voirie et reseaux divers en zone sismique

VOIRIE ET RESEAUX DIVERSEN ZONE SISMIQUE

1. LA DEMARCHE ET LE CONTEXTE

2. LES VRD ET LEUR VULNERABILITE

3. CONCLUSIONS

Préambule

• Les méthodes de vérification (calcul) des VRD, qu’il

s’agisse par exemple de l’établissement de l’aléa de

glissement de terrain, du comportement dynamique

des réservoirs plus ou moins pleins ou de celui des

conduites et réseaux aériens est complexe.

• Il ne peut faire l’objet d’un simple exposé comme

celui-ci.

• En revanche, les problématiques posées, et exposées

ci-après, doivent être identifiées afin d’être présentes

dans la démarche de chaque acteur direct ou indirect

de l’aménagement en zone sismique.

1. LA DEMARCHE ET LE CONTEXTE

Conséquences des pertes sur VRD:

• Pertes matérielles directes,

• Difficultés à mettre en place le plan de secours tel que prévu,

• Aggravation des aspects matériels de la crise de société post-sismique,

• Délais de retour à l’activité normale(après la phase de crise) pénalisants pour l’économie régionale.

ANALYSE DE LA PROBLEMATIQUE

La démarche est la même que pour tous les éléments à risque:

• Estimation de l’Aléa (Régional et local)

• Identification des Eléments à risque (enjeux)

• Estimation de leur Vulnérabilité (propre et

croisée)

• Estimation du Risque direct et du risque induit

(Risque = Aléa x Enjeux x Vulnérabilité)

LE CONTEXTE REGLEMENTAIRE

POUR LES OUVRAGES

Du constat technique à l’arbitrage politique.

• LOI n° 87-565 du 22 juillet 1987

Prévention des risques majeurs, droit du citoyen à l’information

• DECRET n°91-461 du 14 mai 1991Zonage sismique de la France, notions d’ORS et ORN

• ARRETE DU 29 MAI 1997Abroge et remplace l’arrêté du 16 juillet 1992, et rend obligatoire l’application des règles PS-92

• ARRETE DU 10 MAI 1993( J.O. 17.07.93) ORS

• LOI n°95-101 du 2 février 1995Et DECRET D’APPLICATION n°95-1089 du 5 octobre 1995 PPR

SYNTHESE DE LA POLITIQUE

REGLEMENTAIRE

LOI n° 87-565 du 22 juillet 1987

- Organisation de la sécurité civile

- Protection contre l’incendie

- Prévention des risques majeurs

Droit du citoyen à l’information (article 21)

Prévision de décrets pour (article 41) :

- zones sismiques

- actions sismiques

- catégories de bâtiments

DECRET n°91-461 du 14 mai 1991

Définit

- Le contexte de prise en compte du risque

sismique

- Le zonage sismique de la France en 5 zones

Prévoit le cadre des deux 2 futurs arrêtés pour:

- Les Ouvrages à Risque Normal (ORN)

- Les Ouvrages à Risque Spécial (ORS)

ZONAGE SISMIQUE REGLEMENTAIRE DE LA FRANCE

(ORN)

ARRETE DU 29 MAI 1997Abroge et remplace l’arrêté du 16 juillet 1992

(ORN)

En application du décret du 14 mai 1991

- Redéfinit les classes A, B, C et D

- Redéfinit les constructions auxquelles s’appliquent les règles

- Rend applicables les règles PS 92 et définit les niveaux d’accélération à retenir pour les classes B, C, D selon chaque zone.

OUVRAGES A RISQUE NORMAL (1)

CLASSE A

- Ne recevant pas d’activité humaine en service normal

CLASSE B

- Habitations individuelles

- Hauteur < 28m

- ERP 4° et 5°catégories

- Capacité inférieure à 300 personnes

- Parcs de stationnement ouverts au public

CLASSE C

- Hauteur > 28m

- ERP 1°, 2° et 3° catégories

- Capacité supérieure à 300 personnes

- Certains bâtiments sanitaires et sociaux

OUVRAGES A RISQUE NORMAL (2)

CLASSE D

Ouvrages dont la pérennité est nécessaire pour la gestion de la crise post-sismique.

