Prise en compte des séismes dans la conception des

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CET E
M éditerranée
Prise en compte des séismes dans
la conception des ouvrages d'art :
Retours d'expérience et évolution
de la réglementation
Denis DAVI – CETE Méditerranée
Ministère de l'Écologie, de l'Énergie, du Développement durable et de la Mer
en charge des Technologies vertes et des Négociations sur le climat
www.cete-mediterranee.fr
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SOMMAIRE
●
Le comportement sismique des ponts :
Retours d'expérience des séismes passés
3
●
Le risque sismique en France
27
●
L'évolution de la réglementation
30
●
La question de l'existant
34
●
Exemples de ponts parasismiques
dans le Sud de la France
Prise en compte des séismes dans la conception des ouvrages d'art :
Retours d'expérience et évolution de la réglementation
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SOMMAIRE
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COMPORTEMENT SISMIQUE DES PONTS :
RETOURS D'EXPERIENCE DES SEISMES PASSES

GENERALITES

Nature de l'action sismique sur les ponts
AEk : accélération maximale enregistrée au rocher,
éventuellement amplifiée par des effets de sites locaux
(géologiques ou topographiques)
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
GENERALITES

Nature de l'action sismique sur les ponts
Effort sismique = Force d'inertie = Masse x Accélération
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
GENERALITES
Causes récurrentes d'effondrement des ponts


Échappements d'appui
Kobé (Japon, 1995)
San Fernando (USA, 1971)
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GENERALITES
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
Échappements d'appui
Cas des ponts biais
Cas des ponts courbes
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GENERALITES
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Rupture des piles par cisaillement

Endommagement des piles par flexion
Kobé (Japon, 1995)
Chi-Chi (Taiwan, 1999)
Northridge (USA, 1994)
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GENERALITES
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Poinçonnement du tablier sous l'effet de la composante verticale
Loma Prieta (USA, 1989)
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GENERALITES


Endommagement des culées
Costa Rica (1990)
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GENERALITES
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Effondrements liés à la liquéfaction du sol porteur
Costa Rica (1990)
Niigata (Japon, 1964)
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GENERALITES
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Autres effets induits
Chutes des blocs
Glissements de terrain
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GENERALITES

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Problèmes spécifiques aux ponts de grande longueur
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
PRINCIPAUX ENSEIGNEMENTS
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
ELEMENTS DE CONCEPTION PARASISMIQUE

Les objectifs de performance
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Blocage du tablier sur ses appuis (butées parasismiques)
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Robustesse (ductilité) des piles
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Réduction des efforts transmis par le tablier (isolation sismique,
amortisseurs)
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
RETOURS D'EXPERIENCE RECENTS
Séisme de l'Aquila (Italie, 6 avril 2009)


Magnitude : 5,8 (Richter) ; Prof. : 8,8 km

Acc. max. au rocher : 0,67g (environ 2x règlement!)

Forte composante verticale (aV = 1,2 aH localement!)

Forts effets de site (ampl. locales d’un facteur 2 à 3!)

Durée : 80 s

+ de 10 000 répliques la 1ère semaine (dont 2 Mw > 5)
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Similitudes avec le contexte Niçois / PACA
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Analyse du comportement des ouvrages d'art
Peu ou pas de dégâts sur les viaducs autoroutiers du fait à la fois :
- de conceptions appropriées (butées parasismiques, densité de ferraillage...)
- de certaines caractéristiques favorables du séisme (directivité, contenu fréquentiel)
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- Quelques ouvrages secondaires effondrés ou fortement endommagés
- Bon comportement général des voûtes maçonnées hormis la chute d'un tympan
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Le réseau routier a globalement très bien fonctionné,
permettant l'afflux rapide des secours de toute l'Italie
La bonne tenue des infrastructures routières : une des clés de l’efficacité des secours
•
+ de 2000 pompiers ont afflué de toute l’Italie
•
Environ 1500 véhicules de secours (beaucoup dès les premiers jours)
•
Accès initial par la SS17 puis par l’A24
Le bilan humain aurait pu être beaucoup plus lourd
en cas de rupture d’itinéraire
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Séisme de Concepcion (Chili, 27 février 2010)


