Mutuelle des Architectes Français assurances

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1 INFORMATIONS TECHNIQUES T 4 Mutuelle des Architectes Français assurances CONCEPTION PARASISMIQUE DES MAISONS INDIVIDUELLES MAI 2012* Milan ZACEK La fiche T4 C a été établie par Milan Zacek. Professeur des écoles d architecture, architecte, ingénieur, il assure de nombreuses conférences et formations d architectes et d ingénieurs en protection parasisimique des bâtiments. Sommaire de la fiche C 1 - Nouvelle réglementation pour la construction parasismique p. 2 des maisons individuelles et l intervention sur l existant 2 - Parti architectural p Organisation du système porteur p Dispositions constructives p. 8 PRÉAMBULE Lors des séismes passés, la destruction de maisons individuelles a été fréquente et souvent meurtrière. Les raisons en sont multiples : construction avant la publication de normes parasismiques, autoconstruction par des personnes sans qualification, absence d étude de sol, non-respect des normes parasismiques, volontaire ou par ignorance, etc. Or, la construction parasismique représente le moyen le plus efficace de se protéger des effets d un séisme majeur car, dans la plupart des cas, ce sont les constructions qui tuent en s effondrant sur les occupants. L expérience montre que les maisons, correctement conçues et édifiées en appliquant les dispositions constructives parasismiques, sont sûres et les dommages sismiques qu elles peuvent subir peu importants et facilement réparables. Cette fiche est basée sur la nouvelle réglementation en ce qui concerne la construction des maisons individuelles en zone sismique. La nouvelle réglementation laisse aux constructeurs le choix entre trois types de règles parasismiques applicables aux maisons individuelles : - Eurocode 8 (règles générales), toujours applicable et obligatoire pour les constructions dont la configuration n est pas «simple». - Chapitre 9.7. de l Eurocode 8, spécifique aux bâtiments «simples» en maçonnerie. - Règles parasismiques simplifiées : Règles PS-MI 89/92 en zones 3 et 4 et Guide CP-MI Antilles en zone 5, dont l emploi est également limité aux constructions «simples». Les deux derniers types de règles dispensent de la vérification par le calcul de la sécurité des constructions vis-à-vis de l effondrement. Par ailleurs, en zones 1 et 2, la construction des maisons individuelles n est pas sujette aux règles parasismiques. Retrouvez le tableau comparatif des règles PS-MI et Eurocode 8 en maison individuelle sur les sites Internet de la MAF : Espace adhérent Documentation en ligne Contenu documentaire * LA FICHE T4 D OCTOBRE 1991 EST ANNULÉE Mutuelle des Architectes Français assurances. Entreprise régie par le code des assurances. Société d assurance mutuelle à cotisations variables 9, rue de l Amiral Hamelin Paris Cedex 16 Tél. : Fax :

2 1 - NOUVELLE RÉGLEMENTATION POUR LA CONSTRUCTION PARASISMIQUE DES MAISONS INDIVIDUELLES ET L INTER- VENTION SUR L EXISTANT La plupart des pertes en vies humaines lors d un tremblement de terre étant dues à l effondrement des bâtiments et de divers autres ouvrages, dans de nombreuses communes françaises, il est obligatoire d appliquer les règles (normes) parasismiques en vigueur. Le degré de protection varie selon les zones, qui sont définies par décret. L appartenance des communes à une zone fait l objet du décret n du 22 octobre Ce décret divise le territoire national en cinq zones de 1 à 5 (l ancienne appelation des zones était respectivement 0, Ia, Ib, II et III), par ordre croissant de sismicité (fig. 1). Seules les maisons individuelles situées en zones 1 et 2 ne sont pas assujetties à l application des règles parasismiques. Dans les autres zones, on doit appliquer l Eurocode 8 (normes NF EN , NF EN et NF EN ) accompagné des annexes nationales correspondantes (NF EN /NA, NF EN /NA et NF EN /NA), ce qui implique un dimensionnement aux séismes et une vérification de la sécurité vis-à-vis de l effondrement. Mais dans certains cas, des règles simplifiées, qui dispensent de vérifier la sécurité, peuvent être utilisées. Il s agit des règles suivantes : - en zones de sismicité 3 et 4, les Règles PS-MI 89 révisées 92 peuvent dans certains cas être appliquées. Pour être éligibles, les maisons doivent répondre à un certain nombre de critères : limitations concernant le nombre de niveaux, la hauteur d étage, la portée des balcons, la configuration, la capacité portante du sol, etc. Pour l application de ces règles, les zones sismiques 0, Ia, Ib et II correspondent respectivement aux nouvelles zones 1, 2, 3 et 4 ; - en zone de sismicité 5, le Guide CP-MI Antilles, portant sur la construction parasismique des maisons individuelles aux Antilles, peut être utilisé pour les maisons entrant dans son domaine d application ; - en toute zone, le chapitre 9.7 de l Eurocode 8 intitulé «Règles pour les bâtiments simples en maçonnerie» autorise, moyennant le respect de dispositions constructives et de certaines limitations, l absence de vérification de la sécurité vis-à-vis de l effondrement. L application des règles générales, non simplifiées, impliquant la vérification par le calcul de la sécurité vis-à-vis de l effondrement, peut donner lieu à des dispositions moins contraignantes que celles des règles simplifiées. Toutefois, le fait de ne pas faire de vérification de la sécurité de la structure ne dispense pas d examiner les bâtiments simples en regard des conditions de sol. Fig. 1 Nouveau zonage sismique de la France (entrée en vigueur le 1 er mai 2011). La construction parasismique est régie par le décret n du 22 octobre 2010 et par son arrêté d application (arrêté du 22 octobre 2010 relatif à la classification et aux règles de construction parasismique applicables aux bâtiments de la classe dite «à risque normal»). Les décrets et l arrêté cités entrent en vigueur le 1 er mai L obligation d appliquer les règles parasismiques aux bâtiments existants concerne certains travaux faisant l objet d une demande de permis de construire ou d une autorisation de travaux. Les travaux concernés sont précisés dans l arrêté du 22 octobre Cet arrêté n exige aucun confortement préventif a priori, alors même que les bâtiments existants constituent les constructions les plus vulnérables. Cependant les plans de prévention des risques (PPR), élaborés pour certaines communes (Nice, Menton, Manosque ), peuvent imposer une intervention préventive. 2/16

