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UNIVERSITE HASSIBA BENBOUALI DE CHLEF Faculté de Génie Civil et d’Architecture Département de Génie Civil Master Génie Civil – Option : Structures civiles et industrielles Matière : Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures Prof. KASSOUL Amar CHPITRE II : PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES TABLE DES MATIÈRES 1. INTRODUCTION 2. PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 2.1. Maçonnerie Non Renforcée 2.2 Murs De Remplissage Extérieurs 2.3 Irrégularité en plan 2.4 Irrégularité en élévation 2.5. Etage mou ou étage souple 2.6 Raideur et résistance à la torsion 2.7 Joint parasismique 3. PATHOLOGIE DES ÉLÉMENTS STRUCTURAUX ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES 3.1. Poteaux 3.1.1 Poteaux fragiles 3.1.2 Poteaux courts 3.2. Murs en béton armé (voiles) 3.2.1. Caractéristiques essentielles du comportement des voiles 3.2.2. Modes de rupture des voiles élancés 3.2.2.1. Ruptures en flexion 3.2.2.2. Ruptures en flexion - effort tranchant 3.2.2.3. Ruptures par effort tranchant 3.2.3. Modes de rupture des voiles courts 3.3. Poutres 3.4. Jonction poteaux – poutres (nœuds)

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UNIVERSITE HASSIBA BENBOUALI DE CHLEF

Faculté de Génie Civil et d’Architecture

Département de Génie CivilMaster Génie Civil – Option : Structures civiles et industrielles

Matière : Vulnérabilité et Réhabilitation des Structures

Prof. KASSOUL Amar

CHPITRE II : PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LESSÉISMES

TABLE DES MATIÈRES

1. INTRODUCTION2. PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES2.1. Maçonnerie Non Renforcée2.2 Murs De Remplissage Extérieurs2.3 Irrégularité en plan2.4 Irrégularité en élévation2.5. Etage mou ou étage souple2.6 Raideur et résistance à la torsion2.7 Joint parasismique

3. PATHOLOGIE DES ÉLÉMENTS STRUCTURAUX ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES3.1. Poteaux

3.1.1 Poteaux fragiles3.1.2 Poteaux courts

3.2. Murs en béton armé (voiles)3.2.1. Caractéristiques essentielles du comportement des voiles3.2.2. Modes de rupture des voiles élancés

3.2.2.1. Ruptures en flexion3.2.2.2. Ruptures en flexion - effort tranchant3.2.2.3. Ruptures par effort tranchant

3.2.3. Modes de rupture des voiles courts3.3. Poutres3.4. Jonction poteaux – poutres (nœuds)

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1. INTRODUCTIONComprendre les effets des séismes sur les constructions pour réduire leur vulnérabilité.

2. PATHOLOGIE DES BATIMENTS ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES2.1. Maçonnerie Non Renforcée

La figure 1 montre le mode ruine d’une construction en maçonnerie non renforcée avec desplanchers en béton armé à Frioul en Italie (1976). Les grandes fissures diagonales dans lesmurs et la perte de continuité entre les murs externes indiquent des dégâts structuraux graves.

Figure 1 : Maçonnerie non renforcée avecdes planchers en béton armé Frioul, Italie1976 Braulins (Udine).

Figure 2 : Maçonnerie non renforcée -Frioul,Italie 1976 / Gemona (Udine)

La figure 2 illustre une construction en maçonnerie non renforcée -Frioul, Italie 1976 /Gemona (Udine). Il existe de nombreuses fissures diagonales dans la plupart des murs, maiselles ne sont pas si graves et les murs n’ont pas cédé.

La figure 3 montre une construction en maçonnerie en pierres brutes - Monténégro,Yugoslavie 1979. Une partie des murs porteurs a cédé, causant un effondrement partiel du toitet des poutres des planchers. Il s’agit de dégâts structuraux graves.

