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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/37468234 Génie parasismique. Conception et dimensionnement des bâtiments Book · June 2008 Source: OAI CITATIONS 17 READS 12,574 2 authors: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Damage prediction for regular reinforced concrete buildings View project Dynamic Properties of timber frame buildings View project Pierino Lestuzzi École Polytechnique Fédérale de Lausanne 254 PUBLICATIONS 1,826 CITATIONS SEE PROFILE M. Badoux Lausanne Public Transportation 65 PUBLICATIONS 872 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Pierino Lestuzzi on 14 August 2017. The user has requested enhancement of the downloaded file. Pierino Lestuzzi et Marc Badoux Génie parasismique Conception et dimensionnement des bâtiments Presses polytechniques et universitaires romandes avec la participation de Souad Sellami Les Presses polytechniques et universitaires romandes sont une fondation scientifique dont le but est principalement la diffusion des travaux de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne ainsi que d’autres universités et écoles d’ingénieurs. Le catalogue de leurs publications peut être obtenu par courrier aux Presses polytechniques et universitaires romandes, EPFL – Centre Midi, CH-1015 Lausanne, par E-Mail à ppur@epfl.ch, par téléphone au (0)21 693 41 40, ou par fax au (0)21 693 40 27. www.ppur.org Première édition ISBN 978-2-88074-747-3 © Presses polytechniques et universitaires romandes, 2008 Tous droits réservés. Reproduction, même partielle, sous quelque forme ou sur quelque support que ce soit, interdite sans l’accord écrit de l’éditeur. Imprimé en Espagne Les auteurs et l’éditeur remercient l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne pour le soutien apporté à la publication de cet ouvrage. La collection «Génie civil» est dirigée par le professeur Manfred A. Hirt. Séismes et construction Eléments pour non-spécialistes P. Lestuzzi Introduction à l’analyse des structures M.-A. Studer et F. Frey L’art des structures Une introduction au fonctionnement des structures en architecture A. Muttoni Conception des charpentes métalliques M. A. Hirt et M. Crisinel I Table des matières Table des matières ...................................................................................................................... I 1 Introduction ................................................................................................................................. 1 1.1 Contexte, enjeux et significations ................................................................................................. 3 1.2 Objectifs et contenu ...................................................................................................................... 3 1.2.1 Particularités de l’action sismique ...................................................................................... 4 1.2.2 Dimensionnement en capacité ............................................................................................ 6 1.3 Public et organisation .................................................................................................................... 8 1.4 Références ................................................................................................................................... 10 1.5 Remerciements ............................................................................................................................ 10 2 Eléments de sismologie ............................................................................................................. 11 2.1 Introduction ................................................................................................................................. 14 2.1.1 Développement historique de la sismologie ..................................................................... 14 2.1.2 Cause des séismes ............................................................................................................. 14 2.1.3 Distribution géographique des séismes ............................................................................. 16 2.1.4 Mécanismes de rupture des failles .................................................................................... 18 2.1.5 Les différents types d'ondes .............................................................................................. 20 2.1.6 Propagation des ondes sismiques ...................................................................................... 21 2.2 Mesure des mouvements du sol .................................................................................................. 23 2.2.1 Sismographe ..................................................................................................................... 23 2.2.2 Accélérométrie .................................................................................................................. 24 2.2.3 Détermination des paramètres d'un séisme ....................................................................... 24 2.3 Quantifications des séismes à la source et au lieu d'enregistrement .......................................... 28 2.3.1 Magnitudes et grandeurs associées ................................................................................... 28 2.3.2 Définition de l’intensité .................................................................................................... 31 2.3.3 Echelles d'intensité ............................................................................................................ 31 2.3.4 Sismicité et catalogues de séismes .................................................................................... 33 2.3.5 Caractérisation des événements sismiques ....................................................................... 34 2.3.6 Effets des tremblements de terre ....................................................................................... 35 2.4 Aléa sismique .............................................................................................................................. 35 2.4.1 Risque sismique ................................................................................................................ 35 2.4.2 Méthode d'analyse déterministe du danger sismique ........................................................ 36 2.4.3 Méthode d'analyse probabiliste du danger sismique ........................................................ 36 2.4.4 Cartes d’aléa probabiliste .................................................................................................. 41 2.4.5 Microzonage sismique ...................................................................................................... 42 II Table des matières 2.5 Conclusion du chapitre: la prévention du risque sismique ......................................................... 45 2.6 Etude de cas: le séisme de Boumerdes ....................................................................................... 46 2.7 Résumé et synthèse ..................................................................................................................... 52 2.8 Lectures complémentaires .......................................................................................................... 53 2.9 Références .................................................................................................................................. 53 3 Réponse sismique des structures ............................................................................................. 55 3.1 Introduction ................................................................................................................................ 57 3.2 Les structures face aux séismes .................................................................................................. 57 3.2.1 Types de dégâts ................................................................................................................ 58 3.2.2 Dégât, endommagement ................................................................................................... 63 3.2.3 Gravité (EMS-98) ............................................................................................................. 64 3.2.4 Effet sur les éléments non structuraux (éléments non porteurs, équipements, etc.) ......... 65 3.3 Etude de cas: exemple du séisme de Kocaeli ............................................................................. 66 3.3.1 Le séisme de Kocaeli ........................................................................................................ 