Principales composantes affectant la vulnérabilité sismique des ponts

Par : HIDA, Hassan

REVUE DES PROCÉDURES D’ÉVALUATION DE LA VULNÉRABILITÉ SISMIQUE

Définition des facteurs de vulnérabilité « composés »

Tel qu’il est exprimé par l’équation (5.14), les facteurs de vulnérabilité composés regroupent plusieurs coefficients d’influence sismique Ci. Ces coefficients ont été définis d’après ceux utilisés dans la méthode MTQ2005 mais leurs poids respectif a été modifié. Par hypothèse ces coefficients sont indépendants et incompatibles, car ils représentent des événements disjoints et la réalisation de l’un implique la non réalisation de l’autre.
Soit un facteur de vulnérabilité composé Vo qui regroupe trois coefficient sismique C1, C2 et C3. Un espace probabiliste de Vo est vulnérable lorsqu’un seul événement parmi ses trois événements de (C1, C2 et C3) est vulnérable (Voir figure 5.5). En examinant directement les causes de la vulnérabilité de cet espace, il est possible d’écrire les combinaisons d’événements qui entraînent cette déficience. Ainsi, en appliquant les équations 5.2 et 5.5.Le terme Pr(Vo (vulnérable) /Ci) représente la probabilité que Vo soit critique sachant que l’événement Ci est critique. Par hypothèse, nous pouvons poser que les événements étant réunis, la sommation des termes Pr(Vo /Ci) aura une valeur de 1,0.
Selon l’équation 5.17, il est donc remarqué que le facteur Vo égale à 1 exprime une situation non vulnérable, alors qu’un facteur Vo nul exprime une situation très vulnérable.
Le tableau 5.3 donne l’ensemble des valeurs attribuées aux différents coefficients Ci et leur poids respectif. À noter que les valeurs attribuées reposent sur celles attribuées aux Ci de la méthode MTQ95 et MTQ2005, les poids sont cependant différents. On observe également qu’un pont ne présentant aucune déficience aura les facteurs de vulnérabilité VG, VT, et VA résultant égaux à l’unité. L’indice IVS-VdQ2007 calculé par l’équation 5.13 reflétera ainsi l’influence de l’aléa sismique du site, du type de fondation et de l’état d’endommagement même pour les ponts structuralement non vulnérable. Il s’agit ici d’un avantage marqué par rapport à la méthode MTQ2005.

Facteur de vulnérabilité générale VG

Un pont peut être considéré non vulnérable lorsque la valeur du facteur de vulnérabilité générale VG est maximale. En revanche, une valeur nulle de VG indique que le pont est vulnérable.
Les critères d’attribution de coefficient d’âge (CA) de la structure ont été revisés selon les années de référence des codes de conception. Depuis le tremblement de terre de San Fernando (1971) et celui de Loma Pierta (1989), de nombreuses modifications ont été apportées aux codes de dimensionnement des ponts et viaducs en Amérique du Nord (Mitchell et coll., 1991). Par ailleurs, il faut rappeler que la durée de vie de l’ouvrage influence sa résistance sismique. Le coefficient (C1) est relié aux types de structure telle que défini par le MTQ (Voir figure 3.8). Le type et les matériaux avec lesquels un pont est construit jouent un role très important en ce qui a trait à la distribution de la masse pendant un sésime. Ainsi , un pont en béton armé ou en béton précontraint sera plus vulnérable qu’un pont construit en acier et/ou bois. Également, le coefficient (C8) est relié à la présence de services publics pouvant aggraver la situation pendant un séisme. Chaque coefficient Ci et les poids αi qui leurs sont attribuées sont décrites au tableau 5.3.

