Sécurité sismique dans la maçonnerie · 2021. 1. 29. · 4 Sécurité sismique TON dans la...

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Béton cellulaire YTONG Sécurité sismique dans la maçonnerie

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Béton cellulaire YTONG

Sécurité sismiquedans la maçonnerie

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2 Béton cellulaire YTONG – Sécurité sismique YTONG dans la maçonnerie

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3Table des matières

Contenu

PageIntroduction ������������������������������������������������������������������������� 4

Bases des effets sismiques selon les nouvelles normes ������������������������������������������������� 5

Instructions de conception et de configuration ������������������ 6

Développement d'un plan ������������������������������������������������� 12

Plan avec un seul long murdans un sens ���������������������������������������������������������������������� 14

Conclusion �������������������������������������������������������������������������� 15

Bibliographie ���������������������������������������������������������������������� 15

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Sécurité sismique YTONG dans la maçonnerie4

Introduction

La sensibilité de la population aux catastrophes naturelles se renforce également en Suisse� Les tremblements de terre sont le plus grand risque de catastrophes naturelles� Un tremblement de terre comme celui de Bâle en 1356 ou du Valais en 1855 causerait de graves dommages aux bâtiments et aux personnes en Suisse� Les bâtiments en maçonnerie sont particulièrement sensibles aux tremblements de terre� Avec l'intro- duction des nouvelles normes, ce problème est davantage pris en compte� Cette brochure est conçue pour aider les architectes, les ingénieurs et les planificateurs à concevoir et à construire facilement des bâtiments en maçonnerie antisismiques�

La maçonnerie a une longue tradition en Suisse� Les bâtiments des zones sismiques 1 et 2 sont souvent construits en maçonnerie non armée� Pour les bâtiments de la classe de construction III (BWK III), tels que les hôpitaux de soins intensifs, qui revêtent une grande importance après un séisme, les normes prescrivent la maçonnerie ductile� La maçon-nerie ductile prescrit également la norme pour les bâtiments avec une plus grande foule (BWK II) – Zone 3�

Une première partie de la brochure résume les bases des impacts sismiques selon les nouvelles normes�Dans la deuxième partie, des indications sont données sur la conception et la planifica-tion du projet, qui sont discutées sur la base des plans de construction dans la troisième partie�

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5Bases des effets sismiques selon les nouvelles normes

Bases des effets sismiquesselon les nouvelles normes

En fonction de la zone et du sous-sol d'un bâtiment, du comportement d'oscillation montré par un bâtiment et de la classe de bâtiment à laquelle il est affecté, les résultats sont très différents des impacts sismiques�

Le graphique ci-dessous montre comment les actions sismiques changent en fonction des nouvelles normes en raison des paramètres mentionnés�

0.01 0.1 1 10

Schwingzeit T (s)

4

3

2

1

0

Bodenbeschleunigung:

Zone 1: 0.6 m/s2

Zone 2: 1.0 m/s2

Zone 3a: 1.3 m/s2

Zone 3b: 1.6m/s2

Baugrundklasse A

Baugrundklasse B

Baugrundklasse C

Baugrundklasse D

Baugrundklasse E

L'action sismique dépend de lala classe de construction (BWK)

BWK I (bâtiment résidentiel, industrielBâtiment d'entrepôt ���) Facteur 1

BWK II (hôpitaux, écolesCentres commerciaux���) Facteur 1�2

BWK III (hôpitaux avec soins intensifs) Facteur 1�4

0.01 0.1 1 10

Temps d'oscillation T (s)

4

3

2

1

0

Accélération du sol :

Zone 1 : 0.6 m/s2

Zone 2 : 1.0 m/s2

Zone 3a : 1.3 m/s2

Zone 3b : 1.6m/s2

Baugrundklasse A

Baugrundklasse B

Baugrundklasse C

Baugrundklasse D

Baugrundklasse E

L'action sismique dépend ducomportement d'oscillation du bâtiment et de la classe de sol

L'action sismique dépend de laDéformabilité d'un bâtiment

Facteur de maçonnerie non armé 0,67Facteur de maçonnerie ductile 0,40Facteur de béton armé 0,50 à 0,25Facteur construction bois 0,67 à 0,33

