prise en compte des séismes dans la conception des ouvrages d'art :

Ministère de l'Écologie, de l'Énergie, du Développement durable et de la Meren charge des Technologies vertes et des Négociations sur le climat

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CETEM éditerranée Prise en compte des séismes dans

la conception des ouvrages d'art :Retours d'expérience et évolution de la réglementation

Denis DAVI – CETE Méditerranée

2Prise en compte des séismes dans la conception des ouvrages d'art : Retours d'expérience et évolution de la réglementation

15/10/2010

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SOMMAIRE

● Le comportement sismique des ponts : Retours d'expérience des séismes passés 3

● Le risque sismique en France 27

● L'évolution de la réglementation 30

● La question de l'existant 34

● Exemples de ponts parasismiques dans le Sud de la France 38


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SOMMAIRE







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CETEM éditerranée COMPORTEMENT SISMIQUE DES PONTS :

RETOURS D'EXPERIENCE DES SEISMES PASSES

GENERALITES

Nature de l'action sismique sur les ponts

AEk : accélération maximale enregistrée au rocher, éventuellement amplifiée par des effets de sites locaux (géologiques ou topographiques)


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GENERALITES

Nature de l'action sismique sur les ponts

Effort sismique = Force d'inertie = Masse x Accélération


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GENERALITES

Causes récurrentes d'effondrement des ponts Échappements d'appui

Kobé (Japon, 1995)

San Fernando (USA, 1971)San Fernando (USA, 1971)


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GENERALITES

Causes récurrentes d'effondrement des ponts Échappements d'appui

Cas des ponts biaisCas des ponts courbes


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GENERALITES

Causes récurrentes d'effondrement des ponts Rupture des piles par cisaillement

Endommagement des piles par flexion

Kobé (Japon, 1995)

Chi-Chi (Taiwan, 1999)Northridge (USA, 1994)


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GENERALITES

Causes récurrentes d'effondrement des ponts Poinçonnement du tablier sous l'effet de la composante verticale

Loma Prieta (USA, 1989)Loma Prieta (USA, 1989)


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GENERALITES

Causes récurrentes d'effondrement des ponts Endommagement des culées

Costa Rica (1990)Costa Rica (1990)


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GENERALITES

Causes récurrentes d'effondrement des ponts Effondrements liés à la liquéfaction du sol porteur

Costa Rica (1990)Costa Rica (1990)

Niigata (Japon, 1964)Niigata (Japon, 1964)


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GENERALITES

Causes récurrentes d'effondrement des ponts Autres effets induits

Glissements de terrain

Chutes des blocs


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GENERALITES

Causes récurrentes d'effondrement des ponts Problèmes spécifiques aux ponts de grande longueur


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PRINCIPAUX ENSEIGNEMENTS


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ELEMENTS DE CONCEPTION PARASISMIQUE Les objectifs de performance


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ELEMENTS DE CONCEPTION PARASISMIQUE Blocage du tablier sur ses appuis (butées parasismiques)


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ELEMENTS DE CONCEPTION PARASISMIQUE Robustesse (ductilité) des piles


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ELEMENTS DE CONCEPTION PARASISMIQUE Réduction des efforts transmis par le tablier (isolation sismique,

amortisseurs)


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RETOURS D'EXPERIENCE RECENTS Séisme de l'Aquila (Italie, 6 avril 2009)

Magnitude : 5,8 (Richter) ; Prof. : 8,8 km Acc. max. au rocher : 0,67g (environ 2x règlement!) Forte composante verticale (aV = 1,2 aH localement!)

Forts effets de site (ampl. locales d’un facteur 2 à 3!) Durée : 80 s + de 10 000 répliques la 1ère semaine (dont 2 Mw > 5)


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Similitudes avec le contexte Niçois / PACA


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Analyse du comportement des ouvrages d'art

Peu ou pas de dégâts sur les viaducs autoroutiers du fait à la fois :

- de conceptions appropriées (butées parasismiques, densité de ferraillage...)

