Guide méthodologique pour évaluer et assurer

la tenue au séisme des canalisations de

transport enterrées en acier

Séminaire PACA

7 mars 2013

Essais interaction

sol/canalisation - CRIGEN

1

2

3

4

1

2

3

4

Le contexte sociétal d’une politique

de prévention sismique: le cas français

Les constats... • Le constat de Starr: Acceptation de l’exposition volontaire et involontaire

• Le constat de Wiggins: Principe du moindre regret

…érigés en principes décisionnels

L’accroissement de l’exigence sécuritaire

Les fenêtres d’opportunité • Situation paroxystique: Orléansville (1954), Agadir (1960), ElAsnam (1980),

Spitak (1988), Loma Prieta (1989)

• Glissement de l’exécutif vers le législatif: loi n

87-565 du 22 juillet 1987

Le contexte sociétal d’une politique de prévention sismique: le cas français

La réglementation parasismique représente la réunion d'un

consensus technique traduisant l'état des connaissances scientifiques et d'un consensus sociétal traduisant les limites de la protection parasismique définies comme acceptables

Formulation de la réglementation • En termes normatifs pour le risque normal – convention a priori

• En termes exigentiels pour le risque spécial – convention ad-hoc

Évolution des termes exigentiels dans la nouvelle réglementation notamment pour la définition de l’aléa sismique

Le contexte sociétal d’une politique

de prévention sismique: le cas français

Le cadre réglementaire normatif s’appuie en particulier sur l’arrêté du 22 octobre

2010 comporte un zonage sismique conventionnel, une classification des

ouvrages, une démarche conventionnelle de protection liée aux éléments précités,

des prescriptions techniques conventionnelles à l’usage de l’ingénieur et enfin une

obligation de les appliquer. L’ouvrage qui s’inscrit dans ce cadre est réputé

parasismique. C’est le résultat d’une convention a priori avec la Puissance

Publique. Ce cadre s’applique aux équipements ou aux ouvrages dits à « risque

normal », pour lesquels les conséquences d’un sinistre restent circonscrites à

l’ouvrage lui-même, ses occupants et son environnement immédiat.

Le contexte sociétal d’une politique

de prévention sismique: le cas français

Le cadre réglementaire exigentiel qui s’appuie pour le cas d’une ICPE sur l’arrêté

du 24 janvier 2011, comporte désormais le même zonage sismique conventionnel

retenu pour les ouvrages relevant du « risque normal », défini par décret du 22

octobre 2010, mais une étude de danger propre à l’installation, des prescriptions

techniques, une instance habilitée à se prononcer sur le caractère parasismique

de l’équipement, de l’ouvrage ou de la partie de l’installation analysée, la DREAL

(Direction Régionale de l’Environnement et de l’Aménagement et du Logement) ou

DEAL, l’obligation de satisfaire cette instance en appliquant les prescriptions.

L’équipement, l’ouvrage ou la partie de l’installation étudiée sera parasismique si

l’instance habilitée accepte la preuve apportée par le maître d’ouvrage. C’est le

résultat d’une convention ad-hoc. Ce cadre s’applique aux équipements ou aux

ouvrages à « risque spécial », pour lesquels un dommage, même mineur, en cas

de séisme, peut avoir pour la population et l’environnement des conséquences

« catastrophiques » et sans commune mesure avec les dégâts subis par l’ouvrage

lui-même.

L’évolution des textes réglementaires (1)

Loi n

87-565 du 22 juillet 1987 relative à la prévention des risques majeurs

Loi n

76-663 du 19 juillet 1976 relatives aux installations classées

• Arrêté du 10 mai 1993 fixant les règles parasismiques applicables aux installations classées

SMHV: Séisme Maximal Historiquement Vraisemblable

SMS: Séisme Majoré de Sécurité

L’évolution des textes réglementaires (2)

Abrogation de l’arrêté du 10 Mai 1993

Décret du 22 octobre 2010 Portant délimitation des zones de sismicité du territoire français

Arrêté du 24 janvier 2011 Fixant les règles parasismiques applicables aux installations classées

Utilisation du formalisme Eurocodes Notion de période de retour traduite par un coefficient d’importance

Traduction réglementaire pour l’aléa sismique

a gR IS a RT , T , ,S

: Pseudo-accélération

: PGA sur le sol de référence (rocher (A))

