Estimation des dommages des

Estimation des dommages des
structures par la caractérisation
du mouvement sismique
KAHIL Amar 1, HAMIZI Mohand2 et HANNACHI
Naceur Eddine2
1 Docteur, Laboratoire de Modélisation des Matériaux et
des structures de Génie civil, Département de Génie civil,
Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou Univ1501,
B.P.67 Tizi-Ouzou
2 Professeur, Laboratoire de Modélisation des Matériaux
et des structures de Génie civil, Département de Génie
civil, Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou
Univ1501, B.P.67 Tizi-Ouzou.
Abstract : Les nouvelles approches qui impliquent la
définition d‘un niveau de performance associé à un niveau
de sollicitation sismique repose d’une part, sur la capacité
de ces approches à décrire l’endommagement
correspondant au niveau de performance visé, et d’autre
part, sur la pertinence de la représentation du mouvement
sismique, qui lui, dépend directement de l’aléa sismique.
Différentes représentations du signal sismique ont été
développées par des chercheurs par le passé dans le but
d’appréhender la nocivité d’un séisme donné. Chaque
représentation a ses propres indicateurs. L’indicateur
essentiel, et qui est développé dans ce papier, est le point
de performance de la structure. En effet, l’estimation de
la performance sismique d’une structure est donnée par le
positionnement du point de performance par rapport à des
niveaux d‘endommagement attendus. Ce point de
performance est obtenu par la superposition de deux
courbes, l’une représentant la capacité de la structure sous
forme spectrale et l’autre par la demande sismique
développée à partir de la méthode Pushover.
Mots clés : Structure, capacité, signal sismique,
indicateurs de nocivité, performance sismique et
dommages sismiques
1. INTRODUCTION
Les séismes, survenus récemment de part le monde, ont
tous révélé la vulnérabilité des structures en béton armé
dont le système de contreventement est en portiques auto-
stables [1]. Cette vulnérabilité est souvent expliquée par le
mauvais comportement des nœuds et la non prise en
compte de l’interaction portiques-maçonnerie [2]. Il est
donc très intéressant d’évaluer la vulnérabilité de ces
structures afin de réduire le risque sismique qui pèse sur
nos agglomérations. Cette recherche étudie principalement
les structures auto-stables en béton armé et elle a comme
objectif principal l’évaluation des dommages sismiques
attendus. Cette évaluation est basée, d’une part sur le
développement des accélérogrammes à partir de spectres
de réponse afin de pouvoir calculer des indicateurs
caractérisant la nocivité du signal telle que la vitesse
maximale et le déplacement maximal du sol et d’autre par,
sur l’estimation du point de performance de la structure
par l’analyse Pushover [3].
2. VITESSE MAXIMALE DU SOL
Il existe de nombreuses utilisations du paramètre vitesse
maximale du sol PGV (Peak Ground Velocity) (Figure.1),
notamment en sismologie et en Génie parasismique. La
détermination du paramètre vitesse maximale du sol est
très prépondérante dans l’évaluation de la demande
sismique en Génie parasismique. Le paramètre PGV
permet l’estimation, entre autres, de l'intensité
macrosismique et des dommages structurels [4]. Yih-Min
Wu et al en 2003 [5] ont constaté que les dommages
causés par les tremblements de terre semblent beaucoup
mieux corrélés avec les PGV qu’avec les accélérations
PGA.
Figure 1.Vitesse du sol en fonction du temps
3. CREATION D’UNE BASE DE DONNEES DE SIGNAUX
SYNTHETIQUES
Comme la réalisation d’une base de données de séismes
naturels est délicate, il a été décidé de créer une base de
signaux accélérométriques générés de manière synthétique
afin d’apprécier les vitesses PGV et les déplacements
PGD des séismes artificiels.
4. DEVELOPPEMENT DES LOGICIELS DE CALCUL
Afin de mener à bien ce travail, le logiciel SIMQKE_GR
a été utilisé pour générer les signaux synthétiques [6]. Son
principe est de construire le spectrogramme des signaux
simulés, par analogie avec des spectrogrammes issus des
spectres de réponse du RPA 99 pour les 04 sols utilisés
par le règlement parasismique Algérien [7]. Par la suite,
nous avons utilisé le logiciel PRISM ‘for Earthquake
Engineering’ pour estimer le paramètre caractérisant la
nocivité des séismes à s’avoir l’accélération PGA. Cette
manière d’agir diminue les erreurs dues à la saturation du
signal développé.
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
525 45
vitesse sismique (m/s)
Temps (s)

