LES SEISMES AU NEPAL. CONSTRUIRE UN BATIMENT. LOUER UNE HABITATION. Kathmandu, mai 2006. Henri Sigayret. E-mail [email protected] Phone : 4.373.982 Le territoire du Népal est exposé aux tremblements de terre. Ce cahier est destiné aux membres d’O.N.G. construisant des édifices et aux résidents cherchant à louer une maison d’habitation. Il expose quelques règles de conception et d’exécution applicables aux constructions parasismiques permettant de construire sans commettre de grosses fautes ou de louer une construction ne présentant pas de trop grands risques d’effondrement. Il ne décrit que les bâtiments de faible hauteur, ceux qui ont deux à trois niveaux. Pour les bâtiments de grande hauteur, bien que ce qui est dit dans ce texte soit applicable, il est indispensable de s’adresser, d’une part à un bureau d’études géotechniques qui définira la nature et les caractéristiques mécaniques du sol d’assise, d’autre part à un bureau d’études spécialisé dans le calcul des structures : bois, métal, maçonneries, béton armé qui effectuera les calculs de dimensionnement des éléments participant à la stabilité. GENERALITES VOCABULAIRE CONCERNANT LES SEISMES. En italique, figurent des mots qui sont expliqués dans le cours du texte. COLLISION. SUBDUCTION ET SURRECTION. Deux plaques tectoniques entrent en collision, la plaque la plus lourde se glisse sous l’autre, ce phénomène est nommé subduction, la plaque la plus légère est soulevée, ce phénomène est nommé surrection. Tous les reliefs du Népal, des collines Mahabharat, Churia, Siwalik… (qui sont situées au droit de la zone de contact entre les plaques indiennes et tibétaines) au Grand Himalaya ont ainsi été créés. Ils sont appelés : reliefs de collision. Dans notre cas c’est la plaque australo-indienne qui s’enfonce sous la plaque euro-asiatique (Tibet). EPICENTRE. Point à la surface de la terre qui est situé au dessus du foyer du séisme. ECHELLE DE MERCALLI ET DE RICHTER. L’échelle de Mercalli est descriptive, elle indique ce qui se produit lors d’un séisme : <<la vaisselle a tinté, des objets ont été renversés…>>. L’échelle de Richter est quantitative, elle classe les séismes en fonction de leur magnitude. On dit par exemple d’un séisme qu’il est de force 5,3 FOYER. Lieu à l’intérieur des terres où se produit la dislocation des roches (voir citations). GEOPHYSICIEN. Physicien du <<géo>>, spécialiste des sciences de la terre, des sols, des mouvements des sols… (théories, recherches…). GEOTECHNICIEN. Spécialiste des applications pratiques se rapportant aux sols. Dans le cas de nouvelles constructions, après ~1~ avoir effectué une campagne de sondages sur le site, il dresse, pour le bureau d’études de la structure, les coupes géologiques et il précise les caractéristiques descriptives et mécaniques du sol d’assise : résistance des couches rencontrées, valeur des tassements de ces couches sous l’effet du poids de la construction, <<angle de talus naturel>> des terrains en pente, voire hydrologie du site… MAGNITUDE. Chiffre indiquant la quantité d’énergie libérée par un séisme, il exprime la << puissance de ce séisme >>. PLAQUE TECTONIQUE. La croûte terrestre visible ou noyée au fond des océans est découpée en plaques dites tectoniques (ou lithosphériques) de grandes dimensions. On distingue ainsi la plaque euro-asiatique, la plaque africaine, la plaque australoindienne … Ces plaques, flottant sur un magma pâteux se déplacent, ce qui explique qu’elles peuvent entrer en collision. SISMOLOGUE (séismologue). Spécialiste des séismes. SISMOGRAPHE (séismographe). Appareil permettant d’enregistrer l’intensité des séismes (magnitude). TREMBLEMENTS DE TERRE ou séismes ou secousses telluriques. WEGENER. Météorologue allemand qui a proposé à un cénacle de spécialistes alors sceptiques la théorie des plaques tectoniques mobiles. QUELQUES CHIFFRES SE RAPPORTANT AUX SEISMES. – Le mardi 7 janvier 1995 à 5h45, un tremblement de terre a secoué la région de Kobé et d’Osaka… La secousse a duré 20 secondes. Plus de 5500 morts et 35000 blessés ont été recensés. 180000 bâtiments ont été détruits ou gravement endommagés. 300000 personnes se sont retrouvées sans toit. – Le séisme de El Asman a entraîné la mort de 28000 personnes. – Le séisme de Yungay libéra une poche d’eau glaciaire qui a été à ~2~ l’origine d’un énorme glissement de terrain qui ensevelit cette ville : 15000 morts. – La durée des mouvements des plaques se chiffre en millions d’années. L’Inde s’est détachée de l’Afrique il y a 70 millions d’années. La collision Inde Tibet a eu lieu il y a environ 50 millions d’années. – Valeur des déplacements des plaques tectoniques : les déplacements se chiffrent en centimètres. Exemple : la plaque australo-indienne se déplace vers l’Asie centrale à la vitesse de 5,4 cm par an, 54 m par siècle ! – Disparition des terres. Supposons que chaque année 3 cm de terres indiennes s’enfoncent sous le Tibet. Supposons que la longueur frontale de l’Himalaya est de 3000 km. La surface des terres << perdues >> est de 90000 m2/an : 9 ha ! L’équivalent de la superficie d’une grande exploitation agricole ! – Calcul d’énergie. Comparer l’énergie dissipée lorsqu’un véhicule de une tonne roulant à 100 km/h percute un mur avec celle dépensée par une tranche de continent pesant un milliard de tonnes avançant de 3 cm par an lorsqu’elle entre en collision avec un autre continent. VOCABULAIRE SE RAPPORTANT AUX CONSTRUCTIONS. BETON, BETON ARME. Un béton est constitué de ciment, de sable, de gravier et d’eau. Le béton ayant une résistance à la traction relativement faible on lui rajoute, à des emplacements parfaitement définis, des barres d’aciers (armatures), soigneusement calculées qui équilibrent ces efforts de traction, on obtient du béton armé. Ces barres d’acier permettent aussi d’assurer entre les éléments de l’ossature d’un édifice des liaisons efficaces, c’est pourquoi le béton armé se prête parfaitement à l’exécution de constructions parasismiques. ~3~ CONTRAINTES. Rapport d’une force (exemple : charges permanentes : poids propre des éléments porteurs plus poids morts des