Ces facteurs correspondent aux valeurs réciproques des valeurs q des normes SIA

0.01 0.1 1 10

Temps d'oscillation T (s)

4

3

2

1

0

Accélération du sol :

Zone 1 : 0.6 m/s2

Zone 2 : 1.0 m/s2

Zone 3a : 1.3 m/s2

Zone 3b : 1.6m/s2

Baugrundklasse A

Baugrundklasse B

Baugrundklasse C

Baugrundklasse D

Baugrundklasse E

Action sismique en fonction de l'emplacement du bâtiment

Sous-sol classe ASous-sol classe BSous-sol classe C

Sous-sol classe DSous-sol classe E

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6 Instructions de conception et de configuration

Instructions de conception et de configuration

1. Deux longs murs dans chaque directionAu moins 2 longs murs doivent être prévus dans chaque direction du bâtiment pour stabiliser de manière optimale un bâtiment contre l'action sismique�

Dans la zone 1, les murs sont considérés comme longs, avec environ le tiers à la moitié de la longueur du plan au sol dans la direction considérée� Pour que le bâtiment soit suffisamment rigide en torsion, au moins deux murs parallèles d’un bâtiment doivent avoir une largeur supé-rieure à 75 %� Par largeur de bâtiment, on entend ici la dimension du bâtiment à travers les murs considérés�Les murs courts, par analogie avec les colonnes, suppor- tent principalement des charges verticales� Dans le pré-sent exemple, il s'agit des murs au centre du bâtiment�

Les murs coulissants destinés à absorber les effets des tremblements de terre doivent avoir une épaisseur mini-male de 15 cm� Leur hauteur ne doit pas dépasser 17 fois l'épaisseur�

2. Symétrie des murs sur le plan Les murs doivent être disposés aussi symétriquement que possible sur le plan� La symétrie fait coïncider le centre de gravité S et le point de cisaillement D�Plus ces deux points sont éloignés l'un de l'autre, plus les contraintes sur les murs sont grandes en cas de tremble-ment de terre dû aux vibrations de torsion du bâtiment�

Distance > 75 % de la largeur du bâtiment

Dis

tan

ce >

75

%

de l

a la

rgeu

r du

bât

imen

t

S = D

Distance > 75 % de la largeur du bâtiment

Dis

tan

ce >

75

%

de l

a la

rgeu

r du

bât

imen

t

S = D

Plan avec deux longs murs dans chaque direction.

Plan avec murs symétriques.

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7Instructions de conception et de configuration

3. Ouvertures et fentes dans les murs résistant aux secousses sismiquesLes murs parasismiques comportant des ouvertures ou des fentes doivent, en l'absence de preuves spécifiques, être considérés en principe comme des murs individuels qui, indépendamment les uns des autres, ont une résistance au cisaillement inférieure à celle d'un mur homogène unique�

4. Remplacer un long mur par deux murs plus courtsUn long mur peut être remplacé par deux murs plus courts� Au niveau du calcul, ces murs devraient avoir chacun une longueur de 70 à 80 % du mur le plus long� Ensuite, le centre de cisaillement D reste au même endroit� Cela conduit à un bon comportement en torsion du bâtiment�

l l mur

S = D

Plan avec deux murs plus courts remplaçant un mur plus long.

l l mur

S = D

Vue avec ouverture prévue pour résister aux tremblements de terre.

l l mur

S = D

Vue avec fentes prévues pour résister aux tremblements de terre.

Les câbles électriques doivent être planifiés de manière à affecter le moins possible la résistance au cisaillement d'un mur� Si les fentes sont situées sur les bords du mur, c'est l'idéal� En conséquence, la longueur de calcul du mur est réduite uniquement par la longueur de la zone d'interférence�

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8 Instructions de conception et de configuration

Les cloisons séparent les murs

antisismiques

défavorable

favorablefavorable

Zones d'entrée de charge par mur

Les cloisons séparent les murs

antisismiques

défavorable

favorablefavorable

Zones d'entrée de charge par mur

Les cloisons séparent les murs

antisismiques

défavorable

favorablefavorable

Zones d'entrée de charge par mur

Les cloisons séparent les murs

antisismiques

défavorable

favorablefavorable

Zones d'entrée de charge par mur

5. Charges verticales suffisantes sur les murs antisismiquesPour que les murs antisismiques aient une résistance maximale au cisaillement, ils doivent éliminer une certaine quantité de charges verticales� Souvent, les murs qui conviendraient pour l'élimination des charges sismiques ont des charges verticales trop faibles et n'atteignent donc pas leur résistance maximale au cisaillement� Afin de charger le mur sismique inférieur dans le plan supérieur avec des charges verticales suffisantes, les murs sépara-teurs d'espace ne supportent pas de charge�

