dans les rgions sismicit leve au Canada ont augment dau moins 100 p. 100 depuis le dbut des annes 70. Dans le cas de tremblements de terre allant de modrs forts, on ne sattend pas ce que les btiments conus et construits conformment aux codes du btiment antrieurs assurent le mme niveau de scurit que les btiments plus rcents, qui sont conus et construits conformment aux normes plus rigoureuses dfinies dans les codes plus rcents. Les codes et les rglements antrieurs taient moins rigoureux que les normes de construction actuelles de nouveaux btiments. La collectivit de la protection contre les sismes doit sattaquer

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rapidement au problme pos par le nombre important de btiments existants anciens et potentiellement vulnrables. Il est clair que la prparation un tremblement de terre des collectivits canadiennes, ainsi que la durabilit de ces collectivits grce un tat de prparation amlior, ncessitent des codes et des rglements proactifs plutt que ractifs. Ceux-ci, en retour, amlioreraient non seulement la performance des btiments nouveaux et existants au Canada, mais entraneraient aussi la ncessit deffectuer des travaux damlioration de la rsistance aux sismes dun btiment particulier, en se basant sur des performances insuffisantes plutt que sur le cot de la rhabilitation ou des modifications de lusage du btiment. 2.0 Partie B Technologies damlioration de la rsistance aux sismes des btiments : une tude 2.1 Introduction Plusieurs btiments existants, construits selon des codes plus anciens, ne possdent pas la rsistance aux sismes ncessaire et pourraient srieusement compromettre la scurit des personnes lors de phnomnes sismiques. Ces btiments, conus lorigine pour les charges centre de gravit, taient rarement difis de faon rsister aux secousses sismiques. Les anciens btiments en bton arm, particulirement ceux construits avant 1970, sont caractriss par les travaux non conformes suivants : poteaux peu rsistants au cisaillement, isolation insuffisante dans les zones darticulation flexion, barres de recouvrement inadquates pour le renforcement longitudinal, systmes structuraux fonds sur des poutres fortes et des poteaux faibles et assemblages poutre-poteau peu rsistants au cisaillement. Les sismes passs, y compris le sisme de San Fernardo en 1971, le sisme de Loma Prieta en 1989, le sisme de Northridge, en Californie, en 1994, le sisme de Kobe au Japon en 1995, les sismes de 1999 en Turquie et le sisme de Jiji, Taiwan, en 1999 ont fortement endommag sinon dtruit de nombreux btiments conus selon les anciens codes. Plusieurs des btiments fortement endommags taient situs dans des rgions o lon avait observ desmouvements sismiques modrs, ce qui signifie que la rsistance des anciens btiments nest pas adapte aux stimulations sismiques modres. la lumire de ces rsultats, des programmes globaux de renforcement ont t entrepris par les pays aux risques sismiques levs, notamment le Japon et les .-U., particulirement la Californie. Le Canada peut tirer une leon trs importante des tremblements de terre passs relativement la rsistance des btiments existants, et ce en raison des deux faits suivants. Tout dabord, le Canada nest pas labri de sismes importants. La cte ouest de la Colombie-Britannique et la valle du Saint-Laurent dans lest du Canada, comptant des populations importantes, sont des rgions dactivit sismique reconnues ?Comit consultatif du code national du btiment, 1995 (CNBC 1995)?. Puis, tout le monde sait que la rsistance aux sismes de la grande majorit des btiments, particulirement ceux construits avant 1970, nest probablement pas adapte des mouvements sismiques bien moins importants que ceux qui sont prciss dans le code national actuel (CNBC 1995). Par consquent, lamlioration de la rsistance des anciens btiments aux

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sismes (c.--d. rhabilitation ou renforcement) est ncessaire pour attnuer les risques quils prsentent et assurer la scurit de leurs habitants. Le programme dadaptation des btiments dune rgion donne comprend trois phases principales :

Slection et tablissement des priorits afin de dterminer la ncessit de procder une valuation plus approfondie de la performance sismique des btiments.

valuation dtaille visant dterminer ltendue et la gravit des travaux non acceptables des btiments.

Slection (ou conception) des techniques de renforcement appropries pour diffrents types de btiments.

Lobjectif du projet de slection et dtablissement des priorits est de dterminer et de classer tous les btiments risques levs dune rgion donne afin dallouer de faon optimale les ressources ncessaires aux processus dvaluation et de renforcement. Les principaux paramtres influant sur les risques sont : la sismicit du lieu, la vulnrabilit du btiment et les dimensions de sa structure. Une mthode de slection et dtablissement des priorits pour les structures des btiments a t labore par lInstitut de recherche en construction du Conseil national de recherches du Canada (1993). En ce qui concerne la deuxime phase du programme dadaptation des btiments, le Code national du btiment du Canada (CNBC 1995) et quelques directives techniques sont souvent utilises pour effectuer une valuation approfondie de la performance des btiments. En ce qui concerne la troisime et dernire phase, c.--d. llaboration de techniques de renforcement, de nombreuses recherches ont t effectues et plusieurs mthodes ont t labores. Bien que la plupart de ces techniques aient t principalement conues pour sappliquer des ponts, elles peuvent galement servir aux structures de btiments. Ce rapport a pour but de prsenter des techniques de renforcement ultramodernes pour les structures de btiments. Nous y dcrivons les techniques disponibles consacres au renforcement des poteaux en bton arm, des poutres et des assemblages poutre-poteau. Nous y prsentons de plus des procds visant renforcer la structure des btiments laide de dispositifs damortissement et de systmes disolation la base. 2.2 Amlioration de la rsistance des lments structuraux porteurs laide de materiaux composites renforcs de fibres Les termes matriau composite renforc de fibres, composite amlior ou polymre renforc de fibres sont gnralement employs pour dsigner les matriaux en fibres synthtiques tels que la fibre de verre, la fibre de carbone et laramide enchsse dans une rsine matrice (rsine poxyde ou ester). Les composites de fibres possdent habituellement un ratio rsistance-poids plus lev que celui des matriaux de construction conventionnels tels que lacier. Ces matriaux ont initialement t dvelopps pour les industries arospatiale et de la dfense. Nous croyons que la diminution des cots des matriaux de composites de fibres et la hausse

