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1+1 CQnseil nationalde recherches Canada National ResearchCouncil Canada

CtftC-tftCl,i9nes directrices pour laprotection parasism;quedes structures debatiments existants

Lignes directrices pour laprotection parasismique desstructures de batimentsexistants

Prepare par:Institut de recherche en constructionConseil national de recherches du Canada

Finance par:Travaux publics et Services gouvernementaux CanadaBritish Columbia Buildings CorporationSociete canadienne d'hypotheques et de logementInstitut de recherche en construction

Conseil national de recherches CanadaDecembre 1995ISBN 0-660-95131-2NRCC 38857F

AVIS

Les presentes Lignes directrices ont ete preparees par I'Institut de recherche en construction(IRC) it l'intention des organismes enumeres ci-dessus. Avec l'accord de ces organismes, cesLignes directrices sont offertes aux personnes ou organisations qui desirent les consulter it titred'information ou pour examen. II ne faut pas conclure cependant que ces Lignes directricesvisent it remplacer ou it annuler les reglements de construction en vigueur. L'IRC ainsi que lesorganismes parrains n'assument aucune responsabilite quant al'usage qui sera fait de cedocument.

L1GNES DIRECTRICES POUR LA PROTECTION PARASISMIQUE DES STRUCTURES DE BATIMENTS EXISTANTS

preface

ResumeLes presentes Lignes directrices

renferment des renseignements et des conseilssur la protection parasismique des structuresde biitiments existants et sont destinees auxingenieurs en charpentes. Elles ont ete con9uespour s'harmoniser avec les Lignes directricespour l'evaluation sismique des batimentsexistants1 et Ie Manuel de selection desbatiments en vue de leur evaluation sismique2,deux documents qui se rapportent au Codenational du batiment du Canada 19903.

Dans ces Lignes directrices, on Mcritles techniques classiques employees pouraugmenter la resistance sismique desstructures et on examine la valeur relative dechacune en regard des objectifs de protectionparasismique qui sont vises et des principauxfacteurs, structuraux et autres, qui determinentIe choix d'une methode et la planification destravaux. Le document renferme aussi unedescription des nouveaux procedes utilisespour renforcer les structures, par exemple lesdispositifs d'amortissement, et renvoie adesouvrages plus detailles sur Ie sujet. Ii nepresente toutefois aucune technique pourrenforcer les elements non structuraux dubatiment.

ContexteLes Lignes directrices s'inspirent du

NEHRP Handbook of Techniques for SeismicRehabilitation of Existing Buildings4 mais Iecontenu a ete reorganise et considerablementabrege. Par ailleurs, Ie present documentrenferme beaucoup plus d'indications sur lestechniques innovatrices que Ie manuel duNEHRP.

La premiere version de ces Lignesdirectrices a ete elaboree avec Ie soutien deTravaux publics et Services gouvernementauxCanada. En se fondant sur les commentairesformules, on a l'amelioree et on a publie Iedocument revu avec l'appui de la B. C.Buildings Corporation et de la Societecanadienne d'hypotheques et de logement.

Les presentes Lignes directrices ontete preparees par:

D.E. Allen, responsable IRC/CNRC, Ottawa(Ont.)

avec la collaboration de :L. Bell CWMM, Vancouver (C.-B.)S. Cherry Universite de la Colombie-

Britannique, Vancouver (C.-B.)F. Knoll Nicolet Chartrand Knoll Ltee,

Montreal (Que.)R. Lo Klohn Crippen Consultants Ltd.,

Richmond (C.-B.)lH. Rainer IRC/CNRC, Ottawa (Ont.)

Nous remercions Ie personnel de la division degenie hydroelectrique de B.C. Hydro, qui aaccepte de revoir la version preliminaire dudocument, ainsi que les particuliers et lesentreprises qui nous ont fait parvenir leurscommentaires.

L1GNES DIRECTRICES POUR LA PROTECTION PARASISMIQUE DES STRUCTURES DE SATIMENTS EXISTANTS

Table des matieres

1. INTRODUCTION 11.1 But des Lignes directrices 11.2 Portee et limites 11.3 Comment utiliser les Lignes

directrices 1

2. DEFICIENCES SISMIQUESDES STRUCTURES DEBATIMENTS 32.1 Discontinuite et redondance 32.2 Resistance et ductilite insuffisantes .. 32.3 Manque de rigidite et batiments

adjacents .42.4 Irregulalites et transfert de charge .4

3. PRINCIPES DE PROTECTIONPARASISMIQUE 53.1 Objectifs de la protection 53.2 Techniques classiques de protection.53.3 Techniques speciales de protection ...73.4 Facteurs aconsiderer dans Ie choix

d'une technique de protection 73.4.1 Considerations structurales 73.4.2 Autres considerations 10

3.5 Criteres de conception et essai dedispositifs speciaux 11

4. TECHNIQUES CLASSIQUESDE PROTECTION 134.1 Ajout de murs travaillant en

cisaillement, de contreventementsou d' ossatures resistant auxmoments 13

4.2 Protection des ossatures resistantaux moments 15

4.3 Protection d'une ossaturecontreventee 18

4.4 Protection des murs travaillant encisaillement 19

4.5 Protection des diaphragmesexistants 23

4.6 Protection des supports laterauxde murs et de parapets 27

5. TECHNIQUES SPECIALESDE PROTECTION 295.1 Ajout de dispositifs

d'amortissement 295.2 Isolation ala base 325.3 Plastiques et ciments renforces

ala fibre de velTe et enrobages ....... 34

6. TECHNIQUES DEPROTECTIONFONDATIONS 376.1 Techniques classiques de protection

des fondations 386.2 Stabilisation des sols .40

BIBLIOGRAPHIE 45

ANNEXE A : LISTE DE CONTROLEDES TECHNIQUES DE PROTECTIONPARASISMIQUE .47

LIGNES DIRECTRICES POUR LA PROTECTION PARASISMIQUE DES STRUCTURES DE BATIMENTS EXISTANTS

Chapitre 1

Introduction

1.1 But des lignesdirectrices

1.3 Comment utiliser leslignes directrices

Au Canada, bon nombre des batimentssitues dans des zones sismiques ont eteconstruits a une epoque ou l' on n' etait pasencore en mesure d'evaluer la resistance auxseismes. Nombre de ces edifices seraient jugesnon securitaires aux termes des codes actuels.En outre, les exigences des codes s'appliquantessentiellement a la conception de nouveauxbatiments et non aI' evaluation des batimentsexistants, les travaux de modernisation peuvententrainer des couts tres eleves et diminuer lavaleur patrimoniale des batiments. Le CNRC adonc elabore des Lignes directrices pourI'evaluation sismique des batiments existants1,qui renferment des methodes specialement

con~ues pour 1'evaluation de ces batiments.Ces Lignes directrices devraient aider

les ingenieurs a concevoir les details deprotection au moyen de techniques quipermettront Ie mieux de corriger les faiblessesidentifiees lors de l'evaluation menee selon leslignes directrices pour l'evaluation sismique. Lestechniques decrites ici comprennent les methodesclassiques employees dans Ie passe ainsi que desprocedes speciaux recemment mis au point,comme l'ajout de dispositifs d'amortissement et1'isolation a la base. On discutera de la valeurrelative des diverses techniques, en regard desprincipes techniques de sismologie, de laresistance sismique observee, des methodes deconstruction employees et des couts.

1.2 Portee et limitesCes Lignes directrices contiennent une

description et une evaluation des avantagesrespectifs des diverses techniques de protectionparasismique applicables aux batiments jugesdefaillants. Elles ne sont pas con~ues pour larefection des bfitiments endommages par desseismes, bien que certaines des techniquespresentees ici puissent etre utiles pour ce genrede travaux. Les descriptions generales de cestechniques sont accompagnees de croquis quien illustrent Ie schema de fonctionnement. LesLignes directrices ne contiennent pas de criteresparticuliers de conception, pas de details precispouvant etre appliques directement, pas plusque des recommandations specifiques quant auxdispositifs a utiliser.

11 est recommande de lire d'abord Iedocument depuis Ie debut. II peut ensuite etreutile de consulter 1'annexe A, qui renferme deslistes de controle pour chaque technique derenovation et chaque grand systeme structural.Les techniques de renovation sont decrites plusen detail aux chapitres 4 a 6, les pages etfigures correspondantes etant indiquees dans laliste de contrOle de 1'annexe A (constituee detableaux). La valeur relative de chaquetechnique est etablie en fonction des objectifs etdes principes de protection parasismiqueenonces au chapitre 3. Au chapitre 2, on passeen revue les types de deficiences sismiquesobservees dans les batiments existants.

La renovation de bfitiments existantscomporte davantage d'incertitudes et decontraintes que la conception de batimentsneufs. II faut donc faire preuve de beaucoup dejugement lors de la conception des details et duchoix des techniques a employer. Par ailleurs, laprotection parasismique etant une fonned'intervention relativement recente, lesnouvelles techniques preconisees en sont encorea divers stades de mise au point. C'est pourquoices Lignes directrices mettent davantageI'accent sur les principes, I' experience etl'acd!s aI'information que sur des exigences etdes criteres precis.


Chapitre 2

Deficiences sismiques desstructures de batiments

Le choix des techniques qui serontemployees pour la protection parasismique desstructures depend des deficiences sismiques dubatiment considere. On trouvera a l' annexe Cdes Lignes directrices pour l'evaluationsismique des batiments existants1 une listetype de 123 faiblesses potentielles. Pour lesbesoins du present document, on regrouperaces faiblesses en categories plus generales:

Discontinuite et redondance Resistance insuffisante et ductilite Manque de rigidite et batiments adjacents Irregularites et transfert des charges

Ces categories peuvent etredecomposees en fonction de faiblessesparticulieres, comme l'indiquent lestableaux A1 a A6 de l' annexe A. On decriraces deficiences plus en detail au chapitre 3,c' est-a-dire dans l' enonce des principes deprotection parasismique.

2.1 Discontinuite etredondance

Si l'ossature n' est passystematiquement reliee, elle tendra a sedesassembler au cours d'un seisme de forteintensite. L'experience a montre que ladeficience la plus grave, c'est-a-dire celle quientraine l'effondrement progressif du batiment,est la liaison insuffisante des elements enmas;onnerie ou prefabriques (murs, poteaux,poutres, dalles) aux diaphragmes et entre eux.On peut aussi observer des problemes dediscontinuite dans les diaphragmes (notammenten bois ou en beton prefabrique), en particulierautour des ouvertures, ainsi que dans lessystemes qui interrelient les murs travaillant encisaillement (tirants et elements d' assemblageentre les ossatures et les murs de remplissage).

