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Direction Dpartementale delEquipement de la
Guadeloupe
Document dinformation lusage du constructeur - VOLUME 4Conu par Mme Patricia BALANDIER
LE SEISME ET LES CONSTRUCTIONS ENBETON ARME ET EN MACONNERIE
PRINCIPES DE MISE EN UVRE(OUVRAGES A RISQUE NORMAL)
Pourquoi avec la mme quantit de matriaux on auraun btiment qui rsiste ou non au sisme.
Deux immeubles voisins, lorigine plutt semblables apparemment semblables. Mais trsingaux face aux secousses. La mise en uvre des matriaux y est pour quelque chose.
POURQUOI ETUDIER LES MODES DE RUINE DES BATIMENTS?
Les tudes ralises sur les diffrentes mises en uvre des matriaux utilisspermettent non seulement den connatre la rsistance lapparition dedommages, mais surtout de savoir quelles sont les dispositions qui permettentdobtenir un endommagement progressif sans perte de rsistance significative,
plutt que la rupture brutale.
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POURQUOI ETUDIER LA FACON DONT LES MATERIAUX SE DEGRADENT?
Les scientifiques nous expliquent comment un matriau se dforme, puis se dgrade, et enfinse rompt sous leffet des secousses alternes. Les architectes et ingnieurs se forment pour entenir compte dans leurs projets en zone sismique. Sur le chantier, nous avons lultimeresponsabilit, celle de raliser correctement les travaux.
Mais dabord, essayons de comprendre la varit des phnomnes propres auxmatriaux et leurs assemblages qui peuvent amener leur rupture fragile . Tousles dommages qui surviennent pendant un sisme ne sont pas signe de danger aucontraire, mais il faut les contrler !
Dans ltat actuel des choses, il nest pas question dempcher tout dommagesous sisme majeur (ce qui coterait trop cher pour les chantiers ordinaires), maisde contrler le mode de dgradation des matriaux afin dempcher que celle-ci
se traduise par leffondrement du btiment sur ses occupants... quitte rparerou reconstruire aprs la catastrophe.
Ce 4 volume du cours de construction parasismique porte sur les principes de mise en uvredes structures de bton arm et de maonnerie qui sont les matriaux les plus utiliss pour lesconstructions courantes et potentiellement les plus dangereux si leur mise en uvre nest pasapproprie pour rsister des secousses violentes.
La comprhension des dispositions constructives parasismiques ncessite des connaissances debase en sismologie applique la construction et en conception des structures. Ainsi il estrecommand de prendre connaissance des brochures 1 et 2 du prsent programmedinformation sur la construction parasismique avant daborder celle-ci.Les rgles de construction parasismique se substituent ou compltent les rgles gnrales quine seront pas rappeles ici.
PREVOIR EN SAPPUYANT SUR LES CONNAISSANCES SCIENTIFIQUES
Cest possible aujourdhui. Ca ne ltait pas il y a cinquante ans :
- Connatre lavance le comportement dune construction neuve sousleffet des secousses dorigine sismique.
- Etablir des rgles de construction efficaces partir de ces connaissances.
Ce Fascicule nous donne, sous la forme de 23 questions rponses , desexplications sur les phnomnes et nous permettra de comprendre que larglementation sappuie sur des connaissances objectives.
LES REGLES SONT LA POUR NOUS PROTEGER.
ELLES EVOLUENT AVEC LAVANCEMENT DES CONNAISSANCES.
COMPRENONS-LES. RESPECTONS-LES.
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1.Quattend-on du matriau bton arm en prvisiondun ventuel sisme ?
Une parfaite cohsion entre un bton et des armatures de qualit
Tant quil ne reoit que les charges verticales permanentes (poids de la construction, desquipements, des occupants), le bton arm peut prsenter certains dfauts qui restentcachs (ou non). Ds quil est secou par un sisme, tous les dfauts sont causes dedgradations acclres faute de cohsion parfaite des deux matriaux qui le composent, lebton et les armatures, et la dsagrgation se propage parfois jusqu la ruine.
Exemples de matriaux qui ne sont pas du bton arm
Corrosion daciers dont lenrobage ne respecte pas lesdispositions rglementaires du BAEL en atmosphrecorrosive. (Document P. Balandier)
Le bton a clat. Les armatures non enrobes et corrodes nedonneront pas la rsistance ncessaire au bton en cas de sisme.
Attention, le colmatage des clats, comme il est frquemment ralispour la remise en tat des btiments ne rend pas leur rsistance auxaciers dj corrods.
Bton non vibr : manque de matire et enrobage des aciersnon ralis. (Document P. Balandier)Ici le bton nenrobe pas les armatures. Or il faut absolument que lebton et les armatures travaillent parfaitement ensemble pour rsister
tous les efforts que la construction subira : traction, compression,flexion, torsion. Dans le cas prsent cette zone affaiblie par lemanque de bton se trouve dans une zone de jonction de poutres,
plus particulirement sollicite par laction dun sisme. Attention, lecolmatage a posteriori des manques na absolument pas larsistance dun bton qui a tir sur les armatures.
Reprise de btonnage en tte de poteau. (Document P. Balandier)De mme, la reprise de btonnage entre un poteau et une poutre est un lieu
privilgi de rupture en raison de la non continuit physique du matriau btondont la prise ne sest pas faite en mme temps dans lensemble de la zone
critique . La jonction du bton coul aprs coup sur le bton dj tir est unpoint faible, mme si on a continuit des aciers. Il convient dviter les reprises debtonnage en haut des poteaux, et en gnral sur les zones critiques. Il fautcoffrer et couler les poteaux et les poutres dun seul coup et vibrer le bton pourune bonne mise en place.
La solution :
Respecter scrupuleusement les rgles. Veiller la mise en uvre et aux enrobages des acierspour avoir un bton arm de qualit.
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2.Comment obtenir une bonne cohsion bton-armatures et faire quelle ne se dgrade pasbrutalement pendant les secousses ?
