Conception parasismique des bâtiments – Principes debase à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtresd’ouvrages et a...
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Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr,Energie und KommunikationDépartement fédéral de l’environnement, des trans...
Préface de l’auteur                                         la construction. La formule retenue consiste à exposer        ...
Table des matières                                       Objectifs                                                        ...
Table des matières                                       Objectifs                                                        ...
Objectifs                                                                                                               Qu...
Objectifs                                                                                                               Qu...
Le plus important des risques naturels                       tion des catastrophes [D0150]. Les assureurs effectuent      ...
Le plus important des risques naturels                       tion des catastrophes [D0150]. Les assureurs effectuent      ...
PB 1 Larchitecte et lingénieur civil collaborent                                                                          ...
A7f conception+parasismique+des+bâtiments
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  1. 1. Conception parasismique des bâtiments – Principes debase à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtresd’ouvrages et autoritésHugo BachmannDirectives de l’OFEG – Richtlinien des BWG – Direttive dell’UFAEGBerne, 2002
  2. 2. ImpressumEditeur: Office fédéral des eaux et de la géologieSource à Hugo Bachmann: Conception parasismique desmentionner: bâtiments – Principe de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités, Directives de l’OFEG (Bienne 2002, 81p.) Version originale en allemand. Cette publication est disponible sous format PDF sur le site Internet de l’OFEG: www.bwg.admin.chTirage: 3’500d/1’500fTraduction: Christian Marro, Traductonet, Haute-NendazN de commande: 804.802 f oDiffusion: OFCL, Diffusion des publications, CH-3003 Berne, Internet: www.bbl.admin.ch/bundespublikationenCopyright: © BWG, Bienne, septembre 2002
  3. 3. Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr,Energie und KommunikationDépartement fédéral de l’environnement, des transports,de l’énergie et de la communicationDipartimento federale dell’ambiente, dei trasporti,dell’energia e delle comunicazioniConception parasismique des bâtiments – Principes debase à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtresd’ouvrages et autoritésHugo BachmannDirectives de l’OFEG – Richtlinien des BWG – Direttive dell’UFAEGBerne, 2002
  4. 4. Préface de l’auteur la construction. La formule retenue consiste à exposer des principes de base en les assortissant d’illustrationsLe risque de tremblement de terre a longtemps été et d’exemples, ainsi que d’un texte explicatif.jugé inéluctable. Autrefois, on se contentait d’admet- Les principes, les photos – provenant de l’auteur outre que les constructions devaient parfois subir les de tiers – et les textes sont le fruit d’une longueséquelles de mouvements du sol. Aussi les mesures de activité théorique et pratique dans le domaine exigeantprotection contre ce phénomène se sont-elles d’abord et en constante évolution de la tenue des construc-concentrées sur la gestion des catastrophes. Certes, tions soumises aux séismes.des propositions relatives au mode de construction L’auteur tient d’abord à exprimer sa reconnaissanceavaient déjà été émises au début du 20e siècle, mais aux nombreux auteurs de photos, mentionnés en finc’est au cours des dernières décennies que des de brochure, pour avoir accepté de mettre àrecherches toujours plus nombreuses et pointues ont disposition le résultat de gros efforts rarement dénuésrévélé comment réduire efficacement la vulnérabilité de risques. Ses remerciements s’adressent également àdes ouvrages aux séismes. l’Office fédéral des eaux et de la géologie, qui prendL’objectif de ce document est de présenter simplement en charge l’édition et l’impression de cette brochure.des connaissances récentes sur la façon de protéger lesbâtiments contre les séismes en prenant des mesures à Zurich, août 2002 Prof. Hugo BachmannPréface de l’éditeur La sécurité parasismique des ouvrages futurs figure au premier plan du programme de mesures de laEn 1998, la Société suisse du génie parasismique et de Confédération. L’auteur de la présente brochure, lela dynamique des structures (SGEB) a publié un Professeur Hugo Bachmann, a consacré de nom-document soulignant le fait que les autorités, les Hautes breuses années à étudier le risque sismique et leécoles, l’industrie et les particuliers se doivent d’agir comportement des ouvrages soumis aux tremblementspour assurer la sécurité parasismique du tissu bâti de de terre. A la demande de l’OFEG, qui lui exprime saSuisse. Ce document relevait notamment qu’un gros reconnaissance, il a bien voulu mettre à la dispositionretard devait être rattrapé d’urgence au sujet du des praticiens des connaissances scientifiques propicescomportement des bâtiments et des installations, à la sécurité parasismique des constructions. Lesthème qui se trouve au cœur de la prévention des présentes directives souhaitent contribuer à ce que lescatastrophes sismiques. Suite à cette publication, résultats des recherches soient mis en œuvre systémati-et à d’autres interventions, le Conseil fédéral a manda- quement par les professionnels de la construction,té l’Office fédéral des eaux et de la géologie (OFEG) qu’ils soient donc pris en compte dans la conception etpour organiser la protection contre les tremblements l’étude des ouvrages. Ainsi est-il désormais possible,de terre dès le 1er janvier 2000, dans le cadre des dans notre pays à sismicité modérée, de conférer unetâches de la Confédération. L’OFEG a créé à cet effet la sécurité parasismique raisonnable aux nouvellesCentrale de coordination pour la mitigation des constructions, sans surcoût ou presque.séismes, dont le rôle est de conseiller et de secondertoute l’administration fédérale. Le 11 décembre 2000, Bienne, août 2002 Dr Christian Furrerle Conseil fédéral a entériné un programme de Directeur de l’Office fédéralmesures en sept points qui court de 2001 à 2004 et des eaux et de la géologievise à prévenir les dégâts sismiques dans le domaine decompétence de la Confédération.Principes de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités 3
