le seisme du mexique du 19 septembre 1985 compte rendu

Transcription

LE SEISME DU MEXIQUE
DU 19 SEPTEMBRE 1985
COMPTE RENDU DE MISSION
V. DAVIDOVICI, J. DESPEYROUX, Ch. DURETZ,
B. ETCHEPARE, A. PECKER, P. SOLLOGOUB
Paris, décembre 1985
______________________________________________________________________________
a s s o c i a t i o n
f r a n ç a i s e
d u
g é n i e
afps
p a r a s i s m i q u e
9, rue La Pérouse, 75784 Paris Cedex 16
Tel. (1) 720-10-20 p. 3424 — (3) 052-92-00 p. 311 — Télex : Fedebat 695527F
Association déclarée (loi du 1er juillet 1901) sans but lucratif – non inscrite au registre du commerce – siret 330631565 00018 – APE 7707
-1-
-2-
LE SEISME DU MEXIQUE DU 19 SEPTEMBRE 1985
Compte-rendu de Mission
SOMMAIRE
Pages
0.
OBJET, ORGANISATION ET ITINERAIRE DE LA MISSION
1.
ASPECTS GENERAUX
11
1.1
Données séismologiques
11
1.2
Effets du séisme. Nature et distribution des dommages
13
2.
ETUDE DES MOUVEMENTS DE CHAMP LIBRE
2.1
2.2
3.
Consistance
du
les zones affectées
réseau
d'accélérographes
7
15
dans
15
Caractéristiques du mouvement
15
2.21 Accélérogrammes recueillis à Mexico
2.22 Accélérogrammes de la Côte Pacifique
2.23 Discussion
15
18
18
GÉOLOGIE DU SITE DE MEXICO. PROBLEMES ET
SINISTRES DE FONDATION
21
3.1 Description du sous-sol de Mexico
21
3.2 Mouvements différentiels
23
3.3 Systèmes et sinistres de fondation
24
3.4 Subsidence et liquéfaction
27
-3-
4.
COMPORTEMENT DES BATIMENTS
4.1
5.
6.
7.
29
Composition et caractéristiques de la population
de constructions éprouvée par le séisme
29
4.2
Répartition des dommages
29
4.3
Constructions en maçonnerie
31
4.4
Ossatures en béton armé
31
4.5
Constructions métalliques
34
4.6
Éléments non structuraux
37
CONSTRUCTIONS INDUSTRIELLES
39
5.1
Raffinerie du 18 Mars à Mexico
39
5.2
Complexe sidérurgique SICARTSA à Lazaro Cardenas
39
5.3
Usine hydro-électrique de LA VILLITA (Lazaro Cardenas)
41
5.4
Réacteur nucléaire de Laguna-Verde
41
OUVRAGES DE GÉNIE CIVIL
43
6.1
Ponts
43
6.2
Barrages
43
6.3
Métropolitain de Mexico
44
ÉQUIPEMENTS ET RESEAUX
45
7.0
Généralités
45
7.1
Equipements des bâtiments d'habitation ou assimilés
45
7.2
Equipements industriels
47
7.3
Distribution d'eau de la ville de Mexico
53
7.4
Distribution d'électricité
53
7.5
Réseau téléphonique
54
7.6
Distribution de gaz
54
7.7
Conclusions
54
-4-
8.
CONCLUSIONS
8.1
8.2
57
Récapitulation des enseignements du séisme du
Mexique de 1985
57
Actions proposées
60
8.21 En ce qui concerne la codification
8.22 En ce qui concerne la recherche
8.23 En ce qui concerne une éventuelle coopération
entre la France et le Mexique
60
61
62
ANNEXES
Tableau I
Tableau II
Tableau III
Etat des destructions dans l'agglomération de
Mexico à la date du 20 Octobre 1985
63
Répartition des sinistres dans la ville de
Mexico suivant les caractéristiques des bâtiments
64
Récapitulation des paramètres caractérisant le
mouvement sismique dans la ville de Mexico
65
FIGURES
67
Figure 1
Carte tectonique du Mexique
Figure 2
Carte tectonique schématique de l'Amérique Centrale
Fig. 3 à 8
Isoséistes de séismes antérieurs
Figure 9
Géologie schématique du site de Mexico
Figure 10
Répartition des destructions. Séisme de 1985
Figure 11
Répartition des destructions. Séismes antérieurs
Figure 12
Coupe géologique-type du site de Mexico
Figure 13
Systèmes de fondations utilisés à Mexico
Figure 14
Diagramme des accélérations, vitesses et déplacements de la
composante E-W de l'enregistrement recueilli au Ministère des
Communications et transports (zone lacustre)
-5-
Figure 15
Accélérogrammes (3 composantes) recueillis
Communications et Transports (zone lacustre)
Figure 16
Spectres de réponse des composantes N-S et E-W. Enregistrement du
Ministère des Communications et Transports (zone lacustre)
Figure 17
Spectres de réponse des composantes N-S et E-W. Enregistrement de la
Centrale Thermique d'Abastos (zone lacustre)
Figure 18
Spectres de réponse des composantes N-S et E-W. Enregistrement de
l'Observatoire sismologique de Tacubaya (zone collinaire)
Fig. 19 à 27
Documents photographiques
REFERENCES
au
Ministère
des
83
-6-
0. OBJET, ORGANISATION ET ITINÉRAIRE
DE LA MISSION
Les 19 et 20 Septembre 1985 le Mexique a été le théâtre de deux violents tremblements de .terre qui, à
trente six heures d'intervalle, ont affecté plusieurs localités de la côte du Pacifique de part et d'autre de
la frontière des états du Guerrero et du Michoacan, non loin de l'épicentre, et ont eu dans certaines
parties de l'agglomération de Mexico, à plus de 400 km de là, les conséquences catastrophiques dont
les différents médias se sont fait l'écho.
L'étendue et l'importance de l'agglomération de Mexico : 1050 km², 17 millions d'habitants ; le fait que
pratiquement tous les types d'ouvrages, parasismiques ou non, des plus simples ou des plus
traditionnels aux plus modernes, y étaient représentés et avaient traversé l'épreuve avec des fortunes
diverses ; le caractère destructeur revêtu par ce séisme, de façon inattendue, à plus de 400 km de
distance et l'aspect sélectif des destructions opérées ; les caractéristiques très particulières du site de
Mexico et le rôle vraisemblablement déterminant joué par les conditions de fondation ; le fait aussi
que grâce à l'excellent réseau d'accélérographes disposé dans le pays on se trouvait en présence d'un
séisme parfaitement "instrumenté", ont conduit l'AFPS à considérer cet événement comme a priori très
riche en enseignements et l'ont incitée à envoyer sur place une mission de reconnaissance et
d'observation solidement structurée.
Cette initiative est apparue comme d'autant plus justifiée que d'autres pays (Algérie, Italie, Japon,
Suisse, U.S.A., Yougoslavie, Nouvelle Zélande) ont eux-mêmes envoyé au Mexique de telles missions
et que l'absence de la France eut été remarquée.
L'Association a été encouragée dans cette voie et soutenue matériellement par diverses instances
gouvernementales françaises. Elle a particulièrement bénéficié du concours :
−
du Ministère de l'Urbanisme et du Logement, Direction des Affaires Économiques et
Internationales,
−
du Ministère des Relations Extérieures, Sous-Direction Immobilière et des Affaires Générales,
−
du Ministère chargé de la Recherche.
-7-
Elle a aussi bénéficié de l'aide des organisations suivantes
−
−
−
Commissariat à l'Energie Atomique,
Framatome S.A.,
Bureau Veritas,
qui ont pris directement en charge tout ou partie des frais de voyage et de séjour de ceux de leurs
membres participant à la mission. Par ailleurs, le temps passé par les différents participants a été pris
en charge par leurs organisations respectives.
Au Mexique, le groupe français a reçu une aide particulièrement précieuse de la part de M.
l'Ambassadeur BAUCHET qui a manifesté le plus vif intérêt pour la mission et s'est attaché à lui
ménager auprès des autorités mexicaines, et au plus haut niveau, des introductions qui se sont révélées
décisives pour sa réussite. Les services de l'Ambassade, notamment en la personne de M. DUPEY,
sont intervenus avec beaucoup de dévouement et d'efficacité dans l'organisation des activités de la
mission et les prises de contact nécessaires.
La mission a trouvé le meilleur accueil après des autorités mexicaines, et en particulier auprès de M.
NORENA, Segredario de Obras Publicas del Distrito Fédéral de Mexico et de ses proches
collaborateurs. Elle est notamment redevable à M. NORENA d'avoir mis à sa disposition les moyens
de transport à l'intérieur de la ville de Mexico et de l'avoir pourvue des autorisations nécessaires pour
l'accès aux ouvrages sinistrés. Elle lui doit surtout de l'avoir fait bénéficier d'emblée des conseils
éclairés de M. RIOBOO, ingénieur-consultant, en vue de la conduite de ses opérations, et de l'avoir
fait accompagner au cours de ses visites par des architectes et des ingénieurs dont la connaissance
qu'ils avaient de la ville, de ses bâtiments, et des problèmes de construction à Mexico a grandement
facilité les investigations.
Elle lui doit également d'avoir reçu l'assistance, dans toutes ses démarches et entretiens, d'interprètes
hautement qualifiés.
La mission se félicite du parfait esprit de coopération qu'elle a rencontré tous les échelons auprès des
instances administratives, universitaires ou techniques, gouvernementales ou privées, avec lesquelles
elle a été en rapport ainsi que de la pertinence et de la qualité des informations qu'elle en a reçues.
Elle a noté avec intérêt et satisfaction la bonne convergence entre les points de vue exprimés par ses
interlocuteurs mexicains et les siens propres.
Les membres de la mission et l'AFPS expriment leurs très sincères remerciements à tous les
organismes et à toutes les personnes qui ont contribué à la mise sur pied de la mission ou dont la
coopération a permis à cette dernière d'atteindre des objectifs.
-8-
La mission était dirigée par M. J. DESPEYROUX, Président de l'A.F.P.S.
Elle était composée de MM. :
V. DAVIDOVICI,
SOCOTEC, Vice-Président de l'AFPS,
Ch. DURETZ,
C.E.A. (IPSN),
B. ETCHEPARE,
Bureau Veritas,
A. PECKER,
Géodynamique et Structures,
P. SOLLOGOUB,
FRAMATOME S.A.
Son itinéraire a été le suivant :
−
Arrivée à Mexico le Jeudi 10 Octobre 1.985
−
Vendredi 11 Octobre :
•
Accueil de la mission par M. l'Ambassadeur de France au Mexique
•
Accueil de la mission par M. NORENA, segredaria de Obras del Distrito Federal de
Mexico. Information préliminaire et mise au point d'un programme provisoire.
•
Visite des constructions sinistrées du quartier du Zocalo (centre ville).
•
Accueil de la mission par M. le Professeur L. ESTEVA, Directeur de l'Instituto de
Ingeneria Civil de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) et séance de
travail.
−
Samedi 12 Octobre :
•
−
Visite de constructions sinistrées, particulièrement dans les quartiers de Colonia Roma,
Benito Juarez, Cuautemoc, théâtre, ministère du redéploiement industriel.
Dimanche 13 Octobre :
•
−
Visite de constructions sinistrées : quartier des Trois Cultures Banque Centrale, quartier
Hidalgo.
Lundi 14 Octobre :
•
Séances de travail à l'UNAM, Instituto de Ingeneria Civil, consacrées au comportement des
constructions, à l'étude critique de la réglementation, et aux problèmes de fondation dans la
ville de Mexico, avec la participation de MM. les Professeurs MELI et AUVINET.
-9-
•
Visite de l'Hôtel Continental, de la Tour de la Télévision, du Ministère de l'Ecologie.
•
Séance de travail à l'Instituto de Geofisica de l'UNAM.
− Mardi 15 Octobre
•
Visite de constructions sinistrées principalement orientée vers l'étude de l'incidence des
conditions de fondations ou des sinistres de fondations ; quartiers de Tlatelolco et Zacateca,
•
Séance de travail à l'Instituto Politecnico de Mexico consacrée aux problèmes de
tectonique et de néo-tectonique.
− Mercredi 16 Octobre
•
Séance de travail à la Raffinerie "du 18 Mars" et visite de la raffinerie,
•
Séance de travail à la Direction du Développement Urbain (SEDUE),
•
Séance de travail à la Comision Federal de Electricidad,
•
Visite de constructions sinistrées : quartiers de l'aéroport, Puebla et Lopez.
− Jeudi 17 Octobre
•
Visite de la région épicentrale (côte du Pacifique)
Observation de constructions sinistrées à Ixtapa. Visite du barrage de La Villita.
Observation de constructions sinistrées à Làzaro Càrdenas. Visite de ponts endommagés
sur le Rio Balsas. Visite du complexe sidérurgique de Las Truchas (SICARTSA).
− Vendredi 18 Octobre
•
Visite du métropolitain de Mexico : Examen particulier de la station de Pino Suarez,
•
Visite de la Tour Latino-Americano,
•
Compte-rendu verbal à M. l'Ambassadeur de France.
− Samedi 19 Octobre
•
Collationnement des résultats.
− Dimanche 20 Octobre
•
Retour de la mission.
- 10 -
1. ASPECTS GENERAUX
1.1
DONNÉES SEISMOLOGIQUES
Date :
19 Septembre 1985
Heure :
13 h 17 min. 44 s GMT
(soit 7 h 17 min. 44 s heure locale)
Épicentre instrumental :
Détermination avec profondeur de foyer imposée, h = 33 km 18,1° N
102,8° W
Ces coordonnées situent l'épicentre en mer au voisinage de la Côte Pacifique à 30 km environ de
l'embouchure du Rio Balsas, lequel constitue la frontière entre les états du Guerrero et du Michoacan,
non loin de la ville industrielle de Lazaro Cardenas (Fig. 1). La ville de Mexico se situe à environ 430
km à l'E-N-E de l'épicentre.
Magnitude :
Détermination à partir des ondes de surface
MS = 8,1
Durée Totale :
Supérieure à 2 min.
L'étude des séismogrammes fait ressortir que la secousse est en fait composée de deux impetus
successifs nettement distincts et sensiblement de même importance, de 12 s chacun, le second
intervenant avec un décalage d'environ 26 s alors que le mouvement dû au premier était lui-même en
voie de décroissance rapide.
Répliques:
La secousse principale du 19 Septembre a été suivie d'une très violente réplique survenue le 21
Septembre à 1 h 38 min. GMT (soit le 20 Septembre, 19 h 38 min. en temps local), de magnitude
MS = 7,3
dont l'épicentre se situait à une quarantaine de kilomètres seulement de celui de la secousse principale.
De très nombreuses répliques ont été enregistrées dont beaucoup de magnitude comprise entre 3,5 et
5,6.
