(Microsoft PowerPoint - SISMOLOGIE APPLIQUEE niveau sup vol n

SISMOLOGIE APPLIQUEE
5° partie
Les notions d’aléa, vulnérabilité et risque
La traduction réglementaire: arbitrages politiques
Introduction à la sismologie appliquée
- à la construction
- à la politique de construction et d’urbanisme
- à la politique de réduction du risque sismique
Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP –
LES DONNEES DE SISMOLOGIE POUR
L’ARCHITECTE ET L’INGENIEUR (5)
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Introduction, avertissement
Le phénomène sismique
Caractérisation des phénomènes tectoniques
La secousse sismique, caractérisation des ondes
La propagation des ondes sismiques
Les moyens d’identification de l’aléa régional
L’aléa sismique régional
L’aléa sismique local
Les notions d’aléa, vulnérabilité et risque
La traduction réglementaire : arbitrages politiques
9 - LES NOTIONS D’ALEA,
VULNERABILITE ET RISQUE
• Terminologie UNDRO pour les risques
majeurs
• Terminologie et concepts propres au
risque sismique
TERMINOLOGIE UNDRO (1)
• ALEA NATUREL ( Natural Hazard): Probabilité
d’occurrence, dans une région et au cours d’une période
donnée, d’un phénomène naturel susceptible de causer
des dommages.
• VULNERABILITE (Vulnerability): Degré de perte ou
d’endommagement d’un élément donné exposé au risque
(ou d’un ensemble d’éléments), résultant de l’occurrence
d’un phénomène naturel de magnitude donnée et
s’exprimant sur une échelle de 0 (absence de dommages)
à 1 (perte totale).
• RISQUE SPECIFIQUE (Specific Risk): Estimation du niveau
des pertes pouvant être attendues suite à un phénomène
naturel particulier, exprimé par une fonction de l’aléa et
de la vulnérabilité.
TERMINOLOGIE UNDRO (2)
• ELEMENTS A RISQUE (Elements at Risk):
Populations, constructions,activités civiles,
services publics, installations et infrastructures,
etc., exposés au risque dans une région donnée.
• RISQUE (Risk): Estimation quantifiée des pertes
en vies humaines, des blessés, des dommages
aux biens,et des perturbations de l’activité
économique pouvant être attendus suite à un
phénomène naturel particulier, soit le produit du
risque spécifique et des éléments à risque.
TERMINOLOGIE UNDRO (3)
• RISQUE ACCEPTABLE (Acceptable Risk): Niveau des pertes
humaines et matérielles perçues par la communauté ou les
autorités compétentes comme tolérable, dans le cadre des
actions visant à minimiser le risque de catastrophe.
• CATASTROPHE (Disaster): Grave interruption du
fonctionnement d’une société engendrant de larges pertes
humaines, matérielles ou environnementales qui dépassent
les capacités de la société à faire face avec ses seules
ressources propres. Les catastrophes sont souvent
classées selon leur mode d’occurrence (brusque ou
progressif) ou selon leur origine (naturelle ou anthropique)
TERMINOLOGIE UNDRO (4)
• PREVENTION (Prevention): Ensemble des actions destinées
à fournir une protection permanente contre les
catastrophes. Comprend les mesures pratiques de
protection « physique » et relevant de l’ingénierie, comme
les mesures législatives contrôlant l’aménagement du
territoire et la planification urbaine. (Voir « préparation »)
• PREPARATION (Preparednes): Actions destinées à
minimiser les pertes en vies humaines et les dommages, à
organiser l’évacuation temporaire des populations et des
biens d’un lieu menacé et à faciliter les opérations
opportunes et espaces de sauvetage, secours et
réhabilitation.
TERMINOLOGIE UNDRO (5)
• PREVISION (Forecast): Etat ou estimation
statistique de l’occurrence d’un événement futur.
Le sens de ce terme varie selon son emploi dans
différentes disciplines, de même que celui de
« prédiction ».
• PREDICTION (Prediction): État de la date, du lieu
et de la magnitude attendus d’un événement futur
(pour les séismes et éruptions volcaniques).