  5. 5. Table des matières Objectifs 6 PB 17 Eviter de remplir partiellement les cadres! 44 Que se passe-t-il lors d’un tremblement de terre? 7 PB 18 Concevoir soigneusement les contreventements triangulés! 46 PB 19 Concevoir des structures porteuses en acier ductiles! 48 Le plus important des risques naturels 8 PB 20 Séparer les bâtiments contigus par des joints conformes aux règles Le risque sismique ne cesse d’augmenter 9 de lart! 50 Des mesures insuffisantes 9 PB 21 Privilégier les configurations compactes! 52 PB 22 Utiliser des dalles afin de solidariser les éléments et Il est urgent d’agir 9 répartir les forces! 53 PB 1 L’architecte et l’ingénieur collaborent d’emblée! 10 PB 23 Dimensionner en capacité pour obtenir une structure porteuse ductile! 55 PB 2 Respecter les dispositions parasismiques des normes! 11 PB 24 Une armature en acier ductile avec Rm/Re ≥ 1.15 et Agt ≥ 6 %! 56 PB 3 Pas de surcoût notable grâce aux méthodes modernes! 13 PB 25 Des armatures transversales espacées de s ≤ 5d avec des PB 4 Eviter les rez-de-chaussée flexibles! 15 crochets à 135° dans les parois porteuses et les colonnes! 58 PB 5 Eviter les étages flexibles! 19 PB 26 Pas dévidements ni ouvertures dans les zones plastiques! 60 PB 6 Eviter les contreventements dissymétriques! 21 PB 27 Préserver lintégrité des liaisons dans les constructions préfabriquées! 62 PB 7 Eviter les contreventements décalés! 24 PB 28 Protéger les fondations grâce au dimensionnement en capacité! 64 PB 8 Les sauts de rigidité et de résistance causent des problèmes! 25 PB 29 Elaborer le spectre de réponse propre au site! 65 PB 9 Deux parois porteuses élancées en béton armé par direction principale! 26 PB 30 Tenir compte du danger de liquéfaction du sol! 66 PB 10 Eviter les systèmes mixtes colonnes-maçonnerie porteuse! 28 PB 31 Il peut savérer plus judicieux dassouplir que de renforcer! 68 PB 11 Eviter de remplir les cadres de maçonnerie! 29 PB 32 Ancrer les éléments de façade contre les forces horizontales! 70 PB 12 Des parois porteuses en béton armé pour renforcer les bâtiments en PB 33 Ancrer les parapets et les murs! 72 maçonnerie! 32 PB 34 Bien fixer les faux-plafonds et les luminaires! 74 PB 13 Armer les parois porteuses en maçonnerie reprenant des efforts horizontaux! 34 PB 35 Fixer les installations et les équipements! 75 PB 14 Harmoniser la structure porteuse et les éléments Crédit d’illustrations 78 non-porteurs! 38 Bibliographie 79 PB 15 Dans les constructions à ossature, séparer les parois non-porteuses par des joints! 40 Contacts 80 PB 16 Eviter les colonnes courtes! 42 Annexe: carte d’aléa sismique 81Principes de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités Principes de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités4 5
  6. 6. Table des matières Objectifs 6 PB 17 Eviter de remplir partiellement les cadres! 44 Que se passe-t-il lors d’un tremblement de terre? 7 PB 18 Concevoir soigneusement les contreventements triangulés! 46 PB 19 Concevoir des structures porteuses en acier ductiles! 48 Le plus important des risques naturels 8 PB 20 Séparer les bâtiments contigus par des joints conformes aux règles Le risque sismique ne cesse d’augmenter 9 de lart! 50 Des mesures insuffisantes 9 PB 21 Privilégier les configurations compactes! 52 PB 22 Utiliser des dalles afin de solidariser les éléments et Il est urgent d’agir 9 répartir les forces! 53 PB 1 L’architecte et l’ingénieur collaborent d’emblée! 10 PB 23 Dimensionner en capacité pour obtenir une structure porteuse ductile! 55 PB 2 Respecter les dispositions parasismiques des normes! 11 PB 24 Une armature en acier ductile avec Rm/Re ≥ 1.15 et Agt ≥ 6 %! 56 PB 3 Pas de surcoût notable grâce aux méthodes modernes! 13 PB 25 Des armatures transversales espacées de s ≤ 5d avec des PB 4 Eviter les rez-de-chaussée flexibles! 15 crochets à 135° dans les parois porteuses et les colonnes! 58 PB 5 Eviter les étages flexibles! 19 PB 26 Pas dévidements ni ouvertures dans les zones plastiques! 60 PB 6 Eviter les contreventements dissymétriques! 21 PB 27 Préserver lintégrité des liaisons dans les constructions préfabriquées! 62 PB 7 Eviter les contreventements décalés! 24 PB 28 Protéger les fondations grâce au dimensionnement en capacité! 64 PB 8 Les sauts de rigidité et de résistance causent des problèmes! 25 PB 29 Elaborer le spectre de réponse propre au site! 65 PB 9 Deux parois porteuses élancées en béton armé par direction principale! 26 PB 30 Tenir compte du danger de liquéfaction du sol! 66 PB 10 Eviter les systèmes mixtes colonnes-maçonnerie porteuse! 28 PB 31 Il peut savérer plus judicieux dassouplir que de renforcer! 68 PB 11 Eviter de remplir les cadres de maçonnerie! 29 PB 32 Ancrer les éléments de façade contre les forces horizontales! 70 PB 12 Des parois porteuses en béton armé pour renforcer les bâtiments en PB 33 Ancrer les parapets et les murs! 72 maçonnerie! 32 PB 34 Bien fixer les faux-plafonds et les luminaires! 74 PB 13 Armer les parois porteuses en maçonnerie reprenant des efforts horizontaux! 34 PB 35 Fixer les installations et les équipements! 75 PB 14 Harmoniser la structure porteuse et les éléments Crédit d’illustrations 78 non-porteurs! 38 Bibliographie 79 PB 15 Dans les constructions à ossature, séparer les parois non-porteuses par des joints! 40 Contacts 80 PB 16 Eviter les colonnes courtes! 42 Annexe: carte d’aléa sismique 81Principes de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités Principes de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités4 5