3 Les maisons individuelles sont concernées par les travaux suivants : - remplacement ou ajout d éléments non structuraux En zones 3, 4 et 5, on doit appliquer les dispositions prévues dans l Eurocode 8 pour les éléments non structuraux qui peuvent, en cas de rupture, exposer des personnes à des risques, notamment les cheminées et les panneaux de remplissage en maçonnerie des structures à ossature en poteaux et poutres. Des mesures doivent être prises pour prévenir l éclatement de ces panneaux sous l action sismique. On peut utiliser un treillis soudé convenablement ancré sur un côté du mur ou des chaînages ou raidisseurs intermédiaires horizontaux. Si un panneau de remplissage comprend des ouvertures importantes, il convient de border leurs rives d encadrements en béton armé ; - augmentation de la SHON initiale de plus de 20 % En zone 5, pour les maisons ne respectant pas le domaine d application du document CP-MI Antilles de 2004, l Eurocode 8 doit être appliqué. - augmentation de la SHON initiale de plus de 30 % En zones 3 et 4, on doit appliquer l Eurocode 8 ou, si leur domaine d application est respecté, les Règles PS-MI 89/92 en utilisant les dispositions applicables respectivement à la zone 2 et 3. En zone 5, le Guide CP-MI Antilles 2004 peut être utilisé si son domaine d application est respecté. Pour les autres maisons, l Eurocode 8 est obligatoire. - suppression de plus de 30 % d un plancher En zone 3, on doit appliquer l Eurocode 8 ou, si leur domaine d application est respecté, les Règles PS-MI 89/92 en utilisant les dispositions applicables à la zone 2. En zone 4, pour les maisons ne respectant pas le domaine d application des Règles PS-MI 89/92, l Eurocode 8 doit être utilisé. En zone 5, pour les maisons ne respectant pas le domaine d application du document CP-MI Antilles de 2004, l Eurocode 8 doit être utilisé. - suppression de plus de 20 % du contreventement vertical (murs et trumeaux) En zone 5, pour les maisons ne respectant pas le domaine d application du document CP-MI Antilles de 2004, l Eurocode 8 doit être utilisé. 2 - PARTI ARCHITECTURAL Avantages de la simplicité La manière dont les bâtiments oscillent lors d un tremblement de terre dépend entièrement de leur architecture. Les oscillations inutilement amplifiées par une architecture défavorable peuvent épuiser prématurément la résistance de la structure et l endommager, contrairement aux oscillations optimisées. Les règles parasismiques (normes parasismiques) sont appliquées sur un projet fini et n ont pas pour objet de modifier le comportement dynamique de la construction sous séisme, fût-il très défavorable. Elles visent à lui conférer, grâce au dimensionnement qui tient compte de l architecture déterminée par le projet et à des dispositions constructives spécifiques, une résistance aux tremblements de terre suffisante pour sauvegarder les vies humaines. La protection parasismique réglementaire ne vise pas l absence de dommages en cas de séisme violent. Au contraire, des dommages structuraux et non structuraux ne constituant pas une menace pour les vies humaines sont acceptés. Or, une construction «simple» est beaucoup moins vulnérable aux secousses qu un ouvrage de formes complexes, ce qui lui permet de prévenir ou de limiter les dommages sismiques. Elle est également moins coûteuse. Au moment de la conception, il est donc vivement souhaitable d opter pour la simplicité. Celle-ci concerne la configuration de la maison et de son système porteur. Les configurations limites dans lesquelles doit s inscrire une construction simple sont précisées dans les règles simplifiées. Le recours à un ingénieur n est pas obligatoire pour l application de ces règles. Il est néanmoins souhaitable. Les dispositions constructives présentées dans cette fiche sont basées principalement sur le chapitre 9.7 de l Eurocode 8 qui traite des bâtiments simples. Les exigences figurant dans d autres règles sont mentionnées lorsqu elles diffèrent. Après avoir choisi les règles que l on va utiliser, il est nécessaire de les respecter entièrement. Il n est pas admis de sélectionner les mesures les moins contraignantes figurant dans les différentes règles Nombre de niveaux Si on souhaite utiliser des règles parasismiques simplifiées, permettant de se dispenser de la vérification par le calcul de la sécurité vis-à-vis de l effondrement, le nombre de niveaux est limité. Le chapitre 9.7 de l Eurocode 8 «Règles pour les bâtiments simples en maçonnerie» autorise un seul étage sur rez-dechaussée (avec ou sans sous-sol), surmonté éventuellement d un comble non habitable. Les combles habitables sont consi- 3/16