- Sécurité civile, défense nationale et ordre public

- Communications

- Circulation aérienne

- Hôpitaux

- Stockage et distribution d’eau potable

- Distribution publique d’énergie

- Centres météorologiques

Valeurs minimales des accélérations

nominales, exprimées en m/s² :

ZONES CLASSE B CLASSE C CLASSE D

I a 1.0 1.5 2.0

I b 1.5 2.0 2.5

II 2.5 3.0 3.5

III 3.5 4.0 4.5

2. LES VRD ET LEUR

VULNERABILITE

• 2.1. VOIRIE, OUVRAGES D’ART

• 2.2. VIABILITES RESEAUX

• 2.3. SYSTEMES INDUSTRIELS

2.1. VOIRIE, OUVRAGES D’ART

La pérennité de la voirie est nécessaire tant du point de vue de la gestion de la crise que du point de vue du retour à l’activiténormale de la société. Les conséquences économiques indirectes des pertes de voirie sont très lourdes.– Urbaine

– Interurbaine

• 2.1.1. VULNERABILITE DES ITINERAIRES

• 2.1.2. VULNERABILITE DES OUVRAGES D’ART

2.1.1. VULNERABILITE DES

ITINERAIRES: CAUSES

• Etudes insuffisantes de l’aléa sismique local

– Pentes instables

– Chutes de blocs

– Zones liquéfiables

• Vulnérabilité urbaine

Salvador 2001, purge de falaise rocheuse

SEISME DE LAMBESC, ENCOMBREMENT DE VOIRIE URBAIN

Salvador (2001)

Salvador, route de Comasagua

Arequipa, 2001

Salvador, 2001, panaméricaine coupée

2.1.2. VULNERABILITE DES

OUVRAGES D’ART

• Etudes insuffisantes de l’aléa local

– Erreurs d’implantation

– Solutions inappropriées

• Conception erronée en zone sismique

Vulnérabilité des ouvrages d’art

sur voirie publique

Niigata,

1964Piles de viaduc

implantées sur sol

liquéfiable

KOBE, VOIE RAPIDE URBAINE ISOSTATIQUE

LOMA PRIETA 1989, VOIE RAPIDE, ERREUR DE

DIMENSIONNEMENT EN CAPACITE

LOMA PRIETA, VOIE RAPIDE

Izmit, voie

ferrée sur faille active

Enseignements pour les voiries et

transports terrestres

ETUDES PREALABLES COMPLETES

• Prise en compte de tous les paramètres de l’aléa sismique local (choix des itinéraires)

• Conception de plans de circulation hiérarchisés et « bouclés » (alternatives

d’itinéraires)

• Conception appropriée des ouvrages d’art(résistance aux sollicitations dynamiques)

2.2. VIABILITES, RESEAUX

• 2.2.1. Eaux sanitaire et usées(conduites généralement enterrées)

• 2.2.2. Gaz (risques induits très élevés)

• 2.2.3. Electricité (réseaux généralement aériens)

• 2.2.4. Télécommunications

La perte des viabilités :

premier sinistre post-sismique– Même en cas de séisme mineur, car leur

conception n’est généralement pas parasismique. Ainsi pour des petits séismes comme celui de Martinique le 8 juin 1999, pour des accélérations nominales locales très faibles (0,05g à Fort-de-France) les réseaux téléphoniques ont étéinterrompus de quelques dizaines de minutes àplusieurs heures, et des coupures de courant ont duré de quelques minutes à quelques dizaines de minutes.

– Pour les séismes majeurs, les interruptions et pertes prennent une gravité particulière, notamment pour les effets induits : gestion de la crise sismique et retour à la normale gravement pénalisés.

2.2.1. Eaux sanitaire et usées





Les canaux d’adductionEn raison de leur longueur et de la variété de conception de leurs ouvrages, les causes de vulnérabilité sont nombreuses

La station de traitement,

le 1°équipement du réseau

• Station de Caféière, Fort-de-France

Station de traitement, vulnérabilité

de la structure des bassinsErreur de conception:

Bassin de masse importante sur « poteaux courts »: vulnérabilité élevée aux secousses horizontales

Station de traitement

Poteau court

Couplage des deux bassins

Le Château d’eau,

équipement intermédiaire• Problème: conception

défaillante de l’ouvrage

• Facteur aggravant: les surpressions dynamiques de l’eau.

