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Anticiper les risques naturels

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Anticiper les risques naturels

Le nouveau siège du Parc national de Guadeloupe en construction est un rez-de-chaussée en structure bois poteau-poutre serpentant à travers la colline. Les choix architecturaux comme la toiture végétalisée, la forme courbe qui engendre un cisaillement des pannes et l’absence de diaphragme pour diffuser les efforts, ont engendré des contraintes supplémentaires pour le dimensionnement parasismique. Le BE Bieb Ingénierie et l’architecte Périne Huguet ont dû faire appel aux conseils du BE Bainier, spécialiste du bois. (Doc. Fréderic Pujol.) Temple en construction à Ducos (Martinique) en briques parasismiques. Les alvéoles horizontales confèrent une grande résistance à l’écrasement mesurée à 120 bars. Néanmoins, les BE hésitent à donner un rôle structurel aux briques, connues pour leur mauvaise résistance à la traction, et préfèrent les utiliser en contreventement. (Doc. Poterie des Trois-Ilets.)

La conception parasismique et paracyclonique des bâtiments est nécessairement globale. Elle passe par un dialogue entre l’architecte et les différents BE, car selon le matériau structurel employé, la contrainte principale se portera sur l’un ou l’autre risque.

La série noire des catastrophes naturelles qui a assombri l’actualité ces dernières années a illustré l’importance de respecter les règles de constructions parasismique et para- cyclonique. Et en premier lieu dans nos régions tropicales qui présentent les risques les plus élevés.

Aux Antilles, ce sont des événements comme le cyclone Hugo en 1989 et le séisme du 29 novembre 2007 à la Martinique, qui ont refait prendre conscience de la nécessité de suivre la réglementation et les bonnes pratiques en terme de construction. « Hugo a démontré que les règles de construction para- sismiques comme les raidisseurs verticaux peuvent aussi servir pour protéger des cyclones, affirme Daniel Salomon, gérant de Bieb Ingénierie. Depuis lors, le conseil régional a décidé d’attribuer une prime aux particuliers pour les études parasismiques et paracycloniques de sol, la mission de l’architecture et le contrôle des travaux. En parallèle, les formations à la construction parasismique pour les professionnels sont encouragées. » Enfin, le Gouvernement a adopté en 2007 un ambitieux Plan Séisme Antilles qui est loin d’être achevé. L’estimation initiale des besoins montait à 5 milliards d’euros sur quinze ans, dont 1,8 milliard consacré à des secteurs dits « prioritaires » (écoles et hôpitaux).

Dimensionner en fonction du risque : cyclone ou séisme

Les efforts cycloniques et sismiques ne se cumulent pas dans le calcul de structures. Un des deux est prépondérant pour dimensionner la structure d’un bâtiment, en fonction des risques locaux et des matériaux.
Ainsi, la légèreté est plutôt favorable en cas de séisme. Inversement, le poids d’un ouvrage lui permet de résister à l’arrachement en cas de vent violent. Du coup, le béton armé est apprécié pour ses propriétés paracycloniques, mais doit être soigneusement étudié pour résister au séisme. « Très rigide et entraînant de fortes charges, le béton armé est apprécié aux Antilles contre les cyclones, mais n’est pas la panacée en cas de séisme, surtout avec un toit en dalle béton, renchérit Guillaume Bainier, ingénieur bois (Bainier Études). Par ailleurs, l’ambiance marine présente aux Antilles attaque le béton qui n’est pas durable, ce qui est aussi le cas du métal. »
La brique fabriquée à la Martinique est assez fragile. Elle éclate brutalement, sans se fissurer au préalable, lorsqu’elle est soumise à un effort. « En l’absence de normalisation et de certification sur les parpaings et les briques, leur utilisation doit être privilégiée pour les murs et cloisons non-porteurs, estime Thierry Huré, ingénieur chez Terrell Group. Il est possible de les remplir de béton, ce qui leur permet de résister aux efforts verticaux et en partie aux efforts horizontaux. En résumé, il faut soit utiliser du béton armé, soit des parpaings chaînés remplis de béton, en veillant à ce qu’ils ne soient pas soulevés sous l’effort, car ils résistent mal à la traction. »
En revanche, les structures métalliques ou les charpentes en bois résistent bien aux séismes, du fait de leur légèreté et de leur résistance tant à la compression qu’à la traction. Ces structures doivent donc être dimensionnées pour tenir face aux efforts cycloniques. « Néanmoins, pour un bâtiment en hauteur, à partir de R 2 et même R 1, la charpente en bois doit être dimensionnée pour tenir face au séisme, met en garde David Malaval, directeur technique régional de Bieb Ingénierie. La surcharge en hauteur due à une terrasse végétalisée remplie d’eau pose aussi problème en cas de séisme. Il faut tenir compte du fluage du bois et des efforts très importants supportés aux jonctions de la structure poteau-poutre. »

Cyclone : bien lester le bâtiment

Les principes de base d’une bonne conception paracyclonique demandent de bien lester et attacher le bâtiment. Pour lester le bâtiment, les fondations sont surchargées et les poteaux arrimés à des massifs de béton.
« Les deux grands dangers majeurs d’un vent violent, sont : le soulèvement de la charpente et la fracture des baies vitrées, précise Thierry Huré. Le principe habituellement retenu est celui de la dalle paracyclonique qui ferme comme un couvercle les logements. Si la charpente s’envole, la dalle en protection demeure. Ce principe convient aux logements et aux bureaux. En revanche, la légèreté de la structure des hangars ou des entrepôts pose un problème de soulèvement qu’il faut résoudre. »
La solution réside dans la multiplication des fixations des toitures légères, comme celles en tôles ondulées, appréciées pour les séismes. Afin de réduire la prise au vent, les débords de toiture sont limités.
Des ancrages supplémentaires avec des tirants peuvent être ajoutés. « Avec une solidité des assemblages et l’ajout d’équerres antisoulèvement, les détails de la mise en œuvre du paracyclonique doivent être soignés pour bien fixer les fondations aux murs et les murs aux toitures », résume Guillaume Bainier.