4 dérés comme un étage. Les sous-sols partiellement enterrés comptent pour un niveau au-dessus du sol dès lors que plus de 50 % de la surface de leurs murs périphériques est visible de l extérieur (fig. 2). Selon l Eurocode 8 Selon les Règles PS-MI 89/92 Fig. 4 Dimensions maximales des décrochements. Maisons dites «simples» : règles simplifiées admises Autres maisons : règles simplifiées non admises Fig. 2 Maisons pouvant bénéficier ou non d une classification «bâtiments simples en maçonnerie» selon l Eurocode 8. Les Règles PS-MI 89/92 sont plus contraignantes quant au nombre de niveaux. Elles considèrent un sous-sol comme un niveau au-dessus du sol lorsque le plancher bas du rez-dechaussée dépasse le sol de plus 50 cm (exception faite d un accès au sous-sol d au plus 3 m de largeur), même si le dépassement n a lieu qu en aval d une maison implantée sur une pente. Par contre, les combles habitables sont admis en plus d un étage sur rez-de-chaussée (fig. 3). Notons que la pente naturelle du terrain ne doit pas dépasser 10 %. Les maisons présentant des décrochements plus grands et les maisons plus «allongées» peuvent être fractionnées en blocs indépendants par des joints appelés joints sismiques, dont la largeur doit être suffisante pour éviter l entrechoquement des blocs attenants. Cependant, le coût d un joint est élevé ; selon une étude du CETE Méditerranée de 1985, dans le cas d une maison à rez-de-chaussée, il peut atteindre plus de 6 % du coût de la construction. Les Règles PS-MI 89/82, applicables en zones de sismicité 2, 3 et 4, exigent que les joints soient vides de tout matériau et possèdent une largeur d au moins 4 cm (fig. 5 et 6). En zone 5, le Guide CP-MI Antilles exige une largeur minimale de joint de 6 cm. Règles PS-MI 89/92 applicables Règles PS-MI 89/92 non applicables Fig. 5 Joint sismique vide de tout matériau, épaisseur 4 cm. Michel C Fig. 3 Domaine d application des Règles PS-MI 89/ Forme générale de la maison en plan De même, pour pouvoir utiliser des règles simplifiées, la forme en plan de la maison doit être quasi régulière et compacte. Le rapport entre le plus grand et le plus petit côté de la maison ne doit pas être supérieur à 4. En outre, les parties en saillie ou en retrait par rapport à la forme rectangulaire ne doivent pas dépasser 15 % de la surface du plancher haut selon le chapitre 9.7 de l Eurocode 8 ou, selon les Règles PS-MI 89/92, les longueurs cumulées des décrochements ne doivent pas excéder le quart de la longueur du bâtiment (fig. 4). Maisons ne bénéficiant pas d une classification «bâtiments simples en maçonnerie» Fig. 6 Configuration en plan des maisons. Bâtiments «simples» (zones 2, 3 et 4) 4/16

5 -A Configuration en élévation Les étages en retrait par rapport au rez-de-chaussée donnent lieu à un comportement dynamique défavorable, du moins lorsqu il s agit de retraits importants. Selon le texte général de l Eurocode 8, la limite au-delà de laquelle un retrait est considéré comme préjudiciable correspond à 20 % de la dimension du niveau inférieur dans la même direction. Cependant, le chapitre 9.7 consacré aux bâtiments simples en maçonnerie est plus tolérant : Lorsqu un étage occupe une aire réduite par rapport à celle du rez-de-chaussée, dans les deux directions horizontales, la différence de sections horizontales cumulées des murs de contreventement (donc aussi de leurs longueurs lorsqu ils ont tous une même épaisseur) est limitée à 33 % (fig. 7). La différence des masses des niveaux est limitée à 20 %, sauf pour les combles, habitables ou non. Dans le cas de retraits plus importants, il est possible de prévoir un joint sismique (fig. 8). Fig. 9 Solutions pour les retraits d étage (Règles PS-MI 89/92). Fig. 10 Hauteurs d étage (Règles PS-MI 89/92). Zacek M. Fig. 7 Retrait d étage. Les Règles PS-MI 89/92, quant à elles, n imposent aucune limite à la différence de l emprise en plan des niveaux au-dessus du sol, mais exigent que le niveau enterré règne sur toute la surface de la construction dans les limites des joints de fractionnement. En cas de retrait d étage, les chaînages verticaux de ce niveau doivent être renforcés (section minimale des armatures majorée de 50 %) (fig. 9). Par ailleurs, la plus petite hauteur d étage doit être supérieure à 70 % de la plus grande. En cas de hauteur d étage variable, c est la hauteur minimale qui doit être considérée pour l application de cette règle (fig. 10). Fig. 8 Joint sismique (vide de tout matériau) dans le cas d un retrait d étage important. 3 - ORGANISATION DU SYSTÈME PORTEUR Structure principale et structure secondaire En matière de protection parasismique des bâtiments, il convient de distinguer la structure principale et la structure secondaire. La structure principale, constituée par les éléments les plus rigides dans une direction horizontale, assure l intégrité de l ouvrage face aux actions sismiques et une certaine durée de résistance. Tous les éléments participant au contreventement en font partie. Quant aux éléments de la structure secondaire, ils doivent tolérer les déformations de la structure principale tout en continuant de remplir leur fonction. Par exemple, dans une ossature en béton armé contreventée par des voiles, les poteaux sont considérés comme des éléments secondaires. La part des charges sismiques horizontales qu ils reçoivent est en général négligeable, car dans le cas des bâtiments à planchers en béton armé, les charges sismiques se répartissent sur les éléments de structure verticaux proportionnellement à leur rigidité latérale. Or un voile peut être mille fois plus rigide qu un poteau et donc recevoir mille fois plus de charges. De même, les poteaux supportant le toit de la véranda de la figure 11 constituent la structure secondaire. La symétrie des éléments rigides préconisée dans la fiche T4-A pour prévenir la torsion d ensemble de la construction ne concerne ici que les murs et trumeaux, qui font partie de la structure principale. 5/16