• Charges d’eau : méthode de Houssner pour définir la part d’eau considérée rigidement liée au support de génie civil et la part d’eau oscillante qui génèrera une surpression sur les parois de réservoirs et éventuellement une sous pressions sur les toitures dalles ou coupoles

Kern County, Château d’eau

Salvador, 2001 Las Colinas,

château d’eau sur site instable

Château

d’eau

• Balata, Fort-de-France:

– Conception erronée du contreventement

– Vétusté des aciers corrodés

– Risque de cisaillement des conduites au sol

Château d’eau• Balata, Fort-de-France

Château d’eau

• Didier, Fort-de-France

Ossature non

ductile

Masse instable

importanteConduite traversant la dalle

Station de pompage• Tartenson, Fort-de-France

Ancrage en pied insuffisant pour ballon

vertical à moment de

renversement élevé

Citernes

intermédiaires

Tivoli, Fort-de-France

– Conduite susceptible

d’être cisaillée lors d’un déplacement

déphasé des citernes

Les conduites enterrées

Taiwan, 1999

En général, les conduites qui sont déformables suivent les mouvements du sol, mais…

Los Angeles

• Effort en traction trop important pour les raccordements sous l’effet d’un mouvement du sol

San Fernando, 1971, conduites

San Fernando,

1971• Les raccordements sont

particulièrement sollicités (zone plus rigide de la conduite, moins apte àse déformer)

• Leur conception doit être appropriée aux sollicitations possibles

• En général, les conduites en PVC en remblai sableux sont une bonne solution (adaptabilité)

Kobé, 1999, adduction d’eau

Conduite d’adduction d’eau potable

non protégée, raccordement inapproprié et dégradé

Clarac,

Fort-de-France

San Fernando, 1971, surpression suite

à une fuite d’eau

San Fernando, idem

Izmit 1999, cisaillement horizontal

d’un collecteur par la faille

Kobé, 1995, cisaillement vertical d’un

collecteur par un mouvement de terrain

Taiwan, 1999, collecteur cisaillé par

un mouvement de terrain

Salvador, 2001, Assainissement. Bassin

fissuré par un mouvement de terrain

Les chambres de sortie des

citernes et des autres

équipements

• Tiberge, Fort-de-France

• Création inutile de points durs pouvant cisailler la conduite

Kobé, 1995, réparation de conduites

cisaillées

Chambres

de sortie

• Barème, Fort-de-France

• Complexité et manque de ductilité ou d’adaptabilité, aux éventuels mouvements différentiels, sauf pour les conduites récentes en flexibles

Chambres

de sortie

• Tiberge, Fort-de-France

• Supporter les conduites, oui, mais sur appuis

glissants… Eviter les points durs

Chambres

de sortie

La Joyau, Fort-de-France

• Pour réduire les sollicitations sur les points durs de franchissement des parois d’extrémités, il faudrait permettre les déformations des conduites.

Pompes

• Station d’assainissement de Caféière, Fort-de France.

• Raideurs longitudinales contrariées des conduites d’entrée et de sortie des pompes, encastrées sur des parois différentes. Si la structure n’est pas assez rigide, la pompe subira des efforts alternés.

Pompes

verticales

• Station de Didier, Fort-de-France

• Moment de renversement possiblement élevé si mise en résonance des pompes

Les joints, leur conception ne doit pas

en faire le point faible de la conduite

• Ermitage, Fort-de-France

Conduites en

fonte ductile

Conduites sur sols liquéfiables

• L’importance des déformations de sol qu’elle occasionne ainsi que l’inaptitude de certains ouvrages à supporter des déformations peut être préjudiciable.

• C’est pourquoi, par principe de précaution, les conduites implantées sur des zones liquéfiables doivent être considérées comme inexploitables en cas de séisme.

• Dans de telles zones, Il est conseillé d’éviter les coudes et de favoriser les conduites rectilignes.

Conduites sur pentes instables

Cas des glissements de terrain :

Selon les recommandations de l’AFPS, les zones de pentes instables, les tracés de lignes de crête ou les fonds de vallées sont à éviter.

Sur une pente qui présente des risques d’instabilité, il est préférable que la conduite suive la ligne de plus grande pente, c’est à dire la direction du glissement éventuel.

D’une manière générale, et dans les zones d’instabilitépotentielle, des mesures constructives doivent être prises pour drainer les sols (réduire un facteur aggravant).

