Le séisme dévastateur de l’Acquila, Italie en 2009 l’a bien montré. La ville a encore aujourd’hui de la peine à se recomposer économiquement et politiquement. L’Acquila peut être considéré avoir déclenché une mise-à-jour des codes de tous les pays concernés pendant les dernières 15 années. Avec le résultat général d’une augmentation des exigences. Ceci a été particulièrement le cas en France, mais pas seulement.
Le développement des aléas sismiques dans certains pays
| France 1997 | France 2011 |
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Espagne <2003 | Espagne 2003 |
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Italie 2006 | Italie 2020 |
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Suisse 2003 | Suisse 2015 |
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| A noter des incongruences entre certains pays, comme par exemple Genève. Selon le code Suisse, cette ville comptant 250’000 habitants est classifiée dans une zone modérée. Cependant selon le code Français, Saint-Julien à quelques kilomètres se trouve dans la zone 4. | |
Les connexions entre les éléments préfabriqués jouent un rôle fondamental dans la performance globale de la structure, surtout si l'on considère les applications sismiques. En fait, les connexions préfabriquées représentent un lien critique où la continuité structurelle est nécessaire. Les premières constructions préfabriquées avaient des détails inadéquats et manquaient de continuité ou de redondance dans la structure, ce qui a entraîné une mauvaise performance sismique. En outre, il n'y avait pas de directives de conception pour les structures en béton préfabriqué utilisées dans les zones sismiques. Pour ces raisons, le béton préfabriqué a vu son utilisation limitée dans les zones sismiques. Jusqu'à présent, les ingénieurs ont privilégié les solutions coulées sur place ou ont utilisé des alternatives telles que des barres saillantes ou des connexions hybrides par habitude. Cependant, il n'y a pas toujours de preuves claires de leur comportement sismique, et les évaluations des risques d'utilisation font défaut. De plus, les structures préfabriquées offrent plusieurs avantages à la fois lors de la production et de en outre, les structures préfabriquées offrent plusieurs avantages à la fois pendant la production et l'installation par rapport aux solutions traditionnelles, comme un meilleur contrôle de la qualité des matériaux et des produits, une vitesse d'érection améliorée et des économies de coûts.
Au cours des deux dernières décennies, de nombreuses études ont été réalisées sur le comportement cyclique des joints préfabriqués afin de soutenir le développement de codes modernes. L'objectif principal est l'atténuation du risque sismique par une approche de conception basée sur la performance où les niveaux de dommages acceptés sont considérés comme des états limites.
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Tests à grande échelle réalisés au Politécnico de Valencia |
En ce qui concerne ces besoins de conception et compte tenu des intérêts des clients, Peikko a lancé un vaste programme de recherche expérimentale en 2008 en coopération avec le Politecnico di Milano (l'Université technique de Milan et de Valence) pour étudier la performance des connexions boulonnées entre les colonnes et les fondations réalisées avec des patins de colonne HPKM® et des boulons d'ancrage HPM®. L'objectif de la recherche était de développer un raccordement préfabriqué qui imite les joints monolithiques avec les mêmes performances en termes de ductilité, de capacité de dissipation d'énergie, de rigidité et de dégradation de la résistance, combinant ainsi la conformité aux codes avec les avantages des structures préfabriquées.
Les 3 approches
En fonction des exigences de la classe de ductilité, une connexion peut être dimensionnée de manière standard ou par dissipation d'énergie ou surdimensionnée. L'objectif principal d'un dimensionnent en zone sismique est d'être certain que le bâtiment résistera lors d'un tremblement de terre et qu'il ne s'écroulera pas. La plupart des méthodes de dimensionnement résout ce problème en gardant une réserve de résistance dans la structure. Les connexions mécaniques dans une structure à dissipation d'énergie sont souvent surdimensionnées, alors que certaines connexions dissipent par elles-mêmes l'énergie sismique et donc elles peuvent être dimensionnées pour correspondre à la capacité du poteau et cela sans surdimensionnement.
En général, les codes permettent deux approches différentes pour concevoir les assemblages préfabriqués poteau-fondation (figure 1b). Premièrement, les assemblages peuvent être surdimensionnés de sorte que la région critique se déplace vers le poteau connecté. La connexion reste presque élastique avec des déplacements limités ou des déformations locales, représentant un lien "fort" dans la hiérarchie des résistances. Cela signifie que la résistance de l'assemblage du poteau dépend du moment résistant du poteau qu'il supporte. Cependant, la zone du poteau située au-dessus du joint est sur-renforcée en raison du chevauchement des armatures de sabot de poteau et des armatures de poteau. Par conséquent, les assemblages de poteaux surdimensionnés nécessitent des sections de poteaux relativement grandes pour pouvoir insérer les boulons d'ancrage nécessaires. Cela n'est pas économiquement efficace et peut entraîner un renforcement dense dans le joint.
La seconde alternative est représentée par les assemblages à dissipation d'énergie, qui sont situés dans la région critique mais respectent également les critères de ductilité locale prescrits. Dans ce cas, l'articulation plastique du poteau et/ou le flambage des barres d'armature sont évités tandis que les dommages éventuels sont limités à la base du poteau à l'interface avec la fondation, où les boulons d'ancrage représentent l'élément "faible" et agissent comme des connecteurs ductiles. Contrairement aux assemblages surdimensionnés, la résistance des assemblages à dissipation d'énergie dépend des moments d'action, comme pour les assemblages coulés sur place. Comme le joint dissipe lui-même l'énergie, il peut être conçu pour correspondre à la capacité du poteau tout en respectant la conception de la capacité dans la structure globale. Dans certaines conditions, cela permet d'obtenir une section de colonne plus petite et adéquatement renforcée.
Diagramme simplifié des approches de dimensionnement de connexions parasismiques
Comment comparer les connexions de poteaux résistantes au séisme?
Les connexions mécaniques des poteaux par dissipation d'énergie peuvent mener à une économie de béton de plus de 20% dans les poteaux en zone sismique. Cela est dû à des sections de poteaux plus fines comparées à celles d'une connexion surdimensionnée.
La plupart des autres solutions est plus lentes en termes de pose - Elles nécessitent des équipes de pose plus importantes et des étais provisoires tant que le mortier de scellement n'est pas durci. Cela entraine des pertes de temps, une perte d'argent par utilisation trop importante de main-d’œuvre et peut affecter la sécurité sur site.
Avec les connexions par boulonnage Peikko, vous n'avez pas besoin de dimensionner l'étaiement provisoire car la connexion résiste à la flexion dès que les écrous sont serrés. La connexion par boulonnage Peikko augmente la sécurité et l'efficacité.
Avantages au niveau des infrastructures
En comparaison des connexions par brochage, les gains de plus de 50% peuvent être réalisés en termes de réduction de terrassement et par élimination de l'utilisation de l'étaiement provisoire. Dans le cas de notre exemple, la profondeur de l'ancrage des connexions de poteau est 350 mm et non de 800 mm avec du brochage. Cela veut donc dire que la profondeur de la fondation est moindre de 450 mm. Les gains sont à plusieurs niveaux : béton, armatures, terrassements et remblais.