Si des cavités sont placées à côté des murs sismiques, ces murs risquent d'absorber moins de charges verticales� En conséquence, leur résistance au cisaillement peut être considérablement réduite� Les images suivantes montrent une disposition des ouvertures d'escalier statiquement défavorable et deux dispositions statiquement favorables�

Plan avec représentation des zones d'entrée de charge.

Plans avec disposition statiquement défavorable des ouvertures d'escaliers.

Plans avec disposition statiquement favorable des ouvertures d'escaliers.

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9Instructions de conception et de configuration

6. Wände durchgehend über alle Stockwerke

Erdbebenwände aus Mauerwerk sollen über alle

Stockwerke des Gebäudes geführt werden.

7. Ausbildung von nichttragenden Wänden

Bewegungen des Tragwerks müssen von nichttragenden

Wänden ohne Aufnahme von Kräften erfolgen können.

Sonst besteht die Gefahr, dass nichttragende Wände

während eines Erdbebens stark beschädigt werden. Dafür

können z.B. zwischen tragenden und nichttragenden

Wänden Fugen angeordnet werden.

Damit eine nichttragende Wand im Erdbeben nicht

umkippt, muss sie konstruktiv gehalten werden.

Solche Anschlüsse müssen oft auch schall- und

wärmetechnischen Anforderungen genügen.

Halten von nichttragenden Wänden durch Querwände im

Verbund

Fuge je nach Durch-biegung der Decke

Schalldämmung

Anker

Entwurfs- und Projektierungshinweise

6. Murs à tous les étagesDes murs antisismiques en maçonnerie doivent être installés à tous les étages du bâtiment�

Maintien des murs non porteurs via

des murs transversaux en composite

Joint en fonction de la déviation du plafond

insonorisation

ancre

7. Formation de murs non porteursLes mouvements de la structure doivent être non porteursLes murs peuvent être mis en place sans forces absor-bantes� Sinon, les murs non porteurs risquent d'être gra-vement endommagés lors d'un séisme� Pour ce faire, des joints sont par ex� disposés entre des murs porteurs et des murs non porteurs�

Pour qu'un mur non porteur ne se renverse pas en cas de séisme, il doit être conservé avec une structure constructive�De telles connexions doivent souvent répondre à des exi-gences sonores et thermiques�

Maintien des murs non porteurs via

des murs transversaux en composite

Joint en fonction de la déviation du plafond

insonorisation

ancre

Construire avec des murs antisismiques à tous les étages.

Représentation de la formation d'un mur non porteur.

Représentation du comportement des murs non porteurs via des murs transversaux en composite.

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10 Instructions de conception et de configuration

8. Remplissage de structures en acier et en béton arméLes structures sont destinées aux systèmes de support souples à déplacements horizontaux, qui sont à l’origine en cas de séisme à des déformations relativement impor-tantes� La structure ne doit pas être endommagée à la suite de tels mouvements de la maçonnerie� Ces défor- mations peuvent être contrées de deux manières :Une approche consiste à former les murs en expansion afin qu'ils puissent participer aux mouvements sans absor-ber de forces� Les murs de maçonnerie sont murés après le bétonnage des plafonds�Dans ce cas précis, ils ne supportent aucune charge ver-ticale et ne peuvent donc enregistrer que des efforts mar-ginaux et horizontaux� Pour permettre à la structure de se déplacer, les joints entre le système de cadre et la maçon-nerie en expansion ont besoin de joints� En l'absence de tels joints, il est possible que, lors du séisme, les colonnes en acier ou en béton armé soient détruites par les murs de maçonnerie bombés� De tels murs doivent être tenus debout et latéralement (voir aussi le point 7)�

Une autre façon de résoudre le problème consiste à former les murs de maçonnerie� Contrairement à une structure remplie, les murs de maçonnerie sont conçus pour absor- ber les forces� Par conséquent, les murs de maçonnerie doivent éliminer une certaine quantité de charges verti-cales� Cela signifie qu'avec les cadres en béton armé, les dalles de béton sont bétonnées une fois les murs murés� Cela garantit que les murs de maçonnerie absorbent les charges verticales et que leur résistance au cisaillement est ainsi accrue� Un système dans lequel les éléments en béton armé verticaux sont tirés vers le haut après la ma-çonnerie et le bétonnage des plafonds serait encore plus efficace�

Vue avec joint entre système de cadre et maçonnerie en cours de déploiement.