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de la demande de matriaux de construction efficaces et durables entraneront une plus grande utilisation de ces matriaux composites amliors dans les constructions civiles. De rcentes recherches et tentatives de dveloppement ont rvl que ces matriaux permettraient de renforcer plusieurs des structures en bton arm existantes. Les tles de polymre renforc de fibres, liaisonnes lextrieur, ont t introduites en Allemagne et en Suisse vers le milieu des annes 80 comme solution de rechange au procd consistant renforcer les poutres en bton laide de tles dacier (Nanni, 1995). Dans le secteur de la construction, les tles de composite de fibres sont dsormais prfres aux tles car elles sont plus faciles utiliser et offrent plus de possibilits. Tandis que les tles sont des matriaux plus appropris aux surfaces plates et aux poutres, les tles de composite sont plus efficaces sur les surfaces rondes (telles que les poteaux) ou les surfaces plus larges (telles que les murs). Cette tude est bas sur lutilisation de ces tles de composite de fibres pour renforcer les lments en bton arm. La fibre est llment porteur de charge principal dun composite. Par consquent, la fibre influe fortement sur les caractristiques mcaniques du composite, telles que le module de rsistance et dlasticit. La rsine fournit le mcanisme ncessaire au transfert de la charge de part et dautre des fibres. Elle protge galement les fibres des risques dabrasion et des autres attaques environnementales et chimiques. Les fibres peuvent tre orientes dans une seule direction (unidirectionnel) ou dans plusieurs directions afin doptimiser la performance du composite. Les proprits mcaniques des matriaux composites varient considrablement. Ces proprits sont lies aux proprits des fibres contenues dans le composite ainsi quau ratio volume-fibre, c.--d. le ratio du volume des fibres par rapport au volume total du composite. En gnral, les composites de fibres de carbone sont plus solides et plus rigides que les composites de fibres de verre. Le tableau 2.1 rsume les principales proprits des matriaux composites courants. La figure 42 montre les relations tension-effort types des matriaux composites de fibres de carbone et de fibres de verre. On peut voir daprs cette figure que ces composites sont tous deux caractriss par des relations tension-effort linaires.

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Tableau 3 Proprits des matriaux composites de pointe (Priestley et coll. 1996).

Matriau Module

dlasticit (Gpa)

Limite dlasticit la traction, fu

(Mpa)

Limite dallongement, u

(%) Fibres

Carbone 160 - 270 1400 - 6800 1,0 2,5 Aramide 62 - 83 2800 3,6 4,0 (Kevlar29) Verre 81 3400 4,9 Polythylne 117 2600 3,5 (Spectra 900)

Rsine poxyde 2,0 4,5 27 - 62 4 - 14 Vinylester 3.6 80 4

Figure 1 Caractristiques mcaniques types des chemises des poteaux en

forme danneau (Seible et coll. 1997).

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2.2.1 Techniques de renforcement La technique consistant renforcer les fibres en enveloppant un lment de tles de composite de fibres est un processus relativement simple. Bien que linstallation du systme de renforcement du composite varie dun fabricant ou dun installateur lautre, le processus passe gnralement par les tapes suivantes:

La technique consistant renforcer les fibres en enveloppant un lment de tles de composite de fibres est un processus relativement simple. Bien que linstallation du systme de renforcement du composite varie dun fabricant ou dun installateur lautre, le processus passe gnralement par les tapes suivantes :

Inspecter la condition de surface de llment de structure renforcer. Rparer les fissures et les surfaces effrites avec une injection dpoxyde et du

mortier rsine poxydique. Prparer la surface de llment de structure (avec des meules main et du

sablage humide au besoin) en liminant les saillies et en sassurant que le profil est adquat.

Appliquer une couche dapprt puis du mastic de vitrier afin dassurer ladhrence des feuilles de fibres.

Appliquer une premire couche dagent dimprgnation. Appliquer les feuilles de fibres sur la surface, comme sil sagissait de papier

peint. Appliquer une deuxime couche dagent dimprgnation, une fois que les feuilles

auront bien durci, gnralement au bout dune heure. Rpter les tapes 6 et 7, jusqu ce que toutes les couches de fibres soient

installes. 2.2.2 Poteaux De nombreuses recherches ont t ralises dans le but de dterminer lefficacit des chemises de composite de fibres en matire dadaptation des poteaux. La figure 2 dcrit le renforcement de poteaux rectangulaires et circulaires laide de chemises de composite de fibres. En gnral, les rsultats des essais de renforcement des poteaux circulaires avec des chemises de matriau composite ont dmontr une amlioration des paramtres disolation, de ductilit et de rsistance au cisaillement. Nous examinerons ci-dessous les rsultats des essais exprimentaux visant dterminer les effets des composites de fibres sur la flexion, le cisaillement et le dcollage des barres de recouvrement. Parmi les multiples vrifications exprimentales (Priestley et coll. 1996, Seible et coll. 1997, Saadatmanesh et coll. 1996, 1997a, 1997b) qui ont t effectues, nous prsenterons celle de lquipe de Seible et coll. (1997), portant sur les chemises en fibres de carbone, ainsi que les rsultats auxquels ils sont parvenus. Les chercheurs de cette quipe ont effectu des essais sur trois ensembles de maquettes de poteaux de ponts 45 p. 100, afin dvaluer lefficacit des chemises en fibres de carbone pour les trois modes de dfaillance possible des poteaux, c.--d. provoque par une flexion, un cisaillement et un dcollage des barres de recouvrement. Chaque

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ensemble comprend deux spcimens, un qui reprsente un poteau non modifi et un autre qui reprsente un poteau renforc. Les figures2 4 fournissent certains rsultats de ces essais, qui montrent les effets du renforcement des poteaux sur la flexion, le cisaillement et le dcollage des barres de recouvrement. Flexion : Les charges-dcallage latrales (c.--d. les cycles dhystrsis) des poteaux non modifis et des poteaux renforcs, obtenues en appliquant des charges cycliques horizontales sur le sommet des poteaux, sont prsents dans les figures 3(a) et 3 (b), respectivement. La figure 3(b) montre que la chemise de fibres de carbone accrot la capacit ductile des poteaux. Tandis que le ratio maximum de ductilit des poteaux non modifis est de 3 (point d dans la figure 3(a)), le poteau renforc montre une ductilit maximale denviron 7 (point g dans la figure 3 (b)), sans que cela cause une diminution de la capacit cyclique. En examinant les zones encloisonnes par les cycles dhystrsis des poteaux non modifis et des poteaux renforcs, on saperoit que les chemises de carbone ont nettement amlior la capacit dabsorption dnergie du poteau. Cisaillement : Les cycles dhystrsis provenant des essais sur les poteaux non modifis et les poteaux renforcs sont prsents dans les figures 4(a) et 4(b), respectivement. Ces figures prouvent lefficacit des chemises de fibres de carbone. Comme on peut le voir sur la figure 4(b), la chemise offre une certaine ductilit aux poteaux, mme dans le cas de dformations inlastiques importantes. Les poteaux renforcs ont produit une ductilit maximale denviron 10 (point h dans la figure 4(b)) sans que cela ne cause de diminution de la rsistance. Cette ductilit est trois fois plus importante que celle du poteau non modifi (ductilit de 3, tel que cela est indiqu par le point c de la figure 4(a)). Par ailleurs, la forme des cycles dhystrsis des poteaux renforcs indique clairement que la chemise de carbone a donn une capacit de dissipation dnergie substantielle au poteau. Ces rsultats prouvent que les chemises de fibres de carbone proprement conues peuvent empcher les ruptures par cisaillement et que leur utilisation peut amliorer la ductilit des poteaux renforcs. Fixation des barres de recouvrement : La figure 5 montre les cycles dhystrsis obtenus lors des essais effectus sur les poteaux renforcs. Les cycles des poteaux non modifis ne sont pas inclus dans cette figure, car ils nont pas t fournis par Seible et coll. (1997). Toutefois, daprs les enveloppes des dplacement de charges prsentes par Seible et coll. (1997) [voir la figure 6(d) de ce document], on peut voir que le poteau non modifi sest dform un niveau trs bas, c.--d. avec un ratio de ductilit denviron 1. Dun autre ct, la figure montre quavec des cycles dhystrsis stables, la chemise de fibres de carbone a gnr un ratio de ductilit allant jusqu 10, ce qui indique que cette mthode de renforcement est trs efficace pour les poteaux munis de barres de recouvrement inadquates.