  7. 7. Objectifs Que se passe-t-il lors dun tremblement de terre?Le présent document offre un large aperçu de l’art de Les principes de base (PB) sont regroupés selon les Les tremblements de terre sont généralement Mouvements du sol au cours du tempsla conception parasismique des bâtiments. Il expose thèmes suivants: provoqués par des ondes sismiques naissant lors de «Séisme valaisan»des principes de base à suivre pour réaliser des • collaboration, normes et coûts (PB 1 à PB 3); déplacements saccadés de la croûte terrestre dans une E/2ouvrages aptes à résister aux tremblements de terre. • contreventements et déformations (PB 4 à PB20); zone de rupture (faille active). Des ondes de diversesCes principes régissent essentiellement • conception dans le plan horizontal (PB21 et PB 22); natures et vitesses parcourent différents chemins avant • mise en œuvre des dispositifs constructifs (PB 23 à d’atteindre un site et de soumettre le sol à divers• la conception et PB 27); mouvements.• les dispositions constructives • fondations et sols (PB 28 à PB 31); • éléments non-porteurs et installations (PB 32 à PBpour 35). Que se passe-t-il lors d’un tremblement de terre?• la structure porteuse et E/1• les éléments non porteurs Il va de soi que tous les principes ne revêtent pas la Temps (s) même importance, que ce soit dans un contexte géné- Mouvements rapides du sol: Prof. Hugo Bachmann EPF Zurich ibkLa conception et le choix des détails constructifs de la ral ou en relation avec un objet précis. Des compromis, Quelle durée?structure porteuse (parois, colonnes, dalles) et des basés sur le jugement de lingénieur, peuvent être Quelle amplitude? Les effets dun tremblement de terre sur un ouvrageéléments non-porteurs (cloisons intérieures, éléments admis en fonction du danger encouru (zone de danger sont essentiellement déterminés par les variations Réponse des ouvrages:de façade) jouent un rôle déterminant dans la tenue sismique, caractéristiques locales des sols) et des parti- temporellles de trois paramètres décrivant les mouve- – Fortes vibrationsdes bâtiments (comportement avant la rupture) et leur cularités de louvrage concerné. On respectera toujours – Fortes sollicitations ments du sol, soit son accélération (ag), sa vitesse (vg)vulnérabilité face aux séismes (sensibilité à lendomma- scrupuleusement les principes de base déterminants – Rupture locale et son déplacement (dg), avec leur contenu fréquentiel.gement). En effet, aussi poussés soient-ils, les calculs pour la sécurité des personnes, notamment ceux qui – Effondrement En étudiant les mouvements occasionnés, dans unedingénieur et le dimensionnement ne sont pas à ont trait aux contreventements. Seuls les principes direction horizontale donnée pour un tremblement demême de compenser à posteriori les erreurs ou les essentiellement destinés à réduire les dégâts matériels Prof. Hugo Bachmann EPF Zurich ibk terre de type «valaisan» généré artificiellement, ondéfauts de conception au plan parasismique. Il est en peuvent par contre faire lobjet de concessions. relève par exemple que les fréquences dominantes deoutre impératif de concevoir les bâtiments selon les Le sol va et vient rapidement dans toutes les directions laccélération sont notablement plus élevées que pourrègles parasismiques si lon entend les doter dune Ce document sadresse dabord aux professionnels de du plan horizontal, ainsi que dans le sens vertical, mais la vitesse et beaucoup plus élevées que pour le dépla-bonne tenue aux tremblements de terre sans occasion- la construction, tels quingénieurs civils et architectes, dans une mesure généralement moindre. Quelle est la cement.ner de surcoûts notables. mais il intéressera également les maîtres douvrages et durée des mouvements? Un tremblement de terre les autorités en charge de la construction. Sil se prête dintensité moyenne dure par exemple 10–20 L’aléa sismique dépend fortement de la situation géo-Les principes figurant dans ce document s’appliquent bien à létude personnelle, on peut également s’en secondes, ce qui est relativement court. Quelle est graphique comme le montre la carte annexée [GM98].donc essentiellement aux nouvelles constructions. servir avec profit pour élaborer des exposés lors de lamplitude maximale des mouvements? Lorsque Mais l’effet de site peut être encore plus important queCependant, il est bien clair qu’ils peuvent aussi être séminaires et de cours de perfectionnement ou pour survient un séisme de type «valaisan», de magnitude la position géographique d’un ouvrage. Les paramètresmis à contribution pour expertiser et assainir le cas dispenser des cours dans les Hautes écoles. A cet effet, 6 comme celui qui a occasionné des dégâts dans la caractérisant les mouvements du sol pour un séismeéchéant les bâtiments existants. C’est pourquoi cer- des illustrations peuvent être obtenues auprès de région viègeoise en 1855, les amplitudes dans les de magnitude donnée et pour un site donné peuventtains exemples de mise en œuvre des principes sont léditeur sous forme numérique (CD). Tous les autres différentes directions du plan horizontal atteignent un diverger largement. Ils dépendent de nombreuxtirés douvrages existants. droits, concernant notamment la reproduction des ordre de grandeur de 8 à 10, voire 12 centimètres. paramètres, comme la distance, la direction, la profon- illustrations et du texte, restent réservés. Lorsque survient un séisme de type «bâlois», de magni- deur et le mécanisme de la zone de rupture de laLes principes de base sont intentionnellement simples. tude 6.5 voire plus, comme celui qui a détruit une croûte terrestre (foyer), mais aussi des caractéristiquesLes calculs et le dimensionnement ne sont introduits grande partie de la ville de Bâle et de ses environs en locales du sol (épaisseur des couches, vitesse des ondesque de manière marginale. Le lecteur a la possibilité 1356, les déplacements du