Prise en compte des séismes dans les Ouvrages d'Artmedia.lcpc.fr/ext/pdf/sem/2009_jtg/j1-15-vivier-aurelie-setra-davi... · Le cas des ponts en maçonnerie : V = Vgénéral x Vvoute
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GÉOTECHNIQUE
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Prise en compte des séismesdans les Ouvrages d'ArtExemples de collaborations DOA/Sétrasur des actions méthodologiqueset études opérationnelles
D. DAVI – CETE Méditerranée /DCEDI/DOA
A. VIVIER – Sétra /CTOA/DGO
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Développement d'une méthodologie pour lediagnostic/renforcement des OA existants
Contexte général 3
L'identification des ouvrages prioritaires 7
Analyses de vulnérabilité et diagnostic 18
Stratégies et techniques de renforcement 26
Exemples d'applications opérationnelles 33
Niveau de performance visé 32
SOMMAIRE
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Développement d'une méthodologie pour lediagnostic/renforcement des OA existants
Contexte général
PS92 : 1ères règles de conception parasismique « moderne » en France
« La circulaire du 26 avril 2002 relative à la prévention du risquesismique encourage les propriétaires publics ou privés de bâtiments,équipements et installations de classe C ou D à procéder à unedémarche de diagnostic et éventuellement de renforcement de leursouvrages existants vis-à-vis de l’aléa sismique. »
Manques méthodologiques et réglementaires concernant cetteproblématique :Quels ouvrages traiter en priorité ?Quelles méthodes d’analyses pour les diagnostiquer ?Quel niveau de performance à atteindre par leur renforcement ?A quel coût ?
Vulnérabilité potentielle des constructions conçues avant 1995
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Développement d'une méthodologie pour lediagnostic/renforcement des OA existants
Contexte général
En février 2006, création à l’initiative du Sétra d’un groupe de travailspécifique rassemblant des spécialistes de divers horizons (RST,DGR, AFPS, Sociétés d’autoroutes, bureaux d’études et de contrôleprivés, entreprises BTP, SNCF…)
Objectif : Rédiger un guide méthodologique destiné aux maîtresd’ouvrages, gestionnaires, maîtres d’œuvre et bureaux d’étudesconfrontés à cette problématique«Diagnostic et renforcement sismiques des ponts existants»
Objectif de publication : fin 2009
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Développement d'une méthodologie pour lediagnostic/renforcement des OA existants
Contexte général
S’inscrit dans la continuité des approches mises au point pourl’évaluation du risque sismique à l’échelle des itinéraires (approchesSismoa / Sismur et Sisroute) :
1ère phase : identification rapide des ouvrages les plus exposés et sensibles
2ème phase : diagnostic détaillé des ouvrages jugés prioritaires
et projet de renforcement le cas échéant
Répond à certains objectifs du Programme National de Prévention duRisque Sismique initié en 2005 par le MEDD.(thématique « Prise en compte du risque sismique dans les infrastructures et les réseaux »)
Cible préférentiellement le renforcement des ouvrages situés dans deszones de sismicité forte ou modérée et présentant un fort enjeu socio-économique (itinéraires structurants ou desserte d’équipementsstratégiques) en vue d’une réduction sensible et économiquementpertinente de leur niveau de vulnérabilité.
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Contexte général
Des problématiques multiples et multi-disciplinaires :
Hiérarchisation des ouvrages / aspects socio-économiques(DOA CETE Med, Sétra, ASF, Escota, DOA CETE Est)
Caractérisation des aléas (ERA Sismique – LRPC Nice)
Vulnérabilité sommaire (LRPC Nice, DOA CETE Med, Sétra)
Méthodes d’analyses spécifiques pour le diagnostic(DOA CETE Med, Sétra, LCPC)
Aspects géotechniques (LRPC Aix)
Investigations / instrumentations des ouvrages(Véritas, ERA Sismique – LRPC Nice, DOA CETE Lyon)
Techniques de renforcement (Vinci, Sétra, DOA CETE Med, Univ. Lyon I)
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L'identification des ouvrages prioritaires
Dans la continuité des approches Sismoa / Sismur / Sisroute...