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Figure 2 Renforcement avec des chemises de matriaux composites (Priestley et coll. 1996); (a) renforcement de poteaux rectangulaires : moulage la main; (b) renforcement de la zone de chevauchement des appuis de poteaux circulaires.

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Figure 3 Charge-dplacement latral dun poteau non modifi et dun poteau renforc, en cas de flexion (Seible et coll. 1997); (a) poteau non modifi; (b) poteau envelopp de fibres de carbone.

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Figure 4 Charge-dplacement latral dun poteau non modifi et dun poteau renforc, en cas de cisaillement (Seible et coll. 1997); (a) poteau non modifi; (b) poteau envelopp de fibres de carbone.

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Figure 5 Charge-dplacement latral dun poteau renforc, en cas de dcollage des barres de recouvrement (Seible et coll. 1997)

2.2.3 Poutres Les composites de fibres en tant que matriau dadaptation des btiments aux normes sismiques ont initialement t employs sur des poutres. Au milieu des annes 80, lAllemagne et la Suisse ont rhabilit les poutres de leurs structures de btiments laide de composites de fibres (Nanni, 1995). Des tles de polymre renforc de fibres (PRF), liaisonnes lextrieur, ont t utilises pour remplacer les tles dacier et renforcer les poutres en bton arm. Depuis lors, on a fabriqu plusieurs types de composite de fibres et dvelopper de nouvelles techniques de renforcement des poutres en bton. En plus des tles de PRF, on a galement employ des feuilles de PRF flexibles pour envelopper les poutres. Un examen de la documentation disponible indique que de nombreuses recherches ont t entreprises au cours des annes 90 afin dtudier la rsistance de poutres enveloppes de tles et de feuilles de PRF. La rsistance des poutres la flexion et au cisaillement a t tudie en profondeur. (Arduini et Nanni 1997; Mukhopadhyaya et coll.1998; Buyukozturk et coll. 1998; Khalifa et coll. 1998; Spadea et coll. 1998). Toutefois, dans toutes ces tudes exprimentales, seules des charges statiques taient appliques. Flexion : Le renforcement relatif la rsistance la flexion consiste coller les tles ou les feuilles de PRF sur le pan de tension de la poutre. La longueur de la tle (ou de la feuille) est habituellement identique ou lgrement infrieure celle de la poutre. De mme, la plaque a normalement la mme largeur que la poutre (ou un peu plus troite). Des tudes exprimentales dmontrent que, tandis que la capacit du moment peut tre

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augmente en accroissant la rsistance la flexion, cet accroissement peut par ailleurs provoquer un cisaillement. La rupture provoque par les fissures de cisaillement lextrmit de la tle et les ruptures provoques par le dcollage des tles sont les cas de rupture les plus frquents. Pourviter ces ruptures, les tles de PRF (ou feuilles) doivent tre ancres adquatement. La figure 6 prsente trois types de systme d'ancrage utiliss lors des tudes exprimentales menes par Spadea et coll. (1998), Muchopadhyaya et coll. (1997) et Arduini et Nanni (1997). On utilise le systme d'ancrage dont se sont servi Arduini et Nanni (1997), prsent dans la figure 6, en enveloppant les trois cts de la poutre avec deux feuilles de PRF (c.--d. chemises en U). En plus de l'ancrage de la feuille de PRF autour de la base de la poutre, ce systme permet d'accrotre la rsistance au cisaillement de la poutre. Cisaillement : Tandis que l'utilisation d'un systme d'ancrage adquat permet d'accrotre la rsistance la flexion, la rsistance de la poutre peut tre limite par sa rsistance au cisaillement. Par consquent, lorsquun lment flchi prcis doit tre renforc, il faut tenir compte des effets combins de la rsistance la flexion et au cisaillement. Les tudes exprimentales ont dmontr que les feuilles de PRF permettent daccrotre la rsistance des poutres en bton arm. La figure 7 montre plusieurs de ces configurations. Diffrentes options permettent de choisir les surfaces de collage appropries [figure 7(a)], telles quun renforcement continu ou une srie de bandes [figure 7(b)] et de dcider de la ncessit dutiliser un ancrage mcanique [figure 7(e)]. De plus, tant donn que le PRF est un matriau anisotrope, caractris par une rsistance adapte la direction des fibres, ces dernires peuvent tre orientes dans la direction qui produira une rsistance maximale aux fissures de cisaillement [figure 7(c)]. De plus, il pourrait savrer avantageux de crer une pseudo-isotropie en orientant les fibres dans deux directions perpendiculaires [figure 7(d)]. La figure 8 prsente quelques rsultats provenant de vrifications exprimentales relatives lefficacit des feuilles de PRF par rapport la rsistance des poutres en bton arm. Les dimensions et la rsistance des spcimens sont indiques dans la figure 8(a). La comparaison entre la charge et les courbes de dformation pour les spcimens non modifis (sans renforcement) et les spcimens renforcs est illustre dans la figure 8(b). La courbe du bas (M1) correspond au spcimen non modifi. Les trois courbes (MM2, MM3 et MM4) correspondent aux spcimens dont la rsistance la flexion a t renforce laide de feuilles de PRF places sur la partie infrieure des pans de poutres sans ancrage. La courbe suprieure (9MM5) correspond au spcimen dont la rsistance la flexion a t renforce laide de feuilles de PRF places sur la partie infrieure des pans et des feuilles de PRF en forme de U, disposes de manire couvrir la partie infrieure ainsi que les parties verticales du pan [figure 7(e)]. Les feuilles de PRF en forme de U accroissent la rsistance la flexion tout en fournissant un ancrage qui empche le dcollage des feuilles infrieures tout en renforant la rsistance au cisaillement. La figure 8 indique clairement quune poutre renforce de feuilles de PRF, telle que le spcimen MM5, accrot nettement la rsistance la flexion.