La redondance est une autre proprietede l' ossature qui, comme il a ete demontrelors de seismes, contribue a prevenir lesdefaillances. Lorsqu' on parle de redondance,on n'entend pas uniquement la resistanceaccrue de l' ossature aux charges laterales(plusieurs ossatures et murs travaillant encisaillement) mais aussi sa capacite de resistera des charges verticales apres la defaillancelocalisee d'un composant, par exemple unmur travaillant en cisaillement. La redondancen' offre pas que des avantages, surtout si leselements redondants sont fragiles, aspect quisera examine ci-apres.

2.2 Resistance et ductiliteinsuffisantes

La surete d'un batiment, ainsi que lalimitation des dommages a la structure, dependdans une large mesure de la tenue de lastructure lorsqu'elle est soumise a des forcessismiques importantes. La surete n'est passeulement fonction de la resistance de lastructure mais aussi de sa reponse a dessurcharges cycliques, c'est-a-dire de saductilite, de sa capacite d'absorber l'energie etde sa rigidite. Dans le cas des ossaturesresistantes aux moments, la securite dubatiment depend aussi de la resistance desossatures aux charges verticales qui s'exercentdans une configuration alteree (l'effet P-delta).La plupart des enonces d'evaluation presentesdans les lignes directrices pour l'evaluationsismique1 portent sur ces proprietes.

La ductilite sous des surchargescycliques constitue un facteur important maisla protection ne permet pas toujours deconferer ce comportement aux structuresexistantes. On peut toutefois obtenir de bonsresultats en modifiant la structure au moyende diverses techniques, comme il est indiqueau chapitre 3.


2.3 Manque de rigidite etbatiments adjacents

2.4 Irregularites ettransfer! de charge

L'experience a montre que la rigiditelaterale d'une structure velticale est un facteurpreponderant dans la prevention des defaillancesqui presentent un danger pour la vie etcomportent des risques de dommages materiels.Il est donc essentiel de tenir compte de larigidite laterale lorsqu'on decide de proteger desbiltiments situes dans des zones de sisrnicitemoyenne aelevee. Cet aspect est moinsimportant dans Ie cas de batiments construitsdans des zones de faible sisrnicite, car lesdeplacements causes par les mouvements du soly sont beaucoup moins marques.

Il faut egalement s' assurer que larigidite en plan des diaphragmes horizontaux(platelages en bois ou en metal) est suffisantepour prevenir une defaillance due al'instabilite des murs en mac;:onnerie dans leszones de sismicite elevee. Cette caracteristiqueest abordee dans l' annexe A des lignesdirectrices pour l'evaluation sismique 1.

Il est aussi important que la rigiditelaterale des elements verticaux, y compris lescomposants architecturaux du batiment, soitunifonne. La charge etant generalementtransmise aux elements rigides, ceux-ci tendentaceder les premiers, tandis que les elementsflexibles ne sont appeles asupporter unecharge importante qu'apres defaillance deselements rigides. Si, dans ces conditions, unepartie du biltiment perd son support vertical, uneffondrement progressif risque de se produire.

La rigidite laterale de la structureverticale intervient aussi lorsqu'il y a collisionde deux batiments adjacents ou de deux partiesadjacentes d'un meme batiment separees pardes joints mobiles. Un batiment eleve dont1'ossature resiste aux moments sera flexible etpeut entrer en collision avec un batimentadjacent plus bas dote d'une ossature rigide.Les dommages peuvent etre tres importants, enparticulier si les etages des deux batiments nesont pas au meme niveau. Des impactssirnilaires peuvent aussi se produire a1'interieurd'un biltiment si les elements lourds ne sont passupportes lateralement par la structure.

Une asymetrie dans la geometrie deselements structuraux resistant aux chargeslaterales ou dans la masse du biltiment peutinduire des moments de torsion eleves lorsd'un seisme. Des variations brusques derigidite ou la presence de discontinuites, tantdans les elements horizontaux que verticaux,peuvent engendrer des forces ou desdeformations importantes en certains pointsdes elements et entrainer une defaillancelocalisee. Parmi les irregularites qui induisentdes forces localisees importantes,mentionnons :

les fac;:ades ouvertes (boutiques, garages,etc.) et les ouvertures dans les mursexterieurs au niveau du sol

les poteaux qui supportent des murstravaillant en cisaillement

les poteaux courts en heton faisant partied'une ossature resistant aux moments(p. ex. en raison de murs de remplissagepartiels)

les murs travaillant en cisaillement ou lescontreventements decales d' etage enetage.

Les fac;:ades ouvertes constituent enfait des etages non rigides et ont ete a l'originede nombreux effondrements lors de recentsseismes. Les poteaux qui supportent des murstravaillant en cisaillement peuvent etre soumisade grandes forces de renversement, et lespoteaux courts en heton, qui doivent resister ades forces laterales elevees, cedent par rupturefragile en cisaillement. Le decentrement desmurs de cisaillement ou des contreventementspeut exercer d'importantes forces localiseessur Ie diaphragme.

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LlGNES DIRECTRICES POUR LA PROTECTION PARASISMIQUE DES STRUCTURES DE BATIMENTS EXISTANTS

Chapitre 3

Principes de protectionparasismique3.1 Objectifs de la protection

Une fois que la rehabilitation d'unbatiment est jugee necessaire pour des raisonsde securite ou autres (p. ex. remise en etatapres sinistre), il faut etablir un certain nombred' objectifs, dont la securite des personnes,avant de choisir des techniques de renovationet de concevoir les details. Ces objectifs sontles suivants :1) securite des personnes2) protection des elements et du contenu du

batiment (limitation des dommages)3) perturbation minimale des activites it

l'interieur du biitiment pendant les travaux4) fonctionnement normal du batiment apres

les travaux5) preservation de l' aspect et de la valeur

patrimoniale du batiment6) execution des travaux au moindre COlit.

Les objectifs 3) it 6) sont generalementinterrelies en ce sens qu'ils visent it unemodification minimale de la structure, dans lamesure ou les objectifs de protection despersonnes et de limitation des dommages sontatteints. La portee de cette intervention minimalevariera considerablement selon Ie batimentconsidere et constituera essentiellement unexercice pragmatique exigeant une etroitecollaboration entre l' ingenieur, l' architecte, Ieproprietaire et les entrepreneurs. Dans Ie presentchapitre, on resumera d'abord les techniques quipeuvent etre employees lars de ces travaux deprotection; on abordera ensuite les principes quiguideront 1'ingenieur dans Ie choix d'unetechnique de renovation et la conception desdetails.

3.2 Techniques classiquesde protectionLes techniques classiques de

protection ne necessitent ni dispositifs speciauxni nouveaux materiaux. Les techniques de basesuivantes sont actuellement employees pour laprotection parasismique des batiments :

Nouveaux murs travailwnt encisaillement. Ceux-ci comprennent les murs enbeton arme, en ma


Recouvrements et enduits. Lesrecouvrements peuvent etre faits de heroncoule en place (gunite, chapes, etc.) ou decontreplaque. On peut aussi utiliser desciments et des enduits avec armature entreillis, ainsi que des plastiques armes de fibrede verre (voir la section 5.3) pour proteger leselements fragiles, par exemple les caneauxcreux en terre cuite ou les poteaux en beton.Ces recouvrements augmentent la resistance etla rigidite des murs travaillant en cisaillementainsi que des diaphragmes, et ils peuventservir arelier entre eux des elements differentspour assurer 1'integrite de la structure.

Renforcement des elementsd'ossature. Cette technique consiste aajouterdes composants qui augmenteront la resistanceou la rigidite des elements existants ou bienajouteront aleur ductilite. A cette fin, on peututiliser differentes methodes. On peut renforcerla maonnerie existante (blocs creux ou evidagede la maonnerie en brique) en realisant unenrobage de beton anne ou en utilisant des tOlesd'acier ou des plastiques annes de fibre de veneet un contreventement lateral pour r6duire lalongueur de flambage. 11 est parfois pluseconomique et plus rapide de remplacer leselements existants, par exemple lorsqu'onrenove des systemes de contreventement. Dansd'autres cas, il est preferable de renforcer lescomposants existants, notamment s'il s'agit d'unelement porteur en maonnerie creuse. Outrequ'elle augmente la resistance des elements,cette technique peut ameliorer la ductilite de lastructure en modifiant Ie mecanisme dedefaillance, par exemple en rendant les poteauxen beton anne plus resistants que les poutres.

Armature des joints. 11 s'agit ici detransformer les assemblages travaillant encisaillement en assemblages resistant auxmoments, de renforcer les liaisons descontreventements, de sorte que Ie flechissementdes elements protege les joints contre unerupture fragile, et de clouer des revetements enbois ou de souder Ie platelage en metal pourrenforcer les diaphragmes. L'annature des jointsest une technique qui pennet d'accroltre laresistance de la structure ainsi que sa ductiliteen modifiant Ie mecanisme de defaillance.

Ancrages et ligatures. Cettetechnique consiste aancrer les murs audiaphragme plancher ou toit afin detransmettre ala structure verticale l'effort decisaillement du diaphragme. On peut aussiancrer la structure verticale aux fondations.Les dispositifs d' ancrage ajoutent al'integritede la structure et sont generalement Ie moyenIe plus efficace et Ie plus economiqued' assurer la protection des personnes.

On se servira aussi de ces dispositifspour interconnecter des biitiments adjacents oudes parties d'un meme biitiment, de sortequ'ils se comportent comme un tout solidaire,et prevenir les collisions et les impacts repetes.La mise en place de tirants verticaux atraversles planchers et d' entures entre les elementsdiaphragmes (p. ex. au niveau des anglessaillants ou entre les poutres a1'emplacementdes elements d'appui) ajoute egalement al'integrite de la structure.

Les structures faites d' elementsprefabriques n'ont pas eu une performancesatisfaisante lors des recents seismes, surtouten raison de la defaillance des assemblages etdu mouvement relatif des elementsprefabriques al' endroit des joints. Pourrem6dier ace probleme, on peut augmenter laresistance et la rigidite des ligatures.

Membrures et collecteurs. Lamembrure est un element ininterrompu placeIe long du bord exterieur du diaphragme. Elleagit comme une bride et resiste au momentinduit par Ie diaphragme. Le collecteur est unelement incorpore dans Ie diaphragme quicapte l'effort de cisaillement exerce sur Iediaphragme et Ie transmet ala structureverticale. Les membrures et les collecteursrelient ensemble les diaphragmes ettransmettent a la structure verticale les forcesqui agissent sur ceux-ci. Dans certains cas, deschapes en beton arme, un recouvrement encontreplaque ou des fermes en acier peuventremplir efficacement cette fonction. Lescollecteurs sont parfois appeles contre-fiches .