Vue détaillée Fixation

1

1

4

4

3

3

2

2

1 Colonne de béton renforcée 2 Mur de maçonnerie3 Ancre de mur4 Tapis isolant

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11Instructions de conception et de configuration

9. Centrer les murs antisismiques par des charges verticalesLes murs antisismiques devraient idéalement être soumis à des contraintes centrales dues à des charges verticales� Cela augmente leur résistance au cisaillement par rapport à une charge excentrique� Il faut distinguer entre l'excentricité dans le sens longitudi-nal et transversal d'un mur� Il faut faire la différence entre l'excentricité dans le sens longitudinal et transversal d'un mur�

Excentricité dans le sens longitudinal du murPour le mur qui est montré dans l'image suivante, la charge verticale N n'attaque pas le milieu du mur� Ceci est la con- séquence de la géométrie de la surface d'entrée de charge de ce mur� En raison de l'attaque excentrée de la charge verticale N, l'image ci-dessous montre que la résistance au cisaillement du mur n'est pas la même dans les deux sens�

Excentricité dans le sens transversal du murLes murs, qui sont forcés par les torsions du plafond, ont, du fait de la charge verticale excentrée qui attaque N, une résistance au cisaillement inférieure à celle des murs à charge centrale� Ce problème peut être compensé par un biais du plafond, ce qui réduit considérablement la défor-mation du plafond�

Point d'application de la charge verticale N

Mise au point de la zone de chargement

V = résistance au cisaillementN = charge verticaleR = résultant

Charge verticale N

Point d'application de la charge verticale N

Mise au point de la zone de chargement

V = résistance au cisaillementN = charge verticaleR = résultant

Charge verticale N

Plan avec représentation de l’excentricité Dans le sens longitudinal du mur.

Plan avec représentation de l’excentricité dans le sens transversal du mur.

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12 Développement d'un plan

Développement d'un plan

Ce chapitre utilise un exemple pour illustrer les implica-tions de l’application des principes décrits ci-dessus� Nous commençons avec n'importe quel plan�

Plan non compatible avec les tremblements de terre

Notes de conception ignorées :n il manque deux longs murs dans les deux sensde l'immeublen la disposition des murs n'est pas symétrique sur le plann Les murs antisismiques sont soumis à des contraintes excentriques par des charges verticales

Dans le sens longitudinal du bâtiment, il n'y a qu'un seul mur long� sont très éloignés� Cela a pour conséquence que le bâtiment est soumis à de lourdes charges lors d'un séisme en raison des vibrations de torsion�

Pour donner aux bâtiments une rigidité en torsion suffi-sante, il faut de longs murs, qui sont aussi éloignés que possible du centre de cisaillement D� Les murs situés à côté des escaliers sont également chargés de manière excentrée dans le sens longitudinal et transversal du mur par les charges verticales� Leur résistance au cisaillement est ainsi réduite� (Comparez avec les images du point 9)�

Plan amélioréCe bâtiment présente un bien meilleur comportement sismique� La disposition des murs ne correspond toutefoistoujours pas aux indices d’une conception antisismique�

Remarques :Il y a deux longs murs dans les deux sens du bâtiment� Les murs ne sont pas disposés de manière symétrique sur le plan� Le centre de gravité S et le centre de cisaillement D sont donc divergents� En conséquence, le bâtiment est fortement sollicité par les vibrations de torsion lors d'un séisme� Une amélioration supplémentaire de la sécurité sismique peut être obtenue si le noyau de la zone de l'escalier est en béton armé� Pour le dimensionnement des murs en béton, le coefficient de déformation q = 1,5 de la maçonnerie est généralement utilisé�

D

S

D

S

non résistant

aux séismes

Plan amélioré

D

S

D

S

non résistant

aux séismes

Plan amélioré

Représentation d'un bâtiment protégé contre les tremblements de terre.