- 11 -
Genèse du Séisme
Le séisme du 19 Septembre 1985 et ses répliques apparaissent comme la conséquence du mouvement
de subduction qui entraîne la plaque océanique des Cocos sous la plaque continentale NordAméricaine. Le déplacement s'effectue à raison d'environ 7,5 cm/an vers le N.E en projection
horizontale. Le contact entre les deux plaques est marqué par la fosse Centre-Américaine qui longe la
côte Pacifique du Mexique suivant une direction approximativement N.W - S.E (Fig. 2).
L'étude des répliques montre que la zone de rupture s'est étendue sur 100 km environ de part et d'autre
de l'épicentre (soit sur une longueur de générale N.W - 200 km au total) suivant une direction S.E, et
que la pénétration de la plaque océanographique sous le plaque continentale s'est effectivement opérée
en oblique en direction du N.E.
Antécédents
Parmi les séismes avant affecté à des degrés divers tout ou partie des zones atteintes par celui de 1985,
on peut citer ceux du Jalisco de 1932 et 1941 (le premier de magnitude 8,1) dont les épicentres se
trouvaient à 450 km de Mexico et qui n'ont pas été destructeurs dans cette ville ; celui de Guerrero de
1957, de magnitude 7,5, dont l'épicentre se situait entre Acapulco et Chilpancingo, à environ 360 km
de Mexico, et qui a été fortement destructeur dans certains quartiers ; celui de 1979 (Guerrero) de
magnitude 7,6, lui aussi dommageable dans les mêmes zones mais dans une aire de plus faible étendue
(fig. 11).
Les figures 3 à 8 montrent, d'après Figueroa, les isoséistes de plusieurs séismes de magnitude 7.0 à 8.0
ayant affecté la partie centrale du Mexique de 1845 à 1973. Les cartes correspondant aux plus anciens
ont été établies d'après les méthodes de la séismicité historique et doivent donc être considérées avec
prudence. On peut remarquer cependant (mais sans doute faut-il faire le point des incertitudes ainsi
introduites) que les séismes dont l'épicentre se situait dans le Pacifique se signalent par un relèvement
local de l'intensité de la zone de Mexico alors qu'il n'en est pas de même pour les épicentres
continentaux de forte magnitude.
On peut également mentionner le séisme de Madero de 1911, dont l'épicentre était à 470 km de
Mexico et qui a été ressenti avec une intensité MMIS égale à VIII. Cependant, contrairement aux
précédents, il s'agit d'un séisme de la Côte Atlantique.
- 12 -
1.2
EFFETS DU SEISME. NATURE ET DISTRIBUTION DES DOMMAGES
1.21 Zone épicentrale
•
Dans la zone épicentrale, le séisme a provoqué le déclenchement d'un raz-de-marée de faible
importance se traduisant par le déferlement d'une vague d'environ 2 m de hauteur sur le rivage autour
de Lazaro Cardenas. Il n'en est résulté aucun dommage important en raison de l'absence de
constructions dans la région affectée.
•
Plusieurs bâtiments de moyenne importance ont subi des dommages graves ou très graves dans la
ville de Lazaro Cardenas, et l'on évalue à IX l'intensité M.S.K. dans cette agglomération. On remarque
que les dégâts affectent principalement les constructions de plus de deux niveaux fondées sur des sols
de caractéristiques géotechniques médiocres. Inversement les constructions basses situées sur des
formations raides n'ont subi que relativement peu de dommages.
•
Dans les environs de Lazaro Cardenas, un pont double a subi d'importants dommages. Le
complexe sidérurgique de Las Truchas (SICARTSA) a subi des dommages jugés peu importants en
eux-mêmes, mais dont la réparation nécessite l'arrêt de l'exploitation pendant plusieurs mois, avec des
incidences économiques considérables.
•
Le barrage de La Villita situé sur le Rio Balsas à quelques kilomètres de l'embouchure (soit
environ 35 à 40 km de l'épicentre) n'a pas subi de dégât significatif.
•
Plus au Sud, les installations hôtelières de la station balnéaire d'Ixtapa ont subi des dommages
suffisamment importants pour motiver leur fermeture.
1.22 Agglomération de Mexico
1.221 Etendue des pertes
L'agglomération de Mexico s'étend sur plus de 1 050 km² (dont 600 pour le District Fédéral) et abrite
17 millions d'habitants. Les pertes occasionnées par les séismes des 19 et 20 Septembre 1985 sont
sévères : de 15 à 20 000 morts ; plusieurs dizaines de milliers de sans-abri ; plus de 2 000 bâtiments
d'importance et de nature diverses endommagés et parmi eux 880 entièrement détruits ou
définitivement hors d'usage, et 370 nécessitant de grosses réparations (sous réserve d'un diagnostic
favorable en ce qui concerne la possibilité de réparer efficacement la structure).
A la date du 10 Octobre le recensement des sinistres s'établissait comme indiqué dans le tableau I (réf.
1) donné en annexe. On note que 53 % des édifices publics sont définitivement hors d'usage et que 15
% doivent faire l'objet de grosses réparations. Dans les établissements d'enseignement, ces proportions
sont de 29 % et 10 % respectivement. Elles sont de 34 % et 16 % dans les bâtiments privés à usage
d'habitation ou de bureaux.
- 13 -
1.222 Le Site de Mexico. Répartition géographique des destructions
Historiquement la ville de Mexico s'est développée sur une cuvette lacustre comblée par une grande
épaisseur de sédiments récents et de caractéristiques mécaniques extrêmement mauvaises. Cette
cuvette est bordée à l'Ouest par une ligne de collines à laquelle elle se raccorde par une zone dite "de
transition". La ville s'est progressivement étendue en dehors de la cuvette lacustre sur ces deux
dernières zones (figure 9). Une description plus détaillée du site est donnée dans le paragraphe 3.1.
On remarque (fig. 10) que les destructions sont exclusivement localisées dans la partie lacustre, et que
mise à part une trentaine de bâtiments disséminés dans la partie Sud de la ville autour de l'ancien
Ministère des Communications et des Transports, la plus grande partie des constructions ruinées se
trouve concentrée dans la partie Nord-Ouest de la cuvette. La zone affectée recouvre, en les débordant
largement, les zones déjà touchées par les séismes de 1957 et de 1979 (figure 11).
1.223 Discussion
On étudie plus en détail dans le paragraphe 4.1 comment se répartissent les destructions en fonction
des caractéristiques des bâtiments : époque de construction, matériaux et types structuraux, hauteur,
etc. En relation avec ce qui suit, on peut cependant d'ores et déjà attirer l'attention sur le fait que le
plus fort pourcentage de sinistres est fourni par les bâtiments de 6 à 18 ou 20 niveaux, avec une
prédominance pour les bâtiments de 9 à 20 niveaux. Inversement, on remarque que les constructions
basses et les constructions rigides en maçonnerie, qui fournissent habituellement le plus fort
contingent de dommages, ont été relativement épargnées, même lorsque leurs qualités mécaniques
laissaient à désirer.
Ce comportement sélectif est l'indice d'une secousse riche en moyennes et basses fréquences, et
relativement pauvre en hautes fréquences. Le rapprochement avec la distribution géographique des
sinistres étudiée dans le paragraphe précédent et les propriétés dynamiques que l'on peut attendre des
formations de la zone lacustre s'impose. L'étude des accélérogrammes recueillis 3 Mexico et de leur
spectre montre qu'il y a eu effectivement une amplification considérable du mouvement du sol dans la
zone lacustre, spécialement dans la bande des 1,5 à 2,2 s, qui est celle dans laquelle se situent les
périodes propres des bâtiments sinistrés.
La médiocrité des conditions de fondation a également joué un rôle important soit que les bâtiments
aient été soumis à des tassements différentiels et des dévers avant le séisme, soit que ces tassements se
soient produits au cours de ce dernier.
- 14 -
2. ETUDE DES MOUVEMENTS DE CHAMP LIBRE
2.1
CONSISTANCE DU RESEAU D'ACCELEROGRAPHES DANS LES ZONES AFFECTEES
Le Mexique dispose de réseaux d'accélérographes relativement denses et judicieusement disposés. Un
premier réseau installé et exploité au titre d'une coopération entre l'Université Nationale Autonome de
Mexico (UNAM) et l'Université de Californie à San Diego (UCSD) couvre la côte Pacifique et son
arrière pays. Des 30 stations en projet, 20 étaient installées à la date du séisme et 18 ont produit des
enregistrements (trois composantes). Les plus intéressants, parce que les plus proches de l'épicentre,
sont ceux de la Villita, sur le Rio Balsas (30 km au droit de l'épicentre), Caleta de Campos au N-W ;
La Union, Zihuatanejo, Papanoa à l'E et au S.E. (figure 1).
L'Instituto de Ingeneria de l'UNAM exploite de son côté un réseau de 8 accélérographes disposés en
diverses parties de la ville de Mexico. Tous ces instruments ont fonctionné ; 3 d'entre eux étaient
disposés dans des bâtiments et ont donc donné la réponse de ces ouvrages ; 5 étaient placés en dehors
de bâtiments et ont produit directement des enregistrements de champ libre.
La figure 9 montre l'emplacement de ces derniers instruments. Deux d'entre eux : Ancien Ministère
des Communications et des Transports, Centrale Thermique d'Abastos sont dans la zone lacustre ;
ceux de Tacubaya, de Viveros et de la Cité Universitaire sont situés sur les terrains fermes de la zone
des collines.
2.2
CARACTERISTIQUES DU MOUVEMENT
2.21 Accélérogrammes recueillis à Mexico
Les accélérogrammes recueillis à Mexico ont été traités par l'UNAM et leurs spectres calculés dès les
tout premiers jours du séisme.
Cette rapidité a permis de mettre en évidence dès le début des investigations les particularités du
mouvement et d'éclairer le comportement des constructions de la ville de Mexico.
- 15 -
2.211 Accélérogrammes de la zone lacustre
a) Ancien Ministère des Communications et des T.P.
La figure 14 (réf. 5) reproduit à titre d'exemple l'accélérogramme de la composante E-W du
mouvement observé à l'ancien Ministère des Communications et des Transports, ainsi que les
diagrammes des vitesses et des déplacements correspondants. On voit apparaître une période
fondamentale très nette de 2 s environ, autour de laquelle se module le mouvement. Cette période de 2
s correspond très vraisemblablement à la période propre des formations de la cuvette lacustre.
Les accélérogrammes des trois composantes du même enregistrement sont montrés dans la figure 15.
La composante E-W apparaît comme nettement plus intense que la composante N-S. Leurs
accélérations maximales (amax) sont respectivement égales à 168 cm/s/s et 98 cm/s/s, et sont dans le
rapport 1,71. Dans la composante E-W les extremums des accélérations se maintiennent au-dessus de
0,10 g pendant environ 22 s, soit 11 oscillations de grande amplitude complètes. La composante N-S
n'atteint jamais 0,10 g mais en proportion présente une phase de fortes amplitudes de même durée.
Cette prédominance de la composante E-W est attestée par le comportement des constructions qui
accusent des déplacements ou des déformations nettement plus élevées dans le sens E-W que dans la
direction N-S.
Par ailleurs, la composition des mouvements des deux composantes fait apparaître un maximum
d'accélération résultante de 196 cm/s/s (soit 0,20 g) dans une direction approximativement E-S-E.
La composante verticale est de faible intensité. Son amax est seulement 27 % de -la moyenne des amax
des composantes horizontales et '20 % de l'accélération maximale résultante. Elle présente, comme il
est normal, une plus grande richesse en hautes fréquences, mais on y retrouve la même période
porteuse de 2 s que dans les composantes horizontales. On peut aussi noter que le maximum
d'accélération se produit assez tard (33 et 41 s), presque en même temps que ceux des composantes
horizontales.
Les spectres d'accélérations des composantes horizontales sont donnés dans la figure 16. On constate
que le sommet habituellement présenté par les spectres autour de T = 0,3-0,4 s est fortement estompé,
et que par contre apparaît un sommet extrêmement important pour T = 2 s environ. Ce sommet
principal correspond à des amplifications (rapportées à amax) tout-à-fait inusuelles : 6,20 pour la
composante N-S ; 5,9 pour la composante E-W.
L'accélérographe du Ministère est situé dans une zone où la couche dure intermédiaire ("première
couche dure") se situe aux environs de 30 m de profondeur, et les dépôts profonds à environ 40 m.
Cette zone se situe non loin de ce que l'on peut considérer comme le flanc S-W de la cuvette et les
profondeurs diminuent assez rapidement lorsqu'on se déplace vers le S-W.
- 16 -
b) Centrale d'Abastos
L'accélérographe d'Abastos se trouve dans une zone où les profondeurs des diverses couches sont un
peu supérieures, mais comparables, à celles rencontrées au Ministère des Communications. La
principale différence entre les deux sites réside dans le fait qu'Abastos est nettement plus éloigné du
flanc de la cuvette et que la pente de ce dernier est plus douce dans la région concernée.
Bien que restant assez semblable à celui enregistré au Ministère des Communications, le mouvement
observé à Abastos présente en conséquence de sensibles différences avec le précédent
−
il est moins intense,
−
les périodes dominantes y sont plus grandes (3 s environ au lieu de 2 s),
−
le sommet habituel à T = 0,3-0,4 s est moins atténué.
La figure 17 montre le spectre des composantes N-S et E-W. Les caractéristiques du mouvement sont
reprises dans le tableau 3 donné en annexe.
2.212 Accélérogrammes de la zone collinaire
Les paramètres principaux des mouvements de champ libre enregistrés à la Cité Universitaire, aux
Viveros de Covacan, et à l'observatoire séismologique de Tacubaya figurent dans le tableau III. Les
spectres d'accélération des composantes horizontales de l'enregistrement de Tacubaya sont donnés
dans la figure 18.
On constate de très grandes différences avec les cas précédemment étudiés :
−
les accélérations maximales au sol (amax) sont beaucoup plus faibles que dans la zone lacustre
(jusqu'à 5 fois es composantes E-W de Tacubaya et du Ministère des Communications).
Les valeurs obtenues, comprises entre 32 et 44 cm/s/s, restent très éloignées de celles atteintes
dans les secousses destructrices et correspondent tout au plus, en moyenne, à une intensité
M.S.K. de VI. Par ailleurs ces valeurs sont en bon accord avec celles que fournissent les lois
d'atténuation usuelles (si on applique ces dernières en dépit du fait qu'elles ne sont pas établies
pour des distances aussi grandes),
- 17 -
−
les sommets principaux des spectres se situent aux alentours de T = 0,4 s, dans une position
beaucoup plus classique ; ils correspondent à des valeurs normales des amplifications ;
−
on retrouve les sommets à T = 2,5-3 s observés dans les spectres de la zone lacustre, mais ce
ne sont plus que des sommets secondaires et ils sont fortement atténués ;
−
la composante verticale y revêt une importance relative plus grande : de 45 à 60 % des
composantes horizontales,
−
à l'inverse de ce qui se passe dans la zone lacustre, la composante E-W n'est plus
prédominante ; lorsque l'un des composantes est prédominante, c'est la composante N-S.
