Architecture Parasismique

Les ponts encaissent la secousse réglementaire

Mots clés : Normalisation - Marquage CE - Ouvrage d'art - Risque sismique

La modification du zonage sismique et le changement de normes produisent une petite onde de choc sur la construction et la rénovation des ouvrages d’art.

La réglementation parasismique a connu, en mai 2011, des évolutions majeures. Parmi les conséquences, l’augmentation de la superficie des zones à sismicité faible ou modérée, et donc le nombre d’ouvrages concernés par les règles parasismiques. Autre changement, l’application obligatoire de l’Eurocode 8 de calculs des structures pour leur résistance aux séismes, venu remplacer l’ancien code français PS 92. Ce texte définit la catégorie d’importance des ponts en fonction du trafic supporté par l’itinéraire et de son rôle dans la gestion de crise. Par exemple, l’exigence envers un pont autoroutier qui dessert un hôpital sera plus importante que pour celui qui porte une route secondaire. Il prend aussi en compte une classe de sol.

« Le découpage du zonage sismique, désormais par commune [par canton dans la précédente réglementation, NDLR] peut réserver des surprises. Dans le cas d’une infrastructure linéaire sur un itinéraire donné, des ouvrages de même type et relativement proches peuvent être dimensionnés selon un aléa sismique différent », explique Olivier Bonifazi, directeur d’Egis JMI (lire p. 83) . En outre, « suivre le zonage défini à l’échelle nationale n’est pas toujours suffisant, souligne Brice Bossan, directeur de l’ingénierie, du matériel et des achats de la branche infrastructures d’Eiffage. Il peut s’avérer pertinent d’identifier le risque sismique sur un site donné en intégrant des études d’aléa local plus précises. C’est ce que nous avons fait pour le stade Pierre-Mauroy à Lille ».

Fissuration bénéfique. Les Eurocodes demandent un savoir-faire plus pointu, avec une densification plus ciblée du ferraillage dans certaines zones spécifiques de l’ouvrage. « Un corpus méthodologique a été fourni par le Cerema et l’Association française du génie parasismique (AFPS), portant sur le calcul et les dispositions constructives : ferraillage du béton armé, assemblage des éléments métalliques et dispositifs d’appui. Par exemple, les amortisseurs sont pris en compte, de même que l’assouplissement engendré par la fissuration du béton ou encore la plastification des aciers de certaines sections de l’ouvrage. Cette dernière peut être bénéfique dans la mesure où elle apporte de la ductilité au pont », rappelle Denis Davi, référent risque sismique et infras au Cerema.

En France, les anciennes solutions diffèrent finalement assez peu en matière de robustesse de celles prescrites par les Eurocodes. « Les difficultés résident davantage à l’étranger, dans les zones à forte sismicité comme l’Algérie (lire p. 84) ou la Turquie. Les anciennes réglementations locales y ont aussi été remplacées par l’Eurocode 8. Nous avons de nombreux chantiers en neuf attribués avec les anciennes réglementations nationales pour lesquels il faut trouver des solutions de conception parasismique répondant à moindre coût à la nouvelle réglementation », confie Julien Erdogan, directeur technique chez Freyssinet.

Du neuf plus robuste à coût équivalent. L’un des principes de conception le plus couramment employé en zone de sismicité modérée consiste à faire reposer le tablier du pont sur des piles et des culées par l’intermédiaire d’appareils d’appuis libres ou souples en néoprène, qui lui offrent une certaine mobilité. Des butées en béton viennent contraindre le tablier transversalement. Pour les zones à sismicité plus forte, l’usage d’amortisseurs parasismiques à réponse non linéaire (élasto-plastiques, pendulaires, visqueux… ) est devenu beaucoup plus fréquent. « Le coût de la construction neuve est peu impacté par le passage aux Eurocodes à condition que la conception soit bien faite, avec des appuis un peu plus souples et la prise en compte des règles de l’art », décrypte Denis Davi.

La situation la plus défavorable est celle d’un sol mou ou potentiellement liquéfiable qui demande de renforcer les fondations et les pieux. « Les piles peuvent se cisailler et éclater en cas de séisme. Le projet national de recherche Badifops, dont Eiffage est partenaire, étudie la possibilité d’obtenir un meilleur confinement des piles en cas de séisme grâce à une coque en béton fibré à ultra-haute performance (BFUP) dans le cas des renforcements des ouvrages existants », explique Brice Bossan.

