Prise en compte des séismes dans la conception des ouvrages d'art : Retours d'expérience et évolution de la réglementation

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1 Prise en compte des séismes dans la conception des ouvrages d'art : Retours d'expérience et évolution de la réglementation Denis DAVI CETE Méditerranée Ministère de l'écologie, de l'énergie, du Développement durable et de la Mer en charge des Technologies vertes et des Négociations sur le climat

2 SOMMAIRE Le comportement sismique des ponts : Retours d'expérience des séismes passés 3 Le risque sismique en France 27 L'évolution de la réglementation 30 La question de l'existant 34 Exemples de ponts parasismiques dans le Sud de la France 38 2

3 SOMMAIRE Le comportement sismique des ponts : Retours d'expérience des séismes passés 3 Le risque sismique en France 27 L'évolution de la réglementation 30 La question de l'existant 34 Exemples de ponts parasismiques dans le Sud de la France 38 3

4 GENERALITES Nature de l'action sismique sur les ponts AEk : accélération maximale enregistrée au rocher, éventuellement amplifiée par des effets de sites locaux (géologiques ou topographiques) 4

5 GENERALITES Nature de l'action sismique sur les ponts Effort sismique = Force d'inertie = Masse x Accélération 5

6 GENERALITES Causes récurrentes d'effondrement des ponts Échappements d'appui Kobé (Japon, 1995) San Fernando (USA, 1971) 6

7 GENERALITES Causes récurrentes d'effondrement des ponts Échappements d'appui Cas des ponts biais Cas des ponts courbes 7

8 GENERALITES Causes récurrentes d'effondrement des ponts Rupture des piles par cisaillement Endommagement des piles par flexion Kobé (Japon, 1995) Chi-Chi (Taiwan, 1999) Northridge (USA, 1994) 8

9 GENERALITES Causes récurrentes d'effondrement des ponts Poinçonnement du tablier sous l'effet de la composante verticale Loma Prieta (USA, 1989) 9

10 GENERALITES Causes récurrentes d'effondrement des ponts Endommagement des culées Costa Rica (1990) 10

11 GENERALITES Causes récurrentes d'effondrement des ponts Effondrements liés à la liquéfaction du sol porteur Costa Rica (1990) Niigata (Japon, 1964) 11

12 GENERALITES Causes récurrentes d'effondrement des ponts Autres effets induits Chutes des blocs Glissements de terrain 12

13 GENERALITES Causes récurrentes d'effondrement des ponts Problèmes spécifiques aux ponts de grande longueur 13

14 PRINCIPAUX ENSEIGNEMENTS 14

15 ELEMENTS DE CONCEPTION PARASISMIQUE Les objectifs de performance 15

16 ELEMENTS DE CONCEPTION PARASISMIQUE Blocage du tablier sur ses appuis (butées parasismiques) 16

17 ELEMENTS DE CONCEPTION PARASISMIQUE Robustesse (ductilité) des piles 17

18 ELEMENTS DE CONCEPTION PARASISMIQUE Réduction des efforts transmis par le tablier (isolation sismique, amortisseurs) 18

19 RETOURS D'EXPERIENCE RECENTS Séisme de l'aquila (Italie, 6 avril 2009) Magnitude : 5,8 (Richter) ; Prof. : 8,8 km Acc. max. au rocher : 0,67g (environ 2x règlement!) Forte composante verticale (av = 1,2 ah localement!) Forts effets de site (ampl. locales d un facteur 2 à 3!) Durée : 80 s + de répliques la 1ère semaine (dont 2 Mw > 5) 19

20 RETOURS D'EXPERIENCE RECENTS Séisme de l'aquila (Italie, 6 avril 2009) Similitudes avec le contexte Niçois / PACA 20

21 RETOURS D'EXPERIENCE RECENTS Séisme de l'aquila (Italie, 6 avril 2009) Analyse du comportement des ouvrages d'art Peu ou pas de dégâts sur les viaducs autoroutiers du fait à la fois : - de conceptions appropriées (butées parasismiques, densité de ferraillage...) - de certaines caractéristiques favorables du séisme (directivité, contenu fréquentiel) 21

22 RETOURS D'EXPERIENCE RECENTS Séisme de l'aquila (Italie, 6 avril 2009) Analyse du comportement des ouvrages d'art - Quelques ouvrages secondaires effondrés ou fortement endommagés - Bon comportement général des voûtes maçonnées hormis la chute d'un tympan 22

23 RETOURS D'EXPERIENCE RECENTS Séisme de l'aquila (Italie, 6 avril 2009) Analyse du comportement des ouvrages d'art Le réseau routier a globalement très bien fonctionné, permettant l'afflux rapide des secours de toute l'italie La bonne tenue des infrastructures routières : une des clés de l efficacité des secours + de 2000 pompiers ont afflué de toute l Italie Environ 1500 véhicules de secours (beaucoup dès les premiers jours) Accès initial par la SS17 puis par l A24 Le bilan humain aurait pu être beaucoup plus lourd en cas de rupture d itinéraire 23