La cohsion doit tre parfaite avant les secousses et sa dgradation ventuelle sous
leffet des secousses progressivesLors dun sisme violent, ladhrence bton-armatures, mme bien ralise, va sans doutecommencer se dgrader certains endroits, mais a doit pouvoir se faire progressivement chaque secousse. Si le projet est parasismique et si le chantier a t ralis en respectantles prescriptions techniques, les premiers dommages se produiront aux bons endroits (ceuxqui ont t prvus par larchitecte et lingnieur), et au lieu de provoquer la ruine, ils freineront les mouvements du btiment sans risque deffondrement pour les lments quiportent les planchers (poteaux et murs).
Le problme
Dsagrgation complte de btons demauvaise qualit (Sisme de Bhuj, 2001)(Document X).La tricherie sur les matriaux et leur mise enuvre en zone sismique peut tre assimile un crime diffrLe respect des normes et rgles de construction
permet au btiment bien conu daffronter unsisme violent sans craindre la dislocation etleffondrement sur les occupants.
Les solutions :
Dabord une bonne qualit des matriaux :
On respecte les normes, les quantits, les prescriptions. On ne triche pas. Le bton ne doit pastre trop peu rsistant (plus que 22 MPa) ni trop rsistant si on ne veut pas devoir justifierdarmatures particulires (moins de 45 MPa).
Pour une bonne adhrence bton armatures en prvision dun sisme violent :
- Le bton doit tre visqueux au moment de sa mise en uvre, et non liquide et encoremoins rallong deau.
-Vibrer imprativement le bton pour quil se mette en place correctement.- Respecter les rgles denrobage du BAEL!- Nutiliser que des barres haute adhrence. Pas de barres lisses.- Pour un poids total dacier quivalent, plutt plus de barres de moindre diamtre que moins
de barres de gros diamtre (le plan de ferraillage du BET en tient compte).- Du bton, des armatures et rien dautre dans le coffrage (ni fourreaux, ni dchets divers!)
Les armatures doivent tre noyes parfaitement dans le bton qui ne doit pas tre affaibli pardes manques.
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3.Peut-on utiliser indiffremment tous les blocs maonner en zone sismique ?
Non, ils nont pas tous la mme rsistance. On prendra plus de prcautions aveccertains types de blocs et dautres sont carrment interdits pour les murs
principaux.Les rgles de construction parasismique distinguent :
Les blocs maonner pleins (et assimils):La pierreLes briques pleines de terre cuiteLes blocs pleins de btonLes blocs de bton cellulaireLes briques et blocs perfors de terre cuite et de bton mis en uvre avec leursperforations perpendiculaires au plan de pose sont assimils des blocs pleins.
- Les blocs perfors, pour treassimils des blocs pleins doiventavoir une rsistance en compressionau moins gale celle du mortier (120bars)
- En zone sismique, pour les murs decontreventement, les blocs doiventobligatoirement avoir une 3 paroi aumoins (comme ici la paroi centrale).
Les blocs deux parois sont interdits.
(Daprs un document de Milan Zacek, Construire parasismique )
Les blocs maonner creux sont:
Les briques creuses de terre cuite et les blocs creux de bton. Sont assimils des blocscreux (rsistance en compression infrieure celle du mortier de pose) les blocs qui ont leursperforations parallles au plan de pose.
Les deux types de blocs (pleins et creux) sont autoriss, mais le choix de lun ou delautre conditionnera les dimensions autorises entre deux chanages. On devrarapprocher les chanages pour les blocs creux qui sont moins rsistants.
Attention :
Les dimensions des panneaux de murs du projet parasismique dpendent du type deblocs choisis. Ces dimensions ont t dtermines par le BET en fonction de lanature et de lpaisseur des blocs. Pour que a tienne en cas de sisme, il ne faut
rien changer au choix des blocs du descriptif sur le chantier. Nous verrons ce quidistingue les rgles pour deux types de blocs.
Fc >120 Bars
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4.Quest-ce qui favorise la ruine sous sisme desbtiments en bton arm ?
Linaptitude se dformer en sendommageant plutt que de casser brutalement
Sous leffet des secousses, le bton perd (plus ou moins brutalement) sa cohsion autour et
lintrieur des armatures, ce qui affaiblit le btiment. Au del des dformations possibles sansdommage il y a dabord dgradation puis rupture. Il est souhaitable dobtenir des dgradations,mme importantes plutt que des ruptures pour viter leffondrement. Les rgles PS-92 nousindiquent comment.
Effondrement de structures de bton arm manquant de ductilit .
Au del des dformations supportables par les poteaux, le modede ruine a t fragile et a provoqu leffondrement total(Sisme dIzmit)
Ductilit = aptitude des matriaux ou desstructures se dformer de faon irrversiblesans arriver la dislocation.
A gauche et aucentre,exemples deruptures
fragiles depoteaux etpoutres debton arm. Adroite, exemplede rupture dite ductile dune pile deviaduc.
Dans les premiers cas les armatures ntaient pas appropries en zone sismique. Dans le troisime la dispositiondes aciers longitudinaux et transversaux trs rapprochs et de section modre permet une bonne plasticit ou ductilit du bton arm. Cest dire que, sil est trop contraint sous leffet des secousses, llment debton arm se dgrade de faon irrversible, mais ne casse pas , ce qui vite leffondrement (sauf erreur gravede conception parasismique).
Les solutions :
Les plans de ferraillage en zone sismique sont sensiblement diffrents de ceux desautres rgions. Globalement, les barres ont des sections limites, maisventuellement un nombre plus important, et les cadres sont plus rapprochs sur
certains endroits de la construction quon appelle des zones critiques . Ceci pourviter la rupture fragile des lments et la ruine totale en cas de secoussesparticulirement violentes.
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5.Quest-ce qui favorise la ruine sous sisme desbtiments en maonnerie ?
La dislocation entre les blocs sous les dformations trop importantes de laconstruction.