RISQUE SISMIQUE
Terminologie et Concepts (1)
• ALEA SISMIQUE (Seismic Hazard): Ai, en un site
donné, probabilité qu’au cours d’une période de
référence (ex: probabilité annuelle), une secousse
sismique atteigne ou dépasse en ce site une
certaine intensité (I, Amax, Vmax).
• EVALUER L’ALEA SISMIQUE D’UN SITE = calculer
la fonction de répartition du paramètre choisi lors
d’un séisme dont l’occurrence suit une loi de
distribution connue.
RISQUE SISMIQUE
Terminologie et Concepts (2)
• La VULNERABILITE V (Vulnerability) au sens
commun, concerne le milieu construit
(Vulnérabilité structurale).
• Le vulnérabilité d’une construction ou d’une
catégorie de constructions représente la perte
proportionnelle (en%) exprimant le rapport du
coût des dommages subis à la valeur de la
construction. Elle dépend de l’intensité locale de la
secousse subie:
– Sensiblement nulle pour I inférieur ou égal à VI
– Proche de 100% pour I supérieur ou égal à XI
RISQUE SISMIQUE
Terminologie et Concepts (3)
• Évaluer la vulnérabilité d’une construction = calculer une
FONCTION D’ENDOMMAGEMENT en fonction de l’intensité
de la secousse et estimer le coût de la reconstruction.
• Le RISQUE SISMIQUE SECIFIQUE Ri (Seismic specific risk)
définit la probabilité de pertes, rapportée à une
construction (ou une catégorie de constructions) de valeur
unité, au cours d’une période de référence.
• Évaluer le RISQUE SISMIQUE SPECIFIQUE = convoluer les
deux fonctions: aléa sismique et vulnérabilité
•
Ri = Ai x V
RISQUE SISMIQUE
Terminologie et Concepts (4)
• Le RISQUE SISMIQUE R (Seismic risk) est la probabilité de
pertes au cours d’une période de référence et dans la
région considérée.
– Proportionnelle au nombre de vies humaines et à la valeur des
biens exposés.
– Dépend de l’occupation humaine de la région considérée.
• EVALUER LE RISQUE SISMIQUE DANS UNE REGION =
multiplier les risques sismiques spécifiques Ri, pour les
divers sites de la région, par la valeur (coût Ci) des biens
existants (ou projetés) sur chaque site et sommer tous les
risques.
10 - LA TRADUCTION REGLEMENTAIRE
DE LA CONNAISSANCE DE L’ALEA
SISMIQUE: ARBITRAGES POLITIQUES
• La politique de gestion des
risques naturels majeurs.
• La réglementation française
PROBLEMATIQUE DU RISQUE SISMIQUE
• ALEA
– Où?
– Quand??
– Comment?
• MITIGATION
– Prévention
– Préparation
• VULNERABILITE
% de dégâts pour un phénomène
donné
– Milieu naturel
– Milieu construit
– Milieu socio-économique
et culturel
• RISQUE
– Coût dommages/valeur
des biens affectés (C)
– R= A x E x C x V
– Scénarios (Enjeux)
– Acceptabilité
LES 3 PHASES DE LA GESTION DES RISQUES
NATURELS MAJEURS
• MITIGATION (Avant)
• Prévention
– Évaluation de l’aléa et de la vulnérabilité
– Réduction de le vulnérabilité des constructions à venir
» Législation
» Réglementation
» Financements
• Préparation
– Réhabilitation parasismique de l’existant
– Plans d’urgence
• CRISE (Pendant)
• Organisation des secours
• REPONSE A LA CRISE (Après)
• Reconstruction
• Réhabilitation
LA LOI ET LA REGLEMENTATION:
UN ARBITRAGE POLITIQUE
• Le séisme est une action accidentelle, ajoutée aux
charges permanentes, pour laquelle on établit une
probabilité de récurrence et estime le risque.
• La politique de mitigation du risque sismique est
probabiliste. Pour les ouvrages à risque normal, elle vise à
sauver les vies humaines, elle admet les dégâts et un
pourcentage d’échecs décroissant avec l’importance de
l’enjeu.
• Le niveau de protection décidé par la puissance publique
est forfaitaire.
