Évaluation de la vulnérabilité sismique du bâti existant par une approche mécanique avec une application à l’échelle urbaine

par El Mehdi Seddiki

Thèse de doctorat en Aménagement de l'espace, urbanisme

Sous la direction de Mindjid Maïzia et de Kamal Serrhini.

Soutenue le 04-09-2019

à Tours , dans le cadre de École doctorale Humanités et Langues (Centre-Val de Loire) , en partenariat avec Cités Territoires Environnement et Sociétés (Tours) (laboratoire) .

Le président du jury était Frédéric Duprat.

Les rapporteurs étaient Sidi Mohammed Elachachi, Maria Paola Santisi d'Avila.


  • Résumé

    Les bâtiments en maçonnerie est l’une des typologies les plus courantes en Europe. Etant construite sans considération sismique, cette typologie est très vulnérable face aux sollicitations transversales. A l’instar des centres urbains historiques, la ville de Nice connait une concentration des blocs de bâtiments caractérisés par une continuité structurelle. Plusieurs observations post-sismiques ont montré que les bâtiments attenants au sein d’un bloc n’ont pas un comportement dynamique indépendant, car il est fortement impacté par les constructions adjacentes. Il s’agit de l’effet de bloc. Par conséquent, les considérer individuellement reflète un comportement imprécis voire irréaliste. Cette thèse a pour objectif d’évaluer la vulnérabilité sismique du bâti en maçonnerie existant à grande échelle (ville). La méthodologie d’évaluation proposée est basée sur une approche mécanique et considère plus particulièrement l’impact de l’effet de bloc sur la réponse des bâtiments.Ce faisant, la démarche multiéchelle proposée comprend trois étapes complémentaires et est appliquée à la ville de Nice. Nous développons dans un premier temps, une nouvelle Matrice de Typologies de Bâtiments représentative de la zone d’intérêt. La base de données typologiques correspondante est ensuite construite pour déterminer les typologies de bâtiments les plus répandues. Un ensemble d’archétypes représentatifs des structures en maçonnerie est retenu comme cas d’étude. Ils sont modélisés par le principe du cadre équivalent par macroélément et analysés par l’approche statique non linéaire, Pushover. Nous obtenons ainsi une courbe de capacité caractéristique pour chaque typologie étudiée. Enfin, un outil est développé pour la détermination des niveaux de dommages, en conformité avec l’Echelle Macrosismique Européenne EMS-98. Il répond à la complexité du milieu urbain. En effet, il estime le niveau de dommage moyen attendu pour chaque typologie, en fonction des actions sismiques locales. D’autant plus que le bâti niçois est implanté pour la plus part sur des remplissages alluvionnaires. Ce qui augmente les effets de site lithologiques. Ces derniers sont pris en compte dans la définition du scénario de l’aléa sismique. Il est représenté par des spectres de réponse en accélération et correspond au séisme de scénario Ligure de 1887 (Mw = 6.9). Le modèle est basé sur l’approche N2 pour la détermination du point de performance.Les résultats ont confirmé plusieurs observations post-sismiques, et montrent que l’effet de bloc a un impact considérable sur la vulnérabilité des bâtiments. Cette influence peut prendre trois formes différentes : évolution de la résistance du bâtiment, modification de son mécanisme de ruine global ou alors variation du niveau de dommages attendu. La méthodologie proposée constitue une première contribution dans l’évaluation des bâtiments à grande échelle avec la prise en compte des interactions entre les bâtiments adjacents. Sa modularité permet d’intégrer d’autres paramètres et d’élargir le champ d’application. Par ailleurs, elle remet en question le texte réglementaire actuel (EC8), qui est basé à l’échelle du bâtiment considéré isolé pour évaluer sa vulnérabilité.Le scénario du risque sismique résultant consiste en un guide un guide précieux pour les politiques et les acteurs de la construction. Il peut être utilisé pour la mitigation des risques ou l’optimisation des plans d’évacuation en situation de crise.

  • Titre traduit

    Assessment of the seismic vulnerability of the existing building by a mechanical approach with a large scale application


  • Résumé

    Masonry buildings are one of the most common typologies in Europe. Being built without seismic considerations, this typology is very vulnerable to the transversal loads. Like the historic urban centers, the city of Nice knows a concentration of the building blocks characterized by a structural continuity. Several post-seismic observations have shown that adjoining buildings within a block do not have an independent dynamic behavior, as it is strongly impacted by the adjacent buildings. This is the block effect. Therefore, considering them individually reflects an imprecise or even unrealistic behavior. This thesis aims to assess the seismic vulnerability of the masonry structures at large-scale (city). The proposed evaluation methodology is based on a mechanical approach and considers more particularly the impact of the block effect on the response of buildings.The proposed multi-scale approach includes three complementary steps and is applied to the city of Nice. First, we develop a new Matrix of Building Typologies representative of the area of interest. The corresponding typological database is then constructed to determine the most common typologies of Nice buildings. A set of representative archetypes of masonry structures is used as a case study. They are modeled by the equivalent frame approach and analyzed by the nonlinear static approach, Pushover. We thus obtain a characteristic capacity curve for each studied typology. Finally, a tool is developed for the determination of damage levels, in accordance with the European Macroseismic Scale EMS-98. It responds to the complexity of the urban environment. Indeed, it estimates the average level of damage expected for each typology, according to the local seismic actions. Especially since the building of Nice is implanted for the most part on alluvial fillings. This increases the lithological site effects. These are taken into account in the definition of the seismic hazard scenario. It is represented by acceleration response spectra and corresponds to the Ligure scenario earthquake of 1887 (Mw = 6.9). The model is based on the N2 approach for determining the performance point.The results confirmed several post-seismic observations and show that the block effect has a considerable impact on the vulnerability of buildings. This influence can take three different forms: evolution of the resistance of the building, modification of its mechanism of global ruin or then variation of the expected level of damage. The proposed methodology is a first contribution in the evaluation of large-scale buildings with the consideration of interactions between adjacent buildings. Its modularity makes it possible to integrate other parameters and to widen the field of application. In addition, it questions the current norms (EC8), which is based on the scale of the building considered isolated to assess its vulnerability.The resulting seismic risk scenario is a guide and a valuable guide for construction policy and actors. It can be used for risk mitigation or optimization of evacuation plans in crisis situations.

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