Cours Postgradué en génie parasismique Notions de risque sismique

1. Cours postgrade de génie parasismiqueModule 3 : Evaluation des structures existantes Dr Vincent Pellissier EPFL-VPPL-OPP Station 5 CH-1015 Lausanne vincent.pellissier@epfl.ch Notions de risque

2. Contenu de l’exposé Eléments juridiques Notion de risque La vulnérabilité du bâti helvétique Détermination de la vulnérabilité Outils de gestion du risque sismique

3. Eléments juridiques Contexte légal – Responsabilité Illicéité (notion de règles de l’art) Faute Dommage Causalité Principes fondamentaux Principe de précaution Principe de proportionnalité

4. Questions juridiques ouvertes Validité légale du cahier technique SIA 2018 Conséquences juridiques en cas d’effondrement si les principes du CT 2018 n’ont pas été respectés Responsabilité et conduite de l’ingénieur en cas de refus du MO de faire un contrôle Délai raisonnable entre l’identification d’un bâtiment avec sécurité largement insuffisante et son assainissement Action à entreprendre au niveau de l’occupation d’un bâtiment à sécurité largement insuffisante

5. Notions de risque – Rappels théoriques Dangers versus Risque Evolution et tendance Des événements rares mais catastrophiques Le risque sismique en Suisse

6. Conséquences Vulnérabilité x Valeurs exposées au risque considéré Danger Aléa (Intensité & Probabilité de survenance) Risque Danger vs Risque

7. Evolution et tendance Demo Sources [SwissRe]

8. Des événements historiques rares mais potentiellement catastrophiques

9. A quels risques la Suisseest-elle confrontée ? Source [KATARISK 03]

10. Un risque sous-estimé en termes de mesures prises par les autorités Dépenses publiques pour les mesures de protection, 600 millions de francs par année Source [Bachmann 2002]

11. Quels sont les risques les plus importants de Suisse ? Avalanches en Suisse Séisme en Suisse 20 morts par année 4 millions de francs par année 200 morts par siècle => 2 morts par année 20’000 millions de francs par siècle => 200 millions par année

12. ? Ceinture auto Désamiantage USA Vaccinationstiers monde Casque moto Mesures parasismiques en Suisse Sécurité parasismique à quel prix ? Coût pour sauver une vie humaine

13. La vulnérabilité du bâti helvétique Paramètres déterminant la vulnérabilité d’un bâtiment Influence de la génération de norme sur le comportement sismique Structure du bâti helvétique Particularités des sollicitations sismiques Nouvelles constructions versus bâtiments existants Contexte d’application Critères de décision (faut-il renforcer un bâtiment existant ?)

15. matériaux

16. normes

17. détailséléments non-structuraux fondation & sol sismicité

18. depuis 1982 1972 - 1981 jusqu’à 1971 Exemple de l’impact des normes sur la tenue sismique des bâtiments pourcentages des bâtiments statistiques de 2000 bâtiments à Kobe (Japon) suite au séisme de 1995 Années de construction, selon les générations de normes

20. Évolution des forces latérales(normes SIA; Bâtiment type à Bâle)> 2003 1989 - 2003 1970 - 1989 sollicitation latérale (vent & séisme) 1956 - 1970 < 1956 => Besoin d’évaluation parasismique

21. Vulnérabilité des bâtiments en Suisse ? Potentiellement considérable Mal connue peu d’études spécifiques pas de séismes « tests » récents Variable selon le type de bâtiment Villas individuelles (1 - 2 étages) Bâtiments multi-étages modernes (« engineered structures ») béton armé, construction métallique généralement des murs de refend Bâtiments multi-étages anciens (« non-engineered ») maçonnerie de pierre ou de brique par ex. peu de diaphragmes rigides

22. Particularités de la sollicitation sismique Accidentelle & « no warning » Dynamique Composante horizontale Cyclique

23. Nouvelles constructions vs Construction existantes Construction existantes Nouvelles constructions Modifications de la structures sont très chères ! Améliorations sismiques + ou -« gratuites » Basé sur la gestion du risque actualiser les exigences et la durée d’utilisation  estimer le comportement ultime effectif  Approche probabiliste? Basé sur les normes  Actions et règles de dimensionnement sont données  « du côté de la sécurité »  calculs déterministes suffisent Calculs non-linéaires souvent requis Calculs linéaires généralement suffisant

