Analyse de la vulnérabilité d`un bâtiment administratif situé dans

6ème Symposium International sur la construction en zones sismiques (SICZS2013), Chlef les 9 et 10 Octobre 2013
Analyse de la vulnérabilité d’un bâtiment administratif situé dans une zone de moyenne
sismicité en Algérie
DJAFER HENNI Imane, DENINE Sidali, KHELIFA KERFAH Ilyas, KASSOUL Amar
Laboratoire de Structures, Géotechnique et Risques (LSGR), Université Hassiba Benbouali de Chlef, Algérie
(rosa @ hotmail.com)
Thème N° 6 : Vulnérabilité, pathologie et réhabilitation des structures et des ponts endommagés.
Résumé :
Cette article vise à d’étudier la vulnérabilité d’une structure ancienne situe dans une zone révisée de faible a moyenne
sismicité (IIa), après le changement du règlement parasismique Algérien. Cette étude est suivie par l’utilisation des
différentes méthodes d’évaluation. L’analyse de la vulnérabilité de notre structure est traitée en premier temps par la
méthode d’observation de la vulnérabilité résultant de séismes où la méthode d’expertise, dans un second lieu, on passé aux
méthodes d’analyses dynamique linéaire et statique non linéaire. À l’issue de ce travail, on a conclu que notre structure a
montré une large vulnérabilité dans la nouvelle zone sismique IIa.
Mots clés : Vulnérabilité, méthode d’expertise, méthode analytique simple, méthode ‘pushover‘, courbe de capacité.
1. INTRODUCTION
Le séisme est le risque naturel majeur le plus meurtrier, tant par ses effets directs que par les phénomènes induits
(mouvements de terrain, tsunamis, etc.) [1]. En outre, ces phénomènes peuvent aussi conduire à des pertes
économiques parfois indépassables par le pays touché. Après le séisme d’El Asnam 1980 plusieurs codes
parasismiques sont apparus. Le premier règlement parasismique Algérien est le RPA81/V1983 [2]. Ce code a
connu différentes améliorations dans ses recommandations durant les dernières années, un nombre important des
catégories de ces zones a été également changé. Depuis le séisme de Boumerdes en 2003, le zonage a été revu
pour tout le territoire national, les nouvelles prescriptions sont décrites dans le code actuel (RPA99/V2003) [3].
Nous pouvons alors constater que la plupart des constructions implantées sur celui-ci sont dimensionnées selon
l’ancienne version du règlement Algérien, d’où la nécessité de mettre en évidence la conformité de ces ouvrages
avec la version actuelle du RPA99/V2003. L’objectif de notre étude concerne l’évaluation de la vulnérabilité
d’un bâtiment dimensionné selon la version de 1983 où RPA81/V1983. Dans ce contexte, une évaluation de la
vulnérabilité d’un bâtiment administratif implanté en 1987 en zone I, dans la wilaya de M’sila selon le règlement
parasismique algérien (RPA81/1983) avant sa modification en 2003, laquelle est devenue zone IIa dans le code
actuel, sera réalisée [4].
2. MÉTHODES D’ÉVALUATION DE LA VULNÉRABILITÉ
2.1 Notions
Le terme «vulnérabilité » est utilisé pour exprimer les différences de réaction des bâtiments aux secousses
sismiques. Par exemple, si deux groupes de bâtiments sont soumis exactement à la même secousse sismique et
que l’un des groupes se comporte mieux que l’autre, alors on dira que les bâtiments qui ont été le moins
endommagés avaient une vulnérabilité plus faible aux tremblements de terre que ceux qui ont été plus
endommagés.
L’évaluation de la vulnérabilité d’un bâtiment ou d’un ensemble de bâtiments nécessite l’estimation des
dommages potentiels aux différents types de structures, et selon différentes intensités sismiques. Afin d’estimer
les dommages probables, il est intéressant d’utiliser des approches empiriques ou des analyses dynamiques
théoriques des structures à l’étude proposées par différentes chercheurs et organismes. Les approches pour
l’évaluation de la vulnérabilité sont multiples et peuvent être classées soit selon leur degré de difficulté en
fonction de temps de calcul (Lang, 2002) comme montre le tableau 1 [5].
L’analyse de la vulnérabilité de notre structure est limitée en premier temps sur la méthode d’observation de la
vulnérabilité résultant de séismes où la méthode d’expertise, dans un second lieu, si elle n’est pas vérifiée on
passe aux méthodes d’analyses détaillées [5].