matériaux n’ayant aucune fonction dans la résistance, plus surcharges ou charges d’exploitation : poids des personnes, du mobilier, des équipements, des véhicules, plus les efforts dus au vent, aux séismes…) à la surface de la structure (ossature) qui la supporte. Une contrainte s’écrit : Ce = F / S. Dans le présent document elles sont exprimées en kilo par cm2. Il faut distinguer les contraintes de rupture qui entraînent la destruction de l’élément et les contraintes admissibles qui sont adoptées pour le calcul des éléments. FONDATIONS. Elles sont constituées par des élargissements des éléments verticaux d’une ossature. Exemple comparatif : un montagnard fixe des raquettes ou des skis sous ses pieds pour ne pas enfoncer dans la neige. On nomme longrines des poutres en fondations. FORCES. Dans une construction elles se présentent sous forme de tractions, de compressions (pressions), de cisaillements. MACONNERIES. Ce sont les éléments qui constituent le gros œuvre (il se différencie du second œuvre : menuiseries, plomberie, électricité, peintures…) d’une construction : ossature, murs de façade, murs intérieurs… Parmi ces maçonneries on distingue les murs porteurs et les murs de remplissage (supportés par l’ossature). Les maçonneries sont réalisées en béton, en béton armé, en pierres, en briques, en blocs de béton préfabriqués… Le présent texte concerne surtout le gros œuvre. SOL D’ASSISE. Surface du sol sur laquelle s’appuient les fondations. STRUCTURE. Elle est constituée par les éléments porteurs verticaux et horizontaux en élévation : poteaux, murs porteurs, poutres, chaînages horizontaux et verticaux, planchers… SUPERSTRUCTURE. Ce mot désigne les éléments coiffant l’édifice : charpentes, planchers formant terrasses, mais on ~4~ applique parfois ce mot aux éléments porteurs en élévation. UNITES DE MESURE. Il faudrait normalement adopter pour quantifier les forces et les contraintes les unités du S.I., Système international : mètre, newton, pascal… mais ce texte étant destiné à des non-spécialistes le kilo pour les forces et le kilo par cm2 pour les contraintes, sont utilisés. CITATIONS. Texte du National Seismological Center, department of Mines and Geology. Compte tenu du contexte géologique et démographique de la vallée de Kathmandu ainsi que de l’état de ses infrastructures urbaines, une catastrophe sans précédent est à redouter lorsqu’un séisme encore plus important que celui qui s’est produit en Turquie en août 1997 ( magnitude 7, 2 ) se produira… Le séisme majeur, de magnitude supérieure ou égale à 8, aura lieu à faible profondeur : 20 à 30 km. La secousse durera plusieurs minutes. On s’attend à un séisme engendrant un déplacement de plusieurs mètres, affectant une zone de plusieurs centaines de km2, des montagnes du Nord jusqu’à la plaine du Téraï… Dans les régions comportant des reliefs, le séisme va provoquer de nombreux glissements de terrain et des chutes de pierres instables… Au moins 60 à 70% des édifices et bâtiments de la vallée seront très endommagés ou détruits. L’aéroport international sera hors de service. Les routes d’accès à la vallée seront également hors de service… Les canalisations seront coupées, ainsi que les lignes électriques et téléphoniques ; il n’y aura donc plus d’eau, plus d’électricité, plus de téléphone, pendant plusieurs jours à plusieurs semaines. Des incendies risqueront d’éclater aux quatre coins de la ville… Des épidémies dues aux très mauvaises conditions sanitaires apparaîtront d’autant plus vite en période de mousson… Des pillages et des violences seront forcément à redouter. ~5~ Récit d’un témoin du séisme survenu à Mexico en 1985 qui a tué 35000 personnes. Au cours de ce séisme 412 immeubles se sont effondrés. Je suis comme dans la cabine d’un voilier en pleine mer, par gros temps, avec tangage et roulis… impossible de rester debout sans se cramponner au mur ou au lit. Par la fenêtre de mon hôtel, le spectacle est terrifiant. Les voitures en stationnement avancent, reculent, s’entrechoquent. Les fils électriques se tendent, se distendent, ou ils cassent dans des gerbes d’étincelles… Mais le pire, ce sont ces immeubles de 12 à 14 étages qui nous entourent et se balancent de gauche à droite avec une amplitude de plusieurs mètres. L’hôtel penche à gauche, l’immeuble voisin penche à droite, ils se heurtent… Un gratte-ciel tangue de quatre mètres en avant, puis de quatre mètres en arrière… et s’aplatit comme un mille feuilles. PREVISION DES SEISMES Malgré d’intenses recherches, il est encore impossible de prévoir la date à laquelle un séisme va se produire. On ne peut que se fier au dicton : Dans une région de séisme, plus est ancienne la dernière catastrophe, plus proche est celle qui va survenir. SEISMES ET CONSTRUCTIONS GENERALITES. FORCES ENGENDREES PAR UN SEISME. Un mouvement se produit dans le sol à grande profondeur, il se traduit à la surface de la terre par des déformations entraînant des forces (de toutes ~6~ directions) qui s’appliquent aux constructions. Pour rendre possible les calculs une force F à la surface du sol, de direction quelconque, est décomposée en une force horizontale H et une force verticale V. Voir croquis 16.A. CONCEPTION, CALCULS ET REALISATIONS. Il faut faire la différence entre la conception générale d’un bâtiment : détermination des volumes, des formes, des hauteurs, répartition des masses, position des éléments porteurs, type d’ossature… et les calculs qui permettent de donner à ces éléments porteurs les dimensions nécessaires pour qu’ils résistent aux efforts auxquels ils seront soumis. La conception est déterminée par un concepteur ou maître d’œuvre, un architecte très souvent, les calculs sont effectués par un ingénieur spécialisé, un bureau d’études de structure. On peut ainsi distinguer dans un bâtiment des fautes de conception (choix d’un certain type d’architecture par exemple) et les fautes de calculs (simples erreurs, mauvais choix des charges, des contraintes). On rencontre aussi les fautes de construction, de réalisation, qui sont le fait de l’entrepreneur : matériaux de mauvaise