2.22 Accélérogrammes de la Côte Pacifique
Ces accélérogrammes étaient en cours de traitement à l'Université de Californie à San Diego à
l'époque de la mission et n'étaient pas disponibles.
A la connaissance des auteurs du rapport, les résultats ne sont pas encore publiés.
Selon certaines informations deux d'entre eux (Caleta de Campos et la Union) présenteraient, comme
ceux de la zone lacustre de Mexico, une période fondamentale de T = 2 s (environ). Le comportement
des constructions de Lazaro Cardenas pourrait alors être en relation avec cette particularité si elle est
confirmée.
2.23 Discussion
2.231 Les principaux paramètres caractérisant le mouvement du sol en divers sites de la ville de Mexico
sont récapitulés dans le tableau III donné en Annexe. amax, vmax, dmax, désignent les valeurs
maximales de l'accélération, de la vitesse et du déplacement du sol ; a1 est l'ordonnée du sommet
que présentent classiquement les spectres dans la gamme des 0,3 - 0,4 s et a2 celle du deuxième
sommet, propre au séisme de Mexico, dans la gamme des 2 - 3 s. Ces ordonnées sont celles des
spectres à 5 % d'amortissement relatif généralement considérés pour l'établissement des spectres
normalisés et pris en conséquence comme termes de référence. α1 et α 2 sont les amplifications
correspondantes, c'est-à-dire les rapports a1/ amax et a2/ amax.
Le contraste entre les mouvements de la zone collinaire et ceux de la zone lacustre y apparait
clairement. Il montre à l'évidence que le séisme n'a pas atteint -tant s'en faut- une intensité
destructrice en dehors de la zone lacustre, ce qui apparait tout-à-fait normal étant donné la
distance de l'épicentre. 11 explique aussi le caractère sélectif de l'action sismique dans la zone
lacustre : ce sont effectivement les constructions dont la période propre était voisine de celles des
sommets des spectres dans la bande des moyennes et basses fréquences qui ont été
préférentiellement atteintes.
- 18 -
2.232 Il est connu depuis très longtemps que les sites composés de sols déformables donnent lieu 3 une
amplification parfois très importante du mouvement sismique, et la théorie de ce phénomène a été
élaborée dans la dernière décennie. Le cas de Mexico en constitue une remarquable illustration.
Dans le cas présent, les propriétés géodynamiques des sols de la cuvette de Mexico ne sont pas
seules à invoquer. Des travaux théoriques et des séismes récents ont montré que la topographie
souterraine et de surface pouvait de son côté donner lieu à des phénomènes d'amplification
importants. Ces problèmes sont cependant loin d'être complètement élucidés et l'on n'est pas en
mesure à l'heure actuelle d'énoncer des lois générales à ce sujet. La comparaison des mouvements
observés au Ministère des Communications et des Transports et à la Centrale d'Abastos montre
dans le premier cas une amplification supplémentaire vraisemblablement due à la proximité du
rebord de la cuvette.
On peut expliquer de la même manière le fait que dans la zone lacustre la composante E-W
devient prédominante par rapport à la composante N-S : les bords de la cuvette sont en effet
beaucoup plus éloignés dans cette dernière direction.
Ces points mériteraient de faire l'objet d'un calcul de vérification basé sur une modélisation
tridimensionnelle adéquate du site.
2.233 Les mouvements observés dans la zone collinaire présentent des caractéristiques qui les
apparentent à ceux que l'on aurait pu s'attendre à observer en l'absence de la cuvette lacustre.
Mais d'un autre côté la présence du deuxième sommet dans la gamme des 2 à 3 s correspondant
au sommet principal des spectres de la zone lacustre pose un problème.
L'explication la plus vraisemblable est que ce deuxième sommet est dû à une rétroaction entre le
mouvement du sol dans la cuvette et les flancs de cette dernière. Il est cependant possible que ce
ne soit pas là la seule cause. Il a été indiqué au paragraphe 2.23 que certains accélérogrammes de
la Côte Pacifique présentaient eux aussi une composante de basse fréquence assez accusée. Si
cette assertion se vérifiait, il faudrait invoquer le mécanisme au foyer et admettre que le
relèvement considérable des intensités dans la zone lacustre ne résulte pas seulement d'une
amplification dynamique de type courant mais bel et bien d'une mise en résonance des sols de la
cuvette par le mouvement moteur.
Il serait donc utile d'obtenir les accélérogrammes ou les spectres obtenus sur la Côte Pacifique
pour élucider cette question.
- 19 -
- 20 -
3. GEOLOGIE DU SITE DE MEXICO
PROBLEMES ET SINISTRES DE FONDATIONS
3.1
DESCRIPTION DU SOUS-SOL DE MEXICO
La ville de Mexico est située à l'emplacement d'un ancien lac à un peu plus de 2 200 m d'altitude. La
vallée est située à l'extrémité sud du Plateau Mexicain ; elle est formée d'un bassin de direction nordsud, fermé à l'est par la Sierra Nevada comprenant les sommets enneigés du Popocatepetl et de
l'Istaccihuatl, anciens volcans, bordé à l'ouest et au nord ouest de la Sierra Madre Occidentale, au sud
par la chaîne Ajusco et au nord par celle de Pachuca.
Les sommets entourant la vallée de Mexico ont atteint leur valeur maximale à la fin du pléistocène,
cependant qu'une passe demeurait au nord permettant à la vallée de Mexico de communiquer avec une
autre vallée. Progressivement remplie de sédiments, cette passe constituait un verrou et conduisait à
faire de la dépression de Mexico un immense lac dont la hauteur d'eau a pu atteindre quelque 26
mètres. Quelques vestiges de ce lac demeurent en la présence des étendues d'eau à. moitié asséchées
de Texcoco - Yochimiho - Zumpago.
Ce lac a été progressivement comblé par les matériaux produits de l'érosion des massifs alentour et des
éruptions volcaniques.
3.11 Formation du sous-Sol de Mexico
Durant le pléistocène, les roches décomposées, les matériaux d'origine pyroclastique, les graviers et
sables provenant de la désintégration des roches andésites des montagnes entourant la vallée se sont
accumulés.
Ces matériaux constituant une série de dépôts de graviers, de vase et d'argile sont déposés sur
plusieurs centaines de mètres d'épaisseur. Le toit de cette formation est à environ 35 m de profondeur
sous la surface actuelle de la ville de Mexico.
Les matériaux fins rencontrés sur les 35 m supérieurs sont d'origine postérieure au pléistocène. Ils
proviennent des éruptions volcaniques sous forme de fines fractions de lave basaltique accompagnées
de cendre et de matériaux pyroclastiques. Ces derniers, produits sous forme de nuages, transportés par
la pluie et le vent se sont agglutinés sur l'eau du lac avant de se déposer au fond par sédimentation.
Ainsi dans ce processus la cendre volcanique s'est transformée en argile bentonitique comprenant un
important pourcentage de diatomées et de coquillages.
- 21 -
De la fin de la période volcanique à nos jours le remplissage s'est poursuivi avec des produits de
décomposition des matériaux pyroclastiques ou argileux, entrecoupé de lentilles de cendres
volcaniques provenant d'activités volcaniques réduites.
3.12 Zonage de la ville de Mexico
Le développement initial de la ville de Mexico s'est produit dans la région Ouest du lac de Texcoco
mais la croissance ultérieure de la ville s'est produite sur les côtes de la Sierra Las Cruces où les sols
sont beaucoup plus raides que ceux des dépôts lacustres. En conséquence, la ville de Mexico s'étend
actuellement sur des sols de nature très diverse allant des laves ou des sols très compacts (cas des
collines) aux sols excessivement compressibles de l'ancien lac. Entre les deux s'étend une zone de
transition où les couches d'argile d'origine lacustre alternent avec des dépôts sableux d'origine alluviale
distribués de façon erratique. C'est ainsi que la ville de Mexico peut être divisée en trois zones
distinctes : la zone des collines, la zone de transition, la zone du lac (figure 9).
Il est intéressant de noter que la zone des dommages importants observés lors des séismes de Juillet
1957, de 1979 et de Septembre 1985 est située dans la zone du lac en bordure de la zone de transition
(figure 9). Les dégâts sont mineurs ou inexistants comme dans le cas du séisme de 1985 dans la zone
des collines et dans la zone de transition.
Les dégâts majeurs, dans la zone du lac, peuvent être attribués sans conteste possible à l'amplification
du mouvement sismique incident par la couche de sol meuble. Ceci est bien confirmé par les
enregistrements recueillis en diverses zones de la ville (voir paragraphe 2.2).
3.13 Coupe géologique typique du sous-sol de Mexico
Dans le centre de la ville, en partant de la surface, on trouve successivement (figure 12) :
1.
de 0 à 6 m de profondeur (environ) : des matériaux provenant des occupations successives
antérieures du site par l'homme,
2.
de 6 à 9 m de profondeur : des sédiments d'origine alluviale,
3.
de 9 à 33 m de profondeur : de la vase argileuse avec de fortes teneurs en eau, de
consistance médiocre, dans laquelle on trouve intercalées de fines couches de sable
provenant des pluies de matériaux pyroclastiques. Cette couche est en fait constituée de 5
couches élémentaires de vase et d'argile,
- 22 -
4.
de 33 à 38 m de profondeur : du sable avec de l'argile, couche caractérisée par une forte
cimentation produite par le carbonate de calcium,
5.
de 38 à 48 m de profondeur : des dépôts lacustres constitués de sables, d'argile, de graviers
avec une forte cimentation,
A plus grande profondeur, on retrouve la même alternance de sable, de gravier et d'argile avec des
graves dont la taille augmente avec la profondeur.
Les couches géologiques décrites ci-dessus contiennent des couches très perméables constituées de
pierre ponce, de sable contenant de fortes proportions de coquillages, de gravier. Les niveaux
piézométriques de ces couches perméables ont été mesurés aux profondeurs de 8-14-28-34-48 et 75 m.
La couche située à 27/28 m est de loin la plus perméable.
3.2
MOUVEMENTS DIFFÉRENTIELS
Mouvements Antérieurs au Séisme
Le sous-sol de Mexico est caractérisé par la présence de dépôts argileux très compressibles drainés par
des couches de sable intercalaires. Ceci se traduit donc par un tassement continu de la surface du sol.
Jusqu'aux alentours des années 1950, la plupart des besoins en eau de la ville ont été couverts par
l'exploitation de puits forés à des profondeurs de 50 à 500 m.
Cette forte exploitation des nappes profondes s'est traduite par
−
une forte baisse du niveau piézométrique aux alentours de 33 m,
−
des baisses sensibles de ce même niveau aux alentours des couches perméables situées à 48 m
et 75 m de profondeur.
Les nappes superficielles, totalement isolées des nappes profondes par des couches imperméables et
alimentées par l'eau des réseaux publics plus ou moins étanches, restaient quasiment inaltérées.
Les caractéristiques médiocres des 33 premiers mètres du sous-sol de Mexico (ainsi que des 10 m
compris entre -38 et -48 m) conduisent à des tassements naturels importants.
En effet, l'argile présente ici les caractéristiques type d'un matériau sous-consolidé sensible à l'eau.
Le fort prélèvement d'eau en profondeur alors que la nappe superficielle n'était pas altérée a produit un
gradient hydraulique important à travers les couches d'argile compressible. Ce phénomène en
produisant une augmentation de la contrainte effective a accéléré le phénomène de consolidation et a
eu pour conséquence d'augmenter l'importance des tassements.
- 23 -
A titre d'exemple, le tassement annuel était de l'ordre de 35 cm/an aux alentours des années 1950 alors
que les prélèvements d'eau étaient à leur maximum. Depuis le prélèvement d'eau dans les puits a été
interdit ; les tassements se sont ralentis quasi instantanément et ne représentent plus que quelques
centimètres par an. Il faut noter que l'on estime à environ 20 % la part du tassement d'ensemble dû à la
présence des couches plus ou moins compressibles situées en-dessous d'une profondeur de 50 m.
En valeur absolue, les tassements maxima du sol observés dans la ville de Mexico atteignent 8,50 m
(dans la zone de la statue de Carlos IV - Référence 3). Le long de l'avenue de la Reforma, ils atteignent
5 à 7 m.
3.3
SYSTEMES ET SINISTRES DE FONDATION
3.31 Systèmes de fondation
Les solutions adoptées pour les fondations des bâtiments de la ville de Mexico vont des simples
fondations superficielles pour les immeubles de 1 à 2 étages aux fondations profondes sur pieux
flottants travaillant par frottement dans la couche d'argile ou sur pieux arrêtés dans les couches dures
(35 à 45 m de profondeur) travaillant en pointe.
Pour les constructions de hauteur intermédiaire, le principe de fondation retenu est généralement celui
d'une fondation compensée ; le bâtiment est enfoncé dans le sol jusqu'à une profondeur telle que la
surcontrainte apportée par son poids soit égale au poids des terres excavées. Au cours des vingt
dernières années, des fondations sur pieux flottants ont été utilisées de façon extensive pour réduire les
tassements différentiels entre les bâtiments fondés sur pieux et le sol environnant. Dans le même ordre
d'idée, des systèmes de pieux d'un type particulier, dits pieux de contrôle ont été développés. Ce
système vise essentiellement à permettre le rattrapage du mouvement du sol par le bâtiment et à
diminuer de ce fait la hauteur des marches naturelles pouvant se créer entre la chaussée et le bâtiment.
Les différents types de fondation sont illustrés sur la figure 13.
3.32 Sinistres de fondation
Ces sinistres de fondation bien que peu nombreux (environ une dizaine dans la ville de Mexico) sont
extrêmement spectaculaires. Ils vont des tassements importants des bâtiments fondés soit
superficiellement soit sur pieux flottants, au basculement d'ouvrages avec arrachement des pieux de
fondation.
- 24 -
Fondations Superficielles
En règle générale, ces bâtiments ont peu souffert. On a cependant pu observer sur un bâtiment situé
rue Versalles le tassement d'un poteau d'angle fondé vraisemblablement sur fondations superficielles
compte tenu de la hauteur du bâtiment. Ce tassement a atteint une trentaine de centimètres environ et a
créé des fissures dans la structure portée. Lorsque les structures fondées par l'intermédiaire de ce
système de fondation ont subi des dommages, ils sont généralement spectaculaires et se traduisent par
des tassements de plusieurs dizaines de centimètres pouvant dans certains cas dépasser le mètre. On
citera plus particulièrement l'immeuble du Secrétariat Général de la Protection Civile (Ministère de
l'Intérieur) dont la fondation est constituée de trois niveaux de sous-sol et qui a subi, pendant le
séisme, un tassement de l'ordre de 1,50 m. Ce tassement s'est produit à peu près uniformément sous
l'ensemble du bâtiment qui est resté pratiquement vertical. De la même façon, le restaurant
CAMPIRANO situé à l'angle de la rue Meridor Durengo a subi des tassements de plus d'un mètre lors
du séisme. Ces tassements se sont accompagnés d'un léger basculement du bâtiment. Il semble que ces
tassements importants du sol de fondation puissent être attribués à un remaniement des argiles de
fondations. Ce remaniement dû à la sollicitation cyclique se traduit par une perte de cohésion du
matériau et donc une diminution de la capacité portante du sol de fondation. Il en résulte un
accroissement des tassements, voire une rupture de la fondation.
