Cours postgrade de génie parasismique
Module 3 : Evaluation des structures
existantes
Dr Vincent PellissierEPFL-VPPL-OPPStation 5CH-1015 [email protected]
Notions de risque
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -2-
Contenu de l’exposé
• Eléments juridiques• Notion de risque• La vulnérabilité du bâti helvétique• Détermination de la vulnérabilité• Outils de gestion du risque sismique
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -3-
Eléments juridiques
• Contexte légal – Responsabilité – Illicéité (notion de règles de l’art)– Faute– Dommage– Causalité
• Principes fondamentaux – Principe de précaution– Principe de proportionnalité
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -4-
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
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -5-
Notions de risque – Rappels théoriques
• Dangers versus Risque• Evolution et tendance• Des événements rares mais catastrophiques• Le risque sismique en Suisse
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -6-
Danger vs Risque
Conséquences
Vulnérabilité x Valeurs exposées au risque
considéré
Danger
Aléa(Intensité & Probabilité de
survenance)
Risque
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -7-
Evolution et tendance
Sources [SwissRe]
Demo
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -8-
Des événements historiques rares mais potentiellement catastrophiques
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -9-
A quels risques la Suisseest-elle confrontée ?
Source [KATARISK 03]
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -10-
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]
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -11-
Quels sont les risques les plus importants de Suisse ?
Avalanches en Suisse
Séisme en Suisse
200 morts par siècle => 2 morts par année
20’000 millions de francs par siècle
=> 200 millions par année
20 morts par année
4 millions de francs par année
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -12-
Sécurité parasismique à quel prix ?
Casque moto
Ceinture auto
Désamiantage USA
Mesures parasismiques
en Suisse
Coût pour sauver une vie humaine
Vaccinationstiers monde
?
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -13-
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 ?)
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -14-
Paramètres déterminants pour le comportement sismique des structures
structure• conception• matériaux• normes• détails
fondation & sol
éléments non-
structuraux
sismicité-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -15-
0%
20%
40%
60%
80%
100%
= 1971 1972 - 1981 = 1982
dommages légers / pas de d.
dommages moyens
dommages importants
effondrement
depuis 19821972 - 1981jusqu’à 1971
Exemple de l’impact des normes sur la tenue sismique des bâtiments
Années de construction, selon les générations de normes
pou
rce
nta
ges
des
bâ
timen
ts
statistiques de 2000 bâtiments
à Kobe (Japon) suite au séisme de 1995
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -16-
> 2003
28%
45%
21%
6%
< 1947
1947 - 1975
1976 - 1990
1990 - 1993
Bâti existant suisse
h Age des bâtiments(immeubles d ’habitation, bureaux, écoles et hôpitaux)
h Évolution des forces latérales (normes SIA; Bâtiment type à Bâle)
< 1956
1970 - 1989
1989 - 2003
1956 - 1970 sollicitation latérale (vent & séisme)
=> Besoin d’évaluation parasismique
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -17-
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 métalliquegénéralement des murs de refend
– Bâtiments multi-étages anciens (« non-engineered »)maçonnerie de pierre ou de briquepar ex. peu de diaphragmes rigides
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -18-
Particularités de la sollicitation sismique
• Accidentelle & « no warning »
• Dynamique
• Composante horizontale
• Cyclique
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -19-
Nouvelles constructions vs Construction existantes
Construction existantes
Basé sur la gestion du risque actualiser les exigences et la
durée d’utilisation estimer le comportement
ultime effectif Approche probabiliste?
Modifications de la structures sont très chères !
Nouvelles constructions
Améliorations sismiques + ou -« gratuites »
Basé sur les normes Actions et règles de
dimensionnement sont données « du côté de la sécurité » calculs déterministes suffisent
Calculs linéaires généralement suffisant
Calculs non-linéaires souvent
requis
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -20-
Réduction du risque sismique dans les nouvelles constructions
• Limitation des pertes de vies humainesApplication 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
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -21-
« The challenge of existing buildings »
• Défi pour la sociétéDévelopper la volonté et les outils politiques, légaux,
fiscaux et économiques pour réduire le risque Rôle crucial des pouvoirs publics
– évènements rares et catastrophiquesQuid d’une assurance sismique ?
Graduées selon la vulnérabilitéPrimes réalistesPrivée ou publique
• Défi pour les spécialistesDévelopper et appliquer des outils d’évaluationDévelopper et appliquer des techniques de renforcementRéduire les coûts d’intervention
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -22-
Priorités dans l’évaluation
• Ouvrages prioritairesStructures « life line »Constructions essentielles à la vie publique et économique Installations dangereuses (OPAM)
• Bâtiments anciens « Non-engineered » buildings
• Bâtiments en rénovation• Bâtiments vulnérables (maçonnerie)
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -23-
Quels cantons inventorient la sécurité sismique de leurs bâtiments publics importants et/ou de leurs
bâtiments de fonction critique<Double-click here to enter title>
Kantone
Ueberprüfung von kantonalen Gebäudebestände
ja
nein Quelle: BPUK Umfrage 2006
Procédures d’inventaires cantonaux
Remarque: Procédures plus ou moins poussées !
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -24-
Qui exige explicitement une vérification de la sécurité parasismique dans le cadre de projets
de transformation?