Lorsquun mur de maonnerie est soumis aux pousses horizontales violentes dun sisme, leslits de mortier narrivent pas assurer une cohsion satisfaisante entre les blocs maonnerqui se disloquent, mme pour des dformations modres du mur. Le mortier est ainsi le lieude ruptures fragiles . Par ailleurs, les blocs eux-mme nacceptent pratiquement pas dedformation sans rompre (ce qui nest pas le cas du bton arm, grce ses armatures). Ainsila dislocation partielle ou totale de la construction peut survenir pour des intensits locales dusisme assez faibles si on ne prend pas la prcaution de confiner (encadrer) par des chanagesappropris chacun des panneaux de maonnerie et chacune des ouvertures pour limiter lesdformations.
MAQUETTE DE MACONNERIE SUR TABLEVIBRANTE (Document X)Cet essai a tralis pour mettre en vidence le mode de ruinedes constructions de maonnerie traditionnelles,cest dire ntant pas conues et ralises enrespectant les rgles de construction parasismiqueen maonnerie avec panneaux decontreventement confins (contenus) par deschanages de bton arm dans les trois directions.
Exemple de dislocation dun angle de
maonnerie sans chanage sous leffet desdformations alternes des deux faades
(Document X)
La solution : le chanage de tous les panneaux de maonnerie :
Le systme de chanage limiteles dformations des panneauxet empche la maonnerie de sedisloquer, mme si ellecommence fissurer, en la
confinant . Les armatures deschanages doivent constituer unrseau continu et rsistantdepuis les fondations jusqu latoiture.
Document V. Davidovici
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Mcanisme de ruine des ossatures par jeu avec leur remplissage demaonnerie (Figure extraite de Construire parasismique, Ed.Parenthses, Milan Zacek)
6.Quest ce qui provoque la ruine des ossatures debton arm remplies de panneaux de maonnerie ?
Le btonnage des poteaux et poutres dcoffrs avant la mise en place de lamaonnerie ne permet pas la cohsion des deux matriaux. Lossature en bton
arm se dforme la faveur du jeu qui existe et fait clater la maonnerie qui avantde rompre exerce une pousse sur la jonction poteau poutre ce qui amorce larupture de la tte de poteau et prpare leffondrement de lossature.
Eclatement des remplissages demaonnerie dune structure de bton arm(Sisme dEl Asnam, document X). Le sismesest arrt temps et le btiment ne sest paseffondr ce qui permet dobserver la nature desdommages qui auraient men la ruine si lessecousses avaient dur quelques secondes de
plus.
Cest le systme constructif qui est le plusmeurtrier sous sisme.
Lorsque la maonnerie est mise en place aprs le dcoffrage de la structure poteaux-poutres en
bton arm, il y a forcment du jeu entre le bton et la maonnerie. Mme un trs faiblejeu suffit ce que les deux matriaux sentrechoquent au lieu de rsister ensemble sous leffetdes secousses.
Alors les dislocations se produisent comme ci-dessus. Cest pourquoi on demande de couler leschanages aprs la mise en uvre des blocs : le bton se met parfaitement en place en suivanttous les contours des blocs et lensemble rsistera de faon cohrente aux secousses.
Les solutions :
Il faut viter ce type de structure hybride entre lossature de bton arm remplissages lgersou vraiment dcoupls et la maonnerie avec chanages et choisir soit lun, soit lautre. Nousallons bien distinguer les deux dans ce document pour viter les confusions.
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7.Attention, pour le sisme, il faut bien distinguer : lesmurs porteurs en maonnerie chane et lamaonnerie de remplissage des ossatures
Les murs porteurs en maonnerie chane (systmes murs porteurs)
La maonnerie est mise en uvre avant le bton arm des chanages :
- Sur le chantier, les dimensions et les armatures des chanages respectent des rglesde mise en uvre de chanages (voir plus loin), la maonnerie est mise en place, etensuite seulement le bton est coul dans les chanages qui sont coffrs lextrieur,ainsi le bton, vibr, adhre parfaitement aux blocs quil est recommand de monter litalienne pour rduire encore le risque de dsolidarisation entre les chanages et lamaonnerie.
- Avant le sisme, les descentes de charges statiques (poids des planchers,
quipements, occupants) sont rparties sur lensemble des murs- Pendant le sisme, les charges dynamiques horizontales alternes (forces dinertie
auxquelles la structure doit rsister) sont rparties sur les panneaux de maonnerie lesplus rigides (selon les deux directions de la construction). Ce sont des trumeaux oupanneaux de contreventement. Ils ne comportent pas douvertures. Leur localisation etleurs dimensions entre les chanages doivent rpondre des rgles prcises.
La maonnerie de remplissage des ossatures (systmes poteaux-poutres)
Le bton arm est coul dans les coffrages et ensuite certaines traves sontremplies de maonnerie :
- Sur le chantier, les dimensions et les armatures des poteaux et des poutres respectentdes rgles de mise en uvre des poteaux et des poutres qui sont beaucoup plusexigeantes que celles des chanages (voir plus loin), le bton est coul dans lescoffrages. Aprs dcoffrage on met en place les blocs maonner. Il est extrmementdifficile de donner la ncessaire cohsion entre la maonnerie et lossature en raison desdifficults de mise en place correcte du mortier sur les cts et en haut du panneau, etde sa prise aprs que le bton de lossature ait tir.
- Avant le sisme, les descentes de charges statiques sont achemines par lossatureporteuse,
-Pendant le sisme, les panneaux de remplissage complets ou partiels empchentlossature de se dformer librement, ce qui pourrait lui permettre de rsister si elle estconue et mise en uvre correctement vi--vis de laction sismique (prescriptions duBET). Les panneaux pleins et les panneaux partiels (pour dautres raisons) bloquentlossature en la percutant et peuvent la dtruire ! Les rgles PS-92 autorisent ce type deconstruction, avec des rgles de mise en uvre prcises, mais le dconseillent en raisonde la difficult de respecter effectivement ces rgles sur le chantier.
Conclusion :
En zone de sismicit leve, o le secousses sont potentiellement violentes, viter lamaonnerie de remplissage dans les ossatures. Prfrer la maonnerie chane.
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8.Quappelle-t-on zones critiques des structures debton arm ?