– Les critères sont physiques (aléa, vulnérabilité, risque)
– Économiques (coût selon le niveau de réduction du risque)
– Politiques (degré de sensibilisation de la société)
LES OUTILS DE LA PREVENTION
À l’échelle urbaine
- PPR
- Urbanisme
- Renforcement de
l’existant
En prévision de la crise
- Plans de secours
Au niveau des
constructions neuves
- Règles parasismiques
Au niveau des acteurs
- Formation
- Information
LA REGLEMENTATION
Du constat technique à l’arbitrage politique.
• LOI n° 87-565 du 22 juillet 1987
Prévention des risques majeurs, droit du citoyen à l’information
• DECRET n° 91-461 du 14 mai 1991
zonage sismique de la France, notions d’ORS et ORN
• ARRETE DU 29 MAI 1997
Abroge et remplace l’arrêté du 16 juillet 1992 ORN
• ARRETE DU 10 MAI 1993
( J.O. 17.07.93) ORS
• LOI n° 95-101 du 2 février 1995
Et DECRET D’APPLICATION n° 95-1089 du 5 octobre 1995 PPR
(Les deux Lois ont été codifiées fin 2000: Code de l’Environnement)
SYNTHESE DE LA
REGLEMENTATION:
2 stratégies:
- Les ORN
- Les ORS
LOI n° 87-565 du 22 juillet 1987
(Loi codifiée en 2000.)
Cette Loi est la première à encadrer la notion de
« prévention des risques majeurs » et le droit du
citoyen à l’information sur son exposition aux
risques.
- Organisation de la sécurité civile
- Protection contre l’incendie
- Prévention des risques majeurs
Droit du citoyen à l’information (article 21)
Elle prévoit les Décrets pour définir (article 41) :
- le zonage sismique
- l’action sismique de calcul selon la zone et la
catégorie de bâtiment
LOI n°95-101 du 2 février 1995
Et DECRET D’APPLICATION n° 95-1089 du 5 octobre 1995
(Dite Loi Barnier) (Loi codifiée en 2000)
Relative au renforcement de la Loi de 1987 dont
elle précise certains articles, elle substitue les PPR
aux PER.
Plans de Prévention des Risques prévisibles
(PPR)
Zonage communal prenant en compte les
différents risques auxquels le territoire communal
est exposé, dont le risque sismique.
(Les anciens PER approuvés valent PPR)
CODE DE L’ENVIRONNEMENT
• Voté fin 2000, il codifie l’ensemble de Lois de
la
responsabilité
du
Ministère
de
l’Aménagement
du
Territoire
et
de
l’Environnement (MATE), dont celles relatives
aux risques majeurs (Loi de 1987 et Loi de
1995).
• Son Titre VI encadre les risques naturels
DECRET n°91-461 du 14 mai 1991
(Modifié le 13 septembre 2000)
Définit
Le contexte de prise en compte du risque
sismique
Le zonage sismique de la France en 5 zones
Prévoit le cadre des deux 2 futurs arrêtés pour:
Les Ouvrages à Risque Normal (ORN)
Les Ouvrages à Risque Spécial (ORS)
ZONAGE SISMIQUE REGLEMENTAIRE DE
LA FRANCE
(ORN)
NIVEAUX DE PROTECTION PS REGLEMENTAIRES
SELON LA NATURE OUVRAGES
1/5000
Protection
100%
3
1/25000
xF/km2
2
1
Statistique
0
A
1/500
zF/km2
yF/km2
B
Intrinsèque
C
D
Enjeux
Installations
classées
Grands barrages
Industries Nucléaires
de base
Industries Nucléaires
à eau sous-pression
= 1 / 25 000
1
3
2
= 1 / 500
= 1 / 5 000
PHILOSOPHIE DE LA PROTECTION
PARASISMIQUE POUR LES
OUVRAGES A RISQUE NORMAL
LE SEISME EST UNE ACTION ACCIDENTELLE AJOUTEE AUX CHARGES
PERMANENTES
LE NIVEAU D’ACTION SISMIQUE RETENU POUR LE CALCUL DES
STRUCTURES EST ARRETE DE FACON PROBABILISTE EN TENANT
COMPTE DES CONNAISSANCES SISMIQUES REGIONALES
PAR CONSEQUENCE LE NIVEAU DE PROTECTION EST UN ARBITRAGE
DE LA PUISANCE PUBLIQUE
- Analyse : coût d’une protection « plus élevée » / gain de résistance
- Protection probabiliste et pas intrinsèque
(1°) ARRETE DU 16 JUILLET 1992
Abrogé et remplacé par l’arrêté du 29 mai 1997
(ORN)
OUVRAGES A RISQUE NORMAL
Définit les classes A, B, C et D
Rend applicables les règles PS 69/82
Coefficient d’accélération à retenir
pour chaque classe selon la zone sismique
(2°) ARRETE DU 29 MAI 1997
Abroge et remplace l’arrêté du 16 juillet 1992
En application du décret du 14 mai 1991
Redéfinit les classes A, B, C et D
Redéfinit les constructions auxquelles
s’appliquent les règles
Rend applicables les règles PS-92 et définit les
niveaux d’accélération à retenir pour les
classes B, C, D selon chaque zone.