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Tableau 1. Classification selon le temps et la difficulté de calcul [5].
Investissement
Temps et difficulté de calcul
Application
Ensemble de bâtiments bâtiment unique
Méthodes
Observation de la
vulnérabilité résultant de
séismes
Jugement
Expert
Modèles
analytiques
simples
Attribution de
pointage
Analyses
détaillées
2.1 Méthode d’observation ou d’expertise
La méthode d’observation ou d’expertise a pour objectif d’estimer la capacité de résistance des ouvrages
existants. Cette expertise nous renseigne sur les paramètres suivants [6] :
Historique de l’ouvrage
Type de structure.
Matériaux
Détails de réalisation
Conditions de sol
Dommages subis par l’ouvrage.
2.2 Méthode d’analyse détaillée - Méthode statique non linéaire « Pushover »
L’analyse 'pushover' est une procédure statique non linéaire dans laquelle la structure subit des charges latérales
suivant un certain modèle prédéfini en augmentant l’intensité des charges jusqu’à ce que les modes de ruine
commencent à apparaître dans la structure. La figure 1 montre graphiquement la procédure [7]. Le déplacement
du sommet est représenté en fonction de la force sismique (effort tranchant à la base). Plusieurs niveaux
d’endommagement peuvent être distingués à travers cette représentation graphique.
(a) courbe pushover d’un système à PDDL (b) courbe de capacité
Figure 1. Signification physique de la courbe pushover
L’obtention de la courbe de capacité est composée de deux transformations :
- La force sismique (l’effort tranchant à la base Vb) est transformée en accélération spectrale Sa, et le
déplacement réel au niveau du toit ut est transformé en déplacement spectral Sd(équation (1)):
=∗=
.
( )
∗est la masse effective de la construction, liée à l’amplitude du premier mode de vibration et aux masses mj
des différents niveaux (équation 2), .est l’amplitude du premier mode de vibration au sommet et Г1est le
facteur de participation modale correspondant au premier mode de vibration (équation 2).
∗=(∑..)
∑..
=∑..
∑..
( )
Etat élastique limite
Etat élastique limite
Vb
Ut
Effort tranchant à la base
Déplacement au
sommet
=∗
=
.
Accélération spectrale
Déplacement spectrale

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Nous obtenons, par ces transformations, une courbe de capacité dont les composantes sont le spectre
du déplacement (Sd) en abscisse et le spectre d’accélération (Sa) en ordonnée (figure 2.a). Le point de
croisement entre l'exigence (conversion du spectre de réponse conventionnel du format Sa-Tau format
Sa-Sd,) et la résistance (représentée donc par la courbe de capacité) fournit le point de fonctionnement
et décrit donc l’état d’endommagement de l’édifice (figure 2.b).
(a) spectre élastique Sa-T au format Sa-Sd(b) Détermination du déplacement
Figure 2. Détermination du point de performance.
3. DESCRIPTION DE LA STRUCTURE
L’ouvrage choisi pour l’étude de la vulnérabilité sismique est un bâtiment administratif d’une grande importance
de sept étages [4].. Ce bâtiment est construit en 1987 à M’sila dans une zone de faible sismicité (zone I), selon le
règlement parasismique Algérien de 1983 (RPA81/V1983) [2]. Après les différentes améliorations du règlement
parasismique Algérien, le zonage du site a été changé de faible vers une zone de moyenne sismicité (zone IIa)
selon le RPA99/V2003 [3]. La figure 3 montre les dimensions géométriques de la structure qui se présentent par
une longueur L= 26m, une largeur l= 22,7m et une hauteur totale HT= 24,5m avec une hauteur d’étage het= 3,5m.
Figure 3:Vue en plan du bâtiment.
4. ETUDE DE LA VULNERABILITE SISMIQUE
Sa
T
Sa
Sd
Tc
T
Sa
Sd
Point de performance
Courbe de capacité
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Nous obtenons, par ces transformations, une courbe de capacité dont les composantes sont le spectre
du déplacement (Sd) en abscisse et le spectre d’accélération (Sa) en ordonnée (figure 2.a). Le point de
croisement entre l'exigence (conversion du spectre de réponse conventionnel du format Sa-Tau format
Sa-Sd,) et la résistance (représentée donc par la courbe de capacité) fournit le point de fonctionnement
et décrit donc l’état d’endommagement de l’édifice (figure 2.b).
(a) spectre élastique Sa-T au format Sa-Sd(b) Détermination du déplacement
Figure 2. Détermination du point de performance.
