T4-B Conception Parasismique Des Batiments

CONCEPTION PARASISMIQUE

DES BÂTIMENTS

Les fiches T4 (A et B) ont été établies par Milan Zacek. Professeur des écoles d'architecture, architecte, ingénieur, il assure de nombreuses conférences et formations d’architectes et d’ingénieurs en protection parasismique des bâtiments.En complément de ces deux fiches, retrouvez sur MAFCOM la conférence qu’il a tenue à l’ENSA de Paris-Bellevillele 27 mars 2010.

INFORMATIONS TECHNIQUES T4

Pour être conformes à la stratégie de protection parasismique

réglementaire, en cas de séisme fort, après avoir atteint leur

résistance maximale, les constructions doivent pouvoir subir

de grandes déformations « plastiques » au lieu de rompre

et de s'effondrer. Ces déformations sont possibles grâce à une

conception architecturale judicieuse (respect du principe poteau

fort-poutre faible, prévention de l'effet de niveau souple,

de l'effet de poteau court...) et, en grande partie, en

appliquant les dispositions constructives parasis-

miques concernant la ductilité. Ces dispositions font l'objet

des normes parasismiques et leur application est obligatoire.

Les déformations plastiques ne sont pas entièrement réversibles,

mais les avantages qu'elles apportent sont importants :

- elles dissipent une partie notable de l'énergie des oscillations

et préviennent l'effondrement, car elles allongent le temps

de résistance, en principe au-delà de la durée du séisme,

qui est inférieure à 30 secondes en France métropolitaine ;

- elles plafonnent les efforts sollicitant les constructions,

qui peuvent donc être dimensionnées pour des charges plus

faibles : divisées par 2,5 dans le cas des constructions en

maçonnerie, par 5 au plus dans celui des ouvrages en béton

armé et par 6,5 au plus lorsque la structure est en acier.

L'économie qui en découle est notable. Le plafonnement des

charges apparaît sur la figure 37b (la résistance limite requise

est plus faible que sur la figure 37a).

SEPTEMBRE 2010*

Mutuelle des Architectes Français assurances. Entreprise régie par le code des assurances. Société d’assurance mutuelle à cotisations variables – 9, rue de l’Amiral Hamelin – 75783 Paris Cedex 16 – Tél. : 01 53 70 30 00 – Fax : 01 53 70 32 10 – www.maf.fr

Sommaire de la fiche B

Dispositions constructives (construction parasismique)

1 - Importance des dispositions constructives parasismiques 4 - Structures en murs de béton ou béton armé

2 - Constructions en maçonnerie 5 - Fondations parasismiques

3 - Structures en poteaux et poutres de béton armé 6 - Planchers

DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES

(CONSTRUCTION PARASISMIQUE)

1 - IMPORTANCE DES DISPOSITIONS

CONSTRUCTIVES PARASISMIQUES

* LA FICHE T4 D’OCTOBRE 1991 EST ANNULÉE

FIC

HE B

Lorsque les dispositions constructives conférant unebonne ductilité aux constructions ne sont pas respectées, leur capacité à se déformer au-delà de leur limite de résistance est réduite, ce qui se manifeste, sur le

diagramme résistance/déformation, par un plateau plus court.

La construction sera alors sous-dimensionnée, car ellesera exposée à une charge plus élevée que celle à laquelle elle

a été réglementairement calculée (fig. 38). Il serait donc erroné

de croire que le respect du calcul réglementaire suffit à pallier

l'inobservation, même partielle, des dispositions constructives

parasismiques. Au contraire, grâce à une ductilité supérieure au minimum exigé, les charges sismiquespourraient être inférieures à celles résultant du calcul

réglementaire. La construction possède dans ce cas une réserve de résistance. D'ailleurs, les règles parasismiquessimplifiées, applicables entre autres aux maisons individuelles

dont l'architecture optimise les oscillations (Règles PS-MI 89/92),

n'exigent aucun dimensionnement aux séismes à conditionde respecter les dispositions constructives énoncées.

2 - CONSTRUCTIONS EN MAÇONNERIE

2.1 - Pathologie

Les bâtiments en maçonnerie non conçus pour résister aux

secousses (maçonnerie non chaînée) sont très vulnérables.