Fondations. La renovation desfondations est generalement couteuse etdevrait, dans la mesure du possible, etre evitee,sauf si I' experience montre que la defaillancedes fondations entrainerait des consequencesgraves en cas de liquefaction, de glissementsou de rupture des pieux. Pour ce qui est de1'evaluation des fondations, consulter les lignesdirectrices pour l'evaluation sismique1. Onpeut employer differentes techniques pourstabiliser les sols liquefiables, les argilessensibles, les sols de faible portance ou lesfondations construites sur une pente.


Il peut etre necessaire de remplacer oude prolonger les fondations de sOlie qu'ellespuissent resister aux nouvelles charges dues a lapesanteur ou aux importantes forces derenversement engendrees par de nouveaux murstravaillant en cisaillement ou contreventements.Les techniques classiques de protectioncomprennent l' ajout de pieux et l'elargissementdes semelles existantes, mais il est generalementplus simple de mettre en place de nouvellesfondations a quelque distance des fondationsexistantes. L'ancrage des fondations dans Ie solou Ie roc est un moyen efficace et economiquede contrer les forces de renversement, tant aumoment de la renovation des semelles existantesque de la mise en place de nouvelles semelles.

On a recemment mis au point uncertain nombre de techniques qui fontintervenir des dispositifs speciaux ou denouveaux materiaux et qui, pour la plupart,devraient se repandre rapidement. Certaines deces techniques sont abordees au chapitre 5 despresentes Lignes directrices, notamment :

Dispositijs d'anwrtissement. Cettetechnique consiste a reduire les deplacements et lesforces dynarniques a I'interieur du batirnent parl'adjonction de dispositifs capables de dissiperl'energie aux endroits ou il y a mouvementdifferentiel des etages. Ces dispositifs convertissentl'energie cinetique en chaleur par glissement,flechissement ou ecoulement larninaire. Cettetechnique, qui se revele particulierement efficacedans la renovation de batirnents dotes d'unestructure flexible, par exemple une ossatureresistant aux moments, est generalement completeepar la mise en place d'un contreventement ou d'unbardage rigide et resistant.

Isolation afa base. Cette techniqueconsiste a reduire au minimum la transmission desmouvements sismiques du sol au batirnent eninstallant des dispositifs d'isolation qui ont unetenue flexible en cisaillement ou opposent unglissement a ces forces lorsqu'ils sont places alabase du batirnent. n en resulte une diminutionconsiderable des accelerations et des forces quis'exercent sur Ie batirnent, en paIticulier dans Ie casde batirnents rigides construits sur un sol resistant.

Enduits et ciments armes de fibre deverre et enrobages. Ces procedes comprennentl'application d'enduits composites faits deciment ou de resine epoxyde et armes de fibrede verre sur la mayonnerie existante pour enaugmenter la resistance au cisaillement et auxforces laterales, ainsi que sur les poteaux enbeton pour en assurer Ie confinement et enameliorer la ductilite.

3.3 Techniques specialesde protection

3.4 Facteurs a considererdans Ie choix d'unetechnique de protection

Les objectifs enonces a la section 3.1constituent les criteres a partir desquels onchoisira la technique de protection quipermettra de reduire les interventions auminimum. Les indications suivantes devraientfaciliter la tache de l'ingenieur car ellesportent sur les considerations structurales lieesa la sismicite et au comportement structuralainsi que sur d' autres aspects ayant trait auprocessus de protection, aux effets des travauxde renovation sur Ie fonctionnement et I'aspectdu batiment ainsi qu'aux couts.

3.4.1 Considerations structurales

Sismicite. Les mouvements du solcorrespondant a un seisme de calcul dependentnon seulement de la zone sismique considereemais aussi des conditions locales du sol. Lessols meubles attenuent les mouvements du roca haute frequence mais amplifientconsiderablement les mouvements lies a debasses frequences, ce qui peut engendrer unphenomene de resonance si la frequencepropre de la structure du batiment se rapprochede la frequence excitatrice. Dans ce qui suit, lasismicite, exprimee en fonction de la zonesismique et de la vitesse, Zv, devra, dans Ie casdes batiments construits sur un sol meuble,etre consideree comme superieure a la valeurprescrite dans Ie CNB.

Dans les zones de faible sismicite(Zv de 2 ou moins), on se preoccupe surtoutd'assurer I'integrite de la structure, enparticulier l' ancrage des murs en mayonnerieaux diaphragmes et Ie support lateral desparapets, des panneaux prefabriques et descloisons en mayonnerie. Dans ces conditions,les techniques les plus couramment employeesseront celles qui visent a renforcer les ancrageset Ie support lateral.

Dans les zones de sismicite moyennea elevee (Zv > 2), la gamme des faiblessespotentielles de la structure est nettement plusetendue. II faut considerer non seulement lesproblemes d'integrite mais aussi Ie manque deresistance, de ductilite et de rigidite, de memeque les irregularites de la structure. II arrivesouvent que ces faiblesses se manifestentsimultanement. Ainsi, on observe frequemmentune correlation entre un effort de torsion eleve,une resistance insuffisante et un mouvementexcessif, decoulant d'irregularites dans lastructure du batiment; cette particularite seraabordee ci-apres.

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Figure 3-1. Amelioration d'une structurepour reduire la torsion

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~ Ajouter des elements rigidespour reduire I'excentrage

Bien entendu, si l' on apporte deschangements majeurs ala structure verticale,il faudra analyser de nouveau la resistancedu batiment. Si les centres de rigidite et lescentres de masse demeurent fortement decalesd'etage en dage, il faudra proceder auneanalyse dynamique pour determiner les forcesexercees sur les divers elements, commel'exige Ie Code national du batiment duCanada3. Les analyses dynamiques desstructures composees d' ossatures en boisd' oeuvre, en ma

L1GNES DIRECTRICES POUR LA PROTECTION PARASISMIQUE DES STRUCTURES DE B.ATIMENTS EXISTANTS

Les nouveaux elements structurauxintegres ala structure existante tendent toutefoisatransmettre de grandes forces localisees auxmateriaux en place. Il faut donc veiller abienconcevoir ce transfert de forces en calculantavec soin les details des assemblages.

Ces differents aspects de lacompatibilite s' appliquent aussi auxrecouvrements, qui peuvent presenter desmouvements differentiels imputables au retrait,ala temperature et parfois au fluage.

Fondations. La renovation desfondations est ordinairement couteuse et,selon Ie taux d' occupation et l' usage dubatiment, peut egalement occasionner bien desdesagrements. Il est souvent possible deproteger la structure du batiment sans toucheraux fondations, en particulier dans les zonesde sismicite faible amoyenne.

L'un des principaux inconvenientslies al'erection de nouveaux murs travaillanten cisaillement ou de contreventements est queceux-ci peuvent necessiter la mise en place denouvelles fondations. Pour eliminer ou reduireau minimum les travaux de renovation desfondations que pourraient exiger ces nouveauxmurs ou contreventements, on peut incorporerceux-ci dans les ossatures structuralesexistantes. On peut aussi installer desdispositifs d' amortissement dans la structurepour rMuire les forces sismiques quis' exercent dans les fondations.

Le soulevement des fondations estsouvent considere comme une deficience mais iln' est generalement pas necessaire de la coniger.Dans les lignes directrices pour 1'evaluationsismique1, I' absence d' ancrage aux fondationsn'est pas consideree comme une deficience dansles zones de faible sismicite. La gravite de cettefaiblesse depend de l'ampleur du soulevement etdes dommages que ce mouvement risqued'entrainer. En fait, Ie soulevement desfondations peut dans certains cas ette jugesouhaitable, comme on I' expliquera alarubrique Comportement du systeme .

Dne autre maniere d'eviter larenovation des fondations consiste aaugmenterla longueur des murs travaillant en cisaillementou amultiplier les contreventements, enparticulier aux etages inferieurs. Ainsi, on peutse servir de grandes longueurs d'un mur enbois existant pour obtenir, apres clouage etancrage, un mur travaillant en cisaillement; detoute fagon, ces surfaces doivent ordinairementfaire l'objet de travaux generauxd' amelioration architecturale.

Comportement du systeme. Qu'ils'agisse de concevoir de nouvelles structuresou de planifier des travaux de modernisation,il faut realiser un systeme qui, soumis adescharges sismiques, aura ala fois une actioncombinee et un mode de defaillance contr8le.

On obtient une action combinee enmettant en place de nouveaux elements dont1'action viendra s'ajouter acelle des elementsexistants pour eliminer les deficiences de lastructure. Ainsi, on corrigera un defautd'integrite en realisant de nouvelles liaisons ouen ameliorant les assemblages existants. Lamise en place de nouveaux elements quiajoutent ala rigidite de la structure existantecontribuera aprevenir l'endommagement descomposants fragiles, comme la magonnerienon armee.

On obtient un mode de defaillancecontr8le en realisant une structure qui flechiraplut6t que de se fracturer, ce qui empecheraI' effondrement progressif du batiment. Aumoment d'evaluer l'efficacite du mode dedefaillance contr8le, il est utile de verifier latenue de la structure amelioree sous descharges laterales croissantes et d' etablir unesequence des modes de rupture pour diverscomposants (flechissement, fluage, rupture,soulevement, etc.).

L'isolation ala base et l' ajout dedispositifs d'amortissement reposent sur Ieconcept de la defaillance contr6lee, toutcomme Ie mecanisme de rupture ductile stableen flexion dans Ie cas des poutres,contrairement aun mecanisme de rupturefragile instable dans Ie cas des poteaux. Pourcette meme raison, un mecanisme debalancement a1'interieur des murs enmagonnerie est preferable aune rupture fragileen cisaillement. De la meme maniere, il vautmieux permettre un soulevement ala base desmurs de heton travaillant en cisaillement pourprevenir une rupture soudaine en cisaillementou en compression, en particulier si les mursqui travaillent en cisaillement sont fragiles, cequi est souvent Ie cas dans les batimentsanciens.

La mesure de la fiabilite d'un modede defaillance contr6le est fonction desdeplacements engendres et des dommages quien decoulent. On peut estimer cesdeplacements en se servant des deformationselastiques produites par les forces sismiquesdonnees dans Ie CNB (avant application dufacteur de reduction R) combinees adesvaleurs de rigidite realistes pour les elementsresistants de la structure.