Une zone critique est un endroit de la structure qui subit des contraintes plusleves. Cest donc potentiellement l que la dgradation du bton ou sa rupture
fragile commenceront. Les rgles PS-92 prcisent o elles se trouvent.
Pour les ossatures (structures poteaux-poutres) : proximit des noeuds
Les nuds des portiques et les pieds de poteaux subissent des efforts alterns levs quipeuvent dtruire rapidement ladhrence du bton sur lacier. Les rgles de construction enbton arm nous indiquent comment armer ces zones pour viter la rupture fragile (Voirpoint n 9)
Exemples de ruptures fragiles de zones critiques non traites par des armatures appropries (Agauche Sisme dAnchorage, 1964, Document Karl V. Steinbrugge, A droite, document X)
Pour les voiles (murs porteurs de btonarm) : la base des voiles
Les bases des voiles (Rez-de-chausse) subissent lescontraintes les plus leves de la structure. Ellessont donc considres comme critiques .
Les rgions situes la base des voiles,
(habituellement sur une hauteur dtage dont lahauteur nexcde pas la largeur des voiles), ainsique celles situes chaque niveau de changementnotable de la section de coffrage, font lobjet dedispositions spciales des rgles de constructionparasismique qui nous demandent de renforcer leschanages ces endroits. (Voir point n 10)
(Sisme dAnchorage, 1964, Document X)
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9.La solution pour viter la rupture fragile desossatures : le confinement des zones critiques
Les rgles de construction : Synthse des 11.34 et 11.35 des rgles PS-92: Armaturedes ossatures et leurs zones critiques
La figure suivante rsume les rgles de conception des armatures des ossatures. On voit(reprsentation complte sur le nud en haut et gauche) que les cadres sont plus rapprochsdans les zones critiques et que la priorit est donne la rsistance du poteau sur celle dela poutre. Car on a besoin de la tenue des poteaux pour empcher leffondrement du btiment.Pour le dimensionnement et le rapprochement des cadres plusieurs critres doivent treremplis. Pour le plan de ferraillage, le BET retient le plus exigeant aprs valuation.
Le principe est que, par rapprochement des cadres dans les zones critiques (delordre de 5 8 cm entre axes), lorsque la cohsion armatures bton se dgrade,ce dernier et les barres longitudinales sont confins lintrieur des cadres (frettes)
et on vite le flambement des barres et la rupture fragile de la poutre ou du poteau.
Commentaire :
Les dispositions des rgles parasismiques pour la conception des armatures des structures
poteaux-poutres peuvent sembler complexes sur ce schma pour qui na pas lhabitude deconcevoir un plan de ferraillage. Le plan remis par le BET pour le chantier en zone sismique lesrespecte. Respectons le plan de ferraillage du BET sur le chantier.
(Figure extraitede Construire para sismique,Ed. Parenthses,Milan Zacek)
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10.La solution pour renforcer les voiles de bton arm:le chanage renforc de leurs zones critiques
Les rgles :
La nature du chanage des voiles en zone sismique est dfini par les rgles PS-92. En ce quiconcerne les autres armatures du voile, les rgles communes toutes les zones (sismiques ounon) du BAEL sappliquent.
Synthse du 11.43 des PS-92 : Chanage des voiles :
Armatures longitudinalesen Fe E 500 Vertical : on doit disposer un chanage vertical chaque extrmit, chaque ouverture, chaqueintersection, de plancher plancher avec recouvrements dtage tage.Horizontal :ils doivent tre continus la priphrie de tous les planchers.Linteaux : leurs barres doivent tre ancres dune longueur de 50 diamtres de part et dautre delouverture.Zone courante :4 HA 10, cadres de 6 espacs de 10 cm maximum.Zone critique :4 HA 12, cadres de 6 espacs de 10 cm maximum.
Ci-contre schma dimplantation des chanages desvoiles daprs les rgles PS-92.
Disposition en lvation, (chanageshorizontaux non montrs)
Le plan de ferraillage du BETrespecte les rgles communes duBAEL et les complte des rglesPS-92. Respectons ce plan sur lechantier.
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11.Pourquoi faut-il connatre lavance les modesde dformation des lments de bton arm ?
Dterminer lavance si une pice sera flchie ou comprime sous lescontraintes dues laction dun sisme est fondamental pour choisir un type
darmatures efficace et rglementaire.A gauche, poteau de forme peu lance. Ne pouvant flchirdans le sens de sa grande dimension, il a subi un cisaillementglobal . (Sisme de Ceyhan Misis, 1998) (Document P. Balandier)La contrainte leve et les dommages concernent toute sa hauteur(rupture en diagonale). Cet lment arm comme un poteau a unesection (rapport largeur/ paisseur) la limite du voile (mur) selon lesrgles PS-92. Son faible lancement (rapport hauteur/largeur) en faitune pice courte . Il aurait d tre considr comme zonecritique sur toute sa hauteur, et recevoir des armatures appropriessur toute sa hauteur (voir plus loin). Ou tre arm comme un voileavec renforcement des extrmits.
A droite Les poteaux de gomtrie lance ont subi une flexionglobale. (Sisme de Loma Prieta) (Document X pour EERI)Lorsquil y a flexion, les niveaux de contraintes et de dformationmaximums se situent dans les zones critiques , qui dans ce cassont localises en haut et en bas du poteau comme le montrent lesdommages. Ces zones auraient d recevoir des armaturesappropries.
Il faut savoir lavance si un lment va subir un cisaillement ou une flexion pourdterminer le type darmatures appropri pour quil rsiste sans rupture fragile .
Les solutions :
Les rgles PS-92 indiquent prcisment comment dterminer le type de contraintedune pice sous sisme. Le BET pourra ainsi faire un plan de ferraillage adapt qui
devra tre respect sur le chantier.
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12. Quelles sont les limites des dformations des mursde maonnerie avant la ruine ?
Trs rigides, les blocs maonner nacceptent pratiquement pas de dformationsans rupture, soit des blocs, soit plus frquemment du mortier de liaison. Au del
dun certain niveau de dislocation, le processus de ruine du btiment commence.
Un mode de rupture par dislocation et chute des blocs.
