UNIVERSITE HASSIBA BENBOUALI DE CHLEFFaculté de Génie Civil et d’Architecture Département de Génie Civil Master Génie Civil – Option : Structures civiles et industrielles Matière : Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures Prof. KASSOUL Amar CHPITRE II : PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES TABLE DES MATIÈRES 1. INTRODUCTION 2. PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 2.1. Maçonnerie Non Renforcée 2.2 Murs De Remplissage Extérieurs 2.3 Irrégularité en plan 2.4 Irrégularité en élévation 2.5. Etage mou ou étage souple 2.6 Raideur et résistance à la torsion 2.7 Joint parasismique 3. PATHOLOGIE DES ÉLÉMENTS STRUCTURAUX ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 3.1. Poteaux 3.1.1 Poteaux fragiles 3.1.2 Poteaux courts 3.2. Murs en béton armé (voiles) 3.2.1. Caractéristiques essentielles du comportement des voiles 3.2.2. Modes de rupture des voiles élancés 3.2.2.1. Ruptures en flexion 3.2.2.2. Ruptures en flexion - effort tranchant 3.2.2.3. Ruptures par effort tranchant 3.2.3. Modes de rupture des voiles courts 3.3. Poutres 3.4. Jonction poteaux – poutres (nœuds) PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 2 1. INTRODUCTION Comprendre les effets des séismes sur les constructions pour réduire leur vulnérabilité. 2. PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 2.1. Maçonnerie Non Renforcée La figure 1 montre le mode ruine d’une construction en maçonnerie non renforcée avec des planchers en béton armé à Frioul en Italie (1976). Les grandes fissures diagonales dans les murs et la perte de continuité entre les murs externes indiquent des dégâts structuraux graves. Figure 1 : Maçonnerie non renforcée avec Figure 2 : Maçonnerie non renforcée -Frioul, des planchers en béton armé Frioul, Italie Italie 1976 / Gemona (Udine) 1976 Braulins (Udine). La figure 2 illustre une construction en maçonnerie non renforcée -Frioul, Italie 1976 / Gemona (Udine). Il existe de nombreuses fissures diagonales dans la plupart des murs, mais elles ne sont pas si graves et les murs n’ont pas cédé. La figure 3 montre une construction en maçonnerie en pierres brutes - Monténégro, Yugoslavie 1979. Une partie des murs porteurs a cédé, causant un effondrement partiel du toit et des poutres des planchers. Il s’agit de dégâts structuraux graves. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI - Prof. Dr. Amar KASSOUL PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 3 La figure 3 : Maçonnerie en pierres brutes - Monténégro, Yugoslavie 1979 2.2 Murs De Remplissage Extérieurs La Figure 4 montre l'effondrement des murs de remplissage non armé d'un bâtiment en BA pendant le tremblement de terre 1980 de EL Asnam Figure 4 : l'effondrement des murs de remplissage non armé d'un bâtiment en BA pendant le tremblement de terre 1980 d’EL Asnam La figure 5 montre la forme d’une ossature en béton armé après le séisme de Mexico 1985. Ce bâtiment a subi des fissures dans les poteaux et les cloisons de remplissage avec chute de morceaux de plâtre; dans certains cas, les remplissages de briques ont partiellement cédé. Les dégâts structuraux (des poteaux) sont modérés et les dégâts non structuraux (des remplissages) sont graves. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI - Prof. Dr. Amar KASSOUL il y a eu des dégâts graves dans les raccords entre poutres et poteaux. La figure 6 montre une Ossature en béton armé après le séisme d’Irpinia-Basilicata en Italie 1987. Le bâtiment est conforme aux règles parasismiques mais le choix architectural d'une forme en L sans présence de joints ou de renforts a conduit à des dommages au niveau de l'angle rentrant dans le plan horizontal.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 4 Figure 5 : Ossature en béton armé après le séisme de Mexico 1985. Amar KASSOUL . Figure 6 : Ossature en béton armé après le séisme d’Irpinia-Basilicata en Italie 1987. ce qui constitue des dégâts non structuraux très graves.Prof. Japon 1995). Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . De nombreux murs de remplissage extérieurs ont cédé entièrement.3 Irrégularité en plan La Figure 10 montre les dommages dans les angles rentrants dus aux oscillations différentielles (séisme de Kobé. Dans certains cas. 2. Dr. Prof. Japon 1995) Les solutions proposées pour les irrégularités en plan sont : Figure 11 : Les solutions proposées pour les irrégularités en plan horizontal Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI .PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 5 Figure 10 : Dommages dans les angles rentrants dus aux oscillations différentielles (séisme de Kobé. Dr. Amar KASSOUL . PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 6 Ce qui est vrai pour la flexion d’ensemble l’est aussi pour la torsion: les éléments reprenant la torsion doivent être distribués assez symétriquement. Oscillations différentielles dommages dans les angles rentrants (figure 12) Figure 12 : oscillations différentielles dommages dans les angles rentrants Figure 13 : Volumes en saillie : dommages dans les angles rentrants Séisme d’Anchorage. Alaska 1964 La Figure 14 illustre la dernière des solutions présentées sur le synoptique précédent: les angles de cette étoile à trois branches ont été adoucis pour éviter les dommages localisés dans les angles rentrants. Dr. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI .Prof. Amar KASSOUL . Le non respect de ce principe peut conduire à une déformation permanente gauchie de la structure (voir le cas réel de la Figure 12). Dr. Figure 16 : Dommages dans les angles rentrants dans le plan vertical dus aux oscillations différentielles (séisme de Kobé. le choc est presque inévitable. Japon 1995) Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI .4 Irrégularité en élévation La Figure 16 illustre l’Effet d'un choc entre deux parties de hauteurs différentes d'un bâtiment. Les deux parties de fréquences propres différentes ne vibrent pas en même phase.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 7 Figure 14 : Solutions éviter les dommages localisés dans les angles rentrants 2. Amar KASSOUL .Prof. sans séparation des deux parties. Boumerdes.Prof. Algerie Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI .PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 8 Les figures 17 et 18 illustrent des cas pathologique typiques du dommage dans les angles rentrants dans le plan vertical dus aux oscillations différentielles. Amar KASSOUL . Dr. Algérie Figure 18 : la mosquée de la ville de Zemmouri -minaret effondre séisme de 2003. Figure 17 : Mosquée de Boudouaou – Minaret effondré Séisme de 2003. Boumerdes. Boumerdes (Ville de SIDI DAOUD). Dr. Dans la vue en élévation. sans variation brutale de raideur (Figure 21). La base n'a été que partiellement endommagée surtout au niveau des remplissages en briques. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . Figure 20 : une mosquée qui possède deux minarets indépendants du reste de la structure. les principes de simplicité et de continuité se traduisent par un aspect régulier de la structure primaire. . Amar KASSOUL . Boumerdes (Ville de SIDI DAOUD).Prof.9 PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES Les solutions proposées pour ces cas pathologiques sont les suivantes (Figure 19) : Figure 19 : solutions proposées pour les irrégularités en élévations La figure 20 montre une mosquée qui possède deux minarets indépendants du reste de la structure. Algérie. De telles variations entraînent des sollicitations locales élevées. Algérie. C’est la raison pour laquelle ils sont restés intacts durant le séisme de 2003. séisme de 2003. 2. Un exemple typique des effets néfastes que ces discontinuités peuvent induire dans le cas des bâtiments avec un étage fragile. Les dommages structuraux graves subis par plusieurs bâtiments modernes pendant des séismes récents illustrent l'importance d'éviter les changements soudains de la rigidité et des forces latérales. Amar KASSOUL . confèrent à ce bâtiment une bonne capacité à résister au séisme. Cette situation est particulièrement observée dans les ossatures en béton armé. où les poteaux sont sollicités soit : en compression n’offrent pas une ductilité vis-à-vis des sollicitations de cisaillement et flexion alternés .PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 10 La Figure 22 représente la Tour Trans America (le séisme de Loma Prieta 1989). Les effets de ces faiblesses sont accentués par la distribution faible des masses réactives.Prof. de la résistance et/ou de la ductilité. où en traction offrent peu de résistance en flexion. Etage mou ou étage souple D’autre effet néfaste concernant la régularité en élévation est l’étage mou ou étage souple. Elle montre élargissement progressif du bâtiment à sa base représentatif de la solution 4 du synoptique précédent. Le niveau inférieur bien que très ouvert à une rigidité comparable aux autres étages.5. Le centre de gravité a de plus été abaissé et la continuité des poteaux inclinés. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . Ces faiblesses sont habituellement crées par les changements pointus de la rigidité. Dr. qui entraîne l’effondrement total du bâtiment. le mouvement de sol recherche les points faibles dans la structure. Le résultat de cette disposition est souvent l’effondrement de 1’«étage mou ». Il est d'ailleurs resté intact après Figure 22 : la Tour Trans America (le séisme de Loma Prieta 1989). Durant la secousse sismique d’un bâtiment. est endommagé par le séisme de 1980 d’EL Asnam. Dr. produisant des dommages significatifs dans les éléments structuraux et non-structuraux de la RDC. 28. La figure 26 illustre un bâtiment d’habitation de 3 étages endommagé par le séisme de 1980 d’EL Asnam. Le deuxième étage avait des murs de maçonnerie qui sont ajoutés d’une manière significative. Algérie). Les mêmes observations sont illustrées sur les Figures 27.S a crée un étage souple et fragile a la résistance au cisaillement.Prof. Le système structural formé par des portiques auto stables en BA de 2 étages en BA de 2 étages. Amar KASSOUL . D’ici la rigidité de cet étage a été augmenté comparativement à la RDC. Un espace de d’environ 1 mètre audessus du niveau du sol. Malheureusement. San Fernando.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 11 Figure 25 : Hôpital. La raison de ce type d'échec était l'utilisation du Vide Sanitaire. On Note que RDC est effondré complètement (étage souple) et le deuxième plancher a été lâché à la terre avec un déplacement latérale environ 2 mètres. La Californie (séisme. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . ( EL Asnam. 1971). Figure 26 : Bâtiment d’habitation de 3 étages. Bien que la plupart des bâtiments dans cette zone sont restés. la manière de construction des V. certains d'entre eux sont inclinés pas moins de 20 degrés et laissé tomber jusqu'à 1 mètre. Boumerdes. Dr.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 12 Figure 27 : Le rez-de-chaussée s’est effondré entièrement. Murs en béton armé.Prof. Amar KASSOUL . Zemmouri ville – Séisme de 2003. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . Algérie Les Figures 29 à 34 montrent l’effet d’un étage mou où souple qui peut arriver à d’autres niveaux hors le rez de chaussée (RDC) du bâtiment. Japon 1995 / Kobe Figure 28 : disparition du rez de chaussée (RDC est effondré complètement (étage souple)).Great Hanshin. Amar KASSOUL .PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 13 Figure 29 : Cisaillement des poteaux d’une construction à Bordj el bahri. Cet étage marquait une transition entre des poteaux métalliques (remplis de béton) et des poteaux en Béton Armé. Boumerdes. Séisme de 2003.Prof. Algérie Figure 30 : Perte d'un étage de la mairie de Kobe (Séisme de Kobe (Japon) en 1995). Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . Dr. aucune partie du bâtiment ne s’est effondrée entièrement jusqu’au niveau du sol.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 14 Figure 31 : perte d'un étage. Dr. Bien que des étages supérieurs aient cédé. Figure 32 : Ce bâtiment a subi un effondrement de la partie supérieure.Séisme de Kobe (Japon) en 1995. même cause et même effet que la photo précédente . Ossature en béton armé (Mexico 1985).Prof. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . Amar KASSOUL . 1999). Turquie. Amar KASSOUL . 2. Raideur et résistance à la torsion La Figure 39 montre une représentation schématique du moment de torsion autour d’un noyau rigide et à droite illustration du phénomène autour d’une cage d’escalier rigide (Document NISEE – et Séisme de Kobé. 1995). Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . qui s'est effondré. Figure 34 : Tous les étages étaient trop flexibles… (Izmit.