3. DESCRIPTION DE LA STRUCTURE
L’ouvrage choisi pour l’étude de la vulnérabilité sismique est un bâtiment administratif d’une grande importance
de sept étages [4].. Ce bâtiment est construit en 1987 à M’sila dans une zone de faible sismicité (zone I), selon le
règlement parasismique Algérien de 1983 (RPA81/V1983) [2]. Après les différentes améliorations du règlement
parasismique Algérien, le zonage du site a été changé de faible vers une zone de moyenne sismicité (zone IIa)
selon le RPA99/V2003 [3]. La figure 3 montre les dimensions géométriques de la structure qui se présentent par
une longueur L= 26m, une largeur l= 22,7m et une hauteur totale HT= 24,5m avec une hauteur d’étage het= 3,5m.
Figure 3:Vue en plan du bâtiment.
4. ETUDE DE LA VULNERABILITE SISMIQUE
Sa
T
Sa
Sd
Tc
T
Sa
Sd
Point de performance
Courbe de capacité
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Nous obtenons, par ces transformations, une courbe de capacité dont les composantes sont le spectre
du déplacement (Sd) en abscisse et le spectre d’accélération (Sa) en ordonnée (figure 2.a). Le point de
croisement entre l'exigence (conversion du spectre de réponse conventionnel du format Sa-Tau format
Sa-Sd,) et la résistance (représentée donc par la courbe de capacité) fournit le point de fonctionnement
et décrit donc l’état d’endommagement de l’édifice (figure 2.b).
(a) spectre élastique Sa-T au format Sa-Sd(b) Détermination du déplacement
Figure 2. Détermination du point de performance.
3. DESCRIPTION DE LA STRUCTURE
L’ouvrage choisi pour l’étude de la vulnérabilité sismique est un bâtiment administratif d’une grande importance
de sept étages [4].. Ce bâtiment est construit en 1987 à M’sila dans une zone de faible sismicité (zone I), selon le
règlement parasismique Algérien de 1983 (RPA81/V1983) [2]. Après les différentes améliorations du règlement
parasismique Algérien, le zonage du site a été changé de faible vers une zone de moyenne sismicité (zone IIa)
selon le RPA99/V2003 [3]. La figure 3 montre les dimensions géométriques de la structure qui se présentent par
une longueur L= 26m, une largeur l= 22,7m et une hauteur totale HT= 24,5m avec une hauteur d’étage het= 3,5m.
Figure 3:Vue en plan du bâtiment.
4. ETUDE DE LA VULNERABILITE SISMIQUE
Sa
T
Sa
Sd
Tc
T
Sa
Sd
Point de performance
Courbe de capacité

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4.1 Étude de la vulnérabilité par la méthode d’Observation
L’objectif de cette méthode est d’étudier la vulnérabilité de l’ouvrage par un procédé plus simple afin de voir
une vision préliminaire sur le degré de vulnérabilité. D’après le paragraphe 3, l’historique du bâtiment date de
1987, c.à.d. il a été dimensionné par le règlement parasismique Algérien de 1983, donc la vérification de la
fragilité du bâtiment devient nécessaire après l’actualisation du règlement.
Matériaux utilisés
Dans le but d’évaluer les caractéristiques mécaniques actuelles du béton, des essais non destructifs ont été
réalisés. La contrainte de compression du projet est fc28=16MPa, par contre d’après la note de calcul fc28
=20MPa. En conséquence, les armatures utilisées sont de hautes adhérences avec une limite élastique utilisée fe=
400 MPa.
Type de structure
D’après la comparaison réalisée (Dennine et KHelifa Kerfa, 2013) [4] , concernant les recommandations sur les
éléments structuraux entre le RPA81/v83 et RPA99/v2003, il a été noté qu’il n’y a pas une grande différence
entre les deux versions du règlement parasismique Algérien pour les poteaux et les poutres, par ailleurs
l’ancienne version ne donne aucune indication concernant l’exigence d’utilisation des voiles de contreventement
et la hauteur totale en zone I, par contre la version 2003 oblige l’incorporation des voiles de contreventement
pour les bâtiments implantés en zone II, comme il exige que la hauteur totale n’excède pas (04) niveau ou
quatorze (14) mètres, il est noté que notre bâtiment ne vérifie pas ces deux derniers recommandations [3].
Expertise de l’ossature de la structure
-Vérification des poteaux
Selon le RPA99/2003, les dimensions de la section transversale et le ferraillage des poteaux doivent satisfaire
aux conditions exigée en (zone IIa) [3].