Bâtiments sur Pieux Flottants
Les bâtiments fondés sur pieux flottants sont de loin ceux qui ont subi les dommages les plus
importants lors du séisme. Ces dommages se traduisent par des tassements importants des fondations,
tassements généralement non-uniformes qui ont entraîné des rotations importantes des structures
portées. Il ne semble pas que les pieux de fondation aient subi de rupture de flexion ou d'effort
tranchant, les dommages paraissant plutôt causés par une rupture du sol de fondation. Ceci resterait
pourtant à vérifier par des contrôles plus approfondis. En effet, la présence de la nappe phréatique à
environ 1 m sous la surface du terrain naturel ne permet pas la visite des sous-sols endommagés qui
ont été la plupart du temps inondés après le séisme.
Parmi les bâtiments de ce type ayant subi des dommages, on peut citer le Tribunal de Conciliation et
d'Arbitrage (immeuble de 8 étages) qui a subi un tassement d'environ 1 mètre avec un basculement
d'une dizaine de degrés. Il est à noter que les mouvements de ce bâtiment se sont produits peu de
temps après le séisme, et que, trois semaines après celui-ci, les mouvements n'étaient pas encore
stabilisés. A l'angle des rue Bucara et Morellos, un bâtiment fondé sur pieux flottants a également subi
un tassement d'une dizaine de centimètres.
- 25 -
L'exemple le plus spectaculaire de rupture d'une fondation sur pieux flottants est constitué par
l'immeuble de dix étages situé rue Zacatecas. Lors du séisme, cet immeuble a basculé en arrachant les
pieux de fondation. Le mécanisme de rupture de cet immeuble est facile à imaginer : le frottement
latéral le long des pieux situé à une extrémité du bâtiment a diminué fortement pendant la secousse,
entraînant une amorce de basculement du bâtiment qui est venu reposer par l'intermédiaire de son
radier sur le sol de fondation. Compte tenu du poids de l'ouvrage, 1.1 s'est alors produit une rupture du
sol de fondation sous le radier travaillant en fondation superficielle. Ceci se traduit par l'apparition
d'un bourrelet de terres refoulées et l'arrachement des pieux à l'autre extrémité du bâtiment. Il est à
noter que les pieux arrachés (2 à 3 m hors sol) n'apparaissent pas endommagés. Ces pieux sont des
pieux de type béton préfabriqué. Les éléments préfabriqués d'une longueur de 1,50 m environ sont
enfilés le long d'une gaine métallique foncée à l'avancement. Après exécution du pieu, les armatures
sont descendues dans la gaine métallique centrale et injectées à l'aide d'un coulis. En dépit de ce
ferraillage nettement insuffisant et mal positionné dans les pieux, ces derniers apparaissent en bon état.
Le mécanisme ayant conduit à ces tassements importants des fondations fondées sur pieux flottants est
à rapprocher de celui ayant entraîné le tassement des bâtiments sur fondations compensées. L'action
sismique de durée relativement importante a provoqué un remaniement de l'argile, une perte de
résistance de cette dernière et donc une diminution du frottement mobilisable le long du fût de pieux.
Cette diminution s'est traduite par un accroissement subi des tassements, voire une rupture du sol de
fondation lorsque le bâtiment est venu s'appuyer sur celui-ci par l'intermédiaire de son radier (voir
exemple ci-dessus). L'observation des dégâts importants subis par les fondations sur pieux flottants ont
conduit les autorités mexicaines à diminuer sensiblement, dans les règles d'urgence publiées
immédiatement après le séisme, la valeur de l'adhérence prise en compte pour le calcul des pieux
flottants. Cette dernière primitivement égale à 0,6 fois la cohésion non drainée du sol de fondation a
été ramenée à une valeur de 0,35 fois cette dernière. Il est à noter que ceci revient dans la plupart des
cas à interdire l'utilisation de pieux flottants pour les immeubles moyennement élevés, la longueur de
pieux nécessaire à l'obtention des capacités portantes suffisantes étant telle que ceux-ci atteindront
nécessairement la couche des dépôts profonds située vers 35 à 40 m de profondeur.
Pieux travaillant en Pointe
Tous les bâtiments fondés par l'intermédiaire de ce système de fondation se sont bien comportés
pendant le séisme. Aucun tassement ni mouvement résiduel important n'a été constaté. Ceci confirme
indirectement l'affirmation énoncée précédemment concernant le bon comportement des pieux vis-àvis des efforts de flexion et de cisaillement engendrés par l'action sismique. Hormis des cas de rupture
du sol de fondation, les pieux semblent donc constituer un système de fondation adéquate en zone
sismique.
- 26 -
Il convient cependant de noter que l'on observe généralement au voisinage de tous les bâtiments
fondés sur pieux travaillant en pointe, des tassements relativement importants (plusieurs dizaines de
centimètres) du sol et de la chaussée avoisinante. Ceci peut s'expliquer par l'effet d'accrochage de ce
sol sur les pieux de fondation du bâtiment (frottement négatif) accrochage qui a pour origine une
subsidence générale de la ville de Mexico. Sous l'effet du mouvement sismique, les caractéristiques
mécaniques des argiles chutent et le sol tend à glisser le long du pieu provoquant les marches
d'escalier que nous avons pu observer.
3.33 Dommages divers liés au sol de fondation
Indépendamment des sinistres de fondations décrits ci-dessus, on a pu observer de nombreux
désordres mineurs pouvant être imputés aux sols de fondation, généralement aux remblais. On
constate de façon très générale dans la ville de Mexico un tassement des remblais ayant servi à
combler les tranchées de passage des réseaux divers. Ces tassements sont dus à un mauvais
compactage des remblais et permettent de suivre à la trace le tracé des tranchées.
3.4
SUBSIDENCE ET LIQUEFACTION
3.41 Liquéfaction
Compte tenu de la nature des sols de fondation de Mexico, aucun cas de liquéfaction caractérisé n'a pu
être observé. Par contre, dans la cité de Lazaro Cardenas située dans la zone épicentrale, un cas de
liquéfaction du sol peut être noté. Cette liquéfaction s'est produite sous les fondations d'une forge du
complexe sidérurgique de SICARTSA. Lors du passage de la mission, et mis à part le basculement de
la forge, il ne subsistait aucun signe évident de liquéfaction. Seuls des témoignages de gens présents
pendant le séisme, qui ont vu jaillir de l'eau et du sable sous la forge, permettent de considérer que les
désordres subis par cette dernière résultent très vraisemblablement d'une liquéfaction des sols de
fondation.
3.42 Subsidence
Dans la ville de Mexico, on peut observer l'existence d'une zone effondrée de plusieurs centaines de
mètres carrés dans la partie Est de la ville au voisinage de l'aéroport. Cette zone est située dans le
quartier de Puebla et Lopez Mateos. Le décrochement provoqué par cet effondrement a atteint 60 cm
en moyenne, parfois 1 mètre. Les désordres qu'il a occasionnés sont extrêmement importants : rupture
d'une conduite d'eau, désordres sur les fondations des maisons avoisinantes, etc. La cause de cet
effondrement n'est pas connue avec précision. Il pourrait s'agir d'une liquéfaction des sols de fondation
(ceci resterait à préciser par la réalisation de forages destinés à reconnaître les sols existants dans cette
zone). Si tel était le cas, il resterait cependant à expliquer la "disparition" des matériaux refoulés. On
ne peut en effet observer la formation d'aucun bourrelet aux alentours de la zone sinistrée.
- 27 -
D'autres explications ont été avancées mettant en cause l'existence de cavernes dans le sous-sol de
Mexico. Cette explication ne semble pas très satisfaisante compte tenu de la nature du matériau du
sous-sol, peu propice à la formation de cavernes sur d'aussi grandes superficies.
- 28 -
4. COMPORTEMENT DES BATIMENTS
4.1
COMPOSITION ET CARACTÉRISTIQUES DE LA POPULATION DE CONSTRUCTIONS
ÉPROUVÉE PAR LE SÉISME
Les bâtiments de la ville de Mexico constituent une population de constructions extrêmement diverse
dans laquelle à peu près tous les types de constructions sont représentés, à l'exception toutefois des
systèmes de contreventement par voiles en béton, armé ou non, qui semblent être très peu nombreux.
Les modes de construction les plus répandus sont :
−
les bâtiments à ossature en béton armé généralement rigidifiée par des remplissages en
maçonnerie de type traditionnel à gros murs porteurs et relativement peu élevés (de 1 à 5
niveaux en général) ; la plupart de ces bâtiments sont assez anciens,
−
les bâtiments à ossature en béton armé généralement rigidifiée par des remplissages en
maçonnerie ; dans le cas de constructions assez élevées, il est parfois disposé des diagonales
ou des croix de St André en béton armé transformant les portiques déformables en palées
rigides.
On rencontre également une assez forte proportion de structures formées de planchers-dalles ou de
planchers alvéolés supportés par des poteaux en béton armé. La construction métallique est également
assez bien représentée par des bâtiments en général de grande hauteur de conception classique.
4.2
RÉPARTITION DES DOMMAGES
4.21 Les principales caractéristiques qui semblent avoir conditionné la répartition des dommages sont
les suivantes
−
le nombre de niveaux,
−
le parti constructif,
−
la date de réalisation.
Le tableau II figurant en Annexe montre comment les sinistres dont la distribution géographique est
indiquée dans la figure 10 se répartissent en fonction de ces trois critères. Par "dommages graves" on
entend des désordres structuraux compromettant gravement la sécurité de la construction et très
difficiles ou impossibles à réparer.
- 29 -
Les indications que l'on peut tirer de cette statistique sont cependant assez difficiles à interpréter car le
terme de référence, à savoir, pour chaque catégorie, le nombre de constructions présentes sur le site,
fait défaut. Par ailleurs elles sont dans une certaine mesure légèrement faussées par le fait qu'un
nombre significatif d'effondrements ou d'endommagements graves sont la conséquence du
comportement défavorable d'immeubles voisins qui dans leur mouvement ont percuté les premiers, ou
se sont abattus sur eux.
On peut néanmoins tenir pour assuré
−
que les bâtiments bas (de 1 à 5 niveaux), de loin les plus nombreux ne fournissent qu'un
nombre relativement peu élevé de sinistres,
−
que les bâtiments très élevés (plus de 15 niveaux) n'ont également donné lieu qu'à une faible
proportion d'accidents ;
−
que les bâtiments de hauteur intermédiaire (6 à 15 niveaux) sont ceux qui se sont montré le
plus vulnérable vis-à-vis de la secousse.
4.22 En ce qui concerne l'influence du nombre de niveaux, des éléments d'appréciation objectifs peuvent
être trouvés dans la statistique ci-dessous dans laquelle les pourcentages sont rapportés au nombre
de constructeurs de la hauteur indiquée présentes sur le site
Pourcentage total de bâtiments sinistrés :
3%
Constructions de 1 à 2 niveaux :
2%
3%
16 %
23 %
Constructions de plus de 12 niveaux :
22 %
4.23 L'influence de l'époque de construction intervient au travers de l'évolution de la réglementation
parasismique. On peut considérer que, du fait de l'absence d'une telle réglementation, aucune des
constructions réalisées avant 1957 n'était conçue pour résister aux séismes.
A partir de 1957 sont entrées en vigueur des règles d'urgence assez semblables aux règles
françaises Recommandations PS 55 édictées après le séisme d'Orléans ville de 1954. En 1976 est
entré en application un nouveau code d'inspiration moderne prenant en compte les propriétés
dynamiques des structures. On ne possède pas d'indications suffisantes permettant de juger jusqu'à
quel point ces règles ont été appliquées ou rédigées. On peut cependant penser que le nombre
relativement peu élevé de sinistres apparaissant dans le tableau II en ce qui concerne les bâtiments
construits après 1976 reflète une meilleure conception des constructions. Inversement le nombre
également relativement peu important de sinistres survenus dans les constructions antérieures à
1957 tient pour une grande part au fait que peu de bâtiments élevés ont été édifiés avant cette date.
- 30 -
4.3
CONSTRUCTIONS EN MACONNERIE
Les constructions en maçonnerie de pierre ou de brique, de un à quelques niveaux, et traitées de façon
traditionnelle représentent une part très importante des bâtiments de Mexico. Parmi elles on peut
compter un certain nombre d'édifices publics, parfois assez anciens et de caractère monumental.
En raison de la nature particulière du mouvement sismique, ces constructions très rigides et de période
propre courte se sont généralement bien comportées ou n'ont subi que des dégâts mineurs. Cependant
le tableau II fait apparaître un non négligeable d'effondrements ou de désordres graves. Le plus
souvent il s'agit de constructions déjà soumises à des fortes sollicitations parasites du fait des
tassements lents de leurs fondations, et vis-à-vis desquelles le séisme a agi comme un révélateur. Dans
certains ces les sinistres sont la conséquence des heurts entre constructions contigües réalisées sans
joint. Comme il a été constaté de nombreuses fois auparavant dans la construction "en bande", les
bâtiments d'angle sont les plus exposés.
4.4
OSSATURES EN BETON ARME
4.41 Généralités
Les ossatures de béton armé avec panneaux de maçonnerie collaborant représentent le mode de
construction le plus répandu pour les bâtiments récents et de quelque hauteur. Dans un assez grand
nombre de cas les portiques assurant le contreventement sont raidis par un treillis, également en béton
armé, en K (fig. 19) ou en X. Il faut sans doute voir dans cette disposition un souci de résister aux
actions latérales développées par le séisme.
Ces constructions ont fourni une forte proportion d'effondrements ou d'endommagements majeurs.
C'est effectivement parmi elles que se rangent les bâtiments dont la période propre s'est située de façon
défavorable par rapport au sommet du spectre de réponse. On peut aussi noter le cas de quelques
bâtiments qui, après avoir été endommagés par des séismes antérieurs, n'avaient fait l'objet que de
réparations inadéquates.
L'étude des dommages ne fait pas ressortir d'enseignement véritablement nouveau. Cependant, en
exagérant certains effets, la nature de la secousse a rendu plus apparents certains mécanismes.