6 La longueur des murs demandée par l Eurocode 8 étant parfois difficile à obtenir, l annexe nationale autorise à considérer comme participant au contreventement les murs comportant une seule ouverture, porte ou fenêtre, bordée par un cadre rigide en béton armé (fig. 13). La section recommandée de ce cadre est de 20 x 20 cm ou 15 x 25 cm (selon l épaisseur du mur) ; l armature recommandée est de 4 Ø14. Fig. 11 Structure principale (murs et trumeaux d une largeur 80 cm) et structure secondaire (poteaux) Constructions à murs porteurs en maçonnerie La stabilité vis-à-vis des charges sismiques horizontales des maisons individuelles de ce type est assurée par les trumeaux et les murs sans ouvertures, résistant aux sollicitations horizontales dans leur plan. Il est donc important que leur nombre soit suffisant et qu ils soient correctement répartis. Les dispositions suivantes résultent de l application du chapitre 9.7 de l Eurocode 8 consacré aux bâtiments simples. Les murs de contreventement doivent être disposés dans les deux directions principales du plan et répartis quasi symétriquement. Au moins deux murs, bordés de chaînages sur les quatre côtés, doivent être placés dans chaque direction principale (fig. 12). Chacun de ces murs doit avoir une longueur supérieure à 30 % de celle du bâtiment dans la même direction (en zone 2, il suffit que le cumul des longueurs des trumeaux atteigne ces 30 %). Afin de résister efficacement aux effets de torsion d ensemble de la maison lors d un séisme, il est nécessaire que les deux murs placés dans une direction soient éloignés l un de l autre d au moins 75 % de la longueur du bâtiment dans l autre direction (fig. 12). Selon l Eurocode 8, la longueur minimale d un trumeau participant au contreventement est de 80 cm. Les Règles PS-MI 89/92 sont plus pénalisantes. Elles exigent une longueur de trumeau d au moins 110 cm et le rapport maximal de longueurs de deux trumeaux, dans une direction, inférieur ou égal à 1,5. Fig. 13 Types de murs et trumeaux de contreventement admis par l Eurocode 8 et l annexe nationale (murs grisés). Les petits percements des murs de contreventement, d'au plus 0,04 m² avec un rapport des côtés compris entre 1 et 2 (par exemple 20 x 20 cm), sont autorisés par l Eurocode 8 à condition d être distants des bords et des autres percements d'au moins 1 mètre (fig. 14 gauche). Leur présence ne conduit à aucun renfort particulier. Les Règles PS-MI 89/92 n autorisent qu un seul percement, d un diamètre Ø20 cm au plus, éloigné de plus de 30 cm des diagonales du panneau (fig. 14 droite). En effet, l intégrité des diagonales est très importante car ce sont ces zones qui assurent la résistance des murs de contreventement aux charges horizontales (fig. 15). On les appelle «bielles de compression». Un percement peut réduire considérablement leur efficacité et une ouverture (fenêtre, porte) l anéantir. Fig. 14 Percements autorisés d un mur de contreventement (à gauche : Eurocode 8, à droite : Règles PS-MI 89/92). Fig. 12 Nombre et longueurs minimales des murs de contreventement (les murs noircis correspondent au minimum). Fig. 15 Rôle des diagonales des panneaux de contreventement. Elles assurent la résistance aux charges horizontales et ne doivent comporter aucun percement. 6/16

7 Les murs courbes en maçonnerie ne conviennent pas, car ils éclatent sous l effet de l action sismique. Par contre, les voiles courbes en béton armé forment une coque et se comportent bien en cas de tremblement de terre (fig. 16) Ossatures poteaux-poutres Ces ossatures, en béton armé, bois ou acier, doivent être dimensionnées par un ingénieur. Leur configuration devrait minimiser les amplitudes d oscillation provoquées par des tremblements de terre en prévenant les oscillations asynchrones, la torsion d axe vertical de la construction, l effet de niveau souple et l effet de poteau court, exposés dans la fiche T4-A. Takeyama K. Fig. 16 Les murs courbes en maçonnerie ne conviennent pas. Par contre, les voiles courbes en béton armé ont un bon comportement sous l action sismique. Ossatures associées à des murs participant au contreventement ou palées de stabilité La stabilité horizontale de ces structures est assurée par des palées triangulées (cas des structures en bois ou acier) ou par des murs, de préférence en voile de béton. En effet, les murs en maçonnerie éclatent souvent sous l effet des séismes (fig. 19), car la liaison entre les panneaux de maçonnerie et la poutre supérieure est rarement efficace. Sans dispositions particulières (par exemple béton projeté sur grillage en façade), il est fortement déconseillé de les utiliser au-delà de la zone de sismicité 2. La largeur moyenne des murs et trumeaux dans une direction ne doit pas être inférieure à 1,50 m. Afin de pouvoir considérer un bâtiment en maçonnerie comme étant simple, les murs de contreventement doivent descendre directement jusqu aux fondations. Un vide sanitaire sur poteaux n est pas autorisé pour les bâtiments dits «simples» (fig. 17 et 18). L organisation en plan et en élévation des éléments de contreventement devrait suivre les recommandations exposées au chapitre 10 de la fiche T4-A. Hashemi H Murs portés par une ossature : vérification de sécurité obligatoire Murs descendant jusqu aux fondations : dispense de vérification de sécurité Fig. 17 Maisons pouvant bénéficier ou non d une classification «bâtiments simples en maçonnerie». Fig. 19 Eclatement de remplissages en maçonnerie suivi d effondrement, séisme de Bam, Iran Les ossatures en acier ou bois (fig. 20 et 21) présentent en général un comportement sous séisme satisfaisant. Pracht K. Zacek M. Fig. 18 Exemple de maison sans murs en vide sanitaire. Cette configuration nécessite une vérification de sécurité selon l Eurocode 8. Fig. 20 Maison individuelle à ossature en bois contreventée par des palées de stabilité en croix de Saint-André. 7/16