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Figure 6 Trois types dancrage utiliss dans les tudes exprimentales : (a) par des chemises en U et des bandes en acier (Spadea et coll. 1998); (b) par des chemises en U et des verrous en acier (Mukhopadhyaya et coll. 1998); (c) par des feuilles de PRF enroules autour des trois cts de la poutre (Arduini et Nanni, 1997).

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Figure 7 Configurations de renforcement laide de PRF (Khalifa et coll. 1998).

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Figure 8 Comparaison des dimensions et de la charge du spcimen avec les courbes de dformation mi-porte (Arduini et Nanni, 1997).

2.2.4 Assemblages poutre-poteau Les tudes sur le renforcement des assemblages poutre-poteau laide de feuilles de PRF sont trs rares. Tout rcemment, Pantelis et coll. (2000) ont communiqu les rsultats dune tude exprimentale quils ont effectue la Utah University, Salt Lake City. Des charges cycliques inverses ont t appliques deux spcimens de demi-grandeur, reprsentatifs des constructions des annes 60, cest--dire avec une rsistance insuffisante. Des essais ont t effectus sur un spcimen non modifi et un spcimen renforc avec un composite de PRF afin dvaluer lefficacit du polymre sur le plan du renforcement de la rsistance au cisaillement. Il ny a pas de renforcement transversal la base de lassemblage, et les barres longitudinales de la poutre ne sont pas proprement ancres la connexion. Durant lessai de chargement, le poteau tait soumis une charge longitudinale visant simuler la charge produite par la gravit, tandis quune charge cyclique inverse tait applique lextrmit libre de la poutre. Le deuxime spcimen a t renforc laide de feuilles de PRF afin damliorer la rsistance au cisaillement et la ductilit de lassemblage (figure 9). Les relations dhystrse de charge-dplacement des essais sur les spcimens non modifis et renforcs sont prsentes dans les figures 10(a) et 10(b), respectivement. Il est clair que le spcimen renforc a bien mieux ragi que le spcimen non modifi. Le dplacement maximal du spcimen renforc est

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denviron 7 p. 100, soit le double du dplacement du spcimen non modifi. Toutefois, bien que le renforcement accroisse la rsistance au dplacement, les cycles dhystrsis des spcimens renforcs indiquent un resserrement significatif (figure 10(b)), or cela nest pas leffet recherch. Figure 9 Plan du renforcement du composite (Pantelidis et coll. 2000).

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Figure 10 Rsultats exprimentaux pour des spcimens non modifis et renforcs : (a) rponse dhystrsis de charge-dplacement pour le spcimen non modifi, (b) rponse dhystrsis de charge-dplacement pour le spcimen renforc, (c) courbes dorsales (Pantelidis et coll. 2000).

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2.2.5 Murs de contreventement Ltude prliminaire sur lusage des composites de fibres pour le renforcement parasismique des murs de contreventement en bton arm a t effectue la Carleton University et au ministre fdral de Travaux publics et Services gouvernementaux Canada (Lombard et coll. 2000). Quatre sries dessais ont t effectues sur des spcimens de murs de contreventement en bton arm de demi-grandeur, y compris un mur de contrle, un mur rpar (rparer le mur de contrle qui a t prcdemment test et endommag), ainsi que deux murs renforcs. Le premier renforcement de mur consistait appliquer la verticale une couche de fibres de carbone sur les deux cts du mur. Le second renforcement de mur consistait appliquer une feuille horizontale et deux feuilles verticales de fibres de carbone sur les deux cts du mur. Tous les spcimens de mur avaient les mmes dimensions (2,0 x 1,5 x 0,1 m), les mmes dtails conceptuels et les mmes proprits de matriau. La figure 11 montre comment lessai a t men et la figure 12 illustre le systme dancrage des feuilles de fibres de carbone la base des spcimens. Les rsultats des essais ont dmontr lefficacit de la rparation et du renforcement des murs de contreventement en bton arm avec les feuilles de composite de fibres. La figure 13 prsente les caractristiques de charges-dplacement des quatre murs dessai. Les diffrentiels de charges (et les diffrentiels de dplacement) du mur de contrle, du mur de rparation, du mur renforc n 1 et du mur renforc n 2 sont les suivants : 122 kN, 158 kN, 153 kN et 210 kN (3,7 mm, 5,4 mm, 1,6 mm et 2,4 mm), respectivement. Les charges ultimes correspondantes sont les suivantes : 178 kN, 320 kN, 258 kN et 413 kN. La figure 11 indique que les dcalages dus aux charges ultimes sont de 18 mm, 40 mm, 24 mm et 25 mm pour les quatre murs dessai, ce qui reprsente des ratios de ductilit de 4,9; 7,4; 15,0 et 10,4. Le renforcement des murs de contreventement en bton arm laide de feuilles de composite de fibres semble une solution de rechange possible. La rsistance la charge et la ductilit des murs renforcs et rpars samliorent lorsque des feuilles de composites de fibres sont ajoutes des deux cts des murs. Toutefois, ces essais prliminaires indiquent galement que le systme dancrage entre les feuilles et la semelle joue un rle primordial sur le plan de lefficacit de ce systme amlior. Un systme dancrage inadquat limitera ventuellement le transfert de charge des feuilles aux lments adjacents, causant une rupture prmature (dcollement ou arrachage des feuilles de fibres) du mur renforc.

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Figure 11 Mise en place des essais sur un mur de contreventement (Lombard et al, 2000)

Figure 12 Systme dancrage pour les feuilles en fibres de carbone la base

du mur (Lombard et al, 2000)

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Figure 13 Courbes charge-dplacement des quatre essais sur les murs (Lombard et al, 2000)

(a) Courbes charge-dformation pour le spcimen du mur de contrle

(b) Courbes charge-dformation pour le spcimen du mur de rparation

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Figure 13 Courbes charge-dplacement des quatre essais sur les murs (Lombard et al, 2000) (continu)

(c) Courbes charge-dformation pour le spcimen du mur no 1

(d) Courbes charge-dformation pour le spcimen du mur no 2

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2.2.6 Rsum La technologie du renforcement par les fibres est lune des technologies les plus efficaces daccroissement de la rsistance des poteaux aux sismes. Son application est relativement simple, trs peu drangeante pour les occupants des btiments et peu exigeante en main-duvre. Ainsi, elle reprsente lune des solutions de rechange les plus souhaitables en matire daccroissement de la rsistance des btiments existants aux sismes. Les caractristiques non corrosives des fibres de carbone et leur rsistance la plupart des substances chimiques donnent ce systme de renforcement une dure de vie bien plus longue que celle des matriaux conventionnels tels que lacier, c.--d. une valeur plus conomique long terme. Alors que lutilisation de composites de fibres pour adapter les structures de ponts est relativement commune et bien tablie, son application aux btiments na pas encore t clairement adopte. Cette application soulve les questions suivantes :

Durabilit long terme dans un environnement intrieur encloisonn; Rsistance au feu (risque potentiel li la fume); et Comportement dynamique renforcement des poutres, y compris lefficacit de

lancrage d la prsence de dalles de plancher, et lefficacit du renforcement quand les poutres sont soumises des charges cycliques inverses.