Aléa Indice Conditions d’attribution

Faible G1 Glissements potentiels (pas d’indice de mouvement apparent).Pentes faibles à moyennes (0°à 15°).Nature géologique du site non exempt de potentialité d’instabilité(médiocrité des terrains de couverture, épaisseur importante de ces derniers, …).Facteur de stabilité > 2 (sous séisme)

Moyen G2 Présence d’indices d’instabilité dans les pentes des terrains ou la topographie avoisinante (moutonnements, arbres ou clôtures basculés, …).Désordres légers dans le bâti existant (petites fissures, déplacements minimes, …).Pente moyenne des terrains (15°à 30°).Matériaux de couverture ayant de mauvaises caractéristiques physiques (notamment si l’angle de frottement interne de ces formations est inférieur à l’angle de la pente des terrains).Zone probable d’épandage ou de circulations de coulées boueuses.Facteur de stabilité compris entre 1,5 et 2 (sous séisme)

Fort G3 Présence de glissement actif : niches d’arrachement, bourrelet, rupture de pentes, …Désordres forts dans le bâti existant (fissures, déplacements, …).Pente importante des terrains (supérieure à 30°).Forte épaisseur des terrains de couverture (supérieure à 8 m).Historicité du site : existence à proximité du site de glissements anciens situés en contexte similaire.Proximité de ravines (avec rivière y circulant ou non) susceptibles d’avoir ses berges déstabilisées lors de crues ou de précipitations violentes.Zone d’épandage de coulées boueuses.Facteur de stabilité < 1,5 (sous séisme)

Instabilité

de sol

• Citerne de Barème, Fort-de-France

• Traction exercée sur la conduite de sortie

Zone de glissement, sur la route de Balata. La

canalisation actuelle surmonte la couronne

d’arrachement et ne repose sur aucun terrain

Conduites sur failles actives

• En cas de franchissement d’une faille de déplacement prévisible modéré, l’orientation idéale du réseau est celle qui met la conduite en flexion et en tension modérée. (Eviter le cisaillement)

• Cependant la géomorphologie et la géographie urbaine des zones aménagées limitent parfois très sérieusement cette possibilité.

Failles actives

• D’autres principes peuvent cependant être recommandés dans ces zones :

- un contrôle volumique à 100% de la qualité des soudures

- utilisation de matériaux tels que époxy, polyéthylène extrudé ou polypropylène extrudé sur environ 300 de part et d’autre de la zone de faille

- enterrement de la conduite dans une tranchée remblayée avec un matériau meuble, sans blocs rocheux, avec une hauteur de recouvrement la plus faible possible.

2.2.2. Gaz





San Fernando, 1971, dommage

en compression sur conduite de

gaz

San Fernando, 1971, fuite de gaz

suite à cisaillement du sol

San Fernando,

incendie sur la fuite de gaz

San Fernando,

perte des

habitations proches de

l’incendie

• En zone sismique il faudrait équiper tous les

tronçons de réseau de clapets de sécurité en

cas de dépression dans le système.

• Les installations domestiques également.

Kobé, incendie post-sismique. Le problème

se pose aussi pour les installations

domestiques (Sur réseaux, Butane, Propane)

2.2.3. Electricité





Izmit, 1999, jeu

de faille àAdapazari

TAIWAN, 1999 PILONE

Taiwan, 1999,

mouvement de terrain

Niscally, 2001,

arrachement des câbles

La production et distribution d’électricitéet les centraux et relais de

télécommunications

• Transformateur à Izmit

San Fernando usine électrique, multiples dommages par rupture fragile des équipements

San Fernando usine électrique

Izmit Adapazari usine électrique

Izmit Adapazari

Transformateur sorti de ses rails

Izmit Adapazari Rupture de freins d’un transformateur

Izmit Adapazari

San Fernando usine électrique,

insuffisance des ancrages

Izmit Adapazari rupture de

porcelaine

Izmit Adapazari

réparations après 10 jours

• Les équipements électriques sont très

vulnérables aux sollicitations d’origine sismique

en raison de leurs caractéristiques propres à

assurer leur sécurité hors séisme.

• Les isolants (verre ou porcelaine) ont un mode

de rupture fragile. On peut recommander de les

sur-dimensionner.

• Mais, sauf mouvement de terrain sur une

implantation ancienne, les réparations sont

rapides. Même pour un séisme majeur.

2.2.4. Télécommunications





Centraux téléphoniques

• Les centraux téléphoniques anciens sont très vulnérables aux secousses.