Sisme Ombrie-Marches 97. Ledversement des faades est le premierniveau de dommages graves desmaonneries non confines (Document X
pour EERI). La dislocation peut commencerautour des ouvertures comme ici ou partir desangles (voir point n5)
Dislocation de la maonnerie au dpart dun point faible : uneouverture non confine (dformations non limites). Sisme de
Loma Prieta (Document X)
La ncessit de confiner les murs de maonnerie dans deschanages de bton arm pour viter leur dislocation et leurprojection hors plan exclut les dispositions de type murcourbes de maonnerie. Pour les murs courbes, il faututiliser des voiles de bton arm.
Les solutions :
Pour limiter les dformations et empcher la dislocation de la maonnerie, chaquepanneau, chaque ouverture, doivent tre confins par un cadre de btonarm rsistant : des chanages pour les panneaux et des encadrements pour lesouvertures.
Les dimensions des panneaux et ceux des ouvertures doivent tre modrs pour quela rsistance soit effective.
Les rgles PS-92 dfinissent prcisment toutes les conditions de mise en uvredes chanages et encadrements de baies et les conditions de dimensions despanneaux et baies (voir plus loin).
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13. Quattend-on des armatures longitudinales despoteaux et des poutres pour la rsistance auxsismes ?
Elles doivent pouvoir rsister sans rompre aux sollicitations en traction qui peuvent
survenir lors des diffrentes dformations possibles de la structure, et ne pas altrerla rsistance du bton lors des sollicitations en compression (pas de crochets) et nepas flamber .
N-B : Une pice dforme en flexion subit pour la partie extrieure de sa courbure unetraction et pour la partie intrieure une compression.
La rsistance mcanique des armatures longitudinales doit tre effective des fondations jusqula toiture. Elles doivent constituer un rseau continu (attention aux conditions de continuitmcanique par recouvrement suffisant entre toutes les barres). Elles doivent en outre pouvoir
se dformer avec le poteau ou la poutre sans que la perte dadhrence bton-aciers soit troprapide.San Fernando, 1979 : Conceptiondarmatures longitudinalesdossatures tout fait inappropriesen zone sismique, (Documents NISEE USA)
- Pas de continuit des barreslongitudinales des poteaux entre les tages(recouvrement non assur)
- Diamtres trop importants pourse dformer avec le poteau sans arracherle bton
- Nombre insuffisant pour unerpartition correcte des efforts.
- Pas de frettage: En outre, elles nesont pas contenues par le frettage quidevrait se trouver lextrieur des barres !
Les solutions :
Respecter les rgles PS-92 - 11.31 : Armatures longitudinales
11.311 : La continuit des armatures longitudinales peut tre assure par recouvrement ou tout autre
procd dont il est tabli quil nentrane pas la fragilisation de larmature. 11.312 Lemploi de coudes et crochets dans les pices comprimes ou les parties comprimes des pices
flchies est interdit. Toutefois, en cas de ncessit (liaison avec une semelle de fondation, voisinage dune surface libre,
etc.) les ancrages dextrmit peuvent tre assurs au moyen de coudes 90.11.313 : Toutes les longueurs de recouvrement ou dancrage sont majorer de 30% pour la part situe
hors zones critiques et de 50% pour la part situe dans la zone critique Chaque fois que cest possible,
on vite de recouvrir en zone critique) Dans les zones de recouvrement, les armatures transversales doivent respecter la rgle des
coutures rsultant de la transmission des efforts entre les barres longitudinales.
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14. Comment faire pour que les armaturestransversales des poteaux et des poutres rsistent la rupture ?
Chaque cadre (armature transversale) doit pouvoir rsister lclatement lors du
gonflement du bton en compression. Pour ce faire, il doit tre constitu dune seulebarre dont les extrmits doivent se croiser autour dune barre longitudinale dangleet tre correctement ancres dans le volume de bton. Le rapprochement des cadresdans les zones critiques rduit les efforts sur chaque cadre.
Le rle des cadres est fondamental dans la dtermination de la ductilit plus ou moinsleve de lossature. Le rapprochement des cadres permet de contenir plus efficacement lesbarres longitudinales et viter leur flambement. Lancrage correct des extrmits de la barre quiconstitue chaque cadre rduit le risque darrachement (longueur dancrage : 10 fois le diamtrede la barre).
Les bonnes ou mauvaises conception et mise en uvre des cadres (armatures transversales)vont conditionner le type de rupture dellment sil est dform au point davoir desdommages.
Eclatement des armatures transversales sur lazone critique de poteaux, ayant entran leflambement des barres longitudinales et ladislocation du bton qui ntait plus confin.(Sisme de Bhuj, 2001) (Document X pourEERI)
Les solutions :
Le respect des rgles de conception des armatures transversales permet dviterleur clatement en assurant leur bon encastrement dans le volume de bton. Uneseule barre par cadre.
Dispositions types des PS-92 et Figureextraite de Construire parasismique(Ed. Parenthses, Milan Zacek)
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15.Comment faire pour que toutes les armatures despoteaux et des poutres constituent un ensemblersistant ?
Outre les conditions de liaisons rsistantes de poteau poteau et de poutre poutre
par recouvrement suffisant des barres longitudinales, les poteaux et les poutresdoivent pouvoir flchir librement sur toute leur longueur. Les dommages ventuelspeuvent tre des dformations irrversibles sans arriver la rupture fragile .
Si le poteau ou la poutre ont une section importante, il faut plus de quatre barreslongitudinales. Alors, des cadres ou des pingles doivent tre ajouts aux cadres priphriquespour que les armatures transversales puissent contenir efficacement toutes les barreslongitudinales.
Les poteaux dit courts (ou brids) en lments principaux sont viter car leur longueur
rduite les rend trop rigides et ils ne peuvent plus flchir mais en gnral ne sont pas pourautant conus pour rsister un cisaillement global. Si on ne peut les viter, il faut les traitersur toute leur hauteur comme des zones critiques .
A gaucherupture dunpoteau court(brid par uneallge). Troprigide, le poteauna pu flchir et
les efforts sur sesextrmits ontaugment aupoint de lerompre.