Lefficacit des composites de PRF pour le renforcement des assemblages poutre-poteau en bton arm na pas t tudie de manire approfondie. Les rsultats dtudes exprimentales limites ont indiqu certaines amliorations de la performance des spcimens renforcs. Des recherches exprimentales et analytiques plus approfondies doivent tre entreprises avant de proposer des recommandations dfinitives. De plus, la mise en uvre de la technique de renforcement poserait des problmes pratiques en raison de la prsence de dalles de plancher au niveau des assemblages poutre-poteau. 2.3 Amlioration des elements structuraux lide de chemises en acier 2.3.1 Technique damlioration Les chemises en acier sont largement utilises pour accrotre la rsistance des poteaux de ponts de type autoroute aux sismes ou pour les rparer. Les caractristiques des diffrentes chemises en acier (telles que la gomtrie des chemises et les proprits du coulis) peuvent varier, bien que la procdure et le fondement de la plupart des systmes de gainage dacier soient plus ou moins similaires. Un poteau circulaire dficient est envelopp de couches (ou chemises) dacier prfabriques soudes ou jointes mcaniquement. Le mince espace entre la chemise et le poteau, gnralement infrieur 10 mm, est rempli de coulis de ciment afin dassurer la continuit entre la chemise et le poteau. La nouvelle section de poteau, qui se compose de la section de poteau existante et de la nouvelle couche dacier externe, est aussi plus

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solide (possde une rsistance la charge plus leve) et plus rigide (attire des charges plus leves, ce qui nest pas souhaitable) que le poteau original. Pour les poteaux circulaires, les chemises prennent la forme de deux demi-couches lgrement surdimensionnes pour faciliter leur installation, soudes sur place aux jointures verticales. Pour les poteaux rectangulaires, la chemise est habituellement roule en forme elliptique et les espaces les plus larges entre le tubage et le poteau sont remplis de bton plutt que de coulis de ciment (figure 14). La forme elliptique est ncessaire pour appliquer une pression de confinement par retenue passive dans les rgions de rotules plastiques. Afin dempcher la chemise de sappuyer sur la semelle lors de la compression, un espace vertical denviron 25 mm est gnralement prvu entre la chemise et la semelle. La figure 15 montre un poteau rectangulaire renforc avec une chemise en acier elliptique la base de la barre de recouvrement approprie (Priestley et coll. 1996). Figure 14 Renforcement de poteaux circulaires et rectangulaires avec des chemises

en acier; les poteaux prsents dans cette figure ont t utiliss dans ltude effectue par Priestley et coll. (1994, 1994a).

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2.3.2 Poteaux Lefficacit du gainage dacier pour le renforcement de poteaux en bton arm a t tudie par plusieurs chercheurs. En 1987, la University of California San Diego a entrepris un important programme de recherche consistant examiner diverses techniques de renforcement pour les poteaux de ponts en vue damliorer la performance sismique des ponts existants. LUniversity of California a effectu des essais sur plusieurs poteaux envelopps dacier afin dexaminer la possibilit dutiliser les chemises en acier pour renforcer la rsistance la flexion et la rsistance au cisaillement des poteaux et pour prvenir le dcollage des barres de recouvrement dans les poteaux des ponts plus anciens. Certains des rsultats de ces tudes sont dcrits ci-dessous. Flexion : Chai et coll.(1991) ont effectu des vrifications exprimentales de la performance des poteaux circulaires renforcs avec des chemises en acier. Un groupe dessais portait particulirement sur lamlioration de la rsistance la flexion des poteaux. La figure 16 prsente la gomtrie et le renforcement des poteaux non modifis utiliss pour les essais sur la flexion. La longueur de la chemise employe pour renforcer le poteau tait de 1,2 m (48 po), de faon ce que le moment situ juste au-dessus de la chemise ne soit pas suprieur 75 p. 100 de la rsistance la flexion. La figure 17 montre les courbes de charge-dplacement des poteaux non modifis et renforcs qui ont t obtenues en appliquant des charges cycliques au sommet de chaque poteau. Ces figures dmontrent que la chemise en acier a nettement amlior la performance de flexion du poteau. Tandis que le poteau non modifi a relativement bien ragi en affichant un ratio de ductilit de 4, le poteau renforc a trs bien ragi, affichant un ratio de ductilit de 8, ce qui correspond un ratio de dplacement de 6 p. 100. Cisaillement : Priestley et coll. (1994, 1994a) ont tudi lefficacit des chemises en acier pour les poteaux renforcs, aux tensions de cisaillement insuffisantes. Les essais ont t effectus la fois sur des poteaux circulaires et rectangulaires (figure 16), laide de chemises en acier appliques sur toute la longueur. Des chemises circulaires ont t utilises pour renforcer les poteaux circulaires et des chemises elliptiques ont servi au renforcement des poteaux rectangulaires. La figure 17 est reprsentative de la raction des poteaux non modifis et renforcs, auxquels des chemises en acier ont t appliques sur toute la longueur. La comparaison de la figure 17(a) du poteau non modifi et de la figure 17(b) du poteau renforc indique clairement que la chemise en acier augmente la rsistance et la ductilit des poteaux. Tandis que le poteau non modifi a subi une rupture et que son ratio de ductilit a atteint la valeur de 1,5, la performance des poteaux renforcs tait excellente et a atteint un ratio de 8. Dcollage des barres de recouvrement : Chai et coll. (1991) ont galement tudi lefficacit des chemises en acier circulaires sur la plan de lamlioration de la performance des poteaux circulaires ayant des barres de recouvrement inadquates. Les poteaux construits possdaient des barres de recouvrement 20 fois plus grandes que le