8 Ogg A. Les briques ou blocs de béton pleins ou à perforations verticales d un volume < 25 %, ayant une épaisseur minimale brute de 15 cm, peuvent être employés sans restriction. Les Règles PS-MI 89/92, moins contaignantes que l Eurocode 8, autorisent une épaisseur minimale de 10 cm pour les blocs pleins. Ogg A. Les éléments creux, d une épaisseur minimale brute de 20 cm, doivent comporter une cloison interne porteuse parallèle au mur, superposée d un bloc à l autre. Fig. 21 Maison individuelle à ossature en acier contreventée par des palées de stabilité en croix de Saint-André. Ossatures avec cloisons légères, sans murs massifs Les cloisons légères en plaques de plâtre ou en menuiserie ne participent pas au contreventement. Les ossatures doivent donc être autostables, autocontreventées par effet de portique. C est souvent le cas des structures en acier (fig. 22). Elles requièrent une bonne ductilité, permettant à leurs éléments de subir, lors des séismes majeurs, de grandes déformations au lieu d une rupture brutale. Un niveau élevé de ductilité peut être conféré aux portiques par une architecture judicieuse, limitant des concentrations d efforts (cf. fiche T4-A) et par des dispositions constructives appropriées. Les ossatures autocontreventées en portiques bidirectionnels, utilisées fréquemment pour la construction des maisons individuelles en acier, doivent respecter le principe «poteau fort-poutre faible», exposé au chapitre 7 de la fiche T4-A. Lorsqu elles sont correctement conçues, leur comportement sous séisme est excellent. Pegrum R. 4 - DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES Matériaux Blocs de maçonnerie Fig. 22 Maison individuelle à ossature en acier adossée à une pente : superstructure autocontreventée en portiques bidirectionnels, soubassement contreventé. Structure principale (murs participant au contreventement), fig. 23 et 24 Fig. 23 Blocs de béton autorisés pour les murs et trumeaux de contreventement. Fig. 24 Blocs de béton non admis pour les murs et trumeaux de contreventement. Structure secondaire (trumeaux de faible largeur et cloisons) Tous les types de briques ou de blocs de béton peuvent être utilisés sans restriction. Mortier La maçonnerie peut être hourdée au mortier habituel ou au mortier mince (mortier-colle) d une épaisseur de 1 à 3 mm. La résistance du mortier à la compression doit être d au moins 5 N/mm 2. Acier d armature L acier de béton armé doit être à haute adhérence (HA) et appartenir aux classes B ou C conformément à l EN : 2004 (Eurocode 2). Le fournisseur doit garantir cette conformité Structure Constructions en maçonnerie Mise en place des maçonneries Les dispositions parasismiques s ajoutent à celles applicables en zones non sismiques, qui doivent donc être également FIB FIB 8/16

9 respectées : joints d assise des blocs de maçonnerie horizontaux, joints verticaux alternés, épaisseur des joints horizontaux et verticaux en mortier d usage courant comprise entre 6 et 15 mm et entre 1 et 3 mm pour les joints minces, dimensions maximales des saignées admises sans calcul, etc. Les joints entièrement remplis, qui assurent une meilleure résistance, sont préférables (les Règles PS-MI 89/92 exigent le remplissage de tous les joints). Cependant, l Eurocode 8 admet les joints verticaux non remplis (entre autres, cas des blocs collés), qui nécessitent une procédure de validation du mode de pose. Par ailleurs, les joints non remplis avec dispositif d emboîtement effectif ne peuvent être utilisés que s ils font l objet d un avis technique ou d un agrément technique européen. des blocs creux, au moins trois quarts de leurs parois ne doivent pas être endommagées par la saignée. Confinement des maçonneries par des chaînages Les chaînages jouent un rôle essentiel dans la résistance des constructions aux séismes. Ils doivent confiner correctement les murs et donc constituer un «squelette» mécaniquement continu dans les trois directions de l espace, de manière qu il n y ait aucun bord libre en maçonnerie. Sans confinement, en raison d une faible résistance au cisaillement des joints de mortier, les maisons en maçonnerie peuvent se disloquer rapidement sous l effet d un séisme (fig. 27). Voir également le chapitre 2 «Constructions en maçonnerie» de la fiche T4-B. AFPS Fig. 25 Types de joints verticaux. La coupure de capillarité doit être réalisée en chape de mortier de ciment richement dosé et hydrofugé (fig. 26). Les arases en bitume ou en feuilles de polyéthylène ne sont pas admises. Fig. 26 Coupure de capillarité autorisée Les saignées prévues dans les murs de contreventement doivent figurer sur des élévations appropriées (implantation, largeur, profondeur, longueur et modalités de réalisation). Il est interdit de réaliser des saignées a posteriori sans consulter le maître d œuvre. Dans les murs en blocs pleins, la profondeur de la saignée ne doit pas dépasser le quart de l épaisseur du mur. Dans le cas Fig Essai sur table vibrante d une maison en maçonnerie non confinée par des chaînages (échelle réduite). Chaînages horizontaux Des chaînages horizontaux, d une section minimale de 15 cm x 15 cm, doivent être placés au niveau de chaque plancher (avec un espacement vertical de 4 m au plus) et en couronnement des combles. L annexe nationale dispense de réaliser un chaînage de couronnement des murs de comble d une hauteur inférieure à 1 m (fig. 38). L armature minimale des chaînages horizontaux est de 4 Ø10 (section totale 300 mm 2 ), barres espacées de 20 cm au plus. Ce minimum est porté à 4 Ø12 (section totale 450 mm 2 ) lorsque l accélération de calcul sur site est supérieure à 2 m/s 2 et pour autant qu il s agisse d une maison avec un étage sur rez-de-chaussée. L armature minimale des chaînages de couronnement des combles est respectivement de 2 Ø10 et 2 Ø12. L espacement maximal des cadres est de 15 cm au plus. Lorsqu on utilise les Règles PS-MI 89/92, les minima suivants doivent être respectés : - armature longitudinale : 4 Ø8 en zone 2, 4 Ø10 en zone 3 et 4 Ø12 en zone 4. - cadres : espacement au plus égal à la hauteur du chaînage sans dépasser 25 cm. Droits réservés 9/16