A droite Essai de frettagede zone critique
(armaturestransversales
rapproches) sur
toute la longueurdun poteau courten laboratoire.
(Documents NISEE USA)
Cette solution est demande par la rglementation pour les poteaux courts, mais il estprfrable dviter carrment que des poteaux courts soient sollicits par le sisme, soit en lesvitant totalement, soit en ayant par ailleurs des voiles qui prennent la charge sismique.
Les solutions :
Les rgles PS-92 spcifient les rgles de confinement des barres par les frettes. (Figuresextraites de Construire parasismique, Ed. Parenthses, Milan Zacek)
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Les poteaux
Les poutres.
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16.Y a-t-il des dimensions minimales pour les coffragesdes poteaux et poutres en zone sismique ?
Oui. La rsistance mcanique dpend videmment aussi de la quantit de matire.Aussi les rgles imposent-elles des sections minimales pour les pices des ossatures
propres aux zones sismiques. Le problme : trop de constructeurs semblentlignorer !
Les mauvaises habitudes issues de lpoque o on ngligeait laction des sismes pourconstruire font que ce problme grave est nglig, dautant plus que le cubage de bton, doncle cot du chantier, va crotre de fait pour les constructeurs qui doivent abandonner leurshabitudes illicites.
A gauche et droite,des logements sociaux(Zone III) construitsalors que les rgles
PS-92 taient dj envigueur. Outre leproblme de mauvaiseconception architecturalevis--vis du sisme, les
poteaux nont pas lasection minimaleobligatoire de 25 cm dect (Clichs P. Balandier)
Les solutions :
Respecter les rgles. Synthse du 11.331 des PS-92: Dimensions minimales des sections b et h > 25 cm S > 625 cm2 me des poutres > 15 cm
Figure extraite de Construire parasismique, Ed Parenthses, Milan Zacek)
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17.Quest-ce qui diffrencie un large poteaurectangulaire dun mur en bton arm (ou voile) ?
Les rgles PS-92 nous disent que lorsque la largeur dun poteau est gale ousuprieure 4 fois son paisseur, ce nest plus un poteau, mais un voile. Il devientalors assez rigide dans le sens de sa largeur pour ne plus tre assimil un poteau.
Les constructions contreventes par des voiles de bton arm (en nombre suffisant et biendisposs) sont un type de structure rigide qui limite les dplacements relatifs des planchersbeaucoup plus que les ossatures ne le font. Les ventuels dommages dans les zones critiquescrent moins deffondrements que pour les ossatures.
En effet, mme en cas de cisaillement dun voile, il est en gnral partiel et les reports decharges se font sur les parties non rompues, alors que les contraintes chutent. Aussi larglementation parasismique est moins complexe pour les armatures des voiles dont la
spcificit est le renforcement des chanages. En outre, un voile peut navoir quune paisseurde 15 cm (25 cm pour les poteaux).
Cependant, les extrmits des voiles (bouts des murs) sont trs sollicites par le sisme etcest l que la rupture sous leffet du cisaillement samorce. Il faut donc renforcer cesextrmits, soit par des chanages (rgles PS-92) soit par le renforcement vertical des treillis endoubles faces (Eurocode 8).
Amorce de cisaillement de lextrmit dunvoile (Sisme dAnchorage, 1964)
(Document Karl V. Steinbrugge)
Les solutions
PS-92 - 11.41 : Dimensions minimales Les murs en voiles doivent prsenter une paisseur minimale de 15 cm et une largeur au moins gale 4 fois lpaisseur. les lments ne satisfaisant pas cette condition doivent tre considrs comme des lmentslinaires*. (* donc comme des poteaux et tre arms comme tel)
Chanages des voiles
(Voir plus loin)
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18.Quelles rgles pour dterminer les diffrentspanneaux en maonnerie et leurs chanages ?
Une construction en maonnerie comprend un certain nombre de murs. Pourempcher son effondrement sous laction dun sisme, elle doit comporter un
nombre suffisant de panneaux de murs rsistants aux pousses horizontales etbien disposs dans les deux directions de la construction.
Tous les murs de maonnerie (rsistants ou non) doivent tre compris entre des chanagesverticaux et des chanages horizontaux qui les confinent pour empcher leur dislocation sousleffet des pousses horizontales.
Pour les panneaux de maonnerie rsistants appels trumeaux La rsistance de ces panneaux doit tre effective, car cest eux qui vont empcherleffondrement, et pour cela ils ne doivent tre ni trop troits (dsquilibre possible sous lespousses horizontales), ni trop larges (inefficacit des chanages pour assurer leur rigidit auregard des dformations perpendiculaires au plan).Ils doivent tre pleins (toute ouverture constitue un point faible) et bien rpartis sur lensemblede la construction dans les deux directions, chacun de ses tages et de prfrencesuperposs. Lidal serait de les disposer au moins sur tous les angles de la construction (1,5mde large au moins en zone III), car ce sont les zones de la construction qui ont besoin du plusde rsistance.
Pour les autres panneaux de maonnerie (ceux qui nassurent pas la rsistance)Ils comportent les ouvertures du btiment, mais on ne compte pas sur eux pour contreventer la btiment, cest--dire viter son effondrement. Nanmoins, ils ne doivent
pas se disloquer et crer un danger. Ils doivent donc obir aux mmes conditions de chanage,de dimensions maximum et leurs ouvertures doivent tre solidement encadres.
Les solutions :
Les prconisations des rgles PS-92, rpondent une logique de confinement de chaquepanneau (inclus les planchers) en limitant les dimensions.PS-92 - 12. 2221: Principes Dans le prsent document on appelle maonneries chanes les structures porteusesralises en maonnerie de petits lments (voir 12.113) et comportant des chanages en bton
arm mis en uvre aprs excution de la maonnerie :- chanages horizontaux :
au niveau des fondations (ventuellement),au niveau de chaque plancher,au niveau haut ;
-chanages verticaux, au moins : tous les angles saillants et rentrants de la construction,aux jonctions de murs,encadrant les ouvertures de hauteur suprieure ou gale 1,80m ;
Aucun lment de murne doit prsenter de bord libre en maonnerie.