sol peuvent atteindre 15–20 de cisaillement). En comparaison avec lesd’approfondir les points qui l’intéressent en consultant centimètres, voire plus. soubassements rocheux, les sols meubles peuventla littérature spécialisée (p. ex. [Ba 02]). amplifier les mouvements sismiques de manièreLa formule des principes de base est née dans le cadre Quadvient-il des bâtiments? Lorsque le sol oscille considérable. Quant à la réponse du bâti aux mouve-de nombreux exposés que lauteur a présentés entre rapidement, les fondations sont entraînées dans le mou- ments du sol, elle dépend de caractéristiques1997 et 2000 et dont le contenu a été continuelle- vement, tandis que la partie supérieure tend, du fait de importantes propres aux ouvrages (fréquences propres,ment approfondi et remanié. Chaque principe est son inertie, à rester là où elle se trouve. Ce phénomène type de structure porteuse, ductilité des éléments,introduit par une figure schématique (synthèse du occasionne dimportantes vibrations et des phénomènes etc.).principe), puis par un texte dordre général. Chaque similaires à la résonance entre l’ouvrage et le sol, d’où C’est pourquoi il convient de concevoir les construc-principe est illustré par des photos de dégâts, des l’apparition de fortes sollicitations internes. tions de façon à couvrir des incertitudes et desexemples positifs ou négatifs et des explications spéci- Il en résulte fréquemment des déformations plastiques variations considérables.fiques. de la structure porteuse, qui peut subir dimpor- tants dégâts et céder localement, voire seffondrer totalement dans le pire des cas.Principes de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités Principes de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités6 7
  8. 8. Objectifs Que se passe-t-il lors dun tremblement de terre?Le présent document offre un large aperçu de l’art de Les principes de base (PB) sont regroupés selon les Les tremblements de terre sont généralement Mouvements du sol au cours du tempsla conception parasismique des bâtiments. Il expose thèmes suivants: provoqués par des ondes sismiques naissant lors de «Séisme valaisan»des principes de base à suivre pour réaliser des • collaboration, normes et coûts (PB 1 à PB 3); déplacements saccadés de la croûte terrestre dans une E/2ouvrages aptes à résister aux tremblements de terre. • contreventements et déformations (PB 4 à PB20); zone de rupture (faille active). Des ondes de diversesCes principes régissent essentiellement • conception dans le plan horizontal (PB21 et PB 22); natures et vitesses parcourent différents chemins avant • mise en œuvre des dispositifs constructifs (PB 23 à d’atteindre un site et de soumettre le sol à divers• la conception et PB 27); mouvements.• les dispositions constructives • fondations et sols (PB 28 à PB 31); • éléments non-porteurs et installations (PB 32 à PBpour 35). Que se passe-t-il lors d’un tremblement de terre?• la structure porteuse et E/1• les éléments non porteurs Il va de soi que tous les principes ne revêtent pas la Temps (s) même importance, que ce soit dans un contexte géné- Mouvements rapides du sol: Prof. Hugo Bachmann EPF Zurich ibkLa conception et le choix des détails constructifs de la ral ou en relation avec un objet précis. Des compromis, Quelle durée?structure porteuse (parois, colonnes, dalles) et des basés sur le jugement de lingénieur, peuvent être Quelle amplitude? Les effets dun tremblement de terre sur un ouvrageéléments non-porteurs (cloisons intérieures, éléments admis en fonction du danger encouru (zone de danger sont essentiellement déterminés par les variations Réponse des ouvrages:de façade) jouent un rôle déterminant dans la tenue sismique, caractéristiques locales des sols) et des parti- temporellles de trois paramètres décrivant les mouve- – Fortes vibrationsdes bâtiments (comportement avant la rupture) et leur cularités de louvrage concerné. On respectera toujours – Fortes sollicitations ments du sol, soit son accélération (ag), sa vitesse (vg)vulnérabilité face aux séismes (sensibilité à lendomma- scrupuleusement les principes de base déterminants – Rupture locale et son déplacement (dg), avec leur contenu fréquentiel.gement). En effet, aussi poussés soient-ils, les calculs pour la sécurité des personnes, notamment ceux qui – Effondrement En étudiant les mouvements occasionnés, dans unedingénieur et le dimensionnement ne sont pas à ont trait aux contreventements. Seuls les principes direction horizontale donnée pour un tremblement demême de compenser à posteriori les erreurs ou les essentiellement destinés à réduire les dégâts matériels Prof. Hugo Bachmann EPF Zurich ibk terre de type «valaisan» généré artificiellement, ondéfauts de conception au plan parasismique. Il est en peuvent par contre faire lobjet de concessions. relève par exemple que les fréquences dominantes deoutre impératif de concevoir les bâtiments selon les Le sol va et vient rapidement dans toutes les directions laccélération sont notablement plus élevées que pourrègles parasismiques si lon entend les doter dune Ce document sadresse dabord aux professionnels de du plan horizontal, ainsi que dans le sens vertical, mais la vitesse et beaucoup plus élevées que pour le dépla-bonne tenue aux tremblements de terre sans occasion- la construction, tels quingénieurs civils et architectes, dans une mesure généralement moindre. Quelle est la cement.ner de surcoûts notables. mais il intéressera également les maîtres douvrages et durée des mouvements? Un tremblement de terre les autorités en charge de la construction. Sil se prête dintensité moyenne dure par exemple 10–20 L’aléa sismique dépend fortement de la situation géo-Les principes figurant dans ce document s’appliquent bien à létude personnelle, on peut également s’en secondes, ce qui est relativement court. Quelle est graphique comme le montre la carte annexée [GM98].donc essentiellement aux nouvelles constructions. servir avec profit pour élaborer des exposés lors de lamplitude