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La figure 3 : Maçonnerie en pierres brutes - Monténégro, Yugoslavie 1979

2.2 Murs De Remplissage Extérieurs

La Figure 4 montre l'effondrement des murs de remplissage non armé d'un bâtiment en BApendant le tremblement de terre 1980 de EL Asnam

Figure 4 : l'effondrement des murs de remplissage non armé d'un bâtiment en BA pendant letremblement de terre 1980 d’EL Asnam

La figure 5 montre la forme d’une ossature en béton armé après le séisme de Mexico 1985. Cebâtiment a subi des fissures dans les poteaux et les cloisons de remplissage avec chute demorceaux de plâtre; dans certains cas, les remplissages de briques ont partiellement cédé. Lesdégâts structuraux (des poteaux) sont modérés et les dégâts non structuraux (desremplissages) sont graves.

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Figure 5 : Ossature en béton armé après le séisme de Mexico 1985.

La figure 6 montre une Ossature en béton armé après le séisme d’Irpinia-Basilicata en Italie1987. De nombreux murs de remplissage extérieurs ont cédé entièrement, ce qui constitue desdégâts non structuraux très graves. Dans certains cas, il y a eu des dégâts graves dans lesraccords entre poutres et poteaux.

Figure 6 : Ossature en béton armé après le séisme d’Irpinia-Basilicata en Italie 1987.

2.3 Irrégularité en plan

La Figure 10 montre les dommages dans les angles rentrants dus aux oscillationsdifférentielles (séisme de Kobé, Japon 1995). Le bâtiment est conforme aux règlesparasismiques mais le choix architectural d'une forme en L sans présence de joints ou derenforts a conduit à des dommages au niveau de l'angle rentrant dans le plan horizontal.

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Figure 10 : Dommages dans les angles rentrants dus aux oscillations différentielles (séisme deKobé, Japon 1995)

Les solutions proposées pour les irrégularités en plan sont :

Figure 11 : Les solutions proposées pour les irrégularités en plan horizontal

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Ce qui est vrai pour la flexion d’ensemble l’est aussi pour la torsion: les éléments reprenant latorsion doivent être distribués assez symétriquement. Le non respect de ce principe peutconduire à une déformation permanente gauchie de la structure (voir le cas réel de la Figure12).

Oscillations différentielles dommages dans les angles rentrants (figure 12)

Figure 12 : oscillations différentielles dommages dans les angles rentrants

Figure 13 : Volumes en saillie : dommages dans les angles rentrants Séisme d’Anchorage,Alaska 1964

La Figure 14 illustre la dernière des solutions présentées sur le synoptique précédent: lesangles de cette étoile à trois branches ont été adoucis pour éviter les dommages localisés dansles angles rentrants.

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Figure 14 : Solutions éviter les dommages localisés dans les angles rentrants

2.4 Irrégularité en élévationLa Figure 16 illustre l’Effet d'un choc entre deux parties de hauteurs différentes d'un bâtiment.Les deux parties de fréquences propres différentes ne vibrent pas en même phase; sansséparation des deux parties, le choc est presque inévitable.

Figure 16 : Dommages dans les angles rentrants dans le plan vertical dus aux oscillationsdifférentielles (séisme de Kobé, Japon 1995)

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Les figures 17 et 18 illustrent des cas pathologique typiques du dommage dans les anglesrentrants dans le plan vertical dus aux oscillations différentielles.

Figure 17 : Mosquée de Boudouaou – Minaret effondré Séisme de 2003, Boumerdes, Algérie

Figure 18 : la mosquée de la ville de Zemmouri -minaret effondre séisme de 2003,Boumerdes, Algerie

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Les solutions proposées pour ces cas pathologiques sont les suivantes (Figure 19) :

Figure 19 : solutions proposées pour les irrégularités en élévations

La figure 20 montre une mosquée qui possède deux minarets indépendants du reste de lastructure. C’est la raison pour laquelle ils sont restés intacts durant le séisme de 2003,Boumerdes (Ville de SIDI DAOUD), Algérie. La base n'a été que partiellement endommagéesurtout au niveau des remplissages en briques.

.

Figure 20 : une mosquée qui possède deux minarets indépendants du reste de la structure,séisme de 2003, Boumerdes (Ville de SIDI DAOUD), Algérie.

