CONSTRUCTION PARASISMIQUE - Le Plan Séisme

COURS DE CONSTRUCTION PARASISMIQUE – VOLUME 3CONSTRUCTION PARASISMIQUEPRINCIPES DE MISE EN OEUVRE(OUVRAGES A RISQUE NORMAL)Introduction à la construction parasismique- Structures en béton armé- Structures en maçonnerie- Structures en acier- Structures en bois- Fondationsà l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIERFigure 1 – Séisme de Taiwan, 1999. Rupture fragile d’une pile de viaduc. Laquantité de matériaux n’est en rien garante de bon comportement sous séismemajeur. Compléments de la bonne conception globale de la structure, les règles deconstruction et de mise en œuvre visent à éviter la rupture fragile des ouvrages.(Document NISEE – USA)Introduction à la construction parasismique à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 - page 1

2.4.1.2. Les zones critiques2.4.1.2.1. Principes d’armatures2.4.1.2.2. Utilisation du béton de fibre pour les zones critiques2.4.1.2.3. Les pièces dites « courtes »2.4.1.3. Les poteaux2.4.1.4. Les poutres2.4.1.5. Les panneaux de remplissage en maçonnerie2.4.2. Les voiles coulés en place2.4.2.1. Comportement global2.4.2.2. Facteurs de ductilité des voiles2.4.2.3. Géométrie des voiles selon les PS-922.4.2.4. Zones critiques des voiles selon les PS-922.4.2.5. Chaînage des voiles selon les PS-922.4.2.6. Armatures des voiles en zone sismique2.4.3. Les structures mixtes portiques – voiles2.4.3.1. Comportement global2.4.3.2. Déformations sous l’action sismique2.4.4. Les structures poteaux – dalles2.4.5. Les structures travaillant en console verticale2.4.6. La précontrainte et la construction parasismique2.4.6.1. Comportement global2.4.6.2. Améliorer la ductilité d’une pièce précontrainte2.4.6.3. Chute de précontrainte post-sismique2.4.6.4. La précontrainte et les PS-922.4.7. Le béton armé léger2.4.8. Les ossatures préfabriquées2.4.9. Les panneaux porteurs préfabriqués2.4.10. Les coques2.5. Dalles et diaphragmes2.5.1. Comportement global2.5.2. Règles de construction2.6. Les coefficients de comportement des structures de bétonarmé2.6.1. Choix du coefficient de comportement2.6.2. Compatibilité de déformation des voiles2.7. Mise en œuvre des éléments dits « secondaires »Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 4/170

3. Structures en maçonnerie3.1. Problématique3.2. Caractéristiques des blocs à maçonner3.2.1. Les matériaux pris en considération par les PS-923.2.1.1. La pierre3.2.1.2. Les blocs manufacturés creux et pleins3.3. Observations post-sismiques3.3.1. Ce que l’on cherche à éviter3.3.2. Ce que l’on recherche3.4. Notions générales communes à toutes les structures3.4.1. Mise en œuvre3.4.2. Notion de murs porteurs en maçonnerie et de maçonnerie deremplissage3.5. La maçonnerie chaînée3.5.1. Principe de fonctionnement de la structure3.5.2. définition et localisation des chaînages3.5.3. Géométrie des murs de contreventement en maçonnerie chaînée3.5.4. Contreventement horizontal3.5.5. Contreventement vertical3.5.6. Disposition en plan des murs d contreventement3.5.7. Chaînages horizontaux3.5.8. Chaînages verticaux3.5.9. Nœuds des chaînages3.5.10. Encadrement des ouvertures selon les règles en fonction deleur taille3.6. La maçonnerie armée3.6.1. Maçonnerie armée horizontalement3.6.2. Maçonnerie armée horizontalement et verticalement3.6.3. Commentaire3.7. La maçonnerie de remplissage des ossatures3.8. Dalles et diaphragmes3.8.1. Conditions de rigidité des planchers3.8.2. Cas des planchers à poutrelles et entrevousIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 5/170

3.9. Les coefficients de comportement3.9.1. Calculs et vérification3.9.2. Le coefficient q3.10. Les éléments secondaires3.10.1. Les cloisons de distribution d’épaisseur inférieure ou égale à10 cm3.10.2. Les cloisons de distribution d’épaisseur supérieure à 10 cm4. Structures en acier4.1. Le matériau acier4.2. Observations post-sismiques4.2.1. Ce que l’on veut éviter4.2.2. Ce que l’on recherche4.3. Notions générales communes à toutes les structures4.3.1. Approche générale de la conception des structures métalliquesen zone sismique4.3.2. Règles de construction applicables aux constructions métalliques4.3.3. Notion de structures dissipatives ou non dissipatives4.3.3.1. Structures non dissipatives4.3.3.2. Structures dissipatives4.4. Les différents types de structures porteuses4.4.1. Structures à cadres4.4.2. Structures contreventées4.4.2.1. Contreventement centré4.4.2.1.1. Parc croix de Saint-André4.4.2.1.2. En V4.4.2.1.3. En K4.4.2.2. Contreventement excentré4.4.3. Structures à cadres et contreventées4.4.4. Structures à diaphragmes4.4.5. Structures fonctionnant en consoles verticales4.4.6. Structures couplées acier et BA4.4.7. Structures mixtes acier et BAIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 6/170

4.5. Dalles et diaphragmes4.5.1. Planchers collaborants4.5.2. Toitures légères4.6. Les coefficients de comportement4.7. Spécifications pour les éléments constructifs4.7.1. Les assemblages entre éléments4.7.2. Nature et conception des assemblages situés au voisinage deszones dissipatives4.7.2.1. Les assemblages soudés4.7.2.2. Les assemblages boulonnés4.7.3. Les poteaux4.7.4. Les poutres4.7.5. Les barres de contreventement en X4.7.6. Les barres de contreventement en X4.8. Les éléments non structuraux5. Structures en bois5.1. Le matériau bois5.1.1. Caractéristiques physico-chimiques du matériau5.1.2. Classement des bois5.1.3. Vulnérabilité aux attaques extérieures5.1.4. Fluage5.1.5. Protection contre les remontées d’eau5.1.6. Résistance mécanique5.1.7. Comportement sous contraintes dynamiques5.1.8. Produits dérivés5.1.8.1. Le contreplaqué5.1.8.2. Les panneaux de particules5.1.8.3. Le lamellé-collé5.2. Observations post-sismiques5.2.1. Ce que l’on veut éviter5.2.2. Ce que l’on rechercheIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 7/170

6.3. Consolidation des sols6.3.1. Consolidation statique : injection6.3.2. Consolidation dynamique6.3.3. Substitution en surface6.3.4. Compactage par vibroflotation6.3.5. Substitution par vibrosubstitution : colonnes balastées6.3.6. Préchargement6.3.7. Remplissage – injection des cavités6.3.8. Clouage des zones faillées6.4. Généralités sur les systèmes de fondation en zonesismique6.4.1. Les sollicitations6.4.2. Les principes constructifs6.5. Fondations superficielles6.5.1. Dispositions générales6.5.2. Construction sur terrain plat6.5.3. Construction sur terrain en pente6.6. Fondations profondes6.6.1. Dispositions générales6.6.2. Puits6.6.3. Pieux et barrettes coulés en place6.6.4. Pieux et barrettes préfabriqués en béton armé6.6.5. Pieux battus métalliques6.6.6. Micro-pieux et pieux injectés sous pression6.7. Dispositions particulières6.7.1. Equilibrage des fondations par lest6.7.2. Ancrages passifs7. Bibliographie1. Introduction, avertissementIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 9/170

Ce 3° volume du cours de construction parasismique porte sur les principes de mise enœuvre des structures en matériaux traditionnels et différents types de conception pour lesouvrages à risque normal (ORN).Aussi les dispositions constructives des PS-92 seront rappelées dans chacun des chapitresde ce document, éclairées par un commentaire sur le comportement ductile recherché etdes illustrations.La compréhension des dispositions constructives qui s’ajoutent aux règles de l’art en zonesismique nécessite des connaissances de base en sismologie appliquée à la construction eten dynamique des structures.Ainsi il est recommandé de se reporter aux volumes 1 et 2 du cours deconstruction parasismique avant d’aborder celui-ci.Le contenu de ce volume porte sur ce qui différencie les règles de mise en ouvre en zonesismique. Ces règles se substituent ou complètent les règles générales qui ne seront pasrappelées ici. Il traite des matériaux reconnus par les règles PS-92, et faisant ainsi l’objetd’une norme. Pour les autres matériaux, il faut garantir leur comportement sous séisme aucas par cas par des études spécifiques justifiées par l’expérience.PS-92 - § 1.2: Domaine d’application des règles PS-92 (Extrait)• Sont exclus du domaine d’application des présentes règles : les ouvrages réalisés à l’aide dematériaux structuraux ou de systèmes non couverts par les documents normatifs en vigueur.Chaque matériau de construction appelle une stratégie spécifique pour assurer son boncomportement sous séisme.Globalement on peut dire que :- Pour le béton armé, on recherchera la maîtrise du comportement des élémentsconstituant la structure en pré-identifiant les types et niveaux de sollicitations et dedéformations et celle de la ductilité des zones critiques par la conception dufrettage et la disposition des barres longitudinales permettant la formation derotules plastiques.- Pour la maçonnerie, on recherchera un comportement rigide, pour limiter lesdéformations qui s’accompagnent de la dislocation des blocs et on vérifiera laqualité des liaisons mécaniques du système de chaînage…- Pour l’acier, on recherchera, au-delà des déformations élastiques admissibles, laformation de rotules plastiques ayant le meilleur rendement possible à chaque cycleet si possible hors de la structure porteuse (barres de contreventement) et en toutétat de cause des poteaux et nœuds d’ossature…- Pour le bois, on recherchera un travail en flexion limité des pièces qui ne résistentpas au cisaillement, et on favorisera des assemblages à la fois résistants etautorisant les déformations en fonctionnant comme de multiples amortisseurs…Un cinquième chapitre traitera des spécificités du traitement des sols des fondationsen zone sismique et des traitements de sols qui peuvent s’avérer nécessaires avantl’implantation des ouvrages.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 10/170

Rappelons que la base de la conception PS des ouvrages à risque normal objets duprésent fascicule est l’incursion dans le domaine post-élastique comme facteurdéterminant de la chute de contrainte sans perte significative de résistance. Et qu’à cetitre, ce qui sous-tendra les règles de construction sera l’évaluation du coefficient decomportement q. Les règles PS-92 sont établies sur le principe que, pour chaque type destructure et matériau, soit on respecte scrupuleusement les règles de mise en œuvre et dedimensionnement édictées et on peut adopter le coefficient q forfaitaire proposé, soit ons’en écarte et on justifie scientifiquement le coefficient q de la structure par le calcul selondes protocoles scientifiquement établis.PS-92 - § 2.2: Objectifs de comportement (Extrait)• ... il est admis que les structures puissent subir, dans les limites imparties par les présentesrègles, des déformations se situant dans le domaine post-élastique.N-B : Pour éclairer certains propos de ce polycopié, des articles des règles PS-92 sont citésin extenso, partiellement ou résumés. Ces extraits ne sauraient être considérés commereprésentatifs de l’ensemble et être utilisés par le concepteur sans une connaissanceglobale de la « Norme NF P O6-13 » à la lecture de laquelle ils invitent.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 11/170

2. Structures en béton armé2.1. Le matériau béton armé2.1.1. Caractéristiques mécaniques intrinsèques des matériaux- Le bétonDéfauts:Résistance à la traction négligeableComportement fragileRapport résistance / masse volumique faibleQualités:Bonne résistance en compressionGrand éventail de qualités obtenues en jouant sur les composants et adjuvants.Facilité de mise en œuvre pour des géométries variées- Les armaturesQualités:Peuvent apporter au béton la résistance en traction et la ductilité nécessaires aubon comportement des éléments de la structure en statique et sous séisme.- Ductilité par l’emploi de nuances dont l’élasticité est limitée.- Ductilité par le choix des sections et leur mise en œuvre.Limites:Une mise en œuvre « traditionnelle » des armatures (privilégiant les barreslongitudinales de forte section) confère au béton armé une courbe contrainte /déformation très défavorable : la rupture fragile survient brutalement après ledépassement du seuil de contrainte admissible. Ce qui est inacceptable en zone sismique.2.1.2. Comportement sous sollicitations cycliques et chocs- Problématique fondamentale de l’adhérence béton – armaturesLes cycles de déformation anélastiques entraînent une réduction de la rigidité et de larésistance des éléments de béton armé, notamment du fait de la dégradation irréversiblede l’adhérence acier – béton. Cet affaiblissement est particulièrement sensible en ce quiconcerne la résistance aux efforts tranchants, les ruptures correspondantes prenant alorstrès généralement le caractère de ruptures fragiles. Ainsi toutes les dispositions prisespour assurer la ductilité de la structure peuvent devenir inopérantes.- Pour une bonne adhérence béton – armatures sous séismeLe béton doit être visqueux au moment de sa mise en œuvre, et non liquide… et encoremoins « rallongé » d’eau.Vibrer impérativement le béton pour qu’il se mette en place correctement.Respecter les règles d’enrobage du BAEL!Pas de barres lisses.Pour une section totale équivalente, plutôt plus de barres de moindre diamètre.Du béton, des armatures… et rien d’autre dans le coffrage (ni fourreaux, ni déchetsdivers!)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 12/170

EXEMPLES DE BATIMENTS SITUES EN ZONE SISMIQUE DONT LE MATERIAUN’EST « PAS » (OU PLUS) DU BETON « ARME »Figure 2 – Corrosion d’aciers dontl’enrobage ne respecte pas lesdispositions du BAEL enatmosphère corrosive.(Document P. Balandier)Le béton a éclaté. Les armatures nonenrobées et corrodées serontinopérantes en cas de séisme.Attention, le colmatage des éclats,comme il est fréquemment réalisépour la remise en état des bâtimentsne rend pas leur résistance aux acierscorrodés.Figure 3 – Béton non vibré :manque de matière et enrobagedes aciers non réalisé.(Document P. Balandier)Le béton et les armatures de cettezone critique ne travailleront pas defaçon homogène lors d’un séisme :dans le cas présenté une zone plusvulnérable, amorce de rupture setrouve dans une zone de jonction depoutres sans poteau, plusparticulièrement sollicitée par l’actiond’un séisme.Figure 4 – Reprise de bétonnage en tête de poteau.(Document P. Balandier)De même, la reprise de bétonnage entre un poteau et une poutreest un lieu privilégié de rupture en raison de la non continuitéphysique du matériau béton dont la prise ne s’est pas faite enmême temps dans l’ensemble de la zone critique. Même bienréalisée, ce qui n’est pas le cas ici, la jonction du béton couléaprès coup sur le béton déjà « tiré » est un point faible, même sion a continuité des aciers. Il convient d’éviter les reprises debétonnage en haut des poteaux, et en général sur les zonescritiques.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 13/170

2.2. Observations post-sismiques2.2.1. Ce que l’on veut éviterLes constructions en béton armé ont payé un lourd tribu lors des séismes majeurs du XX°siècle.En général parce qu’elles étaient conçues avec les « audaces » de géométriepermises par les qualités du matériau sous charges statiques, en omettant laproblématique des charges horizontales cycliques et la désagrégation dumatériau qui en découle.La problématique est encore aggravée en cas de non-respect des règles d’exécution et lestricheries sur le matériau.En ce qui concerne les ossatures préfabriquées, il faut ajouter la problématique de laréalisation de liaisons efficaces entre les éléments préfabriqués.Figure 5 – Effondrement d’unestructure à ossature de bétonarmé manquant de ductilité.(Document X)Au-delà des déformationsadmissibles, le mode de ruine a été« fragile » (Séisme de Kalamata, …)Figure 6 - Rupture pour mauvaise qualité des matériaux(Séisme de Ceyhan – Misis, 1998 ) (Document P. Balandier)Ici rupture en compression d’un béton de mauvaise composition(dosage, agrégats), à armatures lisses et insuffisammentfrettéesIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 14/170

Figure 7 – Désagrégation complète debétons de mauvaise qualité (Séismede Bhuj, 2001) (Document X).La tricherie sur les matériaux peut êtreassimilée à un crime…Figure 8 – Rupture fragile d’une structure en portiques.(Séisme d’Arménie, 1988) (Document X)Dans ce cas le béton, très résistant (trop résistant ?) a manquéde ductilité. Ses armatures n’étaient pas appropriées en zonesismique. En outre les poutres étaient trop largementdimensionnées par rapport aux poteaux.2.2.2. Ce que l’on recherche : la ductilité des éléments et celle del’ensemble de la structureLa structure doit, au-delà de sa résistance élastique, accepter des déformations postélastiquesmaîtrisées, pour assurer la sécurité d’ensemble tout en maîtrisant les coûts dechantier.La bonne conception et la bonne mise en œuvre visent à prévoir, localiser et optimiser lalocalisation des rotules plastiques pouvant se former sous l’action d’un séisme majeur. Ence qui concerne le béton armé, la démarche passe par les étapes suivantes :- Identification des éléments principaux et secondaires sous contraintes sismiques- Identification des pièces comprimées et fléchies, vérification du travail dynamique globalde la structure- Localisation et dimensionnement des zones critiques- Confinement de ces zones par des armatures appropriées- Spécifications pour les matériaux béton et acier (résistances minimum et maximum)- Spécifications de forme des éléments de la structure (dimensionnement en capacité).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 15/170

2.3. Notions générales communes à toutes les structures debéton armé2.3.1. Eléments principaux et secondairesLors de la conception d’une structure en béton armé il faut analyser son comportementdynamique pour distinguer les éléments principaux et les éléments secondaires, c’est-àdireceux qui vont s’opposer aux déformations de la structure sous l’effet des chargessismiques et ceux qui n’interviennent (quasiment) pas. Les éléments principaux sontgrosso-modo les diaphragmes qui répartissent les charges dynamiques sur les porteurs(et/ou les contreventements) et des porteurs (et/ou contreventements) dont lescaractéristiques géométriques et mécaniques font qu’ils vont reprendre les chargesdynamiques. Attention aux raideurs ponctuelles ou mal réparties lors de la conception dubâtiment.Les règles PS-92 définissent ces éléments :• Eléments principaux: interviennent dans la résistance aux actions sismiquesd’ensemble ou dans la distribution de ces actions au sein de l’ouvrage.• Eléments secondaires: Ils sont également porteurs, mais n’apportent pas decontribution significative à la résistance aux actions sismiques d’ensemble ou à leurdistribution. Leur liaison mécanique aux éléments principaux de la structure doitnéanmoins être efficace pendant le séisme.Exemple : un bâtiment qui comprend des voiles et des poteaux. Si le nombre et ladistribution des voiles sont suffisants pour assurer le contreventement sous l’actionsismique réglementaire, les poteaux sont des éléments secondaires au regard de l’actionsismique. La présence de poteaux courts ne fait dans ce cas là pas de problème, puisqu’ilsne reprennent pas a priori les charges sismiques horizontales.PS-92 - § 11.11 : Eléments principaux – Eléments secondaires• Dans ce qui suit, sont désignés sous le nom d’éléments principaux les éléments qui interviennentdans la résistance aux actions sismiques d’ensemble ou dans la distribution de ces actions au seinde l’ouvrage.• Les éléments structuraux n’apportant pas de contribution significative à la résistance aux actionssismiques d’ensemble ou à leur distribution peuvent être considérés comme éléments secondaires,à condition que leur résistance à ces actions soit effectivement négligée et qu’ils ne soient soumisdu fait des déformations imposées qu’à des sollicitations négligeables vis-à-vis des sollicitationsd’autre origine.2.3.2. Les zones critiquesEn raison du comportement potentiellement fragile du béton armé, il est fondamental dereconnaître les « zones critiques », dans lesquelles les contraintes sont fortement accruessous l’action des secousses et dont le système d’armatures doit être étudié enconséquence (confinement). Pour les ossatures, outre la conception des armatures, ledimensionnement en capacité doit provoquer la formation des éventuelles rotulesplastiques hors des poteaux et zones critiques si leur pérennité est nécessaire à la surviede l’ouvrage.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 16/170

Les zones critiques sont définies et localisées par les PS-92 pour chaque type de structure.PS-92 - §11.121 : Zones critiques• On désigne par zone critique toute partie d’un élément structural principal dans laquelle desconcentrations de déformations ou de sollicitations sont susceptibles de se produire (voir 4.43).Ces zones sont celles définies dans le présent chapitre pour les différentes sortes d’éléments etéventuellement celles que le calcul fait apparaître comme telles.Figure 9 – Zones critiques en pied de poteaux(Imperial Valley, 1979) (Document EERI – USA)Les concentrations de contraintes extrêmementélevées en pied de poteau ont provoqué leur ruine. Lespieds de poteaux sont des zones critiquesFigure 10 – Les nœuds d’ossature sont des zones critiques.Eclatement d’une zone critique non frettée. (Document X)2.3.3. Le confinementLes zones critiques des ossatures en béton armé doivent être « confinées », c’est-à-direque leurs armatures transversales doivent s’opposer à la dislocation du béton armé parflambement des barres longitudinales, à défaut de pouvoir s’opposer vraiment à la perted’adhérence passé un certain niveau de déformations. Des « rotules plastiques » doiventpouvoir se former et leur localisation doit être maîtrisée.Le confinement a une incidence positive sur la courbe contrainte – déformation du béton.Les PS-92 décrivent les armatures de confinement dans leur § 11.32. Voir plus loin.PS-92 - §11.122 : ConfinementIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 17/170

• On désigne par béton confiné un volume de béton pourvu d’armatures transversales de typedécrit dans l’article 11.32, disposées de façon à s’opposer au gonflement du matériau sous l’effetdes contraintes de compression ainsi qu’au flambement des armatures (longitudinales).• Par convention on considère que la partie confinée d’une section est celle qui est délimitée enprojection par le contour intérieur des armatures de confinement disposées à la périphérie de lasection.Il est loisible sur justification particulière de tenir compte de la modification de la courbe contrainte– déformation du béton, liée à son confinement par des armatures transversales.Figure 11 - Frettage insuffisant pourassurer un comportement ductile auBA. Rupture fragile (Séisme de Kobé,1995) (Document X)Figure 12 – De même, rupture fragile en pied depoteau. Impérial Valley, 1979 (Document NISEE –USA)Figure 13 – Exemple de confinement d’une pile deviaduc traitée entièrement comme une zonecritique. Cette disposition des aciers longitudinauxet transversaux très rapprochés et de sectionmodérée permet une bonne plasticité du BA. Ellene protège pas des erreurs de conception graves.(Séisme de Kobé, 1995) (Document EQIIS – USA)Figure 14 - Chantier à Taiwan.(Document NISEE – USA)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 18/170

Figure 15 – Séisme de Kobé,1995 (Document EERI) Cette pilede viaduc, confinée comme celle de lafigure 13 (même ouvrage) n’a pasrésisté. Le confinement qui améliorela ductilité retarde la rupture fragile,mais ne l’évite pas si les hypothèsesde calcul sont erronées et laconception de l’ouvrage trop peuhyperstatique, voire isostatiquecomme ic2.3.4. Notion de pièces fléchies ou pièces comprimées2.3.5.Déterminer si une pièce est fléchie ou comprimée sous les contraintes dues à l’action d’unséisme est fondamental pour choisir un type d’armatures efficace… et réglementaire.Les règles PS-92 les définissant ainsi :Synthèse du §11.124 des règles PS-92 :Plus grande inertie b bhSens de sollicitation retenu pour la résistance aux charges horizontalesSection de l’élémentParamètresLes paramètres sont les trois dimensions de l’élément dont on cherche à déterminer lecomportement sous l’action sismique.- La longueur de l’élément est représentée par le paramètre l.- La hauteur de sa section h, sens de plus grande inertie- La base de sa section bN-B : les règles PS-92 appellent les côtés de la section a (base) et b (hauteur). Dans ce document,nous garderons l’appellation b comme base et h comme hauteur que nous avons adoptée pour cecours.Critère de la section de l’élément pour la détermination de son type• Si h >ou= 4b, la pièce est considérée comme un mur : pièce comprimée• Si h < 4b, la pièce est considérée comme un poteau : pièce comprimée ou fléchie selon lescaractéristiques suivantes :Pour les poteaux et poutres, critères complémentaires de l’effort normal réduit et del’élancementEffort normal réduit : effort normal rapporté à la section et à la résistance caractéristique dubéton)• Si l’effort normal réduit est élevé (> 0,17): pièce comprimée.• Si l’effort normal réduit maximum est faible (< ou = 0,07) et h< ou =l/4 : pièce fléchie.• Si l est la longueur de l’élément, lorsque h >l/4, la pièce est dite « courte » : zone critiquesur toute la longueur..Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 19/170

Figure 16 - Pièce comprimée, ce « Poteauvoile» a travaillé au cisaillement. (Séismede Ceyhan – Misis, 1998) (Document P.Balandier) La contrainte et les dommagesconcernent toute sa hauteur (rupture endiagonale). Cet élément a une section à la limitedu voile selon les règles PS-92. En outre, son faibleélancement en fait une pièce courte.Figure 17 - Pièces fléchies, exemple depoteaux ayant travaillé en flexion. (Séismede Loma Prieta) (document X pour EERI)Les niveaux de contraintes et de déformationmaximum se situent dans les zones critiquescomme le montrent les dommages.Figure 18 – La section de cette pièce en fait bien un poteau, mais son faible élancement en faitune pièce courte, donc comprimée. Elle ne peut pas fléchir (Séisme d’Izmit, 1999) (DocumentNISEE – USA) L’absence d’un frettage approprié pour la résistance au cisaillement des poteaux courts aentraîné sa ruine fragile.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 20/170

2.3.6. Spécifications concernant les matériaux- BétonLe comportement ductile des structures en béton armé passe par la maîtrise ducomportement du matériau béton allié à celui des armatures. En ce qui concerne le bétonlui-même, si on veut bénéficier du coefficient de comportement supérieur à 1 des règlesPS-92 sans avoir à justifier par le calcul , il faut utiliser un béton qui ait une résistanceminimum, bien sûr, mais également une résistance maximum afin de favoriser laplastification.- AciersDe même, les aciers doivent pouvoir plastifier assez rapidement sans rompre, on leurdemande donc une résistance élastique limitée. Le choix d’aciers HA améliore la cohésionbéton et armatures, ce qui retarde la dégradation.PS-92 - §11.2 : Spécifications concernant les matériaux§ 11.21 Béton• Pour les éléments principaux, le béton doit avoir une résistance fc28 au moins égale à 22 MPa etau plus égale à 45 MPa. Pour les éléments secondaires aucune disposition particulière n’estretenue.• Les valeurs du module d’élasticité doivent être conformes à celles fixées par le BAEL.§11.22 : Aciers• Pour les éléments principaux, les armatures pour béton armé doivent être à haute adhérence,avec une limite d’élasticité spécifiée inférieure ou égale à 500 MPa. L’allongement total relatif souscharge maximale spécifiée doit être supérieur ou égal à 5%.N-B : Pour les bétons de résistance supérieure à 45 MPa dont les comportements sousgrandes déformations cycliques seraient mal connus il faut une justification scientifiqued’équivalence des précautions prises. Dans ce cas, les règles forfaitaires de disposition etdimensionnement des aciers des PS-92 ne s’appliquent pas. La nature du ferraillage doitêtre justifiée au cas par cas. Pour certains grands ouvrages, la recherche d’une résistanceélastique plus élevée et d’un coefficient q également élevé justifie la démarche.Chantier de viaduc à TaiwanIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 21/170