4.42 Sinistres dus à des causes ou mécanismes déjà répertoriés
4.421. Usage abusif des constructions
On peut citer, pour mémoire, quelques effondrements dus à des surélévations effectuées de façon
inconsidérée, et aussi le cas d'un bâtiment dont le dernier étage avait été utilisé pour le stockage de
marchandises particulièrement lourdes (ballots d'étoffe) (fig. 20). Tout changement d'affectation de
tout ou partie d'une construction et, à plus forte raison, toute modification de sa structure doit faire
l'objet d'une étude spéciale.
- 31 -
4.222 Parti constructif inadéquat ou études insuffisantes
- Irrégularités en plan ou en élévation
Le rôle néfaste des dissymétries en plan dans la distribution des masses ou des rigidités, ou des
variations brusques dans cette distribution en élévation est de longtemps connu. Dans les constructions
présentant de telles irrégularités les règles simplifiées sont prises en défaut. Le séisme de Mexico en
offre plusieurs illustrations, particulièrement dans le cas de constructions situées à l'angle de deux
rues, constructions dans lesquelles des irrégularités en plan sont parfois très accusées.
- Rez de chaussée "ouverts"
On désigne ainsi des constructions dans lesquelles il n'existe au niveau du rez de chaussée qu'une
proportion de parois verticales très faible par rapport à celle que l'on trouve dans les niveaux
antérieurs, beaucoup plus rigides. Du fait de la concentration des déformations au niveau du rez-dechaussée, ces structures se comportent comme des "pendules inversées", au demeurant de très faible
amortissement, et les effets du second ordre y deviennent considérables. 11 s'agit d'ouvrages très
vulnérables ne pouvant relever en aucun cas des règles simplifiées courantes et nécessitant des études
très attentives. On relève à Mexico plusieurs cas d'effondrement concernant de telles structures.
4.423 Torsions dies au caractère aléatoire de la destruction des remplissages
Le séisme de Mexico a confirmé la vulnérabilité des ossatures en béton armé associées à des
remplissages de maçonnerie, collaborant ou non. Le caractère aléatoire des destructions des derniers
introduit de fortes dissymétries et par suite des torsions d'axe vertical très préjudiciables aux bâtiments
en cause.
4.424 Intervention des modes supérieurs
L'intervention des modes supérieurs, négligés dans les méthodes simplifiées, a pour effet d'introduire
des déplacements relatifs entre planchers successifs assez importants dans les niveaux médians, qui
sont souvent sous-dimensionnés. On relève à Mexico plusieurs cas de dommages manifestement dus à
ce mécanisme (fig. 21).
4.425 Rupture fragile des poteaux en béton armé
La cause d'effondrement de loin la plus répandue réside dans la rupture fragile en flexion et
cisaillement de poteaux armés de ductilité insuffisante. Le séisme de Mexico en a fourni de
nombreuses illustrations (figures 22 & 23). Ce défaut de ductilité est en général imputable à une
insuffisance caractérisée des armatures transversales, accessoirement à des concentrations vicieuses
d'armatures longitudinales dans les angles.
On peut également noter de telles ruptures dans les poteaux courts, particulièrement vulnérables. Les
poteaux encadrés par des remplissages en maçonnerie régnant sur seulement une partie de leur hauteur
entrent dans cette catégorie.
- 32 -
4.426 Comportement des planchers
Le comportement des planchers classiques composés de poutres et dalles coulées in situ n'appelle pas
de remarque particulière.
On trouvait cependant à Mexico une certaine proportion de planchers-dalles (sans poutraison). Ces
planchers se sont révélés incapables d'équilibrer les moments de flexion nécessaires à la fonction de
contreventement. Il en est résulté des ruptures conduisant en définitive au poinçonnement des dalles
par les poteaux.
Des comportements similaires ont pu être observés dans les planchers alvéolés (fig. 24).
4.43 Enseignements particuliers
Du fait de ses caractéristiques très particulières et en particulier de sa durée, le séisme de Mexico a mis
en évidence certains problèmes anciennement connus mais qui ne s'étaient jamais posé avec une telle
acuité.
4.431 Déformabilité excessive des ossatures
Les déformations subies par les ossatures en béton armé au cours du séisme de Mexico ont été
considérables. Ce comportement s'est révélé extrêmement préjudiciable pour les éléments non
structuraux, en particulier les cloisons et les vitrages, et aussi pour les structures elles-mêmes : ces
dernières ont souvent subi des déformations permanentes qui en rendent la restauration impossible. Il
n'est pas exclu qu'un certain nombre d'effondrements soient dus aux effets dits "de second ordre"
(P - ∆ effects) qui dans ces circonstances ont pu jouer un rôle déterminant.
On peut penser que cette expérience mettra un point final au débat qui, depuis les origines du Génie
Parasismique, oppose les tenants des contreventements rigides par voiles aux partisans des
contreventements déformables (ossatures). Ainsi qu'il a été indiqué, il n'existait pas à Mexico de
bâtiments contreventés par voiles -ou du moins, s'il en existait quelques uns, ils n'ont pas été
identifiés- de sorte que la contre-épreuve ne peut être établie de façon incontestable. Du moins peut-on
affirmer qu'il n'y avait pas de bâtiments contreventés par voiles parmi les constructions effondrées ou
gravement endommagées. Par contre la vulnérabilité des ossatures est clairement établie.
4.432 Joints de séparation
La réalisation de joints de dilatation ou de séparation est imposée par les variations hygrothermiques
auxquelles sont soumises les constructions. En construction parasismique ils peuvent être rendus
nécessaires par le besoin de découper en blocs de forme simple les bâtiments de forme complexe en
plan, ou imposés par des différences de nature dans le sol ou le système de fondation. Ils doivent de
toute manière être de largeur suffisante pour permettre la libre déformation des structures et éviter les
heurts entre bâtiments ou blocs adjacents.
- 33 -
Ce problème avait été mis en évidence à Mexico même lors du séisme de 1957. Par la suite des
constatations similaires furent faites à l'occasion d'autres séismes, notamment celui d'El Asnam
(Algérie) de 1980 qui a fourni un exemple spectaculaire d'effondrement dû à cette circonstance.
Les règles mexicaines de 1977 ont porté la largeur minimale des joints à prendre en compte à défaut
d'autre Justification à 8/1 000 de la hauteur des bâtiments, avec minimum de 5 cm. L'expérience
montre que ces valeurs -comme du reste toutes celles qui figurent dans les codes parasismiques dans le
monde- sont insuffisantes. Dans le cas de Mexico la situation a été aggravée par le fait qu'en raison de
la médiocrité des sols de fondation certains bâtiments avaient, antérieurement au séisme, subi des
dévers qui réduisaient d'autant l'espace disponible.
La réalisation de joints de grande largeur (fig. 25) présente l'avantage de faciliter leur nettoyage à la
construction et d'éviter leur obturation intempestive par des matériaux divers. Par contre elle pose le
problème de la conception de couvre-joints à la fois efficaces et esthétiques.
4.5
CONSTRUCTIONS METALLIQUES
4.51 Généralités
La ville de Mexico comporte peu de constructions métalliques. La référence (2) fait état des
dommages subis à ce type de constructions ; ils sont résumés ci-dessous :
Les dommages ont surtout eu lieu pour des bâtiments bas et plutôt anciens. L'exception est constituée
par l'ensemble des bâtiments Pino Suarez de 20 étages. La ruine est spectaculaire.
- 34 -
4.52 Effondrement de l'ensemble Pinô-Suarez
Description
Il est constitué de cinq immeubles disposés parallèlement : 3 immeubles centraux de 20 niveaux et
deux immeubles de 14 niveaux reliés par des corps de bâtiment intermédiaires de faible largeur (fig.
26). L'ensemble est fondé sur un caisson flottant entourant la station de métro Pinô- Suarez et
compensant la poussée de la nappe. L'ensemble de la fondation constitue une structure en béton armé
montant jusqu'au niveau d'environ 10 m, où sont fondées les charpentes métalliques des bâtiments. Le
détail de cette infrastructure n'est pas connu : il s'agit essentiellement d'une ossature de
poutres/poteaux en béton.
Les ossatures métalliques sont constitués de poteaux creux de section carrée (a = 500 mm, e = 17 mm
pour les poteaux d'angle et a = 500 m, e = 8 mm pour les autres poteaux), de poutres triangulées, situés
autour d'un noyau décentré, contreventé par des croix de St André et des K renversés. Les fibres
neutres des divers éléments ne sont pas concourantes.
La première tour de 20 niveaux s'est effondrée sur celle de 14 niveaux, les autres tours étant de leur
côté sévèrement endommagées : les charpentes sont déformées de façon notable - par exemple, le pied
du poteau de la deuxième tour a flambé localement au niveau de l'encastrement (fig. 27).
Les immeubles, qui abritaient des bureaux, vont être démolis. Les fondations ne sont apparemment pas
endommagées, et le métro continue à rouler. Seule la partie située sous le bâtiment effondré est
atteinte.
On doit noter que l'un des poteaux du bâtiment de 14 niveaux a été réalisé, pour des raisons inconnues,
non pas en acier mais en béton !
Les causes possibles de cet effondrement pourraient être les suivantes
−
la période propre des tours est de l'ordre de 2 s, voisine de celle du sommet du spectre de
réponse,
−
les tours ont un comportement non symétrique en torsion/flexion toujours délicat à calculer,
−
le comportement des assemblages (non centrés) et des poutres-treillis ou celui de certains
poteaux présentant un rapport largeur sur épaisseur de l'âme important ont pu jouer un rôle.
- 35 -
4.53 Autres structures métalliques
La tour Latino-Américana :
C'est une tour de 44 niveaux et de 139 m de hauteur, achevée en 1949. Elle est fondée sur un radier
situé à 12 m de profondeur au-dessous du niveau du sol et fondée sur des pieux en pointe s'appuyant
sur la première couche dure donc à environ 34 m de profondeur. La tour possède un système de
compensation des inclinaisons par commande de la pression sous le radier. La première période propre
de la tour est de 3,66 s, la suivante de 1,53 s encadrant la valeur de 2 s correspondant à la pointe du
spectre.
La structure de la tour est restée indemne lors du séisme. Par contre des vitres ont été cassées ; des
fissures sont apparues dans les cages d'escalier ; des meubles, des distributeurs de boissons sont
tombés, au dernier étage en particulier. Enfin la tour est entrée en collision avec les immeubles voisins
de moindre hauteur.
La tour de la Loterie Nationale
Elle comporte une ossature en acier de 20 niveaux avec un premier niveau du type dit "ouvert" de 7 à
8 m de haut, disposée autour d'un noyau dissymétrique en béton. Aucun dommage n'a été observé.
Deux cliniques, l'une de 6 niveaux avec contreventement par diagonales près de la Place des Trois
Cultures et l'autre de 10 niveaux avec contreventement extérieur dans le même quartier n'ont subi
aucun dommage.
Il convient de citer pour mémoire la tour PEMEX de 45 niveaux, en acier. Située dans la zone de
transition, elle n'a été soumise qu'à une excitation faible et n'a subi aucun dommage.
4.54 Conclusions partielles
Le nombre des constructions métalliques présentes à Mexico est trop faible pour qu'on puisse en tirer
des conclusions très générales. On peut cependant remarquer que les bâtiments modernes, bien conçus
et bien construits se sont généralement bien comportés.
La ruine spectaculaire de l'ensemble Pinô-Suarez mérite d'être approfondie.
- 36 -
4.6
ELEMENTS NON STRUCTURAUX
Le séisme de Mexico, vraisemblablement en raison des déformations excessives imposées aux
constructions, a mis en évidence la grande vulnérabilité des vitrages et des façades modernes telles que
murs-rideaux, façades légères, etc ... Beaucoup plus que les attaches elles-mêmes qui, bien que très
déformées, ont en général rempli leur office, les dégâts sont principalement dus aux déplacements
relatifs subis par les planchers soit parallèlement au plan des éléments concernés, soit
perpendiculairement à ce plan (ou les deux), déplacements que les panneaux en cause se sont révélés
souvent incapables de suivre sans rupture. Il en est résulté des chutes de matériaux, notamment de
matériaux verriers, sous forme de plaques aux arêtes coupantes, dans les rues. A l'heure où s'est
produit le séisme (7 h 17 mn heure locale / les rues étaient fort heureusement â peu près désertes. Les
conséquences pour les personnes eussent pu être catastrophiques si le séisme était survenu à une heure
de grande fréquentation.
Le problème de la tenue du genre de façades en cause est donc posé.
- 37 -
- 38 -
5. CONSTRUCTIONS INDUSTRIELLES
5.1
RAFFINERIE DU 18 MARS (MEXICO)
La raffinerie du 18 Mars appartient au groupe pétrolier mexicain PEMEX. Cette raffinerie est située au
Nord de la ville de Mexico dans le quartier d’Altamirano dans la zone de transition, à la limite de la
zone dure.
Il n'y avait pas d'accélérographe dans le voisinage, toutefois compte tenu de sa situation on peut
estimer que les installations ont subi une accélération de 0,04 g.
5.11 Description et Comportement des Bâtiments
Il semble que les sollicitations sismiques aient été prises en compte pour le dimensionnement des
fondations dès le début de la construction de la raffinerie en 1935 mais aucun plan ne permet de
confirmer cette hypothèse.
Les bâtiments seraient fondés sur des pieux en pointe d'une longueur de 14 à 16 m, ce qui correspond à
la profondeur de la première couche dite "dure". Il s'agirait de pieux battus de 14 à 16 pouces remplis
de béton.
Les bâtiments sont constitués de portiques en béton armé avec remplissage de briques. Ils n'ont subi
aucun dommage.
5.12 Vérifications
Le maintien de l'efficacité du drainage a été vérifié par inondation. La quantité d'eau pompée dans les
puits a été vérifiée et l'eau analysée. Aucune anomalie n'a été constatée.
Un accélérographe sera implanté dans l'enceinte de la raffinerie.
5.2
COMPLEXE SIDÉRURGIQUE de las TRUCHAS (SICARTSA)
La construction du complexe sidérurgique de Lazaro Carderas a débuté en 1972 et l'exploitation a
commencé en 1975.
Il n'y avait pas d'accélérographe à proximité immédiate mais l'accélération peut être estimée à environ
0,2 g.
- 39 -
5.21 Description des Bâtiments
Le complexe sidérurgique comprend trois bâtiments parallèles, de conception identique, dont la
longueur est orientée suivant la direction Est-Ouest. Ils sont réalisés en charpente métallique lourde.
Les poteaux d'angle sont fondés sur pieux et tous les poteaux intermédiaires sont fondés sur semelles.
5.22 Conséquences du Séisme
Le sol s'est tassé de quelques centimètres.
Les ancrages des poteaux intermédiaires des trois bâtiments ont été très endommagés et les structures
de trois bâtiments ont subi d'importants déplacements différentiels partiellement sensibles au niveau
des chemins de roulement des ponts (cf. 7.22).