Dans la vue en élévation, les principes de simplicité et de continuité se traduisent par unaspect régulier de la structure primaire, sans variation brutale de raideur (Figure 21). De tellesvariations entraînent des sollicitations locales élevées.

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La Figure 22 représente la Tour Trans America (le séisme de Loma Prieta 1989). Elle montreélargissement progressif du bâtiment à sa base représentatif de la solution 4 du synoptiqueprécédent. Le niveau inférieur bien que très ouvert à une rigidité comparable aux autresétages. Le centre de gravité a de plus été abaissé et la continuité des poteaux inclinés,confèrent à ce bâtiment une bonne capacité à résister au séisme. Il est d'ailleurs resté intactaprès

Figure 22 : la Tour Trans America (le séisme de Loma Prieta 1989).

2.5. Etage mou ou étage souple

D’autre effet néfaste concernant la régularité en élévation est l’étage mou ou étage souple.

Le résultat de cette disposition est souvent l’effondrement de 1’«étage mou », qui entraînel’effondrement total du bâtiment. Cette situation est particulièrement observée dans lesossatures en béton armé, où les poteaux sont sollicités soit :- en compression n’offrent pas une ductilité vis-à-vis des sollicitations de cisaillement et

flexion alternés ;- où en traction offrent peu de résistance en flexion.

Durant la secousse sismique d’un bâtiment, le mouvement de sol recherche les points faiblesdans la structure. Ces faiblesses sont habituellement crées par les changements pointus de larigidité, de la résistance et/ou de la ductilité. Les effets de ces faiblesses sont accentués par ladistribution faible des masses réactives. Les dommages structuraux graves subis par plusieursbâtiments modernes pendant des séismes récents illustrent l'importance d'éviter leschangements soudains de la rigidité et des forces latérales. Un exemple typique des effetsnéfastes que ces discontinuités peuvent induire dans le cas des bâtiments avec un étagefragile.

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Figure 25 : Hôpital, San Fernando, La Californie (séisme, 1971). Le système structural formépar des portiques auto stables en BA de 2 étages en BA de 2 étages. Le deuxième étage avaitdes murs de maçonnerie qui sont ajoutés d’une manière significative. D’ici la rigidité de cetétage a été augmenté comparativement à la RDC. On Note que RDC est effondrécomplètement (étage souple) et le deuxième plancher a été lâché à la terre avec undéplacement latérale environ 2 mètres.

La figure 26 illustre un bâtiment d’habitation de 3 étages endommagé par le séisme de 1980d’EL Asnam. Bien que la plupart des bâtiments dans cette zone sont restés, certains d'entreeux sont inclinés pas moins de 20 degrés et laissé tomber jusqu'à 1 mètre, produisant desdommages significatifs dans les éléments structuraux et non-structuraux de la RDC. La raisonde ce type d'échec était l'utilisation du Vide Sanitaire. Un espace de d’environ 1 mètre au-dessus du niveau du sol. Malheureusement, la manière de construction des V.S a crée un étagesouple et fragile a la résistance au cisaillement. Les mêmes observations sont illustrées sur lesFigures 27, 28.

Figure 26 : Bâtiment d’habitation de 3 étages, ( EL Asnam, Algérie), est endommagé par leséisme de 1980 d’EL Asnam.

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Figure 27 : Le rez-de-chaussée s’est effondré entièrement. Murs en béton armé- GreatHanshin, Japon 1995 / Kobe

Figure 28 : disparition du rez de chaussée (RDC est effondré complètement (étage souple)),Zemmouri ville – Séisme de 2003, Boumerdes, Algérie

Les Figures 29 à 34 montrent l’effet d’un étage mou où souple qui peut arriver à d’autresniveaux hors le rez de chaussée (RDC) du bâtiment.

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Figure 29 : Cisaillement des poteaux d’une construction à Bordj el bahri. Séisme de 2003,Boumerdes, Algérie

Figure 30 : Perte d'un étage de la mairie de Kobe (Séisme de Kobe (Japon) en 1995). Cetétage marquait une transition entre des poteaux métalliques (remplis de béton) et des poteauxen Béton Armé.