2.3.7. Forme des éléments de la structureLa conception ductile d’une structure en béton armé doit éviter:– La création de pièces principales courtes sollicitées principalement au cisaillement;– Les charges axiales élevées sur les pièces principales fléchies (augmenter les sections)– En général éviter les concentrations de contraintes (changements brutaux de sections,mauvaise répartition des raideurs…).2.4. Les différents types de structures porteuses2.4.1. Les ossatures coulées en place2.4.1.1. Dispositions générales2.4.1.1.1. Comportement d’ensembleLa flexibilité latérale des ossatures élancées peut amener des déformations importantessous séisme. Dans ce cas, on sera amené à raidir par systèmes mixtes portiques et voiles.En général on recherchera un degré d’hyperstaticité élevé et un dimensionnement encapacité favorisant de préférence la formation des rotules plastiques par flexion dans lespoutres (pas de portées trop courtes).2.4.1.1.2. Armatures : considérations généralesArmatures longitudinales: nécessaires à la résistance aux efforts normaux ou deflexion.Armatures transversales: nécessaires à la résistance aux efforts tranchants et auconfinement du béton.Adhérence acier - béton: vulnérable aux renversements d’efforts. La perte d’adhérence,irréversible, est particulièrement sensible dans les nœuds et zones d’assemblage. Lesconditions d’ancrage et de recouvrement doivent être étudiées et réalisées avec soin.2.4.1.1.3. Armatures longitudinalesSpécifications générales pour les armatures longitudinalesElles doivent pouvoir résister sans rompre aux sollicitations en traction (ou flexion enraison de la phase traction) qui peuvent survenir lors des différentes déformationspossibles de la structure (attention aux conditions de continuité mécanique entre toutesles barres), et ne pas altérer la résistance du béton lors des sollicitations en compression(pas de crochets).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 22/170

PS-92 - § 11.31 : Armatures longitudinales§ 11.311• La continuité des armatures longitudinales peut être assurée par recouvrement ou tout autreprocédé dont il est établi qu’il n’entraîne pas la fragilisation de l’armature.§ 11.312• L’emploi de coudes et crochets dans les pièces comprimées ou les parties comprimées des piècesfléchies est interdit.• Toutefois, en cas de nécessité (liaison avec une semelle de fondation, voisinage d’une surfacelibre, etc.) les ancrages d’extrémité peuvent être assurés au moyen de coudes à 90°.§11.313 :• Toutes les longueurs de recouvrement ou d’ancrage sont à majorer de 30% pour la part situéehors zones critiques et de 50% pour la part située dans la zone critique Chaque fois que c’estpossible, on évite de recouvrir en zone critique)• Dans les zones de recouvrement, les armatures transversales doivent respecter la règle descoutures résultant de la transmission des efforts entre les barres longitudinales.•N-B: l’UBC proscrit explicitement toute soudure des armatures transversales sur lesbarres longitudinalesFigure 19 et Figure 20 – San Fernando, 1979. Conception d’armatures d’ossatures tout à faitinappropriées en zone sismique (Documents NISEE – USA) Pas de continuité des barreslongitudinales de poteaux entre les étages qui ont une section trop importante et un nombre trop faible etne sont pas contenues par le frettage.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 23/170

Figure 21 – (Figure extraite de « Construire parasismique, Ed. Parenthèses, Milan Zacek)Figure 22 - (Figure extraite de « Construireparasismique, Ed. Parenthèses, Milan Zacek)Solutions évitant les coudes à 90° dans les nœudsd’ossature situés aux extrémités de poutres.2.4.1.1.4. Armatures transversalesSpécifications générales pour les armatures transversalesLeur rôle est fondamental dans la détermination de la ductilité plus ou moins élevée del’ossature. Chaque cadre doit pouvoir résister à l’éclatement lors du gonflement du bétonen compression (ancrages appropriés). Le rapprochement des cadres permet de contenirles barres longitudinales et éviter leur flambement. L’ensemble des armatureslongitudinales et transversales constitue un « maillage » qui contient le béton lors de sadésagrégation, maintient un certain niveau de portance et prévient l’effondrement.PS-92 - § 11.32 : Armatures transversales§ 11.321• En parement, l’emploi de recouvrements rectilignes ainsi que celui de coudes ou crochets,d’angle au centre inférieur à 135° pour assurer la continuité, la fermeture ou l’ancrage desarmatures transversales est interdit.§ 11.322• Dans les zones critiques, les armatures transversales doivent être constituées soit par desspirales continues, soit par des cadres, étriers ou épingles dont la continuité, la fermeture etl’ancrage sont obligatoirement assurés au moyen de crochets d’angle au centre au moins égal à135° et comportant un retour rectiligne du cadre vers le centre d’au moins 10 diamètres.§ 11.323• Ces armatures doivent être disposées de façon telle que chaque barre longitudinale compriméeou chaque groupe de barres comprimées soit individuellement maintenu par une armatures’opposant à son flambement. Ceci doit être réalisé par au moins un cadre, ou plusieurs si lasection l’exige, disposés de façon à s’opposer au gonflement du béton.§ 11.324Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 24/170

• Les premières armatures transversales doivent être disposées à 5 cm au plus du nu de l’appui oude l’encastrement.Figure 23 - (Figure extraite de « Construire parasismique, Ed. Parenthèses, Milan Zacek)2.4.1.1.5. Dimensions minimales des sections de coffrageLa résistance mécanique, tant dans le domaine élastique que dans le domaine postélastiquedépend évidemment aussi de la quantité de matière. La section conditionneégalement la valeur de l’effort normal réduit sur les poteaux, et ainsi leur boncomportement en flexion.Aussi les règles imposent-elles des sections minimales pour les pièces d’une ossature enzone sismique.Synthèse du §11.331 des PS-92: Dimensions minimales des sections• b et h > 25 cm• S > 625 cm2• Âme des poutres > 15 cmIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 25/170

(Figure extraite de « Construire parasismique, Ed. Parenthèses, Milan Zacek)2.4.1.1.6. Positions et dimensions relatives des poteaux etpoutresLes nœuds d’ossature désaxés génèrent des moments parasites qui nuisent à leurrésistance sous l’action des charges sismiques. Les règles nous demandent de limiterl’excentricité des éléments principaux de la structure.PS-92 - §11.332 : Position et dimensions relatives des éléments• Dans le cas de pièces faisant partie d’un système continu (portiques ou cadres, ossaturesdiverses), les dispositions suivantes doivent être observées :• Les axes des deux pièces ne doivent pas être excentrés l’un par rapport à l’autre de plus du 1/8de la largeur de la pièce d’appui. Les moments résultants des excentricités sont en tout état decause pris en compte dans les calculs.Figure 11.322Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 26/170

Figure 26 - (Figure extraite de « Construire parasismique, Ed. Parenthèses, Milan Zacek)Figure 27 – Séisme de Tehuacan 1999 (Document X pour EERI) Le mode de ruine de ces poteauxest typique d’un manque d’armatures transversales, à gauche les aciers du poteau ont flambé, à droite lenœud d’ossature a subi la poussée du plancher et le béton a éclaté .Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 28/170

Figure 37 – Chantier à Emeryville, USA.(Document NISEE – USA)Armatures de poteaux préfabriquées en usine pourune hauteur de trois niveaux, avec réservationspour les poutres. Le recouvrement des barresverticales sur chantier se fait entre deux étages surle tiers central (moins sollicité) conformément auxprescriptions de l’UBC. En outre toute la hauteurdu poteau est traitée en zone critique.Figure 38 – Séisme de Kobé 1999 (DocumentX) Formation d’une rotule plastique en pied depoteau. Malgré la rupture d’un cadre et leflambement des barres longitudinales, le frettagerapproché a prévenu la dislocation plus importantedu béton et le poteau est resté en place.2.4.1.6. Les poutresRespecter le principe poteau fort – poutre faible.• b > ou = 25 cm (PS-92)• b > ou = 20 cm (EC8)• h si possible < 4 b (problème de la stabilité latérale)• Poutres courtes: zone critique sur toute la longueur.Figure 39 - Les règles PS-92spécifient les règles deconfinement des barres parles frettes. (Figure extraitede « Construireparasismique, Ed.Parenthèses, Milan Zacek)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 32/170

Figure 40 – Travaux de Bertero et Popov surla localisation préférentielle des rotulesplastiques sur les poutres de forte inertieverticale. (Figure extraite de « Construireparasismique, Ed. Parenthèses, Milan Zacek)Un point d’inflexion est pré-déterminé parle croisement des barres centrales quipassent du lit supérieur au lit inférieur etréciproquement. La zone de la rotulepotentielle est plus fortement frettée.2.4.1.7. Les panneaux de remplissage en maçonnerieBien qu’autorisé par les règles PS-92, le remplissage a posteriori des ossatures estpotentiellement dangereux et a été à l’origine de nombreuses ruines lors de séismespassés. En effet, la cohésion réelle entre les deux matériaux est difficile à obtenir surchantier si on ne coule pas des chaînages a posteriori sur la maçonnerie déjà mise enplace. Or le comportement rigide des blocs maçonnés et flexible des ossatures estdifficilement conciliable sans dommage s’il existe le moindre jeu.Selon les PS-92 (voir § 3.7 du présent document):Les panneaux pris en compte pour la modélisation sont les panneaux pleins (§12.224).Commentaire de ce même article: « Le comportement des constructions concernéesapparaît comme aléatoire. On ne dispose pas à l’heure actuelle d’éléments expérimentauxsuffisamment complets pour permettre l’étude rationnelle de ces bâtiments … Il estdéconseillé de réaliser de la sorte des bâtiments de plus de 3 ou 4 niveaux »Les dispositions applicables pour le remplissage sont celles des maçonneries chaînées (§12-222).Une attention doit être portée sur les poteaux bridés par un panneau partiel: pièce courteà traiter comme telle (§11.36).Si un panneau non plein est pris en compte pour la modélisation, les encadrementsdoivent être dimensionnés pour les sollicitations résultantes.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 33/170

Figure 41 - Eclatement desremplissages de maçonneried’une structure BA (Séismed’El Asnam) (Document X)Figure 42 – Mécanisme deruine des ossatures par jeuavec leur remplissage demaçonnerie (Figure extraitede « Construire parasismique,Ed. Parenthèses, Milan Zacek)Figure 43 – PS-92, zonescritiques des poteaux bridéspar un remplissage partiel.Dislocation des remplissages des étages bas(contraintes plus élevées) et début de rupture parcisaillement d’un poteau.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 34/170

Figure 44 – Caracas, 1967. (Document NISEE – USA)2.4.2. Les voiles coulés en place2.4.2.1. Comportement globalC’est un type de « structure rigide » qui limite les déplacements relatifs des planchers. Leséventuels dommages dans les zones critiques créent moins d’effondrements que pour lesossatures. En effet, même en cas de cisaillement d’un voile, il est en général partiel et lesreports de charges se font sur les parties non rompues, alors que les contraintes chutent.Par ailleurs, en cas de terrain meuble, l’ISS (Interaction Sol-Structure) est non négligeabledans le bilan énergétique.La ductilité nettement plus faible que celle des portiques, mais la résistance mécanique engénéral plus élevée.Figure 45 - Cisaillement d’un voilefaiblement armé (Séisme d’Anchorage,1964) (Document Karl – V.Steinbrugge)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 35/170

2.4.2.2. Facteurs de ductilité des voiles- Minimiser la contrainte axiale:– Dimensionner les voiles généreusement (20 cm et plus)– Réduire la portée des planchers (5m maxi) pour raidir les diaphragmes- Renforcer les extrémités des voiles (poteaux, retours d’angles), bon également dans ledomaine élastique.- Ne pas faire porter les voiles par des poutres ou des dalles (interdit par l’EC8)- Couler voiles et planchers en même temps (coffrage tunnel) pour éviter les reprises debétonnage en haut des voiles.- Superposer les ouvertures pour créer des trumeaux de pleine hauteur.- Utiliser un système de voiles croisés, d’hyperstaticité élevée.2.4.2.3. Géométrie des voiles selon les PS-92Un voile a des caractéristiques géométriques définies par les règles qui le distinguent dupoteau et déterminent le type d’armatures appropriées.PS-92 - §11.41 : Dimensions minimales• Les murs en voiles doivent présenter une épaisseur minimale de 15 cm et une largeur au moinségale à 4 fois l’épaisseur.• les éléments de satisfaisant pas à cette condition doivent être considérés comme des élémentslinéaires.2.4.2.4. Zones critiques des voiles selon les PS-92Figure 46 - Cisaillement de la zone critiqued’un voile (séisme d’Anchorage, 1964)(Document X)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 36/170

PS-92 - §11.42 : Zones critiques• Sont considérées comme critiques les régions situées à la base des voiles habituellement sur unehauteur d’étage et dont la hauteur n’excède pas la largeur l w des trumeaux, ainsi que celles situéesà chaque niveau de changement notable de la section de coffrage2.4.2.5. Chaînage des voiles selon les PS-92Le chaînage des voiles en zone sismique est défini par les PS-92. En ce qui concerne lesautres armatures, le BAEL s’applique.Synthèse du §11.43 des PS-92 : Chaînage des voiles• Armatures longitudinales en Fe E 500• Vertical: à chaque extrémité, chaque ouverture, chaque intersection de plancher à plancher avecrecouvrements d’étage à étage.• Horizontal: continus à la périphérie de tous les planchers.• Linteaux: ancrés de 50 diamètres.• Zone courante: 4 HA 10, cadres de 6 espacés de 10 cm maximum.• Zone critique: 4 HA 12, cadres de 6 espacés de 10 cm maximum.Figure 47 - (Figures extraites de « Construire parasismique, Ed. Parenthèses, Milan Zacek)Représentation schématique de l’implantation des chaînages réglementaires.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 37/170

2.4.2.6. Armatures des voiles en zone sismiqueCe type d’armatures qui deviendra obligatoire apporte plus de ductilité aux voiles etrenforce les extrémités.L’EC8, les AFPS 90 et l’UBC recommandent l’armature orthogonale des deux faces avecrenforcement des extrémités et la liaison des deux faces par des étriers ou des épingles.Les PS-92 recommandent seulement la vérification des contraintes et le respect du DTU23.1Figure 48 - (Figure extraite de « Construire parasismique, Ed. Parenthèses, Milan Zacek)Figure 49 - Cisaillement d’un voile armé (2faces). Malgré la rupture spectaculaire dubéton, il n’y a pas eu dislocation totale duvoile. (séisme de Kobé, 1995) (Document X)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 38/170

Figure 50 – Séisme d’Anchorage(Document Karl V. Steinbrugge)Les dommages observés sur cette façadesont représentatifs du comportement de lastructure contreventée par des voiles secomportant en consoles verticales coupléspar les planchers. Les allèges rigides maispeu résistantes n’ont pas supporté lesdéformations qui leur étaient imposées etont rompu comme autant de fusibles. Lecisaillement à la bas de l’un des voiles s’estbien produit dans la zone critique2.4.3. Les structures mixtes portiques – voiles2.4.3.1. Comportement globalL’association dans le plan de voiles et portiques permet d’optimiser les qualités des deuxsystèmes et de créer des espaces architecturaux intérieurs plus importants que par l’usagede voiles seulement.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 39/170

2.4.3.2. Déformations sous action sismiqueLes portiques ont une déformation d’ensemble d’éléments cisaillés: plus faible aux étagessupérieursLes voiles une déformation de console verticale: plus faible aux étages inférieursL’association des deux équilibres les déformations et limite les déplacements relatifs entreles planchers.Figure 51 - (Figures extraites de « Construire parasismique, Ed. Parenthèses, Milan Zacek)Bilan de l’interaction voiles – portiques en cas de séisme violent et longDans un premier temps, les voiles, plus rigides, reprennent la presque totalité des chargessismiques et les déformations restent faibles.Avec l’apparition de zones plastifiées sur les voiles, un report de charges se fait sur lesportiques dont la ductilité permet une dissipation d’énergie importante.La période propre du système s’allonge permettant la sortie du système d’une éventuellerésonance avec le sol.2.4.4. Les structures poteaux-dallesL’absence de poutre rend plus délicate la liaison ductile effective entre le poteau et ladalle. Pas d’effet de portique, pas de dimensionnement en capacité possible : rupturesfragiles assez systématiques en tête de poteau.Il serait souhaitable d’améliorer la ductilité d’ensemble en ajoutant des voiles decontreventement, des poutres de rive et en tout état de cause il faut fretter de façondense la poutre noyée dans la dalle au voisinage de la tête de poteau et la zone critiquedu poteau.Il est néanmoins préférable d’éviter ce système constructif en zone de sismicitéélevée.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 40/170

Figure 52 - Rupture de la zone critiqued’une structure poteau-dalle. L’appelde ductilité n’a pu se faire que dans lepoteau. (Document X – EERI – USA)Figure 53 - Poteau – dalle (Séismed’Izmit, 1999) (Document X)Les planchers étant beaucoup plus résistantsque les poteaux, la rupture se produitsystématiquement dans ceux-ci, ce qui n’estpas acceptable.2.4.5. Les structures travaillant en console verticaleL’ossature « en voiles ajourés » de ces IGH forme un tube travaillant globalement enconsole verticale, à la différence des ossatures à effet de portique.Figure 54 – (Figure extraite de « Construireparasismique, Ed. Parenthèses, Milan Zacek)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 41/170

Les structures tubulaires ont été conçues à l’origine pour limiter les déplacements relatifsdes planchers sous les effets du vent.Les parois du tube sont rigides, les poteaux largement dimensionnés sont rapprochés etles poutres sont des poutres – allèges qui doivent présenter une bonne ductilité dans lesétages bas.Dans le cas de plastification des poutres – allèges un délestage peut se faire sur lespoteaux d’angle qui doivent donc être renforcés.Cependant, s’il s’agit d’IGH, de période propre d’oscillation élevée, on n’a pas à redouterde réponse spectrale importante, sauf cas particulier qui ne passerait pas inaperçu de solmeuble très profond. Sur sol ferme, le vent est en général dimensionnant.Figure 55 et Figure 56 - Rotules plastiques sur l’ossature porteuse d’un château d’eau. (Séismedu Chili 1960) (Documents Karl – V. Steinbrugge)Vue d’ensemble de la structure et vue de détail du frettage. Le cylindre constitué d’un treillis de béton arméde ce château d’eau, peut être considéré comme une structure tubulaire travaillant en console verticale. Ledimensionnement en capacité de la structure en treillis privilégiait les éléments porteurs et les nœudsd’ossature. C’est dans les éléments de liaison horizontale que l’on trouve des « zones affaiblies », maisnéanmoins très frettées qui ont permis la formation de rotules plastiques laissant les porteurs fléchirlibrement en préservant la résistance d’ensemble. Une dissipation l’énergie importante et la chute decontrainte dans les éléments porteurs ont préservé l’ouvrage de la ruine.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 42/170

2.4.6. La précontrainte et la construction parasismique2.4.6.1. Comportement globalLa précontrainte est en général utilisée pour les grands franchissements.Les ruptures éventuelles concernent les supports ou les liaisons entre éléments et pas lespièces précontraintes qui sont bien réalisées : résistance élevée et contention des fissureséventuelles par la précontrainteLa très faible ductilité implique de bien estimer les charges sismiques réelles possibles surle site : courbe contrainte/déformation, avec comportement élastique long suivi d’unerupture fragile rapide.Le coefficient de comportement accordé par les règles PS-92 peut, sauf justification, êtreminoré par un coefficient 0,3 par rapport aux structures équivalentes coulées en place.Figure 57 - Figure 58 - Effondrement d’une structure préfabriquée précontrainte (Séismed’Anchorage, 1964) (Documents Karl – V. Steinbrugge) Ruine fragile par rupture des assemblagesFigure 59 - Figure 60 – Détails : Rupture de câbles de précontrainte et d’une platine d’ancragesur la structure précédente (Séisme d’Anchorage, 1964) (Document Karl – V. Steinbrugge)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 43/170

2.4.6.2. Améliorer la ductilité d’une pièce précontraintePour améliorer la ductilité du béton précontraint, il convient d’ajouter des armaturespassives (non précontraintes).Elles réduisent également la dégradation du béton sous charges cycliquesFigure 61 - (Figure extraite de « Construire parasismique, Ed. Parenthèses, Milan Zacek)2.4.6.3. Chute de précontrainte post-sismiqueMême après plastification, on observe une récupération élastique due à la précontrainte.Les réparations sont néanmoins délicates, et la remise en tension en général impossible.Il faut préférer la précontrainte axiale, si possible avec plusieurs câbles.Dans les rotules plastiques, la chute de précontrainte peut atteindre 70%Les gaines des aciers de précontrainte doivent être injectées: l’adhérence améliore laductilité et réduit les variations de précontrainte pendant les secousses (vulnérabilitéaccrue des ancrages).2.4.6.4. La précontrainte et les PS-92PS-92 – § 11.6 : Dispositions propres aux éléments précontraints• Ces dispositions concernent les éléments principaux.• Les éléments totalement ou partiellement précontraints sont traités suivant les règles indiquéespour les éléments en béton armé compte tenu des dispositions complémentaires ci-après :§ 11.61 : Zones d’ancrage• a) Précontrainte par pré-tensionLes zones d’ancrage de la précontrainte par fils adhérents doivent se situer hors des nœuds et êtreaussi éloignées que possible des rotules plastiques éventuelles.• b) Précontrainte par post-tensionAu voisinage des ancrages des câbles de précontrainte par post-tension, on s’assure d’un excellentconfinement notamment à l’aide de cadres fermés enveloppant toute la section.§ 11.62 : Nœuds• Les armatures de précontrainte traversant les nœuds doivent être réparties entre les partiesinférieures et supérieures des poutres de manière à assurer un confinement convenable de cesdernières, dans la mesure ou le ferraillage passif n’y pourvoit pas.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 44/170

§ 11.63 : Coefficient de comportement• Le coefficient de comportement d’ossature à base d’éléments précontraints se déduit de celui dela même ossature supposée à base d’éléments en béton armé par des coefficients multiplicateursd’ajustements compris entre 1,0 et 0,3 suivant la proportion de zones de béton tendues au-delà def tj sous sollicitation sismique. A défaut de justifications particulières, on retient le coefficientmultiplicateur de 0,3.2.4.7. Le béton armé légerOn peut utiliser du béton armé léger (agrégats divers) en zone sismique, mais…Il est moins performant que le béton armé ordinaire– Moindre rigidité, mauvaises performances au cisaillement– Fluage plus élevé– Résistance et ductilité des poteaux moindre (fretter plus)– Détérioration plus rapide de l’adhérenceIl a cependant quelques avantages– Masse volumique plus faible– Amortissement anélastique plus élevé (10 à 40%)– Ductilité des poutres en flexion élevée (+ 15 à 30%)En conclusion– Eviter pour les éléments porteurs– Utiliser éventuellement pour les grands franchissements ( en veillant sur la rigidité deforme) : travail en flexion– Limiter la résistance en compressionIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 45/170

2.4.8. Les ossatures préfabriquéesPrécontraintes ou nonImportance prépondérante de la qualité des liaisons pendant les séismes (néanmoinsmoins bonnes que pour les portiques coulés en place)– Recouvrement et soudage des armatures– Brochage– Soudage de platines solidaires(Soudage par cordons continus et pas par points)Figure 62 - (Figure extraite de « Construire parasismique, Ed. Parenthèses, Milan Zacek)Règles de mise en œuvre des liaisons d’ossatures préfabriquéesFigure 63 - (Figure extraite de « Construire parasismique, Ed. Parenthèses, Milan Zacek)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 46/170

Figure 64 - Les conditionsréglementaires d’appui des poutrespréfabriquées ne sont pas remplies.Il aurait fallu couler des poteauxdont la section et l’enrobage desbarres tiennent compte desnécessités. On voit les frettesrapprochées des zones critiques despoutres. (Cliché P. Balandier)Figure 65 - Doublement de structurede part et d’autre d’un joint PS.Cette fois-ci la poutre repose(insuffisamment) sur le poteau…mais les barres d’ancrage nepourront pas être correctementenrobées. (Document P. Balandier)2.4.9. Les panneaux porteurs préfabriquésGrands panneaux implantés selon plan orthogonal, soubassement coulé en place.Système rigide, nécessitant des portées de dalles pas trop importantes pour qu’ellesconstituent des diaphragmes rigides (amélioré par dalle armée rapportée coulée en placeet ancrée dans les chaînages).Dissipation d’énergie par les systèmes à panneaux préfabriqués, exemples :Les joints entre panneaux, soumis à des efforts de cisaillement élevé peuvent êtreorganisés pour dissiper une partie de l’énergie sismique sans préjudice pour la stabilitéd’ensemble.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 47/170

- Dissipation d’énergie par plastification du mortier des joints : dissipation« destructive »Figure 66 - (Figure extraite de « Construire parasismique, Ed. Parenthèses, Milan Zacek)Figure 67 - Panneaux de façades porteuses préfabriqués. (Document X) On y voit desindentations latérales qui permettront la mise en place de joints de mortier dissipatifs.- Dissipation d’énergie par frottement des pièces d’assemblage : dissipationnon destructive a prioriIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 48/170

Figure 68 - (25% d’amortissement par frottement et pas de dégradation) (Figure extraite de« Construire parasismique, Ed. Parenthèses, Milan Zacek)2.4.10. Les coquesPoids réduit pour un volume utile donné, d’éléments de structure pouvant être des petitsauvents comme des enveloppes de grands halls.Transmission de l’énergie par l’ensemble de la matièreEviter les porte-à-faux importantsRelative flexibilité permet adaptation aux tassements (raidir les rives pour limiter lephénomène et éviter les amorces de rupture en bord de structure)Les courbures marquées et les doubles courbures ont un meilleur comportement (moinsdéformables).Faible ductilité en raison de la faible épaisseur: éviter les concentrations de contraintes enadoptant des variations d’épaisseur progressives aux jonctions avec les éléments rigidesSi coque sur niveau potentiellement flexible, contreventer le niveau pour éviter lesconcentrations de contraintes en tête de poteaux.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 49/170