Lors des séismes forts, leur effondrement est fréquent

(fig. 39). La raison en est la faible résistance à la traction et

au cisaillement des joints de mortier. Lors de secousses, ces

joints se disloquent.

Dans un premier temps, les panneaux de maçonnerie

sont fissurés diagonalement (fig. 40), avant de se disloquer

si le tremblement de terre se poursuit. Les ouvertures dans

les panneaux de

maçonnerie consti-

tuent des zones faibles,

dans lesquelles la fis-

suration est souvent

initiée. Les fissures

partent en général des

angles des ouvertures,

car les contraintes y

sont plus élevées.

2.2 - Dispositions constructives parasismiques

La prévention de la dislocation de la maçonnerie consiste

à la confiner par des chaînages en béton armé, sanslaisser subsister de bord libre. Tous les murs structuraux

et non structuraux doivent donc être confinés par des

chaînages et encadrements d'ouvertures en béton armé.

Cependant, les normes parasismiques tolèrent le non-encadrement

des ouvertures de petites dimensions.

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T4

Fig. 37 - Diagrammes résistance/déformation montrant une comparaisonentre le comportement à éviter et celui recherché par les règles parasis-miques. Sur la figure a, une rupture brutale se produit à la limite de résis-tance. Par contre, sur la figure b, une déformation importante a lieu avant larupture, ce qui est avantageux. En outre, les charges sismiques sont plafon-nées et une plus faible résistance est donc requise.

Fig. 38 - Diagramme résistance/déformation montrant le sous-dimension-nement d'une construction qui ne respecte pas les dispositions constructi-ves parasismiques concernant la ductilité.

Fig. 39 - Dislocation des maçonneries lors des séismes de Molise (2002)et de l'Aquila (2009), Italie.

Fig. 40 - Fissures diagonales dans les panneaux de maçonnerie(séisme des Saintes, Guadeloupe, 2004).

Figure a Figure b

FIC

HE B

On doit prévoir (fig. 41) :

- des chaînages horizontaux au niveau de tous les plan-

chers et des fondations ;

- des chaînages de couronnement sur les bords supé-rieurs libres des murs (pignons, acrotères, garde-corps…) ;

- des chaînages verticaux dans les angles, sur les bordsdes trumeaux de contreventement, de chaque côté desouvertures pratiquées dans les murs dont la surface est

supérieure à 1,5 m² (1,20 x 1,25 par exemple), et tous les

5 m dans les murs longs ;

- un encadrement des ouvertures, relié dans certains cas aux chaînages horizontaux.

La section minimale des chaînages est de 15 cm x 15 cm.

Toutefois, dans le cas des murs doubles, le chaînage doit

régner sur toute la largeur du mur. Hormis le couronnement

des murs, l'armature minimale est de 4 barres Ø10 espacéesde 20 cm au plus (fig. 42). Ce minimum est porté à 4 Ø12

lorsque l'accélération de calcul sur site est supérieure à 2 m/s2

et pour autant qu'il s'agisse d'une d’une construction avec un

étage ou plus sur rez-de-chaussée. L'espacement des cadres

est de 15 cm au plus. L'armature minimale des chaînages de

couronnement des combles est respectivement de 2 Ø10 et 2 Ø12.

Les chaînages doivent être mécaniquement continus.À cet effet, la continuité de leurs armatures longitudinales doit

être assurée par un recouvrement de 60 diamètres(selon l'Eurocode 8). Dans les angles, il est interdit de jux-taposer simplement des armatures de chaînages façonnées en

usine. L'ajout de barres ou de boucles de continuité (barrespliées en forme de U) est nécessaire (fig. 43).

Il est obligatoire d'ancrer les chaînages verticaux dansles fondations. Ceci est particulièrement important lorsqueles chaînages encadrent des trumeaux de contreventement,

qui assurent la stabilité de la construction vis-à-vis des charges

horizontales. Il convient donc de s'assurer de l'absence de

malfaçons (fig. 44).

La continuité des armatures est

requise également pour l'encadrement

des fenêtres. Les Règles PS-MI 89/92

exigent l'encadrement des ouvertu-

res de plus de 60 cm de côté, d'une

épaisseur minimale de 4 cm (quand

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T4

Fig. 41 - Confinement des panneaux de maçonnerie.Les murs et trumeaux sans ouverture participent au contreventement.Les chaînages verticaux doivent être ancrés dans les fondations.

