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Cours Postgradué en génie parasismique

Cours Postgradué en génie parasismique
Notions de risque sismique

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    Cours module3 vpe_risk Cours module3 vpe_risk Presentation Transcript

    • 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
    • Contenu de l’exposé
      Eléments juridiques
      Notion de risque
      La vulnérabilité du bâti helvétique
      Détermination de la vulnérabilité
      Outils de gestion du risque sismique
    • Eléments juridiques
      Contexte légal – Responsabilité
      Illicéité (notion de règles de l’art)
      Faute
      Dommage
      Causalité
      Principes fondamentaux
      Principe de précaution
      Principe de proportionnalité
    • 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
    • Notions de risque – Rappels théoriques
      Dangers versus Risque
      Evolution et tendance
      Des événements rares mais catastrophiques
      Le risque sismique en Suisse
    • Conséquences
      Vulnérabilité x
      Valeurs exposées au risque considéré
      Danger
      Aléa
      (Intensité & Probabilité de survenance)
      Risque
      Danger vs Risque
    • Evolution et tendance
      Demo
      Sources [SwissRe]
    • Des événements historiques rares mais potentiellement catastrophiques
    • A quels risques la Suisseest-elle confrontée ?
      Source [KATARISK 03]
    • 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]
    • 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
    • ?
      Ceinture auto
      Désamiantage USA
      Vaccinationstiers monde
      Casque moto
      Mesures
      parasismiques
      en Suisse
      Sécurité parasismique à quel prix ?
      Coût pour sauver une vie humaine
    • 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 ?)
    • Paramètres déterminants pour le comportement sismique des structures
      structure
      • conception
      • matériaux
      • normes
      • détails
      éléments non-structuraux
      fondation & sol
      sismicité
    • 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
    • Bâti existant suisse
      • Age des bâtiments(immeubles d ’habitation, bureaux, écoles et hôpitaux)
      • 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
    • 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
    • Particularités de la sollicitation sismique
      Accidentelle & « no warning »
      Dynamique
      Composante horizontale
      Cyclique
    • 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
    • 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
    • « 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
    • 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)
    • 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 !
    • Contexte d’application
      Qui exige explicitement une vérification de la sécurité parasismique dans le cadre de projets de transformation?
      • Les cantons du Valais et de Bâle-Ville pour les ouvrages publics et privés
      • 18 cantons sur 26 pour leurs propres ouvrages publics
      • La Confédération pour ses propres ouvrages (Weisungen)
    • Contexte d’application
      Construction parasismique et/ou obligation légale explicite d‘application des normes SIA ancrés dans la loi sur les construction
    • 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)
    • 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.
    • 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
    • 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
    • SIA 2018 (annexe informative D: établissement de priorités pour le contrôle sismique de bâtiments):
      • Bénéficier de la synergie lors de travaux importants de transformation et d’assainissement
      • Éviter les contrôles dans des situations où l’implémentation de mesures n’est pas raisonnablement possible ou exigible
      • Contrôler systématiquement les ouvrages dont la fonction est critique
      • Contrôler sur la base de typologies de bâtiments à priori très mauvais
      Existant – Critères au niveau normatif
    • Critères au niveau cantonal
      • Canton du Valais:
      Pour les projets de transformation qui doivent être soumis au canton pour d’autres raisons et pour lesquels:
      • Le bâtiment a plus de 2 étages et
      • Il y a augmentation de la surface ou
      • Il y a atteinte à la structure porteuse ou
      • Il y a changement d’affectation.
      Le détail de la procédure sera présentée plus loin dans ce cours.
    • Critères au niveau cantonal
      • Canton de Bâle Ville:
      Uniquement pour les infrastructures critiques et les bâtiments à fort taux d’occupation dans le contexte de projets de transformation ou d’assainissement importants
    • Critères au niveau cantonal
      • Autres cantons pour leurs ouvrages propres
      Nota : Critères non relevés systématiquement à ce jour.
    • 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
    • Détermination de la vulnérabilité
      Pour un gestionnaire de portefeuille immobilier
      Pour un assureur
    • Pour un gestionnaire de portefeuille : Exemple des bâtiments de l’EPFL
    • 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
    • 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
    • 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)
    • Bâtiments existantsMicrozonage spectral – Zonage
    • Microzonage spectral – Spectres
      Tiré du rapport Résonance SA
    • Cadastrage du risque
      http://plan-dii.epfl.ch
    • Pour un assureur : Calcul de la prime d’assurance pour la ville d’Aigle
    • Population de bâtiments
      Pourquoi la ville d’Aigle ?
      • Sismicité intéressante
      • Taille de la ville
      • Diversité du bâti
    • Modèle physique d’évaluation du risque sismique
      Vulnérabilité
      Valeurs
      exposées
      Aléa
      Financières
      Contractuelles
      Législatives
      Acteurs
    • Détermination de l’aléa
      - Aléa local
      - Aléa régional
    • Les bâtiments sont classés en catégories sismiques
    • Ces bâtiments sont ensuites classés en clases de vulnérabilité
    • Détermination de la vulnérabilité
      Courbes de vulnérabilité
      Demo
    • Conséquences par scénarios
    • Outils de gestion du risque
      Panel de mesures
      2 familles de méthodes de calcul
      Par où commencer ?
      Des questions ouvertes
      Conclusion
    • Arsenal de mesures de gestion du risque
      Demo
    • « 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
    • 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 »
    • 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
    • « Findings »
      Comparaison difficile
      • Critères de comparaison sont différents
      • Critères de décision sont différents
      • Evaluations sismiques chargées d’incertitudes
      Méthodes complémentaires
      débuter par MBF,
      et selon résultats et type de structure
      compléter par MBD
      pour développer une compréhension plus large du comportement sismique probable
    • 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 »
    • 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
    • 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)
    • Merci de votre attention