2.5. Dalles et diaphragmes2.5.1. Comportement globalQuel que soit le système porteur, il faut veiller à la rigidité effective des diaphragmes et àla qualité de leurs liaisons avec les palées pour contreventer efficacement le bâtiment.2.5.2. Règles de constructionPS-92 - §: 11.5 : Dispositions propres aux dalles et diaphragmes• Il doit exister un chaînage périphérique continu d’au moins 3 cm 2 de section et un chaînage aucroisement de chaque élément de contreventement avec le plancher, de section minimale de 1,5cm 2 et respectant la règle de 0,28 L dans le cas de contreventement par voiles, et 0,5 L, dans lecas de contreventement par portiques, L étant la largeur chaînée exprimée en mètres.2.5.3. Qualité des liaisons des planchers compositesSi le plancher est constitué de dalles sur prédalles ou de dalles sur poutrelles et entrevous,les coutures doivent permettre la continuité mécanique entre les deux éléments, même encas de fortes secousses.Figure 69 - Les prédalles dont les coutures sont dégradées doivent être refusées (Document P.Balandier)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 50/170

2.6. Les coefficients de comportement des structures de bétonarmé2.6.1. Choix du coefficient de comportementSoit obtenu par méthode scientifiquement établie, soit défini en fonction de la classe derégularité de la structure et de son type (PS-92 - § 6.61).Un tableau est donné à titre indicatif pour les structures en béton armé avec quelquesréserves qui sont précisées et renvoient au § 6.33 qui traite en général du coefficient decomportement.PS-92 – § 11.7 : Coefficient de comportement• A défaut de valeurs plus précises obtenues par toute méthode scientifiquement établie etsanctionnée par l’expérience, les valeurs des coefficients de comportement sont définies enfonction de la classe de régularité des structures.• Pour les structures de type 2, si la formation de rotules plastiques dans les éléments comprimésporteurs est admise, ou s’il existe des articulations dans ces éléments, les valeurs des coefficientsde comportement sont à diviser par 1,33.• Lorsque la période du mode de vibration considéré est inférieure à T B , il y a lieu de rectifier lavaleur de q conformément au 6.33 sauf si la vérification de compatibilité des déformations esteffectuée (cf 11.823).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 51/170

• Pour le coefficient relatif à la composante verticale, se reporter au § 6.332.6.2. Compatibilité de déformation des voiles• Contrôle de cohérence entre q retenu et l’aptitude à déformation non linéaire des voiles:le déplacement calculé doit être supérieur au déplacement élastique pour tous les niveaux.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 52/170

• En l’absence de vérification, si H

3. Structures en maçonnerie3.1. ProblématiqueLa dissipation d’énergie dans le domaine post-élastique doit pouvoir se faire sans rupturefragile de la plupart des liaisons mécaniques, de manière à ce que la capacité portante deséléments de la construction soit préservée. Or la maçonnerie est par nature un mode deconstruction qui comporte un grand nombre de liaisons à mode de rupture fragile entre lesblocs et le mortier de liaison.Par ailleurs, les possibilités constructives de ce type de structure excluent de jouer sur laréponse spectrale (structures rigides par définition) pour réduire les forces d’inertie.Ainsi c’est la résistance mécanique elle-même qui assurera plus particulièrement laprotection contre les séismes de la plupart des constructions en maçonnerie (solsfermes). Leur confinement par un réseau de chaînage aux liaisons assurant bien lacontinuité des barres, et la présence de panneaux de contreventement en nombre etdimension suffisants en sont les enjeux fondamentaux.Le choix de corps creux de haute résistance ajoute une réduction de la masse.Nécessité de confiner la maçonnerieSoumis à des efforts horizontaux les lits de mortier sont le lieu de ruptures fragiles et ladislocation partielle ou totale de la construction peut survenir pour des intensités localesassez faibles (VII-VIII MSK).La réponse en zone sismique est d’ajouter un réseau continu de chaînage tridimensionnelpour confiner l’ensemble des panneaux de maçonnerie et les planchers. Réseau dont nousallons voir le fonctionnement et la conception.Figure 71 - MAQUETTE DE MACONNERIE SUR TABLEVIBRANTE (Document X) Cet essai a été réalisé pourmettre en évidence le mode de ruine des constructions demaçonnerie traditionnelles, c’est à dire n’étant pas conçueset réalisées en respectant les règles de constructionparasismique en maçonnerie avec panneaux decontreventement confinés par des chaînages de béton armédans les trois directions.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 54/170

3.2. Caractéristiques des blocs à maçonner3.2.1.1. Les matériaux pris en considération par les règles PS-92PS-92 - § 12.112:• Les matériaux constitutifs concernés sont :- Les moellons de pierre- Les pierres de taille ou prétaillées- Les briques et blocs de terre cuite- Les blocs en béton- Les blocs de béton cellulaire3.2.1.2. La PierreL’utilisation de la pierre comme bloc à maçonner est explicitement prévu par les règles PS-92. Le fournisseur doit établir un document donnant les caractéristiques physiques etmécaniques du matériau, en particulier la résistance à la rupture en compression. Enraison du poids volumique élevé du matériau, ce type de blocs n’est pas le plus appropriéen zone sismique, puisqu’on cherche plutôt à réduire les forces d’inertie.3.2.1.3. Les blocs manufacturés creux et pleinsLeurs normes respectives fixent les catégories de briques et de blocs et les résistancesréglementaires correspondantes à la compression.En zone sismique, les éléments structuraux principaux en blocs creux doivent comporterau moins une paroi intermédiaire longitudinale. De fait, pour éviter les confusions, seulsles blocs à trois parois devraient alimenter les chantiers. Les ouvriers ne sont pas toujoursà même de distinguer les éléments structuraux principaux, la bonne volonté peut ne pasêtre au rendez-vous et le contrôle de chantier peut être plus complexe de fait… sansgarantie pour les murs déjà montés.Figure 72 – PS-92. L’utilisation de blocs à maçonner creux ou pleins va conditionner ledimensionnement des panneaux de contreventement (Voir plus loin).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 55/170

Les blocs à maçonner pleins (et assimilés) sont:La pierreLes briques pleines de terre cuiteLes blocs pleins de bétonLes blocs de béton cellulaireLes briques et blocs perforés de terre cuite et de béton mis en œuvre avec leursperforations perpendiculaires au plan de poseFc >120 BarsFigure 73 - Les blocs perforés, pour être assimilés à des blocs pleins doivent avoir unerésistance en compression au moins égale à celle du mortier (Document Milan Zacek,« Construire parasismique »)Les blocs à maçonner creux sont:Les briques creuses de terre cuite et les blocs creux de béton. Sont assimilés à des blocscreux (résistance en compression inférieure à celle du mortier de pose ; les blocs qui ontleurs perforations parallèles au plan de pose)3.3. Observations post-sismiques3.3.1. Ce que l’on cherche à éviterDislocation des blocs à maçonner non «confinés»:Eclatement des angles sous l’effet des déformations différentielles des façades,Dislocation des panneaux à partir des ouvertures non confinées,Dislocations en chaîne de la construction…Rupture fragile entre les éléments de la structure pour liaisons insuffisantesDéversement des façades,Chute de toiture,Chute de planchers…Rupture de points faibles ou accumulant la charge sismiqueRuine de niveaux sur pilotis,Ruine de poteaux mal situés, mal conçus, mal dimensionnés,Dislocations en chaîne…Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 56/170

Figure 74 – SéismeOmbrie-Marches 97. Le déversement de façade : un premier niveau dedommages grave des maçonneries non confinées (Document X pour EERI) La chute de contraintesliée à ces dommages suffit souvent à préserver le reste de la structure, notamment en tissu continu (horsimmeubles d’angle).Figure 75 – Dislocation d’un angle sanschaînage sous l’effet des déformationsdifférentielles alternées des deux façades(Document X)Figure 76 – Dislocation de la maçonnerie audépart d’une ouverture non confinée(déformations non limitées) En outre,l’action de poinçonnement de la constructionmitoyenne a augmenté le niveau decontraintes sur cette partie du panneau.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 57/170

3.3.2. Ce que l’on rechercheUne conception visant à réduire les phénomènes de torsion et autres facteursd’accumulation de contraintes est évidemment souhaitable pour les constructions demaçonnerie.Celles-ci, par nature, sont des constructions basses au comportement rigide dont ilconvient de réduire la complexité afin de leur conférer une réponse la plus homogènepossible aux sollicitations sismiques (efforts alternés).Confiner correctement la maçonnerie dans les trois directions (conception et résistancemécanique) en réservant des palées de stabilité bien dimensionnées et bien réparties enplan et en élévation suffira en général à répondre aux sollicitations du séisme.Aussi les recommandations de cette partie suivent-elles celles des PS-92 sans restriction etavec quelques précisions… Sauf en ce qui concerne le cas particulier des remplissages demaçonnerie des ossatures de béton armé, qui a été évoqué au chapitre précédent(constructions en béton armé) et sera commenté à nouveau ici.Figure 77 – Cette construction deconception empirique (début XX° siècle)a résisté au séisme d’Adana (1998).(Document P. Balandier). Sa « réponsespectrale » n’était sans doute pas très élevée,mais d’autres constructions en maçonneriedans le même quartier ont péri. On y observetrois chaînages horizontaux par étage et unrenforcement du chaînage sur l’angle duplancher à défaut de chaînage vertical. N-B :Lors de l’ouverture a posteriori des baies, leslisses externes du chaînage ont été préservées,ce qui démontre une culture de la vulnérabilitéaux séismes dans cette région de Turquieparticulièrement affectée.Figure 78 – La mise en œuvre de chaînages horizontaux (largement dimensionnés) à l’occasiond’une réfection de toiture, n’a pas contenu les murs de ces églises, mais elle a néanmoinsprévenu l’effondrement des toitures. (Document « Le chiese e il terremoto » GNDT)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 58/170

3.4. Notions générales communes à toutes les structures3.4.1. Mise en œuvreLes dispositions des PS-92 viennent en complément des dispositions générales ou s’ysubstituent.Les joints verticaux doivent toujours être remplis.Les murs à double parois doivent faire l’objet de justifications des attaches sous actionsismique.Les maçonneries de pierre doivent être réalisées avec des assises horizontales.3.4.2. Notion de murs porteurs en maçonnerie et de maçonnerie deremplissageAttention : Il faut bien distinguer les murs porteurs de maçonnerie chaînée par du bétonarmé des ossatures de béton armé remplies ensuite par de la maçonnerie.- Dans le premier cas, la maçonnerie est mise en œuvre avant le béton armé deschaînages :o avant le séisme, les descentes de charges statiques sont acheminées parl’ensemble des murs,o pendant le séisme, les charges dynamiques horizontales alternées sontacheminées par les panneaux de maçonnerie les plus rigides (selon les deuxdirections). Ils assurent le contreventement de la construction. A ce titre leurlocalisation doit tenir compte des règles dans ce domaine auxquelles onajoute leur fonction porteuse.- Dans le second cas, le béton armé est coulé dans les coffrages et ensuite certainspanneaux sont remplis de maçonnerie :o Avant le séisme, les descentes de charges statiques sont acheminées parl’ossature porteuse,o pendant le séisme, les panneaux de remplissage pleins empêchent l’ossaturede se déformer librement et de fait constituent un contreventement. Nousverrons qu’il est techniquement très difficile d’assurer effectivement lecontreventement des ossatures par des panneaux de maçonnerie, bien queles règles PS-92 y consentent… avec un commentaire pour le moinscirconspect…N-B : La nécessité de confiner les murs de maçonnerie dans des chaînages de béton armépour éviter leur dislocation et leur projection hors plan exclut les dispositions de type« mur courbes » de maçonnerie.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 59/170

3.5. La maçonnerie chaînée3.5.1. Principe de fonctionnement de la structureCes murs ne sont pas assimilés à des voiles travaillant sur toute leur surface, mais à des« cadres » de béton armé triangulés par des bielles (diagonales) résistant en compression.PS-92 - § 12.232 : Maçonnerie chaînée• Le principe de calcul de résistance consiste à assimiler l’ensemble formé par les panneaux demaçonnerie et par les chaînages en béton armé qui les encadrent à un système triangulé dont leséléments diagonaux sont constitués par les bielles actives susceptibles de se former dans lamaçonnerie.• Si les bielles ont une pente comprise entre ½ et 2, il n’est pas nécessaire de justifier le nonglissementau droit des joints.• La largeur w de ces bielles est prise, dans les calculs, égale à la plus petite des deux valeurs d/6et 4 e , soit :w = min (d/6 ; 4 e) avec :d= longueur de la bielle (diagonale du panneau)e = épaisseur brute de la maçonnerie.• La contrainte de compression dans la maçonnerie doit être inférieure à la résistancecaractéristique divisée par γ m , les armatures des chaînages sont calculées suivant les règles debéton armé.Ces bielles ne doivent pas être trop horizontales pour que la composante verticalecompression évite le cisaillement des lits de mortiers, ni trop verticales pour que lepanneau ne soit pas sollicité en flexion.Bielle activeSi la résistance de la bielle n’estpas assurée il y a fissurationFigure 79 – Illustration extraite de « Les constructions en zone sismique », Victor Davidovici,Editions du Moniteur. La largeur retenue par la réglementation pour la bielle de compression est égale àla plus petite des deux valeurs d/6 et 4 e, soit, par exemple pour un panneau de blocs perforés de 20 cm etde diagonale 7,8m : 1,30m et 0,80m, donc 0,80m.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 60/170

3.5.2. Définition et localisation des chaînagesLes préconisations des PS-92, qui répondent à une logique de confinement de chaquepanneau (inclus les planchers), en en limitant les dimensions, sont très satisfaisantes.PS-92 - § 12. 2221: Principes• Dans le présent document on appelle « maçonneries chaînées » les structures porteusesréalisées en maçonnerie de petits éléments (voir 12.113) et comportant des chaînages en bétonarmé mis en œuvre après exécution de la maçonnerie :- chaînages horizontaux :au niveau des fondations (éventuellement),au niveau de chaque plancher,au niveau haut ;- chaînages verticaux, au moins :à tous les angles saillants et rentrants de la construction,aux jonctions de murs,encadrant les ouvertures de hauteur supérieure ou égale à 1,80m ;avec les dispositions complémentaires énoncées ci-après.• Aucun élément de mur ne doit présenter de bord libre en maçonnerie.3.5.3. Géométrie des murs de contreventement en maçonnerie chaînéeAfin de conférer à l’ensemble maçonnerie – chaînages une bonne résistance auxdéformations, il convient de limiter la surface des panneaux qui constituent les murs pourmaîtriser l’angle des bielles et leur instabilité en fonction de leur inertie transversale.En ce qui concerne la surface des panneaux, des règles sont définies par les différentscodes.Pour les épaisseurs, le standard de 15 cm est déjà prohibé par de nombreuses règles, neserait-ce que parce qu’il ne permet pas l’enrobage correct des aciers dans les chaînages.Les PS-92 l’autorisent encore, mais l’utilisation de blocs à maçonner de 20 cm minimumest recommandée, même dans les cas où ce n’est pas obligatoire.Dimensions des trumeaux définies par lesPS-92(murs contribuant au contreventement):E> ou = 15 cm (20 cm pour les éléments creux)L et H < ou = 5mS < ou = 20 m 2Dimensions de la diagonale du panneau pourles blocs creux < ou = 25 EDimensions de la diagonale du panneau pourles blocs pleins < ou = 40 EUn seul percement de 20 cm maximum horsbielles par trumeau.Figure 80 - (Document extrait de « Construireparasismique », Milan Zacek, EditionsParenthèses)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 61/170

Dimensions des autres murs structuraux, mais ne contribuant pas aucontreventement en cas de séismeE> ou = 15 cm (20 cm pour les éléments creux)H et L < ou = 5mFigure 81 et Figure 82 – Séisme du salvador (2001). (Documents P. Balandier). L’utilisation depetits blocs à maçonner (faible inertie transversale) conduit à réduire les dimensions des trumeaux (unchaînage intermédiaire par étage. Mais le manque d’inertie transversale conduit néanmoins à la ruine lesouvrages trop sollicités.3.5.4. Contreventement horizontalLes planchers et les pans de toitures doivent être contreventés. En l’absence de dalle entoiture, le diaphragme supérieur ne pourra être considéré comme rigide. La conception dubâtiment devra en tenir compte au regard de sollicitations dans les deux directions sur lesdifférents murs qui devront être équilibrées par les palées et non par le diaphragmesupérieur.Il n’est pas interdit d’utiliser des planchers en bois, mais ils ne constitueront pas desdiaphragmes rigides.En règle générale, les planchers de béton armé qui constituent des diaphragmes de bétonarmé (dalles ou dalles sur poutrelles et entrevous) répondront aux règles des ouvrages enbéton armé et seront correctement ancrés dans les chaînages horizontaux pour assurereffectivement le contreventement dans les trois plans.3.5.5. Contreventement verticalLes panneaux de contreventement vertical, ou « trumeaux », résistent aux effortshorizontaux dans leur plan et assurent la descente des charges dynamiques vers lesfondations (voir « géométrie des murs de contreventement vertical »).Pour une construction en maçonnerie le contreventement est constitué d’un certainnombre de trumeaux, qui doivent impérativement avoir une largeur supérieure à 1,50m enzone III, être pleins (sans aucune ouverture à l’exception d’un percement hors bielles decompression de 20 cm maximum) et confinés sur leurs quatre côtés par des chaînages debéton armé, de façon à avoir la rigidité et la résistance au cisaillement requises. Les blocsIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 62/170

à maçonner utilisés doivent répondre à des « normes de résistance en compression ». Ilsdoivent être maçonnés en respectant certaines règles pour que leur cohésion soit bonne.La liaison avec les chaînages (coulés « à l’italienne » après le montage de la maçonnerie)doit être parfaite.N-B : Pour les ouvrages calculés avec des accélérations nominales inférieurs à 2,5 m/s 2(zones Ia et Ib pour les ouvrages hors classes D), les exigences sont réduites (voir PS-92,§ 12.2225)Figure 83 -Cette construction comprend un grand nombre de chaînages sans pour autantposséder un seul panneau de contreventement. Une conception correcte de la structure n’auraitpas demandé davantage de matériaux ni de mise en œuvre (Document P . Balandier)3.5.6. Disposition en plan des murs de contreventementCes murs doivent être disposés régulièrement dans les deux plans orthogonaux.Les différents « trumeaux » de contreventement doivent avoir des largeurs comparables(1,10m minimum en zone II et 1,50m en zone III) et être superposés pour favoriser uncomportement homogène de la structure.Des règles forfaitaires comme les PS-MI exigent que le contreventement soit assuré pardes trumeaux de façades dont impérativement les angles.La distance entre refends ne devrait pas excéder 7m, certaines règles fixent des portéesinférieures (Algérie: 5m).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 63/170

Figure 84 – Sur ce bâtiment, en dehors de la vulnérabilité du soubassement sur pilotis,l’implantation des trumeaux aux angles et au milieu des façades constitue un contreventementeffectif du niveau d’habitation. Il aurait été nécessaire en outre qu’il n’y ait pas de fourreauxélectriques dans les chaînages. (Document Milan Zacek)3.5.7. Chaînages horizontauxLes règles PS-92 (Article 12.222) demandent :DimensionsE: Sur toute l’épaisseur du mur (totale si double paroi) ou tolérance en réduction aux 2/3minimum pour éviter les ponts thermiques notamment.H: 15 cm minimumArmatures longitudinales: 4 barres, une dans chaque angle, espacées de 20 cm maximum(si mur épais, ajouter une troisième barre)Résistance en traction minimum 80 kNArmatures transversales: espacement < ou = à H, ou 25 cm maximum.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 64/170

3.5.8. Chaînages verticauxLes règles PS-92 (Article 12.222) demandent :DimensionsIdem chaînages horizontaux avec sections maximum aux angles.Armatures longitudinales: Idem chaînages horizontaux avec possibilités de minorer lesdimensions si aN < 0, 25g, et si H < 3m.3.5.9. Nœuds des chaînagesLes règles PS-92 (Article 12.222) demandent :La continuité et le recouvrement des armatures des divers chaînages concourants doiventêtre assurés dans les trois directions.Problématique des blocs à chaînerDes fabricants, pour éviter le travail de coffrage, proposent des blocs creux pour leschaînages horizontaux ou verticaux à usage de coffrage perdu. Or, un chaînage c’est dubéton armé bien enrobé. L’épaisseur des parois du bloc réduit de fait le volume de béton,or les règles nous imposent des dimensions minimum et un enrobage correct. Par ailleurs,il est plus difficile de vibrer correctement le béton dans ces conditions pour s’assurer de sabonne mise en place (Sur les petits chantiers, des coups de marteau énergiques sur lesplanches de coffrage pendant le coulage sont un moyen rudimentaire mais efficace qui nepeut être pratiqué sur des blocs à chaîner).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 65/170

Blocs pour chaînages horizontaux au SalvadorFigure 85 et Figure 86 – Séisme du Salvador, 2001 (Documents P. Balandier). Ces deuxillustrations montrent un exemple de blocs pour chaînages horizontaux et leur inefficacité.3.5.10. Encadrement des ouvertures selon les règles en fonction dela taille des baiesLes règles PS-92 (§ 12.2227) distinguent trois types de baies et prescrivent les conditionsd’encadrement visant à éviter la dislocation des panneaux dans lesquelles elles sontimplantées:- Petites baies (catégorie P) aucune dimension supérieure à 1, 5m- Moyenne baie (catégorie M) une dimension au moins supérieure à 1,5m- Grande baie (catégorie G) une dimension supérieure à 2,5mIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 66/170

Règles d’encadrement des baies selon leurs dimensions et l’accélérationnominale réglementaire (zone et classe de la construction)a N P M G< 0,25g - -Encadrement etliaison aux chaînages< 0, 35gEncadrement sauf sidimensions du panneau< 3.20mEncadrement et liaisonaux chaînages sauf sidimensions du panneau< 3.20mEncadrement etliaison aux chaînages>ou = 0,35gEncadrementEncadrement etliaison aux chaînagesEncadrement etliaison aux chaînagesEn résumé :Figure 87 – (Figure extraite de « Construire parasismique » Milan Zacek, Editions Parenthèses)Types de cadres admis pour les baies des structures en maçonnerieMétal ou béton armé résistance en traction définie.Pour le béton armé (par deux barres longitudinales):- dimension minimale de 7 cm et implantation sur toute l’épaisseur du mur (saufrègles des 2/3 applicables aux chaînages)- résistance en traction minimale (domaine élastique) requise :o 40 kN en zone Iao 60 kN en zone Ibo 85 kN en zone IIo 120 kN en zone III- espacement des deux barres 20 cm maximum (si mur épais rajouter une troisièmebarre)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 67/170

Pour le métal :Justifier par le calcul d’une résistance en traction au moins égale à celle du béton armé cidessusdéfinie.Figure 88 - (Figure extraite de « Construire parasismique » Milan Zacek, Editions Parenthèses)3.6. Maçonnerie arméeLes maçonneries armées sont chaînées selon les dispositions exposées précédemment.Les armatures des panneaux peut être:– Horizontales uniquement– Horizontales et verticalesLeur mise en œuvre est précisée par les règles PS-92 (§ 12.223) :3.6.1. Maçonneries armées horizontalement (tous types de blocs)Lits d’armatures continues allant de chaînage vertical à chaînage vertical (ancrages« corrects »)Au moins deux barres par lit à proximité des parementsEnrobage vertical et horizontal 2 cm minimumRésistance en traction (élastique) 13 kNEspacement maximal des barres 20 cmBarres rectilignes et posées sans flèche supérieure à 1cm/2m (Pour travaillereffectivement en traction dès des premières déformations)Ecartement maximal entre les lits 50 cm (soit concrètement tous les deux rangs).3.6.2. Maçonneries armées horizontalement et verticalement (blocsprévus à cet effet)Lits d’armatures continues allant de chaînage à chaînage (vertical et horizontal).Ancrages « corrects ».Sections minimales entre deux chaînages: 0,5/1000 de la section correspondante despanneaux (1/20), diamètre mini 5 mm.Ecartement maximal entre les lits (verticaux et horizontaux): 60 cmIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 68/170

Figure 89 – Salvador. (Document Roger Coco) Maçonnerie armée horizontalement etverticalement et chaînée.3.6.3. CommentaireNous verrons plus loin que l’avantage des maçonneries armées est un gain en coefficient qet de dimensionnement des bielles actives et que celui des maçonneries armées dans lesdeux directions est de pouvoir être assimilées à des voiles de BA, mais les obligations dequalité sur chantier et le coût de la main d’œuvre rendent alors la mise en œuvre de voilesbeaucoup plus intéressante.On aura tendance à considérer que la maçonnerie chaînée ordinaire est une alternativeintéressante aux voiles pour les petits chantiers, et que la maçonnerie armée peutprésenter un intérêt pour le remplissage des ossatures découplées (par joint résiliantpériphérique aux panneaux).PS-92 - § 12.233 : Maçonneries armées§ 12.2331 : Maçonnerie armée horizontalement• Pour les éléments structuraux principaux, le principe de calcul est celui indiqué au paragraphe12.232 de la maçonnerie chaînée.§ 12.2331 : Maçonnerie armée horizontalement et verticalement• Deux possibilités sont offertes pour le calcul des éléments structuraux principaux :- modélisation analogue à celle des maçonneries chaînées, en prenant pour le calcul de lacontrainte dans la maçonnerie une largeur w = min (d/5 ; 5 e),- calcul en section type « béton armé », les armatures verticales des chaînages et des partiescourantes devant équilibrer les tractions des zones tendues.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 69/170

3.7. Maçonnerie de remplissage des ossaturesLa question de la maçonnerie de remplissage des ossatures est abordée dans les règlesselon deux chapitres : béton armé et maçonnerie (ou charpentes métal et maçonnerie).Or il s’agit bien d’un point de vue constructif d’une seule et même structure qui présenteles défauts des limites de compatibilité de comportement entre les blocs hourdés quisupportent peu de déformation et les ossatures qui par définition doivent pouvoir sedéformer librement (dans les limites recherchées par le BET).Aussi la problématique des maçonneries de remplissage, bien que faisant partie du § 12« maçonnerie » des règles PS-92 a déjà été abordée au chapitre « béton armé » duprésent document. Précisons néanmoins les termes des PS-92 :PS-92 - § 12. 224 : Maçonnerie de remplissage dans les ossatures en béton armé§ 12.2241 : Principe• Cet article traite des maçonneries réalisées dans les ossatures de béton armé ou précontraint etqui n’ont pas été mécaniquement liées à celles-ci.• Sont considérées comme remplissages les panneaux de maçonnerie sans fonction porteusecaractérisée vis-à-vis des charges verticales. Ces panneaux peuvent être « complets », c’est-à-direremplir complètement l’espace délimité par deux poteaux et deux poutres, ou être « partiels ».• Pour la vérification sous action sismique, les panneaux pris en compte dans la modélisation (voir12.2341) constituent des éléments structuraux principaux, il s’agit en général de panneauxcomplets sans ouverture.§ 12.2242 : Dispositions constructives• Les maçonneries doivent satisfaire aux conditions géométriques définies en 12.222 et leséléments d’ossature en béton armé doivent satisfaire aux règles du chapitre 11 du présentdocument, relatif au béton armé.• les baies et ouvertures doivent recevoir au minimum un encadrement suivant les règles du §12.2227 . De même les bords libres des panneaux partiels doivent recevoir au minimum unencadrement suivant les dispositions du § 12.2227 pour les ouvertures de la catégorie G.• Lorsque les panneaux complets avec ouverture et les panneaux partiels sont pris en compte dansla modélisation (12.2341) ces encadrements doivent être dimensionnés pour les sollicitationsrésultantes.Rappelons que le commentaire de l’article 12.2241 précise que le « comportement desconstructions concernées apparaît comme assez aléatoire ». Ceci en raison de la difficultéà établir des protocoles de mise en œuvre fiables pour une réponse homogènemaçonnerie-ossature en cas de séisme.Figure 90 – Exemple de maçonnerie armée deremplissage avec joint résilient périphériquepour la découpler de l’ossature BA (NouvelHôpital de San Salvador) (Document P.Balandier)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 70/170