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Figure 31 : perte d'un étage, même cause et même effet que la photo précédente - Séisme deKobe (Japon) en 1995.

Figure 32 : Ce bâtiment a subi un effondrement de la partie supérieure. Bien que des étagessupérieurs aient cédé, aucune partie du bâtiment ne s’est effondrée entièrement jusqu’au

niveau du sol. Ossature en béton armé (Mexico 1985).

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Figure 33 : Bâtiment en BA de 4 étages (Galerie), qui s'est effondré. Le manque desarmatures proportionnelles aux jonctions poteaux-poutres est l’un des raisons del'effondrement de cette unité (Séisme de 1980 D’EL Asnam).

Figure 34 : Tous les étages étaient trop flexibles… (Izmit, Turquie, 1999).

2.6. Raideur et résistance à la torsionLa Figure 39 montre une représentation schématique du moment de torsion autour d’un noyaurigide et à droite illustration du phénomène autour d’une cage d’escalier rigide (DocumentNISEE – et Séisme de Kobé, 1995).

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Figure 39 : A gauche représentation schématique du moment de torsion autour d’un noyaurigide et à droite illustration du phénomène autour d’une cage d’escalier rigide (DocumentNISEE – et Séisme de Kobé, 1995).

La Figure 40 illustre une ossature de bâtiment neuve pourvue de dalles plates et de colonnesélancées destinées à reprendre les forces verticales comprend un seul contreventement pour lareprise des efforts et déplacements horizontaux, sous la forme d'une cage d'ascenseur etd'escalier en béton armé placée dans un angle du bâtiment, en position très dissymétrique. Lescentres de résistance et de rigidité sont fortement décalés par rapport au centre de masse. Lorsd’un séisme, une torsion importante dans le plan horizontal est à attendre. D’importantsdéplacements relatifs dans les colonnes les plus éloignées du noyau en résulteraient avec ledanger de poinçonnement et de rupture par effets du 2e ordre que cela implique. Onapporterait une amélioration décisive en équipant les deux façades les plus éloignées du noyaude parois en béton armé de longueur modeste mais s'étendant sur toute la hauteur du bâtiment.Il suffirait alors de bétonner deux des parois du noyau et de réaliser les autres, par exemple, enmaçonnerie (Suisse, 1994).

Figure 40 : Ossature de bâtiment neuve pourvue de dalles plates et de colonnes élancéesdestinées à reprendre les forces verticales comprend un seul contreventement pour la reprisedes efforts et déplacements horizontaux, sous la forme d'une cage d'ascenseur et d'escalier enbéton armé placée dans un angle du bâtiment, en position très dissymétrique. (Suisse, 1994).

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Figure 41 : Cet immeuble de bureaux comportait un mur coupe-feu continu à l'arrière à droiteet d'autres renforcements décentrés dans sa partie arrière. Il a subi une forte torsion, si bienque les colonnes antérieures ont cédé (Kobe, Japon, 1995).

Figure 42 : Une solution intermédiaire plus économique que tout voile, serait de construiredes ouvrages avec une ossature en béton armé contreventé avec des voiles en béton armé dansles angles.

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2.7. Joint parasismiqueLe joint parasismique a pour but d’éviter tout entrechoquement entre les corps de bâtimentqu’il sépare. Ce n’est pas le cas du joint de dilatation qui est trop faiblement dimensionné etn’est pas vide. De fait, en zone sismique, tout joint de dilatation doit être remplacé par unjoint parasismique en raison de ces impératifs de non entrechoquement.Un joint parasismique est un espace vide de tout matériau, présent sur toute la hauteur de lasuperstructure des bâtiments ou parties de bâtiments qu’il sépare (Figures 43 et 44).Ses dimensions sont calculées en fonction des déformations possibles des constructions, avecun minimum réglementaire pour les ouvrages à risque normal de 4 à 6 cm en zones sismiques,de façon à permettre le déplacement des blocs voisins sans aucune interaction (chocs).