- de certaines caractéristiques favorables du séisme (directivité, contenu fréquentiel)


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- Quelques ouvrages secondaires effondrés ou fortement endommagés

- Bon comportement général des voûtes maçonnées hormis la chute d'un tympan


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La bonne tenue des infrastructures routières : une des clés de l’efficacité des secours• + de 2000 pompiers ont afflué de toute l’Italie

• Environ 1500 véhicules de secours (beaucoup dès les premiers jours)

• Accès initial par la SS17 puis par l’A24

Le bilan humain aurait pu être beaucoup plus lourd en cas de rupture d’itinéraire

Le réseau routier a globalement très bien fonctionné, permettant l'afflux rapide des secours de toute l'Italie


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RETOURS D'EXPERIENCE RECENTS Séisme de Concepcion (Chili, 27 février 2010)

Magnitude : 8,8 (Richter) ; Prof. : 35 km Durée > 2 min + de 20 répliques le 1er jour dont certaines (M=6,1 et 6,9)


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LE RISQUE SISMIQUE EN FRANCE

Une sismicité relativement modérée mais un risque bien réel... ● Environ 20 séismes M> 3,5 par an

● 21 144 communes concernées

● 50 morts à Lambesc en 1909

● 3000 morts à Ponte-à-Pitre en 1843

● M=6,3 en 2004 en Guadeloupe

● M =7,4 en 2007 en Martinique

Lambesc, 1909

Les séismes passés


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LE RISQUE SISMIQUE EN FRANCE

Une prise de conscience de plus en plus effective par les autorités

Initié en 2005 avec la publication de la nouvelle carte d'aléa sismique national, le Plan National de Réduction du Risque Sismique (PNPRS ou « Plan Séisme » marque le début d'une démarche volontariste de réduction du risque sismique au niveau des autorités politiques

Articulé autour de 4 thématiques principales :

1- Approfondir la connaissance scientifique de l’aléa, du risque et mieux informer sur celui-ci

2- Améliorer la prise en compte du risque sismique dans la construction

3- Concerter, coopérer et communiquer entre tous les acteurs du risque

4- Contribuer à la prévention du risque de tsunami


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L'EVOLUTION DE LA REGLEMENTATION

AU NIVEAU NATIONAL... bientôt un nouveau zonage : Une approche probabiliste plus conforme à la philosophie de l'Eurocode 8 :

Périodes de retour adaptables en fonction du contexte (construction ou service), des enjeux ou de la durée de vie théorique de l'ouvrage

En attente des décret et arrêtés d'application, utilisation de la NI OA 32 du Sétra

Zonage PS 92 Nouvelle carte d’aléa présentée en Nov. 2005Nouveau zonage réglementaire prévu très prochainement


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AU NIVEAU EUROPEEN... un nouveau contexte normatif NF-EN 1998-1 et NF-EN 1998-1 NA (EC8-1) :

« Règles générales – Actions sismiques - Bâtiments » NF-EN 1998-2 et NF-EN 1998-2 NA (EC8-2) :

« Ponts » NF-EN 1998-3 et NF-EN 1998-3 NA (EC8-3) :

« Renforcement parasismique des bâtiments existants » NF-EN 1998-4 et NF-EN 1998-4 NA (EC8-4) :

« Réservoirs, silos, tuyauteries » NF-EN 1998-5 et NF-EN 1998-5 NA (EC8-5) :

« Ouvrages géotechniques et fondations » NF-EN 1998-6 et NF-EN 1998-6 NA (EC8-6) :

« Tours, mâts, cheminées »


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PRINCIPALES MODIFICATIONS ET CONSEQUENCES PRATIQUES Nouvelle caractérisation de l'aléa (nouvelle carte, nouveaux spectres,

nouvelle classification des sols...) Globalement « + méchant » dans les régions anciennement faiblement sismiques Globalement « - méchant » dans les régions anciennement fortement sismiques Coefficient de sol S très pénalisant (jusqu'à x1,8)

3 catégories d'importance I, II, III remplacent les anciennes classes de ponts A, B, C, D

Choix de conception et règles de calculs intégrant les dernières avancées scientifiques :

Calculs en sections fissurées Prise en compte du comportement élasto-plastique des matériaux

(emploi d'aciers de classe de ductilité C dans les zones de rotules plastiques potentielles) Utilisation de dispositifs amortisseurs parasismiques Analyses dynamiques non-linéaires...


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LA QUESTION DE L'EXISTANT

PROBLEMATIQUE LEGITIMEE PAR : L'évolution de la réglementation L'évolution du zonage Le fait que tous les ponts conçus avant 1970 n'ont fait l'objet d'aucune prise

en compte du séisme


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1ère ETAPE : L'évaluation sommaire du risque à grande échelle

(Itinéraires, région...)