maximale des mouvements? Lorsque Mais l’effet de site peut être encore plus important queCependant, il est bien clair qu’ils peuvent aussi être séminaires et de cours de perfectionnement ou pour survient un séisme de type «valaisan», de magnitude la position géographique d’un ouvrage. Les paramètresmis à contribution pour expertiser et assainir le cas dispenser des cours dans les Hautes écoles. A cet effet, 6 comme celui qui a occasionné des dégâts dans la caractérisant les mouvements du sol pour un séismeéchéant les bâtiments existants. C’est pourquoi cer- des illustrations peuvent être obtenues auprès de région viègeoise en 1855, les amplitudes dans les de magnitude donnée et pour un site donné peuventtains exemples de mise en œuvre des principes sont léditeur sous forme numérique (CD). Tous les autres différentes directions du plan horizontal atteignent un diverger largement. Ils dépendent de nombreuxtirés douvrages existants. droits, concernant notamment la reproduction des ordre de grandeur de 8 à 10, voire 12 centimètres. paramètres, comme la distance, la direction, la profon- illustrations et du texte, restent réservés. Lorsque survient un séisme de type «bâlois», de magni- deur et le mécanisme de la zone de rupture de laLes principes de base sont intentionnellement simples. tude 6.5 voire plus, comme celui qui a détruit une croûte terrestre (foyer), mais aussi des caractéristiquesLes calculs et le dimensionnement ne sont introduits grande partie de la ville de Bâle et de ses environs en locales du sol (épaisseur des couches, vitesse des ondesque de manière marginale. Le lecteur a la possibilité 1356, les déplacements du sol peuvent atteindre 15–20 de cisaillement). En comparaison avec lesd’approfondir les points qui l’intéressent en consultant centimètres, voire plus. soubassements rocheux, les sols meubles peuventla littérature spécialisée (p. ex. [Ba 02]). amplifier les mouvements sismiques de manièreLa formule des principes de base est née dans le cadre Quadvient-il des bâtiments? Lorsque le sol oscille considérable. Quant à la réponse du bâti aux mouve-de nombreux exposés que lauteur a présentés entre rapidement, les fondations sont entraînées dans le mou- ments du sol, elle dépend de caractéristiques1997 et 2000 et dont le contenu a été continuelle- vement, tandis que la partie supérieure tend, du fait de importantes propres aux ouvrages (fréquences propres,ment approfondi et remanié. Chaque principe est son inertie, à rester là où elle se trouve. Ce phénomène type de structure porteuse, ductilité des éléments,introduit par une figure schématique (synthèse du occasionne dimportantes vibrations et des phénomènes etc.).principe), puis par un texte dordre général. Chaque similaires à la résonance entre l’ouvrage et le sol, d’où C’est pourquoi il convient de concevoir les construc-principe est illustré par des photos de dégâts, des l’apparition de fortes sollicitations internes. tions de façon à couvrir des incertitudes et desexemples positifs ou négatifs et des explications spéci- Il en résulte fréquemment des déformations plastiques variations considérables.fiques. de la structure porteuse, qui peut subir dimpor- tants dégâts et céder localement, voire seffondrer totalement dans le pire des cas.Principes de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités Principes de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités6 7
  9. 9. Le plus important des risques naturels tion des catastrophes [D0150]. Les assureurs effectuent tion industrielle, les coûts consécutifs aux décès et aux Des mesures insuffisantes des analyses de type «que se passerait-il si» pour blessures, ainsi que les atteintes à lenvironnement. IlEn Suisse comme ailleurs, le risque sismique a long- estimer ce quil adviendrait si certains tremblements de en résulterait pour le tremblement de terre de Bâle une Quen est-il des mesures de protection contre les dangerstemps été sous-estimé, et dans une large mesure terre historiques se reproduisaient en Suisse, ce qui est facture globale plusieurs fois plus élevée que le budget naturels? Les pouvoirs publics y consacrent chaqueignoré. On a pris conscience récemment que des possible à tout moment. Ils prévoient que le séisme de annuel de la Confédération helvétique (env. 50 année envrion 600 millions de francs suisses.séismes catastrophiques peuvent également affecter Viège (1855) occasionnerait aujourdhui des dégâts milliards de francs suisses en 2001). Le graphique sectoriel de droite dans la figure indiquenotre pays. aux bâtiments de lordre de 10 milliards de francs la répartition de cette somme selon les principaux suisses. Le tremblement de terre de Bâle (1356), qui Létude Katanos, effectuée en 1995 par lOffice fédéral phénomènes naturels. On y relève que les mesures deLes séismes de forte magnitude comme ceux qui ont correspond statistiquement à une période de retour de de la protection civile qui soccupe de la prévention protection contre les tremblements de terre bénéficientoccasionné de gros dégâts à Izmit (Turquie, 1999), durée moyenne (500-1000 ans), provoquerait actuelle- des catastrophes, conclut à des dommages dune de montants plus que modestes. La disproportion estKobe (Japon, 1995) ou Northridge (Californie, 1994) ment des dégâts aux bâtiments pouvant atteindre 50 gravité similaire. Le graphique sectoriel de gauche dans flagrante si lon se réfère au risque quils occasionnent.illustrent les effets du «tremblement de terre milliards de francs suisses. Si les pertes humaines nont la figure indique le poids relatif des principaux phéno- Le déficit de prévention en la matière correspond àmaximum» auquel on peut sattendre en Suisse. Si leur pas été estimées explicitement, on doit sattendre à mènes par rapport à lensemble des risques naturels la perception que lon a du phénomène. Il sécoule peuprobabilité doccurrence est relativement faible, ils nen plusieurs centaines ou peut-être même plusieurs menaçant la Suisse (non compris le risque inhérent à la