Figure 91 – Effondrement d’une ossature à remplissages de maçonnerie qui n’ont pas pu contribuer aucontreventement effectif de l’ouvrage. Séisme d’Izmit 1999 (Document X pour EERI)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 71/170

PS-92 - § 12.234 : Maçonneries de remplissage dans les ossatures de béton armé ouprécontraint• Les principes de calcul énoncés ci-après correspondent au cas où la maçonnerie est mise enœuvre après réalisation de l’ossature. Dans le cas d’exécution de l’ossature après la maçonnerie,en particulier poutres coulées sur la maçonnerie, les principes énoncés en 10.232 pour lesmaçonneries chaînées sont applicablesPS-92 - §: Modélisation et vérification à effectuer• A défaut de méthode plus précise, il est admis que la distribution des efforts dans la structure estcalculée en assimilant l’ensemble formé par un portique en béton armé et par les panneauxcomplets de remplissage qu’il contient, à un système triangulé dont les éléments diagonaux sontconstitués par les bielles actives susceptibles de se former dans la maçonnerie.• Si les bielles ont une pente comprise entre ½ et 2, il n’est pas nécessaire de justifier le nonglissementau droit des joints.PS-92 - § 12.2342 : Déformations horizontales• Il peut être admis en outre que les déformations horizontales du système, et par voie deconséquence les moments de flexion dans l’ossature, sont entièrement conditionnées par leraccourcissement des bielles, la rigidité propre de l’ossature étant négligée devant celle despanneaux.PS-92 - § 12.2343 : Poussée des bielles• La résistance de tous les éléments actifs, retenus dans le modèle doit être justifiée. Il doit êtrevérifié en particulier que les poteaux sont aptes à résister au cisaillement et au moment de flexiondéveloppée par les poussées des bielles compte tenu des délestages opérés par la composanteverticale de ces dernières et de ceux consécutifs aux effets de la composante verticale de l’actionsismique.PS-92 - § 12.2344 : Cas des panneaux négligés• Cette dernière vérification doit être effectuée aussi pour les poteaux bordant les panneaux demaçonnerie négligés dans le modèle. Dans leurs cas, les poussées des bielles peuvent êtreévaluées en considérant que les déplacements relatifs horizontaux des planchers du modèleconstituent pour les bielles des déformations imposées.PS-92 - § 12.2345 : Cas des poteaux d’angle et de rive• Pour les poteaux d’angle et de rive, il doit être justifié que les poussées au vide s’exerçant sur lesfaces libres des nœuds du fait de l’existence d’efforts tranchants dans les poteaux sontcorrectement équilibrées et reportées sur les poutres.Le commentaire de l’article 12.2342 vient rappeler à juste titre que :Cette simplification est en apparence en faveur de la sécurité. Toutefois cet avantage estplus apparent que réel car il est compensé par le fait que l’intégrité des panneaux demaçonnerie soumis à la fois à une compression diagonale et aux flexions résultant del’action de la composante de l’action sismique perpendiculaire à son plan et trèssensibles aux imperfections d’exécution n’est pas entièrement fiable.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 72/170

3.8. Dalles et diaphragmes3.8.1. Conditions de rigidité des planchersLes différents types de planchers et toitures « plaques » ne constituent un « diaphragmerigide » que dans le respect de certaines dispositions constructives qui assurent uncomportement dynamique satisfaisant.– Rigidité effective dans leur plan.– Solidarisation impérative avec les chaînages périphériques et poutres qui assurent laliaison avec les palées de stabilité.– Renforcement des bords des trémies dont les dimensions doivent être limitées(sinon, dispositions compensatrices).– Si la « plaque » est constituée de plusieurs couches, liaisons entre les couches pardes coutures assurant un comportement dynamique homogène sans dislocation.En cas de béton armé éviter les reprises de coulage du béton entre la dalle et leschaînages, poutres, chapiteaux…3.8.2. Cas des planchers à poutrelles et entrevousLes entrevous ne participent « pas » à la résistance dynamique du plancher, et lespoutrelles ont un rôle de « nervures » pour la dalle de compression. Il est capital que lesliaisons entre les nervures et la dalle soient effectives pour un comportement dynamiquecohérent. La dalle de compression elle-même doit être calculée avec un minimum de 4cm(5cm pour les entrevous de polystyrène, néanmoins préférables aux rehausses isolantessur entrevous).Ces « planchers nervurés » ont l’avantage d’avoir une masse réduite (Réduction Fi) pourune bonne résistance mécanique (au regard des dalles coulées en place).Les liaisons entre les poutrelles et la dalle de compression et celle du plancher avec leschaînages horizontaux doivent être soignées. De plus en plus de fabricants proposent desproduits adaptés aux zones sismiques (poutrelles, aciers).3.9. Les coefficients de comportement3.9.1. Calculs et vérificationLes règles de calcul et de vérification sont données par les PS-92Elles sont définies pour (rappels):– Les maçonneries chaînées assimilées à un système triangulé par les bielles activessusceptibles de se former (si leur pente est comprise entre ½ et 2, le non-glissementdes joints est réputé justifié)– Les maçonneries armées horizontalement assimilées aux maçonneries chaînées– Les maçonneries armées horizontalement et verticalement qui peuvent êtreconsidérées au choix comme:• Les maçonneries chaînées• Le béton arméIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 73/170

3.9.2. Le coefficient qOn trouve les coefficients q forfaitaires des maçonneries au chapitre béton armé des PS-92(voir tableau § PS-92, § 11.7 au chapitre béton armé du présent document). Soit :- maçonnerie porteuse chaînée : 2,5- maçonnerie porteuse chaînée et armée : 3- ossature avec remplissage a posteriori : 1,5avec coefficients minorants en cas de bâtiments de régularité moyenne ou irréguliers.Ces coefficients constatent que le remplissage des ossatures génère des modes de ruinefragile et que le gain sur l’armature des maçonneries n’est pas appréciable au regard ducoût d mise en œuvre.3.10. Les éléments secondaires (PS-92 § 12.33)3.10.1. Les cloisons de distribution d’épaisseur inférieure ou égaleà 10 cmElles doivent respecter les dispositions suivantes :Pas de bord libreJonction impérative à d’autres murs, cloisons ou potelets (béton armé, métal oubois) de pleine hauteurSi cloison de pleine hauteur, elles doivent être solidaires des planchers pour éviterleur déversementSi hauteur partielle, encadrements liés au gros-œuvreHarpage des cloisons perpendiculairesS < 14 m 2 , H et L < 5m, d < 100 eEncadrement des baies (BA, métal, bois)3.10.2. Les cloisons de distribution d’épaisseur supérieure à 10 cmElles doivent respecter les dispositions suivantes :Idem cloisons précédentes etChaînages en béton armé en métal ou en bois des panneauxS < 20 m 2 , H et L < 5m, d < 50 eEncadrement des baies (BA, métal, bois) relié à l’ossature ou aux chaînages si typeG.Vérification de leur participation au comportement dynamique de la structure (raideurs)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 74/170

4. Structures en acier4.1. Le matériau acierL’acier est réglementairement défini par ses nuances (critères de rigidité et résistance)Sa production industrielle se fait selon des procédures en général bien contrôlées(Normalisation des nuances et fabrication des profilés fiable et respectée dans la plupartdes pays)= Fiabilité du comportement projeté et calculé pour les sections.Restent à maîtriser le comportement global de la structure (conception) et la résistancemécanique des assemblages (réalisation).Figure 92 – Tests dynamiques d’éléments destructure en acier (Document USGS- USA). L’acierest certainement le matériau de construction dont lecomportement réel peut être le plus fiable par référenceau comportement projeté (moins d’incertitude sur laproduction et la mise en œuvre, sauf peut-être sur lespetits chantiers qui font l’objet de moins de vérifications)Comportement sous séismeTrès bon comportement sous séisme dû à ses qualités:– Très bonne résistance en traction et en compression– Bonne résistance au cisaillement– Rapport résistance/masse volumique élevé– Résilience élevée (absorption d’énergie cinétique, bon comportement soussollicitations alternées)– Ductilité élevée (sauf certains aciers spéciaux et types de section à éviter)Ces qualités doivent être conservées par:– Le choix de la structure– le choix et la mise en œuvre des éléments et de leurs assemblages– la prévention de la corrosion.En outre, le fait de pouvoir réparer la structure après séisme par remplacement deséléments plastifiés ou rompus est un avantage complémentaire non négligeable.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 75/170

Vulnérabilité propre au matériauCorrosion:– Traitement par galvanisation, ou mieux par métallisation(cher mais permettant les interventions a posteriori avecdes résultats durables)– Dispositions constructives contre les remontées d’eauFeu:– Protection nécessaire, notamment en raison des incendies post-sismiques.4.2. Observations post-sismiques4.2.1. Ce que l’on veut éviterMême non conçues pour être parasismiques, les structures d’acier réalisées dans lerespect des règles de l’art arrivent peu à l’effondrement en raison de la ductilité deséléments.Les dommages observés sont les suivants:– Plastification des barres: flambage, cloquage, déversement.– Ruptures fragiles (notamment des assemblages): des tirants en croix, déchirementdes goussets, éclatement des soudures, ancrages insuffisants dans les fondationsProblématique de l’instabilité de forme d’ensembleLa conception des ossatures métalliques est souvent « flexible », ce qui peuts’accompagner sous séisme d’une instabilité de forme inacceptable, alors que la capacitéde résistance n’est pas épuisée.Afin de limiter ces déformations, on sera amené à raidir les structures élancées par descontreventements appropriés.Par ailleurs, une ductilité élevée est souhaitable, elle dissipe l’énergie sismique et faitchuter le niveau de contrainte ce qui limite les déformations d’ensemble (énergie dissipéeplutôt que stockée).Problématique de l’instabilité de forme des barresLa stabilité latérale des éléments en I doit êtreassurée par des entretoises, plus particulièrementdans les zones critiques (les plus sollicitées).Les poteaux tubulaires ou en caisson sontpréférables, car ils ont une meilleure résistance auflambement et à la torsion.Les poutres à âme pleine se comportent mieux queles poutres ajourées (qui doivent être « pleines » àproximité des zones critiques).Figure 93 – Exemple de raidissage par entretoises deszones les plus sollicitées des sections pour éviter leurinstabilité latérale. (Figure extraite de « construireparasismique », Milan Zacek, Editions Parenthèses)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 76/170

Figure 94 - Cloquage d’un pied depoteau acier (Séisme de Kobé, 1995)(Document EQIIS – USA)Dommages aux éléments non structurauxLa conception des ossatures métalliques est souvent « flexible », ce qui entraîne desdommages élevés aux éléments non structuraux qui s’accommodent mal des déformationssous séisme. Il est souhaitable de découpler les éléments rigides de manière à ce qu’ils nesoient pas contraints par les déformations de la structure métallique.4.2.2. Ce que l’on rechercheOptimiser les qualités du matériau par la conception de la structure. Maîtriser l’amplitudede ses déformations élastiques (préservation des éléments secondaires, équipements etoccupants), maîtriser l’emplacement des rotules plastiques hors des éléments porteurs etzones critiques et optimiser leur rendement. Assurer la résistance mécanique de tous lesassemblages : rigides ou articulés.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 77/170

4.3. Notions générales communes à toutes les structures4.3.1. Approche générale de la conception des structures métalliquesen zone sismiqueLes structures métalliques doivent être conformes aux règles générales de constructionmétallique.En outre, elles doivent être conformes aux dispositions des règles PS-92, notamment àcelles édictées par le § 13 « Constructions métalliques », qui reconnaît deux approches:– Conception de structures non dissipatives (q = 1)Elles doivent être dimensionnées pour rester dans le domaine élastique sous l’actionsismique de calcul.ou– Conception de structures dissipativesLes règles PS-92, §13 « construction métallique », classent les structures dissipatives enfonction de leur ductilité pour leur autoriser un coefficient q > 1.Cette seconde approche de la conception permettra effectivement d’optimiser les qualitésde l’acier sous sollicitations dynamiques.L’enjeu de la conception d’une structure métallique sera un arbitrage entre la maîtrise deses déformations et l’optimisation de sa ductilité, au regard de sa géométrie globale.4.3.2. Règles de construction applicables aux constructions métalliquesLes PS-92 indiquent les règles de construction à respecter et qu’elles viennent préciser:En général:- DTU P22-701 (règles CM 66 ad.80 dites « règles de calcul des constructions en acier »)- Eurocode 3 et son DAN- Normes NF de la série P 22…Si comportement dissipatif:- DTU P22 – 701- Eurocode 3 et son DANEn fait désormais seul l’EC3 s’applique depuis son décret d’application (postérieur à 1992).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 78/170

4.3.3. Notion de structures dissipatives ou non dissipatives4.3.3.1. Structures non dissipatives (PS-92 § 13.21)Elles doivent être dimensionnées de manière à rester dans le domaine élastiqueDans ce cas, elles doivent satisfaire aux règles en vigueur pour la vérification desconstructions métalliques dans le domaine élastique.Malgré leur autorisation réglementaire, elles ne devraient pas être utilisées en zone desismicité élevée en raison de l’énergie qu’elles peuvent stocker et du niveau de contraintetrès élevé qui peut en découler. Celui-ci pouvant amener une ruine fragile si l’action decalcul est dépassée lors d’un séisme majeur (a N réelle plus forte, R D (T) ou τ sous-estimés).Si on retient l’hypothèse de rester dans le domaine élastique pour l’action de calcul, il estpréférable d’opter pour une structure dissipative et de retenir q = 1.4.3.3.2. Structures dissipatives (PS-92 § 13.22)Elles doivent être dimensionnées de manière à ce que la localisation et l’efficacitédissipative des déformations plastiques soient parfaitement contrôlées.Le travail de déformation plastique provoque une dissipation hystérétique de l’énergiesismique par certains éléments de structure ou dans les zones localisées de ces éléments.Les exigences garantissant la bonne efficacité des zones dissipatives sont relatives– au matériau acier,– à la stabilité de forme des éléments,– à la stabilité d’ensemble de la structure,– au degré de sollicitation des élémentsSpécifications pour le matériau acier dans les zones dissipatives (PS-92)Application de l’EC3-DAN, pour les conditions de ductilité et d’allongement (§3.222 ), et debonne soudabilité. Soit:– Résistance en traction spécifiée supérieure ou égale à 1,2X la limite d’élasticitéminimum spécifiée– Conditions d’allongement à la rupture définies relativement à la section– Diagramme contrainte/déformation démontrant une déformation ultime 20xsupérieure à la limite d’élasticité.Les nuances satisfaisant ces conditions sont spécifiées par l’EC3.Maîtrise de l’emplacement des zones dissipatives selon les PS-92Les variations des limites d’élasticité réelles (fyr) vis-à-vis des limites d’élasticité de calcul(fy) ne doivent pas remettre en cause l’emplacement des zones dissipatives.Si (fyr/fy)max (Zone dissipative) > 115% (fyr/fy)min (Zone non dissipative), alors,majorer les sollicitations de calcul dans les barres non dissipatives.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 79/170

Figure 95 -Flambement d’un poteau d’acier enrobé de BA (Séisme d’Anchorage, 1964)(Document Karl – V. Steinbrugge)Une bonne conception des structures métalliques doit assurer la maîtrise de l’emplacement des zonesdissipatives hors des poteaux et des zones critiques.Figure 96 – Chantier du palais de Justice de Grenoble (Document P. Balandier) Une zone «faible » a été organisée à l’extrémité de chaque barre de contreventement de manière à maîtriserl’emplacement d’une éventuelle rotule plastique, « zone dissipative » des PS-92.4.4. Les différents types de structures porteuses dissipativeset leur définition réglementaireLes structures métalliques son classées selon:– Leur rigidité– Leur résistance post-élastiqueCe classement se traduit dans les valeurs affectées au coefficient q qui peut être utilisédans l’analyse de la structure.N-B: Les structures à comportement non dissipatif (q=1) ne relèvent pas de laclassification suivante en termes de conception PS.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 80/170

Figure 97 – Les trois conceptions du contreventement des ossatures acier. (Figure extraite de« construire parasismique », Milan Zacek, Editions Parenthèses)4.4.1. Structures à cadres (Contreventées par effet de « portiquerésistant »)Les règles PS-92 dénomment « structures à cadres » les ossatures à nœuds constituantdes encastrements: ce sont des structures autostables.Leur résistance aux séismes est assurée:– Par la résistance en flexion des barres– Et la résistance des assemblages dits « rigides ».Dans ces structures, les zones dissipatives sont situées au voisinage des nœudsd’assemblage, de préférence dans les poutres. Les rotules plastiques fonctionnent enflexion alternée. Si celles-ci sont bien localisées, en raison de leur nombre potentiel élevé,ces structures ont en général un niveau élevé d’hyperstaticité.PS-92 - § 13.321 : Les structures « à cadres »• Ces structures résistent aux efforts sismiques essentiellement par la résistance en flexion desbarres et la résistance des assemblages dits « rigides ».Figure 98 – Exemplede mise en œuvrede nœudsd’ossature rigides.(Figure extraite de« construireparasismique »,Milan Zacek,EditionsParenthèses)Problématique de la flexibilité des structures à cadresIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 81/170

Ce mode de contreventement à comportement flexible peut poser problème sur des solsmeubles dont le signal est potentiellement riche en basses fréquences susceptibles de lesmettre en résonance. Dans ce cas, les raidir par ajout de contreventement pour réduireleur période propre d’oscillation.Assemblage des zones critiques en usine (Nœuds d’ossature)Les soudures en usine sont plus fiables que les assemblages (soudés ou boulonnés) surchantier.Ainsi il est préférable que les zones critiques soient traitées en usine, et les assemblagessur chantier réalisés hors des zones critiques.Figure 99 et Figure 100- Chantiers aux Etats-Unis. (Documents USGS)Les poteaux et nœuds d’ossature, dont on souhaite qu’ils soient plus résistants que les poutres sont produitsen usine sur deux ou trois niveaux avec les « moignons » de poutres (zones critiques). Ainsi les assemblagessur chantier se font, pour les poteaux par soudure entre deux zones critiques, et pour les poutres parboulonnage au-delà de chaque zone critique.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 82/170

4.4.2. Structures contreventéesLe système de contreventement des ossatures articulées peut être « centré » ou« excentré ».Ces structures sont plus rigides que les structures à cadres autostables.Moins déformables, elles imposent sous séisme moins de dommages aux éléments nonstructuraux.4.4.2.1. Contreventement centréOssatures pour lesquelles les lignes d’épure du système de contreventement (lignes descentres de gravité ne présentent aucun excentrement par rapport à l’intersection deslignes moyennes des barres.L’action sismique est reprise essentiellement (traction et/ou compression) dans les barresde contreventement.La dissipation de l’énergie sismique se fait essentiellement par plastification en traction deces barres (et accessoirement en compression sous condition de rigidité des nœuds et demaîtrise des conséquences du flambement)4.4.2.1.1. Par croix de Saint-AndréDans ce cas les diagonales sont assemblées sur les noeuds d’intersection desbarres qui ne doivent pas être sollicité en compression par les diagonales.Il est donc considéré que les barres n’interviennent efficacement dans la résistancedissipative de la structure que sous sollicitation en traction.Ce système est assez peu dissipatif (dégradation rapide des tirants).PS-92 - § 13.2221 : Contreventement centré (Extrait relatif au contreventement encroix de Saint-André)• Dans ce système il est admis de considérer que seules les barres de contreventement entraction, pour un sens donné de l’action sismique horizontale, interviennent avec efficacité dans larésistance dissipative de la structure.Commentaire de l’article :Les diagonales en compression constituent des éléments faiblement dissipatif par suite deleur dégradation rapide par flambement sous sollicitations axiales répétées.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 83/170

Figure 101 – ce qui caractérise la localisation des barres des croix de Saint-André est qu’ellessont fixées aux angles de la travée, ce qui conditionne leur interaction avec la structure. Lesdiagonales dans les deux directions ne sont pas forcément sur la même travée : la « croix »n’apparaît pas forcément.Figure 102 et Figure 103 – Exemple decontreventement hyperstatique sur les travées defaçade. La rupture ou le flambement de quelquestravées n’a pas provoqué la ruine : le report de chargeshorizontales s’est fait sur les autres travées.(Document X)Figure 104 – Palais de justice deGrenoble. Contreventement d’unnoyau central du bâtiment par croixde Saint-André. (Document P.Balandier)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 84/170

4.4.2.1.2. En VDans ce cas, le point d’intersection des diagonales de contreventement se trouvesur une poutre. Ces assemblages sont généralement articulés, mais les encastrementssont préférables.Dans ce cas la résistance à l’action sismique horizontale nécessite l’action conjointe desdiagonales tendues et comprimées.PS-92 - § 13.2221 : Contreventement centré (Extrait relatif au contreventement en V)• Dans ce système le point d’intersection des diagonales de contreventement se trouve sur la barrequi doit être continue. La résistance à l’action sismique horizontale ne peut être procurée qu’enconsidérant la participation conjointe des diagonales tendues et comprimées.Commentaire de l’article :Dans la mesure où les diagonales de contreventement comprimées doivent intervenir dansla stabilité de la structure, le comportement global dissipatif de ce type de structure estmoins efficace que le précédent (Croix de Saint-André).Figure 105 – Exemples de configurations de contreventements en V (Figure extraite de« construire parasismique », Milan Zacek, Editions Parenthèses)Figure 106 – Assemblages decontreventements en V favorisant laformation des rotules plastiqueshors des poteaux et des poutres.(Figure extraite de « construireparasismique », Milan Zacek,Editions Parenthèses)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 85/170

Figure 107 – Plastification d’unebarre de contreventement en V(Document X)L4.4.2.1.3. En KFigure 108 – Chantier dupalais de justice de Grenoble.Exemple de contreventementen V avec localisation deszones dissipatrices paraffaiblissement de la sectiondes barres en V auxextrémités. (Document D.Grèzes)N-B : Ces poteaux reposent surdes appuis glissants.Dans ce cas, le point d’intersection des diagonales de contreventement se trouvesur l’axe des poteaux (Poteau bridé).Q=1 car on ne peut pas accepter la plastification sur les poteaux.PS-92 - § 13.2221 : Contreventement centré (Extrait relatif au contreventement en K)• Dans ce système de contreventement, le point d’intersection des lignes d’épure des diagonales decontreventement se trouve sur l’axe des poteaux. Un tel système ne doit pas être considéré commedissipatif.Commentaire de l’article :Un contreventement en K ne peut être considéré comme dissipatif parce qu’il exigerait lacoopération du poteau au mécanisme plastique ; en effet, ce mécanisme tend à formerune rotule plastique dans le poteau dès que la résistance en compression de la diagonaledu contreventement est dépassée.Figure 109 – Exemples decontreventements en K. ce type decontreventement qui est acceptable enzone non sismique est accepté en zonesismique, mais on ne tolère aucuneincursion dans le domaine postélastique.(Figure extraite de« construire parasismique », MilanZacek, Editions Parenthèses)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 86/170

4.4.2.2. Contreventement excentré (PS-92 - § 13.3222)Dans ce système de contreventement, les intersections des « diagonales » nepassent pas par les intersections des lignes moyennes des poutres et poteaux.Les excentrements produisent des « tronçons courts » (dans la structure ou, depréférence, dans les barres de contreventement) sur lesquels les rotules plastiques seforment par déformation à la fois en flexion et en effort tranchant.Le tronçon court doit être raidi (et non affaibli par un percement).Figure 110 – Exemples de système de contreventement excentré. (Figure extraite de« construire parasismique », Milan Zacek, Editions Parenthèses)Les tronçons courts créés par l’excentrement créent des rotules plastiques qui travaillenten cisaillement (et non en flexion), ce qui leur assure un rendement beaucoup plus élevé.Il est important que l’emplacement de ces rotules soit bien maîtrisé. Moyennant quoi, cetype de structure justifie d’un coefficient q très élevé.Figure 111 - Contreventementexcentré détails d’assemblages avecraidissage des barres de structuressollicitées pour éviter leur perte destabilité latérale. (Figure extraite de« construire parasismique », MilanZacek, Editions Parenthèses)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 87/170

Figure 112 et Figure 113 - Les palées de stabilitédisposées aux extrémités de cette construction ontdes barres de contreventement excentrées créant destronçons courts aux extrémités des poutres.(Documents X pour USGS)Figure 114 – Test en laboratoire (DocumentX) Exemple de contreventement excentré surbarres de contreventement en V. Ce système estpréférable au précédent car la plastification sefait hors de la structure porteuse et la réparationpeut se faire plus aisément et pour un moindrecoût.4.4.3. Structures à cadres et contreventéesCombinaison de comportements (raidissage de la structure flexible)La dissipation d’énergie sous l’action du séisme se fait moins par formation de rotulesplastique dans les poutres, mais surtout par plastification axiale des diagonales decontreventementAinsi les diagonales limitent les déplacements relatifs entre les planchers, et occasionnenten contrepartie une perte de ductilité et n’autorise pas une baisse du niveau de sollicitaionaussi importante que les cadres seuls.Les avantages sont de réduire la période propre d’oscillation (si nécessaire pour exclureune mise en résonance sursol meuble) et réduire l’amplitude des déformations.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 88/170

PS-92 - § 13.323 : Les structures à « cadres » et « contreventées »• Ce type de structure combine les comportements des deux types de structures décritsprécédemment.• La dissipation de l’énergie apportée par l’action sismique se fait à la fois par formation de rotulesplastiques dans les poutres et par déformation plastique axiale dans les barres decontreventement. Ces barres interviennent également pour limiter les déplacements relatifs entreplanchers consécutifs.4.4.4. Structures à diaphragmesCes structures résistent à l’action du séisme par effet de « diaphragme » des paroisverticales et des planchers.Le niveau de ductilité de ces structures dépend de la déformation plastique au cisaillementdes parois dont la liaison au cadre de l’ossature métallique doit être rigide.Bien qu’ils soient autorisés, il faudrait éviter les remplissages en maçonneriePS-92 - § 13.324 : Les structures avec diaphragmes• Ces structures résistent, vis-à-vis de l’action sismique, par l’effet de diaphragme des paroisverticales (murs) et/ou horizontales (planchers). Le niveau de comportement dissipatif de cesstructures est fonction de la capacité de résistance ductile au cisaillement des parois, celles-cipouvant être élaborées à partir de techniques et de matériaux très divers (tôle nervurée formée àfroid, mur en maçonnerie armée, voile en béton armé, panneaux spéciaux préfabriqués, etc.). Lesparois doivent être fixées au cadre de l’ossature métallique de manière à pouvoir considérer laliaison comme rigide.N-B : des recherches ont abouti à l’étranger à la production de panneaux préfabriqués ductiles quine seront pas présentés ici.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 89/170