Figure 43 : Joint parasismique vertical large entre deux constructions susceptibles deprésenter des déformations importantes en partie supérieure

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Figure 44 : (Basse-terre, Document P. Balandier) – Joint parasismique vertical étroit entredeux parties d’un même bâtiment. Le joint PS est couvert d’un couvre joint souple

La Figure 45 montre un entrechoquement de bâtiments pour cause de joint PS trop étroit auregard des déplacements réels (séisme de Kobé 1995).

Figure 45 : Entrechoquement de bâtiments pour cause de joint PS trop étroit au regard desdéplacements réels.

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3. PATHOLOGIE DES ÉLÉMENTS STRUCTURAUX ENDOMMAGÉS PAR LES SÉISMES3.1. PoteauxLes dommages des poteaux provoqués par un séisme sont principalement de deux types :- Dommages dû a la flexion cyclique avec un faible effort de cisaillement sous un effort axialde compression très élevé ; conduisant aux poteaux fragiles ;- Dommages en raison d’un effort de cisaillement cyclique avec un faible moment fléchissantsous un effort axial de compression très élevé conduit au phénomène des poteaux courts.

3.1.1. Poteaux fragilesCe type de dommages se manifeste par l'échec dans la base et le sommet du poteau (Figure49). Il se produit dans les poteaux ayant un coefficient d’élancement moyen à élevé, où celuici est de :

5.3h2L

hVM

(1)

Le moment fléchissant élevé combiné avec la force axiale, mène à l'écrasement de la zone decompression du béton, qui sera manifesté d'abord par l’éclatement du béton de l’enrobage desarmatures. Plus tard le noyau du béton diminue et s’écrase (Figure 2).

a- b- c- d-Figure 49 : Dommage du poteau due a un effort axial de compression très élevé et à un moment

fléchissant cyclique avec un faible effort de cisaillement [2].a- diagramme du moment fléchissant cyclique – b- diagramme de l’effort tranchant

c- diagramme de l’effort axial de compression d- la forme du dommage

a- cisaillement des poteaux de l’étage intermédiaire b- Destruction de l’extrémité du poteau

Figure 50 : Pathologie des poteaux endommagés par le séisme de Boumerdes (rupture fragile) [3]

Plus le nombre des cadres transversales dans les zones critiques est petit, plus leurvulnérabilité est grande. Dans ce type de dommages, la cause principale de l'échec estl’espacement très large des cadres aux régions critiques du poteau. L'écrasement de la zone decompression est manifesté d'abord par l’éclatement du béton de l’enrobage des armatures.Plus tard le noyau du béton augmente et s’écrase. Ce phénomène est habituellementaccompagné par le flambement dans les des barres d’aciers comprimées et de la rupture des

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cadres. Ce type de dommages est très sérieux parce que le poteau ne perd seulement sonrigidité, mais également, il perd sa capacité de supporter les charges verticales. Enconséquence, il y a une redistribution des contraintes dans la structure, parce que le poteau araccourci en raison de la désintégration du béton dans les secteurs de la zone critique.

Figure 51 : Pathologie des poteaux endommagés par le séisme de Izmit (Turkey) [ ]

Ce type de dommages a été très répondu durant les séismes de 1978 en GRECE (Penelis et al,1988) et en 1985 à Mexico (Rosenblueth et Meli, 1985). Les raisons des principales de cetype d'échec fragile sont dues à la mauvaise qualité du béton, le nombre de cadres inadéquatdans les zones critiques, la présence des grand poutres qui mènent l’échec aux poteauxd'abord, et en conclusion, naturellement, l'excitation forte de séisme induisant beaucoupchargement cyclique dans le palier non élastique.

3.1.2. Poteaux courts

Le second type de dommages est le type de cisaillement qui est manifesté par des fissuresformées dans la zone la plus faible du poteau en forme de X (Figure 52). Il se produit dans lespoteaux avec un élancement modéré à faible rapport, où celui de :

5.3h2L

hVM

(2)

La forme finale ultime de ce type de dommages est l'échec explosif où l’éclatement de lasurface extérieure du béton sans dommages des armatures ; puis l’écrasement du béton,rupture des cadres et flambement des armatures. Les poteaux courts mènent habituellement àl'effondrement spectaculaire du bâtiment (Figure 6).