24. Réduction du risque sismique dans les nouvelles constructions Limitation des pertes de vies humaines Application des normes de construction est efficace dans la réduction du risque Coûts généralement très faibles lorsqu’on intervient tôt dans le projet Limitation des dégâts matériels et des pertes de fonctionnalité Normes de construction ne suffisent souvent pas (éléments non-structuraux, équipements ...) Coûts variables en fonction de la limitation souhaitée

25. « The challenge of existing buildings » Défi pour la société Développer la volonté et les outils politiques, légaux, fiscaux et économiques pour réduire le risque Rôle crucial des pouvoirs publics évènements rares et catastrophiques Quid d’une assurance sismique ? Graduées selon la vulnérabilité Primes réalistes Privée ou publique Défi pour les spécialistes Développer et appliquer des outils d’évaluation Développer et appliquer des techniques de renforcement Réduire les coûts d’intervention

26. Priorités dans l’évaluation Ouvrages prioritaires Structures « life line » Constructions essentielles à la vie publique et économique Installations dangereuses (OPAM) Bâtiments anciens « Non-engineered » buildings Bâtiments en rénovation Bâtiments vulnérables (maçonnerie)

27. Procédures d’inventaires cantonaux Quels cantons inventorient la sécurité sismique de leurs bâtiments publics importants et/ou de leurs bâtiments de fonction critique Remarque: Procédures plus ou moins poussées !

29. 18 cantons sur 26 pour leurs propres ouvrages publics

31. Critères au niveau normatif Sources Neuf Normes SIA 260 et ss (2003) Existant Norme SIA 469 (1997) chiffre 3 21 3 Directive SIA 462 (1994) chiffre 2 1 Directive SIA 162/5 (1997) chiffre 2 21 Cahier technique SIA 2018 annexe D Bilan - Plutôt trop, que trop peu, de règlements - Pas coordonnés - Toutes les formulations sont ouvertes (vagues)

32. Existant – Critères au niveau normatif SIA 469 (chiffre 3 21 3): La vérification est indispensable si la surveillance fait présumer une sécurité insuffisante, ou si une opération de remise en état, de rénovation ou de transformation, est envisagée. Il est nécessaire aussi lorsqu’un important changement d’utilisation doit avoir lieu.

33. SIA 462 (chiffre 2 1): Un contrôle de la sécurité structurale d'un ouvrage existant se justifie dans les cas suivants: - lors de changement d'utilisation (actions modifiées, risques modifiés) - lors d'interventions sur la structure (modification du système porteur, création d'ouvertures) - lors de dégâts à la structure (fissuration prononcée, grandes déformations, éclatements, corrosion) - lors d'importants mouvements du soI de fondation (tassement, glissement, affouillement) - suite à une action accidentelle (choc, déraillement, incendie, explosion, séisme important) - lorsque des connaissances nouvelles en font apparaître l'opportunité. Existant – Critères au niveau normatif

34. SIA 162/5 (chiffre 2 21): Une vérification doit être effectuée lorsque des dégâts ou des défauts significatifs sont constatés lors de la surveillance ou lorsqu’une modification de l’ouvrage est envisagée. De même, elle peut être effectuée lors de changements d’utilisation ou après des actions accidentelles. Existant – Critères au niveau normatif

36. Éviter les contrôles dans des situations où l’implémentation de mesures n’est pas raisonnablement possible ou exigible

37. Contrôler systématiquement les ouvrages dont la fonction est critique

38. Contrôler sur la base de typologies de bâtiments à priori très mauvaisExistant – Critères au niveau normatif

40. Il y a augmentation de la surface ou

41. Il y a atteinte à la structure porteuse ou

42. Il y a changement d’affectation.Le détail de la procédure sera présentée plus loin dans ce cours.

45. Critères pour les projets fédéraux Infrastructure critique ou investissement > 5 Mio.- OUI Valeur < 1 Mio.- ou investissement < 0.1 Mio.- et pas de fonction critique et ≤ 3 étages -> NON NuisanceEtendue (%surf.)Investissement/Valeur Haute 3 > 50% 5 > 50% 5 Moyenne 1 > 10% 2 > 10% 2 Basse 0 < 10% 0 < 10% 0 Total de points 7+ OUI < 3 NON entre deux avis