qualité, mauvaise exécution, non respect de certaines prescriptions techniques, dimensions plus faibles que celles indiquées dans les documents écrits ou les plans… ORGANISMES SPECIALISES. TEXTES LEGISLATIFS. Le département des mines et de géologie du Népal possède un Centre de séismologie qui possède 21 centres de détection des ~7~ séismes. Le Laboratoire de Géophysique du C.N.R.S. français participe aux recherches. De nombreux pays industrialisés ont établis des textes (nommés Règles) qui sont destinés à diriger la conception et le calcul des constructions parasismiques. Les U.S.A., le Japon, la France… possèdent des textes très élaborés. En France on peut distinguer les Règles de construction parasismiques dites Règles PS 92 – NF P 06-013 qui s’appliquent à toutes les constructions et les Règles de Construction parasismiques des maisons individuelles et des bâtiments assimilés nommées. Règles PS-MI 89 modifiées 92 - NF P 06-014. Ces dernières règles sont adaptées à de nombreuses constructions du Népal qui sont en général de faible hauteur. Signalons que la stricte application des règles ne garantit pas l’absence de désordres : fissuration, déformations … L’objectif principal de ces règles, d’après NF P 06014 : Il est évident que le Népal aura un jour ses propres règles parasismiques mais actuellement il n’existe dans ce pays aucun ~8~ texte permettant de calculer une structure aux efforts des séismes. Les prescriptions contenues dans ce document s’inspirant des Règles NF P 06-014 peuvent permettre d’éviter les erreurs fondamentales qu’on remarque lors de la conception et la réalisation d’une construction. est la sauvegarde du plus grand nombre possible de vies humaines… En cas de secousse plus modérée ( que celle servant de base aux calculs ), les dispositions… doivent aussi permettre de limiter les pertes économiques. Mais… l’application des règles ne permet pas de couvrir tous les cas. L’application des textes parasismiques ne met pas à l’abri de tout désordre : on admet donc des éventualités de déformations du bâtiment pouvant se traduire par des dégâts mineurs tels que des fissurations dans les maçonneries, en particulier dans les cloisons, et des bris de matériaux comme les revêtements et les vitrages… RISQUES EXTERIEURS A LA CONSTRUCTION. Une construction, même parfaitement calculée, peut être, lors d’un séisme, détruite par des causes extérieures. – Par l’effondrement d’un bâtiment situé au-dessus d’elle. Croquis 1. – Par la chute de blocs instables qui sont en haut d’un talus dominant cette construction ou par le glissement des terres de ce talus. Croquis 2. ~9~ La norme NF P 06-014, indique : L’application du présent document ne protège pas un bâtiment qui serait implanté sans tenir compte de la topographie du site et des risques induits par une secousse sismique. LES FONDATIONS. Les fondations transmettent au sol les efforts de la structure. Elles sont en général réalisées par des élargissements des éléments porteurs. On peut distinguer les fondations superficielles, bâties près de la surface (ex : 2 m.) et les fondations profondes qui s’appuient sur des couches de terrain de haute résistance situées à grande profondeur (ex : 10 m.). Dans les fondations superficielles on distingue les semelles qui sont de simples élargissements des éléments porteurs. Croquis 3, et les radiers qui sont constitués de plaques de béton armé dont la surface est au moins égale à celle de la construction. Croquis 4. Dans les fondations profondes on distingue les puits et les pieux qui permettent d’atteindre les couches de bon sol à grande profondeur, les couches de surface étant de faible portance. Les puits sont constitués de massifs en maçonnerie : de pierres, ~ 10 ~ de béton, leur profondeur dépasse rarement 3,00 mètres. Croquis 5. Les pieux sont des colonnes de béton armé qui atteignent de grandes hauteurs : plus de 10,00 mètres parfois. Croquis 6. Si, au Népal, les semelles et les puits sont d’une utilisation courante, la réalisation de pieux est exceptionnelle. L’auteur ne connaît qu’un seul exemple de bâtiment fondé sur pieux, c’est celui de l’Ambassade des U.S.A située à Maharajganj. LE SOL D’ASSISE. SONDAGES. On distingue les sols dits de bonne qualité qui acceptent des contraintes élevées: rocher, graviers, sables… et les sols dits de mauvaise qualité qui n’acceptent que des contraintes admissibles modérées: argiles plus ou moins imbibées d’eau, vase, tourbe… Les contraintes des bons sols varient de plus de 20 kilos par cm2 pour les rochers à quelques kilos par centimètres carrés pour les graviers et les sables. Les contraintes des mauvais sols sont proches ou inférieures à 1 kilo par cm2. On rencontre des sols (en général argileux plus ou moins saturés d’eau) qui n’acceptent que des contraintes voisines de 0,500 kilo par cm2. Ces sols sont très dangereux en cas de séisme. Des fondations sur des sols vaseux ou tourbeux sont toujours déconseillées. La résistance admissible est liée à celle de tassement, des bâtiments construits sur des sols plastiques, s’enfoncent dans le sol, ils tassent parfois de plusieurs centimètres. Des tassements de plus de 20 centimètres ne sont pas ~ 11 ~ rares. Au sujet des sols d’assise la norme NF P 06-014 indique : Sont exclues du domaine d’application du présent document les constructions fondées sur des sols mal consolidés et/ou de portance ultime inférieures à 250kN/m2. (0,250 k/cm2). A défaut de connaissance de la résistance à la compression du sol, sont exclues (des prescriptions de ce document) les constructions fondées sur des sols tels que vases, tourbes, sables fins… gorgés d’eau, alluvions non compactées. Tous les types de sol se rencontrent au Népal, pays de montagne. Dans les collines alternent des masses rocheuses, des strates de terrains graveleux, des argiles compactes, mais aussi des lentilles de matériaux compressibles : argile bleue, grise… et même de la tourbe, matériau extrêmement compressible donc dangereux. A Pokhara, se rencontrent de vastes étendues de sols graveleux <<surconsolidés>> (par le poids des terres ou des glaciers