Représentation d'un plan amélioré.

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Point d'attaque de N

Mise au point de la zone de chargement

V = résistance au cisaillementN = charge verticaleR = résultant

résistant aux séismesS = D

Développement d'un plan

Notes de conception respectées :n Plusieurs murs longs dans chaque sens n Disposition symétrique des murs sur le plan, Le centre de gravité S et le centre de cisaillement D coïncident�n Suffisamment de charges verticales sur les disques sismiques bien que l'ouverture de l'escalier soit disposée entre deux mursn Les murs antisismiques sont soumis à des contraintes centrales dues à des charges verticales dans le sens longitudinal du mur�

Ce paragraphe décrit un choc sismique parallèle aux murs plus courts : Les excentricités des charges verticales dans la direction longitudinale du mur sont partiellement com-pensées� Selon la direction du séisme, les murs extérieurs et les murs adjacents aux escaliers ont une plus grande résistance au cisaillement�

Plan compatible avec les tremblements de terreLa disposition des murs de ce bâtiment peut être con- sidérée comme antisismique�

Point d'attaque de N

Mise au point de la zone de chargement

V = résistance au cisaillementN = charge verticaleR = résultant

résistant aux séismesS = D

Observation d’un choc sismique en parallèle sur des murs plus courts.

Représentation d'un plan résistant aux tremblements de terre.

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14 Plan avec un seul long mur dans un sens

Bien que le bâtiment ne comporte qu'un seul mur dans une direction, il peut être considéré comme résistant aux tremblements de terre� Le centre de gravité S et le centre de cisaillement D sont au même endroit� En conséquence, le bâtiment n'est que légèrement sollicité par les vibra-tions de torsion lors d'un séisme�Grâce aux grandes portées des plafonds, qui doivent ce-pendant être précontraints, les murs antisismiques ab-sorbent suffisamment de charges verticales et disposent ainsi grande résistance au cisaillement� Seule une petite partie des charges verticales est éliminée via des supports�

Les murs antisismiques sont sollicitées dans la direction longitudinale centrale par des charges verticales presque centrées, ce qui améliore le comportement sismique� En conséquence, les murs ont la même résistance au cisaille-ment dans les deux sens� (Comparez avec l'image du point 9)� Le plafond est pré-contraint� Par conséquent, la charge excentrique des murs est due aux charges verti-cales dans la direction transversale du mur en raison de la torsion du plafond est faible�

S = D

Représentation d'un bâtiment avec un seul mur long dans un sens.

Plan avec un seul long mur dans un sens

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15Conclusion

Conclusion

Le respect des instructions de conception et de planification présentées dans cette brochure est une condition préalable essentielle à la conception antisismique� Cependant, il ne remplace pas toute preuve mathématique antisismique�Des écarts relativement faibles par rapport aux instructions peuvent modifier de manière significative le comportement sismique des bâtiments en maçonnerie� C’est pourquoi il est impératif les architectes et les planificateurs ainsi que vous-même contactiez l’ingé- nieur lors des premières étapes de la conception� Seule en coopération étroite entre architecte, planificateur et Ingénieur veille à ce que les bâtiments puissent être construits de manière antisismique sans coûts supplémentaires importants�

Sur la page d'accueil, www.pfsursee.ch, un exemple pour trouver un bâtiment avec toutes les preuves sismiques nécessaires� Cet exemple est destiné à aider l'ingénieur à

se familiariser avec la conception parasismique des bâti-ments en maçonnerie� De plus, le site Web contient des références à des méthodes de calcul perfectionnées�

Bibliographie [1] Conception de bâtiments antisismiques Principes pour les ingénieurs, architectes, constructeurs et les autorités� Hugo Bachmann, Office fédéral de l'eau et de la géologie, Bienne 2002

[2] Maçonnerie : Mesure et construction Bruno Zimmerli, Joseph Schwarz, Gregor Schwegler Maison d’édition Birkhäuserverlag Basel 1999

[3] Normes associées SIA 260-266, Zürich 2003

[4] Sécurité sismique des bâtiments Hugo Bachmann Maison d’édition Birkhäuserverlag Basel 1995

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Vers

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