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diamtre de la barre longitudinale situe dans la rgion de la rotule plastique (c.--d. juste au-dessus de la semelle), ce qui tait une pratique courante dans lindustrie de la construction avant les annes 70. La longueur de la chemise tait de 1,20 m, tel que lindique la figure 16. La figure 18 prsente les rsultats des essais effectus sur les poteaux non modifis et renforcs. Le poteau non modifi ne prsentait pratiquement aucune ductilit, ce qui a provoqu une rupture fragile lorsque le ratio de ductilit a atteint la valeur de 1,5. Le poteau renforc a trs bien ragi et son ratio de ductilit a atteint la valeur de 7. Chemises en acier rectangulaires : Daprs la documentation publie, les recherches menes sur le renforcement des poteaux en bton arm ralises lUniversity of California San Diego sont principalement associes lusage de chemises en acier circulaires et elliptiques. Les recherches sur les poteaux rectangulaires sont trs limites. Priestely et coll. (1994) ont mentionn que les essais antrieurs raliss principalement au Japon et en Nouvelle-Zlande ont montr que le gondolement des chemises rectangulaires tendait survenir dans la rgion des rotules lorsque les poteaux subissaient de larges dcalages latraux cycliques, mme lorsque de larges chemises taient utilises. Par consquent, les chemises rectangulaires nont pas provoqu un confinement adquat du bton, ni un renforcement de la compression dans la rgion de la rotule plastique. Cela est prsent dans la figure 20. Figure 15 Barre de recouvrement dune base de poteau rectangulaire renforc

avec une chemise en acier (Priestley et coll. 1996)

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Figure 16 Gomtrie et renforcement dun poteau circulaire utilis pour le renforcement de flexion et le renforcement des barres de recouvrement, laide de chemises en acier circulaires. (Chai et al 1991).

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Figure 17 Rponse dun dplacement latral de charge dun poteau circulaire non modifi et dun poteau circulaire renforc avec une chemise en acier pour une amlioration du rendement de flexion. (Chai et coll. (1991); (a) poteau non modifi, (b) poteau renforc; [poteau n3 (non modifi) et poteau n4 (renforc) dans ltude de Chai et coll. (1991)].

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Figure 18 Rponse dun dplacement latral de charge dun poteau rectangulaire non modifi et dun poteau rectangulaire renforc avec une chemise en acier pour une amlioration de la rsistance au cisaillement. (Priestley et coll. 1994a); (a) poteau non modifi, (b) poteau renforc; [poteaux R3A (non modifi), et R4R (renforc) dans ltude de Priestley et coll. 1994a)].

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Figure 19 Rponse dun dplacement latral de charge dun poteau circulaire non modifi et dun poteau circulaire renforc avec une chemise en acier pour le dcollage des barres de recouvrement (Chai et coll. (1991); (a) poteau non modifi, (b) poteau renforc; [poteaux n 1 (non modifi) et n 6 (renforc) dans ltude de Chai et coll. (1991)].

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Figure 20 Section rectangulaire enveloppe par une chemise rectangulaire (Priestley et coll. 1994)

2.3.3 Assemblages poutre-poteau Au cours des dernires dcennies, plusieurs tudes exprimentales portant sur la raction des assemblages intrieurs et extrieurs types auxquels taient appliques des charges cycliques ont t effectues. Toutefois, trs peu de recherches et dtudes exprimentales ont t effectues sur les techniques de renforcement des assemblages. Un examen de la documentation a rvl que la MacMaster University a effectu lune des tudes les plus compltes sur le renforcement des assemblages poutre-poteau (Ghobarah et coll. 1996, 1997, Biddah 1997). Toutefois, ces tudes ont t entreprises pour une application particulire, c.--d. pour des joints de cadres brutes (sans dalle), soutenant les larges conduits en bton des centrales nuclaires; ainsi, nul na examin les problmes relatifs au renforcement des joints pour les structures de btiments possdant des dalles de plancher. La mthode sous-entend lusage du systme des chemises en acier ondules, tel que cela est indiqu dans la figure 21. La chemise ondule est rigide et exerce une pression de confinement en appliquant une retenue passive dans la rgion de confinement. Ghobarah et coll. (1996, 1997) ont prsent les vrifications exprimentales quils ont effectues sur trois spcimens, intituls J1, J3 et J4. Le cadre tait compos de poteaux flexibles, de poutres solides et de joints faibles, ce qui reprsentait le type de conception non ductile du code de 1969. Les liens lintrieur des assemblages et des poteaux taient peu prs 16 p. 100 de ce qui tait recommand par les normes de la CSA relativement au bton (CSA A 23.3, 1994). Tous les spcimens taient de dimensions identiques, reprsentant un tiers de la taille de lassemblage poutre-poteau proprement dit (figure 21). Le spcimen J1 correspondait aux conditions non modifies, c.--d. quil ne contenait aucune chemise. Le spcimen J3 tait compos dune chemise en acier ondule enveloppant le poteau et la poutre, afin damliorer leur rsistance une secousse sismique. Du coulis retrait nul dune paisseur de 25 mm a t plac entre le bton et la chemise en acier. Les cornires en acier ont t fixes la poutre sur le ct frontal du

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poteau afin que ce dernier rsiste la pression de confinement provenant du bton, dans la rgion de lassemblage. On a laiss un espace de 20 mm entre le poteau et la chemise de la poutre. Le spcimen J4 tait agenc de la mme manire que le spcimen J3, mais aucune chemise en acier na t fixe la poutre. Lassemblage de la chemise du spcimen J3 est prsent dans la figure 22. Les dtails de ltude exprimentale sont voques ailleurs (Ghobarah et coll. 1996, 1997). Les poteaux taient munis de supports charnires aux deux extrmits, tandis que lextrmit de la poutre tait assujettie une charge cyclique verticale (figure 21). Les courbes charge-dviation de lextrmit de la poutre des trois spcimens sont prsentes dans la figure 23. On peut voir sur cette figure que le spcimen 2 ragit peu, les anneaux dhystrsis sont pincs et le seuil de rsistance est rapidement dpass. Les anneaux dhystrsis du spcimen J3 indiquent clairement les effets du confinement provoqus par la chemise. La rsistance de flexion positive et ngative ont toutes deux t atteintes et maintenues pendant plusieurs cycles. Le spcimen J4 est mi-chemin entre les rsultats obtenus avec les spcimens J1 et J3. Lefficacit des chemises de poutre peut tre value en comparant la raction des spcimens J3 et J4.

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Figure 21 Dimensions des spcimens dessai (Ghobarah et coll. 1996)

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Figure 22 Assemblage de chemises de poutre et de poteau (Ghobarah et coll. 1996).

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Figure 23 Relations charge-dplacement des extrmits de poutre pour les spcimens J1, J3 et J4 (Ghobarah et coll. 1996).