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LIGNES DIRECTRICES POUR LA PROTECTION PARASISMIQUE DES STRUCTURES DE SATIMENTS EXISTANTS

Limitation des dommages. 11 peutetre necessaire de limiter les dommages auxelements non structuraux et au contenu dubatiment pour garantir la secUl1te despersonnes (chute d'elements, obstruction dessorties), proteger les investissements oumaintenir la fonctionnalite d'un batiment apresun seisme. 11 est done important de considerercet aspect au moment de choisir une techniquede protection.

L' ancrage des elements du batiment ala structure principale est 1'une des methodesemployees pour limiter les dommages. Cetteligne directrice se limite a l'ancrage et ausupport des murs (structuraux ou non) et desparapets.

On peut aussi prevenir lesdeplacements de la structure (p. ex. lesglissements d'etages) au-dela des valeurstolerees par les elements non structuraux ainsique reduire 1'effet de l'acceleration du sol surIe batiment (qui peut endommager lesequipements speciaux ou les objets de valeur)aI' aide de techniques particulieres deprotection, par exemple 1'isolation a la base etl'ajout de dispositifs d'amortissement.3.4.2 Autres considerations

Outre la surete et 1'aptitude a 1'usagede la structure, d'autres aspects ont uneincidence importante sur Ie choix des techniquesde renovation et la conception des details.

Accessibilite. 11 faut determiner s'ilest possible d'acceder au batiment pour yexecuter des travaux de renovation,notamment la reparation et Ie remplacementdes elements et des materiaux, qui peuventnecessiter 1'utilisation d'echafauds, de gruesou autres equipements volumineux, et s'il estpossible d'executer ces travaux a 1'interieur del' espace disponible. Les difficultes d' accesinfluent directement sur les techniques deprotection employees et les couts. Comme lesfondations sont les elements les moinsaccessibles de la structure, done les pluscouteuses a renover, il faudra dans ce caseviter de leur toucher.

Perturbation des activites.L'impossibilite d'utiliser et d'occuper Iebatiment pendant les travaux de renovation estun autre facteur a considerer si Ie batimentdemeure en service durant cette periode. 11 estdonc preferable d'integrer la protectionparasismique a des travaux majeurs derenovation, de preference lorsque Ie batimentest inoccupe. 11 n' est cependant pas toujourspossible de proceder ainsi; il faut alorsexecuter les travaux par etapes en depla~antles occupants et les activites et enaccomplissant les travaux en dehors des heuresde bureau. La perturbation des activitesnormales pendant une longue periode et dansl'ensemble du batiment devient un facteurdeterminant dans Ie choix des techniques deprotection et la conception des details.

11 faut en outre prendre toute lesprecautions qui s'imposent pour eviter que lesetincelles produites lors des travaux ne causentun incendie.

Fonction du blitiment. La mise enplace de nouveaux elements structuraux, parexemple des murs travaillant en cisaillementou des contreventements, peut modifier laconfiguration (voies de circulation), l'eclairagenaturel ou d'autres caracteristiques liees al'usage du batiment. C'est pourquoi, encertains endroits, il vaut mieux eriger desossatures resistant aux moments que des murstravaillant en cisaillement. 11 ne faut pasoublier non plus que la pose de recouvrementsepais, par exemple des chapes en beton,augmente l'elevation des planchers, et qu'ilfaut alors modifier en consequence lesescaliers, les portes, les ascenseurs, etc.

Valeur esthetique. Certains procedesde renovation donnent des resultatsinacceptables sur Ie plan esthetique (voir parexemple la figure 4.5). Les contreventementsdiagonaux peuvent produire un effet similaire;dans certains endroits, par exemple sur lafa~ade d'un magasin, il est preferable demettre en place des murs travaillant encisaillement. 11 faut toutefois veiller a ce queles elements soient suffisamment rigides pourempecher la constitution d'un etage non rigidequi produira des deplacements de torsionimportants.


Valeur patrimoniale. La protectionparasismique d'edifices uniques ou acaracterepatrimonial peut presenter des defis de taille.Pour conserver aun batiment sa valeurpatrimoniale, il faut en modifier le mainspossible la structure, lorsque les elements etles materiaux de valeur sont relativement peualteres ou ont subi une alteration qui n'est pasincompatible avec Ie caractere patrimonial dubatiment et n' en diminue pas la valeur. Cettefac;on de proceder demande souvent que l' onapporte beaucoup de soin ala conception desdetails. Bien entendu, ce genre d'interventiondoit permettre d' atteindre les objectifs deprotection des personnes, de limitation desdommages et de cout enonces ala section 3.1.

Au moment de choisir une techniquede protection et de concevoir les details, lavaleur patrimoniale est I'un des premiersaspects que I' on doit considerer, en etroitecollaboration avec I'architecte, Ie proprietaireet des professionnels ou organisationsspecialises, par exemple les responsables duProgramme de protection du patrimoine missur pied par Travaux publics et Servicesgouvemementaux Canada.

Couts. II peut etre beaucoup pluscouteux de proceder ala protectionparasismique de structures existantes que derealiser une nouvelle structure resistant auxseismes. II est parfois possible de reduire cescouts en utilisant une technique quin'eliminera qu'un certain nombre dedeficiences, ou en mettant en place denouveaux elements structuraux qui viendrontrenforcer I'action des elements existants. Onpeut aussi limiter les couts en choisissant destechniques qui permettent de proteger Iebatiment sans qu'il soit necessaire de renoverles fondations ou de modifier en profondeurles elements structuraux.

3.5 Criteres de conceptionet essai de dispositiisspeciaux

Les presentes Lignes directrices nerenfel7nent pas d'exigences precises enmatiere de protection; elles ne contiennentdonc ni criteres de conception structurale nidispositions relatives al'essai et al'entretiendes dispositifs speciaux. Aux Etats-Unis, ontravaille actuellement aun grand projet(communement appele ATC-33) qui aboutira,d'ici 1997, aI'elaboration d'exigences et decriteres precis qui pounaient ensuite etreadaptes aux pratiques canadiennes. DansI'intervalle, on peut appliquer les criteresenonces dans les Lignes directrices pourl'evaluation sismique des batiments existants 1pour determiner si un batiment doit ou nonfaire I'objet d'une protection parasismique.II faudra toutefois porter a1,0, au moment dela planification des travaux, Ie facteur dereduction de 0,6 prescrit dans ces lignesdirectrices, sauf dans les cas ou un facteur dereduction plus rigoureux est justifie (risquespour la securite des personnes, couts,limitation des dommages, valeurpatrimoniale). Generalement, I' application defacteurs de reduction de charge peut etreremplacee par une demarche plus efficaceconsistant aaccomplir les travaux par etapesen se fondant sur la reduction des risques etles couts. Pour plus de precisions sur lescriteres de conception et I' essai des dispositifsspeciaux, consulter les documents suivants :

I) Pour la protection de batiments existants amurs porteurs en mac;onnelie non armee,voir I'annexe A des Lignes directricespour l'evaluation sismique des batimentsexistants 1.

2) Pour la mise en place de dispositifsd'amortissement et I'isolation par la base,voir Ie document intitule NEHRPRecommended Provisions for theDevelopment of Seismic Regulations forNew BuildingsS, ainsi que la demiereversion du CNB4 et des normes de laCSA6-9 (voir aussi les sections 5.1 et 5.2).

Dans Ie cas des fondations, il estpossible d' ameliorer la resistance du sol auxforces sismiques de courte duree,conformement aux recommandations desLignes directrices pour l'evaluation sismiquedes batiments existants 1.


Chapitre 4

Techniques classiques deprotection

Les techniques classiques de protectionparasismique comprennent les methodescourantes de renforcement, qui consistent: aajouter des elements d'assemblage (ancrages,clous, soudures, boulons, tenons, entures, etc.)entre les elements stmcturaux existants; aintegrer de nouveaux elements (elementsd'ossature, de recouvrement, de remplissage) auxelements existants; a constmire de nouveauxsous-systemes, par exemple des murs travaillanten cisaillement, des contreventements ou despieux, et ales relier a la stmcture existante. Vneautre technique traditionnelle, que nousn'aborderons pas dans Ie present chapitre,consiste a supprimer un ou plusieurs des etagessupelieurs pour ramener les forces sismiques quis'exercent sur Ie batiment aun seuil securitaire.Ces techniques de renforcement font appel auxmethodes courantes de construction. Lestechniques qui exigent l' utilisation de dispositifsspeciaux ou de nouveaux materiaux, par exemplel'ajout de dispositifs d'amortissement, l'isolationa la base et les enduits de ciment ou de plastiquearme de fibre de verre, sont abordees auchapitre 5. Les procedes employes pour renoverles fondations sont decrits au chapitre 6.

On trouvera dans Ie present chapitreune breve description des techniques quipeuvent etre employees pour proteger lastructure d'un batiment, ainsi qu'un expose deleurs avantages relatifs en regard des objectifset des principes enonces au chapitre 3.

Les details montres aux figures 4-1 a4-16 sont generaux et ne visent qu' a illustrerdes principes. Chaque detail doit etre con"u enfonction des conditions reelles d'application.

Il faut apporter Ie plus grand soin a laconception des details et s'assurer qu'ilsforment des trajets de charge appropries. Engeneral, on recommande l'utilisation de grandscouvre-joints, de longues soudures d'angle oude montages a plusieurs ancrages pour prevenirl'apparition de forces concentrees a l'interfacedes elements existants et des nouveaux.

Au moment de planifier lesrenovations, il faut veiller a maintenirl' equilibre structural, car la mise en oeuvred'une solution inappropriee peut modifier lescaracteristiques parasismiques du batiment.Ainsi, Ie fait de remplir de heton un platelageen acier pour en augmenter la resistance peutaussi accroitre les charges dues a la pesanteuret les forces qui s'exercent dans certainselements velticaux, car Ie diaphragme est alorsbeaucoup plus rigide.

4.1 Ajout de murs travaillanten cisaillement, decontreventements oud'ossatures resistant auxmoments

Les nouveaux murs travaillant encisaillement peuvent etre en beton arme, enacier ou en ma"onnerie armee, ou etre formesde contreplaque sur poteaux. Les nouveauxcontreventements sont generalement en aciermais ils peuvent aussi etre en bois d'oeuvre.Les nouvelles ossatures resistant aux momentssont Ie plus souvent en acier ou en heton arme.Ces systemes peuvent etre mis en place dans Iebatiment, sous forme de contreventements oude murs interieurs ou exterieurs (voir lesfigures 4-1 a et b), ou encore aI' exterieur dubatiment, ou ils joueront Ie role de contreforts(voir la figure 4-lc). L'avantage des contrefortsexterieurs reside dans Ie fait que la plus grandepartie des travaux peut etre executee del'exterieur, ce qui reduit au minimum lapelturbation des activites et les dommages auxrevetements de finition interieurs, al'equipement, etc.