qu’ils ont supporté). Ces sols, proche des conglomérats, acceptent sans déformation des contraintes supérieures à 10 kilos par cm2. Kathmandu, comme Grenoble, Annecy… sont des villes bâties dans des cuvettes entourées de collines. A ce relief correspond un type de sol très hétérogène : les states graveleuses voisinent avec les lentilles d’argiles, de tourbe… Les problèmes de fondations y sont nombreux. Un bâtiment à cheval sur un sol de bonne qualité et un sol de mauvaise qualité va tasser inégalement, on parle de tassement différentiel. Toute construction doit être précédée d’une campagne de sondages, réalisée par un géotechnicien, qui permet de connaître la nature et la résistance des couches sur lesquelles la construction s’appuiera. Il faut toujours réaliser, sous une construction, plusieurs sondages pour savoir si le sol est homogène. Le croquis 7. indique les conséquences d’une habitation bâtie sur un sol hétérogène : ~ 12 ~ poches d’argiles compressibles 1 et 2 noyées au milieu d’un sol graveleux. Le croquis 8, montre un immeuble ayant subi un tassement différentiel. Une telle construction a été bâtie par moitié sur un sol graveleux et sur un sol argileux. On trouve dans différents pays de nombreux exemples de Tour de Pise. PHENOMENE DE LIQUEFACTION. Lorsque les poids lourds circulent sur une chaussée, la mise en compression alternée des couches humides du sol entraîne une remontée des éléments fins de ce sol (que les géotechniciens appellent les fines du sol.). Il y a désorganisation de la structure interne de ce sol. Lorsqu’une ménagère veut parfaitement remplir un pot de sel, elle l’agite ou elle le frappe avec une cuillère, ce faisant elle tasse le sel à l’intérieur du bocal. Lorsqu’un ouvrier veut augmenter la compacité d’un béton, il l’agite, après sa mise en place, avec une aiguille vibrante nommée pervibrateur. Un séisme a sur les sols le même effet que ceux produits par les camions, la ménagère ou l’ouvrier, il modifie la structure interne du sol. En particulier il liquéfie les sols plastiques saturés d’eau (eau et fines du sol remontent à la surface). La plastification qui en résulte entraîne de telles déformations du sol que l’édifice peut être détruit. Les techniciens de structure et les géotechniciens citent souvent l’exemple d’un bâtiment japonais parfaitement parasismique qui, au cours d’un séisme, s’est incliné de 30 degrés sans autre dommage. Dans le même ordre d’idées un séisme peut diminuer ce que les géotechniciens nomment l’angle de talus d’un terrain (c’est-à-dire la pente de stabilisation d’un versant) et faire glisser une pente jusque là stable, voir croquis 2. ~ 13 ~ REGLES CONSTRUCTIVES APPLICABLES A DIFFERENTS TYPES DE FONDATIONS SEMELLES. On distingue les semelles continues (on dit filantes) et les semelles ponctuelles (on dit isolées). Il faut renforcer les semelles continues par des chaînages et lier les semelles ponctuelles par des longrines. Chaînages et longrines sont des poutres en béton armé. Croquis 9. Voici ce qu’indique la norme P.06-014 : Dans le cas de semelles…, celles-ci doivent former un réseau maillé et continu. Un chaînage doit être prévu au niveau des fondations, chaînage comportant au moins deux lits de deux armatures longitudinales en acier Haute adhérence de nuance Fe E 500 et de diamètre d’au moins… 12 mm… L’espacement de deux armatures ne doit pas dépasser 20 cm. Des cadres transversaux doivent être disposés à un espacement au plus égal à la hauteur du chaînage sans excéder 25 cm. Les semelles et les longrines doivent être reliées avec l’ossature de la structure : Des liaisons doivent être réalisées entre les éléments de fondation et la structure. Les armatures des chaînages verticaux et des poteaux en béton armé doivent être descendues jusqu’en face inférieure des fondations et ancrées totalement au-dessous de l’axe de chaînage horizontal le plus bas. ~ 14 ~ SEMELLES SUR SOL EN PENTE. La norme NF P06-014 indique: Les constructions prévues sur un terrain en pente dont la pente naturelle ultime excède 10 % doivent faire l’objet d’une étude particulière. En zone non sismique le dénivelé entre fondations sur sol en pente doit respecter le rapport 2/3, croquis 10 et 11. Il faut donc être encore plus prudent en adoptant un rapport plus faible. RADIER. Les principes de calcul de tels ouvrages sont connus de tous les bureaux d’études de béton armé, mais il faut insister sur la précision du dimensionnement des dépassées (surfaces du béton hors murs) : le centre de gravité des charges doit correspondre au centre de gravité du radier sous peine de voir se produire un tassement différentiel. Cet équilibre est souvent obtenu en créant des débords du radier inégaux. RADIER-DALLAGES. On nomme ainsi des dallages en béton armé calculés pour supporter un bâtiment de poids faible : un ou deux niveaux maximum. Ce type d’ouvrage est intéressant car il est monolithe, il est, de plus, souvent économique. PUIT. Les dimensions en plan sont calculées en fonction de la charge et de la résistance du sol. Leur profondeur correspond au niveau du bon sol d’assise. Les puits doivent être liés entre eux par un réseau de longrines. Un dallage épais, soigneusement armé peut remplacer ces longrines. ~ 15 ~ PIEUX. Seul exemple de fondations dont les dimensions sont plus faibles que celles des ouvrages de structure. Il est vrai que les couches profondes sur lesquelles vont s’appuyer les pieux sont très résistantes : plus de 30 kilos par cm2. Comme les puits, les pieux doivent être armés puis être reliés en tête par un réseau de longrines en béton armé. Sur le croquis 12, on distingue un pieu P, un massif béton armé A qui sert d’assise à la maçonnerie de la superstructure, M, une longrine de liaison L. S = couche compressible. G = bon sol. Le croquis 13 figure un sinistre survenu à un bâtiment japonais A de plus de 10 étages fondé sur pieux. Ces pieux 1 étaient bien dimensionnés et ils s’appuyaient sur une couche de sol B de bonne qualité mais ils étaient insuffisamment armés, lors d’un séisme, sous l’effet des forces horizontales F, les pieux 2 