OUVRAGES A RISQUE NORMAL (1)
CLASSE A
Ne recevant pas d’activité humaine en service normal
CLASSE B
Habitations individuelles
Hauteur < 28m
ERP 4° et 5°catégories
Capacité inférieure à 300 personnes
Parcs de stationnement ouverts au public
CLASSE C
Hauteur > 28m
ERP 1°, 2° et 3° catégories
Capacité supérieure à 300 personnes
-
Certains bâtiments sanitaires et sociaux
OUVRAGES A RISQUE NORMAL (2)
CLASSE D
Ouvrages dont la pérennité est nécessaire pour la gestion
de la crise post-sismique.
Sécurité civile, défense nationale et ordre public
Communications
Circulation aérienne
Hôpitaux
Stockage et distribution d’eau potable
Distribution publique d’énergie
Centres météorologiques
Arrêté du 29 mai 97
DEFINITION DU SEISME DE REFERENCE PAR
LES REGLES PS-92 (§5)
• Modélisation du mouvement du sol
• Classification des sites
• Spectres de dimensionnement
normalisés
• Coefficient d’amplification
topographique
• Déplacements du sol
PRISE EN COMPTE DES EFFETS DE SITE
PAR LE CHAPITRE 5 des PS 92
5. DEFINITION DU SEISME DE CALCUL
5.1. Modélisation du mouvement du sol
5.2. Définition de l’action sismique
5.2.1 Classification des sols
5.2.2 Classification des sites
5.2.3 Spectres :
élastiques + dimensionnement
5.2.4 Coefficient topographique
5.3. Déplacement du sol
MODELISATION DU MOUVEMENT DU SOL
PAR LES REGLES PS-92 (§ 5.1)
• Le mouvement du sol pour l’emprise du bâtiment
est considéré comme résultant de la composition:
– D’un mouvement de translation d’ensemble en 3D
caractérisé par un spectre de réponse en accélération
pour les 2D horizontales et un pour la D verticale, en
général d’intensité égale à 70% des composantes
verticales (tous points animés au même instant d’un
même mouvement)
– De mouvements différentiels dans les 3D, fonction de la
distance séparant les points considérés. Pour chaque
direction ils sont évalués à partir du déplacement
maximal du sol dans cette direction.
DEFINITION DE L’ACTION SISMIQUE PAR
LES REGLES PS-92 (§5.2)
Les accélérations nominales définies
par les règles PS-92 (§3.3)
Prise en considération du site
par les règles PS-92 (§ 5.2)
• En B, correction par le choix du spectre de réponse
• En C, correction par le choix du spectre et du coefficient topographique
PS-92: CLASSIFICATION DES SOLS (§5.21)
PS 92: CLASSIFICATION DES SITES (§5.22)
SPECTRES ELASTIQUES
PS 92:
SPECTRES DE
REPONSE
SPECTRES DE DIMENSIONNEMENT
SPECTRES DE DIMENSIONNEMENT
DES PS-92 (§ 5.23)
SPECTRE DE DIMENSIONNEMENT
REDUIT PAR LE COEFFICIENT q (§ 6.3)
Comparaison PS-69/82, AFPS 90
Prise en
compte du
site
Coefficient topographique
des règles PS-92 (§ 5.24)
TABLEAU D’EQUIVALENCE
PS-69/82, PS-92, et Intensités locales
• Tableau des
mouvements
sismiques à retenir
pour le calcul
réglementaire selon
la zone et la classe
du bâtiment
projeté.