Contexte d’application
• 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)
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -25-
Construction parasismique et/ou obligation légale explicite d‘application des normes SIA ancrés dans
la loi sur les construction<Double-click here to enter title>
KantoneVerweis auf Normen oder spezifische Regelung im Gesetz oder Verordnungen
ja
Ergänzung vorgesehen
nein Quelle: BPUK Umfrage 2006
Contexte d’application
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -26-
SourcesNeuf 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)
Critères au niveau normatif
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -27-
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.
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -28-
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
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -29-
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
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -30-
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
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -31-
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.
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -32-
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
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -33-
Critères au niveau cantonal
• Autres cantons pour leurs ouvrages propres
Nota : Critères non relevés systématiquement à ce jour.
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -34-
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
Nuisance Etendue (%surf.) Investissement/ValeurHaute 3 > 50% 5 > 50% 5Moyenne 1 > 10% 2 > 10% 2Basse 0 < 10% 0 < 10% 0
Total de points 7+ OUI < 3 NON entre deux avis
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -35-
Détermination de la vulnérabilité
• Pour un gestionnaire de portefeuille immobilier
• Pour un assureur
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -36-
Pour un gestionnaire de portefeuille : Exemple des bâtiments de l’EPFL
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -37-
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
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -38-
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
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -39-
Nouvelles constructions
1.Formation sur les formulaires ad hoc
2.Mise en œuvre du processus de contrôle
3.RPP demandés sur les nouvelles constructions (RLC, SV, CCE, PSE,…)
4.RPP demandés pour les transformations lourdes (BPH)
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -40-
Bâtiments existantsMicrozonage spectral – Zonage
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -41-
Microzonage spectral – Spectres
Tiré du rapport Résonance SA
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -42-
Cadastrage du risque
http://plan-dii.epfl.ch
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -43-
Pour un assureur : Calcul de la prime d’assurance pour la ville d’Aigle
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -44-
Population de bâtiments
Pourquoi la ville d’Aigle ?
Sismicité intéressante
Taille de la ville
Diversité du bâti
1 - 2.5 3 - 3.5 4 - 4.5 5 - 5.5 6 - 6.5 7 et +
Moëllons
"Wandbaute"
Cadres BA
Cadres Acier
Eglises
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
% par rapport au nombre total de
bâtiments
Nombre d'étages
Catégories sismiques
Moëllons
Maç. Mod
"Wandbaute"
"Skelettbaute"
Cadres BA
Bois
Cadres Acier
Pierres taillées
Eglises
?
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -45-
Modèle physique d’évaluation du risque sismique
Valeurs exposées
Vulnérabilité
Aléa Financières
Contractuelles
Législatives
Acteurs
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -46-
Détermination de l’aléa
- Aléa local
- Aléa régional
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -47-
Les bâtiments sont classés en catégories sismiques
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -48-
Ces bâtiments sont ensuites classés en clases de vulnérabilité
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -49-
VI VII VIII IX X XI0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
intensité MSK
% d
e b
âti
me
nts
en
do
mm
ag
és
DG 1
DG 2
DG 3
DG 4
DG 5
Courbes de vulnérabilité
Détermination de la vulnérabilité
Demo
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -50-
Scénarios MortsDommages immobiliers
[millions de Frs.]
Dommages mobiliers[millions de Frs.]
VII [0–4–7] [61–82–103] [9–12–14]
VIII [12–17–22] [206–252–301] [32–39–46]
IX [25–57–78] [442–524–606] [68 – 81 – 94]
SMP 220 941 156
Conséquences par scénarios
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -51-
Outils de gestion du risque
• Panel de mesures• 2 familles de méthodes de calcul• Par où commencer ?• Des questions ouvertes• Conclusion
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -52-
Arsenal de mesures de gestion du risque
Demo
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -53-
« 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
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -54-
2 familles de méthodes de calcul
• Méthodes basées sur les forces (MBF)calcul linéairebase des normes de dimensionnementsimples, éprouvées et établiesprise en compte très approximative du comportement non-linéaire
• Méthodes basées sur les déplacements (MBD)
calcul non-linéairecompatible avec « performance based design » et avec le « capacity design »effort de calcul plus importantmanque d’outils de calculprédiction des déformations et du mode de ruptureplus « réaliste »
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -55-
Prédiction des dégâts passe par le calcul des déformations
Joe’s
Beer!Food!
Déformation latérale
Efforts latéraux
Joe’s
Beer!Food!
small change inforce level
large change indeformation level
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -56-
« Findings »
• Comparaison difficile- Critères de comparaison sont différents- Critères de décision sont différents- Evaluations sismiques chargées d’incertitudes
• Méthodes complémentairesdébuter par MBF,
et selon résultats et type de structure
compléter par MBDpour développer une compréhension plus large du comportement sismique probable
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -57-
Calculs parasismiques - Méthodes d’analyse
• Statique linéaireForces de remplacement
• Dynamique linéaireSpectre de réponse
• Statique non-linéaire
analyse « push-over »
• Dynamique non-linéaire
« Zeitverlaufverfahren »
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -58-
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 ?
Démo
Film
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -59-
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)
Module 3 – Notions de risqueVincent Pellissier, EPFL -60-
Merci de votre attention
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