ont été sectionnés et le bâtiment s’est déplacé horizontalement de plusieurs centimètres. FOURREAUX. Toutes les canalisations et les câbles électriques enterrés traversant les ouvrages doivent être placés dans des fourreaux évitant leur rupture lors d’un séisme. Le croquis 14 indique une canalisation C et son fourreau P. Il est conseillé d’envelopper la zone de pénétration d’un matériau résilient M: bourrelet d’argile… ~ 16 ~ LA SUPERSTRUCTURE. REGLES CONSTRUCTIVES. NOTA. Ce sont rarement les séismes qui causent directement des accidents aux personnes mais les constructions. Paradoxe : ce qui est fait pour protéger les hommes peut parfois les tuer. Croquis 15. Où se réfugier ! FORCES HORIZONTALES. Comme nous l’avons écrit, les techniciens en structure admettent que les efforts F transmis par un séisme à la surface du sol peuvent se décomposer en une force horizontale H et une force verticale V, croquis 16 A. Ces techniciens effectuant les calculs de dimensionnement de la structure admettent aussi que les forces verticales s’appliquent aux poteaux et aux murs et que les forces horizontales s’appliquent la aux nœuds de construction qui sont les surfaces à l’intersection des ossatures verticales : murs M ou poteaux P, et horizontales : poutres, planchers P, croquis 16.B ; 16.C ; 16.D. Les forces verticales sont souvent bien acceptées par une ossature, ce sont les forces horizontales qui causent le plus de dégâts aux édifices. Les efforts engendrés par un séisme peuvent être calculés d’après ~ 17 ~ les prescriptions d’un des textes législatifs qui existent dans certains pays. Rappelons que pour les bâtiments de grande hauteur, ils sont très complexes et, en conséquence, ne peuvent être réalisés que grâce à l’utilisation de machines électroniques utilisant des programmes précis. Ce sont toujours les habitants des pays pauvres qui payent le plus lourd tribut aux séismes car l’ossature de leurs maisons présente de faibles résistances mécaniques. De plus ces maçonneries ne sont pas monolithes et elles n’ont qu’une faible stabilité dans le sens transversal. Ainsi les murs en briques, en blocs de béton préfabriqués, en pierres sont souvent maçonnés avec un mortier d’argile ou un mortier de ciment peu dosé. Aucune liaison sérieuse n’existe entre les planchers et les murs et il n’existe aucun chaînage rigidifiant la construction. CHAINAGES. On nomme chaînages des éléments qui assurent la liaison entre les différents composant d’une ossature. Que seraient les tonneaux si les douves n’étaient pas chaînées par des cerces métalliques ? Croquis 17. Dans les montagnes, dans les régions non desservies par des routes ( 80% au Népal, ne l’oublions pas), lorsque des chaînages en béton armé ne peuvent pas être réalisés, il est parfois possible de chaîner un bâtiment en pierres, en blocs de béton, en briques en utilisant des bois : solives, madriers, voire de simples planches, ces éléments étant bloqués aux extrémités par des assemblages tel que celui qui figure sur le croquis 18. Chaque fois que cela est possible, des chaînages en ~ 18 ~ béton armé sontà créer. On distingue les chaînages horizontaux et les chaînages verticaux. Sur les croquis 19. figurent différents types de chaînages. Le croquis 19. A. indique un chaînage en béton rmé horizontal (ou vertical) classique. Il est composé de quatre armatures longitudinales (filantes) et de cadres de liaison. Le croquis 19.B. indique un chaînage horizontal composé de deux aciers longitudinaux et d’aciers de liaison nommés épingles. Le croquis 19.C. indique un chaînage composé d’une seule barre, ce type de chaînage est placé dans les joints entre blocs de béton ou de briques. Le croquis 20. indique un chaînage vertical composé de deux aciers placés dans le vide d’un bloc de béton préfabriqué. Les épingles de liaison ne sont pas visibles. Le croquis 21. montre la position des chaînages horizontaux dans une construction. Ces chaînages se placent à l’intersection des planchers et des murs. Le croquis 22. indique la position de chaînages verticaux dans les murs. Ils sont à placer à chaque intersection et à l’extrémité de murs libres. ~ 19 ~ Sur le croquis 23. figure l’ensemble des chaînages horizontaux et verticaux à placer dans un mur. C1 indique les chaînages au droit des planchers, C2 indique les chaînages intermédiaires placés de part et d’autre des ouvertures. Tous ces chaînages doivent être reliés entre eux par des aciers de liaison nommés aciers de couture. La norme P 06-014 indique la position des chaînages : – Horizontaux : – au niveau bas. – au niveau de chaque plancher. – au niveau du contreventement du haut des murs en l’absence de plancher sous comble. – Verticaux, au moins : – en bordure des panneaux de contreventement. – à tous les angles saillants ou rentrants de la construction. – aux jonctions de murs. – aux encadrements d’ouvertures de hauteur supérieure ou égale à 1,80 m. Les espacements des armatures transversales doivent être espacées au maximum de 25 cm… La continuité et le recouvrement des armatures des divers chaînages concourants en un même nœud doivent être assurées dans les trois directions. Un chaînage doit être réalisé en partie haute des murs des combles. Et les sections d’armatures minimales les composant : Les armatures doivent être composées d’au moins quatre barres en acier à haute adhérence de nuance Fe E 500 de diamètre 12 mm ( recouvrement 50 cm) … Chaînages autour des ouvertures : Deux armatures en acier de nuance Fe E 500 et de diamètre… 12 mm. ~ 20 ~ Les croquis 24. et 25. montrent la manière de couler les chaînages verticaux, l’ordre d’exécution des travaux est le suivant : – 1.- Montage des maçonneries. – 2.