Construction parasismique des bâtiments en béton armé : études de cas et implication pour Haïti

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1 Conférence internationale sur la conception parasismique des structures Hôtel Montana, 10, 11 janvier 204 Construction parasismique des bâtiments en béton armé : études de cas et implication pour Haïti Patrick Paultre, Professeur Département de génie civil, Université de Sherbrooke, Chaire de recherche du Canada en génie parasismique et dynamique des structures Directeur, CISMIQ, CEISCE 11 janvier 2014 Earthquake Engineering and Structural Dynamics Research Center Centre de recherche en génie parasismique et en dynamique des structures Département de génie civil, Faculté de génie

2 Dommages aux bâtiments issus de l ingénierie Bâtiment construit avant 1970, étage faible et/ou mou 2

3 Dommages aux bâtiments issus de l ingénierie Bâtiment construit avant 1970, murs non armés 3

4 Dommages aux bâtiments issus de l ingénierie Bâtiment construit avant 1970, étage faible et/ou mou 4

5 Dommages aux bâtiments issus de l ingénierie Bâtiment irrégulier 5

6 Dommages aux bâtiments issus de l ingénierie Bâtiment construit avant 1970, étage faible et/ou mou, armatures insuffisantes 6

7 École Saint Louis de Gonzague, Delmas Rupture du premier étage mou/faible 7

8 École élémentaire au Juvénat à Pétion-Ville Rupture du premier étage mou/faible, sol en pente 8

9 Dommages aux bâtiments issus de l ingénierie Étage faible et/ou mou, armatures insuffisantes 9

10 Dommages aux bâtiments issus de l ingénierie Armatures insuffisantes 10

11 Dommages aux bâtiments issus de l ingénierie Étage faible et/ou mou, poteaux faibles 11

12 Ferraillage inadéquat 12

13 Ferraillage inadéquat 13

14 Ferraillage inadéquat 14

15 Ferraillage inadéquat (cadre formé de barres de 6mm de diamètre) 15

16 Bâtiment issus de l ingénierie non endommagé 16

17 Accélération maximum au sol (méthode probabiliste) 17

18 Accélération maximum au sol (méthode déterministe) 18

19 Accélération spectrale à 0.2s (valeur de dimensionnement) 19

20 Accélération spectrale à 1.0s (valeur de dimensionnement) 20

21 Spectre de dimensionnement : ASCE-7-10 et CNBC Accélération spectrale(g) Spectre de dimensionnement du CNBC2005 (Sol B) Spectre de dimensionnement du ASCE 7-05 (Sol B) Pseudospectre de la réplique du 23 février Période (s) 21

22 Pourquoi ce bâtiment? Bâtiment récent bien conçu suivant un code du bâtiment récent et une norme de construction récente Dommages structuraux réparables Disponibilité d un relevé des dommages structuraux Possibilité d effectuer des essais dynamique afin de calibrer les modèles Analyse inverse permet d évaluer le niveau de l excitation sismique à Port-au-Prince Études post-séisme de bâtiments endommagés utiles mais très peu existent 22

23 Fatalité ou science? 23

24 Fatalité ou science? 24

25 Bâtiment à l étude Y X Partie basse (ossature en portiques) Tours (murs et ossature en portiques) Parking (ossature en portiques) Aucune jonction, ni d espacement 25

26 Système structural Murs structuraux (voile) Ossature en portiques Murs de maçonnerie Y X 26

27 Système structural Structure pure Murs rideaux légers et flexibles Peu de masses additionnelles 27

28 Dommages aux poteaux du parking Poteaux courts ou mauvais détails d armature D autres dommages plus difficiles à expliquer 28

29 Conclusions La prédiction des dommages montre que : les dommages sont dus à la configuration du bâtiment à la piètre qualité du béton l accélération spectrale dans l intervalle des périodes du bâtiment est consistante avec les valeurs de l USGS (entre 75% à 100%) l accélération maximum au rocher varie entre 0.4 à 0.6g Les valeurs de l USGS sont les plus pertinentes dans un dimensionnement Une légère correction est nécessaire pour le CNBC-10 Le principal problème est le contrôle de la qualité des matériaux 29