46. Détermination de la vulnérabilité Pour un gestionnaire de portefeuille immobilier Pour un assureur

47. Pour un gestionnaire de portefeuille : Exemple des bâtiments de l’EPFL

48. Niveaux d’évaluation Évaluation statistique Objectif est d’évaluer la vulnérabilité d’une population de bâtiments « fragility analysis and curves » Évaluation préliminaire (triage) Objectif est d’identifier des « bâtiments à risque » Rapide, visuel & selon des critères simples Évaluation détaillée (structure individuelle) Objectif est de donner une réponse technique à la question: faut-il prendre des mesures parasismiques? Vérification de la structure afin de déterminer sa vulnérabilité sismique Diverses méthodes d’analyse

49. Méthodologie retenue à l’EPFL 1. Nouvelles constructions 2. Bâtiments existants Phase 1 - Microzonage Phase 2 – Vulnérabilité => Risque Phase 3 – CT SIA 2018 Phase 4 – Mesures techniques

50. Nouvelles constructions Formation sur les formulaires ad hoc Mise en œuvre du processus de contrôle RPP demandés sur les nouvelles constructions (RLC, SV, CCE, PSE,…) RPP demandés pour les transformations lourdes (BPH)

51. Bâtiments existantsMicrozonage spectral – Zonage

52. Microzonage spectral – Spectres Tiré du rapport Résonance SA

53. Cadastrage du risque http://plan-dii.epfl.ch

54. Pour un assureur : Calcul de la prime d’assurance pour la ville d’Aigle

56. Taille de la ville

58. Détermination de l’aléa - Aléa local - Aléa régional

59. Les bâtiments sont classés en catégories sismiques

60. Ces bâtiments sont ensuites classés en clases de vulnérabilité

61. Détermination de la vulnérabilité Courbes de vulnérabilité Demo

62. Conséquences par scénarios

63. Outils de gestion du risque Panel de mesures 2 familles de méthodes de calcul Par où commencer ? Des questions ouvertes Conclusion

64. Arsenal de mesures de gestion du risque Demo

65. « Amélioration technique sismique » Courant dans certains pays, rare en Suisse En Suisse: surtout lors de la rénovation lourde d’un bâtiment Généralement pour sauver des vies humaines i.e. prévention d’un effondrement partiel ou total Exceptionnellement pour limiter les dégâts i. e. maintenir la fonctionnalité ou prévenir un disfonctionnement dangereux Généralement coûteux Souvent péjorant pour l’utilisation pendant la construction Parfois péjoration pour l’apparence ou la fonctionnalité du bâtiment Grande variété de techniques Correspond à la diversité des insuffisances sismiques Rôle croissant des matériaux composites

66. 2 familles de méthodes de calcul Méthodes basées sur les forces (MBF) calcul linéaire base des normes de dimensionnement simples, éprouvées et établies prise en compte très approximative du comportement non-linéaire Méthodes basées sur les déplacements (MBD) calcul non-linéaire compatible avec « performance based design » et avec le « capacity design » effort de calcul plus important manque d’outils de calcul prédiction des déformations et du mode de rupture plus « réaliste »

67. Efforts latéraux Joe’s Beer! Food! Joe’s Beer! Food! large change in deformation level small change in force level Déformation latérale Prédiction des dégâts passe par le calcul des déformations

69. Critères de décision sont différents

70. Evaluations sismiques chargées d’incertitudesMéthodes complémentaires débuter par MBF, et selon résultats et type de structure compléter par MBD pour développer une compréhension plus large du comportement sismique probable

71. Calculs parasismiques - Méthodes d’analyse Statique linéaire Forces de remplacement Dynamique linéaire Spectre de réponse Statique non-linéaire analyse « push-over » Dynamique non-linéaire « Zeitverlaufverfahren »

72. Questions ouvertes Valeur légale du CT ? Vulnérabilité réel des bâtiments et infrastructures ? Qu’en est-il de la vulnérabilité des systèmes complexes ? Systèmes de transports (ponts, murs de soutènement, …) Systèmes énergétiques, télécommunication, …. Efficacité des mesures techniques sur la vulnérabilité ? Film Démo

73. Conclusion La réduction du risque sismique passe par l’application des règles de l’art du génie parasismique à la construction de nouvelles structures et infrastructures problème « politique » et économique une réduction de la vulnérabilité du bâti existant problème économique, « politique » et technique Défi interdisciplinaire qui doit être relever dans le contexte d’une gestion intégrée des risques naturels (… et techniques)

74. Merci de votre attention