66 3.3.2 Dégâts aux immeubles résidentiels et commerciaux ........................................................ 66 3.3.3 Répartition des dégâts ....................................................................................................... 70 3.3.4 Divers ............................................................................................................................... 73 3.3.5 Enseignements .................................................................................................................. 74 3.4 Vulnérabilité sismique ................................................................................................................ 75 3.4.1 Facteurs de vulnérabilité ................................................................................................... 75 3.4.2 Classes de vulnérabilité EMS-98 ...................................................................................... 76 3.4.3 Courbes de vulnérabilité (ou de fragilité) ......................................................................... 77 3.5 Comportement sismique des structures: observation post-sismique .......................................... 79 3.5.1 Influence de l’année de construction sur l’endommagement ........................................... 79 3.6 Comportement sismique des structures: méthodes expérimentales ........................................... 80 3.6.1 Dynamique ....................................................................................................................... 81 3.6.2 Statique-cyclique .............................................................................................................. 87 3.6.3 Pseudo-dynamique ........................................................................................................... 90 3.7 Résumé et synthèse ..................................................................................................................... 92 3.8 Lectures complémentaires .......................................................................................................... 92 3.9 Références .................................................................................................................................. 93 4 Conception des bâtiments ........................................................................................................ 95 4.1 Introduction ................................................................................................................................ 97 4.2 Enjeux de la conception .............................................................................................................. 98 4.3 Forme du bâtiment ...................................................................................................................... 98 4.3.1 Forme en plan ................................................................................................................... 99 4.3.2 Forme en élévation ......................................................................................................... 101 4.4 Système de contreventement .................................................................................................... 105 4.4.1 Refends (voiles) .............................................................................................................. 106 III 4.4.2 Cadres (portiques) ........................................................................................................... 107 4.4.3 Contreventements triangulés .......................................................................................... 109 4.4.4 Systèmes mixtes .............................................................................................................. 110 4.5 Disposition des éléments de contreventement .......................................................................... 111 4.6 Diaphragmes ............................................................................................................................. 113 4.7 Fondations ................................................................................................................................. 114 4.7.1 Fondations superficielles ................................................................................................ 114 4.7.2 Fondations profondes ...................................................................................................... 114 4.7.3 Isolation parasismique .................................................................................................... 115 4.8 Eléments non porteurs .............................................................................................................. 115 4.8.1 Cloisons souples ............................................................................................................. 116 4.8.2 Cloisons rigides .............................................................................................................. 116 4.8.3 Façades ........................................................................................................................... 117 4.8.4 Faux-plafonds et corps d’éclairage ................................................................................. 117 4.8.5 Installations internes et équipements .............................................................................. 117 4.9 Implantation de l’ouvrage ......................................................................................................... 118 4.9.1 Sous-sol ........................................................................................................................... 118 4.9.2 Environnement construit ................................................................................................. 118 4.10 Exemple de conception parasismique ....................................................................................... 119 4.11 Résumé et synthèse ................................................................................................................... 120 4.12 Lectures complémentaires ........................................................................................................ 122 4.13 Références ................................................................................................................................. 122 5 Analyse sismique des bâtiments ............................................................................................. 123 5.1 Introduction ............................................................................................................................... 125 5.1.1 Equation du mouvement ................................................................................................. 126 5.1.2 Masse .............................................................................................................................. 127 5.1.3 Amortissement ................................................................................................................ 128 5.1.4 Force de réaction ............................................................................................................. 128 5.1.5 Accélération du sol ......................................................................................................... 128 5.2 Systèmes linéaires à un degré de liberté (oscillateurs simples linéaires) .................................. 128 5.2.1 Définitions ...................................................................................................................... 128 5.2.2 Méthodes de résolutions ................................................................................................. 129 5.3 Systèmes linéaires à plusieurs degrés de liberté (oscillateurs multiples linéaires) ................... 130 5.3.1 Définitions et équation de base ....................................................................................... 130 5.3.2 Analyse modale .............................................................................................................. 131 5.3.3 Amortissement ................................................................................................................ 134 5.4 Méthode du spectre de réponse ................................................................................................. 134 5.5 Méthode des forces de remplacement ....................................................................................... 