Problématique des remplissages maçonnés.Un peu moins dramatiques pour la stabilité d’ensemble que pour les ossatures de bétonarmé, en raison de la plus grande résistance post-élastique de l’acier, elles doiventnéanmoins être évitées en raison du niveau d’endommagement qu’elles peuvent amener.Figure 115 (Figure extraite de « construire parasismique », Milan Zacek, Editions Parenthèses)et Figure 116 (Document P. Balandier) Remplissage en maçonnerie des structures métalliques.Les maçonneries de remplissage des structures en acier doivent être armées. La structure d’acier elle-mêmemet peu de forces d’inertie en jeu en raison de ses faibles masses. Les remplissages de maçonnerie sousl’effet de leur propre inertie entraîneront l’ossature et risquent de provoquer sa ruine. Noter sur le petitbâtiment d droite que ces remplissages partiels ne constituent pas des panneaux de contreventement (outreleur mauvaise mise en œuvre).Figure 117 - Remplissages de maçonnerie arméedétruits par les déformations trop importantes del’ossature d’acier (Séisme d’Anchorage, 1964)(Document Karl – V. Steinbrugge)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 90/170

Figure 118 – Les voiles d’acier nervurés sont àmême d’avoir un comportement ductile aucisaillement s’ils sont bien assemblés sur lesmontants de la structure. (Figure extraite de« construire parasismique », Milan Zacek,Editions Parenthèses)4.4.5. Structures fonctionnant en consoles verticalesLes déformations de ces structures « tubulaires » sont globales sur toute la hauteur etnon relatives niveau par niveau.Elles sont utilisées pour les IGH, car elles apportent une bonne résistance au vent. Dansce cas il s’agit de sortes de « grilles tubulaires » de poteaux et poutres-allèges assembléesà mi-portée. On recherchera de la ductilité dans les éléments horizontaux de ces sortes detreillis. Dans ce cas les périodes propres d’oscillation sont élevées, et en général (sauf solmeuble très profond, qui ne peut pas passer inaperçu), c’est le vent qui estdimensionnant. Les diaphragmes sont impérativement rigides.PS-92 - § 13.325 : Les structures fonctionnant en console verticale• Ces structures particulières se traduisent par un comportement dissipatif localisé uniquement auxextrémités des poteaux.Commentaire de l’article :Ce type de structure, de faible degré d’hyperstaticité, concerne aussi bien les portiquesclassiques à un seul niveau, avec une traverse rigide, que les structures élancées de type« tube » où les éléments résistants sont essentiellement des poteaux situés en périphériede la structure.Figure 119 et Figure 120 - Exemple d’IGH fonctionnant en console verticale. Les sectionsimportantes des éléments du « treillis » de façade et leur trame courte leur confère cecomportement global sur toute la hauteur du bâtiment. (Figure extraite de « construireparasismique », Milan Zacek, Editions Parenthèses)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 91/170

4.4.6. Structures couplées acier et BAPS-92 - § 13.326 : les structures couplées acier et béton armé• Ces structures comprennent à la fois une (ou plusieurs) ossature métallique et une (ou plusieurs)ossature en béton armé qui résistent conjointement sur toute leur hauteur aux actions sismiques.Liaisons articulées entre ces deux structures ayant chacune son comportement propreavec interaction.4.4.7. Structures mixtes acier et BADans ce cas l’ossature résistante est partiellement en béton armé et partiellement enacier.Ces structures allient la ductilité de l’acier (dont les sections peuvent être réduites parrapport à une ossature non mixte) et la rigidité du béton armé (qui améliore la stabilité deforme de l’ensemble et apporte la résistance au feu).La connexion mécanique des planchers doit être répartie sur la longueur de la poutre.PS-92 - § 13. 327 : Les structures mixtes acier – béton armé• Il s’agit de structures dont l’ossature résistante est formée d’éléments, poutres, poteaux etplanchers, de type « mixte », c’est-à-dire d’une partie en acier et d’une partie en béton armé quiparticipent à la résistance de l’élément.• Les poutres et les planchers doivent comporter obligatoirement une connexion mécaniquerépartie le long de l’élément.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 92/170

Figure 121 – représentations schématiques de la conception d’une structure mixte (Figureextraite de « construire parasismique », Milan Zacek, Editions Parenthèses)Figure 122 – Exemple de structure mixte en cours dechantier (Document USGS)A droite, le béton est déjà en place, à gauche, seulel’ossature d’acier est déjà assemblée. On notera que lespoutres d’acier alvéolées ne sont pas ajourées dans la zonecritique.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 93/170

4.5. Dalles et diaphragmesLes règles de mise en œuvre sont celles d l’EC3 (DAN). On portera une attentionparticulière à la qualité des liaisons des diaphragmes rigides contribuant à la distributiondes efforts horizontaux.4.5.1. Planchers collaborantsLa qualité des liaisons mécaniques doit assurer la solidarisation effective du plancher avecl’ossature pour qu’il puisse jouer son rôle de diaphragme rigide.Figure 123 - Plancher collaborantdésolidarisé de l’ossature par lessecousses (Séisme d’Anchorage,1964) (Document Karl – V.Steinbrugge) ce plancher n’a pas pujouer un rôle de diaphragme rigide.4.5.2. Toitures légèresPour bien des structures métalliques on a des toitures légères, ce qui est plus favorable auregard des forces d’inertie. Pour jouer leur rôle de diaphragme rigide elles doivent êtreplus rigides que les palées verticales. En tout état de cause, elles doivent êtrecontreventées.Figure 124 - Poutre au vent (Document P. Balandier)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 94/170

4.6. Les coefficients de comportementPour les structures régulières et d’irrégularité moyenne (critères définis au §6 des PS-92),coefficient q des différents types de structures dissipatives telles que définiesauparavant est donné par le tableau 13.41 SI les exigences relatives aux classes desection (tableau 13.5) sont satisfaites.Coefficient q selon les types de structuresPS-92 - §13.4 : Coefficient de comportement des structures dissipatives• Le coefficient de comportement introduit dans l’article 13.3 traduit la propriété pour unestructure d’avoir un plus ou moins bon comportement dissipatif vis-à-vis des sollicitationssismiques. Dans le cas des structures régulières (cf. article 6.6121) et les structures d’irrégularitémoyenne (cf. article 6.6131), le coefficient de comportement pour les divers types de structuresprésentées à l’article 13.3 est donné au tableau 13.41 ci-après.• Les valeurs indiquées pour q dans ce tableau ne peuvent être utilisées que si les exigences del’article 13.5 relatives à la classe des sections sont satisfaites ; dans le cas contraire, des valeursde q inférieures à celles indiquées dans le tableau doivent être utilisées, en conformité avec laclasse de section adoptée.• Les valeurs du coefficient de comportement données dans le tableau 13.41 sont à multiplier par0,85 pour les constructions de forme géométrique moyennement irrégulières et 0,70 pour lesconstructions irrégulières.• … (cas des constructions pour lesquelles a N < ou = 2,5 m/s 2 )Commentaire de l’article :Dans le tableau 13.41, le rapport α u / α 1 : traduit la faculté de redistribuer les effortsplastiquement dans la structure : il est donc d’autant plus élevé que celle-ci est plushyperstatique. Cette redistribution peut être prise en compte sous réserve que les zonesIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 95/170

dissipatives de la structure ne périssent pas prématurément, faute d’une capacité dedéformation suffisante (ductilité).Les paramètres α 1 et α u sont les multiplicateurs de charge par lesquels il faut multiplier lesactions sismiques seules, les autres actions restant constantes, sous l’hypothèse d’unchargement monotone croissant, pour obtenir respectivement le stade d’apparition de lapremière rotule plastique et le stade provoquant un mécanisme de ruine dans la structure.A défaut d’un calcul exact des valeurs des multiplicateurs α 1 et αu on peut prendre lesvaleurs conservatrices du rapport α u / α 1 données dans le tableau C. 13.42En résumé :A défaut de justification par le calcul, le coefficient rectificatif αu/α1 peut être retenuforfaitairement:Le coefficient de comportement ne peut cependant pas être inférieur à 1.Vérification du coefficient q selon les sections des barresPS-92 - §13.5 : Exigences relatives à la classe des sections• Pour les structures calculées avec un coefficient de comportement q > 1, les parois des sectionscomprimées et/ou fléchies des éléments ayant un rôle dissipatif dans ces structures (poutres,poteaux, barres de contreventement) doivent satisfaire les critères de classes de sectionsindiquées dans le tableau 13.52. Les classes de sections sont indiquées dans le tableau 13.51 enfonction directement du coefficient de comportement q..• Tableau 13.51 – Critères de classe de section en relation avec le coefficient de comportement.Coefficient de comportement q Classe de section< ou = 6 classe A< ou = 4 classe B< ou = 2 classe CPour être en droit d’utiliser un coefficient de comportement q > 6, toutes les sections des élémentsdissipatifs doivent être de classe A, en outre l’effort normal de calcul N Sd et l’élancement réduitλ dans le plan de flambement le plus défavorable de chaque barre dissipative doivent satisfaire lesconditions :Barre fléchie avec inversion de courbure : N Sd / Npl. Rd < ou = 0,15 et λ < ου = 1,1Barre fléchie en simple courbure : N Sd / Npl. Rd < ou = 0,15 et λ < ου = 0,65Où Npl. Rd est la résistance plastique de calcul de la barre à l’effort normal.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 96/170

(Voir tableau 13.52 – critères de classification des sections – page suivante)Commentaire de l’article :Les classes de section considérées au tableau 13.51 sont en partie différentes de cellesfigurant dans l’Eurocode 3 (DAN) dans la mesure où elles intègrent un aspect dissipatif enplus de l’exigence de ductilité.N-B :Classification des sections transversales selon l’EC3-DAN (différente de celle des PS-92)•Classe 1: Section transversale pouvant former une rotule plastique avec la capacité de rotation requise pourl’analyse plastique•Classe 2: Sections transversales pouvant développer un moment de résistance plastique mais avec unecapacité de rotation limitée.•Classe 3: Sections transversales dont la contrainte calculée dans la fibre extrême comprimée de l’élémenten acier peut atteindre la limite d’élasticité, mais dont le voilement local est susceptible d’empêcher ledéveloppement du moment de résistance plastique•Classe 4: Sections transversales dont la résistance au moment fléchissant ou à la compression doit êtredéterminée avec prise en compte explicite des effets de voilement localIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 97/170

4.7. Spécifications pour les éléments constructifs4.7.1. Les assemblages entre élémentsBien réalisées, les liaisons entre éléments (soudure ou boulonnage) doivent assurer lacontinuité mécanique des éléments assemblés. Les règles définissent les conditions demise en œuvre.En zone sismique, les liaisons entre la superstructure et les fondations ne devraient pascompter sur la simple adhérence des boulons dans le béton, même avec crochets, mais sefaire par des butées (plaques d’arrêt ou barres), plus à même de mobiliser le massif. Lestiges filetées doivent être ductiles afin d’éviter la rupture fragile sous les efforts àl’arrachement.Cas des ancrages au soubassementFigure 125 - Ancrage des ossatures acierdans les fondations (Document MZ)Figure 126 – Plastification des tigesfiletées d’ancrage aux fondationsd’une ossature acier (Séisme duChili, 1960) (Document Karl – V.Steinbrugge)Cas général :Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 98/170

– rigide (plastification hors de la zone critique), il contribue directement à la stabilitéd’ensemble.– articulé (vraie articulation ou rotule plastique sur la liaison entre les éléments)– pas d’assemblage semi-rigide pouvant changer le mécanisme « projeté » pendant leséisme.Eviter toute rupture fragile (protocoles de mise en œuvre à respecter).Les zones ductiles doivent « fonctionner » avant que le niveau de contraintes soit tropélevé dans les assemblages. Renforcement par entretoises.L’EC8 recommande un contrôle sur chantier de la qualité des assemblages.Figure 127 – Chantier du palais de justice deGrenoble (Document P. Balandier)Liaisons rigides sur l’ossature principale etarticulées entre les barres des croix de Saint-Andréet la structure principale.Figure 128 – Articulations « vraies » pour laliaison de tirants de contreventement(Document P. Balandier)4.7.2. Nature et conception des assemblages situés au voisinage deszones dissipatives selon les PS-92Sauf justification scientifiquement établie et justifiée par l’expérience, les assemblagessemi-rigides ne sont pas autorisés. (Assemblages rigides ou articulés seulement)Les assemblages soudés et boulonnés doivent répondre à des obligations de résistance etde mise en œuvre pour éviter impérativement la rupture fragile.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 99/170

Figure 129 – Courbes contrainte/déformation des différents types d’assemblages. Lesassemblages semi-rigides qui ont un comportement hybride ne sont pas acceptés pour lesstructures en zone sismique puisqu’on veut maîtriser la localisation des zones dissipatives.4.7.2.1. Les assemblages soudésLes assemblages entièrement soudés, réalisés par cordon de soudure, présentent unemeilleure continuité mécanique et un comportement plus ductile.En cas de défauts de réalisation, le risque d’éclatement fragile existe (les discontinuitéscréent un effet d’entaille).Aussi il est recommandé de souder en usine les assemblages de pièces sensibles etd’épaisseur importante.Les règles PS-92 (§ 13.6) précisent leurs conditions de résistance.Figure 130 - Ossature acier enrobée de BA.Cisaillement sur soudure mal réalisée entrele poteau et la poutre. (Séisme d’Anchorage,1964) – (Document Karl-V. Steinbrugge)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 100/170

4.7.2.2. Les assemblages boulonnésLes règles PS-92 (§ 13.6) précisent leurs conditions de résistance pour les barresprincipales et de contreventement.Travail au cisaillement:Boulons précontraints à haute résistance et serrage contrôlé, résistant au glissement àl’état limite ultime sont seuls autorisés sur les zones dissipatives.Travail en traction:Boulons précontraints à haute résistance et serrage contrôlé calculés (NFP 22-460 ou J3.2de l’EC3)4.7.3. Les poteauxLa section des poteaux dissipatifs doit être de classe A.La section des poteaux non dissipatifs dans une structure dissipative, peuvent êtrede classe A, B ou C. (Les sections de classe 4 de l’EC3 sont interdites).Le poteau doit être vérifié en recherchant la combinaison d’efforts la plus défavorable.Les règles PS-92 (§ 13.6) précisent leurs conditions de résistance et de comportement.4.7.4. Les poutresLeur moment résistant est défini par référence à l’EC3,– selon que leur section est de classe A ou B, ou de classe C.– Selon (sections A et B seulement) que les déformations se font par flexion des rotulesou également par cisaillement (contreventement excentré)Les poutres doivent être maintenues vis-à-vis du déversement: entretoisement obligatoiredes sections pouvant plastifier.Les règles PS-92 (§ 13.6) précisent leurs conditions de résistance et de comportement.4.7.5. Les barres de contreventement en XPlastification en traction des tirants prioritaire sur la plastification des poutres, poteaux ouassemblages. (On néglige dans la modélisation de la structure la rigidité en compression)Elancement des barres défini par les règles:– valeur inférieure pour répondre exigence de rigidité en compression– Valeur supérieure pour éviter la dégradation trop rapide lors de l’inversion des efforts.Les règles PS-92 (§ 13.6) précisent leurs conditions de résistance et de comportement.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 101/170

4.7.6. Les barres de contreventement en VFlambement des barres avant le flambement des poteaux, la plastification des poutres etla ruine des assemblagesElancement limité pour éviter la dégradation trop rapide lors de l’inversion des efforts.Les règles PS-92 (§ 13.6) précisent leurs conditions de résistance et de comportement.4.8. Les éléments non structurauxIl faut vérifier la compatibilité des déformations de la structure avec celle des élémentsnon structuraux. Le cas échéant il faut découpler les éléments ayant des comportementsincompatibles.Exemples de dommages et de dispositions prises pour les éviter :Figure 131 – Les parois rigides de cette caged’ascenseur non découplée de l’ossatureprincipale n’ont pas supporté les déformations decelle-ci. Séisme d’Anchorage, 1964. (DocumentKarl – V. Steinbrugge)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 102/170

Figure 132 et Figure 133 – La façade rideau rigide en béton armé n’a pas supporté lesdéformations de la structure d’acier. Séisme d’Anchorage 1964 (Document Karl – V.Steinbrugge)N-B : noter la formation d’une rotule plastique en tête de poteau d’angle au RDCFigure 134 – Vue de dessus du système de découplage de la façade rideau vitrée ( en haut ducliché) et de la dalle (bas du cliché). Ce système, situé entre les deux permet la libredéformation de la structure sans contrainte pour les vitrages. Chantier du palais de justice deGrenoble. (Document P . Balandier)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 103/170

N-B : Entre les dalles et le plan des vitrages, un joint résilient coupe-feu.Figure 135 - Liaison articulée entre l’ossature principale (poteau à droite) et la caged’escalier/ascenseur (structure à gauche). Une des extrémités de la barre de liaison autoriseles déplacements relatifs horizontaux et l’autre les déplacements verticaux. Chantier du palaisde justice de Grenoble. (Document P . Balandier)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 104/170

5. Structures en bois5.1. Le matériau bois5.1.1. Caractéristiques physico-chimiques du matériauLes caractéristiques déterminantes du bois sont:– D’être composé de fibres capillaires (tubes creux) sensiblement parallèles entre elles.– De contenir de l’eau:• Libre dans les capillaires et les interstices et les interstices entre les capillaires• D’imprégnation dans le tissu de cellulose des capillaires proprement dit.Ces caractéristiques vont déterminer le comportement mécanique du bois.Outre les qualités mécaniques exposées plus loin, le bois présente les avantages suivants:- Bonne résistance de la cellulose aux atmosphères corrosives- Bon isolant thermique- Réparation possible avec résines époxydiques des éléments porteurs- Bon conducteur de l’eau (sensible à l’immersion)– Avantage pour les traitements par bains– Inconvénient pour l’eau « non maîtrisée »5.1.2. Classement des boisLes bois sont classés selon leurs qualités mécaniques qui dépendent notamment desdéfauts (nœuds préjudiciables en traction) qui abaissent leur résistance et leur rigidité. Ilconvient de n’utiliser que des bois de qualité pour les pièces susceptibles d’être trèssollicitées.Les classes de I à III sont de moins en moins résistantes (abaissement des modulesélastique et de rupture).Figure 136 – Les bois comportantdes nœuds ne peuvent pas travaillercorrectement en traction en raisondes déviations des fibres. Or pourrépondre aux sollicitations enflexion la résistance en traction estnécessaire.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 105/170

5.1.3. Vulnérabilité aux attaques extérieuresIl est nécessaire de protéger les bois contre:Les altérations biologiques- Insectes- ChampignonsLe feu (progression d’un cm par quart d’heure (calcul de la tenue au feu), que l’on peutréduire par traitement.L’humidité (Capillarité, intempéries, humidité ambiante), que l’on peut réduire partraitement et conception architecturale.L’ensemble de ces protections fait l’objet de réglementations et normes de mise en oeuvrequi ne doivent pas faire oublier la nécessaire maintenance.5.1.4. FluageLe fluage est une déformation lente et irréversible en flexion acquise avec le temps souscharges statiques (glissement des fibres les unes par rapport aux autres).La flèche due au fluage augmente, puis se stabilise.Le coefficient θ de fluage est fonction de l’humidité du milieu et des charges permanentes(ou prolongées).Le fluage réduit la résistance des pièces concernées.En général le bois s’accommode mal de l’humidité permanente qui diminue sa durée de vieet sa résistance en compression.Une façon de résoudre le problème du fluage est de fabriquer des pièces avec une contreflèche(lamellé-collé).5.1.5. Protection contre les remontées d’eauEn raison de la sensibilité du matériau à l’eau, il est nécessaire que le projet architecturalprenne en compte la protection des bois, notamment:- Remontée « hors eau » du soubassement de béton armé.o Feuille étanche entre fondations et structure bois.o Sabots métalliques surélevés sous les poteaux.- Protection contre les intempérieso Débords de toiture.o Etanchéité des éléments couvrants…5.1.6. Résistance mécaniqueLes contraintes admissibles retenues pour le calcul d’une structure en bois sont affectéesd’un coefficient théorique de sécurité de 2,75 pour les pièces en dimension d’emploi.Si l’on se réfère à des essais sur échantillons de bois sans défaut, le coefficient varie enfait de 5 à 11. On note une forte dispersion des valeurs qui sont néanmoins trèsfavorables. Ainsi la marge de sécurité sur les éléments de bois est-elle importante.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 106/170

Valeurs des contraintes admissibles pour les bois de charpenteMode de sollicitation Contraintes de base forfaitaires pour bois sans défautChêneRésineuxCompression axiale 190 bars 180 barsTraction axiale 435 bars 363 barsFlexion statique 212 bars 202 barsCisaillement longitudinal 27 bars 22 barsTraction transversale sanscisaillement 16 bars 12 barsCompression transversale 54 bars 30 barsOn constate que la conception des structures doit éviter les éventuelles sollicitations desbarres en cisaillement et en traction ou compression transversales.On considère 3 directions de travail:– Axiale (sens des fibres): bonne résistance en traction et compression, donc à laflexion.– Radiale (perpendiculaire aux fibres): très faible résistance en traction et encompression.– Tangentielle (aux anneaux de croissance): idem.Rapport résistance/masse volumique excellent dans le sens des fibresEn général faible résistance au cisaillement (axial ou non)N-B: En outre la résistance dépend de l’essence, de la vitesse de croissance et de laposition dans le tronc de la pièce.5.1.7. Comportement sous contraintes dynamiquesAux qualités et faiblesses de comportement sous charge statiques s’ajoutent lescaractéristiques suivantes:Bois = matériau résilient (supporte un niveau élevé de chocs et les vibrations sansaltération)Rigidité et résistance des pièces de bois peu affectées par les charges cycliques de duréefaible (quelques secondes : 25% supérieure à charge statique prolongée).Faible ductilité sauf en compression perpendiculaire aux fibres (dimensionnergénéreusement pour rester dans le domaine élastique)PS-92 - § 14.15 : Dissipation de l’énergie• Les éléments de structures, les assemblages, les structures capables de dissiper de l’énergiesismique dans le domaine post-élastique sont dissipatifs.§ 14.151 : Eléments en bois• Les éléments de structure en bois, ou en matériaux dérivés du bois ne sont pas dissipatifs, saufen compression transversale.Commentaire de l’article :En dimensions d’emploi, le bois se comporte de manière :Fragile, en traction transversale, en cisaillement, en traction axiale, en flexion,Semi-ductile, en compression axialeIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 107/170

Ductile en compression transversale.5.1.8. Produits dérivés5.1.8.1. Le contreplaquéLe croisement des plis successifs et les caractéristiques de la colle permettent desperformances nouvelles par rapport à la structure initiale du bois.Les caractéristiques transversales sont nettement améliorées.Ces propriétés mécaniques trouvent une application intéressante dans la réalisation dediaphragmes et palées de stabilité (assez bonne résistance au cisaillement).5.1.8.2. Le panneau de particulesSes fibres, orientées au hasard dans des plans parallèles aux faces, sont agglomérées souspression à chaud avec des résines de synthèse.Les caractéristiques mécaniques sont intermédiaires entre celles des fibres et copeauxutilisés et celles des résines.Perpendiculairement au panneau la contrainte admissible en compression est très grande.5.1.8.3. Le lamellé colléMatériau de structure très utilisé en raison de ses qualités de résistance qui permettentdes portées importantes en maîtrisant le problème du fluage.Ceci en raison de:– L’absence de défaut des bois utilisés– L’alternance du sens de fibres– L’effet des films de colle plus résistants que le boisTrès bon rapport résistance / masse volumiqueIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 108/170

5.2. Observations post-sismiquesFigure 137 – Séisme du Chili (Document Karl-V. Steinbrugge). Les structures en bois acceptentdes déformations importantes de leurs assemblages qui ne mènent pas nécessairementl’effondrement pour rupture fragile.Figure 138 - Mode de ruine d’uneconstruction en bois (Séisme duChili, 1960) (Document RodolfoSchild) S’il n’y a pas d’arrachementdes liaisons, même suite à desdéformations très importantes,l’effondrement du bâtiment estprogressif.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 109/170

5.2.1. Ce que l’on veut éviterErreurs de conception à éviter:Les missions post-sismique mettent en évidence la mauvaise adéquation structures bois /sol meubles épais (T sol élevée) en raison de l’impossibilité de ces structures à se comportercomme un ensemble rigide (mise en résonance possible).La présence de toitures lourdes, l’ancrage insuffisant de la structure aux fondations, laprésence d’éléments de maçonnerie au comportement trop différent et la ruptured’éléments structuraux dégradés sont également des facteurs de ruine notables, car nefavorisant pas un comportement d’ensemble ductile de la structure (ou amplifiant desdéformations (toiture lourde).Figure 139 - Ce que l'on veut éviter: la dislocation totale par faiblesse des assemblages nonductiles. Séisme de Kobé 1995. (document EERI)5.2.2. Ce que l’on rechercheLe comportement non linéaire à forte dissipation d’énergie des structures bois et leurmasse réduite en font des systèmes constructifs potentiellement intéressants en zonesismique, bien que leurs domaines d’application soient limités.C’est le seul matériau pour lequel on recherche la déformation ductile des assemblageseux-même, et non celle des éléments.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 110/170

Qualités à développer par les dispositions du projet:• Masse réduite = inertie réduite• Amortissement élevé dans les assemblages bien conçus• Bois = matériau résilient (supporte bien les chocs et les vibrations)• Dans le sens des fibres: bonne résistance en traction et compression• Rapport résistance/masse volumique excellent (sens des fibres)• Rigidité et résistance des pièces de bois peu affectées par les charges cycliques dedurée faible quelques secondes (25% supérieure à charge statique).Figure 140 – Les déformations acquises de cette construction, dont les assemblages n’ont paslâché, n’ont pas entraîné son effondrement. Séisme de Kobé, 1995 (Document EERI)5.3. Notions générales communes à toutes les structures5.3.1. Principes générauxPS-92 - § 14.1 : Principes généraux• Les constructions en bois situées en zone sismique doivent répondre aux exigences normativeset réglementaires en vigueur ; elles doivent en outre se conformer aux exigences supplémentairesde conception et de résistance définies dans le présent document.La typologie des structures bois pour les PS-92 est celle des textes normatifs.5.3.2. Les assemblages acceptés par les règles PS-92Les assemblages traditionnels sont à bannir : ils affaiblissent la section de la pièce de boiset ont un mode de rupture fragile. Les mortaises n’ont aucune résistance au cisaillement.Un des grands intérêts de la construction en bois est sa facilité de mise en œuvre(préfabrication et montage à sec).Traditionnellement les assemblages utilisent les forces axiales et évitent les forcestransversales statiques. La même démarche doit être menée avec les composantesIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 111/170

horizontales et ascendantes des sollicitations d’origine sismique, comme on ne peut pastoutes les éviter, on comptera sur la déformabilité ductile des assemblages.La déformabilité des assemblages inhérente aux systèmes constructifs en bois peut doncêtre utilisée comme un avantage pour la construction parasismique.PS-92 - § 14.12 : déformabilité des assemblages• Selon leur composition, les assemblages des structures bois peuvent être rigides ou semi-rigides.• Les assemblages collés, bois sur bois, ou bois sur métal, sont considérés comme desassemblages rigides.• Les assemblages mécaniques réalisés par des éléments de liaison métallique non collés sontconsidérés comme des assemblages semi-rigides. La déformation de ces assemblages sous chargemonotone croissante peut comporterUne déformation initiale de mise en place,Une déformation élastique,Une déformation plastique.• Selon leur capacité de déformation post-élastique, les assemblages sont classés comme :Non ductiles ou fragiles,Semi-ductiles,DuctilesCommentaire de l’article :On s’écarte ici du principe de rigidité des assemblages retenu en génie parasismique pourles constructions en béton et en acier.PS-92 - § 14.15 : Dissipation de l’énergie• Les éléments de structures, les assemblages, les structures capables de dissiper de l’énergiesismique dans le domaine post-élastique sont dissipatifs.§ 14.15 : Assemblages• Les assemblages rigides et les assemblages semi-rigides non ductiles, ne sont pas dissipatifs.• Les assemblages semi-rigides (semi-ductiles et ductiles) sont dissipatifs.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 112/170