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a- b- c- d-Figure 52 : Dommage du poteau due à un effort axial de compression très élevé et effort de

cisaillement élevé[2]a- diagramme du moment fléchissant cyclique b- diagramme de l’effort tranchant

c- diagramme de l’effort axial de compression d- la forme du dommage en X

a- poteaux courts en raison de la construction adjacente b- Destruction par cisaillement du poteau court

Figure 53 : Pathologie des poteaux endommagées par le séisme de Boumerdes (poteau court) [3]

la raison principale de ce type de dommages est que le coefficient d’élancement modéré avecla capacité flexion du poteau plus élevé que la capacité de cisaillement, et en conséquenceéchec de cisaillement régnant. La fréquence de ce type de dommages est inférieure à l'échec àla tête et à la base du poteau.

Elle se produit habituellement dans les poteaux du rez-de-chaussée, où, en raison des grandesdimensions de la section transversale des poteaux, où le coefficient de l’élancement est bas. Ilse produit également dans les poteaux qui ont été conçues en tant que poteaux courtes, où il aété réduit au poteau court en raison de la construction adjacente de maçonnerie qui n'a pas étéexpliquée dans la conception (Figure 53).

Enfin, parfois dans le cas des portiques de remplissage en maçonnerie sur une seule coté,l’échec de maçonnerie est suivi de l'échec en cisaillement des poteaux adjacents (les figures53) (Styliaindis et Sariyiannis, 1992).

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h

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16/1 Les fissures en croix et les ruptures par effort tranchant qui ont affecté les colonnescourtes de ce parking ont presque entraîné son effondrement (Northridge, Californie, 1994).

En conclusion, on doit noter que les dommages des poteaux sont très dangereux pour lastructure, parce qu'ils détruisent les éléments verticaux du système structural. Ainsi, quanddes dommages de ce type sont détectés, les moyens de l'appui provisoire devraient êtrefournis immédiatement.

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17/6 On peut éviter l'effet néfaste du remplissage partiel des cadres, ou le réduirenotablement, en disposant des joints entre les colonnes et le remplissage. Le joint de la photoa été exécuté dans les règles de l'art, car il est rempli de laine de roche tendre etcompressible. Cependant, sa largeur ne permet pas aux colonnes de s’incliner de plus de 1 %sans générer de contraintes (Suisse, 2001).

3.2. Murs en béton armé (voiles)3.2.1. Caractéristiques essentielles du comportement des voiles

Beaucoup d’immeubles privés ou de bureaux dans le monde sont construits en utilisant lesvoiles comme éléments principaux de résistance. Les voiles ou murs de contreventementpeuvent être généralement définis comme des éléments verticaux à deux dimensions dont laraideur hors plan est négligeable. Dans leur plan, ils présentent généralement une granderésistance et une grande rigidité vis-à-vis des forces horizontales. Par contre, dans la directionperpendiculaire à leur plan, ils offrent très peu de résistance vis-à-vis des forces horizontaleset ils doivent être contreventés par d’autres murs ou par des portiques.Le modèle le plus simple d’un voile est celui d’une console parfaitement encastrée à sa base.La Figure 54 montre l’exemple d’un élément de section rectangulaire ou en I, soumis à unecharge verticale N et une charge horizontale V en tête. Le voile est sollicité par un effortnormal N et un effort tranchant V constants sur toute la hauteur et un moment fléchissant quiest maximal dans la section d’encastrement. Le ferraillage classique du voile est composéd’armatures verticales concentrées aux deux extrémités du voile (pourcentage o),d’armatures verticales uniformément réparties (pourcentage ) et d’armatures horizontales(pourcentage t), elles aussi uniformément réparties. Les armatures verticales extrêmes sontsoumises à d’importantes forces de traction / compression créant ainsi un couple capabled’équilibrer le moment appliqué. A la base du voile, sur une hauteur critique, des cadres sontdisposés autour de ces armatures afin d’organiser la ductilité de ces zones. Enfin, lesarmatures de l’âme horizontales et verticales ont le rôle d’assurer la résistance à l’efforttranchant.