(Voir dimensions des panneaux et dispositions complmentaires des ouvertures plusloin)
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19. Quest-ce qui diffrencie les trumeaux demaonnerie, des autres murs ?
Ils ont des caractristiques obligatoires plus svres pour tre effectivementrsistants sous laction du sisme.
Afin de confrer lensemble maonnerie chanages une bonne rsistance aux dformations,il convient de limiter la surface des panneaux qui constituent les murs pour matriser langledes diagonales sur lesquelles les pousses vont sexercer pendant le sisme (ni trop vertical, nitrop horizontal) et leur stabilit en fonction de leur paisseur.On observe linstabilit de ces panneaux sils trop grands pour la rsistance des blocs utiliss(blocs pleins ou blocs creux et paisseur des blocs).
Sisme duSalvador
(2001).(DocumentsP. Balandier
et S.Gunot).
Lutilisation, pour des raisons conomiques, de petits blocs maonner (faible paisseur) a conduit rduire lesdimensions des trumeaux (un chanage intermdiaire supplmentaire par tage). Mais le manque dinertie
transversale conduit nanmoins la ruine les ouvrages trop sollicits. En France les blocs doivent avoir unepaisseur minimale, et selon leur rsistance on aura le droit des dimensions de panneaux plus ou moinsimportantes.
Les solutions :
respecter les rgles PS-92Pour les paisseurs de blocs, le standard de 15 cm est dj prohib par de nombreuses rgles(dont les rgles PS-MI applicables en zone II), ne serait-ce que parce quil ne permet paslenrobage correct des aciers dans les chanages. Les PS-92 lautorisent encore pour les blocspleins et assimils, mais lutilisation de blocs maonner de 20 cm minimum est recommande,mme dans les cas o ce nest pas obligatoire, notamment en zone III par le guide deconstruction parasismique des maisons individuelles.
Caractristiques rglementaires des trumeaux :- Epaisseur des blocs gale ou suprieure 15 cm (20 cm pour les lments creux)- Largeur et hauteur du panneau infrieures ou gales 5 m- Surface du panneau infrieure ou gale 20 m2
- Dimensions de la diagonale du panneau pour les blocs creux infrieure ou gale 25paisseurs des blocs utiliss
- Dimensions de la diagonale du panneau pour les blocs pleins infrieure ou gale 40
paisseurs de blocs utiliss- Un seul percement de 20 cm maximum hors des diagonales autosis par panneau.
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(Document extrait de Construireparasismique , Milan Zacek,Editions Parenthses)
En haut, les conditions runirpour dterminer les dimensions du
panneau.
En bas gauche les dispositionspropres au rapprochement deschanages sur les pignons.
En bas droite, harpage ou montage litalienne des blocspour obtenir une cohsion accrueentre la maonnerie et le chanagecoul ensuite.
ATTENTION
A gauche, la construction comprend un grand nombre de chanages sans pour autant possder unseul panneau de contreventement. Une conception correcte de la structure pour quelle possde destrumeaux (panneaux pleins compris entre deux chanages) en nombre suffisant naurait pasdemand davantage de matriaux ni de mise en uvre (Document P . Balandier)
A droite, pour une mme densit de chanages la maison comporte des vrais trumeaux. Reste unequestion rsoudre : on voit des fourreaux lectriques sortant du bton des chanages verticaux (droite du clich). Ils empcheront la bonne adhrence du bton sur les armatures et rduiront larsistance du chanage. Il faut passer les fourreaux et autres conduites dans des gaines techniques
et pas dans la structure porteuse. (Clich Milan Zacek)
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20.Comment raliser un panneau de maonnerie quicomprend des ouvertures ?
Les autres murs, qui comprennent les ouvertures du btiment, ne contribuent pas la rsistance de la construction sous sisme. Nanmoins, pour des raisons de
scurit, ces ouvertures doivent tre ralises en respectant des rglesdencadrement prcises, rgles qui visent viter lclatement de la maonneriesitue autour.
Les rgles PS-92 ( 12.2227) distinguent trois types de baies en fonction de leursdimensions et prescrivent les conditions dencadrement visant viter la dislocation despanneaux dans lesquelles elles sont implantes:
- Petites baies (catgorie P) aucune dimension suprieure 1, 5m- Moyennes baies (catgorie M) une dimension au moins suprieure 1,5m, mais
aucune suprieure 2,5 m
-Grandes baies (catgorie G) une dimension au moins suprieure 2,5m
La solution : respecter les rgles dencadrement des baies selon leurs dimensions et lacclration nominale rglementaire .En rouge, les mesures applicables la zone III (aN>3,5) : Guadeloupe et Martinique.
aN Petites Moyennes Grandes
< 0,25g - -
< 0, 35g
>ou = 0,35g
En rsum :
Pour les portes et portes-fentres, chanage
obligatoire. la porte estconsidre comme une limitede panneau, alors que lafentre est considre commezone faible renforcer. Lesarmatures dun chanagecomportent 4 barres et cellesdun cadre 2 barres (voir plusloin).
(Figure extraite de Construire parasismique Milan Zacek, EditionsParenthses)
Encadrement et liaison
aux chanages sauf sidimensions du panneau< 3.20m
Encadrement sauf si
dimensions du panneau< 3.20m
Encadrement etliaison aux chanages
Encadrement etliaison aux chanages
Encadrement etliaison aux
Encadrement etliaison aux
Encadrementsim le
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21. Quelles sont les caractristiques rglementaires dusystme de chanage de la maonnerie ?
Lensemble du systme de chanage doit assurer la liaison continue de tous leslments de la construction des fondations la toiture, la rsistance des panneaux
aux dformations et lancrage des planchers dans les murs.
Les dimensions obligatoires des chanages et leurs rgles darmatures doivent treimprativement respectes pour garantir leur rsistance dans les trois directions.