10 Chaînages verticaux Des chaînages verticaux doivent être placés (fig. 28) : - aux bords libres de chaque mur. Cependant, les normes parasismiques tolèrent les bords libres autour des ouvertures de petites dimensions (cf. «Encadrement des ouvertures») ; - en bordure des panneaux de contreventement (fig. 29), placer des chaînages verticaux seulement au milieu des trumeaux est incorrect, car dans ce cas, ils ne constituent pas un élément de contreventement efficace (fig. 30 et 31) ; - de chaque côté des ouvertures pratiquées dans les murs, dont la surface est supérieure à 1,5 m² (1,20 x 1,25 par exemple), - à chaque intersection de murs lorsque aucun autre chaînage vertical ne se trouve à moins de 1,50 m ; - tous les 5 m au plus à l intérieur des murs longs. Zacek M. Fig. 31 A proscrire : il n y a pas de contreventement efficace sur cette façade, car les chaînages verticaux sont placés au milieu des trumeaux et non sur les bords ; les diagonales des panneaux de maçonnerie sont coupées par des fenêtres (maison en Croatie, zone de forte sismicité). Zacek M. Fig. 28 Emplacement des chaînages verticaux (Eurocode 8). Dans le cas de l emploi des Règles PS-MI 89/92, les obligations relatives à l emplacement des chaînages verticaux dans les murs de contreventement sont un peu différentes. Ils doivent être placés : - dans tous les angles saillants et rentrants, ainsi qu au croisement de tous les murs ; - en bordure des ouvertures d une hauteur de 180 cm ou plus ; - à l intérieur des murs, de manière que les panneaux délimités par des chaînages parallèles aient des dimensions inférieures ou égales à 5 m, une superficie ne dépassant pas 20 m² et la diagonale inférieure ou égale à 25 fois l épaisseur brute si le mur est en blocs creux et 40 fois cette épaisseur s il est en éléments pleins (fig. 32) ; - dans les éléments en console verticale (murs pignons, acrotères, garde-corps ) tous les 3 m au plus (fig. 32). Fig. 29 Les trumeaux de la façade principale sont bordés de chaînages verticaux, ce qui leur permet d assurer efficacement le contreventement (maison en construction en Martinique). Droits réservés Fig. 30 Chaînages verticaux au milieu des trumeaux au lieu d être placés sur leurs bords, d où des dommages importants (séisme des Saintes, Dominique 2004). Fig. 32 Emplacement des chaînages verticaux (Règles PS-MI 89/92). Trois critères doivent être respectés : distance maximale entre chaînages, surface maximale des panneaux et longueur maximale de leurs diagonales. 10/16

11 La section et les armatures minimales des chaînages verticaux prescrites dans le chapitre 9.7 de l Eurocode 8 sont les mêmes que celles des chaînages horizontaux. La réalisation des chaînages dans des alvéoles plus petites que 15 x 15 cm n est donc pas autorisée par l Eurocode 8. Par contre, les Règles PS-MI 89/92 autorisent les chaînages dans les alvéoles d éléments creux réduites, dès lors que la hauteur d étage est inférieure à 3 m. Les dimensions minimales des alvéoles sont alors de 10 x 10 cm ou Ø12 cm en zones 2 et 3, et de 12 x 12 cm ou Ø14 en zone 4. Toutefois, la distance entre les barres ne doit pas être inférieure à 5 cm (fig. 33). Par ailleurs, les chaînages intermédiaires peuvent ne comporter que deux barres de section totale égale à celle des chaînages horizontaux (fig. 34). Pour les chaînages renforcés, exigés en cas de retrait d étage, la section minimale des armatures doit être majorée de 50 % (cf. le Configuration en élévation). Fig. 35 Armatures des chaînages verticaux en attente de recouvrement, longueur 60 Ø. Il convient d apporter un soin particulier à l implantation des chaînages verticaux, car leurs armatures longitudinales doivent être droites, non déviées. La figure 36 en montre un contre-exemple. Jacquet G Michel C Fig. 33 Chaînages verticaux coulés dans des blocs à alvéole (Règles PS-MI 89/92). Fig. 36 A éviter : armatures de chaînage vertical déviées. Un tel chaînage ne peut travailler à la traction. Dans les angles, la continuité entre les cages d armature préfabriquées peut être efficacement assurée dans les deux directions horizontales par des barres pliées en forme de U, appelées «boucles». Ces boucles doivent entourer les armatures du chaînage vertical. Les longueurs de recouvrement doivent être respectées (fiche T4-B, fig. 43). La continuité mécanique des chaînages peut également être assurée par des armatures de liaison pliées, de section totale égale à celle du chaînage vertical (fig. 37 et 38). Fig. 34 Chaînages verticaux intermédiaires à deux barres (Règles PS-MI 89/92). Continuité mécanique des chaînages Sans la continuité, la fonction chaînage n est pas assurée et la construction ne peut résister aux séismes de quelque importance. La continuité mécanique dans les trois directions de l espace est obtenue par le recouvrement des armatures longitudinales d au moins 60 diamètres (50 diamètres selon les Règles PS-MI 89/92), (fig. 35). Fig. 37 Variante des armatures de liaison du chaînage haut du dernier niveau. (Règles PS-MI 89/92). 11/16