Fig. 42 - Caractéristiques minimales des chaînages. L'armature minimaleest portée respectivement à 4 Ø12 et 2 Ø12 lorsque l'accélération de cal-cul sur site est supérieure à 2 m/s2 et s’il s'agit d'une maison avec un étagesur rez-de-chaussée.

Mur simple Couronnement des murs de comble

Fig. 43 - Continuité mécanique des chaînages dans les angles :

ajout d'armatures en U.

a

b

Fig. 44 - Malfaçons : les bar-res du chaînage vertical sontexcentrées, au lieu de setrouver à l'intérieur du chaî-nage horizontal. En outre,les barres verticales ne sontpas ancrées dans la fonda-tion (leur ombre est visiblesur le béton).

Fig. 45 - Encadrement de fenêtre en béton armé (Règles PS-MI 89/92).

FIC

HE B

l'ouverture n'est pas bordée de chaînages verticaux, cités plus

haut), fig. 45.

Les éléments utilisés pour les maçonneries en zone sismique

doivent répondre à des caractéristiques minimales. Les blocscreux, d'une épaisseur minimale brute de 20 cm, doivent comporter une paroi intermédiaire parallèleau mur (fig. 46). L'épaisseur minimale brute des blocs pleinsest de 15 cm. Sauf en zone de sismicité 2, ils doivent présenter

une résistance à la compression d'au moins 4 N/mm2 (c'est-à-

dire 4 MPa ou 40 kg/cm2) perpendiculairement à la face de

pose et de 1,5 N/mm2 (1,5 MPa ou 15 kg/cm2) parallèlement à

la face de pose, dans la direction du mur.

La mise en œuvre des maçonneries peut être réalisée avec un mortier classique ou au mortier-colle. Les jointsentièrement remplis sont admis sans restriction. Contrairement

aux règles précédentes (PS 92), l'Eurocode 8 admet lesjoints verticaux non remplis (entre autres, cas des blocs

collés), qui nécessitent une procédure de validation dumode de pose. Par ailleurs, les joints non remplis avec dispositif d'emboîtement effectif ne peuvent êtreutilisés que s'ils font l'objet d'un avis technique ou d'un

agrément technique européen.

3 - STRUCTURES EN POTEAUXET POUTRES DE BÉTON ARMÉ

3.1 - Pathologie

Les ossatures en portiques de béton armé (contreven-

tement assuré par effet de portique) conçues et réalisées de

manière habituelle sont très vulnérables aux séismes. En cas

de séisme d'une certaine intensité, le béton des zones les plus

sollicitées de la structure (extrémités des poteaux et des

poutres, ainsi que les nœuds), appelées « zones critiques »,

éclate rapidement et ne peut plus prévenir le flambement

des armatures (fig. 47). Si le séisme se poursuit, l'effondrement

de l'ouvrage peut être très meurtrier (fig. 48).

En outre, les panneaux de remplissage en maçonnerie, tradition-

nellement non fixés en partie haute faute de pouvoir introduire

correctement du mortier sous la poutre, éclatent rapidement.

Cela entraîne souvent l'instabilité de la construction. Les pan-

neaux du rez-de-chaussée éclatent les premiers (fig. 49), car

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T4

Fig. 48 - Effondrement des ossatures en portiques de béton armé (séismesd'Izmit, Turquie 1999 et de Boumerdès, Algérie 2003).

Fig. 46 - Caractéristiques minimales des blocs creux admis en zone sismique.

Fig. 47 - Éclatement de zones critiques : extrémités des poteaux et poutres,nœuds de portique.

Anchorage 1964 Taïwan 1999

Chili 1960 Taïwan 1999

Fig. 49 - Éclatement des panneaux de remplissage en maçonnerie (séismede Boumerdès, Algérie 2003).

FIC

HE B

les charges horizontales sont en général les plus grandes au

niveau inférieur (cas d'une console verticale, dont la zone la

plus sollicitée est l'encastrement), et le transforment en niveau

souple, dont la vulnérabilité a été exposée plus haut.