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2.3.4 Rsum Le renforcement de poteaux circulaires avec des chemises en acier circulaires et le renforcement de poteaux rectangulaires avec des chemises elliptiques permet damliorer considrablement la rsistance sismique des poteaux. Lefficacit des chemises en acier a t clairement dmontre, la fois par les recherches exprimentales et par les observations sur le terrain effectues durant le sisme de Northbridge en 1994. Plusieurs ponts renforcs avec des poteaux envelopps de chemises en acier se trouvaient dans des rgions ayant subi des secousses intenses qui ont atteint une acclration maximale de 0,25 g. Aucun de ces poteaux ne semble avoir subi de dommages importants (Chai, 1996). Toutefois, cette technique est coteuse et exigeante en main-duvre. Compte tenu de la grande efficacit de cette technique et de son cot, les chemises en acier pourraient ventuellement tre utilises dans les installations industrielles possdant un nombre restreint de poteaux ncessitant un renforcement. Cependant, dans le cas des btiments types o plusieurs poteaux doivent tre renforcs, cette technique savre trop onreuse. Les chemises en acier rectangulaires destines au renforcement des poteaux rectangulaires amliorent aussi la rsistance et la ductilit des poteaux. Toutefois, les rsultats des recherches ont dmontr que les chemises rectangulaires sont moins efficaces que les chemises elliptiques. Peu de recherches ont t effectues sur le renforcement des assemblages poutre-poteau des btiments plus anciens. Le renforcement au moyen de chemises en acier ondules semble tre un moyen efficace de renforcer les assemblages poutre-poteau. Toutefois, cette technique a t dveloppe dans un but particulier, c.--d. pour des assemblages poutre-poteau sans dalles de plancher. Les systmes de dalles employs dans les structures de btiments ordinaires rendraient difficiles les oprations de renforcement des assemblages poutre-poteau. 2.4 Amlioration des poteaux en bton arm par prcontraire transversale 2.4.1 Technique d'amlioration Comme on la prcdemment dcrit, lutilisation de chemises en acier ou de composites de fibres amliore la performance des lments structuraux grce un renforcement supplmentaire et une augmentation de la pression de confinement par retenue passive. La chemise en acier ou en composite qui entoure llment structural assure cette pression latrale passive. On peut galement amliorer la performance des lments structuraux au moyen dune prcontrainte externe qui assure une armature supplmentaire ainsi quune pression latrale active. Une nouvelle technique mise au point lUniversit dOttawa et appele Retro-belt (Saatcioglu et coll., 2000), utilise des poteaux en bton prcontraints obtenus au moyen de bandes dacier haute rsistance places autour des poteaux. Les bandes dacier, faites de torons en acier sept fils et dlments dancrage spcialement conus,

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sont places autour du poteau en respectant des espacements particuliers et sont prcontraintes un niveau de contrainte prdtermin. Les lments dancrage, placs sur la surface du poteau, assurent un ancrage adquat des deux extrmits du toron. Bien que le toron en acier agisse comme une armature supplmentaire contre le cisaillement, la pression latrale active amliore le confinement du bton, augmentant la rsistance au cisaillement et la flexion. La prcontrainte assure galement une force de fermeture adquate des zones de jointures longitudinales, corrigeant la dficience des barres de recouvrement inadquates souvent installes dans des rgions darticulation potentielles des poteaux existants. On prsente dans la figure 24 llvation dun poteau circulaire renforc par une prcontrainte externe. On dcrit dans la figure 25 le renforcement dun poteau carr utilisant une prcontrainte externe produite par des disques de concentration des contraintes. La pice dappoint supplmentaire ncessaire pour des poteaux rectilignes aide assurer une pression pratiquement uniforme sur les cts de ces poteaux. La pice dappoint se compose de profils de charpente creux (PCC) utiliss comme bandes externes, avec des disques de concentration des contraintes de diamtres diffrents souds sur ces profils. Ces disques assurent une rpartition uniforme de la force de prcontrainte sur les quatre cts du poteau. Les torons sont directement placs sur les disques de concentration des contraintes de faon produire des composantes de force perpendiculaires. On calcule les hauteurs et les emplacements des concentrations de contrainte pour assurer une rpartition approximativement gale des composantes de force.

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Figure 24 Renforcement dun poteau circulaire tat de cisaillement dominant (Saatcioglu et coll, 2000).

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Figure 25 Renforcement dun poteau carr tat de cisaillement dominant (Saatcioglu et coll, 2000)

2.4.2 Poteaux LUniversit dOttawa a men des recherches exprimentales approfondies sur le renforcement sismique des poteaux en bton arm (Yalcin 1997; Mes 1999; Beausejour, 2000; Saatcioglu, 2000). la suite de ces tudes, une nouvelle technique de renforcement a t mise au point. Cette technique requiert une prcontrainte externe qui exerce une pression latrale passive et active pour compenser une expansion latrale du bton sollicit lors dune compression. Cette technique produit galement une force de fermeture des emplacements des barres de recouvrement pour amliorer la liaison entre lacier et le bton. Dans des poteaux tat de cisaillement dominant, une prcontrainte transversale amortit la tension diagonale cause par le cisaillement, amliorant ainsi la rsistance au cisaillement du poteau. On sassure de la prcontrainte en plaant des torons en acier sept fils haute rsistance autour du poteau. Ces torons sont prcontraints par un petit vrin hydraulique et sont fixs au moyen dlments dancrage spcialement conus. Le programme des recherches exprimentales portait sur 19 poteaux de soutnement de pont de grandeur relle, avec des poteaux carrs et circulaires, tests dans des conditions simules de charge sismique. Les essais ont t diviss en trois phases. La premire phase consistait tudier des poteaux tat de cisaillement dominant avec une armature longitudinale continue en labsence de barre de recouvrement. La deuxime phase consistait tudier des poteaux tat de flexion dominant avec une armature

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continue, alors que la troisime phase consistait tudier des poteaux tat de flexion dominant aussi bien qu tat de cisaillement dominant avec des barres de recouvrement. Cisaillement : les poteaux circulaires et carrs tudis ont t tests dans des conditions de renforcement et sans modification. Larmature des poteaux est reprsentative des pratiques de conception utilises avant 1970 dans les poteaux de soutnement des ponts. Le renforcement des poteaux a t ralis l'aide de torons sept fils de cote 1720 Mpa. Le diamtre nominal des torons tait de 9,53 mm. On a utilis diffrents espacements entre les bandes et diffrents niveaux de prcontrainte initiale comme paramtres dessai pour dterminer la solution de renforcement optimale. Les essais ont t effectus en appliquant une charge axiale constante, gale 15 p. 100 de la capacit concentrique du poteau, en augmentant progressivement les cycles de dplacements horizontaux appliqus sur le sommet des poteaux. Lors des divers essais le meilleur rendement a t obtenu avec un espace de 150 mm et une prcontrainte initiale gale 25 p. 100 de la capacit maximale du toron. La figure 26 (poteau circulaire) et la figure 27 (poteaux carrs) prsentent les cycles dhystrsis pour de tels poteaux renforcs et pour les poteaux non modifis. Ltude de ces figures indique que lefficacit dune prcontrainte transversale est vidente. Les rsultats des essais sur les poteaux renforcs montrent une ductilit et des caractristiques sur le plan de la dissipation dnergie suprieurs ceux des poteaux non modifis. Flexion : des essais ont t effectus sur des poteaux tat de flexion dominant. On a test les spcimens de poteaux carrs et circulaires dans des conditions de renforcement et dans des conditions sans modification. Ces derniers poteaux ont t construits conformment aux pratiques de conception tablies avant 1970 pour des poteaux de soutnement de pont. On prsente respectivement les rsultats dessai des spcimens de poteaux circulaires et des spcimens de poteaux rectangulaires dans les figures 28 et 29. Aprs comparaison de ces figures, on peut constater que le rendement des poteaux renforcs est suprieur celui des poteaux non modifis. Serrage de recouvrement : on a construit et test deux poteaux carrs et quatre poteaux circulaires avec des barres de recouvrement situes chaque extrmit infrieure des poteaux. La barre de recouvrement tait situe dans la rgion potentielle darticulation et on aurait avantage effectuer un renforcement sismique de cette armature. On a prcontraint les poteaux par lextrieur selon une orientation transversale et on a ralis les essais avec une charge cyclique inverse. Les spcimens de poteaux non modifis nont pas rsist un dplacement latral suprieur 1 p. 100. Larmature longitudinale devient instable cette tape de la dformation et commence glisser. Cela conduit une perte rapide de la rsistance. Les poteaux qui ont subi une prcontrainte de lextrieur montrent un meilleur comportement et peuvent supporter un dplacement latral de 5 p. 100 sans aucune diminution de leur rsistance. On prsente dans les figures 30 et 31 lefficacit dune prcontrainte extrieure assurer une force de serrage dans la rgion de recouvrement.