La cause des dommages est à rechercher principalement dans la différence de comportement des
fondations sur pieux des poteaux d'angle et des fondations sur semelles des poteaux intermédiaires. A
noter que ces diverses fondations n'étaient pas reliées entre elles par un réseau de longrines capables
de minimiser les effets des mouvements différentiels du sol.
Des travaux, actuellement en cours, reprennent l'ensemble des ancrages des poteaux intermédiaires en
conservant les mêmes fondations.
Il faut aussi mentionner que le côté Ouest du bâtiment central a perdu une grande partie de son
bardage.
5.23 Conclusions
L'ensemble de la charpente métallique s'est bien comporté et les dommages subis par les bâtiments
sont essentiellement dus à la disparité des fondations mises en œuvre et à l'absence d'un dispositif de
solidarisation.
L'usine est actuellement arrêtée et compte tenu de l'état d'avancement des réparations à l'époque de la
mission, les travaux devraient encore durer plusieurs mois. Les conséquences économiques dues à
l'arrêt de la production et au coût des travaux sont considérables. Cet aspect est certainement à prendre
en compte lors du dimensionnement d'une installation industrielle au séisme.
- 40 -
5.3
USINE HYDRO-ÉLECTRIQUE DE LA VILLITA (LAZARO CARDENAS)
Cette usine a été construite en 1964.
Il n'y a pas eu de mesure d'accélération à proximité de l'usine.
La structure est une construction métallique charpente lourde, bien contreventée et bien réalisée.
D'après les informations obtenues sur place, ce bâtiment aurait été dimensionné en prévision des
séismes en prenant en compte une accélération horizontale de 0,2 g statique. Il n'a subi aucun
dommage.
5.4
RÉACTEUR NUCLÉAIRE DE LAGUNA VERDE
Le site de Laguna Vende est situé sur la côte atlantique du Mexique. Il y a été implanté un réacteur
bouillant (BWR) dont la construction est actuellement arrêtée.
La mission ne s'est pas rendue sur place mais d'après les renseignements obtenus les accélérographes
disposés sur le site, accélérographes dont le seuil de déclenchement est de 0,01 g, n'ont pas été
actionnés. Le séisme n'a eu aucune conséquence sur les installations déjà construites.
- 41 -
- 42 -
6. OUVRAGES DE GÉNIE CIVIL
6.1
PONTS
En règle générale, les ponts de la ville même de Mexico se sont très bien comportés. Par contre, dans
la zone épicentrale, nous avons pu constater des dommages extrêmement importants sur un pont situé
sur le Rio Balsa. Les dommages observés sont :
−
rupture en compression des piles ayant mis à nu les armatures,
−
chocs entre les éléments de tabliers constituant les travées du pont. Ces chocs ont eu pour effet
de provoquer l'éclatement du béton,
−
fissures à 45° dans les chevêtres situés en tête des piles et supportant le tablier,
−
glissements importants des remblais d'accès et des culées.
Manifestement, tous les désordres résultent de mouvements différentiels importants entre différents
points d'appui.
La rampe d'accès au pont a également subi des désordres importants par suite d'un glissement de
terrains des remblais. Ce glissement a provoqué l'ouverture d'une fissure longitudinale importante avec
un décrochement de 80 cm environ au milieu de la chaussée.
6.2
BARRAGES
Toujours dans la zone épicentrale, nous avons pu examiner le barrage de la Villita, situé à environ 30
km de la ville de Lazaro Cardenas. Ce barrage d'une hauteur de 60 m et de longueur en crête de 450 m
a une retenue d'environ 710 millions de m3. C'est un barrage de type à noyau argileux vertical avec
recharge en enrochements. Il est fondé sur une épaisseur importante de matériaux alluvionnaires qui
ont nécessité la réalisation d'une coupure étanche de 90 m environ de profondeur. Le barrage est
équipé d'un évacuateur de 13 880 m3 et de deux tunnels de 10,5 m de diamètre et de longueur 280 m.
Lors du séisme, le barrage s'est très bien comporté, et les seuls dégâts observables sont la chute des
garde-corps en crête du barrage sur une longueur d'environ 50 m, et l'ouverture d'une fissure d'une
dizaine de centimètres sur la même longueur. Cette fissure est située en crête du barrage côté aval au
contact entre la recharge et le noyau. Le glissement qui en a résulté est extrêmement limité et n'a
affecté que la crête même du barrage.
- 43 -
Le barrage d'Infernillo situé plus à l'amont sur la rivière et plus éloigné de la zone épicentrale n'a
également subi que des dommages extrêmement limités d'après les rapports qui ont été faits à la CFE.
Ce barrage est nettement plus élevé que celui de la Villita puisqu'il a une hauteur d'environ 150 m.
Lors du séisme de 1979 (14 mars), ces deux barrages avaient également subi des accélérations
relativement élevées 0,36 g à Infernillo et 0,38 g à la Villita. Les dommages qui avaient été observés
étaient très limités, 13 cm de tassement environ à Infernillo et 3 à 4 cm à la Villita.
L'accéléromètre disposé en crête du barrage de la Villita devrait permettre de connaître les
accélérations subies par ce barrage pendant le séisme de septembre 1985. Lors de notre visite nous
n'avons pu consulter l'enregistrement correspondant qui avait été envoyé à la Commission
d'Evaluation du barrage.
6.3
METROPOLITAIN DE MEXICO
Le métro de Mexico s'est parfaitement comporté pendant le séisme de septembre 1985 et aucun
dommage n'a été reporté.
- 44 -
7. EQUIPEMENTS ET RESEAUX
7.0
GENERALITES
La mission s'est intéressée au comportement des équipements et des réseaux, situés dans des locaux
non complètement détruits, aussi bien d'habitation ou assimilés qu'industriels. Pour tous ces cas, leur
endommagement a eu des répercussions économiques (arrêt des installations pour réparation) ou
parfois des conséquences liées à la sécurité (industries chimiques, transport du gaz) ou même au
ralentissement des secours après le séisme (électricité, téléphone, eau, etc ...).
Ce chapitre rapporte les observations effectuées dans des immeubles de Mexico, intacts ou
endommagés, ou dans des installations industrielles : raffinerie à Mexico et usines sidérurgiques et
hydroélectriques à Lazaro Cardenas.
7.1
ÉQUIPEMENTS DES BATIMENTS D'HABITATION OU ASSIMILES
D'une manière générale, leur construction ou leur installation n'est soumise à aucune réglementation
anti-sismique spéciale. Les observations effectuées ne sont pas exhaustives en raison de la difficulté
d'accéder dans des locaux occupés mais donnent les tendances générales.
−
Climatiseurs individuels : Très nombreux à Mexico ils sont généralement installés sur des
châssis métalliques le long des façades. Ils sont restés en place même sur des bâtiments
endommagés.
−
Tuyauteries : On peut en distinguer 3 types
1. Gaines de ventilation
Elles sont de section rectangulaire, en tôle et sont situées le long des façades d'immeubles reliant
divers niveaux au système central. Elles sont légères et tenues assez régulièrement sans dispositif
spécial de dilatation. Leur comportement a en général été bon ; les ancrages en particulier sont
suffisants. On a, cependant, observé quelques cas de ruine correspondant vraisemblablement à des
mouvements différentiels ou à des ancrages faibles.
- 45 -
2. Tuyauteries d'évacuation des eaux usées
Elles sont massives, en fonte et ne soulèvent pas de problèmes de dilatation ou de pression. Leurs
fixations se sont avérées suffisantes.
3. Tuyauteries d'arrivée d'eau
Elles sont en acier ou en cuivre, conçues pour résister aux pressions de service et se sont bien
comportées. Sur certains immeubles de 10 à 15 étages, de telles tuyauteries règnent sur toute la
hauteur sans support intermédiaire, confirmant la bonne ductilité de ces composants.
−
Ascenseurs :
On peut distinguer :
1. La machinerie, située en général au sommet des bâtiments. Elle est, pour des raisons
mécaniques, massive et bien ancrée dans le plancher.
2. Les guidages, ancrés dans les parois ; ils sont conçus pour résister aux charges
dynamiques de fonctionnement normal. Une masse notable n'existe qu'au droit de la
cabine, mais il y a peu d'amplification dynamique. Des dommages ont été occasionnés
par la chute de parois en brique dans la cage.
Leur comportement a en général été bon. Il convient de rappeler que le courant a été
coupé lors du séisme ce qui a arrêté les installations sans que l'on puisse conclure sur le
maintien de leur opérabilité.
−
Armoires, stockages divers, distributeurs de boissons ...
Ces équipements mobiliers, courants dans les immeubles d'habitation ou de bureaux ne se voient
généralement pas assigner un emplacement définitif et ne sont pas ancrés. Leurs géométries
(élancement, masses ....) sont très variables. On a pu observer des désordres tels que des armoires
renversées ou projetées sur les façades au risque de tomber dans la rue par les baies vitrées, ouvertures
de tiroirs de classeurs entraînant la chute du meuble, etc ....
Il s'agit d'éléments rigides dont seule la géométrie intervient dans la tenue. Dans les étages supérieurs,
les accélérations atteintes peuvent être élevées. L'ancrage au sol constitue une bonne mesure pour ces
équipements ou ces mobiliers.
- 46 -
En conclusion, on peut distinguer trois classes d'équipements :
−
ceux qui, pour des raisons fonctionnelles, sont ancrés dans le sol ou sur un mur et qui se
comportent en général bien si l'ancrage résiste. Les masses de ces équipements sont en général
faibles et les réactions aux ancrages également ;
−
ceux qui, au contraire, ne sont pas ancrés (armoires), pour lesquels il peut y avoir problème ;
−
ceux qui relient des parties différentes de la construction et qui sont sensibles à des
mouvements différentiels. Des précautions sont alors à prendre pour assurer leur tenue.
Le peu d'importance des dommages subis par ces équipements montre que des procédures simples
doivent suffire pour assurer leur tenue au séisme, leur opérabilité éventuelle pouvant être une autre
question à examiner cas par cas.
7.2
ÉQUIPEMENTS INDUSTRIELS
7.20 Généralités
Ces installations ne sont soumises à aucune réglementation parasismique spéciale. Des règles ou
usages particuliers ont pu cependant être appliqués par les bureaux d'ingénierie. Deux grandes sociétés
sont présentes dans ce domaine
•
PEMEX, entreprise nationale, pour tout ce qui touche le pétrole, de la recherche à la
distribution,
•
CFF, Commission Fédérale d'Électricité, entreprise nationale, pour tout ce qui touche
l'électricité.
Il n'a pas été recueilli de renseignement particulier sur le comportement de relais lors du séisme.
7.21 Raffinerie du 18 Mars à Mexico (PEMEX)
7.211 Description
Il s'agit d'une raffinerie de 100 000 barils/jour de capacité construite en 3 étapes, la première datant de
1936, la dernière de 1955. L'action sismique a été prise en considération. Les structures sont décrites
au chapitre 5. Les gros équipements sont fondés sur des pieux de 14 à 16 m. Le séisme de 1957 n'a eu
aucun effet sur l'installation.
PEMEX a défini des zones critiques du point de vue sismique et 3 raffineries, dont celle de Mexico,
sont dans de telles zones.
- 47 -
La raffinerie est située sur la zone de transition, près de la zone dure. Il n'y a pas eu de mesure de
l'accélération ; on peut l'estimer à 0,04 g au maximum. Un immeuble s'est effondré à 1 500 m de là. Le
séisme et sa réplique ont été suffisamment ressentis sur le site pour créer une assez vive inquiétude. Il
n'y a eu aucun dégât. La raffinerie est alimentée en électricité par ses propres moyens et il n'y a pas eu
de coupure de courant ou d'arrêt automatique de l'installation.
Les types d'équipements rencontrés sont les équipements classiques des raffineries les plus
caractéristiques sont :
•
•
Réservoirs de stockage de grande capacité, simplement ancrés dans le sol ; les périodes
d'oscillation du fluide sont de plusieurs secondes (> 4s) et ont été peu excitées par le séisme.
Tuyauteries :
i. en surface, pour envoyer les fluides entre divers points de la centrale : elles sont
rectilignes, sur de grandes longueurs, supportées par des patères à espacement
régulier,
ii. dans les installations du "process" (formes diverses),
iii. souterraines, amenant le pétrole de divers points du Mexique.
•
Turbines et machines tournantes (alternateurs, pompes, etc ...) La raffinerie possède sa
propre production d'énergie constituée par un ensemble de 5 lignes de turbines/alternateurs
montées sur une plancher supporté par des poteaux en béton armé. Ces installations ont
continué à fonctionner pendant le séisme.
•
Equipements particuliers du "process", réacteurs, etc ... L'installation est constituée par deux
tours parallèles, reliées à leur partie inférieure par une tuyauterie en u ; le tout est monté de
façon rigide sur des supports en béton armé fondés sur pieux. Lors de la réplique, le directeur
de la raffinerie a vu bouger les deux tours l'une par rapport à l'autre, de façon notable.
•
Réservoir surélevé : un réservoir de stockage de l'ordre de 1000 m3 est placé au sommet
d'une charpente métallique.
7.212 Inspection après séisme
L'entreprise nationale PEMEX a établi un programme d'inspection en prévision des cyclones,
fréquents dans le golfe du Mexique. Ce programme a été immédiatement appliqué, moyennant une
adaptation après le séisme.
- 48 -
Les points suivants ont été examinés :
−
Parcours rapide à travers toute l'usine pour repérer les fuites et les anomalies évidentes,
−
Inspection des réfractaires et des brûleurs dans les fours et des tubes d'échangeurs,
−
Verticalité des réservoirs et des structures au théodolite,
−
Supports des structures et des canalisations,
−
Fuites éventuelles dans les lignes d'huile des pompes d'alimentation, des turbo soufflantes
qui pourraient entraîner un endommagement notable de ces équipements,
−
Examen des boulons d'ancrage et de liaison,
−
Examen des lignes les plus critiques du process : lignes courtes avec joints d'expansion,
−
Mesure de la vibration des machines tournantes les plus importantes (des variations ont été
observées par rapport aux mesures précédentes, mais il n'a pas été montré de façon
évidente que le séisme en est la cause),
−
Système dégoûts
• pour l'évacuation de l'eau de pluie,
• pour l'évacuation des eaux industrielles avec essai d'explosivité et d'inondation.
−
Puits : Il a été observé l'effondrement d'un puits en réparation. Mesure des débits dans les
séparateurs où se vident les puisards.
−
Brides sur lignes : réexamen complet
• à. l'oeil nu,
• si problème : ressuage
• si problème : examen du flux magnétique.
Les trois étapes ont dû être réalisées à plusieurs occasions.