Les nouveaux murs travaillant encisaillement ou contreventements seront situesde preference dans Ie prolongement desfondations, sinon il faudra peut-etre renover lesdiaphragmes aux endroits ou les murs travaillanten cisaillement et les contreventements sontdecales d' etage en etage.


Goujons noyesdans Ie mortier

a) Nouveau mur travaillant en cisaillement(beton ou mac;onnerie armes)

b) Nouveau contreventement(de preference profiles de charpentecreux ou cornieres adossees)

Ligature adapteesaux conditionsContrefort en beton, enmac;onnerie au en acierAncrages dans Ie sol audans Ie roc, au besoin

c) Contreforts exterieurs

d) Nouveau contreventement (ou murstravaillant en cisaillement) pour reduireIe cisaillement du diaphragme

Figure 4-1. Nouveaux murs travaillant en cisaillement ou contreventements

Choix d'un systeme. Il vautgeneralement mieux choisir un nouveau systemequi soit compatible avec Ie systeme structuralexistant. Dans les presentes Lignes directrices, lacompatibilite designe ordinairement lacompatibilite de reponse charge-deplacementsous une charge horizontale. Ainsi, une nouvelleossature resistant aux moments et ductile n'estpas compatible avec un mm travaillant encisaillement qui est fragile. Si Ie nouveau systemese situe dans la meme ligne de resistance qu'unsysteme existant ou entre deux systemes existantssemblables relies par un diaphragme rigide, lessystemes ancien et nouveau sont essentiellementparalleles et devraient, dans la mesure dupossible, etre compatibles. La compatibilite estmoins importante lorsqu'un systeme rigide estductile ou si les deux systemes incompatiblesn' agissent pas en parallele.

De nouvelles ossatures resistant auxmoments ou de nouveaux contreventementsexcentriques seront davantage compatiblesavec les ossatures resistant aux moments quisont en place et, en I' absence de mouvement,ils peuvent etre plus efficaces et pluseconomiques, en particulier si l' on peut

acceder ala structure de I'interieur. Lorsqu'onsonge aeriger de nouvelles ossatures resistantaux moments dans un local existant, il fautconsiderer la difficuIte de manoeuvre delongues poutres dans un espace restreint.

Emplacement. L'emplacement desnouveaux murs travaillant en cisaillement oudes contreventements est une decisionimportante qui repose sur des considerationsstructurales ou non structurales.

Les facteurs structuraux dont il fauttenir compte au moment de choisirI'emplacement de nouveaux murs decisaillement comprennent la symetrie de lastructure (effets de torsion), la renovationeventuelle des fondations, la necessited' employer de nouveaux collecteurs ouelements d'assemblage pour transmettreI' effort tranchant qui s' exerce sur Iediaphragme aux nouveaux murs travaillant encisaillement ou aux contreventements, ainsique la flexibilite ou la rigidite du diaphragmehorizontal. Il est parfois difficile de determinerce dernier point; dans ce cas, les deuxhypotheses devraient etre considerees.


On peut attenuer considerablement lesforces sismiques dues aux inegularites, parexemple les torsions ou Ie decentrement deselements de la structure verticale, enchoisissant avec soin l'emplacement desnouveaux elements. Il est possible de reduireles efforts tranchants qu'induisent lessecousses sismiques dans les diaphragmes enajoutant de nouvelles lignes de support lateral,comme l'indique la figure 4-ld.

Parce qu'il est ordinairement couteux derenover les fondations, il est preferable de tirerparti des fondations existantes en pla


Ossatures en heron resistant aux moments : Chemisage en acier (fig. 4-3b) Enrobage en beton aIme (fig. 4-3a) ou en

plastique renforce de fibre de verre(chap. 5)

Reparation des assemblages prefabriques.

Les ossatures en acier resistant auxmoments sont generalement les plus faciles itproteger mais, si on a recours au soudage, ilfaut s' assurer que I' acier existant peut etresoude. Lors de recents seismes, on a observedes ruptures fragiles it I'emplacement dessoudures, ce qui donne it penser qu'il peut etrepreferable de realiser des assemblagesboulonnes plut6t que des assemblages soudes.Les ossatures en beton arme et prefabriquesont plus difficiles it proteger, surtout parceque les details deficients de renforcement oud'assemblage posent un probleme quasiinsurmontable.

Les ossatures resistant aux momentsqui comportent un mur de remplissage enma


Nouvellearmature

Cornieres boulonnees ousoudees a I'acier existant

Figure 4-2. Assemblages, nouveaux ou ameliores, resistant aux moments

(a) Poteaux enrobes de beton

Armaturelongitudinale

Ligatures

Epaisseurd'enrobageretiree

Poteaux existantsen beton ou en acier

.~.,.,~..~...............................'..................~..../"~...

'-oJ....

Ligatures

(b) Chemisage d'acier

~ Cornieres~ Soudures~Bandesde

recouvrement

Figure 4-3. Enrobage ou chemisage des elements existants

LlGNES DIRECTRICES POUR LA PROTECTION PARASISMIQUE DES STRUCTURES DE BATIMENTS EXISTANTS

4.3 Protection d'uneossature contreventee

Les ossatures contreventees existantessont ordinairement en acier mais elles peuventaussi etre en bois. Les differents typesd' ossatures contreventees sont illustres a lafigure 4-4. Les ossatures a contreventementdiagonal sont surtout typiques des anciensbatiments : Ie contreventement peut etre assurepar des tiges de tension flexibles (qui netravaillent qu' en traction) ou par des elementsrigides qui travaillent a la fois en compressionet en traction. Les contreventementsdiagonaux rigides qui sont relies en leurspoints d'intersection presentent generalementun comportement ductile pendant un seisme.Cependant, les contreventements diagonauxqui ne travaillent qu' en tension affichent unetenue insuffisante en raison de I' elongation parfluage et du claquage des barres distendues.Parmi les autres types de contreventementsrepresentes a la figure 4-4, mentionnons lapoutre en K et Ie contreventement en V ou enV inverse, qui ont une performance beaucoupmoins bonne que les contreventementsdiagonaux rigides. En effet, Ie flambage encompression d'un contreventement peutinduire d'importantes forces non equilibreesperpendiculairement au poteau ou a la poutre,ala jonction des contreventements. On a misau point un nouveau type de contreventementexcentrique qui a un comportement sismiqueextremement ductile. Ce type decontreventement est examine a la section 5.1.

Les deficiences les plus souventobservees dans les ossatures contreventeesexistantes sont Ie manque de resistance et deductilite des assemblages ou des elements dusysteme de contreventement (y compris lespoteaux et les poutres), la configuration inefficacedu systeme de contreventement et un mouvementexcessif dans les zones de sismicite elevee.

II existe deux strategies de protection.On peut proteger Ie systeme decontreventement existant ou ajouter denouveaux contreventements ou des murstravaillant en cisaillement. Les deux methodesdoivent etre evaluees a la lumiere des objectifset des principes enonces au chapitre 3.

Voici quelques techniques classiquespour proteger des ossatures contreventees :

renforcement ou remplacement desliaisons

renforcement ou remplacement deselements

remplacement des contreventementsexistants par un systeme plus efficace(fig.4-lb)

protection de l' ancrage a la fondation.

II est parfois malaise de proteger descontreventements en bois, et les elementsfortement fissures doivent etre remplaces. Laductilite des contreventements en bois estregie par les details d' assemblage, et l' onobtient souvent les meilleurs resultats enrealisant des assemblages qui conrerent a lastructure un comportement ductile.

Dans Ie cas de batiments de plus detrois etages situes dans des zones de sismicitemoyenne a elevee, il faudrait envisager Ieremplacement des contreventements travaillantuniquement en traction par un autre systeme.

Le choix d'une technique dependra de1'accessibilite et de la configuration ducontreventement; les contreventements en K enV ou en V inverse peuvent etre difficiles a 'renforcer et doivent, dans certains cas, etreremplaces par un autre type de contreventement.

En K

En croix

EnV

Diagonal

En V inverse

Excentrique

a~ Poutrede~Iiaisonnement(ductile)Figure 4-4. Types de contreventement


4.4 Protection des murstravaillant encisaillement

On trouve generalement dans lesbiitiments existants quatre types de murstravaillant en cisaillement : en beton oumas;onnerie armes, en beton prefabrique, enmas;onnerie non armee et aossature acolombages revetue de contreplaque. La tenuede ces murs varie considerablement. Ce sont lesmurs arevetement en bois et les murs en hetonou mas;onnerie mmes qui donnent les meilleursresultats, Ie beton prefabrique etant legerementmoins performant, la mas;onnerie creuse ou enblocs donnant des resultats plut6t mediocres etles carreaux d'argile creux non armes se classantau tout demier rang en raison de leur friabilite.

Etant donne que l'erection de nouveauxmurs travaillant en cisaillement necessite souventla mise en oeuvre de nouvelles fondations, il estparfois preferable d'ameliorer la resistance et laductilite des murs existants. Cependant, lorsqueIe batiment comporte d'importantes irregulmitesqui nuisent au transfert efficace des charges etentrainent des efforts eleves de torsion, il vautmieux envisager la mise en place de nouveauxmurs ou de contreventements.

Voici quelques techniques classiques pourla protection des murs de cisaillement existants :

Beton ou mar;onnerie armes : Murs de remplissage (fig. 4-5)

Chapes en heton arme (fig. 4-6a) Cuirassement metallique ou recouvrement des

contreventements Poutres d'accouplement Post-tension

Beton prefabrique : Murs de remplissage (fig. 4-5) Chapes en heton arme (fig. 4-6a) Renforcement des assemblages Pilastres/poteaux Tirants

Mar;onnerie non a1711ie : Chapes de heton arme (fig. 4-6a) Renforcement des elements verticaux (fig. 4-7) Pilastres/poteaux Enduits ou ciments aarmature en treillis ou

renforces de fibre de verre Remplacement

Bois: Clouage supplementaire Recouvrements en contreplaque ou en

panneaux de copeaux etroits (fig. 4-6b) Tirants et ancrages metalliques.