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 15 Figure 33 : Bâtiment en BA de 4 étages (Galerie).Prof.6. Le manque des armatures proportionnelles aux jonctions poteaux-poutres est l’un des raisons de l'effondrement de cette unité (Séisme de 1980 D’EL Asnam). Dr. par exemple. Lors d’un séisme. sous la forme d'une cage d'ascenseur et d'escalier en béton armé placée dans un angle du bâtiment. en maçonnerie (Suisse. en position très dissymétrique. Dr. sous la forme d'une cage d'ascenseur et d'escalier en béton armé placée dans un angle du bâtiment.Prof. On apporterait une amélioration décisive en équipant les deux façades les plus éloignées du noyau de parois en béton armé de longueur modeste mais s'étendant sur toute la hauteur du bâtiment. 1994). 1994). en position très dissymétrique. D’importants déplacements relatifs dans les colonnes les plus éloignées du noyau en résulteraient avec le danger de poinçonnement et de rupture par effets du 2e ordre que cela implique. Les centres de résistance et de rigidité sont fortement décalés par rapport au centre de masse. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . La Figure 40 illustre une ossature de bâtiment neuve pourvue de dalles plates et de colonnes élancées destinées à reprendre les forces verticales comprend un seul contreventement pour la reprise des efforts et déplacements horizontaux. une torsion importante dans le plan horizontal est à attendre. Il suffirait alors de bétonner deux des parois du noyau et de réaliser les autres. Figure 40 : Ossature de bâtiment neuve pourvue de dalles plates et de colonnes élancées destinées à reprendre les forces verticales comprend un seul contreventement pour la reprise des efforts et déplacements horizontaux. (Suisse.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 16 Figure 39 : A gauche représentation schématique du moment de torsion autour d’un noyau rigide et à droite illustration du phénomène autour d’une cage d’escalier rigide (Document NISEE – et Séisme de Kobé. 1995). Amar KASSOUL . Amar KASSOUL .Prof. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . Figure 42 : Une solution intermédiaire plus économique que tout voile.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 17 Figure 41 : Cet immeuble de bureaux comportait un mur coupe-feu continu à l'arrière à droite et d'autres renforcements décentrés dans sa partie arrière. si bien que les colonnes antérieures ont cédé (Kobe. 1995). Japon. serait de construire des ouvrages avec une ossature en béton armé contreventé avec des voiles en béton armé dans les angles. Il a subi une forte torsion. Dr. Ses dimensions sont calculées en fonction des déformations possibles des constructions. Dr. tout joint de dilatation doit être remplacé par un joint parasismique en raison de ces impératifs de non entrechoquement. présent sur toute la hauteur de la superstructure des bâtiments ou parties de bâtiments qu’il sépare (Figures 43 et 44). Joint parasismique Le joint parasismique a pour but d’éviter tout entrechoquement entre les corps de bâtiment qu’il sépare. Ce n’est pas le cas du joint de dilatation qui est trop faiblement dimensionné et n’est pas vide. de façon à permettre le déplacement des blocs voisins sans aucune interaction (chocs).7. De fait. Amar KASSOUL .Prof. avec un minimum réglementaire pour les ouvrages à risque normal de 4 à 6 cm en zones sismiques. en zone sismique. Figure 43 : Joint parasismique vertical large entre deux constructions susceptibles de présenter des déformations importantes en partie supérieure Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI .PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 18 2. Un joint parasismique est un espace vide de tout matériau. Balandier) – Joint parasismique vertical étroit entre deux parties d’un même bâtiment. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . Le joint PS est couvert d’un couvre joint souple La Figure 45 montre un entrechoquement de bâtiments pour cause de joint PS trop étroit au regard des déplacements réels (séisme de Kobé 1995). Amar KASSOUL . Figure 45 : Entrechoquement de bâtiments pour cause de joint PS trop étroit au regard des déplacements réels. Document P. Dr.