 Facteur de vulnérabilité du tablier VT

Sous l’effet de mouvements sismiques importants, les ponts ayant des irrégularités géométriques comme un biais ou des discontinuités subissent de grands déplacements latéraux. Ceux-ci peuvent entraîner des dommages importants. Ces effets sont considérés dans le facteur de vulnérabilité du tablier VT.Le coefficient d’influence C3 représente le nombre de discontinuités (C3) dans un tablier. Ainsi, un pont isostatique à plusieurs travées discontinues sera plus vulnérable comparativement à un pont intégral ou continu. Les effets du biais sur le comportement sismique d’un pont sont pris en compte par le coefficient C6. La présence d’un biais engendre des efforts additionnels sur le tablier et occasionne un déplacement significatif au niveau des appuis. L’effet du biais peut amener alors une rupture d’une ou plusieurs travées voire même un effondrement total du pont(CTOA et coll., 1999). Finalement, le coefficient C7 exprime la vulnérabilité reliée à l’absence de redondance lorsqu’un tablier n’est formé que d’une seule poutre. Selon l’équation 5.19, le tablier d’un pont est jugé non vulnérable lorsque le facteur VT est égal 1,0 tandis qu’il est vulnérable lorsque le facteur VT est nul.

 Facteur de vulnérabilité des appuis VA

Le facteur de vulnérabilité des appuis est exprimé en fonction de trois coefficients d’influence sismique reliés à la complexité structurale C2, à la redondance des piles C4 et au type d’appareils d’appuis C5.Le tableau 5.3 donne les valeurs associées aux coefficients sismiques pour le calcul des facteurs de vulnérabilité des appuis (VA). Les valeurs utilisées sont inspirées de la méthode
de classement séismique du Ministère des Transports du Québec MTQ95. Selon l’équation 5.20, la vulnérabilité des appuis est critique lorsque la valeur de VA est nulle. Par contre, cette vulnérabilité est minimale quand VA égale à 1.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 OBJECTIFS ET MÉTHODOLOGIE GÉNÉRALE
1.1 Objectif général
1.2 Premier objectif spécifique
. 1.2.1 But
1.2.2 Méthodologie appliquée
1.2.3 Résultats attendus
1.3 Deuxième objectif spécifique
1.3.1 But
1.3.2 Méthodologie appliquée6
1.3.3 Résultats attendus
1.4 Troisième objectif spécifique
1.4.1 But
1.4.2 Méthodologie appliquée
1.4.3 Résultats attendus
1.5 Organisation du mémoire
CHAPITRE 2 REVUE DU COMPORTEMENT SISMIQUE DES PONTS
2.1 Définition du risque sismique
2.2 Sismicité de la Ville de Québec
2.3 Vulnérabilité du sol
2.4 Définition des niveaux de sismicité
2.4.1 Les niveaux de sismicité selon FEMA 310
2.4.2 Les niveaux de sismicité selon MTQ95
2.5 Comportement sismique d’un pont
2.5.1 Principe des mouvements sismiques
2.5.2 Réponse dynamique de la structure du pont
2.5.3 Principales composantes structurales d’un pont
2.6 Principaux dommages observés sur les ponts
2.6.1 Introduction
2.6.2 Perte d’appuis
2.6.3 Flambement des armatures longitudinales des piles
2.6.4 Rupture fragile des piles par cisaillement
2.6.5 Dommages observés dans les fondations profondes
2.6.6 Glissement des culées
2.6.7 Effets de site
2.6.8 Impacts sociaux
3 2.7 Principales composantes affectant la vulnérabilité sismique des ponts
2.7.1 Système du tablier
2.7.1.1 Poutres du tablier
2.7.1.2 Répartition des travées
2.7.1.3 Biais .8 2.7.2 Système d’appuis
2.7.2.1 Appareils d’appuis
2.7.2.2 Piles
2.7.2.3 Culées
2.7.3 Système de fondation
2.7.4 Système général
5 2.8 Synthèse
CHAPITRE 3 REVUE DES PROCÉDURES D’ÉVALUATION DE LA VULNÉRABILITÉ SISMIQUE DES PONTS
3.1 Introduction
3.2 Méthodes appliquées aux États-Unis
3.2.1 Historique
3.2.2 Considérations générales