Les solutions :
Respecter les rgles PS-92 - 12. 2221: Principes Dans le prsent document on appelle maonneries chanes les structures porteusesralises en maonnerie de petits lments (voir 12.113) et comportant des chanages en bton
arm mis en uvre aprs excution de la maonnerie :-chanages horizontaux:
au niveau des fondations (ventuellement),au niveau de chaque plancher,au niveau haut ;
-chanages verticaux, au moins : tous les angles saillants et rentrants de la construction,aux jonctions de murs,encadrant les ouvertures de hauteur suprieure ou gale 1,80m ; avec les dispositions
complmentaires nonces ci-aprs.
Aucun lment de murne doit prsenter de bord libre en maonnerie.
Caractristiques des chanages horizontaux : les rgles PS-92 (Article 12.222)demandent :
Dimensions :- Epaisseur: Sur toute lpaisseur du mur (totale sidouble paroi) ou tolrance en rduction aux 2/3minimum pour viter les ponts thermiquesnotamment.
- Hauteur: 15 cm minimum
Armatures longitudinales :4 barres, une dans chaque angle, espaces de 20cm maximum (si mur pais, ajouter une troisimebarre), rsistance en traction minimum 80 kN
Armatures transversales :Espacement infrieur ou gal la hauteur, 25 cmmaximum.
(Figure extraite de Construireparasismique Milan Zacek, Editions
Parenthses)
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Caractristiques des Chanages verticaux, les rgles PS-92 (Article 12.222)demandent :
Dimensions :Comme pour les chanages horizontaux avec sections maximum aux angles.
Armatures longitudinales :Comme pour les chanages horizontaux avec possibilits de minorer les dimensions dans certainscas dans les rgions de faible sismicit.
Caractristiques des nuds des chanages, les rgles PS-92 (Article 12.222)demandent :La continuit et le recouvrement des armatures des divers chanages concourantsdoivent tre assurs dans les trois directions.
Ci-contre, exemple depositionnement correct desbarres assurant la continuitdes barres de chanages dansles angles et auxintersections des chanageshorizontaux.
Types et caractristiques des cadres admis pour les baies des structures enmaonnerie
Les cadres peuvent tre en bton arm de rsistance en traction dfinie ou en mtal pour unersistance quivalente prouve.
Pour le bton arm (par deux barres longitudinales):- dimension minimale de 7 cm et implantation sur toute lpaisseur du mur (sauf rgles des 2/3applicables aux chanages)- espacement des deux barres 20 cm maximum (si mur pais rajouter une troisime barre)
- Liaisons par des pingles.
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22.Quattend-on des planchers de bton arm ?
Les planchers, pour assurer le contreventement horizontal, doivent tre rigides (cest--dire indformables ) et solidement lis aux lments porteurs (poutresentre les porteurs ou chanages des murs), de faon a impliquer une dformationhomogne tous les lments de contreventement vertical (ce qui implique que
ceux-ci soient bien implants et de raideurs homognes)
Les diffrents types de planchers et toitures plaques ne constituent un diaphragmerigide que dans le respect de certaines dispositions constructives qui assurent une rsistancesatisfaisante :
Rigidit effective dans leur plan. Solidarisation imprative avec les chanages priphriques et poutres qui assurent la
liaison avec les pales de stabilit (ancrages satisfaisants pour viter larrachement). Renforcement des bords des trmies par des cadres arms, les dimensions des trmies
doivent tre limites (sinon, dispositions compensatrices). Si la plaque est constitue de plusieurs couches (pr-dalle et dalle ou poutrelles et
entrevous et dalle), liaisons entre les couches par des coutures assurant un comportementdynamique homogne sans dislocation.
Ces pr-dalles comportent des couturescomme le recommande la rglementationafin dassurer la liaison avec la dalle couleen place. Les irrgularits de surfacedoivent permettre une meilleure adhrencedu bton coul en place sur celui qui a tiren usine.Nanmoins, des coutures couches, voirearraches ne peuvent assurer leur fonctionde liaison entre les deux couches.(Clichs P. Balandier)
Couler la dalle du bton en mme temps que les chanages, poutres, chapiteaux
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Cas des planchers poutrelles et entrevous :
Il est capital que les liaisons entre les nervures et la dalle soient effectives pour uncomportement dynamique cohrent. La dalle de compression elle mme doit tre calcule avecun minimum de 4 cm (5 cm pour les entrevous de polystyrne, nanmoins prfrables auxrhausses isolantes sur entrevous).
Ces planchers nervurs ont lavantage davoir une masse rduite (Rduction Fi) pour unebonne rsistance mcanique (au regard des dalles coules en place).Les liaisons entre les poutrelles et la dalle de compression et celle du plancher avec leschanages horizontaux doivent tre soignes. De plus en plus de fabricants proposent desproduits adapts aux zones sismiques (poutrelles, aciers).
23. Y a-t-il des rgles de scurit pour les cloisons de
maonnerie non porteuses?Pour des raisons de scurit des personnes elles doivent respecter des rglesdencadrement pour viter leur dislocation sous leffet des secousses
On distingue les cloisons lgres dpaisseurs infrieures 10 cm, des cloisons lourdes(paisseurs suprieures 10 cm), avec des exigences plus leves.
La rglementation
Les cloisons de distribution dpaisseur jusqu 10 cm
Elles doivent respecter les dispositions suivantes : Pas de bord libre Jonction imprative dautres murs, cloisons ou potelets (bton arm, mtal ou bois) de
pleine hauteur Si cloison de pleine hauteur, elles doivent tre solidaires des planchers pour viter leur
dversement Si hauteur partielle, encadrements lis au gros-uvre
Harpage des cloisons perpendiculaires S < 14 m2, H et L < 5m, d < 100 e Encadrement des baies (BA, mtal, bois)
Les cloisons de distribution dpaisseur suprieure 10 cm
Elles doivent respecter les dispositions suivantes :Idem cloisons prcdentes et : Chanages en bton arm en mtal ou en bois des panneaux S < 20 m2, H et L < 5m, d < 50 e Encadrement des baies de type G (BA, mtal, bois) reli la structure. Vrification de leur participation au comportement dynamique de la structure (raideurs)