−
Réservoirs
• Examen des toits flottants au niveau où ils étaient lors du séisme et mise au niveau
mini,
• Examen des fuites éventuelles dans les fonds et dans les tuyauteries raccordées,
• Examen des boulons d'ancrage pour les réservoirs de gaz horizontaux,
• Inspection des tuyauteries extérieures d'arrivée de pétrole, l'une d'elles traverse la
zone lacustre de la ville de Mexico, depuis l'aéroport ; aucune fuite n'y a été
observée,
•
Conduites diverses : eau, électricité, téléphone, lignes aériennes,
•
Armoires électriques.
La première étape de l'inspection (visuelle) s'est déroulée le 19 Novembre pendant environ 10 heures,
par du personnel de la raffinerie ; elle a été confirmée le lendemain par le personnel de la centrale de
PEMEX. Le 21, elle a été répétée après la réplique du 20 au soir. L'inspection totale a duré 10 jours.
Elle a permis de conclure que les installations n'avaient subi aucun dégât du fait du séisme.
- 49 -
Il a été décidé d'installer des accéléromètres sur le site.
Des renforcements de certains supports et ancrages ont été décidés et il a été recommandé de faire un
entretien systématique de certains ancrages d'équipements sensibles.
7.22 Usine Sidérurgique de Lazaro Cardenas (SICARTSA)
Cette usine, destinée à la fabrication des produits sidérurgiques longs, fonctionne depuis dix ans ; elle a
été plusieurs fois agrandie et la dernière tranche aurait dû être inaugurée le 19 Septembre, jour du
séisme. Le séisme y a été fortement ressenti. On ne possède pas d'enregistrement recueilli à proximité
du site.
Les équipements sont répartis dans trois grands halls dont les structures sont décrites dans le chapitre
5.
Les types d'équipements dans cette usine sont les suivants
•
Tuyauteries : Ce sont principalement des canalisations amenant des fluides pour le
fonctionnement des installations (fours, ...) ; elles sont rectilignes sur de grandes longueurs,
supportées régulièrement par des patins glissants. Les supports sont montés sur des charpentes
métalliques de bonne construction. Des chemins de câbles cheminent parallèlement. Il n'y a
aucun désordre apparent sur ces équipements.
L'usine comporte un certain nombre d'équipements ayant une masse importante ; ils ont subi des
désordres :
•
Transformateur : Il reçoit l'arrivée de la haute tension de l'usine et il est monté sur rails afin de
faciliter les opérations de maintenance en l'éloignant de la haute tension. Il est placé sur un rail
sur lequel il est immobilisé par un plot fixé dans un socle d'environ 50 cm de haut. Ce système
s'est rompu entraînant une fissuration du socle. Le transformateur s'est déplacé sur les rails
rompant les câbles.
•
Four à acier : Un four pivotant à un axe horizontal a également vu son socle en béton armé
fissuré. Le four était, heureusement, vide lors du séisme et il n'y a donc pas eu d'autres
conséquences.
•
Support de four : un four de détentionnement a vu la liquéfaction du sol sous sa fondation,
l'équipement lui-même n'étant pas endommagé.
Ces trois cas se caractérisent par des efforts importants sur les supports, dus à la masse importante des
appareils.
•
Réservoirs de stockage ce sont des structures cylindriques basses (H < D) d'une dizaine de
mètres de diamètre simplement ancrées dans le sol.
- 50 -
Non loin du complexe sidérurgique, de grands réservoirs de pétrole de PEMEX, de plusieurs dizaines
de mètres de diamètre n'ont subi aucun dommage. Les fréquences d'oscillation du liquide sont faibles
« 0,3 -0,5 s) et se situent en dehors du domaine excité.
Les petits réservoirs (quelques m3), en général. ancrés dans le sol, n'ont pas subi de dommages.
• Ponts roulants
Chaque hall a un ou plusieurs ponts roulants de capacités variant de quelques tonnes jusqu'à 350
tonnes.
Il n'y a eu aucun dégât sur les structures des ponts. Par contre, les rails eux-mêmes se sont déplacés en
suivant les structures porteuses (cf. § 5). Les déplacements de chaque rail sont allés jusqu'à 5 cm dans
le sens latéral et 3 cm dans le sens vertical. Un réalignement est nécessaire.
A une extrémité du bâtiment, la travée du chemin de roulement a endommagé la structure sur laquelle
elle était appuyée ; elle a dû être démontée pour réparation.
D'une manière générale, tous les équipements de masse importante ou ayant une certaine longueur - et,
donc, des appuis indépendants - sont désalignés, notamment
− les laminoirs,
− les fours (tassements de plusieurs centimètres),
− une fosse s'est soulevée de plusieurs centimètres suite à une élévation du niveau de la nappe.
Divers : On a pu également constater :
−
−
−
une porte de four faussée,
des caisses de stockage superposées, tombées à terre (fig. 7.2(18)),
des regards en béton des canalisations souterraines fissurés.
On peut remarquer, en conclusion, les points suivants :
−
la structure des bâtiments a bien rempli sa fonction ; il n'y a pas eu de ruine,
−
faute d'une solidarisation appliquée, les fondations de l'ensemble ont subi des déplacements
différentiels entraînant des dommages aux couvertures, bardages et désalignent les
équipements.
−
les accélérations appliquées à des équipements de masse importante créent des efforts de
réaction, importants aussi, qu'il faut équilibrer correctement.
Malgré leur peu de gravité apparente, les dommages subis ont entraîné des pertes économiques
considérables du fait de l'arrêt de l'installation aux fins de réparation pour une longue durée. Ce point
doit être pris en compte dans l'estimation du risque sismique.
- 51 -
7.23 Usine hydroélectrique de La Villita
L'usine de la C.F.E. est située sur le Rio Balsas à 15 km environ de Lazaro Cardenas. C'est une usine
de pied de barrage. Elle est fondée directement sur le rocher.
Elle comporte 4 turbines verticales avec des générateurs de 80 000 KVA chacune, fabriquées par
Mitsubishi à la fin des années soixante. Les structures ont été calculées avec un coefficient sismique
de 0,2 (?). La conception des équipements n'a pas suivi de réglementation particulière.
Le séisme a été ressenti assez fortement, la centrale fonctionnant, l'accélération est proche de 0,2 g.
Seule une mesure dont le résultat n'est pas connu, a été faite au sommet du barrage.
Il n'y a pas eu de dégât notable à l'ensemble de l'installation.
Les différents équipements sont les suivants :
Ensembles turbine-générateur : Ils sont montés verticalement et dimensionnés par les conditions de
fonctionnement normales. L'ensemble a été démonté par le constructeur et rien d'anormal n'a été relevé
et le contact stator/rotor n'a pas été confirmé. L'usine est repartie après remontage.
Pont roulant : Situé au sommet de la charpente, et d'une capacité de 350 t, il n'a subi aucun
dommage. Seul un déclenchement a eu lieu pendant le séisme.
Chemins de câble : Il y en a beaucoup à tous les niveaux de la centrale. Ils sont, en général,
suspendus aux plafonds et sont peu chargés. Certains supports sont contreventés.
Des gaines de ventilation sont suspendues aux plafonds ; ce sont des structures très légères.
Des réservoirs de quelques m3 ancrés au sol et des réservoirs de stockage de grande capacité, n'ont
pas subi de dommage.
Les équipements électriques se composent de transformateurs de dimensions comparables à ceux
de LAZARO CARDENAS, sauf peut être que leurs rails sont posés sur le sol. Il y a également des
isolateurs verticaux placés soit au niveau du sol, soit sur des colonnes en béton. Ils sont fixés à leur
base par des boulons qui ont suffi à assurer leur intégrité.
Une salle de commande se trouve au dernier étage de la charpente : elle comporte des armoires
électriques, ancrées, et un système de ventilation placé sur un chariot à roulettes. Il n'y a pas de trace
de mouvement de ce chariot sur le sol. Les faux-plafonds ont, eux, bougé et c'est le seul dommage
visible.
- 52 -
7.24 Autres équipements de type industriels
A Equipements des Hôpitaux : La mission n'a pas eu accès à l'hôpital central et n'a pu se rendre compte
du comportement des équipements. Par contre, il a été mentionné :
− que des sources radioactives se trouvaient dans un bâtiment qui a été fortement endommagé, ce
qui a nécessité de difficiles opérations de récupération ;
− que des cultures microbiennes se trouvaient dans un laboratoire qui a été détruit : il a fallu brûler
toute la zone autour du laboratoire.
B Un haut fourneau et un silo à grains ont été endommagés à Lazaro Cardenas, au niveau de la
fondation sur pieux, pour le premier, et au niveau des superstructures pour le dernier.
7.3
DISTRIBUTION D'EAU DE LA VILLE DE MEXICO
L'eau potable est pour une part, pompée sous la ville, ce qui est une cause de tassement et, pour une
autre part, arrive par de tuyaux en béton de l'extérieur de la ville. Les dommages constatés ont été les
suivants :
7.4
−
une tuyauterie d'amenée d'eau s'est rompue en 4 endroits au voisinage de la jonction zone
dure/zone lacustre, au Sud-Est. Ceci a privé une grande partie de la ville d'alimentation en eau,
−
des fuites en nombre important, tout le long du réseau d'eau potable ainsi que dans celui
d'évacuation des eaux usées.
DISTRIBUTION D'ELECTRICITE (réf. B)
L'électricité arrive à Mexico par des lignes 400 000 volts venant principalement du Barrage du Rio
Grijalva à 1 000 km au Sud-Est et du Barrage de la Villita à 350 km au Sud-Ouest. Elle est
redistribuée par des lignes de 230 et 85 KV jusqu'à des circuits de 23 à 6 KV à partir de 700 sousstations réparties dans la ville.
La demande totale de la ville est de 3 600 MWe.
- 53 -
Lors du séisme, 270 des sous-stations ont disjoncté, créant une baisse de demande de 1 500 MWe, ce
qui a entraîné le déclenchement des turbines. Moins de deux heures après le séisme, toutes les sousstations ont pu être réenclenchées à distance, et l'électricité rétablie dans la ville. Seul un câble de 85
KV reliant deux sous-stations a été coupé. Le lendemain soir, 98 % du réseau était rétabli dans les
zones non détruites ; la forte réplique du 20 septembre a eu lieu à ce moment mais elle a eu peu d'effet
sur le réseau.
Des câbles de 13 KV et 6 KV se sont rompus suite à l'effondrement des bâtiments. 700 poteaux ont été
endommagés, la plupart par effondrement des structures avoisinantes. 1 300 transformateurs, dont
beaucoup sur des poteaux, ont été endommagés, 600 ont dû être changés.
Le 1er Octobre, le service était redevenu normal. Les pylônes à haute tension se sont bien comportés
aussi bien à Mexico que dans les autres régions comme Lazaro Cardenas.
La compagnie d'électricité de la ville de Mexico envisage de mettre en place pour l'avenir un plan
d'urgence, commun aux divers services publics concernés.
7.5
RESEAU TELEPHONIQUE
Il s'est globalement bien comporté, mais les trois derniers étages de l'immeuble (de 5 étages) du central
international se sont effondrés, interrompant le trafic international. Il doit être reconstruit en plusieurs
endroits.
7.6
DISTRIBUTION DU GAZ
La ville de Mexico n'a pas de réseau de distribution de gaz. Il est fourni soit par un réservoir central
par immeuble, soit par bouteilles individuelles. Ceci explique qu'il n'y ait pas eu de problème majeur
d'incendie ou d'explosion lié au gaz. Les réservoirs se sont généralement bien comportés, certains
apparaissent déplacés sur les toits.
7.7
CONCLUSIONS
D'une manière générale, les équipements, aussi bien industriels que courants, se sont plutôt bien
comportés : il n'y a pas eu de ruine spectaculaire.
- 54 -
L'ancrage des équipements apparaît comme la partie la plus sensible et doit donc être particulièrement
étudié.
Les équipements reposant sur des appuis différents, ou reliant des structures différentes, posent plus de
problèmes et des précautions doivent être prises.
Des directives assez simples doivent pouvoir être édictées pour la "qualification" des équipements aux
séismes modérés.
Enfin, les pertes d'exploitation peuvent être importantes et doivent être considérées dans l'évaluation
du risque sismique et la conception des projets.
- 55 -
- 56 -
8. CONCLUSIONS
8.1
RÉCAPITULATION DES ENSEIGNEMENTS DU SÉISME DU MEXIQUE DE 1985
Considéré dans son ensemble, le séisme du Mexique de 1985 apparaît comme un événement assez
singulier. Alors que -réserve faite de ce que pourraient montrer les accélérogrammes de la Côte
Pacifique- on peut considérer qu'il a revêtu des caractéristiques à peu près normales dans la région
épicentrale et qu'il n'a pas eu d'effets dommageables dans l'arrière-pays, il s'est, de façon tout à fait
inhabituelle même pour un séisme de magnitude 8,1, montré localement et sévèrement destructeur à
une distance considérable de l'épicentre. Les conséquences catastrophiques qu'il a eues dans une partie
de l'agglomération de Mexico s'expliquent, comme indiqué dans le chapitre 2, par la géologie et la
topographie souterraine tout à fait particulières du site de Mexico. Les mêmes considérations
expliquent le caractère sélectif des effets de la secousse sur les constructions, caractère clairement mis
en évidence du fait de l'extrême variété de la nature et des types des constructions présentes sur le site.
Incidemment, on peut faire remarquer que c'est à cette circonstance que l'on doit sans doute attribuer
l'étendue, tout compte fait très modérée, même si on les rapporte non pas à l'agglomération de Mexico
tout entière mais seulement à sa partie affectée, des pertes en vies humaines et des dommages
économiques.
Du fait même de ses singularités qui, en exagérant certains comportements, ont mis en lumière des
problèmes nouveaux ou des problèmes antérieurement connus mais dont l'importance avait pu être
sous-estimée, le séisme de Mexico s'est révélé particulièrement instructif. Les divers points d'intérêt
ont été évoqués au long de ce rapport. Ils sont brièvement rappelés ci-après.
8.11 Confirmation de connaissances antérieurement acquises ou rappel de difficultés précédemment
reconnues
8.11.1 Variabilité de l'action sismique
On s'est de longtemps attaché pour les besoins de la pratique à la détermination de modèles d'actions
sismiques adaptés aux conditions de site, de magnitude et de distance. Les principaux paramètres en
sont l'intensité, représentée par les accélérations maximales du sol (ou un paramètre
- 57 -
équivalent), le contenu fréquentiel (spectres), le rapport de l'intensité de la composante verticale à celle
des composantes horizontales, parfois la durée (durée conventionnelle). L'incidence du mécanisme au
foyer, impossible en général à connaître à l'avance, et celle des conditions de propagation
n'apparaissent pas explicitement et ne sont prises en compte qu'au travers des résultats statistiques.