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 19 Figure 44 : (Basse-terre.Prof. 20 PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 3.Dommages dû a la flexion cyclique avec un faible effort de cisaillement sous un effort axial de compression très élevé .Dommages en raison d’un effort de cisaillement cyclique avec un faible moment fléchissant sous un effort axial de compression très élevé conduit au phénomène des poteaux courts.5 (1) Le moment fléchissant élevé combiné avec la force axiale.1. Ce phénomène est habituellement accompagné par le flambement dans les des barres d’aciers comprimées et de la rupture des Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . mène à l'écrasement de la zone de compression du béton.Destruction de l’extrémité du poteau Figure 50 : Pathologie des poteaux endommagés par le séisme de Boumerdes (rupture fragile) [3] Plus le nombre des cadres transversales dans les zones critiques est petit.cisaillement des poteaux de l’étage intermédiaire b. plus leur vulnérabilité est grande. PATHOLOGIE DES ÉLÉMENTS STRUCTURAUX ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 3. qui sera manifesté d'abord par l’éclatement du béton de l’enrobage des armatures.diagramme de l’effort tranchant c. conduisant aux poteaux fragiles . Il se produit dans les poteaux ayant un coefficient d’élancement moyen à élevé.la forme du dommage a. Poteaux fragiles Ce type de dommages se manifeste par l'échec dans la base et le sommet du poteau (Figure 49). M L a- h N V b- c- d- Figure 49 : Dommage du poteau due a un effort axial de compression très élevé et à un moment fléchissant cyclique avec un faible effort de cisaillement [2]. a. Dr. . L'écrasement de la zone de compression est manifesté d'abord par l’éclatement du béton de l’enrobage des armatures. Poteaux Les dommages des poteaux provoqués par un séisme sont principalement de deux types : . la cause principale de l'échec est l’espacement très large des cadres aux régions critiques du poteau.1. où celui ci est de : M Vh L 2h 3.Prof. Amar KASSOUL . Plus tard le noyau du béton diminue et s’écrase (Figure 2). Plus tard le noyau du béton augmente et s’écrase. Dans ce type de dommages.diagramme du moment fléchissant cyclique – b.diagramme de l’effort axial de compression d.1. 3. 5 (2) La forme finale ultime de ce type de dommages est l'échec explosif où l’éclatement de la surface extérieure du béton sans dommages des armatures . 3. Il se produit dans les poteaux avec un élancement modéré à faible rapport. Les raisons des principales de ce type d'échec fragile sont dues à la mauvaise qualité du béton. En conséquence. naturellement. il perd sa capacité de supporter les charges verticales. 1985). mais également.1. Figure 51 : Pathologie des poteaux endommagés par le séisme de Izmit (Turkey) [ ] Ce type de dommages a été très répondu durant les séismes de 1978 en GRECE (Penelis et al.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 21 cadres. Poteaux courts Le second type de dommages est le type de cisaillement qui est manifesté par des fissures formées dans la zone la plus faible du poteau en forme de X (Figure 52). Ce type de dommages est très sérieux parce que le poteau ne perd seulement son rigidité. et en conclusion. 1988) et en 1985 à Mexico (Rosenblueth et Meli. rupture des cadres et flambement des armatures. le nombre de cadres inadéquat dans les zones critiques.Prof. l'excitation forte de séisme induisant beaucoup chargement cyclique dans le palier non élastique. Dr. Les poteaux courts mènent habituellement à l'effondrement spectaculaire du bâtiment (Figure 6). il y a une redistribution des contraintes dans la structure. Amar KASSOUL . puis l’écrasement du béton. parce que le poteau a raccourci en raison de la désintégration du béton dans les secteurs de la zone critique. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . où celui de : M Vh L 2h 3.2. la présence des grand poutres qui mènent l’échec aux poteaux d'abord. où le coefficient de l’élancement est bas.poteaux courts en raison de la construction adjacente b.22 PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES M V L N h a- b- c- d- Figure 52 : Dommage du poteau due à un effort axial de compression très élevé et effort de cisaillement élevé[2] a.diagramme de l’effort axial de compression d. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . où il a été réduit au poteau court en raison de la construction adjacente de maçonnerie qui n'a pas été expliquée dans la conception (Figure 53).diagramme de l’effort tranchant c. 1992). où. et en conséquence échec de cisaillement régnant. parfois dans le cas des portiques de remplissage en maçonnerie sur une seule coté. Elle se produit habituellement dans les poteaux du rez-de-chaussée. Enfin. Il se produit également dans les poteaux qui ont été conçues en tant que poteaux courtes. en raison des grandes dimensions de la section transversale des poteaux.Prof. Dr. Amar KASSOUL .diagramme du moment fléchissant cyclique b.Destruction par cisaillement du poteau court Figure 53 : Pathologie des poteaux endommagées par le séisme de Boumerdes (poteau court) [3] la raison principale de ce type de dommages est que le coefficient d’élancement modéré avec la capacité flexion du poteau plus élevé que la capacité de cisaillement. l’échec de maçonnerie est suivi de l'échec en cisaillement des poteaux adjacents (les figures 53) (Styliaindis et Sariyiannis.la forme du dommage en X a. La fréquence de ce type de dommages est inférieure à l'échec à la tête et à la base du poteau. les moyens de l'appui provisoire devraient être fournis immédiatement. Dr. Californie. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . quand des dommages de ce type sont détectés.Prof. on doit noter que les dommages des poteaux sont très dangereux pour la structure. Ainsi. En conclusion. 1994). Amar KASSOUL . parce qu'ils détruisent les éléments verticaux du système structural.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 23 16/1 Les fissures en croix et les ruptures par effort tranchant qui ont affecté les colonnes courtes de ce parking ont presque entraîné son effondrement (Northridge. sa largeur ne permet pas aux colonnes de s’incliner de plus de 1 % sans générer de contraintes (Suisse. Le voile est sollicité par un effort normal N et un effort tranchant V constants sur toute la hauteur et un moment fléchissant qui est maximal dans la section d’encastrement.2.2. car il est rempli de laine de roche tendre et compressible. La Figure 54 montre l’exemple d’un élément de section rectangulaire ou en I. Enfin. Amar KASSOUL . Le ferraillage classique du voile est composé d’armatures verticales concentrées aux deux extrémités du voile (pourcentage o). Le joint de la photo a été exécuté dans les règles de l'art. Caractéristiques essentielles du comportement des voiles Beaucoup d’immeubles privés ou de bureaux dans le monde sont construits en utilisant les voiles comme éléments principaux de résistance. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . Les voiles ou murs de contreventement peuvent être généralement définis comme des éléments verticaux à deux dimensions dont la raideur hors plan est négligeable. d’armatures verticales uniformément réparties (pourcentage ) et d’armatures horizontales (pourcentage t).Prof. 3. des cadres sont disposés autour de ces armatures afin d’organiser la ductilité de ces zones. Cependant. soumis à une charge verticale N et une charge horizontale V en tête. les armatures de l’âme horizontales et verticales ont le rôle d’assurer la résistance à l’effort tranchant. Le modèle le plus simple d’un voile est celui d’une console parfaitement encastrée à sa base. dans la direction perpendiculaire à leur plan. ou le réduire notablement. Par contre.1.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 24 17/6 On peut éviter l'effet néfaste du remplissage partiel des cadres. Dr. elles aussi uniformément réparties. Murs en béton armé (voiles) 3. 2001). Dans leur plan. ils présentent généralement une grande résistance et une grande rigidité vis-à-vis des forces horizontales. Les armatures verticales extrêmes sont soumises à d’importantes forces de traction / compression créant ainsi un couple capable d’équilibrer le moment appliqué. A la base du voile. ils offrent très peu de résistance vis-à-vis des forces horizontales et ils doivent être contreventés par d’autres murs ou par des portiques. sur une hauteur critique. en disposant des joints entre les colonnes et le remplissage. Amar KASSOUL .2.la disposition et le pourcentage des armatures. .Mode f1 (Figure 55a): rupture par plastification des armatures verticales tendues et écrasement du béton comprimé. on peut considérer que les principaux paramètres ayant une influence prépondérante sur le comportement d’un voile sont les suivants: .l’intensité de l’effort normal. Cependant.2. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . Modes de rupture des voiles élancés 3. h / l. Ruptures en flexion . défini comme le rapport de la hauteur par la largeur du voile. C’est le schéma de ruine le plus satisfaisant qui correspond à la formation d’une rotule plastique dans la partie inférieure du voile avec une importante dissipation d’énergie. . soumis à un effort normal de compression faible et à un cisaillement modéré.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 25 Figure 54 : Schéma d’un voile plein et disposition du ferraillage Le terme de voile regroupe des éléments de structures au comportement mécanique très divers. On observe ce mode de ruine dans les voiles très élancés.Prof.1.2.l’élancement.2. Dr. 3. Prof. Ce mode de rupture qui est plutôt caractéristique aux voiles courts a été aussi observé dans les cas des voiles moyennement élancés.Mode f2 c . surtout dans le cas d’une section rectangulaire. Ruptures en flexion .Mode f/t b .effort tranchant des voiles élancés 3. Mode g (Figure 56c): rupture par glissement au niveau des reprises de bétonnage.Mode f3 Figure 55 : Ruptures en flexion des voiles élancés .2. Ce type de rupture peut apparaître lorsque les armatures Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI .2.2. fortement armés longitudinalement et transversalement et soumis à des cisaillements élevés. Amar KASSOUL .Mode t c .Mode g Figure 56: Ruptures en flexion .Mode f2 (Figure 55b): rupture par écrasement du béton. C’est ce qui se produit dans les voiles moyennement élancés où la flexion n’est plus prépondérante et où les armatures horizontales sont insuffisantes. lorsque les armatures verticales sont essentiellement réparties et non concentrées aux extrémités.3. 3.Mode f1 b.2.effort tranchant Mode f/t (Figure 56 a): rupture par plastifications des armatures verticales de flexion et des armatures transversales. Ruptures par effort tranchant Mode t (Figure 56b): rupture des bielles de compression développées dans l’âme du voile. Ce mode de ruine se rencontre pour les voiles assez fortement armés soumis à un effort normal important.26 PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES a . On l’observe dans les voiles munis de raidisseurs. a.Mode f3 (Figure 55c): rupture fragile par ruptures des armatures verticales tendues. Dr. Le mode f2 est moins ductile que le mode f1. C’est un mode de rupture qui se rencontre dans les voiles faiblement armés.2. . La ductilité et la capacité d’absorption d’énergie peuvent être améliorées en concentrant les armatures verticales aux extrémités. Ce type de dommages (Figue 62) est dû simplement au caractère cyclique de l'action sismique où le fléchissement de la zone tendue augmente les micros fissures. C’est un mode de ruine caractéristique des voiles fortement armés. la qualité des reprises de bétonnage est mauvaise et la valeur de l’effort normal est faible.3. l’effort tranchant est généralement prépondérant sur la flexion.Mode T3 Figure 57 : Modes de rupture des voiles courtes Mode T2 (Figure 57b): rupture diagonale (« diagonal tension failure ») avec plastification ou rupture des armatures le long des fissures diagonales. Dr. Ce type de rupture peut aussi être obtenu lorsque les armatures verticales réparties sont insuffisantes. a .Mode T2 c . Mode T3 (Figure 57c): rupture par écrasement (« diagonal compression failure ») du béton de l’âme. Ce mode est rencontré dans les voiles moyennement armés sollicités par un faible effort normal. Durant le séisme de 1978 en grèce. . conséquence de la plastification progressive des armatures verticales est accompagné d’importants glissements qui réduisent d’une façon significative la raideur et la dissipation hystérétique. 3.fissures de Flexion sur les faces supérieure ou inférieure aux appuis de la poutre .PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 27 verticales réparties sont insuffisantes. Poutres Les dommages qui se produisent dans les poutres en béton armé dus au tremblement de terre sont les suivants : .Prof.3. 83% de dommages dans les poutres sont des dommages de ce type. Modes de rupture des voiles courts Dans ce cas.fissures de cisaillement de forme X dans les poutres courtes (linteaux) qui relient des murs de cisaillement. On distingue trois cas Mode T1 (Figure 57a): rupture par glissement (« sliding shear ») à l’encastrement. à la base des bielles transmettant les efforts de compression. surtout s’ils sont associés à des raidisseurs sur leur bord. Ce mode de rupture.Mode T1 b .2.fissures orthogonales sur l'axe de la poutre le long de la travée dans la zone de tendue . Les principaux modes de ruptures sont ceux de la Figure 57 a.les fissures dans la zone de tendue le long des travées constituent le type de dommage le plus répondu dans les structures. Amar KASSOUL . 