La meilleure façon de rendre parasismiques les ossa-tures en poteaux et poutres est de les contreventer pardes voiles en béton plutôt que d'assurer leur stabilité par

effet de portique. Les voiles deviendraient ainsi la structure

principale, dont le rôle est de résister aux séismes, les poteaux

et les poutres constituant alors une structure secondaire. Si on

souhaite conserver le contreventement par portiques, les

dispositions constructives visant à prévenir l'effondrement sont

assez contraignantes, car il est nécessaire de confiner leszones critiques par des armatures spécifiques. C'est le confinement qui empêche l'éclatement du béton et le

flambement des barres d'armatures qui précèdent la ruine. Dans

ce but, l'armature doit constituer une « grille » à mailles fines

permettant de maintenir le béton à l'intérieur de l'élément

structural. En outre, les cadres, épingles ou étriers doivent

maintenir individuellement (y compris dans les nœuds, fig. 50c)

les armatures longitudinales afin de s'opposer à leur flambe-

ment (fig. 50a, b). Quant aux panneaux de remplissage,une liaison efficace avec l'ossature doit être assurée. Les dispositions destinées à prévenir l'éclatement des panneaux

ne sont pas courantes. On peut utiliser par exemple des

raidisseurs en béton armé (fig. 50d) ou un enduit hydraulique

appliqué sur treillis soudé fixé sur la façade.

4 - STRUCTURES EN MURS DE BÉTONOU BÉTON ARMÉ

4.1 - Pathologie

La vulnérabilité aux séismes des structures en voiles de

béton ou béton armé est faible. Mêmes réalisées selon les

règles de construction propres aux zones non sismiques,

en général, elles ne s'effondrent pas sous l'effet d'un

tremblement de terre. Les dommages sismiques aux voiles

sont assez facilement réparables. Il s'agit le plus souvent

de fissures obliques dues aux sollicitations en cisaillement

(fig. 51). Mais même lourdement endommagés, les voiles

continuent à porter les planchers, ce qui suffit souvent à

préserver la vie des occupants. L'objectif de la réglementation

parasismique est ainsi atteint. Lorsqu'il s'agit de voiles

couplés par des poutres-allèges (fig. 51b), les dommages

sont localisés dans ces dernières et les voiles ne subissent

pas de dégradations notables.


L'Eurocode 8 admet deux types de murs en béton (voiles)

parasismiques : voiles ductiles, armés sur les deux faces,

et les voiles de grandes dimensions horizontales en béton

faiblement armé, qui sont en fait des voiles en béton

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T4-BT4

Fig. 50 - Armature de confinement des poutres, poteaux et nœuds.Raidissage des panneaux de remplissage en maçonnerie.

figure a figure b

figure c figure d

Fig. 51 - Voiles en béton armé : même endommagés, ils préviennent l'effon-drement des planchers (fig. a). Dans le cas de voiles couplés par des pout-res-allèges, les dommages sont localisés dans ces dernières et les voiles nesubissent pas de dégradations notables (fig. b).

figure bfigure a

FIC

HE B

banché chaînés.

Les voiles ductiles comportent des éléments de rive

(c'est-à-dire des poteaux coulés aux extrémités des voiles) et

sur les deux faces, des quadrillages d'armature d'un diamètre

minimal de 8 mm, sans dépasser 1/8 de l'épaisseur du voile

(fig. 52a). L'espacement maximal des barres ne doit pas

être supérieur à 25 cm ou 25 fois le diamètre des barres,

en prenant la plus petite valeur.

Les voiles de grandes dimensions horizontales enbéton faiblement armé sont caractérisés par une

longueur dépassant 4 m ou les 2/3 de la hauteur totale du

mur. Ils doivent comporter des chaînages continus dans

les trois directions de l'espace, ainsi que des armatures

d'encadrement des ouvertures (fig. 52b) :

- chaînages horizontaux au niveau des planchers, armature

minimale 4Ø10 en façade et 2Ø10 dans les voiles intérieurs ;

- chaînages verticaux aux extrémités des voiles, armature

minimale 4Ø12 dans l'étage inférieur et dans les étages

en retrait de plus d'un tiers de la hauteur d'étage, 4Ø10

dans les autres cas ;

- armatures verticales continues au droit des ouvertures : 4Ø10 ;

- armatures des linteaux : 2Ø10.