Séisme : analyser le sous-sol

En parasismique, une bonne conception commence par une analyse approfondie des sols et une qualité des fondations. D’autant que pour Thierry Huré : « Avec les Eurocodes (EC8) apparaît la notion de réparation du bâtiment, ce qui va plus loin que simplement sauvegarder les vies humaines comme la réglementation PS92 l’exigeait. Par exemple, les sols liquéfiables sont mieux pris en compte et l’usage de pieux de fondation se généralise. Afin d’éviter qu’ils ne flambent, leur consolidation est impérative par un renforcement de leurs cadres et par un ratio double du béton dans les pieux ».
Le développement des appuis parasismiques (ou isolateurs) sur lesquels repose le bâtiment s’accélère aussi. Ces cylindres alternant des plaques métalliques et caoutchouc, filtrent efficacement les mouvements horizontaux. Des vérins ou des barres métalliques servent d’amortisseurs dissipateurs. Aux Antilles, les aides régionales et l’État via le Plan Séisme encouragent le recours à ces appuis parasismiques pour les bâtiments à partir de R 2, comme les établissements scolaires (Collège de Ducos), les cliniques (Saint-Paul) et hôpitaux (du François) et les casernes de pompiers, ou encore le Centre de découverte des sciences de la Terre. L’absorption d’une partie de l’énergie produite par le séisme permet de réduire le dimensionnement de la structure. Malgré les dissipateurs, il faut envisager ce qui se passe si le bâtiment se déplace, en mettant des joints assez larges, et en faisant attention aux passerelles, aux bâtiments contigus, etc.

Éviter les porte-à-faux

Par ailleurs les experts préconisent des bâtiments aux formes simples, sans irrégularités, avec une distribution homogène des masses. Les porte-à-faux, les surplombs et les pilotis doivent être limités. Avec des inerties constantes de niveau à niveau, la descente des efforts doit être faite le plus verticalement possible jusqu’au sol en évitant les planchers de reprise. « Une fois que les masses des différents volumes sont déterminées, les charges sont descendues le plus verticalement possible le long de la structure en évitant les reprises en forme de baïonnettes, qui ne sont pas idéales aux Antilles où les terrains sont très pentus et accidentés, confie Daniel Salomon. Ces bonnes pratiques que nous mettions déjà en œuvre avec l’ancienne réglementation PS92, sont encouragées avec EC8. »
Un autre savoir-faire bien connu consiste à chaîner horizontalement et verticalement les murs entre eux et avec les dalles. Des ancrages prêts à l’emploi sont commercialisés, comme le connecteur HD de Simpson dédié aux zones sismiques, qui permet d’ancrer les pannes bois à la maçonnerie ou de transférer les efforts de traction au travers des planchers entre deux étages.
Inversement, des bâtiments de dimension importante, tels les gymnases, doivent être coupés en deux parties indépendantes en exploitant de larges joints de dilatation. Par ailleurs, l’inertie des masses horizontales situées en hauteur, comme les toitures végétalisées, les dalles paracycloniques ou les parkings aériens, n’est pas favorable en cas de séisme. Leur mise en mouvement horizontal peut engendrer de puissants efforts de cisaillement sur la structure. « Néanmoins, une dalle sert de diaphragme et permet de répartir les efforts sur tout le bâtiment, surtout si le logement est bas », tempère Thierry Huré.
Enfin, un sujet important est le confortement et le renforcement de l’existant, qui dans le passé a été souvent construit sans tenir compte des règles parasismiques élémentaires. Un plan de confortement des écoles a ainsi été lancé à la Martinique après le séisme de 2007.

Soigner les jonctions

La mise en œuvre doit également être soignée. Des techniques spécifiques comme le frettage des nœuds de jonction des poutres en béton armé sont employées. Le principe est de placer des armatures acier transversales de plus en plus rapprochées du nœud, afin de garder le béton dans l’enveloppe du nœud, même s’il est fracturé. Mais pour Thierry Huré, « En béton armé, les contreventements par voiles sont à privilégier par rapport aux portiques, car les liaisons poteaux-poutres sont difficiles à réaliser sur chantier. La difficulté est de s’assurer de la continuité de l’acier dans la jonction et du frettage. » En structure métallique, un soin extrême doit aussi être apporté aux détails des attaches, avec par exemple des boulons peu ductiles, à Haute résistance (HR), qui savent reprendre les efforts de cisaillement entre deux pièces. « Du fait des vibrations provoquées par le séisme, il est aussi nécessaire de réduire le jeu entre les boulons et les trous, afin d’éviter les cisaillements, ajoute Mathieu Goupil, ingénieur chez Normacadre, la solution réside dans les boulons pleins trous, où pour un boulon de 20, au lieu de percer un trou de 22 qui laisse du jeu, on réalise un trou de 20,5 ou 21. »

N°312

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