: Coefficient d’importance

: Forme spectrale normalisée

aS T ,

gRa

I

R T , ,S

Traduction réglementaire pour l’aléa sismique

D : durée de vie de la structure = 50 ans

T : période de retour de l’évènement sismique= 475 ans

Installations classées

11

1 10%

D

gR

DP a a

T T

501

5000gR

D ansa aP %

T= ans

Mise en œuvre de la nouvelle réglementation

Installations neuves

• Au moment du dépôt de la demande d'autorisation d'exploiter

• Moyens de protection mis en œuvre à la mise en service

Installations existantes

• Étude à produire au plus tard le 31 Décembre 2015

• Mise en œuvre fixée par arrêté préfectoral au plus tard le 31 Décembre 2016

avec date butoir au

1er Janvier 2021

Mise en œuvre de la nouvelle réglementation

Plan de modernisation des installations industrielles lancé en 2010

Distinction de deux catégories d’ICPE

• ICPE « risque normal » = soumises à autorisation hors SEVESO

• ICPE « risque spécial » = SEVESO (seuils haut et bas; 1124 sites)

Redéfinition des dispositions applicables aux installations classées

pour la prise en compte du risque sismique

• Aléa de référence (Arrêté du 24 janvier 2011)

• Conception et dimensionnement des installations et équipements (guides

techniques en cours d’élaboration)

Équipements à risque spécial

Il s’agit des équipements ou des ouvrages au sein de l’installation susceptibles en cas de séisme de conduire à un ou plusieurs phénomènes dangereux tels que les « zones de dangers graves » correspondantes pour la vie humaine dépassent les limites su site, sauf si ces zones ne concernent, hors du site, que des zones sans occupation humaine permanente.

Les phénomènes dangereux susceptibles d’avoir des effets hors du site sont essentiellement: • les émissions aériennes de produits toxiques,

• les BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion),

• les déflagrations de nuages de gaz inflammables,

• la pollution significative des ressources en eau potable.

Guides techniques d’application

14

Le CT15-2013 a pour objet d’être un guide réglementaire de niveau 2

qui donne la méthodologie pour évaluer et assurer la tenue au séisme

des canalisations de transport enterrées en acier

Le CT15-2013 est conforme à la réglementation parasismique française

Le CT15-2013 est conforme aux prescriptions de l’Eurocode 8, en

particulier l’Eurocode 8-4

15

Ce guide répond à un besoin spécifique d’avoir des méthodes pour

évaluer la tenue sismique des canalisations de transport …

… et à une demande du Ministère de tutelle

La précédente réglementation ne visait pas les canalisations de

transport spécifiquement…

… mais les pratiques de la profession étaient déjà encadrées par les 2

guides AFPS CT15 & 21 reconnus par l’Administration

16

CT15-2013 vise le réseau de transport

• Gaz

• Hydrocarbures

• Autres produits

Couvre tout l’enterré

• Environ 50 000 km en France

Couvre les parties aériennes de faible longueur (quelques mètres)

• Des vannes, piquages, passages en fosse de faible longueur, etc. justifiés par le REX

NB : les tuyauteries seront traitées dans le Groupe de Travail

Tuyauterie/Robinetterie dans le cadre de la réglementation sur le

risque spécial

Photo : La Voix du Nord

Photo : France TP

NON

VISE

17

D. LE FRIANT SPMR C. FERNANDEZ GDF

SUEZ/CRIGEN

R. ARNAUD GRTgaz D. MESTRUDE EDF

G. ARP TRAPIL P.-A. NAZÉ GDS – AFPS

L. BOURGOUIN GDF SUEZ/CRIGEN T. LUBET TIGF

A. CHAPELON TOTAL J.M. SAGOT AIR LIQUIDE

M. CUSHING IRSN – AFPS P. SOLLOGOUB AFPS

P. DESCHAMPS GESIP M. ZARÉA GDF

SUEZ/CRIGEN

18

CT15-2013

Guide à valeur réglementaire simple d’utilisation

adapté aux canalisations enterrées de transport

INDUSTRIELS

CONNAISSANCE DES INFRASTRUCTURES

EXPERTISE SCIENTIFIQUE

EXPERTISE SISMIQUE

EXIGENCE REGLEMENTAIRE

19

Plan du Cahier Technique 15-2013

1. Introduction

2. Comportement des canalisations soumises au séisme

3. Données d’entrée 1. Canalisation

2. Sol

4. Caractérisation de l’action sismique à prendre en compte

5. Vérification au séisme de la canalisation 1. Mouvements vibratoires

2. Déformations permanentes

3. Liquéfaction

6. Dispositions constructives

7. Annexes

20

Spécificité du CT 15-2013: annexe applicative construite à l’aide des études paramétriques

1. Annexe A : Retour d’expérience qui permet de traiter la majorité des cas à l’aide d’études paramétriques

2. Annexe B : Étude paramétrique pour la justification des mouvements vibratoires

3. Annexe C : Étude paramétrique pour la justification déformations permanentes et liquéfaction

4. Annexe D (informative) : Pratiques japonaises

5. Annexe E : APPLICATION SOUS FORME DE LOGIGRAMMES

6. Annexe F (informative) : calcul des déformations selon pratiques japonaises

7. Annexe G (informative) : pratiques japonaises dans les coudes

21

5 < M < 6

M désigne la magnitude telle que relevée à l’époque du séisme, Mrichter,, Mw, etc.