5 - FONDATIONS PARASISMIQUES

5.1 - Conception

Les critères de choix du type de fondation sont les mêmes

qu'en zone non sismique, mais les fondations les plus

profondes sont à préférer. Les exigences communes à toutes

les fondations sont les suivantes :

- le système de fondation doit être homogène

(de même type) ou fractionné par des joints sismiques. Il

est cependant préférable, lors de la conception, d’éviter les

situations dans lesquelles des joints de dilatation ou de tasse-

ment sont demandés par les normes de construction ;

- les fondations isolées ou formant des épis ne sont pas

admises, car elles ont tendance à osciller d'une manière

asynchrone. Les semelles isolées et les fondations profondes doivent donc être reliées, par exemple par unréseau de longrines, et les semelles filantes doiventformer des mailles fermées ;

- l'assise des fondations doit être horizontale, jamais en pente ;

- la pente entre assises de semelles de fondation situées à

des niveaux différents ne doit pas dépasser 1/3 et la pente

du terrain derrière un mur de soutènement les 2/3 (fig. 53).

Il est recommandé de réaliser une banquette horizontale de

3 m entre la construction et le pied de talus arrière, arasée à

30 cm au-dessous du niveau du plancher du rez-de-chaussée ;

- les micropieux inclinés sont interdits et les pieux

inclinés déconseillés.


Le liaisonnement, c'est-à-dire la continuité mécanique entre

les fondations, peut être assuré par :

- des chaînages au-dessus des semelles filantes, dimensionsminimales 15 x 20 cm ou 20 x 15 cm pour les bâtiments R + 2

au plus et 30 x 30 cm au-delà. Armatures minimales : 4 Ø10

(4 Ø12 pour bâtiments R + 1 et plus si l'accélération de calcul

sur site est supérieure à 2 m/s2). Il est également possible

d'armer la fondation comme un chaînage ;

- des longrines de mêmes dimensions que les chaînages

ci-dessus. Dans le cas général, la sous-face des longrines et

chaînages doit être placée en dessous de la surface supé-

rieure des semelles ou des têtes de pieux. Les poteaux « courts »

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T4

Fig. 52 - Exemple de l'armature d'un mur ductile et d'un voile de grandesdimensions horizontales en béton faiblement armé.

figure a figure b

Fig. 53 - Pente maximale entre assises de fondation situéesà des niveaux différents.

FIC

HE B

sont interdits, sauf dans le cas des bâtiments de catégories

d'importance I et II pouvant être considérés comme simples

(critères dans Eurocode 8 et annexe nationale), fig. 54 ;

- un dallage sur empierrement d'une épaisseur minimale de12 cm, armé en tant que tirant. Cette solution ne peut être

utilisée que si aucun tassement notable du sol n'est possible.

La largeur minimale des bandes armées est de 30 cm pour les

bâtiments R + 2 au plus et 40 cm au-delà. Les armatures

minimales sont les mêmes que celles des chaînages et longrines ;

- un plancher bas situé à moins de 1 m au-dessus de

l'assise des fondations ;

- un sol rocheux. Dans ce cas, les semelles doivent être cou-lées à pleine fouille, au contact du rocher.

6 - PLANCHERS

6.1 - Conception parasismique

Les planchers jouent un rôle important dans la résistance

des constructions aux charges sismiques horizontales, car ils

doivent obligatoirement participer au contreventement. A ce

titre, ils doivent constituer des diaphragmes, c'est-à-dire des plans rigides, capables de transférer les charges

horizontales aux éléments verticaux de contreventement

(fig. 55). On considère en effet que les charges sismiques

sont appliquées au niveau du plancher haut de chaque niveau.

Tous les niveaux doivent être contreventés. Leur plancher haut

doit donc constituer un diaphragme. Lorsqu’il s’agit du niveau

sous toiture ou d’un comble, ce sont les versants de toiture et le

plan des entraits (s’il y a lieu) qui devraient former des dia-

phragmes (plans rigides obtenus par une triangulation ou au

moyen de panneaux de particules), fig. 56.