Magnitude : 8,8 (Richter) ; Prof. : 35 km

Durée > 2 min

+ de 20 répliques le 1er jour dont certaines (M=6,1 et 6,9)
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LE RISQUE SISMIQUE EN FRANCE

Une sismicité relativement modérée mais un risque bien réel...
●
Environ 20 séismes M> 3,5 par an
●
21 144 communes concernées
●
50 morts à Lambesc en 1909
●
3000 morts à Ponte-à-Pitre en 1843
●
M=6,3 en 2004 en Guadeloupe
●
M =7,4 en 2007 en Martinique
Les séismes passés
Lambesc, 1909
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LE RISQUE SISMIQUE EN FRANCE

Une prise de conscience de plus en plus effective par les
autorités


Initié en 2005 avec la publication de la nouvelle carte d'aléa sismique national,
le Plan National de Réduction du Risque Sismique (PNPRS ou « Plan
Séisme » marque le début d'une démarche volontariste de réduction du risque
sismique au niveau des autorités politiques
Articulé autour de 4 thématiques principales :
1- Approfondir la connaissance scientifique de l’aléa, du risque et mieux informer sur celui-ci
2- Améliorer la prise en compte du risque sismique dans la construction
3- Concerter, coopérer et communiquer entre tous les acteurs du risque
4- Contribuer à la prévention du risque de tsunami
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L'EVOLUTION DE LA REGLEMENTATION

AU NIVEAU NATIONAL... bientôt un nouveau zonage :

Une approche probabiliste plus conforme à la philosophie de l'Eurocode 8 :
Périodes de retour adaptables en fonction du contexte (construction ou service), des enjeux
ou de la durée de vie théorique de l'ouvrage

En attente des décret et arrêtés d'application, utilisation de la NI OA 32 du Sétra
Zonage PS 92
Nouvelle carte d’aléa présentée en Nov. 2005
Nouveau zonage réglementaire prévu très prochainement
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
AU NIVEAU EUROPEEN... un nouveau contexte normatif

NF-EN 1998-1 et NF-EN 1998-1 NA (EC8-1) :
« Règles générales – Actions sismiques - Bâtiments »

NF-EN 1998-2 et NF-EN 1998-2 NA (EC8-2) :
« Ponts »

NF-EN 1998-3 et NF-EN 1998-3 NA (EC8-3) :
« Renforcement parasismique des bâtiments existants »

NF-EN 1998-4 et NF-EN 1998-4 NA (EC8-4) :
« Réservoirs, silos, tuyauteries »

NF-EN 1998-5 et NF-EN 1998-5 NA (EC8-5) :
« Ouvrages géotechniques et fondations »

NF-EN 1998-6 et NF-EN 1998-6 NA (EC8-6) :
« Tours, mâts, cheminées »
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
PRINCIPALES MODIFICATIONS ET CONSEQUENCES PRATIQUES
Nouvelle caractérisation de l'aléa (nouvelle carte, nouveaux spectres,
nouvelle classification des sols...)


Globalement « + méchant » dans les régions anciennement faiblement sismiques

Globalement « - méchant » dans les régions anciennement fortement sismiques

Coefficient de sol S très pénalisant (jusqu'à x1,8)
3 catégories d'importance I, II, III remplacent les anciennes classes de
ponts A, B, C, D

Choix de conception et règles de calculs intégrant les dernières
avancées scientifiques :



Calculs en sections fissurées
Prise en compte du comportement élasto-plastique des matériaux
(emploi d'aciers de classe de ductilité C dans les zones de rotules plastiques potentielles)

Utilisation de dispositifs amortisseurs parasismiques

Analyses dynamiques non-linéaires...
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LA QUESTION DE L'EXISTANT

PROBLEMATIQUE LEGITIMEE PAR :