5. PROCÉDURE UTILISÉE
Dans ce travail, nous présentons les grandes lignes de la
procédure suivie. La difficulté majeure de cette procédure
réside dans le fait que les données numériques sont
extrêmement variées et disparates et donc il faut garder à
l’esprit une certaine logique de classement de ces
données. Le schéma de principe (Figure.2) montre de
façon limitée le cheminement de la procédure dans le
traitement des dossiers et des sous-dossiers. Le
programme ainsi développé nous permet, avec cinq (5)
accélérations pour quatre (4) types de sols, d’obtenir une
base de données de 40 accélérogrammes sous forme de
séismes artificiels qui serviront à la caractérisation du
mouvement sismique
Figure. 2 Schéma de principe de la procédure suivie
6. APPLICATION
6.1 PRESENTATION ET DESCRIPTION DU BATIMENT
ETUDIE
Le bâtiment étudié est à usage d’habitation, la structure
est constituée de portiques auto-stables (poteaux-poutres)
en béton armé avec des remplissages en maçonnerie.
6.2 CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES DES
ÉLÉMENTS
Les dimensions des poteaux et des poutres du bâtiment
ainsi que leurs ferraillages sont représentées dans le
tableau 1. Ces résultats sont obtenus après un
dimensionnement conformément aux règlements en
vigueur (RPA 99 et BAEL).
Élément
Dimension
Ferraillage
poteaux
(35x35) cm²
8HA14+un cadre de
T8
Poutres
(35x30) cm²
6HA14+un cadre de
T8 et une épingle
Tableau 1 : Dimension des différents éléments.
6.3 RÉSULTATS ET INTERPRÉTATIONS
Nous avons soumis notre bâtiment ‘référence’ aux
chargements séismiques artificiels qui proviennent des 40
accélérogrammes enregistrés par les stations
accélérométriques. La présentation des résultats auxquels
on avons abouti et que nous représentons sous forme de
courbes montrent la variation du degré d'endommagement
du bâtiment étudié en fonction des vitesses et des
déplacements maximaux pour les quatre sols du
Règlement Parasismique Algérien (sol rocheux S1, sol
ferme S2, sol meubleS3 et sol très meuble S4) [7]. Ces
courbes qui évaluent les degrés des dommages en fonction
des vitesses sont montrées dans les figures 3, 4, 5 et 6. Ces
dommages sont les résultats d’études menées sur le
bâtiment ‘référence’ en tenant compte des 40
accélérogrammes sous forme de séismes artificiels
obtenus par notre logiciel en faisant aussi varier le
paramètre sol. Pour chaque sol, et en fonction des vitesses
PGV, les dommages attendus sont évalués.
Figure 3. Variation de PGV en fonction de degré de
dommage (Sol S1)
Figure 4. Variation de PGV en fonction de degré de
dommage (Sol S2)
1
2
3
4
5
0,05 0,1 0,15 0,2
Degrés des domages
Vitésse maximale PGV (m/s)
Direction XX
Direction YY
1
2
3
4
5
0,05 0,1 0,15 0,2
Degrés des domages
Vitésse maximale PGV (m/s)
Direction XX
Direction YY

Figure 5. Variation de PGV en fonction de degré de
dommage (Sol S3)
Figure 6. Variation de PGV en fonction de degré de
dommage (Sol S4)
Les figures 3, 4, 5 et 6 représentent la variation des
dommages en fonction de la vitesse maximale PGV pour
les différents sols étudiés. Nous constatons que le
bâtiment en portiques étudié, présente des dommages plus
élevés, c'est-à-dire une performance faible, pour les sols
dont la vitesse de cisaillement des ondes sismiques est
faible à savoir les sols S3 et S4 qui sont de mauvais sols.
Par contre, nous constatons des dommages moins
importants sur le bâtiment étudié pour des vitesses plus ou
moins importantes qui correspondent aux sols S1et S2 qui
eux sont d’excellents sols.
7 CONCLUSION
Cette étude met en évidence l’influence du type de sol
(site d’implantation) qui est caractérisé par sa vitesse
maximale PGV sur les dommages sismiques attendus pour
des structures en béton armé avec un contreventement en
portiques auto-stables. Ces résultats sont obtenus grâce à
des spectrogrammes des signaux simulés à partir
d’enregistrements réels que l’Algérie a connus ces
dernières années. Ces spectrogrammes obtenus par les
deux logiciels développés au sein de notre laboratoire
donnent de bons résultats sur des structures en portiques
auto-stables contreventées par des portiques. Les
résultats obtenus sont satisfaisants et corroborent avec la
réalité constatée après la survenue de séismes réels.
Néanmoins, les enregistrements accélérométriques réels
restent le seul outil fiable permettant d’estimer les
dommages avec exactitude. Il serait donc intéressant de
pouvoir confronter les résultats de cette étude avec des
résultats à l’échelle réelle par rapport aux quatre types de
sols étudiés.
8 RÉFÉRENCES
[1] VICTOR DAVIDOVICI. Rapport sur le séisme de
Boumerdès du 21 Mai 2013.
[2] M. HAMIZI, L.BOUZID, N.E HANNACHI.
‘Méthodologie de l’évaluation de la fonction de
vulnérabilité et du risque sismique pour les
structures en poteaux poutres. Etude de cas : Wilaya
de Boumerdès Algérie’. Revue des Annales du
Bâtiment et des Travaux Publics. ISSN 12709840.
ISBN 976-2-7472-2037-8. Edition ESKA. PP 23-30.
Août 2010-N°4.
[3] Federal Emergency Management Agency FEMA
440, Improvement of nonlinear static seismic
analysis procedures.2004.
[4] A.KAHIL, M.HAMIZI et N.E. HANNACHI.
Evaluation de la performance sismique des structures
à ossature auto-stables avec la méthode non itérative.
SBEIDCO- 1st International Conference on
Sustainable Built Environment Infrastructures in
Developing Countries. ENSET Oran (Algeria)-
October 12-14, 2009.
[5] A.KAHIL, M.HAMIZI et N.E. HANNACHI.
Evaluation de la performance sismique des structures
à ossature auto-stables avec la méthode non itérative.
SBEIDCO- 1st International Conference on
Sustainable Built Environment Infrastructures in
Developing Countries. ENSET Oran (Algeria)-
October 12-14, 2009.
[6] Reinhorn, A.M. and R.E. Valles: Damage evaluation
in inelastic response of structures, a deterministic
approach. Technical Report NCEER-95, state
university of New York at Buffalo. Etats Unis, 1995.
[7] Règlement parasismique Algérien, Document
technique réglementaire DTR BC 248 (Centre
national des recherches appliquées en génie
parasismique CGS).
1
2
3
4
5
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
Degrés des domages
Vitésse maximale PGV (m/s)
Direction XX
Direction YY
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Degrés des domages
Vitésse maximale PGV (m/s)
Direction XX
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