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Structure acier : une réponse adaptée en zone parasismique
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Structure acier : une réponse adaptée en zone parasismique

le 03/11/2010  |  Technique

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La construction métallique, en raison du matériau utilisé et de ses modes d’assemblages est particulièrement performante en zone sismique.

Dans l’attente de la publication des derniers arrêtés attendus de la part du ministère de l’environnement et qui préciseront les conditions d’application de l’EN 1998 dans le domaine parasismique, en particulier la carte remise à jour des zones sismiques françaises, la réglementation en vigueur demeure celle qui est issue des règles PS 92.

« Le principe de base de la construction parasismique est de faire en sorte que l’énergie sismique soit dissipée, explique Bruno Chabrolin, Directeur scientifique du CTICM. Dans la construction traditionnelle, on cherche l’obtention d’un système élastique dans lequel les déformations sont quasiment proportionnelles aux charges. De fait, la dissipation est quasiment inexistante. Pour réellement dissiper l’énergie sismique, il faut faire appel à la plasticité qui tient compte des phénomènes dans le temps (l’augmentation violente des charges puis leur diminution) et des trajets que suivent les efforts. »

Cette plasticité qui est la qualité requise pour les composants est à relier à l’hyperstaticité des ouvrages. L’hyperstaticité consiste à contraindre une pièce en place plus qu’il est nécessaire pour qu’elle soit maintenue. Ainsi, sur une poutre sur deux appuis, on ne prévoira qu’une rotule, avec trois appuis deux rotules, etc. Le nombre de rotules augmente avec l’hyperstaticité de la structure.

Trois classes de ductilité pour trois degrés de résistance

Les règles parasismiques font également intervenir les classes de ductilité des structures et en définissent trois baptisées DC (pour Ductility Class) L (pour low), M (pour medium) et H (pour high). En classe DCL, le bâtiment reste quasiment élastique sous les effets du séisme. L’absence de prise en compte de la plasticité aboutit à une solution peu économique. Dans le cas d’une DCM, le second œuvre sera fortement endommagé mais la structure sera réparable. « Cette possibilité de réparation sera aussi fonction du matériau utilisé, poursuit Bruno Chabrolin. C’est le cas de l’acier qui répond très bien à cette exigence. Enfin une hypothèse DCH permettra de maintenir le bâtiment debout sous le séisme de calcul. Mais, corolaire inévitable, si la construction reste en place, elle sera très fortement endommagée ». La classe de ductilité de la construction sera définie en fonction de son usage (hôpital ou lieu de stockage, caserne de pompiers ou immeuble de bureaux). Ensuite, intervient un rapport évident entre la responsabilité (en lien avec les conséquences du séisme) et les aspects financiers. Toutes ces études se font dans un référentiel pour lequel le séisme de référence se produit tous les 475 ans. A titre de comparaison les règles Neige et Vents ont pour référence l’accident cinquantenaire. Ce séisme de référence est différent selon les régions. Par exemple, sur la Côte d’Azur l’accélération de référence est de 0,25 g tandis qu’elle est négligeable en Région parisienne.

Des renforcements simples

La classe de ductilité la plus courante est la DCM. Dans le cas d’un séisme fort ; la structure reste généralement stable et on évite les décès. Dans le cas d’un séisme léger, la structure reste apte au fonctionnement au prix de quelques interventions de remise en état.

« L’Eurocode 8 donne une exigence particulière pour les DCM et DCH puisqu’il est nécessaire au concepteur d’identifier les zones de structures qui vont dissiper l’énergie, précise Bruno Chabrolin, par exemple, dans un portique à deux poteaux et une traverse encastrée, par deux rotules plastiques aux extrémités de la poutre, libre ainsi de tourner par rapport aux poteaux. Les ouvrages sont dimensionnés de façon à ce que les rotules se forment aux endroits voulus. »

En réhabilitation il est aussi facile de renforcer une structure acier ou béton avec de l’acier pour la rendre parasismique. Il est également possible de réparer de telles structures. C’est d’ailleurs le cas après des séismes sur des structures existantes qui présentent encore, après diagnostic, les caractéristiques de conformité. Les réparations par remplacement entier de tronçons malmenés ou par soudage de raidisseurs sont d’autant plus aisées que ce type de travaux se pratique couramment en réhabilitation, agrandissement, ou renfort pour changement d’usage des constructions en acier.

Un renfort pour les autres matériaux

Les déformations, comme pour les ailes de semelles, sont redressables en chauffant les pièces, exactement comme il est pratiqué pour les carrosseries.

Les renforcements sont adaptés en fonction des parties de l’ouvrage et à l’aide de techniques comme la rigidification ou le renforcement des armatures de façades par soudure ou boulonnage de plats additionnels, le renforcement des palées de stabilité (croix de Saint-André). Pour les assemblages poteaux-poutres, il est possible de placer des jarrets. « Mais dans tous les cas, le problème des fondations se pose, surtout si elles n’ont pas été calculées en fonction des règles parasismiques. »

Mais l’acier est aussi très utile dans le cas du renforcement des structures en béton. On peut chemiser des poteaux et leur donner ainsi une résistance d’autant plus efficace que ce ne sont pas les ouvrages qui souffrent le plus.

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Quelques règles efficaces

La géométrie idéale pour lutter contre le risque sismique est celle du parallélépipède où les masses et les rigidités seront régulièrement distribuées tant en élévation qu’en plan. Il faut donc éviter les déséquilibres et les ouvrages à risque comme les consoles, les surplombs, les vides en rez-de-chaussée (voir à ce sujet l’article sur l’Aquila et les conclusions de la commission de l’AFPS). En outre, il est nécessaire de privilégier les boulons précontraints aux boulons ordinaires.

La nouvelle carte sismique

La nouvelle carte sismique devrait comporter quatre zones par croissance de risque. La première zone n’entraînera pas d’obligation, la seconde des obligations sous risque normal et les zones III et IV des obligations généralisées. Les zones sans obligation de calcul sismique y sont étendues et, dans la première zone, les bâtiments à risque normal ne feront l’objet d’aucune justification au contraire des constructions à risque non normal que sont les hôpitaux, les bâtiments de la sécurité civile, les installations classées, etc.

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