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L'identification des ouvrages prioritaires
Dans la continuité des approches Sismoa / Sismur / Sisroute...1ère étape : estimation de la vulnérabilité sur la base de critères qualitatifs typologiques
et géométriques :V = Vgénéral x max (Vtablier ; Vpiles ; Vculées)
Vulnérabilité du tablier :Essentiellement basé sur le risque d’échappement d’appuis :
● distribution et longueurs de travées
● courbure et biais de l’ouvrage
● présence éventuelle de butées ou d’attelages parasismiques
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L'identification des ouvrages prioritaires
Dans la continuité des approches Sismoa / Sismur / Sisroute...1ère étape : estimation de la vulnérabilité sur la base de critères qualitatifs typologiques
et géométriques :V = Vgénéral x max (Vtablier ; Vpiles ; Vculées)
Vulnérabilité des piles :Basée sur des paramètres tels que :
● type et dimension des piles
● distribution et régularité des hauteurs
● type de connexion au tablier
● masse du tablier
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L'identification des ouvrages prioritaires
Dans la continuité des approches Sismoa / Sismur / Sisroute...1ère étape : estimation de la vulnérabilité sur la base de critères qualitatifs typologiques
et géométriques :
V = Vgénéral x max (Vtablier ; Vpiles ; Vculées)
Vulnérabilité des culées :
Essentiellement établie à partir de la typologie et de la hauteur…
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L'identification des ouvrages prioritaires
Dans la continuité des approches Sismoa / Sismur / Sisroute...1ère étape : estimation de la vulnérabilité sur la base de critères qualitatifs typologiques
et géométriques :
Vulnérabilité des culées :
Le cas des ponts en maçonnerie :
V = Vgénéral x Vvoute
Très peu de ponts en maçonnerie ont été endommagés au cours des séismes passés.
vvoute évaluée sur la base de considérations géométriques et sur la présence éventuelle de tirants passifs.
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L'identification des ouvrages prioritaires
Dans la continuité des approches Sismoa / Sismur / Sisroute...2ème étape : évaluation sommaire des aléas :
Analyse de la propagation des accélérations sismiques basée sur la loi d’atténuation
d’Ambraseys, avec prise en compte des effets de site topologique et géologique.
Effet topologique Effet géologique
Détermination des accélérations de déclenchement des autres effets induits
(liquéfaction, glissements de terrain, chutes de blocs…)…toujours sur la base de paramètres simples tels que :propriétés de solpentes des terrainsgéomorphologietaille des blocs
densité de végétation et protections éventuelles(clouage de falaise, filets …)
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L'identification des ouvrages prioritaires
Dans la continuité des approches Sismoa / Sismur / Sisroute...3ème étape : définition de scénarios sismiques et calibrage d'indices de risque
Différents scénarios sismiques envisagés :- zonage déterministe PS92 ;
- zonage probabiliste (approche EC8) ;
- n’importe quel séisme défini par sa position, sa profondeur et sa magnitude..