Renforcer les ponts existants. S’ils ne sont pas soumis à la réglementation parasismique, les ponts existants peuvent faire l’objet d’un renforcement, par exemple dans le cadre d’un élargissement ou s’ils revêtent une importance stratégique. Ils doivent alors se rapprocher des performances réglementaires imposées à un ouvrage neuf. En pratique, le taux de conformité minimum visé est de l’ordre de 60 ou 70 %. Les parties vulnérables doivent être déterminées au cas par cas.

« Il convient de vérifier le débattement du tablier, c’est-à-dire sa capacité à bouger longitudinalement. Les appareils d’appui doivent être suffisamment souples pour ne pas rompre. Il peut aussi être nécessaire de déplacer le garde-grève, c’est-à-dire le mur qui surmonte la culée d’un pont et l’about du tablier, pour laisser libre le débattement, ou de renforcer les murs de culée par des tirants », détaille Olivier Bonifazi. Sur un certain nombre d’ouvrages, le Cerema a évalué le coût d’un confortement permettant d’atteindre les exigences imposées pour les ouvrages neufs. Il atteint 2 à 13 % du coût de démolition et de reconstruction.

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Conception - Un viaduc prêt à toute éventualité sur une LGV

« Le tracé de la nouvelle ligne à grande vitesse (LGV) de contournement de Nîmes et Montpellier s’est retrouvé en zone sismique faible ou modérée à la suite du nouveau zonage », constate Christian Robert, expert d’ouvrages d’art chez Spie Batignolles TPCI, qui a été intégré aux études dès l’avant-projet définitif. La plupart des 188 ouvrages d’art se situent dans une zone de sismicité faible, et une petite partie d’entre eux dans une zone de sismicité modérée.

« Les principes de conception parasismique consistent à reprendre les efforts sismiques par des appareils d’appui à pot et des tiges précontraintes ainsi que par des butées parasismiques pour les viaducs avec des tabliers mixtes », résume Yi Zhang, chef de projet chez Spie Batignolles TPCI. C’est le cas par exemple du viaduc du Vidourle, un ouvrage de 159 m de long sur la LGV comprenant un pont mixte acier-béton et deux ponts d’accès. Les efforts sismiques sont repris à l’aide d’appareils d’appui à pot et de butées parasismiques sur les deux piles centrales.

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Evaluation - Hiérarchiser la vulnérabilité des infrastructures

Réduire la vulnérabilité du patrimoine existant est l’une des priorités du Cadre d’actions pour la prévention du risque sismique (Capris). Ce plan national se décline aux niveaux régional et départemental. Pour les infrastructures routières, les itinéraires importants font l’objet d’études portant sur la vulnérabilité des ouvrages, afin de repérer les plus critiques et d’établir des priorités.

La démarche Sismoa du Cerema lancée en janvier 2011 détaille cette méthode d’évaluation préliminaire du risque sismique sur les ouvrages d’art existants, sans faire de calcul sismique mais en prenant en compte des facteurs comme la zone de sismicité, la nature du terrain, la typologie de l’ouvrage et son importance socio-économique. Les ouvrages identifiés à risques font alors l’objet d’un diagnostic plus précis.

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Amortisseurs - Absorber et dissiper l'énergie

« En Algérie, la ligne ferroviaire à double voie entre Birtouta et Zeralda se situe en zone d’aléa sismique maximum. Le chantier avait été attribué en 2007, mais le code sismique local a profondément évolué peu après l’attribution, et le budget prévu pour la mise aux nouvelles normes a fortement impacté la faisabilité du projet », explique Julien Erdogan, directeur technique chez Freyssinet. Le projet comprend quatre ponts (de 334 à 660 m de long) à construire sur un sol friable de mauvaise qualité. Freyssinet est intervenu pour fournir une solution de protection sismique tout en réduisant l’impact financier.

Au lieu d’augmenter la section des piles et des pieux, ce sont des isolateurs sismiques de type amortisseurs visqueux qui ont été choisis ici. Ils fonctionnent en trois phases. La précontrainte (à partir d’un seuil de déclenchement) fixe la structure sous l’effet des sollicitations de service, comme les efforts de freinage ou le vent. En cas de séisme de forte intensité, la fonction d’amortisseur prend le relais pour dissiper l’énergie sismique. Enfin, la fonction ressort ramène la structure à sa position d’origine après l’événement. Les isolateurs absorbent ainsi de l’énergie de manière réversible. « En intervenant dès la phase de conception, il est possible de proposer une solution viable qui pèse faiblement sur le coût des travaux tout en utilisant des produits assez courants », conclut Julien Erdogan.

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