136 5.5.1 Accélération spectrale ..................................................................................................... 137 5.5.2 Force globale de remplacement ...................................................................................... 139 5.5.3 Répartition de la force de remplacement sur la hauteur ................................................. 140 5.5.4 Répartition horizontale de la force de remplacement ..................................................... 141 IV Table des matières 5.6 Systèmes non linéaires ............................................................................................................. 144 5.6.1 Modèles hystérétiques .................................................................................................... 144 5.6.2 Reproduction d’essais dynamiques par les modèles hystérétiques ................................ 146 5.6.3 Résolution ....................................................................................................................... 148 5.6.4 Simulation non linéaire par un supplément d’amortissement visqueux ......................... 149 5.6.5 Dimensionnement avec les coefficients de comportement ............................................ 150 5.6.6 Autres modèles ............................................................................................................... 152 5.7 Analyse de la réponse sismique des structures ......................................................................... 153 5.7.1 Déformations engendrées par les séismes ...................................................................... 153 5.7.2 Approche numérique: séismes naturels .......................................................................... 154 5.7.3 Approche numérique: séismes artificiels ........................................................................ 155 5.7.4 Approche expérimentale: essais dynamiques ................................................................. 158 5.7.5 Règle des déplacements égaux ....................................................................................... 162 5.8 Exemples numériques ............................................................................................................... 163 5.8.1 Bâtiment régulier ............................................................................................................ 163 5.8.2 Bâtiment irrégulier .......................................................................................................... 169 5.8.3 Répartition horizontale des forces d’étage ..................................................................... 171 5.9 Résumé et synthèse ................................................................................................................... 174 5.10 Lectures complémentaires ........................................................................................................ 175 5.11 Références ................................................................................................................................ 176 5.12 Annexe 1: Méthodes de résolution ........................................................................................... 178 5.13 Annexe 2: Oscillateur linéaire à cinq masses (matrices développées) ..................................... 182 5.14 Annexe 3: Exemple de répartition horizontale de la force de remplacement ........................... 186 5.15 Annexe 4: Modèle Takeda et modèle Q ................................................................................... 189 5.16 Annexe 5: Reproduction d’essais dynamiques par les modèles hystérétiques ......................... 192 5.17 Annexe 6: Séismes artificiels ................................................................................................... 195 6 Dimensionnement des bâtiments ........................................................................................... 201 6.1 Introduction .............................................................................................................................. 203 6.2 Détermination des efforts de dimensionnement ....................................................................... 204 6.2.1 Règle des déplacements égaux ....................................................................................... 204 6.2.2 Coefficient de comportement structural ......................................................................... 205 6.3 Dimensionnement conventionnel ............................................................................................. 206 6.4 Dimensionnement en capacité .................................................................................................. 206 6.4.1 Principes du dimensionnement en capacité .................................................................... 206 6.4.2 Premier pas du dimensionnement en capacité ................................................................ 207 6.4.3 Garantie du mécanisme et de la ductilité ........................................................................ 208 6.4.4 Ductilité .......................................................................................................................... 209 6.4.5 Surrésistance ................................................................................................................... 212 6.4.6 Caractéristiques des matériaux ....................................................................................... 213 6.5 Dimensionnement selon les normes suisses SIA ...................................................................... 215 6.5.1 Aléa sismique ................................................................................................................. 215 6.5.2 Spectres de réponse élastique ......................................................................................... 216 V 6.5.3 Classes de sols de fondation ........................................................................................... 217 6.5.4 Spectres de dimensionnement ......................................................................................... 218 6.5.5 Classes d’ouvrages .......................................................................................................... 219 6.5.6 Facteurs d’importance ..................................................................................................... 219 6.5.7 Coefficient de comportement .......................................................................................... 221 6.5.8 Mesures constructives ..................................................................................................... 222 6.5.9 Sécurité structurale et aptitude au service ....................................................................... 223 6.5.10 Force de remplacement ................................................................................................. 224 6.5.11 Eléments non porteurs .................................................................................................. 224 6.6 Dimensionnement selon l’Eurocode 8 ...................................................................................... 226 6.6.1 Classes de sol de fondation ............................................................................................. 226 6.6.2 Spectres de réponse ......................................................................................................... 226 6.6.3 Coefficients d’importance ............................................................................................... 228 6.6.4 Combinaison des composantes ....................................................................................... 228 6.6.5 Limitation des déplacements entre étages ...................................................................... 228 6.7 Dimensionnement selon les normes canadiennes CNBC ......................................................... 229 6.7.1 Le séisme dans le CNBC ................................................................................................ 229 6.7.2 Aléa sismique .................................................................................................................. 229 6.7.3 Sols de fondation ............................................................................................................ 231 6.7.4 Spectres de réponse élastique ......................................................................................... 231 6.7.5 Coefficient de priorité parasismique (I E ) ........................................................................ uploads/Ingenierie_Lourd/ gp-presentation-intro.pdf