6 < M < 7 7 < M < 8 8 < M < 9 M = 9

Photo : geoatlas.com

Retour d’expérience

22

Retour d’expérience

CT15-2013 propose une mise à jour du REX du CT15 depuis 1995 (post-Kobé), il comprend des séismes importants (Izmit, L’Aquila) à majeurs (Tohoku, Chili, Wenchuan)

Les ondes sismiques affectent une large zone grand nombre de conduites • Pas de dommage rapporté sur les conduites à cause des ondes sismiques depuis

l’abandon des soudures oxyacétyléniques (plus de conduite de ce genre en France)

Les déplacements permanents peuvent affecter les conduites : • Déplacement de faille

• Mouvement de terrain

• Liquéfaction

Pas de dommage rapporté sur les conduites de transport construites selon les pratiques françaises pour la dernière décennie

Kobé : Tokyo

Gas, pas de

rupture

23

• Diamètre, épaisseur,

• Loi de comportement,

• Revêtement,

• Pression interne, Température

• Profil,

• État de la corrosion

Canalisation

• Classe de sol (EC8),

• Profondeur

• Matériaux de remblai,

• Profondeur de la nappe,

• Propriétés du sol

Sol

E

T

U

D

E

24

Seuils ASCE :

Seuil avec prise en compte du glissement :

Axe de la canalisation

λ/2

Direction de propagation

θ δ

0 00 2

0

1V Aet

C r C

00 max min 1%;40

m

V e

C D

max 4 4

u

eE

0

11 tan

2u uc H K

25

1er calcul des déformations effectué avec une célérité des ondes sismiques très conservative,

c = 110 m.s-1

Calcul de la célérité des ondes conservative correspondant à une longueur d’onde d’un sol conservatif ;

T = 5 s

i.e. f= 0,2 Hz

(EC8 : T=4s)

2ème calcul des déformations effectué avec la célérité mise à jour

C = 260 m.s-1

pour un sable de Loire

Pas de glissement εcana = εsol

Glissement pris en compte

max 4 4

u

eE

Toutes les

canalisations en

France

métropolitaine

sont conformes

au seuil

3 x 19 x 3 = 342 calculs

RN neuf + RS neuf + RS existant

19 diamètres

3 épaisseurs

26

Caractérisation de l’action sismique

Vitesse particulaire

• V0 est la vitesse particulaire du sol

• Tc est la période du spectre selon EC8

Valeurs réglementaires :

• L’accélération du sol : A0 en m.s-2

• La magnitude : Mw

0 0/ / ²2

CT sV m s A m s

27

Les risques normal & spécial s’appliquent pour les canalisations neuves

Le risque spécial s’applique aussi pour les canalisations existantes

sous certaines conditions :

Si un tronçon est situé dans une case grise et traverse une faille sismotectonique définie

comme potentiellement active sismogène capable dans un plan de prévention des risques

naturels prévisibles (PPRNp) approuvé avant la date de sa première mise en service ou une

étude technique portée à connaissance par le préfet en application de l’article L. 121-2 du

code de l’urbanisme avant cette date, il appartient également à la classe « à risque spécial

» et est exclu du champ du « risque normal ».

Catégorie d’importance

Nexp(ELS) en personnes

Zone de sismicité

1 2 3 4 5

III Nexp(ELS) > 300

II 100 < Nexp(ELS) ≤ 300

30 < Nexp(ELS) ≤ 100

I Nexp(ELS) ≤ 30

RS

RN

28

CRIGEN

29

ZONE DE SISMICITÉ

VALEUR DE A0 (m.s-2) POUR UN SOL DE CLASSE D

RISQUE NORMAL

(Catégorie d’importance II)

RISQUE SPÉCIAL

Canalisation neuve

Canalisation existante

Zone 1 (très faible)

Zone 2 (faible) 1,12

Zone 3 (modérée) 1,76 3,87 3,26

Zone 4 (moyenne) 2,56 4,75 4,00

Zone 5 (forte) 4,05 8,91 7,49

30

Valeurs réglementaires :

Sols homogènes : c = 1000m.s-1

Sinon : C = valeurs du Tableau de l’EC8

Configuration de l’hétérogénéité Coefficient S

Passage d’un sol de classe A ou B à un sol de classe C

1,2

Passage d’un sol de classe A ou B à un sol de classe D ou E

1,4

31

Δi

Δd

Δi

Faille inverse – Faille décrochante – Faille normale

RISQUE NORMAL RISQUE SPÉCIAL ZONE DE SISMICITÉ

Mw m (m) Mw m (m)