de temps entre deux inondations, hivers catastro-sont pas moins possibles. Le tremblement de terre de milliers de morts et jusquà dix fois plus de blessés. classe d’endommagement 5 selon [D0150]). Il com- phiques au plan des avalanches ou grosses tempêtes,Bâle (1356) relève de cette catégorie. Lexpérience enseigne en outre quil faut multiplier les prend notamment les risques imputables aux inonda- cest pourquoi on reste conscient de ces dangers et on dégâts aux bâtiments par un facteur 2 à 3 pour évaluer tions, aux orages, aux tempêtes, aux avalanches, etc., prend depuis longtemps des mesures de protection.Au cours des dernières années, lampleur des lensemble des dommages affectant le contenu des ainsi quaux séismes. On relèvera que ce dernier est du En revanche, comme chaque génération ne subit pasdommages auxquels il faut sattendre si un séisme bâtiments, les ouvrages destinés aux transports, aux même ordre de grandeur, si ce nest plus important, un gros tremblement de terre, la majorité de lacatastrophique survient en Suisse a fait lobjet détudes communications, à lapprovisionnement et à lévacua- que le risque inhérent à l’ensemble des autres phéno- population n’est pas consciente des dégâts quil estpoussées sous langle de lassurance et de la préven- tion, les pertes inhérentes à linterruption de la produc- mènes naturels. susceptible doccasionner en Suisse. Mais lorsquil survient, il a des effets dévastateurs. Les pertes en vies humaines et les dégâts matériels peuvent savérer Le risque sismique ne cesse supérieurs de plusieurs ordres de grandeur aux daugmenter dommages occasionnés, notamment, par les inonda- tions ou les avalanches. Risques liés aux différents Dépenses publiques pour Sagissant des ouvrages, le risque sismique est égal au phénomènes naturels les mesures de protection produit de l’aléa (intensité/probabilité doccurrence de lévénement, conditions locales de site) par la valeur Il est urgent dagir des biens menacés et la vulnérabilité du tissu bâti. Or E/3 le parc douvrages saccroît constamment et maintes Les considérations qui précèdent le démontrent sans 600 millions de CHF/an. nouvelles constructions sont très – si ce n’est trop – ambiguïté: la Suisse souffre dun gros déficit en vulnérables aux séismes. La cause réside notamment matière de prévention sismique par des mesures à la Sécheresse dans le respect lacunaire dimportants principes de la construction. Il est urgent dagir pour rattraper Vagues Autres dangers naturels, conception parasismique ou même de dispositions séismes compris limportant retard accumulé [D0150]. Les nouveaux de chaleur relatives aux tremblements de terre figurant dans les ouvrages doivent être conçus de manière à résister Séismes Incendies Incendies, tempêtes, normes, fût-ce par ignorance, par commodité ou par aux séismes dans une mesure raisonnable, pour éviter de forêt parasites, négligence. Il en résulte que le risque sismique ne que lon ajoute constamment de nouvelles construc- etc. (en forêt) cesse de croître inutilement. tions sismiquement vulnérables au bâti qui l’est déjà. Vagues de froid La présente publication souhaite contribuer à diffuser Glissements les connaissances fondamentales nécessaires à cet de terrain Inondations effet.Avalanches Inondations Tempêtes Avalanches Orages Prof. Hugo Bachmann ibk – EPF ZurichPrincipes de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités Principes de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités8 9
  10. 10. Le plus important des risques naturels tion des catastrophes [D0150]. Les assureurs effectuent tion industrielle, les coûts consécutifs aux décès et aux Des mesures insuffisantes des analyses de type «que se passerait-il si» pour blessures, ainsi que les atteintes à lenvironnement. IlEn Suisse comme ailleurs, le risque sismique a long- estimer ce quil adviendrait si certains tremblements de en résulterait pour le tremblement de terre de Bâle une Quen est-il des mesures de protection contre les dangerstemps été sous-estimé, et dans une large mesure terre historiques se reproduisaient en Suisse, ce qui est facture globale plusieurs fois plus élevée que le budget naturels? Les pouvoirs publics y consacrent chaqueignoré. On a pris conscience récemment que des possible à tout moment. Ils prévoient que le séisme de annuel de la Confédération helvétique (env. 50 année envrion 600 millions de francs suisses.séismes catastrophiques peuvent également affecter Viège (1855) occasionnerait aujourdhui des dégâts milliards de francs suisses en 2001). Le graphique sectoriel de droite dans la figure indiquenotre pays. aux bâtiments de lordre de 10 milliards de francs la répartition de cette somme selon les principaux suisses. Le tremblement de terre de Bâle (1356), qui Létude Katanos, effectuée en 1995 par lOffice fédéral phénomènes naturels. On y relève que les mesures deLes séismes de forte magnitude comme ceux qui ont correspond statistiquement à une période de retour de de la protection civile qui soccupe de la prévention protection contre les tremblements de terre bénéficientoccasionné de gros dégâts à Izmit (Turquie, 1999), durée moyenne (500-1000 ans), provoquerait actuelle- des catastrophes, conclut à des dommages dune de montants plus que modestes. La disproportion estKobe (Japon, 1995) ou Northridge (Californie, 1994) ment des dégâts aux bâtiments pouvant atteindre 50 gravité similaire. Le graphique sectoriel de gauche dans flagrante si lon se réfère au risque quils occasionnent.illustrent les effets du «tremblement de terre milliards de francs suisses. Si les pertes humaines nont la figure indique le poids relatif des principaux phéno- Le déficit de prévention en la matière correspond àmaximum» auquel on peut sattendre en Suisse. Si leur pas été estimées explicitement, on doit sattendre à mènes par rapport à lensemble des risques naturels la perception que lon a du phénomène. Il sécoule peuprobabilité doccurrence est relativement faible, ils nen plusieurs centaines ou peut-être