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Figure 26 Rponse dun dplacement latral de charge des poteaux circulaires tat de cisaillement dominant (Saatcioglu et coll., 2000); (a) poteaux non modifis, (b) poteaux renforcs (distance de 150 mm entre les torons et prcontrainte gale 25 p. 100 de la capacit maximale des torons).

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Figure 27 Rponse dun dplacement latral de charge des poteaux carrs tat de cisaillement dominant (Saatcioglu et coll., 2000); (a) poteaux non modifis, (b) poteaux renforcs (distance de 150 mm entre les torons et prcontrainte gale 25 p. 100 de la capacit maximale des torons).

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Figure 28 Rponse dun dplacement latral de charge des poteaux circulaires tat de flexion dominant (Saatcioglu et coll., 2000); (a) poteaux non modifis, (b) poteaux renforcs (distance de 150 mm entre les torons et prcontrainte gale 25 p. 100 de la capacit maximale des torons).

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Figure 29 Rponse dun dplacement latral de charge des poteaux carrs tat de flexion dominant (Saatcioglu et coll., 2000); (a) poteaux non modifis, (b) poteaux renforcs (distance de 150 mm entre les torons et prcontrainte gale 25 p. 100 de la capacit maximale des torons).

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Figure 30 Poteau carr non renforc (Saatcioglu et al, 2000).

Figure 31 Poteau carr renforc avec une prcontrainte externe (Saatcioglu et al, 2000)

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2.4.3 Rsum Les rsultats indiquent que cette mthode de renforcement des poteaux de btiment est prometteuse. Elle est efficace et peut tre nettement plus conomique que lutilisation de chemises dacier. Linstallation dun tel systme occasionne une gne moindre pour les occupants des btiments. Cette technique a t mise au point au cours des trois dernires annes et son application potentielle dans le secteur des btiments na pas encore t ralise. 2.5 Amlioration de la structure des btiments laide de dispositifs

amortisseurs 2.5.1 Technique d'amlioration En plus des techniques prcdentes damlioration de la rsistance des lments structuraux (poteaux, poutres, assemblages poutre-poteau), lutilisation des dispositifs amortisseurs reprsente une solution efficace pour la rhabilitation des btiments existants. La fonction dun dispositif amortisseur dans un btiment est semblable celle dun amortisseur dans une automobile. De la mme faon que lamortisseur rduit les chocs causs par les routes cahoteuses, le dispositif amortisseur rduit lincidence des mouvements du sol sur la structure du btiment et sur ses occupants. Il existe quatre types de dispositifs amortisseurs : visco-lastique, friction, mtallique et visqueux. Ces dispositifs amortisseurs ont en commun de dissiper lnergie induite lors dun sisme en une nergie thermique, gnralement par un frottement entre divers matriaux. Les dispositifs amortisseurs transfrent lnergie cintique produite par la masse mobile, ou la structure, en une nergie potentielle au moyen dun transfert friction/chaleur. Dans des amortisseurs visqueux et visco-lastiques, un piston se dplace le long dun dispositif de friction (tampons ou chambres liquide) pour dissiper lnergie sous forme de friction et de chaleur. Les amortisseurs friction utilisent la friction et la chaleur produites par des plaques dacier protg qui coulissent lune contre lautre pour diffuser lnergie induite lors dun sisme. Les amortisseurs mtalliques dissipent lnergie au moyen dune dformation inlastique des lments mtalliques. Afin damliorer la performance sismique de nombreux btiments, on les a rcemment renforcs au moyen damortisseurs visqueux et damortisseurs friction. 2.5.2 Amortisseurs friction Parmi les diffrents types de dispositifs amortisseurs, on utilise gnralement les amortisseurs friction (Frederichs, 1997; Elliot et coll. 1998). Le principe de ces amortisseurs repose sur le phnomne de dissipation de lnergie par friction. Les amortisseurs friction comprennent une srie de plaques dacier spcialement traites pour produire un degr de friction maximal. Ces plaques sont fixes les unes aux autres

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par des boulons en acier haute rsistance (figure 32). Lors de phnomnes sismiques de forte magnitude, les amortisseurs friction glissent selon une action optimale prdtermine avant que des dplacements lastiques ne se produisent dans dautres lments structuraux. Ces amortisseurs dissipent la majeure partie de lnergie sismique (figure 32). Pour protger la structure des ruptures, il est vident que laction prdtermine et le nombre damortisseurs friction visant renforcer un btiment donn sont lis au systme structural et au mouvement sismique. Plusieurs types damortisseurs friction sont disponibles, comme les amortisseurs pour contreventement transversal, contreventement en diagonale et contreventement en chevron (figure 33). titre dillustration, la figure 33 prsente des amortisseurs friction contreventement transversal installs. On a test en laboratoire lefficacit des amortisseurs friction rduire l'incidence des sismes. Filiatrault et Cherry (1986) ont tudi la performance dune construction ossature dacier de trois tages, quipe damortisseurs friction, en utilisant un simulateur de sisme. Aiken et coll. (1988) ont men des essais similaires sur une construction ossature dacier de neuf tages. Dans les deux cas, les amortisseurs friction produisent des rsultats trs satisfaisants relativement aux ossatures, mme dans le cas de trs fortes secousses. partir de ces rsultats, on a utilis des amortisseurs friction pour rhabiliter un certain nombre de btiments au cours des dix dernires annes. On teste en