12 Mise en place des chaînages Les chaînages doivent impérativement être coulés après la mise en place de la maçonnerie. La quantité d eau utilisée pour le mélange devrait être limitée au strict minimum nécessaire à la bonne ouvrabilité, car la résistance du béton diminue lorsque la quantité d eau augmente. Il est recommandé que la dimension des granulats ne dépasse pas 20 mm (10 mm si l enrobage des armatures est inférieur à 2,5 cm). Fig. 38 Armatures de liaison du chaînage haut du dernier niveau (une seule nappe représentée, armatures des chaînages non dessinées). Leur section totale doit être égale à celle du chaînage. Lorsque la continuité du chaînage est assurée par un retour à 90 des armatures longitudinales, leur disposition ne doit donner lieu à aucune poussée au vide. Les barres doivent être prolongées jusqu à la face opposée du chaînage (fig. 39). L assise des chaînages horizontaux et de couronnement ne devrait pas être inclinée car la résistance des joints de mortier serait dans ce cas réduite : les secousses augmentent les contraintes de cisaillement dans le mortier de ces joints. Or la dislocation des panneaux de maçonnerie sous l effet des séismes est en général due à une faible résistance du mortier au cisaillement. La figure 41 gauche montre une mise en place incorrecte d un chaînage de couronnement (assise de chaînage inclinée). Le couronnement de la figure 41 droite est correctement exécuté. Fig. 39 Continuité mécanique des chaînages assurée par un recouvrement d armatures. Il est important de liaisonner à leurs croisements les chaînages verticaux aux chaînages horizontaux et de les placer dans un même plan. Les croisements excentrés des chaînages constituent des malfaçons (fiche T4-B, fig. 44). Les armatures des chaînages verticaux doivent être descendues jusqu en face inférieure des fondations et ancrées totalement au-dessous de l axe du chaînage horizontal le plus bas (fig. 40). Michel C Fig. 41 Assise du chaînage de couronnement inclinée (incorrecte) et avec sous-face à redans (mise en place correcte). Il est évidemment interdit de couper les chaînages mis en place pour ancrer d autres éléments, comme les pannes (fig. 42). Toute interruption rend le chaînage totalement inefficace. Les pannes, chevrons, solives, etc. doivent être fixés par l intermédiaire de sabots métalliques ou étriers scellés dans le chaînage (fig. 43). Jacquet G Zacek M. Fig. 40 Chaînages au niveau des fondations en semelles filantes. Fig. 42 Chaînage coupé pour la pose de pannes de toiture : situation inacceptable. 12/16

13 -A Zacek M. Fig. 43 Chevron fixé par l intermédiaire d un sabot métallique : solution correcte. Afin de faciliter le remplissage des chaînages verticaux, il est préférable de les couler par demi-niveaux et de pratiquer des trous de visite en pied, permettant de vérifier le remplissage (fig. 44) Constructions en béton armé Structures en poteaux et poutres de béton armé contreventées par effet de portique (ossatures sans murs massifs) Les dispositions constructives parasismiques consistent à confiner les zones les plus sollicitées des poteaux et des poutres, ainsi que les nœuds, par des armatures formant une grille à maille fine dans le but de prévenir l éjection du béton et le flambement des armatures longitudinales lors des oscillations sismiques. Le confinement est conçu et dimensionné par l ingénieur «structure». Des exemples de confinement de l ossature figurent au chapitre 3 de la fiche T4-B. Ces dispositions sont relativement contraignantes. Il est donc préférable de contreventer les ossatures par des murs en béton. Par contre, il est déconseillé de contreventer les ossatures par des panneaux de remplissages en maçonnerie, qui éclatent en général lors d un séisme violent. L Eurocode 8 demande de prévenir cet éclatement par des dispositions constructives appropriées : raidisseurs intermédiaires en béton armé solidarisés avec l ossature (fiche T4-B, fig. 50d), enduit de ciment appliqué sur un grillage métallique fixé sur la façade, etc. Fig. 44 Trous de visite permettant de vérifier le remplissage des chaînages verticaux. L image montre un remplissage incorrect. Encadrements des ouvertures Afin d éviter les bords libres en maçonnerie, les ouvertures dans les murs (fenêtres, portes ) devraient être bordées par des cadres mécaniquement continus dans les angles. Toutefois, l Eurocode 8 ne donne aucune indication spécifique à ce sujet. Par contre, les Règles PS-MI 89/92 exigent l encadrement de toutes les baies dont une dimension dépasse 60 cm. Dans le cas d un encadrement en béton armé, d une épaisseur minimale de 5 fois le diamètre des armatures (donc 4 cm lorsqu on utilise les barres HA 8), on doit disposer sur chaque côté des ouvertures 2 Ø8 en zones 2 et 3, et 3 Ø8 en zone 3 (fiche T4-B, fig. 45). Structures en murs de béton ou béton armé L Eurocode 8 admet l emploi de murs non armés (appelés «faiblement armés» car ils sont chaînés comme les murs en maçonnerie) à condition de disposer deux murs d une longueur minimale de 4 m dans les deux directions principales. La figure 52b de la fiche T4-B montre les chaînages et encadrements d ouverture requis. Dans les autres cas, les murs doivent être armés par un quadrillage d armature sur chaque face et comporter des poteaux de rive. La conception des murs en béton armé doit être confiée à un ingénieur «structure». Planchers en béton Les planchers doivent obligatoirement constituer des diaphragmes, c est-à-dire des ouvrages capables de transmettre les charges horizontales aux éléments verticaux de contreventement, donc ancrés dans les chaînages. Les dispositions constructives parasismiques et les illustrations correspondantes figurent au chapitre 6 de la fiche T4-B. Balcons L Eurocode 8 ne donne pas d indications spécifiques pour les balcons des bâtiments simples. Par contre, les Règles PS-MI 89/92 limitent la portée des balcons et des autres éléments en porte-à-faux à 1,50 m et la masse portée à l extrémité à 200 kg/m (fig. 45). En outre, elles n admettent pas les balcons en porte-à-faux qui sollicitent la poutre porteuse en torsion. Par 13/16