Pour assurer une rigidité suffisante des planchers et la

capacité de transférer les charges aux éléments verticaux par

l'intermédiaire des chaînages, il est nécessaire de réaliser :

- un ancrage périphérique (sur les 4 côtés) des

éléments porteurs du plancher (dalle de compression et

prédalle par exemple) ;

- la solidarisation des composants juxtaposés etsuperposés de manière que le plancher constitue un

seul bloc solide ;

- la continuité mécanique au-dessus des appuisintermédiaires, pour les mêmes raisons.

Ancrage périphériqueLes planchers non ancrés peuvent

glisser sous l'effet de secousses, perdre

leur appui et s'effondrer sur le niveau

inférieur (fig. 57).

Les figures 58 et 59 montrent l'ancrage des planchers à pou-

trelles et entrevous. Aussi bien la table de compression que les

poutrelles doivent être ancrées. Exceptionnellement pour ce

type de plancher, il est admis que dans le sens non porteur, les

poutrelles ne soient pas ancrées. Cette exception ne concerne

pas la table de compression, qui doit comprendre des

armatures « en chapeau » sur les quatre côtés.

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T4

Fig. 54 - Liaisonnement des fondations isolées par des longrines.

Fig. 55 - Effet de diaphragme : transmission des charges horizontales sur les éléments verticaux de contreventement.

Fig. 56 - Localisation des diaphragmes.

Fig. 57 - Ruine de planchers par perte d'appui (séisme de Spitak, Arménie 1988).

FIC

HE B

Solidarisation des composants du plancherLes solutions sont propres à chaque type de plancher. La

figure 60a montre des coutures aux extrémités des poutrelles

en béton armé. La figure 60b montre un raidisseur en treillis uti-

lisable dans le cas des poutrelles à âme en treillis.

Continuité mécanique au-dessus des appuisLes planchers doivent former un élément unique, courant

au-dessus des appuis intermédiaires. La fig. 61 montre deux

exemples relatifs aux planchers en poutrelles, et entrevous.

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T4

Fig. 59 - Dans le sens non porteur, seule la table de compression est ancrée, au moyen de « chapeaux » (fig. a) ou d'un treillis soudé (fig. b).Sur la figure b, la poutrelle est ancrée, dans le sens porteur, à l'aide d'arma-tures en attente suffisamment longues (1,3 x longueur d'ancrage habituelle).

figure a figure b

Fig. 60 - Solidarisation des poutrelles avec la table de compression par descoutures (fig. a) et par un raidisseur en treillis (fig. b). Le raidisseur apparaîten élévation sur la fig. 58b.

figure a figure b

Fig. 61 - Continuité mécanique de la table de compression au-dessusdes appuis intérieurs.

Fig. 58 - Ancrage dans le chaînage des poutrelles en béton armé (fig. a) et despoutrelles à âme en treillis (au moyen d'un raidisseur en treillis ajouté, fig. b).

figure a figure b

CRÉDITS ILLUSTRATIONS Fiches A et B

AFPS/Poursoulis G. : 39b

AFPS : 40

Armacentre : 43a

Balandier P. : 15c

BRGM : 39a

CERIB : 43c

Davidovici V. : 43d

Hadj Hamou A. : 20b

Hivin G. : 35, 50b

Jacquet G. : 52a

Jalil W. : 1

Michel C. : 41, 44

Miyamoto R. : 51a

NISEE Berkeley : 12b, 15d, 21a, 21b, 26b, 31, 48a-d, 51b,

Règles PS-MI 89/92 : 45, 58a, 58b, 59b,

Wakabayashi : 12a, 24

Weliachew B. : 2, 6a, 6b

Zacek M. : 3, 4, 5, 7, 8, 9a, 9b, 10a, 10b, 11a, 11b, 13a, 13b, 14, 16a, 16b,

17a, 18, 19a, 19b, 20a, 22a, 22b, 23, 25, 26a, 27, 28, 29, 30, 32, 33, 34a,

34b, 36, 37, 38, 42, 43b, 46a, 46b, 50a, 50c, 52b, 53, 54, 55, 56, 59a, 60a,

60b, 61a, 61b

Droits réservés : 15a, 15b, 17b, 48a, 48b, 49a, 49b, 50d, 57

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