même plusieurs menaçant la Suisse (non compris le risque inhérent à la de temps entre deux inondations, hivers catastro-sont pas moins possibles. Le tremblement de terre de milliers de morts et jusquà dix fois plus de blessés. classe d’endommagement 5 selon [D0150]). Il com- phiques au plan des avalanches ou grosses tempêtes,Bâle (1356) relève de cette catégorie. Lexpérience enseigne en outre quil faut multiplier les prend notamment les risques imputables aux inonda- cest pourquoi on reste conscient de ces dangers et on dégâts aux bâtiments par un facteur 2 à 3 pour évaluer tions, aux orages, aux tempêtes, aux avalanches, etc., prend depuis longtemps des mesures de protection.Au cours des dernières années, lampleur des lensemble des dommages affectant le contenu des ainsi quaux séismes. On relèvera que ce dernier est du En revanche, comme chaque génération ne subit pasdommages auxquels il faut sattendre si un séisme bâtiments, les ouvrages destinés aux transports, aux même ordre de grandeur, si ce nest plus important, un gros tremblement de terre, la majorité de lacatastrophique survient en Suisse a fait lobjet détudes communications, à lapprovisionnement et à lévacua- que le risque inhérent à l’ensemble des autres phéno- population n’est pas consciente des dégâts quil estpoussées sous langle de lassurance et de la préven- tion, les pertes inhérentes à linterruption de la produc- mènes naturels. susceptible doccasionner en Suisse. Mais lorsquil survient, il a des effets dévastateurs. Les pertes en vies humaines et les dégâts matériels peuvent savérer Le risque sismique ne cesse supérieurs de plusieurs ordres de grandeur aux daugmenter dommages occasionnés, notamment, par les inonda- tions ou les avalanches. Risques liés aux différents Dépenses publiques pour Sagissant des ouvrages, le risque sismique est égal au phénomènes naturels les mesures de protection produit de l’aléa (intensité/probabilité doccurrence de lévénement, conditions locales de site) par la valeur Il est urgent dagir des biens menacés et la vulnérabilité du tissu bâti. Or E/3 le parc douvrages saccroît constamment et maintes Les considérations qui précèdent le démontrent sans 600 millions de CHF/an. nouvelles constructions sont très – si ce n’est trop – ambiguïté: la Suisse souffre dun gros déficit en vulnérables aux séismes. La cause réside notamment matière de prévention sismique par des mesures à la Sécheresse dans le respect lacunaire dimportants principes de la construction. Il est urgent dagir pour rattraper Vagues Autres dangers naturels, conception parasismique ou même de dispositions séismes compris limportant retard accumulé [D0150]. Les nouveaux de chaleur relatives aux tremblements de terre figurant dans les ouvrages doivent être conçus de manière à résister Séismes Incendies Incendies, tempêtes, normes, fût-ce par ignorance, par commodité ou par aux séismes dans une mesure raisonnable, pour éviter de forêt parasites, négligence. Il en résulte que le risque sismique ne que lon ajoute constamment de nouvelles construc- etc. (en forêt) cesse de croître inutilement. tions sismiquement vulnérables au bâti qui l’est déjà. Vagues de froid La présente publication souhaite contribuer à diffuser Glissements les connaissances fondamentales nécessaires à cet de terrain Inondations effet.Avalanches Inondations Tempêtes Avalanches Orages Prof. Hugo Bachmann ibk – EPF ZurichPrincipes de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités Principes de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités8 9
  11. 11. PB 1 Larchitecte et lingénieur civil collaborent PB 2 Respecter les dispositions parasismiques des normes!d’emblée! très vulnérables, qui présentent des risques élevés de Principes de base pour concevoir des bâtiments parasismiques Principes de base pour concevoir des bâtiments parasismiques Principes de base pour concevoir des bâtiments parasismiques dommages au premier tremblement de terre d’intensi- 1 Faux: 1/2 2 té modérée. Pourtant, létude des constructions «Conception en série» Jusquà SIA 160 (1989) existantes (p. ex. [La 02]) a montré que le respect des Maître de louvrage présent: normes permettait de réduire de façon décisive et sans 1. Architecte: conception de 1. Structure porteuse pour Architecte la structure porteuse et des les charges verticales Désormais: Swisscodes surcoût notable la vulnérabilité des ouvrages aux Ingénieur civil éléments non-porteurs 2. Eléments non-porteurs 2. Ingénieur: dimensionnement… 3. Structure porteuse SIA 260 Principes SIA 264 Construction séismes et surtout daméliorer dans une large mesure SIA 261 Actions composite parasismique SIA 262 Construction SIA 265 Construction leur résistance à leffondrement. Plus efficace et meilleur marché: en béton en bois SIA 263 Construction SIA 266 Maçonnerie L’architecte et l’ingénieur civil «Conception commune» en acier SIA 267 Géotechnique Lignorance ou le non-respect, fût-il partiel, des collaborent d’emblée! • L’architecte et l’ingénieur • «Structure porteuse Respecter les dispositions dispositions parasismiques figurant dans les normes de élaborent ensemble le projet polyvalente» et éléments non-porteurs parasismiques des normes! construction est de nature à occasionner une dépré- Prof. Hugo Bachmann ibk – EPF Zurich Prof. Hugo Bachmann ibk – EPF Zurich Prof. Hugo Bachmann ibk – EPF Zurich ciation de louvrage [Sc 00]. La moins-value peut notamment comprendre les coûts nécessaires à son assainissement, moins les coûts quil aurait de touteLorsquil sagit de concevoir un bâtiment, de nombreux essentiellement de lesthétique du bâtiment et de ses Cest en 1970 quont paru, dans la norme SIA 160, les façon fallu consentir pour que la construction ou lamaîtres douvrages et architectes croient encore à tort fonctions, tandis que lingénieur conçoit au meilleur prix premières dispositions parasismiques en Suisse. Elles transformation réponde aux normes parasismiques.quil suffit dassocier lingénieur civil à la fin du proces- une structure