Les PS-92 autorisent de nombreux types d’assemblages :PS-92 - § 14.2 : Les assemblages• les assemblages mécaniques utilisables dans les constructions parasismiques sontnécessairement des assemblages définis par les règles en vigueur...§ 14.2 : Typologie des assemblages• Sont concernés, conforment aux règles CB.71, les assemblages comportant :des pointes,des connecteurs à dents,des boulons,des broches,des crampons associés à des boulons,des anneaux associés à des boulons.• Les assemblages ainsi réalisés transmettent les efforts directement d’un bois à l’autre, ouindirectement au moyen d’éclisses, de plaques ou de goussets définis par les règles en vigueur.La stabilité d’ensemble de la structure dépend donc de la bonne conception et réalisationdes assemblages qui doivent résister à l’arrachement.5.3.3. Commentaires sur les types d’assemblagesEn zone sismique:Ils doivent être conçus de manière à résister aux soulèvements et aux déplacementshorizontaux générés par le mouvement sismique.Leur forme de doit pas favoriser les concentrations de contrainte dans le bois.Il convient d’éviter les entailles dans les fibres tendues ou fléchies, et plus particulièrementdans les diagonales de contreventementOn optera pour des assemblages dissipatifs capables de subir des déformations plastiquescycliques avant rupture.La résistance ultime du bois doit être supérieure à celle des assemblages.Figure 141 – L’utilisation de vis en acier trempé pour les assemblages peut s’avérernécessaire pour prévenir l’arrachement des toitures en zone cyclonique. Il doit êtreévité pour les autres cas de figure en raison de leur manque de ductilité : lessecousses provoquent l’écrasement des fibres de bois, puis la rupture fragile de lavis.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 113/170

Assemblages cloués (clous longs pour éviter l’arrachement)Hors cas particulier du lamellé-collé, le meilleur comportement observé sous séisme estcelui des assemblages cloués: les clous pénètrent entre les fibres sans affecter la sectionutile de la pièce.Le clouage multiple sur une surface importante permet une répartition des efforts sur lesmultiples points de liaison de cette surface.La ductilité des clous est un facteur important de dissipation d’énergie.Ces assemblages doivent évidemment être conçus pour ne jamais travailler en traction.Le clouage peut se faire directement, mais de préférence par l’intermédiaire de plaquesmétalliques perforées, ainsi à la dissipation par ductilité des clous s’ajoute la dissipationd’énergie par frottement des plaques. Les cornières doivent être ductiles (acier doux)Les clous courts ou de fort diamètre ne devraient pas être utilisés (arrachement ou tropfaible ductilité au regard de la détérioration des fibres).De même, les vis d’acier trempé sont plus résistantes que les fibres du bois qui serontaltérées à chaque cycle, à moins que la vis n’arrive à la rupture fragile, ce qui n’est pasfavorable non plus.Figure 142 – Exemple de clouage avec plaque métallique (ici en U) préservant les fibres dubois. La dissipativité se fait pas, les déformations hystérétiques du clou et de frottement de laplaque sur le bois, mais les fibres sont protégées.Connecteurs à dentsLa faible longueur des dents favorise l’arrachement des connecteurs passé un certainniveau de sollicitation.Afin de ne pas arriver à la rupture fragile des assemblages, on évitera l’utilisation de cetype de connecteur en zone sismique, bien qu’il soit autorisé par les PS-92.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 114/170

Boulons et brochesCes assemblages ne sont pas assez rigides: le retrait du bois après la mise en œuvre etl’effet du fluage permettent un jeu qui les affaiblit.Il est nécessaire au départ qu’il n’y ait aucun jeu entre le boulon (ou la broche) et lepercement.Le filetage qui affaiblit le boulon ne doit pas concerner la longueur en contact avec le bois,mais doit être suffisant pour permettre un resserrage ultérieur de l’assemblage (travailfastidieux!)En outre, tout assemblage actif doit comporter au moins deux boulons avec crampons afind’accroître la zone de transmission d’efforts.La recherche de la ductilité de l’assemblage interdit l’usage de boulons de diamètre élevé.A ce titre l’EC8 préconise que les boulons de diamètre supérieur à 16mm ne soient utilisésque pour les éléments secondaires.Les assemblages à boulons et anneaux sont considérés comme peu ductiles et ceux àboulons et crampons comme semi-ductiles.Figure 143 – Exemple de percement trop large : le jeu entre le boulon et le percement autorisedes chocs réduisant la ductilité de l’assemblage.Assemblages pour le lamellé - colléL’arc articulé en lamellé-collé a un bon comportement élastique mais n’est pas dissipatif.Le portique assemblé est plus intéressant en zone sismique car la dissipation d’énergie estpossible par déformation des liaisons. Dans ce cas les assemblages se font par unecouronne de boulons.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 115/170

5.4. Les différents types de structures porteuses5.4.1. Principes générauxBien que les types de structures bois aient des comportements différents:– Poteaux-poutres– Panneaux porteurs– Arcs et portiques en lamellé collé…,certaines dispositions communes doivent être respectées pour leur conception.Le présent document traitera plus particulièrement des deux premiers systèmesconstructifs qui sont les plus vulnérables car trop souvent réalisés de façon empirique et« traditionnelle », et manquant d’une approche d’ingénierie, ce qui n’est pas le cas dulamellé-collé.Dans une structure:Le comportement des barres soumises aux sollicitations d’origine sismique estpratiquement élastique jusqu’à la rupture, les assemblages, au contraire sont fortementnon linéaires.Les panneaux de remplissage peuvent:– Par leur masse, augmenter la période de la structure– Par leur raideur, réduire celle de la structure et provoquer des chocs– Par leur ductilité éventuelle (ou celle de leurs liaisons) contribuer à l’accroissementde l’amortissement de la structure.Conception de la structure:Les problèmes de conception structurels concernent les accumulations de charges parerreur de dimensionnement et raideurs localisées.Les accumulations de charges générées à la jonction de parties d’ouvrage ayant desrigidités sensiblement différentes.– problématique des ouvertures de grandes dimensions,– configurations irrégulières type maisons en L,– niveaux décalés ou R-d-C ouverts,– contreventements irréguliers entraînant des torsions,Problématique particulière du manque de rigidité d’ensembleEn dehors des joints collés, les assemblages ont un comportement semi-rigide. Aux coursdes secousses violentes ils se détériorent rapidement, ce qui entraîne:– des déformations irréversibles de la structure et des dommages aux éléments nonstructuraux.– une dissipation d’énergie importante.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 116/170

Ce « défaut » apparent est à la base de la conception des structures bois en zonesismique qui vise le non-effondrement et la sauvegarde de vies humaines.En ce qui concerne le parti architectural on respectera les dispositions générales de boncomportement sous séismes (favorisant une réponse aussi homogène que possible de lastructure).En dehors des structures en lamellé collé, il est nécessaire de s’en tenir à de faiblesdimensions en raison du comportement des assemblages et du problème de conceptionadéquate des liaisons entre les niveauxPrincipes généraux de conceptionIl convient d’éviter les structures non dissipatives (hors lamellé-collé qui peutéventuellement être conçu et dimensionné pour rester dans le domaine élastique)Par conséquent on recherchera:– Des zones de plastification (assemblages) nombreuses– L’hyperstaticité (requise)En effet, sous secousses violentes, la redondance de la structure permet une redistributiondes efforts des éléments les plus sollicités vers les éléments voisins grâce aux glissementsdes assemblages.ContreventementLes planchers, pans de toiture et plan des entraits de charpente doivent former desdiaphragmes rigides.Les palées de stabilité doivent être placées de façon symétrique, en n’omettant aucunefaçade et de préférence à proximité des angles.Si le plan est allongé il est nécessaire de disposer des palées intermédiaires intérieures.Les étages ne doivent pas être plus rigides que le rez-de-chaussée.En cas de décalages entre niveaux, les palées de stabilités doivent être présentes au droitdes décalages sur les différents niveaux.PS-92 - § 14.31 : Dispositions constructives• a) AppuisTous les appuis doivent comporter une liaison mécanique. Les fixations et les supports doivent êtreconçus de manière à éviter que les éléments supportés n’échappent à leur support.• b) Systèmes constructifsLes systèmes constructifs doivent être conçus de telle sorte que la rupture de l’un de leurséléments secondaires ne puisse pas entraîner d’effondrement en chaîne.• c) StabilitéLe nombre des dispositifs de stabilité doit être supérieur ou égal à deux dans la direction de calcul.PS-92 - § 14.15 : Dissipation de l’énergie• Les éléments de structures, les assemblages, les structures capables de dissiper de l’énergiesismique dans le domaine post-élastique sont dissipatifs.§ 14.15 : Structures• Les structures comportant des assemblages dissipatifs sont considérées comme dissipatives, enproportion de la ductilité et du nombre d’assemblages.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 117/170

5.4.2. Panneaux porteursLes précurseurs des constructions en murs porteurs à ossature bois sont les maisons àcolombage à remplissages divers.La conception actuelle sans remplissages lourds requiert des assemblages adéquats.Bien assises sur des sols fermes, ces constructions peuvent résister aux séismes les plusviolents.En cas de décrochement (plan en L), il convient, pour raidir les diaphragmes, de prolongerles façades par des poutres traversant le bâtiment sur toute sa largeur. Ceci afin que lesefforts du diaphragme soient bien transmis vers les palées.Conception de l’ossature:– Les montants sont espacés au plus de 60 cm (40 cm s’ils reçoivent un voile enpanneaux de fibres) et fixés à leurs extrémités à une traverse basse et une traversehaute.– L’épaisseur des montants et des traverses ne doit pas être inférieure à 50mm.– Le contreventement (palées de 120 cm minimum), pour 30% minimum de lalongueur du panneau, et dans un rapport H/l maximum de 2/1 peut être obtenu par:• Voile travaillant• Triangulation– Les panneaux doivent être orthogonaux et reliés par un chaînage horizontal (lissecontinue) qui les relie et répartit les charges horizontales et verticales. Les joints duchaînage ne doivent pas se trouver à proximité des joints des traverses.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 118/170

Figure 144 – Liaison du voile travaillant aux lisses supérieures. La liaison par multiclouage autravers d’un fer plat perforé est beaucoup plus ductile que la liaison par vis. (DocumentSimpson)Contreventement par voile de contreplaqué ou d’aggloméréLe voile rigide, dit « travaillant » est obtenu par clouage sur tous les montants et traversesde l’ossature, d’un contreplaqué de 10 mm d’épaisseur au moins tous les 15 cm maximum(10 cm en périphérie). Ceci sur une face au moins de l’ossature (mêmes règles de mise enœuvre que pour les diaphragmes de bois).Les plaques sont en général posées verticalement et ne doivent pas avoir de raccords surla hauteur du panneau de la lisse basse à la sablière.En cas de pose horizontale, les bords doivent être fixés sur des entretoises ayant la mêmesection que les montants.En cas de construction à étage, les panneaux doivent être solidarisés entre les deuxniveaux (voir plus loin).N-B: les voiles de panneaux de particules ou de fibres sont moins efficaces, n’ayant pas lamême résistance en traction et en compression. Si on les utilise, une épaisseur minimalede 13 mm et une masse volumique de 650 kg/m3 est requise.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 119/170

Figure 145 - Exemple de voile travaillant commercialisé aux Etats-Unis (Strong wall Simpson)La partie « palée de stabilité du panneau est fabriquée en usine, puis intégrée sur chantier à l’ossature.Figure 146 - Test de résistance aux déformations cycliques de palées de stabilité industrielles(Document Simpson)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 120/170

Figure 147 – A gauche renforcement du panneau au droit d’une poutre par un montant. Adroite, schéma de mise en place de la palée dans l’ossature sur chantier. (Document Simpson)Figure 148 – Chantier d’uneconstruction en boiscontreventée par voilestravaillant à Kobé. (DocumentEERI.)Voiles travaillants de planches clouées en diagonaleIl est également possible de réaliser un voile travaillant en utilisant des planches. La posede ces planches se fait à 45° par rapport aux montants pour « trianguler » la structure,limiter les déformations et constituer un voile rigide.Si les planches ont moins de 15 cm de large on doit utiliser 2 clous par montant, sinon 3.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 121/170

Figure 149 – Les deux possibilités pour contreventer une ossature par un voile travaillant(Figure extraite de « construire parasismique » , Milan Zacek, Editions Parenthèses)Pose d’amortisseurs sur les voiles travaillantEn cas de séisme, les déformations de l’ossature entraînent la dissipation d’énergie pardéformation des clous qui lient le voile à l’ossature, la rigidité de celui-ci limitant lesdéformations (dommages structuraux et non structuraux acquis à la fin du séisme). Afinde favoriser une dissipation d’énergie par frottement plus importante que celle,hystérétique, du clouage voile-structure, la mise en place d’amortisseurs de ce type (voirillustration page suivante) est pratiquée dans les régions sismique à tradition de bois.Ces amortisseurs en triangles déformables muni de garnitures « de freins » sont disposésdans les angles du panneau, zones les plus sollicitées au maintien desquelles ilscontribuent. La rigidité des amortisseurs doit être inférieure à celle des assemblagescloués.Ce dispositif peut permettre de dissiper jusqu’à 60% de l’énergie communiquée aupanneau.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 122/170

Figure 150 - (Figure extraite de« construire parasismique » , MilanZacek, Editions Parenthèses)Contreventement par triangulationLa pose d’écharpes améliore la résistance des panneaux porteurs et limite lesdéformations.Elle est recommandée notamment en cas d’utilisation de panneaux de particules ou defibres dont la rigidité est plus faible.Il est recommandé de poser les écharpes près des ouvertures avec une pente compriseentre 45 et 60°. Ceci implique que les écharpes croisent plusieurs montants.Les résultats des essais montrent qu’il est préférable d’utiliser des écharpes embrevéesplutôt que d’interrompre les montants.Il est préférable d’éviter les écharpes courtes (dont les extrémités ne sont pas en haut eten bas du panneau) qui brident les poteaux et les soumettent à des efforts decisaillement.Mise en œuvre des linteauxLes linteaux brident les montants et les soumettent à des efforts de cisaillement.Aussi il convient de les poser en appui sur des faces externes et internes des montants quiencadrent les ouvertures.Le cadre ainsi constitué doit être assez rigide pour ne pas solliciter les menuiseries.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 123/170

Continuité des descentes de chargeLes traverses basses des palées de stabilité doivent reposer sur une solive ou uneentretoise de même section (sens d la portée) selon la direction qui est la leur, afin d’avoirune transmission directe des charges sismiques d’un étage à l’autre sur toute la largeur dela palée.Figure 151 – En haut, sensdes solives, en bas posed’une entretoise dans lesens perpendiculaire(Figure extraite de« construireparasismique » , MilanZacek, EditionsParenthèses)Ancrage des panneaux dans les soubassementsL’ancrage des lisses basses et des palées de contreventement doit pouvoir résister auxcharges horizontales.Pour les lisses on peut utiliser des boulons d’ancrage de 12 mm de diamètre d’unelongueur de 25 cm minimum et espacés au maximum de 1,20m.Les lisses doivent être continues dans la mesure du possible. En cas de raccord, un boulond’ancrage à 15 cm de part du raccord est nécessaire.Figure 152- Cette cornière, à fixer sur lecoffrage avent de couler le béton dusoubassement dans lequel l’ancrage sefera, permet de positionner les tigesfiletées avec précision (Document Simpson)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 124/170

Figure 153- Les traverses inférieures ont des trous oblongs qui permettent le réglage dupositionnement du panneau avant serrage. A droite, après mise en place du panneau on voit unboulon court d’ancrage de la traverse inférieure et un boulon plus long près du montantd’extrémité de la palée pour ancrage de celui-ci par l’intermédiaire d’un sabot spécifique (voirplus loin). (Document Simpson)Ancrage des palées aux fondations ou entre niveauxLeurs fixations doivent résister à l’arrachement.De ce point de vue il est souhaitable de doubler les montants d’extrémité des palées quisont particulièrement sollicités.L’ancrage par plats cloués est satisfaisant pour les zones à sismicité modérée.En cas de sollicitation attendue élevée l’ancrage boulonné est préférable.Figure 154 –Ancrage boulonnéet ancrage parplats multicloués.Ces derniers nedevraient pas êtreutilisés dans lesrégions desismicité élevée.(Figure extraite de« construireparasismique » ,Milan Zacek,EditionsParenthèses)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 125/170

Figure 155 – Type de sollicitations affectant les sabots d’ancrage boulonnés. Ces sabots sontraidis par des « joues » triangulaires. (Document Simpson)Figure 156 – Mise en place définitive de la palée avec uneliaison multiclouée avec plaque métallique entre le montantd’extrémité et la traverse basse, ancrages de la traverse etancrage des montants extrêmes. (Document Simpson)Figure 157 – Sabot d’ancrage de traverse pour petits boulonsnombreux : l’effort est mieux réparti, la ductilité del’assemblage plus élevée. (Document Simpson)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 126/170

5.4.3. Ossatures traditionnellesIl s’agit des ossatures à poteaux et poutres de portée courante (et non des structures enlamellé-collé de grande portée).On distingue, selon la nature des liaisons: encastrements ou articulations:– Les ossatures en portique croisés (autostables)– Les ossatures contreventées• Portiques longitudinaux ou transversaux et contreventement dans l’autre direction• Ossatures entièrement articuléesRègles générales pour un bon comportement en zone sismique:– Ne pas dépasser deux niveaux• Poteaux pleine hauteur (liaison poteau N0/ poteau N1 difficile à réaliser pourrésister aux charges horizontales).• Problème de formation de rotules plastiques dans les nœuds de portiquescompromettant la stabilité d’ensemble (préférer un système de murs porteurs oud’ossature contreventée à une structure en portiques croisés)– Poutres devant résister aux instabilités latérales• H/b < 4.– Encadrement en bois des baies en façade, lié à l’ossature.Portiques croisés, règles de mise en œuvrePlanchers et toiture doivent constituer des diaphragmes rigides (voir plus loin).Si les nœuds sont rigides (non dissipatifs) ils doivent être calculés pour des chargessismiques élevés.L’emploi de nœuds semi-rigides est à priori préférable mais leur dimensionnement estdélicat car l’ossature doit rester indéformable sous charges permanentes ou variables(tolérance pour petites déformations élastiques) et n’entrer dans les déformations postélastiquesque sous charges sismiques importantes.Assemblages semi-rigides des portiquesIls sont réalisés au moyen de plaques métalliques clouées dont l’emprise est l’ensemble dela largeur de la pièce de bois (afin d’éviter le fendage du bois). La dissipation d’énergie estréalisée par le comportement ductile des clous, et la rigidité d’ensemble par la plaque quipeut être affaiblie localement pour être elle-même ductile.Figure 158 –Assemblages parplaques multiclouée,à droite, la ductilitéest améliorée parune pièced’assemblage prévueà cet effet. (Figureextraite de« construireparasismique » ,Milan Zacek,EditionsParenthèses)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 127/170

Ossatures contreventéesLes liaisons étant articulées, elles nécessitent des palées de stabilité contreventées.Il est préférable d’éviter le contreventement par remplissage en maçonnerie: ils bloquentla déformation et la structure subit des charges élevées et des chocs.Il convient d’éviter de solliciter au cisaillement les poteaux, que l’on opte pour unetriangulation en bois ou en acier.– Les palées contreventées sont moins efficaces que les murs porteurs en raison de lalocalisation des charges transmises (ponctuelles au lieu de réparties) et le nombre deliaisons dissipatives moins nombreux.– Les concentrations de contraintes limitent la capacité de la structure à stocker etdissiper l’énergie.Ossatures contreventéesFigure 159 - (Figure extraite de « construire parasismique » , Milan Zacek, EditionsParenthèses)Contrôle de qualitéL’EC8 demande un contrôle spécial pendant la construction des éléments suivants,essentiels pour la résistance de l’ossature aux séismes:– Ancrages sur l’infrastructure (fondations, sous-sol…)– Diagonales de contreventement– Liaisons diaphragmes – palées de stabilité– Fixation des voiles de contreventement.5.4.4. Ossatures lamellé collé (généralités)Le lamellé collé permet un changement de direction progressif (arcs plutôt que portiques)et ainsi la conservation d’un effort normal (axial) sur les pièces de bois.La plus grande résistance des pièces et le contrôle d’ingénierie qui y est associé en fait unsystème constructif qui se comporte bien sous séisme.Les encastrements des portiques doivent être réalisés avec des couronnes de boulonsductiles pour les rendre semi-rigides.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 128/170

5.5. Dalles et diaphragmes5.5.1. ToituresPrincipes à respecter:– Ancrage efficace de la charpente au reste de la structure– Contreventement des différents plans (diaphragmes)– Hors de ces plans, pour les pièces travaillant en compression dispositifs antiflambage(symétriques)– Eviter les masses élevées.5.5.2. PlanchersPour obtenir des diaphragmes rigides on utilise les mêmes règles de mise en œuvre quepour les voiles travaillant (plaques ou planches à 45°) sur toute la surface du plancher.Les raccords de plaques doivent être alternés et se trouver sur une solive ou uneentretoise. Les solives et entretoises doivent être doublées à la périphérie des trémiespour les raidir. On peut coller et clouer les plaques ou planches pour rendre lesdiaphragmes plus rigides que les palées.5.6. Les coefficients de comportement et les déformationsmaximales5.6.1. Ductilité des structuresFacteur géométrique :- Prohiber pour les ossatures, les descentes de charges en baïonnette, les éviter pour lesvoiles.Dispositions constructives :- Eviter que les poutres jouent un rôle de fusibles,- Utiliser des assemblages dissipatifs.5.6.2. Choix du coefficient de comportementPour adopter la méthode de calcul simplifiée des structures et le coefficient q du § 14.4des règles PS-92, les constructions en bois doivent être régulières ou moyennementrégulières selon les critères des § 6.612 et 6.613 (Sinon méthode générale de calcul del’article 6.62).Les valeurs des coefficients q des règles PS-92 pour les constructions en bois doivent êtreconsidérées comme provisoires et feront l’objet d’une révision après essais, simulationsnumériques et analyses post-sismiques.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 129/170

Ductilité des assemblages : elle est définie selon trois classes (PS-92 - § 14.25)I : ductilité faibleII : ductilité moyenneIII : ductilité forteLa classe de ductilité d’un assemblage est déterminée par voie d’essai.Le coefficient de comportement peut être choisi soit en faisant seulement référence à ladéfinition réglementaire des structures selon les règles CB 71 (tableau 14.41), soit parcelle-ci, précisée de la classe de ductilité des assemblages, à justifier (Tableau 14.42).Tableau 14.41Coefficient qType de structure1 ConsolesPoutres à joints cantilever1,25 PoutresArcs à 2 ou 3 articulationsCharpente assemblée par connecteurs ou anneauxPanneaux d'ossature bois à voiles collés1,5 Charpente assemblée par boulonsCharpente assemblée par pointes2 Portiques avec assemblages boulonnés3 Panneaux d'ossature bois avec voiles cloués(Coefficient minorant de 0,85 pour les structures moyennement régulières et de 0,70 pourles structures irrégulières, avec q = 1 au minimum)Tableau 14.42L’utilisation de ce tableau implique que l’on considère la distribution des efforts internescorrespondant à la semi-rigidité des assemblages lors de la vérification dudimensionnement.Coefficient qType de structure1 ConsolesPoutres à joints cantilever1,5 PoutresArcs à 2 ou 3 articulationsCharpente assemblée par connecteurs ou anneauxPanneaux d'ossature bois à voiles collés2 Charpente assemblée par boulons (ductilité II)2,5 Portiques assemblés par boulons (ductilité II)1,5 Charpente assemblée par boulons (ductilité III)Charpente assemblée par pointes (ductilité III)2 Portiques (ductilité III)3 Panneaux d'ossature bois (ductilité III)(Coefficient minorant de 0,85 pour les structures moyennement régulières et de 0,70 pourles structures irrégulières, avec q = 1 au minimum)5.6.3. Déformations maximalesIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 130/170

Selon l’article 14.53 des règles PS-92, il convient de justifier les déformations maximalesen fonction de l’intégrité requise pour les éléments non structuraux, ou a défaut de limiterceux-ci à 1/125 de la hauteur d’étage considéré sans excéder 25 mm.5.7. Liaison aux fondationsLes fondations doivent être suffisamment lourdes pour lester la construction et rigidespour éviter les tassements différentiels. Quel que soit le type de structure, elle doit êtreancrée pour résister à son arrachement.Sur sols meubles l’usage de pieux peut être préférable.Figure 160 – Déplacement d’une structure de bois lors d’un séisme par défaut d’ancrage ausoubassement. (Document X)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 131/170