14 conséquent, la dalle du balcon doit être en prolongement du plancher (et non plus bas) ou portée par des poutres en porte-à-faux. Portée et masses modérées Rupture de porte-à-faux en cas de masse importante Fig. 45 Balcons en porte-à-faux ne nécessitant pas de vérification de sécurité (Règles PS-MI 89/92). Fondations Les fondations parasismiques sont présentées au chapitre 5 de la fiche T4-B. Fig. 46 Contreventement des versants d une toiture à fermettes. Les fermettes d extrémité doivent être ancrées dans les murs pignons Constructions en acier Le comportement des ossatures en acier sous l action sismique étant en général satisfaisant, les dispositions constructives parasismiques sont peu nombreuses. Elle sont appliquées par l ingénieur «structure». Les dommages sismiques les plus fréquents sont flambement et cloquage des éléments comprimés, arrachement de boulons d ancrage et rupture de soudures. Pour prévenir cette dernière, il est demandé de : - procéder à une qualification du mode opératoire de soudage (QMOS), c est-à-dire fournir un programme de soudage et employer des soudeurs et opérateurs possédant la qualification requise ; - contrôler les soudures par ultrason de part et d autre sur une longueur supérieure ou égale au maximum de 3 épaisseurs de la semelle ou 50 mm Charpentes Les versants de toiture et le plan des entraits des charpentes doivent constituer des diaphragmes, au même titre que les planchers. Or les charpentes habituelles ne répondent pas à cette exigence, notamment les toitures à fermettes. Les meilleurs diaphragmes sont obtenus en clouant des panneaux de contreplaqué ou de particules de bois sur toute la surface des versants et en sous-face des entraits. Pour les versants, on peut également réaliser un contreventement par lisses antiflambage fixées sur des entretoises (fig. 46). Au niveau des entraits, une poutre au vent périphérique, clouée en sousface, constitue une solution satisfaisante (fig. 47). Fig. 47 Diaphragme dans le plan des entraits, formé par des poutres au vent en treillis Eléments non structuraux Souches de cheminée Les souches de grande hauteur libre (grand élancement) se cassent fréquemment en deux lors des secousses sismiques et la partie supérieure s effondre à l intérieur ou à l extérieur de la maison, pouvant blesser les occupants. Afin de ne pas exposer les personnes, il est impératif d assurer la stabilité des souches. On peut les corseter avec des cornières disposées dans les angles et reliées à distances régulières par des feuillards (fig. 48) ou les haubaner (fig. 49). Selon les Règles PS-MI 89/92, ces mesures doivent être appliquées à toutes les souches implantées à une distance de 1 m ou plus du faîtage et celles qui le dépassent de plus de 50 cm (fig. 50). AFPS 14/16

15 -A Les acrotères et garde-corps en maçonnerie de hauteur supérieure à 1,20 m nécessitent une vérification de sécurité. Fig. 51 Confinement des acrotères et des garde-corps en maçonnerie. Fig. 48 Corsetage de souches de cheminée élancées. Zacek M. Zacek M. Fig. 52 Exemple de confinement de garde-corps en maçonnerie. Fig. 49 Exemple de souches haubanées. Fig. 50 Souches nécessitant une stabilisation (Règles PS-MI 89/92) Acrotères et garde-corps en maçonnerie Ces éléments en console verticale n étant pas tenus en partie supérieure, ils s effondrent souvent lors de tremblements de terre, pouvant blesser ou tuer des personnes. Il est donc obligatoire d assurer leur maintien en place. Les Règles PS-MI 89/92 exigent des chaînages verticaux à un entraxe de 3 m au plus comportant quatre barres de même diamètre que celui des autres chaînages, et une lisse horizontale en partie supérieure comportant deux barres (fig. 51). 15/16

16 Zonage sismique du territoire français (entrée en vigueur le 1 er mai 2011) CRÉDITS PHOTOS ET RÉFÉRENCES AFPS : 25, 47 FIB : 23, 24 Hashemi H. : 19 Jacquet G. : 35, 42 MEDDTL : 1 Michel C. : 5, 36, 41 gauche, 44 Ogg A. : 21 Pegrum R. : 22 Pracht K. : 20 Takeyama K. : 16 Zacek M. : 8, 18, 29, 31, 41 droite, 43, 49, 52 Droits réservés : 27, 30 Impression : Dereume 06/ /16