L'évolution du zonage

Le fait que tous les ponts conçus avant 1970 n'ont fait l'objet d'aucune prise
en compte du séisme
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
1ère ETAPE : L'évaluation sommaire du risque à grande échelle
(Itinéraires, région...)
Méthodologie Sismoa développée par le RST et prochainement disponible
sur le site internet du Sétra
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
2ème ETAPE : Diagnostic détaillé à l'échelle de l'OA et projet
de renforcement
Guide méthodologique en cours de finalisation et prochainement
disponible en version numérique sur le site internet du Sétra
15/10/2010
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EXEMPLES DE PONTS PARASISMIQUES
DANS LE SUD DE LA FRANCE
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
L'OA1 SUR LE VAR A SAINT-ISIDORE (conception PS92)
Pont en béton précontraint coulé en place,
courbe en plan
• Longueur :
438 m
• Travée maximale : 75 m
• Masse du tablier : 17000 t
• Hauteur de piles :
entre 10 et 16 m
• Accélération nominale : 3,5 m/s²
(classe D)
Modèle de calcul

une analyse dynamique non-linéaire

un modèle simple prenant en compte :
- la souplesse du tablier
- la courbure en plan
- l’orientation et la répartition des appareils d’appui
- la répartition des masses
Ferraillage d’un fût de pile
Blocage transversal sur culées
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
LE PONT SUR LE VAR A PUGET-THENIERS (conception PS92)
Choix d’un comportement
élastique (q=1)
justifié par :
- la légèreté de la structure (≈ 3000 tonnes)
- la relative complexité de l’ouvrage
- la nécessité de rester dans le domaine des petites déformations
- le choix des matériaux (B60 peu ductile)
15/10/2010
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
LES OUVRAGES DU TGV MEDITERRANEE (conception PS92)
L’ensemble de la ligne du TGV
Méditerranée
est
équipé
de
capteurs permettant de couper
instantanément la circulation des
trains en cas de secousse sismique.
15/10/2010
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
1ERES APPLICATIONS DE L'EUROCODE 8


Le pont sur la rivière St-Étienne sur l'Ile de la Réunion
Catégorie
d'importance
Ponts
III
Ponts dont l'importance est
critique pour le maintien
des communications
II
Ponts situés sur les
autoroutes et les routes
principales
I
Autres ponts
Le projet de viaduc de Champernal (Lozère)
15/10/2010
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
EXEMPLES DE PROJETS DE RENFORCEMENT SISMIQUES
(selon projet guide Sétra – base EC8)

Le viaduc de Caronte (A55, Martigues)
- OA construit entre 1969 et 1972 (acc. stat. 0,1g)
- Accélération de référence = 0,24g (yc coef. S) x spectre
- Bloqueurs dynamiques rompus, risques échappement
+ faiblesses appuis
=> renforcement sismique préconisé :
- Remplacement AA et butées transversales
- Viaduc métal laissé libre, viaducs béton amortis sur culées
- Risque liquéfaction écarté par essais tri-axiaux (LRPC Aix)
=> permet d'atteindre 100% a ref
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
EXEMPLES DE PROJETS DE RENFORCEMENT SISMIQUES
(selon projet guide Sétra – base EC8)

Les 6 viaducs de l'A9 entre Perpignan et l'Espagne
- Diagnostic/renforcement dans le cadre d'un
élargissement à 2x3 voies
- OAs construits entre 1970 et 1976
- Risques identifiés : souffles longitudinaux
insuffisants, risques d'échappements d'appui,
faiblesse de certains appuis
=> renforcements sismiques préconisés :
- Clouages culées
- Remplacement AA
- Attelages travées
- Amortisseurs au niveau des culées
=> permet d'atteindre 100% aref pour un coût compris entre 2 et 13%
du coût de remplacement
Modèle de calcul et résultats de
l'analyse dynamique temporelle
15/10/2010
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CONCLUSIONS



Le séisme : une action dynamique particulièrement sollicitante
pour les ponts, dont l'enjeu et les conséquences peuvent ne pas
se limiter à la seule structure...
Peu problématique en France si pris en compte suffisamment tôt
dans la conception
L'évolution des réglementations nationale (zonage) et
Européenne (normes de calcul EC8-2) vont modifier
sensiblement les habitudes des différents acteurs (M. Ouvr., M.
Oeuvr., BE, constructeurs...) :


Régions concernées et niveaux d'aléa à considérer
Choix de conception à valider par M. Ouvr. (car impactent le coût et les
performances sismiques : éventuelles réparations, interruptions + ou –
longues de fonctionnalité...)

Règles de calcul

Question de l'existant (quels ouvrages? quels objectifs?)
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Prise en compte des séismes dans la conception des

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