6. Traitement des sols et fondations6.1. Rappel sommaire des problèmes de site à prendre encharge en zone sismiqueLe sol- Le mouvement du sol : éventuellement déplacement relatif du sol entre les différentspoints d'assise des fondations- La perte éventuelle des caractéristiques mécaniques du sol sous l'action sismiqueliquéfactiontassementdislocationglissementL'ouvrageLa réponse de l'ouvrage à l'action sismique en fonction du signal sismique du site.Un rappel sur les études de site et de sol précèdera les considérations sur les fondations àproprement parler.6.1.1. Zones de failles (PS-92, § 4.11)"Sauf nécessité absolue, aucun ouvrage ne doit être édifié au voisinage immédiat d'unezone faillée reconnue active".Les règles PS 92 ne précisent pas la notion de "voisinage immédiat". Elle sera estimée pardes études spécifiques (géotechnique, géophysique…).6.1.2. Sols susceptibles de tasserLes sols reconnus comme pouvant tasser sous l'effet des séismes doivent faire l'objetd'attentions particulières : étude préalable, évaluation des phénomènes possibles,traitement éventuel ou si nécessaire éviction du site.Quel que soit le mode de fondations envisagé, les sols susceptibles de tasser devraientêtre traités en zone sismique.Cas des sols potentiellement liquéfiablesLes règles PS 92 définissent formellement les critères à déterminer pour établir undiagnostic de sol susceptible de liquéfaction. A ce titre les études géotechniques finalesavant réalisation doivent proposer un diagnostic sans équivoque.Les PPR (Plans de Prévention des Risques) ou cartes de microzonages mentionnent leszones potentiellement liquéfiables étendues. Ces documents sont conservatifs en l’absenced’études précises site par site sur tous les secteurs urbanisés ou équipés en zonesismique. L’étendue réelle des sites vraiment concernés sera réduite après études.Dans l’état actuel des choses, les essais réalisés pour chaque projet peuvent permettrel’économie des fondations spéciales dans bien des cas en révélant la non-susceptibilité dessols à la liquéfaction. Dans le cas contraire, elles permettent de préciser lescaractéristiques de fondationsIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 132/170

Figure 161 –Tassement du sol sousl’effet d’un phénomène deliquéfaction. La présence defondations descendues au bon sol apermis d’éviter le basculement del’ouvrage (citerne). Néanmoins, letype de liaison entre les têtes depieux et l’ouvrage les rendvulnérables à l’action horizontaled’une réplique violente. Séisme deKobé, 1995 (Document EERI)Figure 162 - Photo d'un immeublesur radier ayant basculé sous l’effetdu tassement de sol consécutif à unphénomène de liquéfaction. Dans cecas, les fondations ne descendaientpas au-delà de la zone liquéfiable.Une couche supérieure d’argile derésistance mecanique apparemmentsuffisante pour un radier peutdissimuler une couche liquéfiableplus profonde. Séisme de Taiwan(Document EQIIS)PS-92 - § 4.12 : Zones suspectes de liquéfaction• Les couches de sol présentant les caractéristiques décrites dans l’article 9.12 doivent être a prioriconsidérées comme susceptibles de donner lieu à des phénomènes de liquéfaction.• L'évaluation du risque de liquéfaction doit être faite suivant les dispositions des articles 9.12 à9.15 ; les mesures à prendre lorsque la sécurité apparaît insuffisante vis-à-vis de ce risque sontprécisées à l’article 9.16.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 133/170

PS-92 - § 9.12 : Identification des sols liquéfiables§ 9.12 :• Sont à considérer comme a priori suspects de liquéfaction les sols ci-après :a) Sables, sables vasards et silts présentant les caractéristiques suivantes :- degré de saturation S r voisin de 100%,- granulométrie assez uniforme correspondant à un coefficient d’uniformité C u inférieur à 15 :Cu = D 60 / D 10 < 15- diamètre à 50%, D 50 compris entre 0,05 et 1,5 mm,- et soumis à l’état final du projet à une contrainte verticale effective σ’ v inférieure aux valeurssuivantes :0,20 MPa en zones Ia et Ib0,25 MPa en zone II0,30 MPa en zone IIIb) Sols argileux présentant les caractéristiques suivantes :- diamètre à 15%, D 15 supérieur à 0,005 mm,- limite de liquidité w L inférieure à 35%,- teneur en eau w supérieure à 0,9 w L,- point représentatif sur le diagramme de plasticité se situant au-dessus de la droite « A » duditdiagramme.§ 9.12 :Peuvent a contrario être considérés comme exempts de risque :a) Les sols dont la granulométrie présente un diamètre à 10%, D 10 supérieur à 2 mm,b) Ceux dans lesquels on a simultanémentD 70 < 74 µF IP > 10%6.1.3. Instabilité des pentesPour mémoire."Il doit être vérifié que les talus et versants naturels restent stables sous l'action dumouvement de calcul compte tenu des charges apportées par les constructions, et dansleur configuration définitive"(PS-92, § 9.2)Topographie, nature des sols, régimes hydrauliques, accélérations possibles retenues pourl’aléa régional de la zone, sont les éléments retenus pour les études géotechniques visantà déterminer le possible effet induit qu’est le glissement de terrain.La justification de la stabilité des pentes doit être établie par méthode scientifiquementétablie et confirmée par l’expérience. Si les matériaux ne laissent pas craindre de perte derésistance sous vibration, les méthodes usuelles de la mécanique des sols peuvent êtreutilisées à partir d’un modèle statique équivalent prenant en considération les chargessismiques définies par le § 9.22 .On a des solutions techniques pour le soutènement des talus potentiellement instables(PS-92 - § 10), mais il faut éviter de construire sur toutes les zones concernées par lesmouvements de terrain de grande amplitude (proche amont, pente et aval).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 134/170

Figure 163 et Figure 164 – Les petits glissements de terrain comme celui de gauche (Séismed’Izmit, document EQIIS) peuvent être traités par un soutènement approprié. Les grandsmouvements de terrain comme à droite (Séisme de Kobé, 1995, Document EQIIS) peuvent engénéral être identifiés avant la catastrophe. Il n’y a pas de solution technique « rentable ». Ilne faut plus aménager ce type de zones.6.1.4. Zones de karst et cavités (terrains rocheux fracturés)Les sols rocheux fracturés, les sols rocheux présentant des karsts et des cavités doiventfaire l'objet d'attentions particulières afin de rendre au terrain un monolithisme compatibleavec l'action sismique.Les zones karstiques sont bien identifiées par la cartographie géologique, mais lalocalisation des accidents du sol est totalement aléatoire et nécessite une identificationprécise sous chaque élément de fondation, la rupture du plafond d’une cavité ou lamodification d’une faille pouvant entraîner des déplacements relatifs du plan de fondationinacceptables.La détection des cavités et autres anomalies karstiques est délicate, le coût et lesconséquences éventuelles peuvent être limités si, la position des fondations étant connus,il est possible de réaliser des forages systématiques sous chaque appui avant démarragedes travaux.6.1.5. Identification des caractéristiques dynamiques des solsEn plus des phénomènes induits destructeurs, failles actives, liquéfaction, instabilité despentes, l'aléa local est modifié (souvent aggravé) par certaines caractéristiquestopographiques et géologiques du site : effets de site qui sont susceptibles d’augmenter laréponse spectrale de certains ouvrages.- bord de falaise- rupture de pente- vallée encaissée- hétérogénéité géologique- sols meubles de grande épaisseurIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 135/170

6.2. Reconnaissance géotechnique des sols6.2.1. GénéralitésLa connaissance géotechnique du site est indispensable en zone sismique, tant pour lecalcul des fondations que pour celui de l’action sismique sur la structure (réponsespectrale).Les reconnaissances et études géotechniques effectuées normalement pour les sites nonsismiques sont complétées en situations sismiques pour :- détecter les formations a priori suspectes de liquéfier (PS-92, § 4.2)- détecter les zones susceptibles de tasser- détecter les zones faillées susceptibles de se désarticuler- définir les caractéristiques dynamiques du sol lorsque les méthodes de calcultenant compte de leur comportement non linéaire (ISS) sont envisagées.- définir le classement du site S 0 , S 1 , S 2 ou S 3 par identification des couches desols par groupes en fonction des propriétés mécaniques (PS-92, § 5.21) puisdétermination des épaisseurs déterminant un type de comportement dynamique(PS-92, § 5.22)° groupes de sols définis par les règles PS-92Figure 165 - Classification des sols selon les règles PS-92Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 136/170

° détermination des sites S 0 , S 1 , S 2 et S 3Figure 166 - Classification des sites selon les règles PS-926.2.2. Niveaux d’investigation en fonction de l’avancement du projetAu niveau des études de faisabilité, de l’avant-projetDégrossir les problèmes rencontrés, en tirer les conséquences techniques et financièresinduites par les traitements éventuels des sols et les techniques de travaux deterrassement, de soutènement et de fondations.Programme léger permettant de déterminer la configuration générale de la zone à étudier(présence d’eau, zone liquéfiable, tassements, instabilité des pentes, karsts, etc.)- Etudes de documents existants (pour les éventuels chantiers voisins)- Cartes et documents spécialisés- Sondages complémentaires (voir ci-dessous)Au niveau du Projet - DCEDéfinir parfaitement les caractéristiques de toutes les couches de sol concernées avantd’arrêter le mode de fondations, les techniques de travaux, les traitements éventuels.- Un sondage tous les 500m 2 environ, avec un minimum de 3 sondages, avec 15 mmaximum entre deux sondages (augmenter et resserrer en cas de sol nonhomogène. En cas de divergence entre sondages voisins, réaliser un nouveausondage.- La profondeur des sondages doit aller au moins jusqu’à la zone d’influence de lafondation (mise en charge par la fondation), trois fois la largeur avec 6 mminimum pour des semelles isolées. 1,5 fois la largeur de la construction surradier général.- Piezzomètres.- Attention aux extrapolations sur les résultats récupérés sur les chantiers voisins.- Attention aux hétérogénéités de zones supposées connues (karsts).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 137/170

Figure 167 - Zone d'influence des fondations. Détermination de la hauteur de sol pour laquellela reconnaissance doit impérativement être réalisée éventuellement plus profondément là oùun phénomène de liquéfaction d’une couche sous-jacente n’est pas écarté.Au niveau de l’exécution des travauxLes reconnaissances complémentaires éventuelles doivent confirmer les hypothèses desétudes préalables.- Reconnaissances approfondies si des doutes subsistent sur les couches sousjacentessurtout en cas de contraintes élevées- Sondages destructifs systématiques sous appuis isolés sur sol rocheux.6.2.3. Moyens de reconnaissanceLes campagnes de reconnaissance doivent être soigneusement préparées et évolutives.Elle ne doivent pas faire l'objet de concessions.Les reconnaissances et les conclusions sont affaires de spécialistes. Les conseils despécialistes locaux qui ont une connaissance expérimentale de la région sont souventappréciés et souhaitables.Les procédés de reconnaissance sont nombreux, le choix est fonction de l’ouvrage projeté(type, utilisation, importance, sous-sol, etc), des conditions géologiques et géotechniques,du voisinage (modes de fondations des ouvrages voisins ou mitoyens, nature etprofondeur, etc), et également du degré d’avancement du projet :PS-92 - § 4.2 : Reconnaissances et études de sol• Les reconnaissances et études de sol sont en principe conduites de la même manière que dans lecas des situations non sismiques.• Elles doivent cependant être suffisamment détaillées pour permettre :• le classement du site par rapport au site décrit dans l’article 5.22.• La détection des formation a priori suspectes de se liquéfier sous l’action sismique decalcul.• l’utilisation d’une méthode de calcul impliquant la prise en compte des propriétésdynamiques du sol lorsque les méthodes de l’article 9.42 et 9.7 sont envisagées.Les essais in situ permettent de déterminer les caractéristiques des sols en place(cohésion, cisaillement, indices de vides, résistivité, etc.).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 138/170

Des prélèvements d’échantillons sont réalisés pour des essais en laboratoire.Les essais dynamiques permettent d’identifiero Modules d’élasticité et de cisaillement dynamiqueo Taux d’amortissement critiqueo Pressions interstitielleso Mesure in situ de la vitesse de propagation des ondes de volume àpartir de forages (crosshole, downhole, uphole)Chaque type d’essai a son propre domaine d’application et n’a de valeur que s’il estcorrectement exécuté et interprété.- Reconnaissances superficielles par sondages manuels ou à la pelle mécanique- Carottages avec prise d'échantillons pour des reconnaissances plus profondes- Prospection électrique- Sismique réfraction- Sondages destructifs avec enregistrements des paramètres (avec sondagecarotté de corrélation)- Pressiomètre- SPT (Standard Penetration Test), pénétromètre dynamique- Pénétromètre statique- Etc.Figure 168 – Exemple de résultats d’essais à Kobé (Document EQIIS)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 139/170

Cas des sols liquéfiablesRappelons que les règles PS-92 développent de façon détaillée (article 9.1) les paramètresde la liquéfaction des sols, l'identification des zones liquéfiables, les données sismiques etles méthodes d'essais.Ce problème est une affaire de spécialiste.Figure 169 - Kobé tests de susceptibilité à la liquéfaction (Document EQIIS)6.2.4. Rapport de solLe rapport de sol doit être suffisamment précis et ne doit pas comporter d'ambiguïté, il nedoit souffrir d'aucune imprécision et ne doit laisser planer aucun doute sur les problèmesde liquéfaction, de tassements, de dislocation, sous l'action sismique.6.3. Consolidation des solsAvant d'opter pour un type de fondations il est parfois nécessaire de procéder à uneamélioration des caractéristiques du sol. Sol liquéfiableIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 140/170

Essais à conduire lorsqu’il y a éventualité de liquéfaction. Dans le respect des protocolesprécisés par les PS-92 (§ 9.14).- Essais de laboratoire cycliques pouvant être utilisés : à l’appareil triaxial, à la boîtede cisaillement à parois latérales mobiles et au cisaillement par torsion.- Essais in situ de type dynamique (SPT) ou statique (au cône ou piezocône).Les sols reconnus comme liquéfiables doivent faire l'objet d'attentions particulières.Quel que soit le mode de fondations envisagé, les sols liquéfiables devraient toujours êtretraités en zone sismique.Figure 170 - Sur ce cliché onconstate d’une part le tassement dusol sous l’effet d’un phénomène deliquéfaction, mais aussi ledéplacement latéral du sol. (Séismede Kobé, 1995) (Document EQIIS –USA)Figure 171 -Liquéfaction d’uneparcelle de sol non traité (Séisme deKobé, 1995) (Document EQIIS –USA) Le bâtiment n’a pas souffert, maisson environnement, dont les VRD doiventêtre repris.Figure 172 - Tassement modested’une parcelle de sol traité dans lemême quartier (Séisme de Kobé,1995) (Document EQIIS – USA)Le tassement est minime.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 141/170

Figure 173 - EERI Kobé Résistance avant etaprès traitement du solQuelques procédés de consolidation des sols (liquéfiables ou seulementmédiocres)Dans le cas de la liquéfaction, le but est d’éliminer un des paramètres de la liquéfaction (illes faut tous pour provoquer le phénomène).6.3.1. Consolidation statique : injectionMéthode souvent utilisée dans les terrains sableux, limoneux, ou argileux, humides ousaturés.La technique consiste à introduire, sous pression dans le sol à partir de forages répartisselon des mailles primaires et secondaires, un « mortier » visqueux à base de ciment et àangle de frottement élevé afin d’augmenter le niveau de contrainte jusqu’à sortir le sol descritères rendant possible le phénomène.La nature du mortier injecté (plus ou moins "fluide", à base de ciment avec adjuvantséventuels, dépend de l'état préalable du terrain,) assure la pérennité du traitementeffectué.° Méthodologie :- Analyse fine des matériaux à traiter (essais in situ, essais en laboratoire) demanière à obtenir la courbe effort-déformation- Définition du maillage (premier maillage de l’ordre de 4m)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 142/170

Figure 174 Maillage d’injections en trois phases- Forage de la première phase (permet une reconnaissance supplémentaire du sol)- Injection (au moyen de tubes à manchettes) de la première phase en étudiant laréaction du terrain. Cette méthode d'injection permettant de contrôlerparfaitement le volume injecté pour une tranche de profondeur déterminée- Poursuite des injections avec surveillance géotechnique continue en évaluant lerapport d'amélioration des caractéristiques (module de déformation, pressionlimite, etc) en veillant à ce que les paramètres d'injection restent toujoursinférieur au seuil de rupture.Figure 175 Foreuse pourinjectionsL'intérêt technique de la méthode est de :- définir à l'avance le rapport d'amélioration que l'on veut obtenir,- pouvoir isoler précisément les tranches verticales à traiter,- traiter le volume souhaité sans agression pour le voisinage,- permettre un contrôle en temps réel des zones traitées et du résultat obtenu- permettre le traitement "a posteriori" d’un sol situé sous une construction existante.- mettre en œuvre des moyens légers compatibles avec les milieux urbainsIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 143/170

L'intérêt économique réside dans la faible quantité de matériaux introduit (inférieur à5% du terrain traité).RemarquesDans le cas de fondations superficielles, il faut non seulement traiter les zones liquéfiables,mais aussi s'assurer que le terrain est apte à recevoir de telles fondations.(dans le cascontraire, les zones non liquéfiables pourront alors être traiter également mais avecd'autres critères d'injection).6.3.2. Consolidation dynamiqueMéthode applicable à une grande variété de sols, mais pas pour tous les sites.La technique consiste à laisser tomber des pilons de plusieurs dizaines de tonnes, en chutelibre sur une hauteur de plusieurs dizaines de mètres. Le choc engendre des trainsd'ondes (P, S, Rayleigh) qui améliorent le sol en provoquant sa modification structurelle -avant l’édification de la construction et sans attendre le séisme - (Procédés MENARD).Elle traite les couches épaisses par une action de surface.Le traitement améliore la cohésion des sols et élimine aussi un facteur de liquéfaction(densification du sol).Figure 176 - Consolidation dynamique. Brevets MénardL’inconvénient de cette technique est que les trains d’ondes peuvent agir sur plusieurscentaines de mètres à la ronde, ce qui ne permet l'utilisation de cette méthode quecomme traitement préventif d’espaces vastes et libres d’occupation avant aménagementou urbanisation.En outre elle nécessite l’intervention d’engins lourds.D’un point de vue économique, il est intéressant à grande échelle (économie d’échelle unefois le matériel acheminé sur le site.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 144/170

Figure 177 - Consolidationdynamique : Pilonnage photos(compactage SOLETANCHE)Figure 178 - Consolidation dynamique Explosifs :autre possibilité qui ne peut pas être utiliséen’importe où pour provoquer le tassement des solsavant aménagement de la zone.6.3.3. Substitution en surfaceApplicable à de nombreux terrains.Lorsque la profondeur de terrain à traiter est faible, inférieure à 3 ou 4 mètres, on peutenvisager de réaliser la substitution par du matériel couramment utilisé.La méthode consiste à terrasser par phases à la pelle mécanique jusqu'à la profondeurvoulue et à mettre en place par gravité du matériau de substitution (ballast, gros béton).Dans ce cas, le critère de liquéfaction éliminé est la granulométrie défavorable du sol.Les règles PS 92 9.6 détaillent précisent le domaine d'application et les dispositionsgénérales concernant les traitements par sols substitués compactés.° remblais artificiels sur site terrestre° remblais maritimes de hauteur inférieure à 10 m° choix des matériaux° confinement des matériaux° justificatifs, contrôlesFondations sur sols substitués compactésLes règles PS-92 précisent les exigences de mise en place et vérification (§ 9.6).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 145/170

6.3.4. Compactage par vibroflotationMéthode applicable aux sols granulaires non cohérents tels que sables et graviers.La technique consiste à descendre dans le sol un vibrateur manipulé par une grue, quisous son propre poids, et sous l'influence d'un lançage d'eau et des vibrations, atteint lesprofondeurs souhaitées.Figure 179 - Principe de l'injection de matériaux par vibroflotationEnsuite, dans la cavité ainsi créée dans le sol incohérent, mise en place de matériaud'apport sable ou gravier, sans retrait de sol.L'opération est répétée selon un maillage prédéfini (maillage plus large que pour lesinjections).L’inconvénient de cette méthode est également l’intervention d’engins lourds (incompatibleavec la plupart des zones urbaines).Elle ne permet pas le contrôle "pas à pas" comme pour les injections.En outre elle ne permet pas de traiter les mauvais sols profonds (plafond de l’ordre de20m).Dans ce cas, le maillage créé sur le site par les colonnes de matériaux de granulométrieincompatible avec la liquéfaction, suffit à drainer le sol de la zone qui est protégée.6.3.5. Substitution par vibrosubstitution : colonnes ballastéesCette méthode est applicable aux terrains cohérents tels que limons et argileslorsque la profondeur de terrain à traiter est trop importante, supérieure à 4 mètres, pourune substitution en surface. (La technique de la vibroflotation s’applique aux terrains noncohérents).La technique consiste à descendre dans le sol un vibrateur manipulé par une grue, quisous son propre poids, et sous l'influence du lançage d'eau et des vibrations, atteint lesIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 146/170

profondeurs souhaitées. Dans ce cas, on élimine au fur et à mesure les boues quiremontent en surface pour la substitution du sol.Puis, le vibrateur retiré, il y a mise en place de matériau d'apport à gros grains etcompactage à nouveau avec le vibrateur.L'opération est répétée selon un maillage prédéfini.Le maillage créé sur le site par les colonnes de matériaux de granulométrie incompatibleavec la liquéfaction, suffit à drainer le sol de la zone qui est protégée.Figure 180 - Principe de mise en oeuvre de colonnes ballastées6.3.6. PréchargementSi les délais le permettent, pour limiter le coût des interventions précédentes (injection,fibroflotation), les terrains à traiter peuvent être au préalable préchargés.Figure 181 - Préchargement6.3.7. Remplissage – injection des cavitésLa méthode consiste à remplir gravitairement la cavité détectée, par un gros béton jusqu’àrefus, puis à venir "coller" par injection sous faible pression au coulis de ciment, l’interfacerocher-gros béton.Si la cavité est en surface, le plus simple est de détruire son plafond avant de traiter.Sinon le colmatage nécessite un forage de remplissage et un pour l’évent.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 147/170

Ce traitement s’applique aux cavités vides de tous matériaux argileux.Dans le cas de cavités remplies par des matériaux argileux il est nécessaire d'injecter souspression afin de chasser les matériaux indésirables qui pourraient l’être avec le temps sousl’effet des circulations d’eau dans le réseau souterrain et déstabiliser le remplissage malréalisé.Injection des fracturesMéthode sensiblement identique à celle utilisée pour les cavités.La présence de failles "horizontales" remplies d’argile est un cas difficile à traiter, car onn’est jamais certain du résultat.(nécessité d'un contrôle minutieux). On lui préfère souventle traitement par clouageFigure 182 - Schéma du procédé d'injectiondes fractures6.3.8. Clouage des zones failléesLa méthode consiste à sceller des barres d'acier dans les masses de rochers fracturésrendant ainsi au "rocher" son monolithisme. Elle vise à stabiliser les déplacementsdifférentiels des parois de la faille par un clouage multidirectionnel à 45°à 60° environ(barres d’acier de 5-6m de long qui "arment le terrain"). Ces méthodes sont comparablesà celles de clouage des parois rocheuses fracturées.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 148/170

6.4. Généralités sur les systèmes de fondation en zonesismiqueL'incidence du site et de la nature du sol sur les constructions en zone sismique fait l’objetd’études de l’aléa sismique local, notamment les effets de site et les effets induitspossibles, et en général d’études géotechniques.Nous considérons donc dans ce qui suit que nous nous trouvons sur un terrain biendéterminé auquel nous devons adapter le mode de fondations le plus approprié aprèsavoir éventuellement amélioré les caractéristiques du sol.Les appuis parasismiques (isolateurs) dont l’objet est de découpler les oscillations de lasuperstructure de celles de l’infrastructure font l'objet d’études spécifiques qui ne sont pasprécisées ici.L'objet de ce document n'est pas de faire un cours sur les fondations, mais de montrersimplement ce qui différencie les fondations en site non sismique, des "fondationsparasismiques", avec les précautions et les dispositions que cela impose.Nous nous occuperons principalement des fondations des constructions courantes à"risque normal". Les bâtiments seront de type classique : ORN de classes B, C et D. De lasimple maison individuelle au bâtiment R+8 sans caractéristique constructive horsstandards.Les matériaux de construction utilisés pour les structures seront : maçonneries classiques,béton armé (voiles, portiques, mixtes), acier, bois, autres… Le principe des fondationsétant pratiquement le même qualitativement.Les fondations des constructions à risque spécial ne seront pas abordées.Nous supposons dans ce qui suit que le sol est apte, soit naturellement soit paramélioration, à recevoir le type de fondations envisagé.Rappels : Le sol doit être traité au préalable si la perte des caractéristiques mécaniques peutsurvenir suite au séisme. Le domaine d'application de cette présentation est celui des constructions courantescouvertes par les règles PS92.L'interaction sol structure (ISS) ne sera pas abordée, car très peu utilisée dans ledomaine d'application qui nous intéresse et non prise en compte par les PS-92.PS-92 - § 9.7 : Prise en compte de l’interaction sol-structure• Les justifications données dans ces règles sont basées sur la non-prise en compte de l’interactionsol-structure.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 149/170

6.4.1. Les sollicitationsEn plus des charges verticales de pesanteur (du haut vers le bas dans les cas les plusfréquents) et des actions du vent, des poussées des terres, des poussées hydrostatiques,l’action sismique engendre sur les fondations des efforts• horizontaux directs (efforts tranchants, composante horizontale)• verticaux directs (composantes verticales)• verticaux induits (moments de renversement)• des déplacements imposés (tassements différentiels, mouvements de sol)6.4.2. Les principes constructifsLe problème des fondations en zone sismique est caractérisé par le fait que l'actiondynamique venant du sol, il est fondamental de liaisonner entre eux les éléments defondations de la structure porteuse.Ces liaisons dites ‘’parasismiques’’ ont souvent une incidence sur le projet architectural ence sens qu’elles interfèrent avec les autres contraintes du projet (réseaux et gaines auniveau des fondations).• Choix du système de fondationsLe choix du système de fondation, moyennant quelques précautions (limitation de pente),est effectué dans les mêmes conditions qu'en situation non sismique (PS 92 4.32).• Homogénéité du système de fondationsLa fondation d'un ouvrage doit constituer un système homogène pour une même unité(PS 92 4.31).L’action du séisme ne doit pas être aggravée par un comportement non homogène auniveau des fondations. La problématique est rendue plus complexe par les fortes pentes etles sols non homogènes.PS-92 - § 4.31 : Homogénéité du système de fondations• La fondation d’un ouvrage doit constituer un système homogène, à moins que cet ouvrage nesoit fractionné en unités séparées par des joints. Dans ce cas le mode de fondation adopté peutvarier d’une unité à l’autre, mais doit rester homogène dans chacune d’elle.• Lorsque le sol présente des discontinuités telles que contacts de formations géologiques depropriétés géotechniques très différentes, fractures, brusques changements de pentes, l’ouvragetout entier doit être implanté d’un même côté de la discontinuité et fondé de façon homogène.• Solidarisation des points d'appuiLes points d'appui d'un même bloc de construction, sauf prise en compte dans les calculsdes déplacements, sauf encastrement dans sol rocheux, doivent être solidarisés par unréseau bidimensionnel de longrines tendant à s'opposer à leur déplacement relatif dans leplan horizontal. (PS 92 4.33)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 150/170