24 RETOURS D'EXPERIENCE RECENTS Séisme de Concepcion (Chili, 27 février 2010) Magnitude : 8,8 (Richter) ; Prof. : 35 km Durée > 2 min + de 20 répliques le 1er jour dont certaines (M=6,1 et 6,9) 24

25 RETOURS D'EXPERIENCE RECENTS Séisme de Concepcion (Chili, 27 février 2010) 25

26 RETOURS D'EXPERIENCE RECENTS Séisme de Concepcion (Chili, 27 février 2010) 26

27 SOMMAIRE Le comportement sismique des ponts : Retours d'expérience des séismes passés 3 Le risque sismique en France 27 L'évolution de la réglementation 30 La question de l'existant 34 Exemples de ponts parasismiques dans le Sud de la France 38 27

28 LE RISQUE SISMIQUE EN FRANCE Une sismicité relativement modérée mais un risque bien réel... Environ 20 séismes M> 3,5 par an communes concernées 50 morts à Lambesc en morts à Ponte-à-Pitre en 1843 M=6,3 en 2004 en Guadeloupe M =7,4 en 2007 en Martinique Les séismes passés Lambesc,

29 LE RISQUE SISMIQUE EN FRANCE Une prise de conscience de plus en plus effective par les autorités Initié en 2005 avec la publication de la nouvelle carte d'aléa sismique national, le Plan National de Réduction du Risque Sismique (PNPRS ou «Plan Séisme» marque le début d'une démarche volontariste de réduction du risque sismique au niveau des autorités politiques Articulé autour de 4 thématiques principales : 1- Approfondir la connaissance scientifique de l aléa, du risque et mieux informer sur celui-ci 2- Améliorer la prise en compte du risque sismique dans la construction 3- Concerter, coopérer et communiquer entre tous les acteurs du risque 4- Contribuer à la prévention du risque de tsunami 29

30 SOMMAIRE Le comportement sismique des ponts : Retours d'expérience des séismes passés 3 Le risque sismique en France 27 L'évolution de la réglementation 30 La question de l'existant 34 Exemples de ponts parasismiques dans le Sud de la France 38 30

31 L'EVOLUTION DE LA REGLEMENTATION AU NIVEAU NATIONAL... bientôt un nouveau zonage : Une approche probabiliste plus conforme à la philosophie de l'eurocode 8 : Périodes de retour adaptables en fonction du contexte (construction ou service), des enjeux ou de la durée de vie théorique de l'ouvrage En attente des décret et arrêtés d'application, utilisation de la NI OA 32 du Sétra Zonage PS 92 Nouvelle carte d aléa présentée en Nov Nouveau zonage réglementaire prévu très prochainement 31

32 L'EVOLUTION DE LA REGLEMENTATION AU NIVEAU EUROPEEN... un nouveau contexte normatif NF-EN et NF-EN NA (EC8-1) : «Règles générales Actions sismiques - Bâtiments» NF-EN et NF-EN NA (EC8-2) : «Ponts» NF-EN et NF-EN NA (EC8-3) : «Renforcement parasismique des bâtiments existants» NF-EN et NF-EN NA (EC8-4) : «Réservoirs, silos, tuyauteries» NF-EN et NF-EN NA (EC8-5) : «Ouvrages géotechniques et fondations» NF-EN et NF-EN NA (EC8-6) : «Tours, mâts, cheminées» 32

33 L'EVOLUTION DE LA REGLEMENTATION PRINCIPALES MODIFICATIONS ET CONSEQUENCES PRATIQUES Nouvelle caractérisation de l'aléa (nouvelle carte, nouveaux spectres, nouvelle classification des sols...) Globalement «+ méchant» dans les régions anciennement faiblement sismiques Globalement «- méchant» dans les régions anciennement fortement sismiques Coefficient de sol S très pénalisant (jusqu'à x1,8) 3 catégories d'importance I, II, III remplacent les anciennes classes de ponts A, B, C, D Choix de conception et règles de calculs intégrant les dernières avancées scientifiques : Calculs en sections fissurées Prise en compte du comportement élasto-plastique des matériaux (emploi d'aciers de classe de ductilité C dans les zones de rotules plastiques potentielles) Utilisation de dispositifs amortisseurs parasismiques Analyses dynamiques non-linéaires... 33

34 SOMMAIRE Le comportement sismique des ponts : Retours d'expérience des séismes passés 3 Le risque sismique en France 27 L'évolution de la réglementation 30 La question de l'existant 34 Exemples de ponts parasismiques dans le Sud de la France 38 34

35 LA QUESTION DE L'EXISTANT PROBLEMATIQUE LEGITIMEE PAR : L'évolution de la réglementation L'évolution du zonage Le fait que tous les ponts conçus avant 1970 n'ont fait l'objet d'aucune prise en compte du séisme 35