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Figure 54 : Schéma d’un voile plein et disposition du ferraillage

Le terme de voile regroupe des éléments de structures au comportement mécanique trèsdivers. Cependant, on peut considérer que les principaux paramètres ayant une influenceprépondérante sur le comportement d’un voile sont les suivants:- l’élancement, défini comme le rapport de la hauteur par la largeur du voile, h / l,- la disposition et le pourcentage des armatures,- l’intensité de l’effort normal.

3.2.2. Modes de rupture des voiles élancés3.2.2.1. Ruptures en flexion- Mode f1 (Figure 55a): rupture par plastification des armatures verticales tendues etécrasement du béton comprimé. C’est le schéma de ruine le plus satisfaisant qui correspond àla formation d’une rotule plastique dans la partie inférieure du voile avec une importantedissipation d’énergie. On observe ce mode de ruine dans les voiles très élancés, soumis à uneffort normal de compression faible et à un cisaillement modéré.

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a - Mode f1 b- Mode f2 c - Mode f3

Figure 55 : Ruptures en flexion des voiles élancés

- Mode f2 (Figure 55b): rupture par écrasement du béton. Ce mode de ruine se rencontrepour les voiles assez fortement armés soumis à un effort normal important. Le mode f2 estmoins ductile que le mode f1, surtout dans le cas d’une section rectangulaire.

- Mode f3 (Figure 55c): rupture fragile par ruptures des armatures verticales tendues. C’estun mode de rupture qui se rencontre dans les voiles faiblement armés, lorsque les armaturesverticales sont essentiellement réparties et non concentrées aux extrémités. La ductilité et lacapacité d’absorption d’énergie peuvent être améliorées en concentrant les armaturesverticales aux extrémités.

3.2.2.2. Ruptures en flexion - effort tranchantMode f/t (Figure 56 a): rupture par plastifications des armatures verticales de flexion et desarmatures transversales. C’est ce qui se produit dans les voiles moyennement élancés où laflexion n’est plus prépondérante et où les armatures horizontales sont insuffisantes.

a- Mode f/t b - Mode t c - Mode g

Figure 56: Ruptures en flexion - effort tranchant des voiles élancés

3.2.2.3. Ruptures par effort tranchantMode t (Figure 56b): rupture des bielles de compression développées dans l’âme du voile.On l’observe dans les voiles munis de raidisseurs, fortement armés longitudinalement ettransversalement et soumis à des cisaillements élevés.

Mode g (Figure 56c): rupture par glissement au niveau des reprises de bétonnage. Ce modede rupture qui est plutôt caractéristique aux voiles courts a été aussi observé dans les cas desvoiles moyennement élancés. Ce type de rupture peut apparaître lorsque les armatures

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verticales réparties sont insuffisantes, la qualité des reprises de bétonnage est mauvaise et lavaleur de l’effort normal est faible.

3.2.3. Modes de rupture des voiles courtsDans ce cas, l’effort tranchant est généralement prépondérant sur la flexion. Les principauxmodes de ruptures sont ceux de la Figure 57 a, b et c. On distingue trois cas

Mode T1 (Figure 57a): rupture par glissement (« sliding shear ») à l’encastrement. Ce modede rupture, conséquence de la plastification progressive des armatures verticales estaccompagné d’importants glissements qui réduisent d’une façon significative la raideur et ladissipation hystérétique. Ce type de rupture peut aussi être obtenu lorsque les armaturesverticales réparties sont insuffisantes.

a - Mode T1 b - Mode T2 c - Mode T3Figure 57 : Modes de rupture des voiles courtes

Mode T2 (Figure 57b): rupture diagonale (« diagonal tension failure ») avec plastification ourupture des armatures le long des fissures diagonales. Ce mode est rencontré dans les voilesmoyennement armés sollicités par un faible effort normal.

Mode T3 (Figure 57c): rupture par écrasement (« diagonal compression failure ») du bétonde l’âme, à la base des bielles transmettant les efforts de compression. C’est un mode de ruinecaractéristique des voiles fortement armés, surtout s’ils sont associés à des raidisseurs sur leurbord.