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L'identification des ouvrages prioritaires
Dans la continuité des approches Sismoa / Sisroute...3ème étape : définition de scénarios sismiques et calibrage d'indices de risque
Pour chaque scénario, calcul des indices de risque de coupure de l’itinéraire par
combinaison des valeurs d’aléas et de vulnérabilité :
R = f (A;V)Risque vibratoire sur les ponts :
Calage de l'indice de risque à partir de modèles de diagnostic plus sophistiqués
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L'identification des ouvrages prioritaires
Matrice d'importancede l'itinéraire porté :
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L'identification des ouvrages prioritaires
Matrice d'importancede l'ouvrage :
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Développement d'une méthodologie pour lediagnostic/renforcement des OA existants
L'identification des ouvrages prioritaires
Indice d’importance et classification
Ouvrages devant faire l’objet d’une analyse détaillé :
Ouvrages tels que : R x Iouvr > 50
Catégorie III
Catégorie ICatégorie II
(Exclut de fait la catégorie I)
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Développement d'une méthodologie pour lediagnostic/renforcement des OA existants
Analyses de vulnérabilité et diagnostic
Développement d'une méthodologiepour le diagnostic/renforcementdes ouvrages d'art existants
Méthodologie générale
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Développement d'une méthodologie pour lediagnostic/renforcement des OA existants
Analyses de vulnérabilité et diagnostic
États-limites pour le diagnostic sismique
Méthodes en force (q<1,5)EL-LD : limites élasto-plastique des matériauxEL-DS : résistances ELU classiques
Méthodes en déplacement
EL-LD : limites élasto-plastique des matériauxEL-DS : 3/4 de EL-QEEL-QE : limites en déformations ultimes théoriques réalistes des matériaux
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Analyses de vulnérabilité et diagnostic
Niveaux d'accélération de référence
Basés sur la carte d'aléa du MEDD 2005 (projet de nouveau zonage)
Ouvrages de cat. II :
=> aref-DS = 1,2 AEk
Ouvrages de la cat. III
=> aref-DS = 1,4 AEk
=> aref-LD = 0,4 x 1,4 AEk
EL-ref
EL-admmaxEL-conf a
aα =Indice de performance ou « de conformité » :
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Analyses de vulnérabilité et diagnostic
Représentations de l'action sismique
- Spectres règlementaires AN EC8- Accélérogrammes (fournis par ERA Sismique – LRPC Nice)
- Effets induits (évalués de façon + ou – sophistiquée selon les enjeux et les spécificité locales)
Essais tri-axiaux pour la liquéfaction,
Calculs de trajectoires de chutes de blocs...
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Analyses de vulnérabilité et diagnostic
Vulnérabilités relatives et points faibles par typologiesd'ouvrages
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Analyses de vulnérabilité et diagnostic
Méthodes d'analyses disponibles et domaines d'emploi
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Analyses de vulnérabilité et diagnostic
Évaluation des déformations ultimes des sections à partir deslois moment-courbure
En intégrant :
le degré de confinement du béton :
d’éventuelles dispositions constructives défaillantes :
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Analyses de vulnérabilité et diagnostic
Méthode en déplacement (« Push-over »)
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Stratégies et techniques de renforcement
Différentes stratégies possibles
1 : Augmentation résistance (attention)2 : Augmentation ductilité - chemisage
3 : Augmentation ductilité - suppression élé. fragile4 : Assouplissement - modif. AA
5 : Rigidification (déconseillé)6 : Rigidification struct. souples – ponts suspendus7 : Augmentation amortissement (disp. spéciaux)
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Stratégies et techniques de renforcement
Description des technologies, éléments de chiffrage etde dimensionnement
- Prévention des échappements d'appui du tablier
Augmentation des repos d’appui
Attelage de travées
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Stratégies et techniques de renforcement
Description des technologies, éléments de chiffrage etde dimensionnement
- Limitation des efforts transmis aux appuis
Fusibles
Systèmes amortisseurs
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Stratégies et techniques de renforcement
Description des technologies, éléments de chiffrage etde dimensionnement
- Amélioration du comportement des piles
Augmentation de la ductilité des piles par chemisage
Amélioration de la résistance des fondations