– 1° ligne
coefficient a
(règles PS 69/82)
– 2° ligne
accélération
nominale (règles
PS 92)
– 3° ligne intensité
locale équivalente
PRISE EN COMPTE DES PROBLEMES DE
SOL PAR LES CHAPITRES 4, 9 et 10 des
PS-92
• Le chapitre 4, qui définit les règles générales de conception
accorde une part importante aux:
– Choix du site
– Reconnaissances de sol
– Prise en compte du sol pour le choix des fondations
• Le chapitre 9, qui précise les règles propres aux fondations
définit:
– Les critères de liquéfaction, de stabilité des pentes
– Les dispositions propres aux différents types de
fondations
– La vérification de la portance des sols naturels et
remblayés
• Le chapitre 10 est consacré aux problèmes de soutènement
des pentes
PRISE EN COMPTE DE L’IMPORTANCE DES
PROBLEMES DE SOL PAR LE CHAPITRE 4
des PS-92
4. REGLES GENERALES DE CONCEPTION
4.1. Choix du site
4.2. Reconnaissances et études de sol
4.3. Fondations
- Homogénéité du système de fondations
- Choix du système de fondations
- Solidarisation des points d’appui
- Liaisonnement avec la structure
4.4. Structures
- Ductilité
- Monolithisme
- Position des zones critiques
- Espacement entre blocs ou
ouvrages voisins
PRISE EN COMPTE DES PROBLEMES DE
PORTANCE ET DE STABILITE DES SOLS PAR
LE CHAPITRE 9 des PS-92
9. FONDATIONS
9.1. Liquéfaction des sols
9.2. Stabilité des pentes
9.3. Dispositions techniques concernant les
ouvrages de fondation
9.4. Calcul des fondations profondes
9.5. Vérification de la force portante
9.6. Fondations sur sols substitués compactés
9.7. (non) Prise en compte de l ’interaction solstructure
PRISE EN COMPTE DES PROBLEMES DE
SOUTENEMENT DES PENTES PAR LE CHAPITRE
10 des PS-92
10. PAROIS D ’INFRASTRUCTURE ET
OUVRAGES DE SOUTENEMENT
10.1. Règles générales
10.2. Méthodes de calcul simplifiée
10.3. Vérification de stabilité
10.4. Vérification de résistance
10.5. Murs de soutènement isolés
ARRETE DU 10 MAI 1993
( J.O. 17.07.93) OUVRAGES A RISQUE SPECIAL
- Approche déterministe prenant en compte les domaines
sismotectoniques
- Mouvements sismiques de référence forfaitaires en zones 0
et Ia (sauf si la DRIRE dispose d’études particulières
(Article 4)
- Notion de SMHV et SMS en zones Ib, II, III
Étude spécifique des mouvements sismiques probables à
partir d’études sismotectoniques et géotechniques propres
au site afin d’obtenir les spectres « SMHV » et « SMS »
- L’exploitant pourra prendre en compte la possibilité
d’incursion dans le domaine plastique
SMHV = Séisme Maximum Historiquement Vraisemblable
SMS = Séisme Majoré de Sécurité = SMHV + 1 unité MSK ou 0,5 unité Magnitude
Types de
zonages
sismiques
Origine des documents de cours
résumant les cours de Christophe Martin et Patricia Balandier
•
•
•
•
Milan ZACEK (Construire parasismique)
BRGM
GEO-TER
SITES INTERNET
– www.ggl.ulaval.ca
– www.eeri.org
– earthquake.usgs.gov
– emidius.itim.mi.cnr.it
– renass.u-strasbg.fr
– www.dstn.it/ssn
– www.deprem.gov.tr
– www.metu.edu.tr