30 Tremblement de terre de Christchurch 22 février septembre 2010 : M 7.1 localisée à 45 km de Christchurch Dommages aux structures en MNA uniquement Suivi par plus de 40 répliques 26 décembre 2010 : M 4.7 localisée à 2 km de Christchurch Dommages aux bâtiments en MNA uniquement 22 février 2011 : M 6.2 localisée à 6 km de Christchurch Violents mouvements du sol qui ont causés d importants dommages à des centaines de bâtiments en MNA dans le district commercial central (CBD) 2 bâtiments et un parking en BA se sont effondrés causant la mort de 185 personnes 30

31 Tremblement de terre de Christchurch 22 février 2011 Accélération maximum au rocher : 0.8g Liquéfaction généralisée dans le CBD Bâtiments avec ossature en portiques (poutres-poteauxdalles) les plus courants en NZ se sont bien comportés (comme le veut le dimensionnement à la capacité) 833 bâtiments en BA Dommages aux poutres : fissuration, écaillage, plastification 16% étiqueté rouge, 31% étiqueté jaune et 53% étiqueté 31

32 Études de cas Deux bâtiments en BA avec murs structuraux (réf. Kenneth J. Elwood) Pyne Gould Corporation Building construit en 1963 (18 morts) Canterbury Television (CTV) Building construit en 1980 (115 morts) 32

33 Pyne Gould Corporation Building Bâtiment de 5 étages Effondrement des 4 derniers étages Murs structuraux de 200 mm d épaisseur avec 1 rideau de barres de 16 mm de diamètre espacées à 380 mm avec recouvrement à la base de chaque étage Aucune armature concentrée aux extrémités des murs Ossature en portiques : poteaux carrés de 250 mm avec 4 à 8 barres de 25 mm de diamètre et étriers en barres lisses de 6 mm de diamètre espacés à 228 mm Pas d armature dans les nœuds poutre-poteau Cisaillement et écrasement dus à la compression expliquent l effondrement du mur 33

34 Pyne Gould Corporation Building Irrégularité en torsion 34

35 Canterbury Television (CTV) Building Bâtiment de 6 étages Effondrement des 4 derniers étages Murs structuraux ductiles de 4.8 m 11.5 m et murs couplés de 5 m Bâtiment irrégulier Ossature en portiques : poteaux circulaires de 400 mm de diamètre avec 6 barres de 20 mm de diamètre et spires hélicoïdales en barres lisses de 6 mm de diamètre espacés à 250 mm Séparation des diaphragmes avec les murs structuraux : abscence de connexions Rupture des poteaux fragiles 35

36 Canterbury Television (CTV) Building 36

37 Pyne Gould Corporation Building 37

38 Canterbury Television (CTV) Building 38

39 Canterbury Television (CTV) Building 39

40 Tremblement de terre du Chili (Maule) février 2010 Mw 8.8 (6 e plus fort tremblement de terre) Durée pouvant aller jusqu à 3 minutes 525 morts 100 km de Concepción Traditionnellement, chaque cloison séparant des pièces sont des murs structuraux Épaisseur des murs varie de 150 à 200 mm (anciennes constructions ont des murs plus épais) Dommages dans les murs des nouvelles constructions 40

41 Rupture par compression 41

42 Rupture par compression 42

43 Rupture par compression 43

44 Essais de P. Adebar Détails similaires aux murs du Chili ' Compression axiale égale à 0.35A g f c Perte soudaine de capacité avec écrasement du béton et fissure s étendant sur toute la longueur du mur 44

45 Conclusions Certaines règles simples doivent être respectées : Structures symétriques Système de résistance aux forces latérales (vent et séisme) bien défini, continu jusqu aux fondations Dimensionnement à la capacité Éléments critiques ductiles Poteaux forts - poutres faibles Faire attention aux détails d armature Armatures de confinement des poteaux Éviter les étages faibles/mous à tout prix Surcapacité et ductilité très importants Matériaux de bonnes qualités respectant des normes adéquates 45

46 Conclusions Certaines actions difficiles doivent être prises L utilisation de codes et normes de construction doit être imposée Surcapacité et ductilité très importantes Matériaux de bonnes qualités respectant des normes adéquates Un contrôle de la qualité des matériaux doit exister La fabrication d un bon béton est une science et un art : apprendre à fabriquer un bon béton et le livrer au chantier de façon stable Imposer un contrôle de l exercice de la profession d ingénieur Accréditation de la formation donnée dans les différentes universités Vérification des diplômes obtenus à l étranger 46