Modèles d'estimation de dommages sismiques

Modèles d’estimation de dommages sismiques

Modèle GEMITIS

Le projet GEMITIS était une opération de démonstration à caractère expérimental et pédagogique. Elle propose la mise au point d’une démarche et d’une méthodologie de maitrise des risques naturels dans le développement urbain La ville de Nice a été choisie pour la réalisation d’une opération pilote à caractère méthodologique destinée à (Lucian CHIROIU, 2004) : Permettre à la ville de Nice de se doter d’un programme de maitrise du risque sismique cohérent avec ses enjeux de développement et sa vocation originale, Mettre en œuvre une méthodologie exemplaire (R.Martin, 2002). L’application à Nice porte en particulier sur les points suivants, Description du milieu physique, identification des phénomènes naturels dangereux (séismes, mouvements de terrain, liquéfaction, inondation) et leurs effets sur l’environnement naturel, humain et socio-économique. ,Analyse des enjeux humains, socio économiques et fonctionnels et de leur vulnérabilité aux phénomènes décrits précédemment, pour identifier les « points faibles » du système urbain.,Elaboration de scénarios de crise et évaluation du cout d’une catastrophe survenant en milieu urbain.,Propositions de mesures pour la prévention des risques naturels et la préparation àla gestion de crise, Propositions d’actions pour l’information préventive de la population et de la formation des cadres territoriaux plus particulièrement.,Définition, par la municipalité, d’un plan d’action préventive à moyen-long terme, appuyé par des techniques de concentrations et l’aide à la décision. (R. Martin, 2002). En fonction de l’intensité présumée du séisme, les courbes d’endommagement issues de l’EMS 98, associées à chaque type de bâti, estimant un pourcentage d’endommagement probable. Les pourcentages d’endommagement ainsi obtenus sont ensuite transformés en cinq niveaux de dommages. (Lucian CHIROIU, 2004). La méthodologie globale d’évaluation de dommages directs utilisée ici est présentée par la figure

Époque de construction

Plusieurs exemples dans la littérature tendent à montrer une corrélation entre leniveau de dommage et l’année de construction d’un ouvrage (Chen et Duan, 2003). Unexemple illustrant parfaitement cette théorie est donné dans l’ouvrage de Chen (2003).Deux ponts approximativement parallèles, respectivement construits en 1965 et en 1990ont été touchés lors du séisme de 1995 à Kobe. C’est le pont le plus ancien qui a été leplus durement touché, bien qu’il soit situé sur un sol de meilleure qualité. Cet état de faitest dû aux progrès réalisés dans la dynamique des structures et dans les théories desdéformations inélastiques au cours des dernières années. Les avancées scientifiques ontconduit à une évolution des normes et codes qui sont plus sécuritaires de nos jours.De fait, les performances accrues des nouveaux ouvrages ont conduit lesévaluateurs à employer l’année de construction comme échelle grossière d’estimation de laperformance probable d’une structure. Aujourd’hui l’objectif de la conceptionparasismique est de concevoir des ouvrages qui pourraient s’endommager lors de séismesviolents mais qui ne s’écrouleront pas et qui demanderont peu de travaux pour une remiseen service (NRC-TRB, 2002), (GALY, Bertrand ; 2009).

Irrégularités

Idéalement les structures parasismiques devraient être très régulières afin de facilite l’analyse de leur comportement et de pouvoir dissiper également les énergies de déformation dans des éléments prédéfinis et prévus pour se plastifier (Chen et Duan, 2003; NRC-TRB, 2002). Mais cet idéal est très difficile à atteindre pour les ponts, qui sont des ouvrages souvent étirés en longueur. L’expérience montre qu’un pont est plus vulnérable si : (i) des demandes en déformation trop importantes apparaissent dans des éléments fragiles, (ii) la configuration structurale est complexe, (iii) le pont manque d’éléments redondants. Une forme d’irrégularité commune pour les ponts est la non uniformité de la longueur des piles. Si la réponse de la superstructure est relativement uniforme les demandes en déformations seront très irrégulières pour l’infrastructure et on observe que les colonnes les plus sollicitées sont les plus courtes. Les joints de dilatation, installés pour permettre les changements de volume dus à la dilatation et à la rétraction thermique du béton, introduisent une irrégularité supplémentaire et modifient la réponse de la superstructure (GALY, Bertrand ; 2009).