porteuse sûre et efficace. Cest pourquoi savèrent cependant obsolètes au vu des connaissances Les concepteurs peuvent être appelés à assumer lessus, en lui confiant le mandat consistant à «calculer» la la collaboration entre larchitecte et lingénieur actuelles. En 1989, des dispositions appropriées traitant coûts de lassainissement, sans préjuger de la res-structure porteuse pour résister aux séismes. Or cette doit commencer dès les premiers coups de crayon! des principes et des mesures propres à assurer la sécu- ponsabilité quils endossent, avec les propriétaires, sidémarche doit être qualifiée de mauvaise. Elle peut avoir La démarche «en série» est notoirement mauvaise et rité parasismique des ouvrages ont été introduites dans des personnes sont tuées ou blessées à loccasion dunde graves conséquences et occasionner des surcoûts inefficace. Il nest pas du tout pertinent que larchitecte larticle 4.19 de la nouvelle version de la norme SIA tremblement de terre, ou quil en résulte des dégâtsimportants. En effet, aussi poussés soient-ils, les calculs attende davoir élaboré un projet de structure porteuse 160. Elles soumettent la conception et la construction matériels. Lassainissement parasismique coûte enet le dimensionnement ne sont pas à même de compen- et choisi les cloisons intérieures non-porteuses et les de tous les nouveaux ouvrages bâtis en Suisse à général plusieurs fois le prix quil aurait fallu payerser à posteriori les défauts de conception de la structure éléments de façade, avant de sadresser à lingénieur certaines exigences et requièrent quelques vérifications pour que la nouvelle construction ait demblée uneporteuse et les erreurs dans le choix des éléments pour lui confier le calcul et le dimensionnement de la numériques simples (notamment selon la méthode des tenue au séisme appropriée. Il implique en outre desnon-porteurs, notamment des cloisons intérieures et des structure porteuse. Il est tout aussi faux de commencer forces de remplacement), en fonction du niveau de désagréments pouvant aller jusquau déménagement etéléments de façade. par concevoir la structure porteuse en fonction des l’aléa (zone sismique et sol de fondation) et de limpor- à limpossibilité temporaire dutiliser louvrage. Quant à seules charges verticales, puis de choisir les cloisons tance de louvrage pour la population (classe dou- la détermination des parts de responsabilité de intérieures non-porteuses et les éléments de façade et vrages). Ces normes et d’autres dispositions relatives larchitecte et de lingénieur, elle peut requérir des Principes de base pour la conception parasismique des bâtiments enfin de compléter la structure pour quelle résiste aux aux structures porteuses seront bientôt remplacées par procédures judiciaires longues et onéreuses. Le maître actions sismiques. Il en résulte souvent un «bricolage» les Swisscodes, qui représentent une évolution des de louvrage, larchitecte, lingénieur et les autorités ont 1/1 onéreux et insatisfaisant. anciennes normes SIA et concrétisent les principes donc intérêt à ce que tous les nouveaux bâtiments préconisés par les normes européennes (Eurocodes). respectent strictement les dispositions parasismiques des Aussi poussés soient-ils, les calculs et le dimensionnement ne sont pas à même de compenser à posteriori les défauts de Il est beaucoup plus judicieux et plus avantageux de Dans les Swisscodes, les dispositions parasismiques normes et à ce que les vérifications et les procès-verbaux conception de la structure porteuse et des éléments non-porteurs! travailler de concert. Larchitecte et lingénieur prennent sont intégrées – à lexception de la description des de contrôle figurent dans le dossier de construction. en compte les souhaits esthétiques et les impératifs actions sismiques – dans les prescriptions relatives aux fonctionnels pour élaborer ensemble une structure por- différents modes de construction. Elles sont donc L’architecte et l’ingénieur civil collaborent teuse «polyvalente» (adaptée aux charges verticales et placées là où elles sont le plus utiles. Les nouvelles dès les premiers coups de crayon! aux actions sismiques), sûre, efficace et bon marché. dispositions accentueront encore les exigences relatives Puis ils choisissent ensemble des cloisons intérieures et à la sécurité parasismique des ouvrages, surtout pour des éléments de façade dont la déformabilité soit les structures porteuses non-ductiles. Prof. Hugo Bachmann ibk – EPF Zurich compatible avec la structure porteuse. Comme c’est la démarche qui fournit les meilleurs résultats, le maître de Malheureusement, il arrive encore souvent que lesIl est impératif que larchitecte et lingénieur collaborent louvrage est également très intéressé à ce qu’un esprit dispositions parasismiques figurant dans les normes deétroitement dès la première étape de tout projet de de confiance mutuelle et de collaboration étroite règne construction ne soient pas respectées, fût-ce parbâtiment, pour en assurer le bon déroulement, garantir entre l’architecte et l’ingénieur. Le moment opportun ignorance, par indifférence, par commodité ou parla sécurité de louvrage, limiter sa vulnérabilité et main- pour l’instaurer n’est pas l’étape des derniers calculs et négligence. Les constructions ne sont soumises, de latenir les coûts dans des limites raisonnables. Ce faisant, des plans de détail, mais la phase où sont opérés les part des autorités, à aucune condition contraignante,les deux partenaires regroupent des compétences aussi choix cruciaux vis-à-vis de la tenue au séisme et de la assortie de contrôles, qui relève de la police desdifférentes quindispensables. Larchitecte soccupe vulnérabilité de l’ouvrage, soit au tout début du projet. constructions. On continue à construire des ouvragesPrincipes de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités Principes de base à l’attention des ingénieurs, architectes, maîtres d’ouvrages et autorités10 11

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