Elements de remplissage (beton ou mayonnerie armes)

Obturation des ouvertures au moyen debeton au ma90nnerie armes

4=4=-+-+--+--+--I--+--+"i'\C-""'" ~;nul~~~ ~r~~I~eSfores, a I'aided'epoxyde-ciment

Figure 4-5. Elements de remplissage (verticaux)(a) Recouvrement en beton arme (b) Recouvrement

en contreplaque

replaque

s

A

/1' 11''''-. /"

...."""'i

Clou

~Cont

I

Tiges en acierinoxydablesinstallees deI'exterieur etnoyees danslemortier

Briquetage(min. 3 pareis)

Trous inclines pourfaciiiter ie coulagedu mortier

Mayonnerieou beton

Goujons

Figure 4-6. Recouvrements (verticaux)


(a) Mac;::onnerie de blocsBarres inserees directement dans I'ouverturesuperieure ou glissees a travers uneouverture decoupee sur Ie cote

Ouverturesur Ie cote

(b) Evidage d'une mac;::onnerie de brique

Ma


(a) Ancrage aux fondations - Ossature en bois

metallique~;.;;;;~ Ik.------ [)is~)ositif d'ancrage

II peut etre necessairede poser une attache

'~--+--IR()III()n d'ancrage

(b) Tirants verticaux - Ossature en bois

Tige de tension

Plat de renforttravaillant en tension

Figure 4-8. Timnts verticaux et ancrage


Les murs de remplissage sont souventeconomiques mais ils peuvent etreinacceptables pour des raisons esthetiques. Lesrecouvrements et enduits peuvent etre plusdiscrets s'ils sont appliques de l'exterieur, maissi l'on doit preserver Ie caractere patrimonialou I' aspect du biitiment, il faut generalementles appliquer de 1'interieur ou sur les mursinterieurs travaillant en cisaillement. Leschapes en heton augmentent la resistance aucisaillement et foumissent un Supp0l1laterai ala maSionnerie existante, mais ce procede peutnecessiter la renovation des fondations. Lamise en place de poutres d'accouplement entredes murs travaillant en cisaillement quipresentent un comportement ductile est parfoisavantageuse, car non seulement ces elementsreduisent-ils les forces de renversement quis' exercent dans les murs mais ils ameliorentaussi la ductilite globale de 1'assemblage. IIfaut porter une attention particuliere aux effetspossibles d'un mouvement differentiel entre lesnouveaux recouvrements ou murs deremplissage et les murs travaillant encisaillement, par exemple I' apparition defissures de retrait et de cambrures.

II faut assurer la continuite du murtravaillant en cisaillement en realisant un trajetde charge ininterrompu en cisaillement, entraction et en compression. On peut renforcerles murs en beton qui presentent une faiblesselocalisee en ajoutant des tenons en beton ou enboulonnant les elements d' ossature en acier.Pour augmenter la resistance des liaisonsexistantes, on peut aussi ancrer les murs decisaillement aux fondations a I' aide de tirantset les transformer ainsi en porte-a-fauxverticaux, ou realiser de nouveauxassemblages qui transmettront les effortstranchants. II peut etre necessaire de mettre enplace des tirants, des entures et des liaisonscapables de repartir les efforts tranchants dansles murs en bois travaillant en cisaillement, enparticulier s'il s'agit de murs de faible largeur;il n' est cependant pas toujours necessaired'utiliser des tirants dans Ie cas de longs mursa colombages et a revetement en boistravaillant en cisaillement.

On peut augmenter la resistance desmurs en blocs de beton aux forces quis' exercent en plan et hors plan en plaSiant unearmature verticale dans les alveoles (fig. 4-7a).On retire Ie beton de la poutre deliaisonnement du toit, puis on fait passer parl'ouverture remplie de mortier une barred' armature qui est ensuite ancree auxfondations. II est egalement possible d'ouvrir ala scie les elements situes pres du sommet dechaque etage et d'y introduire des barresd'armature. Les alveoles ainsi armees sontensuite remplies de beton. Le cas echeant, ilfaut decouper avec soin les poutres deliaisonnement intermediaires. L' avantage de ceprocede est que les travaux peuvent etreexecutes de l'exterieur. Bien que la faSiadepuisse conserver quelques traces de cetteremise en etat, elle est generalementrecouverte d'un pare-air, d'un isolant et d'unnouveau revetement de finition. On peutappliquer la meme technique aux ouvrages demaSionnerie en brique (d'une epaisseur d'aumoins 300 mm); il s'agit alors de forer desalveoles verticales de 100 mm de diametredans la maSionnerie, de placer des barresd' armature dans les alveoles et de remplircelles-ci de mortier (fig. 4-7b). Cette techniquepermet d'accroi'tre la stabilite laterale et laresistance au balancement des murs de faibleepaisseur. Dans les deux methodes, lesarmatures peuvent etre postcontraintes.

II est aussi possible de proteger unmur en maSionnerie non armee par 1'applicationde crepis renforces de fibre de verre (voir Iechapitre 5) et la mise en place d'unrecouvrement de beton arme; dans ce demiercas, on peut retirer la paroi exterieure pourreduire Ie poids et l'encombrement du mur.


4.5 Protection desdiaphragmes existantsLes diaphragmes existants posent

generalement un probleme dans les zones desismicite moyenne a elevee; cependant, Iesimple transfert de l'effort tranchant dudiaphragme a la structure verticale peut etredifficile a realiser dans les zones de faiblesismicite. Les seismes passes montrent que larupture du diaphragme decoulait Ie plus souventde la defaillance des elements d'assemblageque de la faiblesse du diaphragme lui-meme.

Les deux types de diaphragmes lesplus courants sont les diaphragmes flexibles,formes d'un platelage en bois ou en metal, et lesdiaphragmes rigides, comme les dalles en heton,les platelages en metal remplis de beton ou lesstructures de planchers a contreventementshorizontaux. Les diaphragmes rigidestransmettent les forces d'inertie des etages alastructure verticale, en fonction de la rigiditerelative des elements verticaux. Lesdiaphragmes flexibles tendent a se comportercomme des poutres placees entre des supportslateraux et ils transmettent les forces d'inertiedes etages aux supports lateraux. Dans les zonesde sismicite elevee, les diaphragmes risquent desubir des deformations excessives qui peuvententrainer I' effondrement des murs enmac;:onnerie (voir 1'annexe A des lignesdirectrices pour l'evaluation sismique1).

Les diaphragmes agissent comme despoutres horizontales tant en flexion qu' encisaillement. Il est donc important d'en assurer1'integrite. A cette fin, on peut utiliser desbarres de liaison ou des membrures continuespres du perimetre, des entures ou desarmatures au niveau des angles rentrants, ainsique des collecteurs qui transmettront a lastructure verticale les efforts tranchants quis' exercent sur le diaphragme.

Voici quelques techniques c1assiquespour proteger les diaphragmes existants :

Diaphragmes en bois d'oeuvre: Clouage, agrafage des diaphragmes

existants Recouvrement de contreplaque (fig. 4-9a) Murs de refend (voir annexe A des lignes

directrices pour l'evaluation sismique 1) Entures/entretoises pour membrures,

collecteurs (fig. 4-12 et 4-14) Nouvelles membrures, nouveaux

collecteurs

Platelages diaphragmes en aeier " Soudage Recouvrement de beton arme (fig. 4-9b) Contreventements en acier (fig. 4-10) Boulons de cisaillement, boulons

d' ancrage, goujons pour Ie transfert del'effort tranchant (fig. 4-11)

Membrures et elements d'ossature enacier (fig. 4-11)

Diaphragmes aeontreventements en aeier " Remplacement, armature ou adjonction

d'elements d' ossature ou d' assemblage Contreventement secondaire Platelage en acier ou recouvrement de

beton arme avec boulons de cisaillement(fig. 4-9b)

Diaphragmes en beron " Recouvrement en heton arme (fig. 4-9c) Ouvertures aux murs de remplissage; Ajout de goujons pour Ie transfert de

l'effort tranchant (fig. 4-9c et 4-13) Mise en place de collecteurs sous les

diaphragmes Nouvelles membrures, nouveaux elements

d'ossature (fig. 4-13 et 4-14).Il est ordinairement plus economique

de proteger les couvertures diaphragmes enbois en travaillant la face superieure plutOt quede placer des contreventements ou ducontreplaque sur la sous-face. En effet, lestravaux executes sur la sous-face peuvent etregenes par les installations mecaniques etelectriques, le reseau d' extincteursautomatiques et les systemes architecturaux.Cependant, il est parfois plus economique deproteger les platelages diaphragmes en acieren installant sur la sous-face descontreventements horizontaux.

Le coilt des travaux et la mesure danslaquelle 1'usage du batiment est perturhedependent largement de l' accessibilite descomposants a proteger (enlevement etremplacement des elements non structuraux,par exemple les planchers et les c1oisons) et dela superficie de l'aire de plancher a modifier.Les chapes en heton arme presententl'inconvenient d' augmenter l'elevation duplancher (ce qui necessite un ajustement desescaliers, des portes, etc.), les chargespermanentes et, dans certains cas, l'effort detorsion lie aux diaphragmes rigides.

Il est parfois possible de se dispenserde modifier considerablement Ie diaphragme enajoutant des murs travaillant en cisaillement oudes contreventements verticaux (voir la fig. 4.1).


(a) Contreplaque sur revetement (b) Beton sur platelage metallique

F

liaison de cisaillement (profiles, cornieres,etc.) ou vis posees par en dessous ou par

(c) Beton sur beton en dessus

goujon noye renforcement lateraldans Ie mortier aux ouvertures

/'A

surface bouchardeeetnettoyee

Figure 4-9. Recouvrements pour diaphragmes

(a) Nouveau contreventementpour ossature en acier

horizontal

Systeme decontreventementhorizontal

(b) Nouveau contreventementpour solives reposant surdes murs de beton ou demaeronnerie

Membrure

:~.=~ Membrurecoo,,,,,,,emoc,(' part;, '"

dessous ou du dessus) soudeaux solives et a la membrure

Figure 4-10. Contreventement des diaphragmes

Ancrage par vis

Plaque cintree et ancrage

LlGNES DIRECTRICES POUR LA PROTECTION PARASISMIQUE DES STRUCTURES DE SATIMENTS EXISTANTS

Nouvelle membrure et ancrage

Corniere d'epaulement (collecteur)

~ Bande de metal ancree au platelage et a la membrureSoudures a la bande et au platelage, au besoin

Corniere en acier ancree a la lambourde et au mur, au besoin

Figure 4-11. Transmission de l'effort tranchant et membrures (platelages mitalliquesdiaphragmes)

Cornieres de fixation

Figure 4-12. Transmission de l'effort tranchant et membrures (diaphragme en bois)

Ma90nnerie

Daile prefabriquee

Beton

Daile prefabriquee

Resistance augmenteepour la transmission deI'effort tranchant

Figure 4-13. Transmission de l'effort tranchant et membrures (diaphragmes en betonY


(a) Collecteur dans un diaphragme en bois

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(b) Renforcement d'une ouvertureI 1'1 n

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- - - - ~ :~ - - - - - - - -- -~.I:: ~I ,,-- --._-7III_D~, II . II I.. SauduresI II II I

Section A-A

(c) Enture de poutre enlamelle-colh~

Plat de renfart au carnieres en acier

Figure 4-14. Collecteur et entures pour diaphragmes


4.6 Protection des supportslateraux de murs et deparapets

Dans les batiments existants, l' ancrageinsuffisant des murs et la presence de parapetsnon supportes ayant un rapport d'elancementeleve sont les plus notables des deficiences quipresentent un danger pour la vie. Generalement,la correction de ces deficiences coute beaucoupmoins cher et cause nettement moins dedesagrements que la renovation des autreselements de la structure du batiment.