3.échec de cisaillement ou de flexion dans les points où les poutres principales sont les supports des poutres secondaires. . Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . b et c.échec de cisaillement près des appuis . Il constitue le type de dommages plus sérieux que le précédent. Figure 64 : Fissures de Flexion sur les faces supérieure ou inférieure aux appuis de la poutre Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI .PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 28 Figure 62 : fissures orthogonales sur l'axe de la poutre le long de la travée dans la zone de tendue L'échec flexion .cisaillement près des appuis Les fissures de flexion sur les faces supérieures et inférieures aux appuis de la poutre (Figure 64) peuvent être expliquées si le mode de la force sismique est statiquement comparé aux forces horizontales. La majeure partie des fissures est due au mauvais ancrage dans les armatures inférieures dans les appuis. en vue leur caractère fragile. Figure 63 : L'échec des poutres par flexion . Amar KASSOUL .cisaillement près des appuis (Figure 63) est le deuxième type dommages le plus fréquent dans les poutres. Cependant.Prof. Dr. seulement dans très peu de cas il compromet la stabilité globale de la structure. Prof. Dr. Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . Figure 65 : échec de cisaillement ou de flexion dans les points où les poutres principales sont les supports des poutres secondaires Les fissures de cisaillement en forme de X dans les poutres courtes (linteaux) couplant les murs de cisaillement (Voiles) apparaissent souvent.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 29 L'échec de cisaillement ou de flexion aux points d'appui des poutres secondaires (Figure 65) apparaît fréquemment durant un séisme. Il est dû à la composante verticale de la force sismique qui amplifie la charge concentrée. Amar KASSOUL . C'est un échec de cisaillement semblable à ceux se produit dans les poteaux courts (Figure 66) mais n'est pas dangereux pour la stabilité du bâtiment. Des échecs communs dans les joints poteau poutre (joint faisant le coin.Prof. et joint intérieur) sont montrés dans la Figure 67.4. Figure 67 : Les dommages aux joints poteaux – poutres Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . Ces dommages réduire la rigidité de l'élément structural et mènent à la redistribution incontrôlable des charges.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 30 Figure 66 : Fissures de cisaillement de forme X dans les poutres courtes (linteaux) 3. même aux premières fissures. Jonction poteaux – poutres (nœuds) Les dommages aux joints poteaux – poutres. sont considérés comme extrêmement dangereux pour la structure et devrait être traité en conséquence. Dr. joint extérieur multi de structure d'étage. Amar KASSOUL . Prof. Amar KASSOUL . Algérie Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI . (Cf photo 5) sauf parfois où l'espacement est constant (Cf photo 6) Néanmoins les cadres sont souvent absents au coeur du noeud (Cf photo 7) à l'intersection poteau-poutre. Boumerdes.PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 31 Le ferraillage des poteaux est généralement réalisé par 8 armatures filantes en diamètre 14 mm avec des cadres espacés tous les 15 cm en partie courante et 10 cm dans la zone nodale conformément au RPA 99. Dr. Bordj el bahri – formation de rotule plastique Séisme de 2003. Dr. Amar KASSOUL .PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 32 Boudouaou – cisaillement des nœuds Séisme de 2003. Ossature en béton armé Spitak. Boumerdes. Algérie Il s’agit évidemment de dégâts structuraux très graves et d’un effondrement presque complet Remarque: cette structure à ossature en béton armé avec un certain degré de conception parasismique a souffert d’un assemblage insuffisant entre les poutres et les poteaux.Prof. Arménie 1988 / Leninakan Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures (2014/2015) – MASTER Génie Civil – Option : SCI .