- Exécution du béton des chaînages. Cette façon de procéder est exceptionnelle à Kathmandu. Dans cette ville, les entreprises montent d’abord les poteaux puis viennent plaquer les maçonneries de remplissage entre ces poteaux. Il n’y a donc aucune liaison entre ces éléments. En cas de séisme, croquis 26. le mur non stabilisé par l’ossature se renversera. CONTREVENTEMENTS. Observons le croquis 27., on remarque deux personnes qui subissent une poussée horizontale. La première n’a rien pour s’appuyer, à l’évidence, si la poussée est forte, elle tombe. La deuxième s’appuie sur une canne (ou un mur), sa stabilité est sérieusement améliorée. Il en est de même pour les constructions: les efforts horizontaux seront d’autant mieux supportés qu’ils seront repris par des éléments raides non déformables. Ces éléments sont nommés contreventement. Evidemment, ils reportent sur le sol les efforts horizontaux par l’intermédiaire des fondations. ~ 21 ~ La norme P 06-14 indique : Le résistance aux forces sismiques horizontales doit être assurée par les façades et les pignons, qui doivent constituer les éléments verticaux de contreventement, ou pans de contreventements, auxquels peuvent venir s’ajouter les refends. Ces pans de contreventement doivent être répartis sur le pourtour des planchers de telle façon que, sur chaque façade, les longueurs cumulées des pans de contreventements soient proportionnés (à 20% près) aux longueurs des façades augmentées de deux fois celles, perpendiculaires à la façade, des décrochements… Les pans de contreventement doivent être superposés sur toute la hauteur du bâtiment. Autres contreventements : Sur le croquis 28.a. figure un bâtiment dans lequel les efforts 1 induits par un séisme sont transmis à un mur transversal très raide (de très grande inertie pour les techniciens en structures) qui augmente la stabilité. Par contre dans le sens 2, aucun élément ne s’oppose à ces efforts horizontaux, la structure risque d’être endommagée. Sur le croquis 28. b. figure un bâtiment comportant, en son centre, des murs en forme de rectangle. Dans le sens 1, les murs ayant une grande inertie, les efforts seront supportés sans dommage, ce qui est moins sûr dans le sens 2, les murs n’ayant pas une grande inertie. Dans ce croquis les murs stabilisateurs peuvent être constitués par les murs d’une importante cage d’escalier. On admet que les efforts horizontaux sont transmis aux contreventements par les planchers fonctionnant en poutres (on les nomme diaphragmes). Même les planchers en bois peuvent assurer cette transmission, voici ce qu’indique la norme NF P 06-014 : ~ 22 ~ Dans un bâtiment, les planchers en bois des combles doivent assurer un rôle de diaphragme. Pour cela, leurs dispositions constructives et les fixations des éléments doivent assurer la rigidité en plan. Le bâtiment qui figure sur le croquis 29. est bien contreventé par les murs de façades et le mur de refend central. De même le bâtiment du croquis 30. Dans ce genre de bâtiment les planchers augmentent la stabilité croquis 31 : il est plus difficile d’écraser une boite qu’un solide formé par quatre feuilles. Sur le croquis 32. figure un bâtiment dans lequel les contreventements sont placés aux angles de l’ouvrage. Ces contreventements en forme de V reprennent les efforts horizontaux dans les deux directions H1 et H2. NOTA IMPORTANT. Il est possible de réaliser des ossatures stables sans contreventement, mais il faut pour cela utiliser une ossature en béton armé ou en métal. A Kathmandu, les constructions nouvelles sont ainsi composées de files de poteaux en béton armé entre lesquels sont construits après coup les murs de remplissage ( murs de contreventement malgré eux !). Ces murs n’ayant aucune liaison avec le béton armé des poteaux on doit se demander quelle ~ 23 ~ sera l’efficacité de cette solution. Voir croquis 26. Il serait sans doute plus judicieux de créer en premier des maçonneries bien conçues parfaitement reliées par des chaînages dans toutes les directions : croquis 24 et 25. NOTA : dans une construction, les chaînages assurent son monolithisme, les contreventements transmettent au sol d’assise les efforts horizontaux et les stabilisent. FAUTES DE CONCEPTION. La norme P 06-014 indique : Le présent document vise les bâtiments en plan dont le contour extérieur présente une forme rectangulaire ou s’écartant peu du rectangle. Indiquons quelques fautes commises. Croquis 33. Une charge très importante s’appuie sur une poutre, un plancher. Le séisme augmentera l’intensité de cette charge qui pourra entraîner la rupture de l’élément porteur. Croquis 34. Dissymétries dans les éléments de contreventement. Dans la construction figurée en 34.D., une façade est constituée par deux simples poteaux P, alors que la façade qui lui est opposée est composée par un mur continu AB. L’élément raide étant le mur, la plus grande partie des efforts F1 sera dirigée vers lui, les poteaux ne reprenant qu’une faible part F, ce qui va entraîner un pivotement de l’ensemble, 34.E. Remarquer que dans le sens Fa aucun élément ne s’oppose aux efforts horizontaux. ~ 24 ~ Croquis 35. Refuser les masses importantes en partie haute des constructions. Dalles en béton armé supportées par des murs en maçonneries fragiles, bâtiment ou partie de bâtiment de plusieurs étages supportés par de simples poteaux… Croquis 36 et 37. Tout type de porte à faux, consoles, bowwindows, balcons importants … est à proscrire. Les bacons sont des pièces très simples à calculer (systèmes isostatiques) mais ce sont des ouvrages qui présentent plusieurs défauts : leur mise en oscillations augmentent leur poids, elles nécessitent des charges d’équilibre dans le corps du bâtiment. Bien rares sont les constructions népalaises qui ne comportent aucun porte à faux ! Croquis 38 et 39. Il faut strictement prohiber toute dissymétrie en élévation comme en plan. Il faut absolument éviter les masses différentes d’une partie à l’autre de la construction. Sur ces croquis sont figurées différents types de villas très nombreuses dans les quartiers résidentiels de Kathmandu ou dans sa proche banlieue. Les Népalais ~ 25 ~ adorent les bâtiments complexes, les architectures tarabiscotées ! NOTA. Remarquer, à Kathmandu, l’architecture de la nouvelle Ambassade des U.S.A. qui a été étudiée par des spécialistes. On remarque qu’elle est d’une grande simplicité : les masses sont égales, il n’y a pas de porte à faux, les murs sont continus, sans décrochements… Ce qui est dit ci-dessus