36 LA QUESTION DE L'EXISTANT 1ère ETAPE : L'évaluation sommaire du risque à grande échelle (Itinéraires, région...) Méthodologie Sismoa développée par le RST et prochainement disponible sur le site internet du Sétra 36

37 LA QUESTION DE L'EXISTANT 2ème ETAPE : Diagnostic détaillé à l'échelle de l'oa et projet de renforcement Guide méthodologique en cours de finalisation et prochainement disponible en version numérique sur le site internet du Sétra 37

38 SOMMAIRE Le comportement sismique des ponts : Retours d'expérience des séismes passés 3 Le risque sismique en France 27 L'évolution de la réglementation 30 La question de l'existant 34 Exemples de ponts parasismiques dans le Sud de la France 38 38

39 EXEMPLES DE PONTS PARASISMIQUES DANS LE SUD DE LA FRANCE L'OA1 SUR LE VAR A SAINT-ISIDORE (conception PS92) Pont en béton précontraint coulé en place, courbe en plan Longueur : 438 m Travée maximale : 75 m Masse du tablier : t Hauteur de piles : entre 10 et 16 m Accélération nominale : 3,5 m/s² (classe D) Modèle de calcul une analyse dynamique non-linéaire un modèle simple prenant en compte : - la souplesse du tablier - la courbure en plan - l orientation et la répartition des appareils d appui - la répartition des masses Ferraillage d un fût de pile Blocage transversal sur culées 39

40 EXEMPLES DE PONTS PARASISMIQUES DANS LE SUD DE LA FRANCE LE PONT SUR LE VAR A PUGET-THENIERS (conception PS92) Choix d un comportement élastique (q=1) justifié par : - la légèreté de la structure ( 3000 tonnes) - la relative complexité de l ouvrage - la nécessité de rester dans le domaine des petites déformations - le choix des matériaux (B60 peu ductile) 40

41 EXEMPLES DE PONTS PARASISMIQUES DANS LE SUD DE LA FRANCE LES OUVRAGES DU TGV MEDITERRANEE (conception PS92) L ensemble de la ligne du TGV Méditerranée est équipé de capteurs permettant de couper instantanément la circulation des trains en cas de secousse sismique. 41

42 EXEMPLES DE PONTS PARASISMIQUES DANS LE SUD DE LA FRANCE 1ERES APPLICATIONS DE L'EUROCODE 8 Le pont sur la rivière St-Étienne sur l'ile de la Réunion Catégorie d'importance Ponts III Ponts dont l'importance est critique pour le maintien des communications II Ponts situés sur les autoroutes et les routes principales I Autres ponts Le projet de viaduc de Champernal (Lozère) 42

43 EXEMPLES DE PONTS PARASISMIQUES DANS LE SUD DE LA FRANCE EXEMPLES DE PROJETS DE RENFORCEMENT SISMIQUES (selon projet guide Sétra base EC8) Le viaduc de Caronte (A55, Martigues) - OA construit entre 1969 et 1972 (acc. stat. 0,1g) - Accélération de référence = 0,24g (yc coef. S) x spectre - Bloqueurs dynamiques rompus, risques échappement + faiblesses appuis => renforcement sismique préconisé : - Remplacement AA et butées transversales - Viaduc métal laissé libre, viaducs béton amortis sur culées - Risque liquéfaction écarté par essais tri-axiaux (LRPC Aix) => permet d'atteindre 100% a ref 43

44 EXEMPLES DE PONTS PARASISMIQUES DANS LE SUD DE LA FRANCE EXEMPLES DE PROJETS DE RENFORCEMENT SISMIQUES (selon projet guide Sétra base EC8) Les 6 viaducs de l'a9 entre Perpignan et l'espagne - Diagnostic/renforcement dans le cadre d'un élargissement à 2x3 voies - OAs construits entre 1970 et Risques identifiés : souffles longitudinaux insuffisants, risques d'échappements d'appui, faiblesse de certains appuis => renforcements sismiques préconisés : - Clouages culées - Remplacement AA - Attelages travées - Amortisseurs au niveau des culées => permet d'atteindre 100% aref pour un coût compris entre 2 et 13% du coût de remplacement Modèle de calcul et résultats de l'analyse dynamique temporelle 44

45 CONCLUSIONS Le séisme : une action dynamique particulièrement sollicitante pour les ponts, dont l'enjeu et les conséquences peuvent ne pas se limiter à la seule structure... Peu problématique en France si pris en compte suffisamment tôt dans la conception L'évolution des réglementations nationale (zonage) et Européenne (normes de calcul EC8-2) vont modifier sensiblement les habitudes des différents acteurs (M. Ouvr., M. Oeuvr., BE, constructeurs...) : Régions concernées et niveaux d'aléa à considérer Choix de conception à valider par M. Ouvr. (car impactent le coût et les performances sismiques : éventuelles réparations, interruptions + ou longues de fonctionnalité...) Règles de calcul Question de l'existant (quels ouvrages? quels objectifs?) 45