• Mais les techniques nouvelles sont appropriées. Au Salvador, où les réseaux avaient été refaits suite au passage du cyclone Mitch, les dysfonctionnements ont été mineurs.

Réseaux téléphoniques

• Ces réseaux aériens ont des causes de vulnérabilité comparables à celles des réseaux électriques.

• Les équipements récents se comportent bien.

• Les réparations des réseaux anciens sont assez rapides.

• Le vrai problème reste la saturation du réseau après la catastrophe…

Enseignements pour les

réseaux et viabilités diverses

• Prise en compte de l’aléa sismique local

• Conception parasismique des centraux et réseaux

• Conception de réseaux hiérarchisés et « bouclés »

2.3. SYSTEMES INDUSTRIELS

ET RISQUE SPECIAL

• 2.3.1. Réservoirs, silos

• 2.3.2. Pipe-lines

• 2.3.3. Barrages

L’industrie et les risques industriels

• On peut considérer le risque industriel selon deux enjeux : les ouvrages à risque normal (ORN) et les ouvrages à risque spécial (ORS), les seconds dépendent de règles de construction PS déterministes car ils prennent en considération l’impact sur l’environnement, alors que celles des ORN ne prennent pas en considération l’impact social de la cessation d’activité.

• La ruine des ORN est cependant susceptible de porter atteinte à la société pour longtemps et loin du site d’implantation, s’agissant de grands enjeux économiques intéressant la société au delà de la zone sinistrée.

2.3.1. Réservoirs, silos

Kobé, réservoirs sur zone liquéfiée

Kobé, tassement sous réservoir

Kern County Réservoir industriel

Kern County Réservoir

Kern County

Réservoir

Coalingua rupture de raccordement de

conduite

San Fernando réservoir

San Fernando

réservoir

Izmit 1999 : Incendie de la raffinerie Tüpras trois jours

après le séisme

Izmit 1999 : Incendie de la raffinerie Tüpras, défaillance des toits flottants

Izmit, 1999, Dilatation d’un réservoir à

toit fixe, voisin d’un réservoir incendié

Chi-chi, 1999,

Toit d’un

réservoir

d’hydrocarbures

Izmit 1999 :

Effondrement d’une tour de refroidissement de

l’installation pétrochimique Petki

2.3.2. Pipe-lines

Chi-chi, tassements de sol sous

pipe line

Izmit déformation

d’un pipe line chez Tupras

San Fernando

ductilité d’un

support de pipe line

2.3.3. Barrages

Taiwan, barrage traversé par la faille

Kobé, 1995,

barrages de Niketo

Risque industriel

• Le problème concerne essentiellement les

installations anciennes, les protocoles

actuels pouvant être considérés comme

fiables.

• L’enjeu sera la délocalisation ou la mise aux

normes… un problème économique majeur.

3. CONCLUSIONS

• 3.1. Le Système d’Information Géographique et les scenarii de risque

• 3.2. Conception ET calcul

• 3.3. Approche économique du risque

Le SIG, système d’information

géographique

• Nous avons vu qu’une partie importante des

problèmes sur les VRD est dû à une implantation

sur sol instable.

• Le SIG, s’il collecte effectivement les données

des études éparses réalisées et s’il est accessible

à tous les concepteurs, sera un outil d’aide à la

conception majeur des années à venir.

Conception ET calcul

• Nombre d’expert le reconnaissent désormais, le calcul est une opération de vérification… de la bonne conception.

• De fait, le retour d’expérience des séismes passés a beaucoup apporté à la réduction de la vulnérabilité des ouvrages.

• L’approche qualitative de ce « qui marche » et « ce qui ne marche pas », qui en est issue, sous-tend les guides de recommandations comme le CT 15 et le CT 21 de l’AFPS consacrés aux canalisations.

Approche économique du risque

• Le niveau de protection des ouvrages neufs et de façon encore plus sensible, le renforcement de l’existant à un niveau satisfaisant sont arbitrés, limités, par la puissance publique en fonction de l’effort économique qui peut être consenti par la société.

• Mais il faudrait rapprocher la durée d’amortissement des « surcoûts » de l’équipement de celle de l’impact des pertes directes et indirectes sur la période de retour à la normale.

• Quant au coût des vies humaines…

voirie et reseaux divers en zone sismique

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