Courbe de capacité

Une évaluation fiable du comportement d’une structure face à un tremblement de terre, en termes de dommages, requiert un outil permettant une analyse des structures audelà du domaine élastique (Hamou Kada et al ; 2007). Comme pour les chargements sismiques, les calculs temporels sont complexes et couteux en temps de calcul et d’analyse, ils sont réservés à des situations particulières peu fréquentes. Les calculs statiques en poussée progressive (ou ‘Pushover’) représentent une alternative très intéressante (Miloud HEMSAS ; 2010). La méthode d’analyse de type ‘Pushover’, basée sur les courbes de capacité (ou bien les courbes « Pushover »), représente une nouvelle approche d’estimation de dommages (structurels et non structurels), incluant notamment les effets du comportement post-élastique (Hamou Kada et al ; 2007). C’est une méthode avancée de génie civil et développée initialement à la fin des années 70. (Freeman ; 1975, Freeman ; 1978), elle a pris son essor au milieu des années 90 (ATC 40 ; 1996, Chopra ; 1995, Mahaney ; 1993, Paret ; 1996) développée par ATC 40. L’analyse ‘Pushover’ est une procédure statique non-linéaire dans laquelle la structure subite des charges latérales suivant un certain modèle prédéfini en augmentant l’intensité des charges jusqu’à ce que les modes de ruine commencent à apparaitre dans la structure (Hamou Kada et al ; 2007). Malgré ses limites, comme par exemple le fait de modéliser le séisme comme une action unidirectionnelle, le ‘Pushover’ représente un moyen satisfaisant de calcul qui permet d’acquérir des connaissances utiles sur le comportement de la structure (Pierino Lestuzzi et al ; 2007). Le diagramme de capacité est obtenu à partir de courbe déplacement latéral en tète de la structure- effort tranchant à la base sous chargement statique monotone croissant. (Youssef BELMOUDEN ; 2004). Qui reproduit le mode désiré généralement le mode fondamental de vibration. (Belmouden. Y ; Lestuzzi. P ; 2006). Cette courbe traduit les performances non linéaires de la structure. Elle peut être obtenue à l’aide d’une modélisation des structures par éléments finis (Belmouden ; 2003, Belmouden et Elharif ; 2003 a, b, c), en adoptant la technique d’approximation par éléments finis macro. Le diagramme résultant est ensuite converti le chargement sismique sous forme de spectre d’accélération et le comportement de la structure sous forme de spectre de déplacement, correspondant à un oscillateur simple équivalent de masse M, de rigidité K, et d’amortissement ξ. Enfin, ce diagramme est idéalisé en forme bilinéaire. (Chopra ; 1995, Chopra et Goel ; 1999, 2001, Xue ; 2001, Chopra et Chintanapakdee ; 2003).

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Table des matières

Introduction générale 1
Chapitre 1 Modèles d'estimation de dommages sismiques - présentation et
état de l'art
1.1 Introduction
1.2 Description des modèles d’estimation de dommages sismiques
1.3 Etat de l’art
1.3.1 Modèle HAZUS
1.3.1.1 Présentation générale
1.3.1.2 Modules du programme
1.3.1.3 Remarques sur le modèle
1.3.2 Modèle GEMITIS
1.3.2.1 Présentation générale
1.3.2.2 Remarques sur le modèle
1.3.3 Modèle RADIUS
1.3.3.1 Présentation générale
1.3.3.2 Remarques sur le modèle
1.3.4 Modèle RISK-UE
1.3.4.1 Présentation générale
1.3.4.2 Remarques sur le modèle
1.4 Conclusion
Chapitre 2 Vulnérabilité sismique des ponts 14
2.1 Introduction
2.2 Facteurs influençant la vulnérabilité sismique des ponts
2.2.1 Conditions de site
2.2.2 Epoque de construction 2.2.3 Irrégularités
2.3 Mécanismes de ruptures des ponts vis-à-vis aux séismes
2.3.1 Dommages constatés dans l’infrastructure
2.3.1.1 Culées
2.3.1.2 Colonnes
2.3.1.3 Echappement d’appuis
2.3.1.4 Connections et joints de dilatation
2.3.2 Superstructures
2.4 Analyse de vulnérabilité sismique
2.5 Conclusion
Chapitre 3 Méthodes de développement des courbes de fragilité
(vulnérabilité)
3.1 Introduction
3.2 Définition d'une fonction de vulnérabilité
3.3 Approches d’évaluation des courbes de vulnérabilité
3.3.1 Approche basée sur les opinions des experts
3.3.2 Approche empirique
3.3.3 Approche expérimentale
3.3.4 Approche analytiques
3.4 Description des méthodes d’établissement des courbes vulnérabilités par
l’approche analytique
3.4.1 Méthode statique équivalente: Méthode de capacité spectrale
3.4.1.1 Courbe de capacité
3.4.1.2 Scénario sismique
3.4.1.3 Obtention du point de demande
3.4.1.4 Evaluation des dommages en fonction de la demande en ductilité
3.4.1.5 Courbes de vulnérabilité
3.4.2 Méthode dynamique temporelle: Méthode de Karim et Yamazaki
3.4.2.1 Description de la méthode 
3.4.2.2 Analyse statique
3.4.2.3 Analyse dynamique
3.4.2.4 Evaluation des dommages par l'indice de dommages (DI
3.4.2.5 Courbes de vulnérabilité
3.5 Conclusion
Chapitre 4 Développement d'une analyse de la vulnérabilité sismique des
piles de pont en béton armé: cas du pont Koudia - Tlemcen
4.1 Introduction 
4.2 Description du pont
4.3 Analyse statique
4.3.1 Lois de comportement des matériaux (béton-acier
4.3.2 Loi de comportement sectionelle moment-courbure
4.3.2.1 Etablissement de la loi moment-courbure par SAP 2000
4.3.2.2 Etablissement de la loi moment-courbure par USC_RC
4.3.2.3 Etablissement de la loi moment-courbure par la Méthode Analytique
4.3.2.4 Analyse et comparaison des résultats
4.3.3 Loi de comportement de la pile force-déplacement par une analyse statique
non linéaire (Pushover)
4.3.3.1 Etablissement de la loi Force-Déplacement par SAP2000
4.3.3.2 Etablissement de la loi Force-Déplacement par USC_RC
4.3.3.3 Etablissement de la loi Force-Déplacement par la Méthode
Analytique
4.3.3.4 Etablissement de la loi Force-Déplacement par Castem2009
4.3.3.5 Etablissement de la loi Force-Déplacement par la Méthode Simplifiée. 
4.3.3.6 Analyse et comparaison des résultats
4.4 Analyse dynamique
4.4.1 Choix des séismes utilisés
4.4.2 Présentation des résultats de l'étude dynamique
4.5 Analyse des dommages
4.6 Etablissement des courbes de fragilité
4.7 Conclusion
Conclusion générale
Références Bibliographique