3.2.3 Méthode multicritère développée par le département de transport de la Californie (Caltrans)
3.2.3.1 Principe de la méthode
3.2.3.2 Calcul de l’indice de priorité
3.2.4 Méthode développée par le département de transport de New York (NYDOT)
3.2.4.1 Principe de la méthode
3.2.4.2 Principe de la classification
3.2.5 Procédure développée par Kim (1993)
3.2.5.1 Principe de la méthode
3.2.5.2 Calcul de l’indice de dommage
3.3 Méthode SISMOA
3.3.1 Principe de la méthode
3.3.2 Aléa sismique
3.3.3 Indice de la vulnérabilité global
3.3.4 Niveau de priorité
3.4 Méthodes développées au Québec
3.4.1 Considérations générales
3.4.2 Procédure développée à l’université de McGill (Zhu Liu, 2001)
3.4.2.1 Principe de la procédure
3.4.2.2 Procédure proposée
3.4.3 Méthode établie par le Ministère des Transports du Québec (MTQ95)
3.4.3.1 Principe de la méthode
3.4.3.2 Calcul de l’indice de vulnérabilité sismique
3.4.3.3 Facteurs d’influence sismique
3.4.3.4 Coefficients d’influence sismique
3.5 Avantages et limites de ces méthodes
CHAPITRE 4 ACTUALISATION DE LA MÉTHODE MTQ95
4.1 Principe
4.2 Facteur de risque sismique RS
4.2.1 Mise en contexte
4.2.2 Définition des valeurs attribuées au facteur RS
4.3 Facteur de fondation FF
4.3.1 Mise en contexte
4.3.2 Définition des valeurs attribuées au facteur FF
4.4 Facteur d’âge FA
4.5 Discussion
CHAPITRE 5 NOUVELLE MÉTHODE D’ÉVALUATION POUR LA VILLE DE QUÉBEC VdQ2007
5.1 Introduction
5.2 Définitions et généralités
5.2.1 Concepts généraux
5.2.2 Définitions
5.3 Principe de la nouvelle méthode VdQ2007
5.3.1 Paramètres considérés
5.3.2 Principe de la démarche
5.4 Indice VdQ2007 proposé
5.4.1 Définition des facteurs de vulnérabilité « simples »
5.4.1.1 Facteur d’aléa sismique AS
5.4.1.2 Facteur de vulnérabilité du sol VS
5.4.1.3 Facteur de vulnérabilité des fondations VF
5.4.1.4 Facteur d’endommagement VE
5.4.2 Définition des facteurs de vulnérabilité « composés »
5.4.2.1 Facteur de vulnérabilité générale VG
5.4.2.2 Facteur de vulnérabilité du tablier VT
5.4.2.3 Facteur de vulnérabilité des appuis VA
5.4.3 Définition du facteur d’importance IP
5.5 Poids des coefficients d’influence sismique
5.5.1 Méthodologie appliquée
5.5.2 Estimation finale des poids (αi)
5.6 Synthèse 00
CHAPITRE 6 VALIDATION ET APPLICATION DE LA MÉTHODE VdQ2007
6.1 Objectif et méthodologie
6.2 Méthodologie appliquée
6.3 Inventaire des ponts de la ville de Québec
6.4 Évaluation du nombre de déficiences
6.5 Études statistiques sur IVS-MTQ2005 et sur IVS-VdQ2007
6.5.1 Objectifs
6.5.2 Méthodologie et hypothèses de base du plan d’expériences
6.5.3 Plan d’expériences sur l’IVS-MTQ2005
6.5.4 Plan d’expériences sur l’IVS-VdQ2007
6.5.5 Synthèse sur les études comparatives
6.6 Définition des niveaux de priorité
6.6.1 Critère 1 : Nombre de déficiences observées sur un pont
6.6.2 Critère 2 : Cas d’effondrement observés
6.6.3 Critère 3 : répartition des niveaux de priorité dans l’échantillon des ponts et passages supérieurs de la Ville de Québec
6.7 Application aux ponts de la Ville de Québec
6.8 Synthèse
CHAPITRE 7 ANALYSE DYNAMIQUE DES PONTS TYPIQUES DE LA VILLE DE QUÉBEC
7.1 Principes et objectif
7.2 Méthodologie appliquée
7.3 Hypothèses de modélisation
7.4 Analyse des résultats
7.4.1 Présentation des résultats
7.4.2 Analyse et discussion
7.4.3 Sommaire des observations
CHAPITRE 8 SOMMAIRE ET CONTRIBUTIONS
8.1 Sommaire
8.2 Contributions principales de l’étude
8.2.1 Revue de littérature
8.2.2 Proposition d’une nouvelle méthode d’évaluation VdQ2007
8.2.3 Validation et application de la nouvelle méthode VdQ2007
RECOMMANDATIONS

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