Comportement sismique des structures en béton armé

EVALUATION DE L'HABITABILITE DES IMMEUBLES APRES UN SEISME MAJEUR Test de formation à l'utilisation de la fiche de relevé post-sismique du bâti Comportement sismique des structures en béton armé Pierino Lestuzzi EPFL Résonance Ingénieurs-Conseils SA

Table des matières Normes, évolution des matériaux Comportement du béton armé Typologie, lacunes typiques, modes de ruine Estimation de la demande en déplacement Application de la fiche (section 4) Conclusions Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -2-

Normes: séisme dans les normes SIA Avant 1970 néant 1970 sommaire (2% ou 5%) 1989 conventionnelle (spectres, carte des zones d aléa, CO) 2003 moderne (dimensionnement en capacité) 201? Eurocodes Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -4-

Normes: évolution des matériaux Propriétés mécaniques du béton Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -5-

Normes: évolution des matériaux Propriétés mécaniques de l acier d armature Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -6-

Comportement du béton armé Effet du frettage Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -8-

Comportement du béton armé Aspects constructifs capitaux Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -9-

Typologie des structures en béton armé Massives début années 30, d abord bât. de prestige, peu (ou pas) armé Cadres Refends plutôt constructions industrielles, remplissage maçonnerie, détails d armature? constructions variées, anciennes constr. faiblement armées, modernes (torsion) Mixtes le plus répandu Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -11-

Lacunes typiques des structures en b. a. Armature faibles taux, horiz. et vert. non nervurée (ante 1960) Ductilité potentiell. faible (petits ) Recouvrement présence syst. à la base Etriers espacement élevé (partout) fermeture à 90 (post 1970) Joints dilatation présence syst. (années 70) Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -12-

Cadres (ossatures poteaux-poutres) Plancher Noeud Poteau / Poutre Poteau Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -13- Poutre

Typologie: poteau ou voile? l Si l < 4 b, l élément est considérée comme un poteau. b Si h < 3 x l, l élément est dit «court». h b l Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -14-

Cadres (ossatures poteaux-poutres) Photo Mission AFPS l'aquila 2009 Lloret del Mar (Espagne) Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -15- Photo G. Hivin

Cadres (ossatures poteaux-poutres) Type de nœuds Poteaux-Poutres : Mauvaises conceptions Milan ZACEK Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -16-

Ruptures des nœuds / têtes de poteaux Mode de rupture «fatal» pour ce type de structure Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -17-

Modes de rupture: transparence au rez L'Aquila 2009, P. Perrotin bâtiment d habitation Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -18-

Rupture: poteaux courts (remplissage) Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -19- L'Aquila 2009, P. Perrotin bâtiment d habitation

Rupture: poteaux courts (remplissage) Colonne courte (short column) Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -20-

Rupture: poteaux courts (géométrie) Cas des constructions sur versant Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -21-

Rupture: remplissages / poussée au vide Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -22-

Voiles en béton armé: poteau ou voile? l b Si l > 4 b, la pièce est considérée comme un voile. Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -23-

Mode de rupture: cisaillement (peu armé) Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -24- IZMIT 1999

Mode de rupture: flexion (ductile) Traction Compression Plumier 2007 Bâtiment avec mur ductile (donc armé avec % élevé) Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -25-

Voiles en béton armé: voiles couplés Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -26-

Mode de rupture: allèges (voiles couplés) Plumier 2007 Séisme d Alaska Anchorage 27 mars 1964 Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -27-

Structures à noyau et structures mixtes Rome (Italie) Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -28- Photo G. Hivin

Structures à noyau et structures mixtes Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -29-

Structures à noyau et structures mixtes Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -30- Voiles et poteaux contribuent tous à la stabilité de la structure

Structures à noyau et structures mixtes Joints de dilatation mal disposés comportement réel comportement illusoire Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -31-

Structures à noyau et structures mixtes Joints de dilatation mal disposés Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -32-

Contrôle en déplacement: globalement Capacité des structures en béton armé: inclinaison moyenne d au moins 1 % (si pas de lacune, comme soft-storey p. ex.) Demande en déplacement: - période propre en fonction de la hauteur (H) T 1 = C t H 0.75 (EC 8, SIA 261) - facteur de participation modal, nb étages (n) Γ = 3n / (2n + 1) (approx. linéaire) Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -34-

Contrôle en déplacement: globalement Période propre des structures en béton armé: comparaison avec 120 mesures in situ sur bâtiments stabilisés par des voiles (Michel et al.) Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -35-

Contrôle en déplacement: globalement Exemple: bâtiment de 5 étages Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -36-

Contrôle en déplacement: globalement Exemple: bâtiment de 5 étages période fondamentale: T 1 = 0.05 20 0.75 = 0.47 s facteur de part. modal: Γ = 3 5 / (2 5+1) = 15/11 = 1.36 6.0 5.0 Se, VRd/mmod,1 [m/s 2 ] 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 0 50 100 150 200 S u, Δ/κ [mm] Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -37-

Contrôle en déplacement: globalement Exemple: bâtiment de 5 étages période fondamentale: T 1 = 0.05 20 0.75 = 0.47 s facteur de part. modal: Γ = 3 5 / (2 5+1) = 15/11 = 1.36 Demande en déplacement (selon SIA 261) déplacement spectral (bord plateau): S u = 50 mm demande déplacement au sommet: Δ = 1.36 50 = 68 mm Contrôle global inclinaison moyenne: δ d = 70/20000 = 0.35 % << 1 % peu de dégâts à attendre à la structure porteuse! Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -38-

Application de la fiche post-sismique Section 4 Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -40-

EMS 98 Dégâts aux bâtiments en béton armé D1 D2-D3 D4-D5 Très graves Importants Légers Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -41-

Application de la fiche: section 4 D3 Séisme de Boumerdès Algérie 28 mai 2003 Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -42-

Application de la fiche: section 4 D1 Séisme de Boumerdès Algérie 28 mai 2003 Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -43-

Application de la fiche: section 4 Izmit 1999 D4 Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -44-

Application de la fiche: section 4 Séisme de Boumerdès - Algérie, 28 mai 2003 D4 Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -45-

Application de la fiche: section 4 Séisme de Martinique du 29 novembre 2007 Fissures dans la zone critique du pied du poteau D3 Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -46-

Application de la fiche: section 4 D3 Séisme des Saintes du 28 novembre 2004 Fissure dans le poteau au droit du gousset. Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -47-

Application de la fiche: section 4 L Aquila 2009, P. Perrotin : immeuble d habitation D3 Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -48-

Application de la fiche: section 4 D1 Séisme des Saintes du 28 novembre 2004 Dégradation due à la formation de bielle comprimée dans le mur en maçonnerie Haiti 2010, F. Dunand D1 Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -49-

Conclusions Evolution: matériaux, détails constructifs, etc. Typologie: refends (voiles), cadres (portiques), noyaux, mixte Lacunes typiques: étage souple, joints de dilatation, détails constr., poteaux courts Estimation de la demande en déplacement Fiche section 4: degrés de dommage Pierino Lestuzzi, EPFL - RSA -50-