Les techniques employees pourI'ancrage et Ie support lateral des murs et desparapets sont relativement simples, mais il fauts' assurer que les details sont conc;us pourfaciliter Ie transfert des charges et que lestravaux sont correctement executes. Ainsi, ilfaut eviter de realiser des liaisons qui sonttributaires de la tension perpendiculaire au graindes elements en bois qui relient Ie dispositifd'ancrage au diaphragme. Par aiIIeurs, lorsqueles elements qui assurent Ie support lateral enpartie supelieure d'un mur interdisent ladeflexion verticale de la structure sus-jacente,ceIIe-ci doit alors agir comme un mur porteur.

11 faut considerer tant les murs nonporteurs que les murs porteurs. Les cloisons enmac;onnelie non armee et acolombages sontsouvent construites Ie long des voiesd' evacuation et peuvent supporter des plafondset d'autres elements non structuraux.

Voici quelques techniques pour renoverles supports lateraux des murs et des parapets:

Murs exterieurs en mar;annerie au en heron: Boulons d'ancrage (fig. 4-11, 4-13 et 4-15) Goujons noyes (fig. 4-9c et 4-13) Recouvrements (fig. 4-6a) ou murs de

retenue

Plat de renfort

Corniere de fixation type

Entretoise

Ancrage parplat metallique

Tige transversale

Ecrou-raccord

Plancher

Beton ou ma


Murs-rideaux exterieurs : Elements d'assemblage qui autorisent Ie

gauchissement obliqueParapets en nWfonnerie et autres elements ensaillie :

Contreventement et ancrage (fig. 4-16a) Reduction de la hauteur du parapet

Placages: Dispositifs d'ancrage pour placages

Cloisons: Supports lateraux (fig. 4-16b) Recouvrements ou murs de retenue.

Comme on recherche toujours uncomportement ductile, il vaut mieux utiliser unplus grand nombre de dispositifs d'ancrage depetite taille que des dispositifs plus gros aintervalles distants.

Pour reduire au minimum lesdesagrements causes par les travaux, il estrecommande de proceder aI' ancrage des mursexterieurs depuis l' exterieur. Les travauxdevront etre executes de l'interieur lorsque lescomposants a renover sont inaccessibles del' exterieur ou aux endroits ou l' aspect desdispositifs d'ancrage est inacceptable.

Dans de nombreux cas, il estnecessaire non seulement de renover lesassemblages mais aussi de corriger lesdeficiences du mur proprement dit. Ainsi, lesmurs en ma~onnerie non annee peuvent exigerIe support supplementaire d'une armatureverticale (fig. 4-6a) ou un renforcement a lajonction des poteaux et des poutres.

(a) Appui de parapet en ma~onnerie

Gunite

(b) Cloisons en ma~onnerie

Corniere en acier

EcartementTen acier afente verticale

Figure 4-16. Appui lateral des parapets et des cloisons

Profile ancre au parapetContreventement

Ancrage


Chapilre 5

Techniques speciales deprotection

Le present chapitre donne desindications sur trois nouvelles techniques deprotection: l'ajout de dispositifsd' amortissement, I' isolation par la base et1'application d'enduits et de ciments renforcesala fibre de verre. Il renvoie aussi auxmethodes employees pour l'evaluation desbatiments qui comportent des dispositifsspeciaux d' amortissement et d'isolation. Cestechniques et ces dispositifs sont relativementnouveaux et en sont encore adivers stade demise au point. Par consequent, les indicationsfoumies ici sont surtout qualitatives, et ilfaudra faire appel ades experts-conseils pourobtenir des precisions.

Ce chapitre comporte des renvois ades documents plus detailles sur chacune destechniques speciales abordees.

5.1 Ajout de dispositifsd'amortissement

Il est bien connu qu'un comportementstructural non elastique dissipe l'energiesismique captee par la structure du batiment.Les forces laterales de calcul auxquelles lastructure doit resister sont donc reduites. LeCNB tient compte de ce phenomene enpreconisant 1'application d'un facteur dereduction R dont la valeur se situe entre 1 et 4,la valeur la plus elevee correspondant ala plusforte dissipation d'energie. Le comportementinelastique de la structure n'est pas Ie seulfacteur de dissipation de 1'energie. Cettedissipation peut aussi resulter de ladeformation inelastique des elements nonstructuraux du batiment et du frottement deglissement entre ces elements. Dans lescriteres d'evaluation applicables aux batimentsen mac;onnerie non armee (annexe A des lignesdirectrices pour l'evaluation sismique1), ontient compte de cette forme de dissipation lieeala reponse inelastique des diaphragmes etdes cloisons en bois.

On peut incorporer dans un batimentdes dispositifs supplementairesd'amortissement qui en attenuent la reponsedynamique en eliminant la plus grande partiede I' energie transmise ala structure par lessecousses sismiques. Lorsque ces dispositifssont correctement mis en place, la protectionparasismique ne repose plus, comme par Iepasse, sur la ductilite des principaux elementsstructuraux mais sur la dissipation de l'energiepar ces dispositifs. Ils contribuent aprotegerIe batiment contre des dommages importantsou un effondrement en empechant tout effetde resonance et en reduisant ainsi ladeformation inelastique de la structure.

En ajoutant des dispositifsd'amortissement, on reduit 1'amplificationdynamique des mouvements sismiques du sola1'interieur du bittiment, et en particulier Iemouvement differentiel des etages. Sitoutefois la structure existante presente uneforte rigidite laterale (p. ex. un mur travaillanten cisaillement) et une grande fragilite, lesdispositifs ne peuvent generalement pasfoumir un travail utile suffisant pour reduireles dommages au batiment. Si la structureoffre une bonne flexibilite laterale (p. ex. uneossature resistant aux moments), lesdispositifs peuvent alors foumir Ie travailnecessaire pour reduire considerablement Iemouvement differentiel des etages qui seproduit inevitablement au cours d'un seisme,et prevenir en partie les dommages aubatiment. Si par ailleurs des murs deremplissage rigides et fragiles sont relies aune structure flexible, ces murs agirontcomme des murs fragiles travaillant encisaillement et cederont avant que lesdispositifs n'aient pu foumir un travailefficace. Il faut alors detailler les murs deremplissage et les panneaux rigides demaniere apermettre un glissement d'etage ou,s'ils sont suffisamment resistants, relier cesmurs al'ossature au moyen de dispositifsd'amortissement pour qu'ils participent aladissipation de 1'energie.


Frequence 2,5 Hz

Amortisseur viscoelastique

Frequence 0,5 Hz

p(Ib) (kN)2000 8,9

Amortisseur -0,7 0,7 (po)a frottement -+-++-1-

-17 17(mm)

50 cycles

-2000 -8,9 0,2 Hz

700

___ 350 Pp ____ __z

Amortisseur a ~ Py - ~ - --flechissement itmetallique 0"-

-700-0,36 -0,18 O. 0,18 0,36

Y (rad)

Figure 5-1. Courbes d'hysteresis des amortisseurs (EERI, 1993 - p. 459; CTA, 1993 - p. 461, 532)

On a recemment employe ces dispositifsd'amortissement pour la protection parasismiquede nombreux batiments au Canada, aux Etats-Unis, au Japon, au Mexique et dans d'autres pays.Dans ce type de renovation, il n'est pas necessairede modifier les fondations, ce qui constitue unavantage incontestable. Les dispositifsd'amortissement sont ordinairement incorpOl'es aucontreventement, nouveau ou existant, de lastructure du blitiment, dans les assemblages, entreles panneaux non structuraux et la structure ou atout autre endroit ou des secousses sismiquesproduiront des mouvements differentiels,

Les dispositifs d'amortissementfonctionnent selon trois principes : Iefrottement, Ie flechissement metallique et laviscosite ou viscoelasticite. Les differents typeset leurs applications sont decrits dans PassiveEnergy Dissipation lO et Proceedings ofSeminar on Seismic Isolation 11. Les courbesd'essai d'hysteresis representees a la figure 5-1donnent une indication du pouvoir dedissipation de l'energie qu' ont ces dispositifs.

Les contreventements excentriquesabordes aI' annexe D de la nonne S16.16 de laCSA dissipent aussi l'energie, mais comme ceselements font partie integrante de la structure,ils n'ajoutent pas ala capacite de dissipation etne sont pas faciles aremplacer.

Ii est important d'eprouver lesdispositifs d' amortissement avant de les mettreen place afin de s' assurer qu'ils se comportentcomme prevu. Ii faut aussi veiller a ce qu'ilscontinuent de remplir correctement leurfonction pendant toute la vie utile du batiment.

Principes de conception et analyse.On peut se faire une idee generale del'incidence d'un amortissement supplementairesur la reponse de la structure en examinant Iespectre de reponse sismique pour unamortissement normal (seuil critique de 5 p.100) et un amortissement supplementaire (seuilcritique de 25 p. 100 environ), commel'indique la figure 5-2 pour deux cas types. Lafigure 5-2 montre que si l'on renove unestructure sans en modifier la periode,l'attenuation de la reponse est egale a ladifference entre les valeurs minimale etmaximale du spectre de reponse correspondanta la frequence fondamentale du batiment.Cependant, comme les dispositifsd'amortissement augmentent la rigidite dubatiment, ils tendent done a en reduire laperiode T, en plus d'en accroitre la resistanceaux vibrations. Iis offrent done deuxavantages : ils attenuent l'amplificationdynamique a la frequence propre du batimenten apportant un amortissement supplementaire,et ils reduisent Ie deplacement en ecourtant laperiode. Cette double action ne se traduit pasnecessairement par une diminution de l' efforttranchant a la base, mais la protection n'en estpas pour autant reduite, car les dispositifsd' amortissement contreventes absorbent unepartie de la charge laterale. La figure 5-2bmontre qu'un accroissement de la rigiditelaterale et de l'amortissement a un effetparticulierement benefique sur les structureserigees sur un sol meuble.