PS-92 - § 4.33 : Solidarisation des points d’appui• a) Les points d’appui d’un même bloc de construction doivent être en règle générale solidariséspar un réseau bidimensionnel d longrines (ou tout autre système équivalent) tendant à s’opposer àleur déplacement relatif dans le plan horizontal.• b) On peut se dispenser de réaliser cette solidarisation à la condition que les effets desdéplacements différentiels soient pris en compte dans les calculs.• c) Aucune précaution particulière n’est exigée dans le cas de semelles convenablementengravées dans un sol rocheux ou de consistance rocheuse, non fracturé et non délité.PS-92 - § 9.31 : Liaisons§ 9.311 : Solidarisation des points d’appui• 1. Les longrines de solidarisation ou les éléments remplissant le même office prévus dans lesarticles 4.33 et 4.34, ainsi que les éléments d’ossature concourant à l’équilibre, doivent êtrecalculés en supposant les points d’appui réunis par la longrine concernée soumis à des forceshorizontales centrées opposées dans un sens puis dans l’autre, égales àF (= +ou- a N / g . τ . α . W) > ou = 20 kN• Dans l’expression ci-dessus les notations sont les suivantes :a N : accélération nominale (art. 3.3) ;τ : coefficient d’amplification topographique ;W : moyenne des valeurs de charges verticales apportées par les points d’appui reliés parla longrine considérée ;α : coefficient dépendant de la nature du sol telle que définie en 5.21 et égal à :0,3 dans les sols de catégorie a,0,4 dans les sols de catégorie b,0,6 dans les sols de catégorie c.• Les sollicitations résultant de la prise en compte des forces F sont à ajouter à celles résultantsd’autres fonctions.• 2. Les poutres du plancher inférieur d’une construction ne peuvent être considérées commejouant le rôle de longrines que si elles sont situées à une distance de la sous-face des semelles oumassifs sur pieux inférieure à 1,20m. Le cas échéant, un dallage peut remplacer les longrineslorsqu’il respecte la règle ci-dessus.• Liaisonnement avec la structureDans le cas de fondations profondes, sauf cas particuliers, il doit être établi entre lastructure et ses fondations une liaison tendant à s'opposer à leur déplacement relatif. (PS-92, § 4.34)PS-92 - § 4.34 : Liaisonnement avec la structure• Dans le cas de fondations profondes (puits, pieux, barrettes), il doit être établi entre la structureet ses fondations une liaison tendant à s’opposer à leur déplacement relatif, sauf justificationsparticulières relatives à la transmission des efforts.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 151/170

6.5. Fondations superficielles6.5.1. Dispositions généralesLes fondations superficielles sont employées lorsque le ''bon sol'', sol compact ethomogène, se trouve à faible profondeur par rapport au plancher le plus bas.Elles sont réalisées en béton armé selon le DTU 13.1 qui fixe les différentes modalités decalculs, d'exécution et de contrôle.Suivant la géométrie de la construction, l'environnement, les descentes de charge et lescaractéristiques mécaniques du sol d'assise on utilise :- des semelles isolées- des semelles filantes- des radiers Semelles isolées - semelles filantes - radiers partielsLorsque les dimensions des fondations sont relativement moins importantes que lesdistances séparant les éléments porteurs (descentes de charges modestes sur sol moyen,descentes de charges élevées sur sol rocheux, etc..), on utilise généralement des semellesisolées sous les poteaux et des semelles filantes sous les murs.Les semelles sont alors reliées par un système de liaisons parasismiques (longrines,dallage renforcé) situé à moins de 1.20 m au-dessus de la sous-face des semelles.Figure 183 - Liaisons entre les semelles (PS-92). Le réseau de liaisons PS s’oppose auxdéplacements différentiels des points d’appui.Figure 184 - Rappel de la problématiquedes semelles en statiqueIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 152/170

Radier général porteurLorsque les dimensions des fondations calculées sont relativement importantes par rapportaux distances séparant les éléments porteurs, on utilise généralement un système deradier général sous poteaux et murs.Le radier peut être simple ou nervuré, voire en caisson pour réduire sa masse volumiqueglobale.Le radier fait fonction également de système de liaisons parasismiques en éliminant lesdéplacements différentiels horizontaux au niveau des fondations (mêmes conditions qu'en3.2.1).Si la possibilité du choix existe, du point de vue type de fondation, le radier porteur peuts'avérer avantageux dans certains cas :• Le niveau supérieur du radier correspond au niveau du "plancher" le plus bas, leradier permet de faire l'économie d'un plancher ou d'un dallage.• L’infrastructure dans un terrain avec nappe phréatique, le radier en complémentde sa fonction "porteuse" assure la fonction étanchéité en tant que supportrésistant de cuvelage, il doit alors être calculé et conçu selon le DTU 14.1Cuvelage.Le calcul d'un radier est délicat° rigidité° charges différentes sur les éléments porteurs° calcul des tassements,° tassements différentiels° dans le cas de terrains multicouches, l'utilisation d'un radier, modifier lazone d'influence des contraintes peut intéresser une couche compressible° attention aux sols hétérogènes° point durFigure 185 - Zone d'influence des fondations, problématique des points durs. Le schéma cidessusillustre également le problème de la hauteur de sol sollicité pouvant concerner unecouche sous-jacente compressible.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 153/170

Précautions vis à vis des constructions avoisinantesAttention, le système de fondations projeté ne doit pas apporter des contraintessupplémentaires aux ouvrages avoisinants existants ( murs d'infrastructure, fondations) Joints de fractionnement – joints de ruptureDans le cas où la configuration et la nature du sol de fondation entre deux blocs deconstruction seraient de nature et de caractéristiques différentes (tassements différents,mouvement sismique différent), il est alors nécessaire de créer un joint de fractionnementpermettant aux deux blocs d'évoluer séparément.C’est un problème délicat pour les concepteursCette question peut devenir un vrai problème si les études préalables ont été insuffisanteset que l’hétérogénéité de sol n’est détectée qu’au moment où le projet est "bouclé", voirele chantier commencé, en raison de l’incidence du positionnement du joint dans lasuperstructure.• construction sans partie enterréePrécautions et dispositions identiques à celles prises pour les fondations en zone nonsismique mais en tenant compte de la largeur des joints imposée par l'action sismique.• construction avec partie enterrée° Sans nappe phréatiquePrécautions et dispositions identiques à celles prises pour les fondations en zone nonsismique mais en tenant compte de la largeur des joints imposée par l'action sismique.° Avec nappe phréatiquePrécautions et dispositions identiques à celles prises pour les fondations en zone nonsismique mais en tenant compte de la largeur des joints imposée par l'action sismique.Des dispositifs d'étanchéité réglementaires (DTU 14, joints "water-stop", protection, etc..)permettant les déplacements relatifs doivent être mis en place.Figure 186 – Coupe schématique sur un Joint "Water-stop" au droit d’un joint defractionnement.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 154/170

6.5.2. Construction sur terrain plat• Construction sans partie enterréePrécautions et dispositions identiques à celles prises pour les fondations en zone nonsismique (DTU 13.1, gel, etc..)Mais Il faut veiller à ce que les fondations soient suffisamment encastrées afin de pouvoirrésister aux efforts horizontaux dans les deux directions.Il peut être alors possible de réaliser des bêches.En cas de bon sol "profond", la raideur des fondations sera déterminante pour savoir "oùramener les efforts horizontaux".Figure 187 - Exemple de liaison parasismique des semelles par un plancher rigide situé moinsd'1,20 au-dessus du sol de fondation• construction avec partie enterrée° Sans nappe phréatiquePas de problème particulier, dans les cas les plus courants, l'existence d'un sous-solpermet en outre l'ancrage satisfaisant du bâtiment.° Avec nappe phréatiqueLa surpression dynamique de l'eau doit être prise en compte pour la stabilité de l'ouvrage.6.5.3. Construction sur terrain en penteLa stabilité du talus doit être examinée.Figure 188 - Stabilité des pentes -Détermination des zones d’influencepour les surfaces de glissement lesplus critiques (PS-92)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 155/170

Les fondations en amont ne doivent pas solliciter les fondations en aval (dépendant del’angle de pente et de la nature du sol).Les semelles situées à des niveaux différents doivent être liaisonnées ce qui est plusdélicat à réaliser que sur sol plat ou à faible pente.Figure 189 - Liaison des semelles situées sur des niveaux différents par des longrinesFigure 190 - Liaison des semelles situées sur des niveaux différents par des voiles si h > 1,20 m6.6. Fondations profondes6.6.1. Dispositions généralesLes fondations profondes sont employées lorsque les couches superficielles de terrain sontde qualité médiocre.Elles sont réalisées selon le DTU 13.2 qui fixe les différentes modalités de calculs,d'exécution et de contrôle.Suivant la géométrie de la construction, l'environnement, les descentes de charge et lescaractéristiques et la profondeur du sol d'assise on utilise les types de fondationsprofondes suivantes :Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 156/170

PS-92 - § 9.32 : Fondations profondes§ 9.321 : Dispositions générales• 1. Les règles s’appliquent au type de fondations profondes suivantes :• pieux en béton moulé dans le sol ainsi qu’aux pieux exécutés à la tarière creuse,• barrettes en béton moulé dans le sol,• pieux battus préfabriqués en béton armé,• pieux battus métalliques tubulaires, pieux H, caissons de palplanches ou palplanches.• micropieux ou pieux injectés sous pression.• 2. L’emploi de fondations profondes inclinées est interdit.• 3. Des longrines de solidarisation formant un réseau bi-directionnel et conformes auxprescriptions de l’article 9.311 doivent être disposées dans le cas d’appui reposant sur des pieuxisolés, des groupes de deux pieux, et plus généralement dans le cas de groupes de pieuxdélimitant en plan un contour dont l’une des dimensions est faible par rapport à l’autre.• De telles liaisons sont à prévoir aussi dans le cas des barrettes, à moins que ces dernières neforment un plan en réseau continu dans les deux directions. Les massifs isolés des éléments de fondations profondes doivent être reliés par unsystème de liaisons parasismiques (longrines, dallage renforcé) situé à moins de 1.20m au-dessus de la sous-face des massifs.Figure 191 - Liaisons parasismiques des massifs isolés en tête de fondation profondes par deslongrines Nota :L'utilisation de fondations profondes et leur adaptation au sol (nature,profondeur) fait qu'il peut arriver que le centre de torsion de l'ensemble des fondationspeut se trouver notablement décalé par rapport à celui des contreventements de lastructure. Il faut vérifier ce point et le traiter en modifiant le système.PS-92 - § 9.4 : Calcul des fondations profondes§ 9.41 Principes généraux§ 9.411• Le calcul doit tenir compte des réductions ou pertes de résistance que certains des sols traverséspeuvent subir avant et pendant le mouvement sismique, pour tous les types de fondationsprofondes énumérés au paragraphe 9.321..• Il doit également prendre en compte, lorsqu’il y a lieu, les frottements négatifs ou les pousséeslatérales engendrées par le tassement que certaines des formations traversées peuvent subir dufait des vibrations sismiques.• Au sein du volume de sol sollicité par le système de fondations, les zones reconnues commesusceptibles de se liquéfier doivent être, soit traitées, soit prises en considérations comme spécifiédans l’article 9.162.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 157/170

§ 9.412• Il doit être vérifié pour tous les types de fondations énumérés au paragraphe 9.321 qu’elles sontaptes à supporter les charges verticales, y compris celles engendrées par l’action sismique, dansl’état de déformation résultant de l’action combinée du sol et de la structure portée.• Dans le cas d’éléments en béton armé, leurs section et leur ferraillage doivent être tels que leursétats limites de résistance ne répondent à aucune rupture fragile.6.6.2. PuitsSolution qui ne nécessite pas de matériel spécialisé, peu coûteuse si profondeur modeste.Ce type de fondations n'est utilisé généralement que lorsque le sol d'assise n'est qu'àquelques mètres de profondeur.Les puits sont creusés "à la main" et nécessitent la présence d'hommes au fond du forage.Les parois du forage sont blindées. Le forage est bétonné à sec.Contrairement à leur emploi en zone non sismique, les puits sont obligatoirementarmés en zone sismique.L'article 9.324 des règles PS fixe les modalités de réalisation des puits (définition forfaitairedes armatures).Figure 192 - En zone sismique les puitsprofonds sont obligatoirement armésPS-92 - § 9.32 : Fondations profondes§ 9.324 : Puits• a) Définition.On désigne dans ce texte par puits, une colonne de béton reportant les charges verticales à sabase, dont l’élancement (hauteur/diamètre) est supérieur ou égal à 6, et dont le diamètre est aumoins égal à 120 cm.• b) Dispositions constructivesArmatures longitudinales :nombre minimal de barres : 8diamètre minimal : 12 mmpourcentage minimal : ϖ > 0,3%Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 158/170

ϖ : section totale rapportée à la section nominale B du puitsArmatures transversales :elles sont constituées par des spires ou des cerces répondant aux conditions ci-après :diamètre minimal : Max [φ1/3 ; 8 mm]pourcentage minimal en volume : 0,2%espacement maximal de nu à nu des spires ou cerces :s’ = 12 fois le diamètre des barres longitudinales en zone courantes’ = 10 cm en zone critique, en considérant comme zone critique la partie supérieure etinférieure des puits de longueur égale à 2 fois leur diamètre nominal.Dans le cas où le béton est mis en place dans une chemise ou une gaine métallique abandonnéedans le sol après coulage, la section d’acier de cette chemise ou de cette gaine peut, défalcationfaite de l’épaisseur de métal susceptible de se corroder pendant la durée de vie de l’ouvrage, êtreprise en compte dans l’évaluation de la quantité d’armatures transversales définie ci-dessus sansavoir cependant pour effet de réduire ces armatures de plus de 50%.N-B : Les puits d’élancement inférieur à 6 sont des fondations semi-profondes.6.6.3. Pieux et barrettes coulés en place6.6.3.1. Généralités sur les pieuxLorsque le sol de fondation ne peut être atteint en profondeur que par des moyensspécialisés on utilise des pieux. Il peuvent reprendre des charges verticales élevées, maisdes charges horizontales modestes.A ce titre, il est préférable d’encastrer la superstructure dans le sol, les déformations despieux suivant alors celles du sol. Si ce n’est pas possible, préférer les barrettes pour leurrigidité propre à leur système.Il est également important d’identifier le tassement potentiel du sol, surtout s’il n’est pastraité, afin d’en tenir compte dans les hypothèses d’encastrement avant et après séismeafin d’éviter le cisaillement des têtes de pieux.Comportement des pieux (statique):••••••••SOL HOMOGENEBI-COUCHESIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 159/170

Comportement d’un groupe de pieux :Problème du frottement négatif en cas de tassement de sol (par exemple siliquéfaction) :Le pieu se trouve pluschargé qu’à l’état initial.Si le sol n’est pas traité ilfaut en tenir compte audimensionnement.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 160/170

Figure 193 - Pieux dénudés sous l’effet d’unphénomène de liquéfaction. A hauteur duniveau d’eau on voit les aciers longitudinauxflambés sous un effort en compression(Séisme de Kobé, 1995) (Document EQIIS –USA)Efforts non verticaux sur les pieux:Les pieux doivent pouvoir avoir un comportement flexible.Figure 194 - Cisaillement depieux découverts suite à unphénomène de liquéfaction.(Séisme de Kobé, 1995)(Document EQIIS – USA) Il estnécessaire que les bêchespériphériques mobilisent le sol pouréviter le cisaillement des têtes depieux. En cas de sol potentiellementliquéfiable, il faut tenir compte de lahauteur possible du tassement.Types de pieux :Différentes techniques sont utilisées suivant :° le mode de fonctionnement : appuyés en pointe ou flottants° les matériaux : béton armé ou métallique° les procédés de forage, de mise en œuvre, de scellement, etc. :moulés, préfabriqués, battus, injectésIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 161/170

6.6.3.2. Pieux en béton moulé dans le sol et pieux exécutés à latarière creuseIl s'agit de pieux forés dans le sol par des moyens mécaniques (tarière) sous protection ounon d'une boue de forage. Le diamètre maximum est limité par les engins de foragegénéralement à 1,20m.Contrairement à leur emploi en zone non sismique, les pieux sont obligatoirement armésen zone sismique.L'article 9.322 des règles PS fixe les modalités de réalisation de ces pieux, obligatoirementarmés sur toute leur longueurSolution qui nécessite du matériel spécialisé "lourd".Figure 195 - Forage de pieux à la tarière creusePS-92 - § 9.32 : Fondations profondes§ 9.322 : Pieux en béton moulé dans le sol et pieux exécutés à la tarière creuse• Ils doivent être armés sur toute leur longueur de la manière indiquée ci-après :a) Armatures longitudinalesnombre minimal de barres : 6diamètre minimal : 12 mmSection totale rapportée à la section nominale du pieuminimum : sols de type a ou b 0,5%sols de type c 0,6 %maximum : 3%b) Armatures transversalesElles doivent être composées de spires et/ou cerces répondant aux conditions ci-après :diamètre minimal : 6mmpourcentage minimal en volume :0,6% en partie couranteIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 162/170

0,8% en zone critiqueespace maximal de nu à nu des spires ou cerces :s’ = 12 fois le diamètre des barres longitudinales en partie courantes’ = 10 cm en zone critiqueSauf dispositions techniques spéciales, est considérée comme zone critique, en raison descourbures que les pieux sont exposés à subir, la partie supérieure des pieux sur une longueurégale à 2,5 fois leur diamètre nominalDans le cas d’une couche de sol dont les caractéristiques de résistance sont fortement diminuéespar la sollicitation sismique, la longueur de la zone critique doit être prise égale à la hauteur decette couche, augmentés de 2,5 fois le diamètre nominal.Dans le cas où le béton est mis en place dans une chemise ou une gaine métallique abandonnéedans le sol après coulage, la section d’acier de cette chemise ou de cette gaine peut, défalcationfaite de l’épaisseur de métal susceptible de se corroder pendant la durée de vie de l’ouvrage, êtreprise en compte dans l’évaluation de la quantité d’armatures transversales définie ci-dessus sansavoir cependant pour effet de réduire ces armatures de plus de 50%.Les armatures transversales polygonales ne sont pas autorisées pour les pieux exécutés à latarière creuse.Barrettes en béton moulé dans le sol :Ce type de fondations est utilisé généralement pour reprendre des descentes de chargesélevées associées à des efforts horizontaux importants, en général pour les IGH. Lesbarrettes de différentes formes I T H L forment généralement un réseau orthogonalconstituant ainsi un système de fondation contreventé complet.L'article 9.323 des règles PS fixe les modalités de réalisation des barrettesles barrettes isolées sont considérées comme des pieux moulés dans le solles barrettes doivent être armées sur chacune de leur faceElles ont en général une largeur (épaisseur) de 60 – 80 cm, (mais pouvant aller jusqu’à4m! cas au Japon) et une longueur de 2 à 6 m. La hauteur est fonction de la profondeurdu sol d'ancrage, 30 à 50 m sont couramment obtenu, a comme limite celle des engins deforage (100 m pour l'hydrofraise).Le niveau d’encastrement souhaité dans le bon sol dépend des caractéristiques du sol etde la structure. Il est déterminé après étude.La liaison entre les barrettes et la superstructure est nécessairement un encastrement.Solution qui nécessite du matériel spécialisé "lourd".Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 163/170

Figure 196 - Exemples de sections horizontales de barrettesPS-92 - § 9.32 : Fondations profondes§ 9.323 : Barrettes en béton moulé dans le sol• Les prescriptions qui suivent concernent les éléments faisant partie d’un ensemble comportantdes barrettes placées orthogonalement (ou dans des directions convenables) et constituant unsystème complet de fondations.• Les barrettes isolées plates dont la déformation n’est pas limitée par leur disposition d’ensemble,doivent être armées en suivant les mêmes prescriptions que celles édictées au 9.322 pour lespieux de section circulaire.• Les barrettes doivent être armées sur chacune de leurs grandes faces d’un quadrillaged’armatures horizontales et verticales à l’espacement maximal de 35 cm.• La section totale des armatures verticales doit être supérieure à 0,5% de la section horizontaledes barrettes lorsque celle-ci est inférieure à 1 m 2 et à 0,25% de cette section lorsque celle-ci estsupérieure à 2 m 2 ; elle doit être au moins égale à 50 cm 2 dans le cas intermédiaire. Dans tous lescas elle ne doit pas excéder 3%.• Les armatures horizontales doivent être dessinées de façon à assurer leur participation à larésistance aux efforts tranchants agissant suivant la grande dimension horizontale de la barrette età s’opposer au flambement des armatures verticales disposées sur les petites faces ; à défaut,elles doivent être complétées par une armature appropriée.• Les deux nappes doivent être reliées par des armatures transversales susceptibles entre autresfonctions, de s’opposer au flambement des armatures comprimées.• Les armatures horizontales et transversales doivent représenter un pourcentage d’au moins0,1% de la section verticale transversale ou longitudinale de la barrette.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 164/170

6.6.3.3. Pieux et barrettes préfabriqués en béton arméLes pieux fabriqués en usine ou sur chantier sont mis en place :- soit par enfoncement dans le sol par effetdynamique (par battage ou par vibrations).- soit dans un préforage de dimensions ajustéeset "collés" par un coulis de ciment.L'article 9.325 des règles PS fixe les modalités deréalisation de ces pieuxToutes les dispositions des pieux moulés et desbarrettes sont applicablesSolution qui nécessite du matériel spécialisé"lourd".Figure 197 - Elément préfabriqué mis en place aprèspré-forage et scellé au coulis.PS-92 - § 9.32 : Fondations profondes§ 9.325 : Pieux de fondation préfabriqués en béton armé• La section totale des armatures longitudinales des éléments de fondation préfabriqués en bétonarmé doit être au moins égale à 1% de la section droite de ces éléments et inférieure à 3% decette section.• Toutes les autres dispositions relatives au nombre minimal de barres et aux armaturestransversales spécifiées dans les articles 9.322 et 9.323 restent applicables à ces élémentspréfabriqués selon leur forme.6.6.3.4. Pieux battus métalliques :Il s'agit des pieux métalliques tubulaires, H, caissons de palplanches ou palplanches misen œuvre par battage ou vibration.L'article 9.326 des règles PS fixe les modalités de réalisation de ces pieux.La liaison à la structure doit réaliser un encastrement effectif du pieu dans la structure.les éléments de liaisons doivent être conçus pour résister à tout éclatement (frettage)Solution qui nécessite du matériel spécialisé.PS-92 - § 9.32 : Fondations profondes§ 9.326 : Pieux battus métalliques tubulaires, pieux H, caissons de palplanches oupalplanchesIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 165/170

• Ce type de fondations doit se conformer pour les dispositions constructives, la mise en œuvre etle calcul, aux réglementations en vigueur.• La liaison à la structure doit réaliser un encastrement effectif du pieu dans cette structure. Cettedernière doit être conçue pour résister à tout éclatement dans cette zone d’encastrement.6.6.4. Micro-pieux et pieux injectés sous pressionLes micropieux de type II, III, IV sont des pieux forés de diamètre de forage inférieur à250 mm.Les pieux injectés haute pression sont des pieux forés de diamètre supérieur ou égal à250 mm.Le micropieu type II est un pieu foré, de diamètre inférieur à 250 mm.Le forage est équipé d'une armature et rempli d'un coulis ou de mortier de scellement pargravité ou sous une très faible pression au moyen d'un tube plongeur.Le micropieu type III est un pieu foré de diamètre inférieur à 250 mm. Le forage estéquipé d'armatures et d'un système d'injection. L'injection est faite en tête à une pressionsupérieure ou égale à 1 MPa. Elle est globale et unitaire (IGU).Le micropieu type IV est un pieu foré de diamètre inférieur à 250 mm. Le forage estéquipé d'armatures et d'un système d'injection. On procède à l'injection à l'obturateursimple ou double d'un coulis ou mortier de scellement à une pression d'injectionsupérieure ou égale à 1 MPa. L'injection est répétitive et sélective (IRS).Figure 198 - Etapes de la mise en place des micropieuxIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 166/170

Dans les sols mous, ce type de micropieux doit être calculé au flambement.Figure 199 - Les pieux doivent être flexibles pour accompagner dans le domaine élastique lesdéformations du sol et ne pas flamberL'article 9.327 des règles PS-92 fixe les modalités de réalisation de ces micropieuxLa liaison à la structure doit réaliser un encastrement effectif du pieu dans lastructure, les éléments de liaisons doivent être conçus pour résister à tout éclatement(frettage)Figure 200 - Encastrement - A gauche tête de pieu métallique. A droite, tête de pieu injectésous pression (PS-92)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 167/170

L'utilisation des micropieux est devenue courante, la technique nécessite du matérielspécialisé "léger", les armatures utilisées sont très souvent des tubes "pétroliers" (hauteperformance mécanique à vérifier) à coût compétitif.Les capacités portantes de 50 - 75 à 100 tonnes par micropieu sont facilement atteintespour des tubes de diamètre 100 mm environ (en faisant varier l'épaisseur des tubes, oupar adjonction de barre intérieure).° Les pieux injectés sous pressionLe pieu foré injecté haute pression est un pieu de diamètre supérieur ou égal à 250 mm.Le forage est équipé d'armatures et d'un système d'injection constitué par un ou plusieurstubes à machettes (TAM). Lorsque l'armature est un tube métallique, ce tube peut faireoffice de tube à machettes. L'armature peut être également constituée par des profilés (Hou caissons de palplanches).Le scellement au terrain est effectué par injection sélective haute pression d'un coulis oud'un mortier à partir d'un obturateur simple ou double.Dans les sols mous, et pour les petits diamètres ou les grands élancements, ce type depieu doit être vérifié au flambement.PS-92 - § 9.32 : Fondations profondes§ 9.327 : Micropieux et pieux injectés sous pression• Les recommandations s’appliquent à des micropieux de type II, III, IV de diamètre de forageinférieur à 250 mm. Ainsi qu’aux pieux injectés sous faible ou haute pression de diamètresupérieur à 250 mm, battus ou forés.• La liaison à la structure doit réaliser un encastrement effectif du micropieu dans cette structure.Cette dernière doit être conçue pour résister à tout éclatement dans cette zone d’encastrement.L’encastrement de la tête des micropieux et des pieux injectés dans les longrines decouronnement doit respecter les critères définis à l’article 9.326.• Les micropieux ou pieux injectés doivent comporter, sur toute la hauteur d’une couche de soldont les caractéristiques peuvent être affectées par les séismes, une section élargie qui doit êtrejustifiée comme un pieu, résultant de la mise en place d’une chemise perdue (fig 9.327). Ce typede solution doit assurer la transmission des efforts de la section élargie à la section courante.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 168/170

Figure 9.327• L’encastrement de la partie élargie dans le sol réputé non liquéfiable, est d’au moins 2,5diamètres Dg.• La section d’acier au chemisage dans la partie élargie, défalcation farte de la corrosion, peut êtreprise en compte dans les calculs.6.7. Dispositions particulièresDans certains cas particuliers, si les efforts étaient repris seulement par les fondationscourantes (dont il a été question), la stabilité de l'ouvrage ne serait pas assurée. On estdons amené à utiliser des dispositifs particuliers de fondations.6.7.1. Equilibrage des fondations par lestFigure 201 - Equilibrage des poussées de terre parlestIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 169/170

6.7.2. Ancrages passifsFigure 202 – Equilibrage des poussées par des ancrages verticaux et horizontauxIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 170/170