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Stratégies et techniques de renforcement
Description des technologies, éléments de chiffrage etde dimensionnement
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GÉOTECHNIQUECastagniers – 29, 30 sept. et 1er oct.2009
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GÉOTECHNIQUE
Denis Davi – CETE MedAurélie Vivier - Sétra
CETEMéditerranée
Développement d'une méthodologie pour lediagnostic/renforcement des OA existants
Stratégies et techniques de renforcement
Méthodologie générale des projets de renforcement
Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Méditerranée32
CETEMéditerranée
Castagniers – 29, 30 sept. et 1er oct.2009
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GÉOTECHNIQUE
Denis Davi – CETE MedAurélie Vivier - Sétra
CETEMéditerranée
Développement d'une méthodologie pour lediagnostic/renforcement des OA existants
Niveau de performance visé
Définition du niveau de renforcement optimalinspirée des approches Suisse (SIA 2018) et américaine (ATC 40)
Zone 1 : niveau de performanceacceptable
=> aucun renforcementpréconisé
Zone 3 : niveau de performanceinsuffisant
=> renforcement nécessaire oudéclassement de l'ouvrage
Zone 2 : renforcement àenvisager sur la base dumeilleur optimum« performance/coût/enjeux »
−×
−⋅∆
=rempl
renf
admmaxrefâge
renfenjeu C
C1
aaa
Rγ
γ
=> Viser un niveau de renforcement tel que R > 0,5 et αconf
> 70% γâge
Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Méditerranée33
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GÉOTECHNIQUE
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Développement d'une méthodologie pour lediagnostic/renforcement des OA existants
Exemples d'applications opérationnelles
Calibrage de la méthode sur le triangle autoroutier A7/A8/A54- Ouvrages de typologie courante et répétitive
=> 63 OA dont 5 cat.III (principalement PI et échangeurs), 39 cat.II, 19 cat. I selonmatrice importance=> 4 OA à diagnostiquer selon le schéma de priorisation sommaire A x V x I=> pour ces 4 OA : Indice de conformité ≅ 0,40 (mise en service ≅ 1970)
Réduction sensible de la vulnérabilité (αconf
>0,60) pour un coût < 5% ducoût de remplacement (modif. AA, attelages, butées, renforts locaux piles...)
Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Méditerranée34
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GÉOTECHNIQUE
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Développement d'une méthodologie pour lediagnostic/renforcement des OA existants
Exemples d'applications opérationnelles
Diagnostic et projet de renforcement du viaduc de Caronte(A55, Martigues)
- OA construit entre 1969 et 1972 (acc. stat. 0,1g)
- Accélération de référence = 0,24g (yc coef. S) x spectre
- Bloqueurs dynamiques rompus, risques échappement+ faiblesses appuis
=> renforcement sismique préconisé :
- Remplacement AA et butées transversales
- Viaduc métal laissé libre, viaducs béton amortis sur culées
- Risque liquéfaction écarté par essais tri-axiaux (LRPC Aix)
=> permet d'atteindre 100% aref
Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Méditerranée35
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GÉOTECHNIQUE
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Développement d'une méthodologie pour lediagnostic/renforcement des OA existants
Exemples d'applications opérationnelles
Diagnostic et projet de renforcement de 6 OAs non-courants(Autoroute A9 – Section Le Boulou / Frontière Espagnole – AMO ASF)
- Diagnostic/renforcement dans le cadre d'unélargissement à 2x3 voies
- OAs construits entre 1970 et 1976
- Risques identifiés : souffles longitudinauxinsuffisants, risques d'échappements d'appui,faiblesse de certains appuis
=> renforcements sismiques préconisés :
- Clouages culées
- Remplacement AA
- Attelages travées
- Amortisseurs au niveau des culées
Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Méditerranée36
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Développement d'une méthodologie pour lediagnostic/renforcement des OA existants
Exemples d'applications opérationnelles
Diagnostic et projet de renforcement de 6 OAs non-courants(Autoroute A9 – Section Le Boulou / Frontière Espagnole – AMO ASF)
=> permet d'atteindre 100% aref
pour un coût compris entre 2 et 8% ducoût de remplacement
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Exemples d'applications opérationnelles
Diagnostic et projet de renforcement de 6 OAs non-courants(Autoroute A9 – Section Le Boulou / Frontière Espagnole – AMO ASF)
Implantation des amortisseursModèle de calcul et résultats del'analyse dynamique temporelle
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