Méthodologie Sismoa développée par le RST et prochainement disponible sur le site internet du Sétra


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2ème ETAPE : Diagnostic détaillé à l'échelle de l'OA et projet de renforcement

Guide méthodologique en cours de finalisation et prochainement disponible en version numérique sur le site internet du Sétra


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CETEM éditerranée EXEMPLES DE PONTS PARASISMIQUES

DANS LE SUD DE LA FRANCE

L'OA1 SUR LE VAR A SAINT-ISIDORE (conception PS92)Pont en béton précontraint coulé en place, courbe en plan

• Longueur : 438 m• Travée maximale : 75 m• Masse du tablier : 17000 t• Hauteur de piles : entre 10 et 16 m• Accélération nominale : 3,5 m/s²

(classe D)

Ferraillage d’un fût de pile

Blocage transversal sur culées

une analyse dynamique non-linéaire

un modèle simple prenant en compte :- la souplesse du tablier- la courbure en plan- l’orientation et la répartition des appareils d’appui- la répartition des masses

Modèle de calcul


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LE PONT SUR LE VAR A PUGET-THENIERS (conception PS92)

Choix d’un comportement élastique (q=1)

justifié par :

- la légèreté de la structure (≈ 3000 tonnes)

- la relative complexité de l’ouvrage

- la nécessité de rester dans le domaine des petites déformations

- le choix des matériaux (B60 peu ductile)


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LES OUVRAGES DU TGV MEDITERRANEE (conception PS92)

L’ensemble de la ligne du TGV Méditerranée est équipé de capteurs permettant de couper instantanément la circulation des trains en cas de secousse sismique.


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1ERES APPLICATIONS DE L'EUROCODE 8 Le pont sur la rivière St-Étienne sur l'Ile de la Réunion

Le projet de viaduc de Champernal (Lozère)

Ponts

III

II

I Autres ponts

Catégorie d'importance

Ponts dont l'importance est critique pour le maintien des communications

Ponts situés sur les autoroutes et les routes principales


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EXEMPLES DE PROJETS DE RENFORCEMENT SISMIQUES(selon projet guide Sétra – base EC8)

Le viaduc de Caronte (A55, Martigues)

- OA construit entre 1969 et 1972 (acc. stat. 0,1g)

- Accélération de référence = 0,24g (yc coef. S) x spectre- Bloqueurs dynamiques rompus, risques échappement + faiblesses appuis

=> renforcement sismique préconisé :- Remplacement AA et butées transversales- Viaduc métal laissé libre, viaducs béton amortis sur culées- Risque liquéfaction écarté par essais tri-axiaux (LRPC Aix)

=> permet d'atteindre 100% aref


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EXEMPLES DE PROJETS DE RENFORCEMENT SISMIQUES(selon projet guide Sétra – base EC8)

Les 6 viaducs de l'A9 entre Perpignan et l'Espagne

- Diagnostic/renforcement dans le cadre d'un élargissement à 2x3 voies- OAs construits entre 1970 et 1976- Risques identifiés : souffles longitudinaux insuffisants, risques d'échappements d'appui, faiblesse de certains appuis

=> renforcements sismiques préconisés :- Clouages culées- Remplacement AA- Attelages travées- Amortisseurs au niveau des culées

=> permet d'atteindre 100% aref pour un coût compris entre 2 et 13% du coût de remplacement

Modèle de calcul et résultats de l'analyse dynamique temporelle


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CONCLUSIONS

Le séisme : une action dynamique particulièrement sollicitante pour les ponts, dont l'enjeu et les conséquences peuvent ne pas se limiter à la seule structure...

Peu problématique en France si pris en compte suffisamment tôt dans la conception

L'évolution des réglementations nationale (zonage) et Européenne (normes de calcul EC8-2) vont modifier sensiblement les habitudes des différents acteurs (M. Ouvr., M. Oeuvr., BE, constructeurs...) :

Régions concernées et niveaux d'aléa à considérer Choix de conception à valider par M. Ouvr. (car impactent le coût et les

performances sismiques : éventuelles réparations, interruptions + ou – longues de fonctionnalité...)

Règles de calcul Question de l'existant (quels ouvrages? quels objectifs?)

prise en compte des séismes dans la conception des ouvrages d'art :

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