Zone 2 (Faible) 5,0 0,05 Zone 3 (modérée)

6,0 0,25

Zone 4 (moyenne)

6,5 0,50

Δi

θ Δd

δ

Canalisation

32

Basé sur le REX San Fernando (1971) : 3 m de déplacement répartis

sur 400 à 500 m de longueur droite

2

12500

xy

Présence d’un coude pour raison de conservatisme ;

Rayon de courbure = 20 fois le diamètre

33

Fu

δ u

L Mouvement

Paramètres Longitudinal Axial

Transversal vertical vers le bas

ARGILE

Contrainte ultime

Argile raide δu = 10 [mm] δu = 0,03D

Argile molle δu = 5 [mm] δu = 0,05D

SABLE

Contrainte ultime

Sable dense (φ = 40°)

δu = 2 [mm] Nγ = 110 et Nq = 86

δu = 0,03D

Sable lâche (φ = 30°)

δu = 5 [mm] Nγ = 20 et Nq = 23

δu = 0,05D

u uc 2u uH c

0

11 tan

2u H K

1

2u qDN HN

4 types de sol

4 diamètres 211 calculs

2 épaisseurs

Plusieurs orientations de faille

34

Des essais de flexion sans sol avaient été réalisés pour se donner des

ordres de grandeur pour les modèles numériques

Essai de flexion CRIGEN sur un tube de transport, diamètre 500 mm

35

POINT CHAUD DEFORMATION REPARTIE

36

Amplitude du déplacement [m]

Décrochement ou faille normale

Faille inverse

0<d 0,1 FC=0,72 FC=0,72

0,1<d 0,2 FC=0,72 FC=0,72

θ=30° si D>508mm

0,2<d 0,3 FC=0,72 FC=0,72

θ=30° si D>508mm

0,3<d 0,5

FC=0,40 si D 820mm FC=0,72 si D>820mm

-

0,5<d 0,7 FC=0,40

θ=90° -

Δi

θ Δd

δ

Canalisation

FC : facteur de charge, correspond à une épaisseur de tube en fonction du diamètre ; FC = 0,72 correspond à la plus faible épaisseur à diamètre donné

37

D’une façon générale, l’étude paramétrique montre que les

déformations restent toujours inférieures à 1 % dans le cas des

conduites droites

La déformation peut atteindre 1,5 % avec la présence d’un coude

On cherchera à éviter la présence de cintres et/ou de coudes dans les

zones liquéfiées

On mettre place des dispositions constructives dans les zones

liquéfiées

36 calculs ont été réalisés

38

Les cas où les sollicitations sont trop importantes sont traités par des

dispositions constructives

• Matériau de remblai pour diminuer les frottements

• Revêtement de la canalisation pour diminuer les frottements

• Élargissement de la tranchée

• Réduire le nombre de points d’ancrage au minimum dans les zones de faille/liquéfaction

• Radiographier à 100 % toutes les soudures dans les zones de faille/liquéfaction

• Orientation spécifique des canalisations dans les zones de faille

• EXEMPLE : Éviter de poser la canalisation dans la zone grise :

• EXEMPLE : cas extrême, ne pas enterrer la canalisation :

RIVIERE CANALISATION

20°

39

ETUDE SISMIQUE

DE LA

CANALISATION

Cat. d'imp. I Pas de vérification du

risque sismique

Risque normal pour cat. III

Zone 1 Pas de vérification du

risque sismique

Zone 2 Cat. d'imp. II Pas de vérification du

risque sismique

Zone 3 Cat. d’imp. III Risque spécial pour cat. III

Traversée faille Risque spécial pour cat. II

Risque normal pour cat. II

Zone 4 100 < Nexp(ELS) ≤

300 Risque spécial

Traversée faille Risque spécial

Risque normal Risque spécial

PREMIERE

ETAPE

Le tracé

traverse-t-il des

pentes

instables ?

Le tracé passe-t-

il au-dessus de

cavités ?

Y a-t-il risque

d’éboulement ?

Tenue de la

canalisation justifiée TROISIEME ETAPE

Oui

Oui

Oui

Non

Non

Non

40

Approche simplifiée pour traiter les piquages : 17 calculs effectués

montrant que l’on est au-dessous des limites

Approche simplifiée pour traiter les coudes : 3 diamètres calculés et au-

dessous des seuils

D1, e1 Déformation piquage

Déformation té côté

piquage

Déformation té côté canalisation

Déformation

canalisation

D2, e2 e3