s’applique aux structures intérieures, toute mezzanine, tout porte à faux… est à proscrire.Croquis 40. JOINTS STRUCTURAUX. La norme P 06-014 indique : Les constructions ayant des décrochements extérieurs en élévation doivent soit être scindés par des joints de fractionnement en blocs élémentaires sans décrochements, soit, dans le cas de la maçonnerie, recevoir des chaînages verticaux renforcés. Observons le croquis 41. on remarque deux bâtiments accolés de hauteurs différentes. Supposons qu’un séisme se produise, chacun des bâtiments, soumis à des efforts horizontaux (voir récit page 4), va se déformer (déplacements D et d) , le bâtiment haut plus que le bâtiment bas. Le bâtiment haut va donc frapper (ou s’appuyer) sur le bâtiment bas et ce choc (ou cette poussée) peut entraîner leur dislocation. On a vu à Agadir, où a eu lieu un séisme très important, des bâtiments contigus s’écrouler comme des châteaux de cartes parce qu’ils avaient été projetés l’un contre l’autre. ~ 26 ~ Il faut donc séparer les structures par des vides <<e>> nommés joints, croquis 42. Signalons que des joints de dilatation-retrait coupent les bâtiments, ils sont de 2 cm. La distance de déplacement d’un immeuble se calcule, mais les calculs sont complexes. Il faut retenir que pour les constructions de faible hauteur ces joints doivent (norme P 06-014) être supérieurs à 4 cm. La norme NF P 06014 précise : Les joints de fractionnement doivent être vides de tout matériau. Leur largeur minimale est de 4 cm. Au Népal, combien de maisons mitoyennes sont séparées par de tels joints ? Le croquis 43. indique un joint en forme de baïonnette, ce type de joints est déconseillé. Le croquis 44. montre comment concevoir des bâtiments de masse différente : il faut absolument séparer chaque bloc par des joints. 4 cm étant un minimum. AUTRES FAUTES A EVITER. Croquis 45. Placer des éléments mobiles près du vide : Pots de fleurs par exemple (les Népalais adorent les aligner au bord d’un balcon !). ~ 27 ~ Croquis 46. Les réservoirs d’eau simplement posés en élévation sur la terrasse d’immeubles sur de simples poteaux en briques sont dangereux. Ces réservoirs sont de plus d’une importance primordiale, puisque, en cas de séisme, la plupart des canalisations seront cassées. C’est pourquoi il faut sceller ces éléments dans des poteaux en béton armé, eux même solidaires de l’ossature du bâtiment. Solution conseillée, croquis 47., ces réservoirs sont supportés par une ossature métallique triangulée M, sérieusement liée à l’ossature S.Attention aux maçonneries en bord de vide (acrotères…). Combien voit on à Kathmandu et dans sa banlieue d’acrotères, d’émergences en simple maçonnerie ! Croquis 48. CHARPENTES. Les charpentes au Népal s’inspirent davantage des dessins de bandes dessinées que des lois de la statique, des calculs de résistance des matériaux, de la conception des systèmes triangulés. On voit les pires choses : des charpentes sans tirants, les faibles sections réservées aux pièces les plus sollicitées, des éléments fléchis placés à plat au lieu d’être placés sur chant, des faîtières sans liaisons avec les fermes, des charpentes entièrement articulées sans raidisseur ou contreventement ni dans le sens transversal ni dans le sens longitudinal. Rares sont les charpentes construites comme celle ~ 28 ~ du croquis 49. qui comportent un tirant H reprenant les efforts horizontaux, un contreventement cvt transversal, des chevrons placés au droit des barres verticales, des goussets G formant raidisseurs… Quant aux liaisons entre charpente et structure mieux vaut ne pas en parler. Extraits de la norme NF P 06-014 : La qualité de l’exécution des charpentes peut être déterminante pour la stabilité du bâtiment, en ce qui concerne la réalisation du contreventement de la charpente et de celui de la construction en partie haute, spécialement dans les cas suivants : – stabilité des pignons assurée par la charpente. – absence de plancher de comble, nécessitant un contreventement horizontal à ce niveau… LOUER UNE MAISON. Avant de louer une maison, il suffira de la visiter en reprenant les règles énoncées dans le présent texte. Résumons les : – vérifier que la maison est construite sur un site sans risque, choisir une maison : – qui n’est pas surplombée par une autre. – qui n’est pas dominée par un talus, surtout s’il comprend des blocs instables. – construite sur un terrain plat, – isolée, – choisir une construction bâtie sur un sol dur. Si possible, une enquête, sur la nature du sol et les fondations, est à mener. Retenir que les talus constituent parfois une coupe géologique des sols de surface. Observer l’état des maisons voisines, elles donnent une idée de la qualité du sol de fondation. Une fissuration des murs est-elle ~ 29 ~ visible ? Elle peut indiquer un tassement différentiel causé par un sol hétérogène. Il n’est pas rare de rencontrer dans les collines, dans des zones réputées comme ayant un bon sol, des lentilles de tourbe, d’argile bleue. Un sondage peut être exigé. Attention aux effets des eaux souterraines. – Repérer les fautes de conception (l’observation de la construction suffit en général). – Demander si des plans existent, vérifier ensuite in situ qu’ils correspondent bien à la réalité. Se pencher sur les points suivants : – valeurs des masses, des hauteurs, des volumes inégaux, – porte à faux importants. – des joints séparant les bâtiments ou les blocs de bâtiments existent-ils ? Noter qu’en ce qui concerne la structure, les maisons isolées sont également plus intéressantes. De plus, elles disposent parfois d’un terrain sur lequel il sera possible de se réfugier – existe-t-il une ossature béton armé ? Des chaînages ? Attention, la fourniture d’un plan ne garantit pas que la construction possède une ossature. Pour être certain qu’elle existe, une seule solution : procéder à des sondages avec burin et massette aux intersections de murs, au niveau des planchers… Signalons que des renforcements peuvent parfois être demandés au propriétaire. Le bâtiment abritant l’Ambassade de France possédait, devant l’entrée, un énorme