(a) Poteaux (35x35) cm² (b) Poteaux (40x40) cm²
Figure 4. Les sections brutes des poteaux.
Tableau 2. Vérification des dimensions et ferraillages des poteaux selon RPA99/v2003.
Type
Poteau
Recommandations
Vérification
Dimension
/
Min(b,
h) ≥ 25 cm
Min (b, h) ≥
1
4<b h< 4
/
40x40
40 > 25
40 > 17.5
0.25 > 1 > 4
vérifiée
35x35
35 > 25
35 > 17.5
0.25 > 1 > 4
vérifiée
ferraillage
/
AExistant(cm²)
min = 0,8% (b x h)
(cm²)
Cadre
(cm²)
ƍh =At/t.b1
(%)
ƍh(RPA)
(%)
/
40x40
4T16+4T14=1
4.20
12.80
8=2.01
0.33
0.3
vérifiée
35x35
8T16=12.32
9.8
8=2.01
0.38
0.3
vérifiée
D’après la figure 4 et les résultats d’expertise illustrés dans le tableau 2, le control des armatures longitudinales
As (cm2) avec les armatures longitudinales minimales min=0,8% (b x h) adoptée dans la zone IIa et les
dimensions minimales des coffrages des poteaux sont convenables avec ceux exigées par le RPA 99/2003.
-Vérification des poutres
D’après les conditions exigées par le RPA99/2003, les poutres doivent respecter les dimensions du coffrage et la
configuration des armatures montrés dans le tableau (2) et la figure (4) [3].

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(a) poutre principale. (b) poutre secondaire et de chainage.
Figure 5. Les sections brutes des poutres.
Tableau 3. Vérification des dimensions et ferraillages des poutres selon RPA99/v2003.
D’après la figure (5) et le tableau (2), Les dimensions minimales de toutes les poutres et le pourcentage des
armatures longitudinales totales respectent largement les conditions exigées par le RPA99/V2003.
D’après l’étude préliminaire de la vulnérabilité sismique de notre ouvrage dans le domaine linéaire par la
méthode d’observation, on remarque que malgré la majorité des paramètres vérifient les conditions du
RPA99/V2003 [3], le nombre d’étage dépasse(04) niveau ou quatorze (14) mètres exigé par le code
RPA99/V2003, ce qui montre la vulnérabilité de notre structure en portique auto-stable.
Par conséquent, on passe à une méthode plus détaillée que l’observation qui vérifie la vulnérabilité des éléments
porteurs dans le domaine non linéaire, pour plus de précision.
4.2 Étude de la vulnérabilité par la méthode dynamique linéaire
Dans cette partie, on détermine les caractéristiques dynamiques existant de notre ouvrage, et en vérifiant en
même temps leur vulnérabilité en utilisant la méthode dynamique linéaire. Ces caractéristiques concernent
d’abord, les périodes propres de vibration et la participation des masses. Enfin, on détermine la force sismique
par la méthode statique équivalente et leur résultante.
4.2.1 Détermination des périodes propres et la participation des masses
En utilisant le logiciel SAP2000/V14.2 [8], on détermine les périodes propres de vibration, la participation des
masses et les modes propres de notre ouvrage, Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau 4.
Tableau 4. Résumé des Période propres et la participation des masses modales.
Mode
Période (sec)
UX
UY
UX %
UY %
1
1.3
1.104E-18
0.79673
1.104E-16
79.673
2
1.2
0.80683
6.72E-18
80.683
79.673
3
1.2
0.00212
7.746E-16
80.895
79.673
4
0.4
4.734E-16
0.12007
80.895
91.68
5
0.4
0.10928
7.538E-16
91.823
91.68
Les 5 premiers modes sont suffisants pour que la participation des masses modales atteigne les 90% (Selon
RPA99/version2003).
Type
Poutre
Recommandations
vérification
Dimen
sion
/
b≥ 20 cm
h≥ 30 cm
h
b≤ 4
/
PP
30 > 20
40 > 30
1.33<4
vérifiée
PS+PC
30 > 20
35 > 30
1.17<4
vérifiée
ferraill
age
/
AExistant(cm²)
(%)
RPA
(%)
Cadre
(cm²)
ƍh =At/t.b1
(%)
ƍh(RPA)
(%)
/
PP
5T12=5.65
0.53
0.5
8=2.01
0.33
0.3
vérifiée
PS+PC
3T12=3.39
0.36
0.5
8=2.01
0.38
0.3
vérifiée