3.3. PoutresLes dommages qui se produisent dans les poutres en béton armé dus au tremblement de terresont les suivants :- fissures orthogonales sur l'axe de la poutre le long de la travée dans la zone de tendue- échec de cisaillement près des appuis- fissures de Flexion sur les faces supérieure ou inférieure aux appuis de la poutre- échec de cisaillement ou de flexion dans les points où les poutres principales sont lessupports des poutres secondaires.- fissures de cisaillement de forme X dans les poutres courtes (linteaux) qui relient des mursde cisaillement.

- les fissures dans la zone de tendue le long des travées constituent le type de dommage leplus répondu dans les structures. Durant le séisme de 1978 en grèce, 83% de dommages dansles poutres sont des dommages de ce type. Ce type de dommages (Figue 62) est dûsimplement au caractère cyclique de l'action sismique où le fléchissement de la zone tendueaugmente les micros fissures.

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Figure 62 : fissures orthogonales sur l'axe de la poutre le long de la travée dans la zone detendue

L'échec flexion - cisaillement près des appuis (Figure 63) est le deuxième type dommages leplus fréquent dans les poutres. Il constitue le type de dommages plus sérieux que le précédent,en vue leur caractère fragile. Cependant, seulement dans très peu de cas il compromet lastabilité globale de la structure.

Figure 63 : L'échec des poutres par flexion - cisaillement près des appuis

Les fissures de flexion sur les faces supérieures et inférieures aux appuis de la poutre (Figure64) peuvent être expliquées si le mode de la force sismique est statiquement comparé auxforces horizontales. La majeure partie des fissures est due au mauvais ancrage dans lesarmatures inférieures dans les appuis.

Figure 64 : Fissures de Flexion sur les faces supérieure ou inférieure aux appuis de la poutre

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L'échec de cisaillement ou de flexion aux points d'appui des poutres secondaires (Figure 65)apparaît fréquemment durant un séisme. Il est dû à la composante verticale de la forcesismique qui amplifie la charge concentrée.

Figure 65 : échec de cisaillement ou de flexion dans les points où les poutres principales sontles supports des poutres secondaires

Les fissures de cisaillement en forme de X dans les poutres courtes (linteaux) couplant lesmurs de cisaillement (Voiles) apparaissent souvent. C'est un échec de cisaillement semblableà ceux se produit dans les poteaux courts (Figure 66) mais n'est pas dangereux pour lastabilité du bâtiment.

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Figure 66 : Fissures de cisaillement de forme X dans les poutres courtes (linteaux)

3.4. Jonction poteaux – poutres (nœuds)Les dommages aux joints poteaux – poutres, même aux premières fissures, sont considéréscomme extrêmement dangereux pour la structure et devrait être traité en conséquence. Cesdommages réduire la rigidité de l'élément structural et mènent à la redistribution incontrôlabledes charges. Des échecs communs dans les joints poteau poutre (joint faisant le coin, jointextérieur multi de structure d'étage, et joint intérieur) sont montrés dans la Figure 67.

Figure 67 : Les dommages aux joints poteaux – poutres

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Le ferraillage des poteaux est généralement réalisé par 8 armatures filantes en diamètre 14mm avec des

cadres espacés tous les 15 cm en partie courante et 10 cm dans la zone nodale conformémentau RPA 99.

(Cf photo 5) sauf parfois où l'espacement est constant (Cf photo 6)Néanmoins les cadres sont souvent absents au coeur du noeud (Cf photo 7) à l'intersection

poteau-poutre.

Bordj el bahri – formation de rotule plastiqueSéisme de 2003, Boumerdes, Algérie

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Boudouaou – cisaillement des nœudsSéisme de 2003, Boumerdes, Algérie

Il s’agit évidemment de dégâts structuraux très graves et d’un effondrement presquecomplet

Remarque: cette structure à ossature en béton armé avec un certain degré de conceptionparasismique a souffert d’un assemblage insuffisant entre les poutres et les poteaux.

Ossature en béton armé Spitak, Arménie 1988 /Leninakan