porte à faux. Des poteaux ont été créés en bout de cet élément, ils ont supprimé son instabilité. La stabilité d’un réservoir d’eau est facile à améliorer… – observer les ouvrages secondaires : acrotères, édicules en terrasse, maçonneries supportées. – en ce qui concerne les ouvrages du second œuvre technique, noter qu’il est préférable d’avoir des canalisations apparentes que des constructions encastrées. – Observer la charpente. ~ 30 ~ CONSTRUIRE. MATERIAUX. BRIQUES OU BLOCS DE BETON PREFABRIQUES. – Briques. Il existe plusieurs catégories de briques, certaines sont de bonne qualité (porosité faible, résistances mécaniques élevées), d’autres ne sont guère plus résistantes que des briques dites crues. – Blocs de béton. Ils sont de mauvaise qualité car ils comprennent trop d’éléments fins et ils sont sous dosés en ciment… Néanmoins ils sont préférables à la plupart des briques. Ils offrent de plus la possibilité de réaliser des chaînages verticaux dans le vide entre parois. – Bétons : un problème, à Kathmandu, les granulats sont rares. Ceux de bonne qualité sont prélevés dans la Dudh koshi ou la Trisuli kola fort éloignées. La plupart sont du type concassé donc de qualité moindre et ils possèdent trop de <<fines>>. Cet inconvénient n’existe pas à Pokhara où coule la Séti kola. – BETONS, BETONS ARMES. – Granulats, même remarque que ci-dessus. – Ciments. Il faut noter que le Népal possède des ciments de bonne qualité (ciments naturels sans ajouts : absence de clinker), leur retrait est faible. Choisir des ciments de la classe 45. Attention aux dosages, un dosage de 250 kilos par m3 est souvent jugé suffisant. – MORTIERS. Ils sont également souvent sous dosé en ciment. Une détestable habitude au Népal, les ouvriers ne mouillent pas les briques ou les blocs avant de les mettre en oeuvre, ce qui a des conséquences désastreuses sur la qualité des joints (l’eau nécessaire à la réaction chimique est absorbée par le bloc ou la brique). CONCEPTION. – Chaque fois que cela est possible des bâtiments de un niveau seront réalisés. Choisir un bon sol d’assise. L’architecture choisie ~ 31 ~ sera des plus simples : – pas de volumes différents, des structures symétriques… – pas de porte à faux, – en ce qui concerne l’ossature prévoir de nombreux chaînages, de sérieux contreventements. – Les bâtiments à ossature métal ou bois avec éléments menuisés de remplissage, cloisons légères (à la japonaise) sont conseillés. Le métal se prête parfaitement à la réalisation d’ossatures économiques. Un soubassement (h voisin de 1,00 mètre) en maçonnerie est admissible. Charpente métallique, couverture à double paroi (isolation phonique lors des pluies, isolation thermique). Attention à la conception et à la réalisation. Attention aux liaisons entre les éléments entre eux et avec les fondations, attention à la qualité des contreventements. Pour les constructions en bois voici ce qu’indique la norme P 06-014: L’attention est attirée sur la réalisation du <<monolithisme>> des maisons à ossature en bois à l’aide de liaisons entre toiture et ossature, entre ossature et fondations et entre les éléments d’ossature aussi bien verticalement qu’horizontalement, en particulier dans les angles. Pour les façades il est conseillé d’utiliser des bardages légers plutôt que des maçonneries de doublage. CONSTRUIRE UNE ECOLE OU UN BATIMENT RECEVANT DES ENFANTS. Utiliser exclusivement une ossature comme celle qui vient d’être décrite. Dans les campagnes le soubassement pourra être en pierres. La hauteur restante sera composée par un panneau menuisé. Les pierres de la maçonnerie seront bien taillées. Un chaînage bois sera posé en partie haute du mur. Un contreventement en croix de saint André sera noyé dans le plafond suspendu. Ces bâtiments pourront s’appuyer sur un radier-dallage en béton armé comportant une bêche hors gel formant butée. ~ 32 ~ SURELEVER. RENFORCER. – SURELEVATION. Croquis 50. Malgré toutes les précautions prises, un bâtiment en surélévation bâti sur un bâtiment existant non parasismique sera, en cas de séisme, détruit ou fortement endommagé par la chute de son support. Ce dernier doit donc être renforcé. Il faut absolument éviter les surélévations en maçonneries. Choisir des panneaux menuisés pour les murs. Ancrer soigneusement l’ossature dans un élément de l’existant dont on est sûr. A défaut créer des poteaux dans l’existant. Pour les toitures, adopter des charpentes métalliques ou en planches de contreplaqué clouées (bois déconseillé dans certaines régions de basse altitude : termites). En l’absence actuelle de panneaux isolants (polystyrène expansé, polyurétane…) prévoir des couvertures en tôles ventilées (2 tôles superposées, une tôle et un plafond suspendu). Ne pas omettre de placer des contreventements en croix de Saint André et des goussets aux angles. – RENFORCEMENT. Il est possible de renforcer de nombreux bâtiments existants. Prévoir aux angles des équerres intérieures et extérieures E,croquis 51 (elles peuvent être continues sur toute la hauteur ou partielles). Ces équerres sont boulonnées entre elles et avec des ~ 33 ~ chaînages t. Croquis 52 ces chaînages t sont, par exemple, composés de fers plats formant tirants. Leur nombre sur la hauteur est à définir. Des poteaux métalliques pourront être nécessaires : choisir des profilés en U, en I… parfois il faudra réaliser des croix de Saint André : croquis 53. MOBILIER. Le mobilier est une source d’accident en cas de séisme : chute d’une étagère lourdement chargée… Les objets lourds seront fixés préférentiellement par des attaches traversantes (boulons, écrous, larges rondelles et non des chevilles) fixés à l’ossature. Il a été constaté que les espaces situés sous les tables sont protégés : le plateau a des faibles portées, les pieds d’une table travaillent à la compression et sont donc résistants. Les résidents pessimistes pourront donc faire construire des tables à ossature métallique qui seront, lors de leur départ, transmises à des nouveaux résidents. De même ils pourront faire faire des mezzanines au-dessus des lits de leurs enfants. ~ 34 ~