L'expérience de plusieurs séismes récents (Vrancea, Roumanie, 1977 ; Monte Negro, Yougoslavie,
1979 ; Imperial Valley, Californie, U.S.A, 1979 ; El Asnam, Algérie, 1980) montre que les
mouvements réels peuvent dévier de façon extrêmement importante des modèles moyens. Le séisme
du Mexique de 1985, avec ses deux impetus successifs et sa durée exceptionnellement longue apparaît
comme l'une de ces réalisations déviantes.
8.112 Incidence des conditions de site sur le mouvement sismique
L'incidence des conditions géologiques et géotechniques locales sur le mouvement sismique est
connue depuis un quart de siècle. La théorie de l'amplification dynamique par le sol a été faite vers la
fin des années 60. L'incidence de la topographie souterraine et de surface a été également reconnue et
fait toujours l'objet d'études théoriques ou d'observations ; ses mécanismes sont toutefois loin d'être
complètement élucidés.
Le séisme de Mexico illustre ces phénomènes de façon particulièrement frappante et montre l'intérêt
qui s'attache à la poursuite de leur étude.
8.113 Importance des déplacements différentiels du sol
La propagation de l'onde sismique introduit entre les différents points du sol des mouvements
différentiels qui, dans les zones où la secousse revêt une intensité destructrice, et hormis le cas du
rocher franc, se situent très largement en dehors du domaine conventionnel de comportement élastique
des sols et dont il convient de tenir compte ou de pallier les effets (cf. p. ex. Règles Parasismiques PS
69). On sait malheureusement très peu de choses sur ces déplacements.
Ces déplacements différentiels ont été extrêmement importants à Mexico où ils ont donné lieu à des
déformations irréversibles horizontales et verticales (tassements) considérables et fort préjudiciables
aux constructions.
8.114 Comportement des structures et des éléments structuraux
Le comportement des structures et éléments structuraux a été étudié en détail dans le chapitre 4. On y
trouve une nouvelle confirmation du rôle néfaste des dissymétries et des brusques variations de
rigidité. Le danger des étages dits "transparents", c'est-à-dire, dans les bâtiments à ossature, l'existence
à certains niveaux d'étages fortement déformables du fait de l'absence d'éléments non structuraux
capables de concourir efficacement à la rigidité et à l'amortissement a été une nouvelle fois mis en
évidence. On observe également quelques cas de comportement dynamique un peu particuliers :
"coups de fouet" ; torsions d'axe vertical dans des constructions cependant symétriques et régulières
imputables à l'asynchronisme du mouvement du sol.
- 58 -
L'attention a été attirée une fois de plus sur le comportement particulièrement décevant des ossatures
comportant des panneaux de maçonnerie : le caractère aléatoire de la rupture de ces derniers introduit
en cours de séisme dans le système structural des dissymétries imprévisibles et extrêmement
dangereuses.
Enfin la démonstration a une nouvelle fois été faite du rôle capital joué par les armatures transversales
dans la résistance et la ductilité des poteaux en béton armé. De très nombreux exemples sont venus
enrichir le florilège déjà très volumineux des ruptures dues à une proportion d'armatures transversales
insuffisante.
8.12 Problèmes nouveaux mis en évidence par le séisme
8.121 Sinistres de fondations et comportement des fondations sur pieux
Antérieurement au séisme de Mexico, on ne connaissait que très peu d'exemples de sinistres
imputables à une défaillance caractérisée du sol ou du système de fondation. Le séisme de Mexico
montre que sur les mauvais sols ce genre de sinistre constitue une éventualité qui ne saurait être
négligée. Il a mis en particulier en évidence la vulnérabilité des fondations sur pieux dits "flottants",
c'est-à-dire non appuyés en pointe.
8.122 Effets néfastes de la déformabilité des ossatures
Le débat sur l'intérêt de réaliser des structures déformables (portiques) plutôt que des structures rigides
(voiles ou triangulations) a priori plus fortement sollicitées est un débat très ancien. Le séisme de
Mexico a montré que les structures en portiques pouvaient être soumises à des déformations très
importantes entraînant des dégâts considérables dans les éléments non structuraux. Dans bon nombre
de cas, il subsiste des déformations irréversibles élevées qui rendent l'immeuble impropre à sa
destination ou en compromettent gravement la sécurité, de sorte que la démolition est la seule issue
possible ou raisonnable.
On peut conclure du séisme de Mexico que les solutions utilisant des contreventements rigides par
voiles ou palées triangulées sont en général préférables. En tout état de cause, il convient de limiter
strictement les déformations admissibles.
8.123 Joints de séparation
L'importance des déformations subies par les structures de deux blocs de construction contigus a été
très souvent à l'origine de collisions entre les deux blocs. Dans de nombreux cas, ces heurts ont été à
l'origine de l'effondrement de l'un des blocs ou des deux.
Ce problème n'est pas à proprement parler très nouveau. Cependant l'acuité particulière qu'il a revêtue
à Mexico montre qu'il convient de majorer sensiblement les largeurs de joints couramment admises
jusqu'ici, même sur des sites moins défavorables que celui de Mexico.
- 59 -
La réalisation de joints de grande largeur pose un problème technologique et esthétique assez difficile.
8.124 Vitrages et façades légères
Le comportement souvent défavorable de ces éléments a été signalé dans le chapitre 4. Etant donné le
danger qu'il représente pour les vies humaines, il ne peut plus être ignoré.
8.125 Importance des aspects économiques des dommages
On admet souvent que la construction parasismique a pour objet essentiel la sauvegarde des vies
humaines et l'on considère plutôt comme accessoire la limitation des dégâts matériels.
L'exemple de séismes récents et plus particulièrement celui de Mexico montre que ce deuxième aspect
de la protection parasismique ne peut être tenu pour secondaire et qu'il convient de se montrer plus
exigeant à cet égard.
Le cas du complexe sidérurgique SICARTSA de Las Truchas près de Lazaro Cardenas, qui n'a subi
que des désordres mineurs mais dont l'exploitation est arrêtée pour de longs mois est particulièrement
significatif.
8.2
ACTIONS PROPOSEES
Les conséquences développées dans le cours du présent rapport suggèrent qu'un certain nombre
d'actions doivent être entreprises dans les domaines de la codification et de la recherche. Une
éventuelle coopération entre la France et le Mexique serait souhaitable.
8.21 En ce qui concerne la codification
De ce qui précède, il résulte qu'il convient
−
de revoir dans le sens d'une plus grande sévérité les règles concernant les pieux flottants, en
attendant que les phénomènes régissant le comportement de ces éléments soient mieux connus
(cf. § 8.223 ci-après),
−
de limiter de façon plus stricte des déformations admises pour les ossatures en portiques, et de
favoriser les structures rigides en agissant sur les valeurs des coefficients de comportement
adoptés respectivement pour ces deux sortes de constructions,
−
de majorer les largeurs minimales actuellement admises pour les joints,
−
de prescrire l'usage de verres de sécurité pour la réalisation de vitrages dont la chute peut
représenter un danger sérieux pour les vies humaines,
−
d'introduire des prescriptions particulières concernant l'étude et la réalisation des façades
légères.
- 60 -
8.22 En ce qui concerne la recherche
Les thèmes suivants, anciens ou nouveaux sont proposés.
8.221 Confirmation de propositions faites antérieurement
a. En ce qui concerne le mouvement sismique :
−
création d'un réseau d'accélérographes
−
L'exemple de Mexico et le contre-exemple négatif d'El Asnam montrent l'intérêt qui s'attache,
en cas de catastrophe, à la connaissance du mouvement sismique dans l'aire des destructions.
−
Etude des mouvements différentiels
−
Etude des effets de la topographie.
b. En ce qui concerne les structures :
−
Relancer la recherche déjà commencée sur le problème de l'interaction maçonneries-ossature
dans les constructions en béton armé,
−
se décider ENFIN à étudier la résistance (et la ductilité) des poteaux en béton armé fléchis et
soumis à des efforts tranchants dans les deux directions principales de leur section droite.
(contrairement à ce que l'on pourrait penser, ce problème, considéré comme mineur dans la
construction est crucial en construction parasismique).
8.222 Etudes spécifiques du mouvement sismique dans la zone de Mexico
−
Se procurer et étudier les accélérogrammes et les spectres recueillis sur la Côte Pacifique le 19
Septembre 1985 (et éventuellement en d'autres points du territoire) ;
−
Procéder à une étude théorique de la réponse du site de Mexico à une excitation sismique, y
compris la rétroaction du mouvement des formations lacustres sur les formations délimitant la
cuvette. Mettre en évidence l'influence de la topographie souterraine,
−
Etudier l'influence des conditions de propagation entre l'épicentre et le site de Mexico.
8.223 Problèmes de fondations
Etude expérimentale de l'effet de vibrations sismiques sur le frottement latéral des pieux.
8.224 Joints
Recherches technologiques portant sur la réalisation de couvre-joints efficaces (et esthétiques) de
grande largeur, ce thème pouvant faire l'objet d'une coopération industrie-architectes.
- 61 -
8.225 Façades légères
Recherches technologiques en vue de la réalisation de façades légères résistant à l'action sismique.
8.23 En ce qui concerne une éventuelle coopération entre la France et le Mexique
Les contacts établis entre spécialistes mexicains et français au cours de la mission ont montré que des
conditions très favorables étaient réunies pour instituer une coopération durable entre les deux pays
dans le domaine de la construction parasismique.
Les thèmes proposés en 8.222 et 8.223 ci-dessus (étude spécifique de la réponse du site de Mexico ;
étude des conditions de résistance des fondations sur pieux flottants) paraissent devoir intéresser les
deux parties.
- 62 -
ANNEXES
TABLEAU I
ETAT DES DESTRUCTIONS DANS L'AGGLOMERATION DE MEXICO
à la date du 10 Octobre 1985 (Référence 1)
- 63 -
TABLEAU II
REPARTITION DES SINISTRES DANS LA VILLE DE MEXICO
SUIVANT CARACTÉRISTIQUES DES BATIMENTS
- 64 -
TABLEAU III
RECAPITULATION DES
CARACTERISANT LE MOMENT SISMIQUE
DANS LA VILLE DE MEXICO
Unités : cm, s
amax, vmax, dmax : maximales desaccélérations, vitesses et déplacements du sol.
a1, a2 : accélérations correspondant aux sommets des spectres à 5 % d’amortissement relatif dans les
bandes τ1 ~ 0,2 à 0,4 s et τ2 ~ 2 à 3 s respectivement.
α1, α2 : amplifications (rapports a1/ amax, a2/ amax
- 65 -
FIGURES
Figure 1. CARTE TECTONIQUE du MEXIQUE
Figure 2. CARTE TECTONIQUE SCHÉMATIQUE de l'AMERIQUE CENTRALE
- 66 -
Figure 3. ISOSEISTES de SEISME ANTERIEUR
7 AVRIL 1845 - MAGNITUDE 7-0
30 JUILLET 1909 - MAGNITUDE 7-7
- 67 -
7 JUIN 1911 - MAGNITUDE 8-0
15 AVRIL 1941 - MAGNITUDE 7-0
- 68 -
28 JUILLET 1957 - MAGNITUDE 7-5
28 AOUT 1973 - MAGNITUDE 7-0
- 69 -
1, 2, 3, 4, 5 : Accélérographes
Figure 9. GEOLOGIE SCHEMATIQUE du SITE de MEXICO
- 70 -
Figure 10. REPARTITION des DESTRUCTIONS. SEISME de 1985.
- 71 -
Figure 11. REPARTITION des DESTRUCTIONS. SEISMES ANTERIEURS.
- 72 -
Figure 12. COUPE GEOLOGIQUE-TYPE du SITE de MEXICO.
- 73 -
Figure 13. SYSTEMES de FONDATIONS UTILISES à MEXICO.
- 74 -
Figure 14. DIAGRAMME des ACCELERATIONS, VITESSES et DEPLACEMENTS de
la COMPOSANTE E-W de l'ENREGISTREMENT RECUEILLI au MINISTERE
des COMMUNICATIONS et TRANSPORTS (Zone Lacustre).
Figure 15. ACCELEROGRAMMES (3 composantes) RECUEILLIS au MINISTERE
des COMMUNICATIONS et TRANSPORTS (Zone Lacustre).
- 75 -
Figure 16. SPECTRES de REPONSE des COMPOSANTES N-S et E-W.
ENREGISTREMENT du MINISTERE des COMMUNICATIONS et TRANSPORTS
(Zone Lacustre)
- 76 -
ENREGISTREMENT de la CENTRALE THERMIQUE d'ABASTOS
(Zone Lacustre).
- 77 -
ENREGISTREMENT de l'OBSERVATOIRE SISMOLOGIQUE de TACUBAYA
(Zone Collinaire)
- 78 -
Figure 19
Figure 20
Figure 21
- 79 -
Figure 22
Figure 23
Figure 24
- 80 -
Figure 25
Figure 26
Figure 27
- 81 -
REFERENCES
1.
DEPARTAMENTO DEL DISTRITO FEDERAL - SECRETARIA GENERAL DE OBRAS.
Carpeta basica de information sobre los sismos ocurridos en la Ciudad de Mexico los dies 19 y
20 septiembre de 1985. Mexico D.F. Oct. 1985
2.
INSTITUTO DE INGENIERIA DE LA UNIVERSIDAD AUTONOMA DE MEXICO. El
temblor del 19 de septiembre de 1985 y sus efectos en las construcciones de la Ciudad de
Mexico. Informe preliminar. UNAM, Mexico, Sept. 1985
3.
MARSAL R.J. - The lacustrine clays of the valley of Mexico. Contribution of the Instituto de
Ingenieria de la Universidad Autonoma de Mexico to the 1975, International Clay Conference,
UNAM, Mexico, Jul. 1975
4.
PRINCE J., QUAAS R., MENA E. y otros. Acelerogramas en Ciudad Universitaria del sismo
del 19 de septiembre de 1985. Informe IPS 10-A, Instituto de Ingénieria, Universidad Nacional
Autonoma de Mexico, Sept. 1985
5.
MENA E., QUAAS R. y otros. Acelerograma en el centro SCOP de la Secretaria de
Comunicaciones y Transportes, Sismo del 19 de septiembre de 1985. Informe IPS 10-B,
Instituto de Ingénieria, Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Sept. 1985
6.
QUAAS R., PRINCE J., MENA E. y otros. Los dos acelerogramas del sismo de septiembre 19
de 1985 obtenidos en la Central de Abastos en Mexico D.F. Informe IPS 10-C, Instituto de
Ingenieria, Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Sept. 1985
7.
PRINCE J., QUAAS R., MENA E. y otros. Espectros de las componentes horizontales
registradas por los acelerografos digitales de Mexico D.F., Sismo del 19 de septiembre de 1985.
Acelerogramas en Viveros y en Tacubaya. Informe IPS 10-D, Instituto de Ingenieria,
Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Sept. 1985
- 82 -

le seisme du mexique du 19 septembre 1985 compte rendu

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