(a) Seisrne survenu au Chili en 1985(Enregistrement de L1olleo - Sol resistant)

(b) Seisrne survenu aLorna Prieta(Enregistrement de Santa Cruz - Sol meuble)

Ol 3 20 8. Ol 1.6 608.ai c: ai 50~{2

- - -Cll ~-

- - -

lOi40 111.0

'"--

'"30 '"c: C c: C0 ~ ~ 0.5 20 ~~

'Cll 2l 'Cll 10 ~~ '" ~a. a. o~ 0 o ~2 3 4 5 0 2 3 4 5

Periode, en secondes Periode, en secondes

Figure 5-2. Exemples de spectres de reponse sismique pour I'acceleration et ledeplacement(EERI, 1993 - p. 629)______ Acceleration spectraIe - - - - deplacement spectral

Pour fonctionner correctement, lesdispositifs supplementaires d' amortissementdoivent etre places aux endroits du batiment ouIe mouvement differentiel des etages estimportant. Pour assurer la stabilite de lastructure, il faut en augmenter la resistancelaterale proportionnellement aux deplacements.II est donc important que Ie systeme structural,a l'exception des dispositifs d'amortissement,demeure relativement elastique, lars d'unseisme de calcul. II peut etre necessaire derecourir a des techniques classiques pourrenforcer certains elements structuraux, commeles poteaux des etages inferieurs qui doiventresister aux charges extra-axiales imposees parles nouveaux dispositifs de contreventement.Cependant, compte tenu de l'amortissementsupplementaire, ces charges serontvraisemblablement plus faibles que celles quiresultent uniquement de la presence desnouveaux contreventements.

Les dispositifs et leur emplacementdoivent etre choisis pour assurer unedissipation maximale de l'energie l2 , demaniere a reduire au minimum Ie mouvementdifferentiel des etages et a prevenir laproduction de forces excessives, en particuliercelles qui necessiteraient la mise en oeuvre denouvelles fondations, de nouveauxassemblages et collecteurs, etc. II est beaucoupplus difficile de planifier des travaux derenovation qui font intervenir l' ajout dedispositifs d'amortissement que des travaux deprotection classiques. Dans certains cas,toutefois, ils perrnettent de reduiresensiblement les couts et les desagrements.

Les exigences precises applicables ala conception de systemes de batimentcomportant des dispositifs d' amortissementainsi qu' a l'essai et a l'entretien des dispositifssont en cours de mise au point. Les exigencesprovisoires regissant 1'emploi de cettetechnique dans les nouveaux batiments sontcontenues dans les NHERP RecommendedProvisions5; bon nombre de ces exigencess' appliquent egalement aux batimentsexistants. Dans les NHERP RecommendedProvisions5, on prevoit 1'analyse statique desbatiments dans certaines conditions,notamment ceux qui comportent des dispositifsfonctionnant sur Ie principe de la viscosite oude la viscoelasticite. Dans les autres cas, il fautproceder a des analyses dynamiques qui fontappel a la methode du spectre de reponse ou,plus generalement, a une analyse non lineaireen fonction du temps. Cette demiere methodeest prescrite dans les NHERP RecommendedProvisions5 pour les dispositifs fonctionnantpar frottement ou flechissement, ou la ou lareponse de la structure a un seisme de calculsera essentiellement non lineaire.

On trouvera dans Passive EnergyDissipation lO et Proceedings of Seminar onSeismic Isolation!l une description d'uncertain nombre d' applications.


5.2 Isolation a la base

Cette technique consiste adissocier Iebatiment de ses fondations et alui permettrede flatter sur des elements flexibles.L'isolation ala base restreint la quantited' energie transmise au batiment par lessecousses sismiques. Cette methode ofIre unedouble protection. Tout d'abord, les dispositifsd'isolation reduisent la ligidite laterale globaledu batiment et portent, par consequent, saperiode de vibration propre hors de la plagedes periodes correspondant auneconcentration maximale de l' energie sismique.La plus grande partie de l' energie sismiquen' est donc pas transmise au batiment. Endeuxieme lieu, en dissipant l' energie, lesdispositifs d'isolation empechent 1'effet deresonance qui pourrait se produire si lafrequence naturelle du biitiment etaitmaintenue. Ces dispositifs doivent toutefoisetre suffisamment rigides pour prevenir uneoscillation excessive du batiment sous lessurcharges dues au vent.

La periode fondamentale d'unbiitiment isole doit etre de beaucoup supelieureacelle d'un batiment equivalent non isole etaux periodes predominantes de vibration du sol.Autrement, les mouvements sismiques deperiodes longues cOlTespondant ala peIiodefondamentale laterale du batiment serontamplifies. C'est pourquoi l'isolation par la basen'est generalement pas recommandee pour lesbiitiments eJiges sur des sols tres meubles (p. ex.aMexico) ou les batiments de grande hauteurnon isoles dont la frequence laterale propre serapproche de celle de la masse d'un batiment quirepose sur des dispositifs d'isolation. Pour reduirel'amplitude de ces mouvements abassefrequence, Ie systeme d'isolation ala base doitdissiper l'energie, Ie plus souvent dans un rapp0l1d'amortissement equivalent de 0,10 a0,20.

Ces considerations deviennentevidentes lorsqu' on compare les spectres dereponse presentes ala figure 5-3 pour unbatiment rigide (T =0,5 s) et un batiment tresflexible (T =2 s), pour un sol dense et un solmeuble.

Isolants : rigidite reduite,amortissement eleve

Sol ri~ide

T1 PERIODE

rSol meubleEffets des conditions pedologiques

W...J


Lors d'un seisme, de grandsdeplacements lateraux se produisent au-dessusdes dispositifs d'isolation places ala base dubiHiment. II faut donc prevoir des jointsmobiles dans les ouvrages et installationssitues ala peripherie du batiment(canalisations, trottoirs, etc.). II faut egalementprevoir une distance suffisante entre Iebatiment isole et les batiments adjacents. Etantdonne que I'isolation par la base demande destravaux importants de renovation desfondations, cette technique n'est generalementconsideree economiquement viable que dans Iecas de batiments ausage special ou d' edificesacaractere patrimonial construits dans deszones de sismicite moyenne aelevee.

L'un des avantages que presenteI'isolation ala base est que cette techniquereduit sensiblement l' effet de l'acceleration dusol sur Ie batiment; comme Ie risque dedommages au batiment et ason contenu estplus faible, Ie biltiment demeureravraisemblablement plus fonctionnel pendant etapres un seisme. L'isolation par la baseprotege aussi Ie contenu du batiment, parexemple les instruments, les ordinateurs et lesobjets precieux conserves dans les musees.Dans les zones de sismicite elevee, il peuttoutefois etre necessaire de procederegalement ades ameliorations plus classiques.II faut en outre considerer que la mise en placede dispositifs d'isolation au niveau desfondations peut avoir un effet moins marquesur I'usage du batiment que les techniquesclassiques de protection.

AI'heure actuelle, il existe troisgrands types de dispositifs d'isolation : enelastomere, aglissement et hybrides. Les plusrepandus sont constitues d'epais coussins enelastomere stratifies de toles d'acier etcontenant un caoutchouc apouvoird'amortissement eleve ou une ame en plombfavorisant la dissipation de l'energie. Lesdispositifs qui fonctionnent par glissement ontaussi ete utilises en Amerique du Nord. Dansles systemes hybrides, I'action des dispositifs aglissement est combinee acelie des dispositifsen elastomere. Les Proceedings of Seminar onSeismic Isolation!! foumissent desrenseignements plus detailles sur ces dispositifs.

Un systeme d'isolation par la basedevrait conferer une plus grande resistance auxdeplacements plus importants et permettreainsi au batiment de revenir asa positiond' origine apres un seisme.

Les exigences applicables auxbatiments isoles ainsi qu' a l'essai et aI'entretien des dispositifs d'isolation contenuesdans les NHERP Recommended Provisions5visent les nouveaux batiments, mais bonnombre pourraient aussi s'appliquer auxbatiments existants. Ce document presentetrois methodes d'essai plus ou moinscomplexes et repandues : une methoded'analyse statique, une methode d'analysespectrale et une methode d'analyse dynamiqueen fonction du temps. Ces methodesperrnettent d' evaluer Ie batiment en fonctionde differents facteurs, notamrnent lesconditions du sol, la proximite de faillesactives, la sismicite, la periode fondamentaledu batiment, les irregularites du batiment et lesproprietes du systeme d'isolation.

On trouvera d'autres renseignements,notamment la description d'un certain nombred'applications, dans An Introduction toSeismic Isolation 13, Proceedings ofSeminar ofSeismic Isolation!!, Proceedings ofa Seminarand Workshop on Base Isolation and PassiveEnergy Dissipation13 et Seismic Retrofit ofHistorical Buildings Conference Workshop!5.


5.3 Plastiques et cimentsrenforces a la fibre deverre et enrobages

La fibre de verre a ete utiliseependant de nombreuses annees pour larenovation des bateaux en bois. Les plastiqueset les ciments renforces ala fibre de verrecontenant du vene, du carbone et d' autresmateriaux sont aujourd'hui employes pour laprotection parasismique des batiments. Onapplique des ciments renforces sur les murs enma~onnelie et on enrobe les poteaux en betonet les elements architecturaux en tene cuite.

Murs et cloisolls ell mafollnerie.Les ciments ala fibre de velTe qui servent arenforcer les elements en ma~onnerie sontlargement utilises en Nouvelle-ZeIande et enAustralie dans les travaux de protectionparasismique 16. Ce procede de recouvrement(voir la figure 5-4) augmente la resistance enplan et hors plan des murs en ma~onnerie 17.II consiste aappliquer une ou plusieursepaisseurs, selon Ie degre de resistancerecherche, d'une armature en treillis possedantune tres haute resistance ala traction, enroheed'un enduit ala fibre de verre. On peut ainsirenforcer un mur sur un seul cote ou sur lesdeux cotes. II peut etre necessaire de renforcerles extremites des murs travaillant encisaillement al'aide d'eIements en acier noyesdans un enduit plus epais. Les fabricants ontmis au point certains details speciaux pourassurer la continuite des elements et relier lesmurs aux planchers et aux toits.

Enrobage des poteaux en beton.Les enduits en plastique ala fibre de verresont actuellement utilises pour proteger laresistance parasismique des poteaux dans bonnombre de ponts et de biitiments aux Etats-Unis I8 ,19. On enroule autour du poteau delarges bandes de monotextile tisse enduites deresine epoxyde ala fibre de vene qui durciraen place (figure 5-5). On peut faire subir acette enveloppe une post-contraintecirconferentielle en injectant du mortier souspression dans une membrane si

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