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Génie de la construction Recherche et innovation Les infrastructures et les milieux bâtis

Pertes économiques de bâtiments résidentiels en béton dues aux séismes

immeuble en béton suivant un séisme

Sommaire

Les tremblements de terre, ou séismes, sont des aléas naturels qui peuvent causer des dommages importants, ainsi que des pertes économiques et sociales, aux bâtiments résidentiels. Cet article présente une méthodologie pour estimer les pertes économiques des séismes portant sur les bâtiments résidentiels multiétagés à Montréal, particulièrement ceux de cinq étages ou plus. En classant les bâtiments en fonction de leur hauteur et des aléas sismiques, l’étude fournit des courbes de pertes permettant de prédire les pertes économiques directes. Ces courbes offrent une approche simplifiée en accord avec les dernières données canadiennes sur les aléas sismiques. Elles visent à faciliter la communication des risques et la planification efficace de l’atténuation des séismes dans les communautés.

Mots clés : Aléas sismiques, bâtiments avec murs de cisaillement en béton, pertes économiques.

Évaluer les pertes causées par les séismes

Les séismes majeurs, comme celui de 2023 en Turquie et Syrie, qui a endommagé ou détruit plus de 60 000 bâtiments résidentiels, permettent de tirer des leçons importantes sur les zones sismiques. Les villes densément peuplées de l’est du Canada, comme Montréal [1], [2], [3], font également partie de ces zones. Devant des événements aussi destructeurs, il faut mettre en place des plans d’atténuation et des mesures d’urgence efficaces. Ces efforts dépendent d’informations fiables permettant d’améliorer la prévision des dommages et de l’impact économique des séismes. Cet article décrit donc une méthodologie analytique pour le Canada afin d’estimer les pertes économiques des séismes, en particulier pour une catégorie importante de bâtiments résidentiels : les multiétages.

Pourquoi les bâtiments résidentiels multiétagés sont-ils importants pour Montréal ?

Une analyse statistique des unités résidentielles à Montréal révèle lesquelles constituent le type d’occupation prédominant dans la ville. Comme le montre la figure 1(a), les appartements, dans les bâtiments de moins de cinq étages et de cinq étages ou plus, figurent parmi les trois types d’unités d’habitations les plus courants [4]. La quantité élevée d’appartements indique que le nombre d’unités peut être plus important à Montréal que ne le révèlent les études antérieures, qui portaient principalement sur le nombre de bâtiments.

Répartition des foyers selon le type de bâtiment et le niveau de code
Fig 1- (a) Unités résidentielles par type de bâtiment à Montréal [4] ; (b) Répartition des unités résidentielles dans des bâtiments de cinq étages ou plus à Montréal, selon les niveaux du code de conception sismique [5].

Plus le bâtiment est haut, plus la gestion des besoins post-séisme devient difficile. Les statistiques montrent que la majorité des appartements se trouvent dans les bâtiments de 5 à 15 étages, comme l’illustre la figure 2. Ces bâtiments, dont la résistance aux charges latérales repose principalement sur des murs de cisaillement en béton, ont été construits sur plusieurs décennies, souvent après les années 1950 [6], [7], [8], [9], [10]. Certains bâtiments plus anciens ont été construits avant l’élaboration des dispositions de conception sismique, ce qui les classe dans la catégorie des bâtiments « précode ». D’autres ont été construits selon des normes de sécurité et de conception sismiques qui ont évolué au fil des ans. Ils sont classés en « code faible », « code modéré » et « code élevé ». La figure 1(b) montre la répartition des unités résidentielles dans des bâtiments de cinq étages ou plus à Montréal, sur la base d’un échantillon de données et des niveaux du code de conception sismique [5]. La figure 2 indique que la majorité de ces unités se trouve dans des bâtiments de cinq et six étages.

Répartition des foyers selon le nombre d'étages du bâtiment
Fig 2- Répartition en pourcentage des unités résidentielles dans les bâtiments de cinq étages ou plus à Montréal, en fonction du nombre d’étages, sur la base d’un échantillon de données [5].

De plus, conformément à l’outil d’évaluation des risques HAZUS, sur le système de classification des bâtiments [11], [12], les bâtiments de cinq à quinze étages sont regroupés en moyenne hauteur (C2M, cinq à sept étages) et grande hauteur (C2H, huit à quinze étages) avec murs de cisaillement en béton.

Courbes simplifiées de pertes sismiques pour le Canada

Pour prévoir les coûts liés aux séismes, nous avons élaboré des courbes simplifiées compatibles avec l’évolution des paramètres sismiques canadiens, selon les réponses des bâtiments aux dernières données sur les aléas sismiques au Canada. Ces courbes permettent d’estimer les dommages potentiels aux divers éléments du bâtiment. Il s’agit ici des éléments structurels (STR) et non structurels sensibles au déplacement (NSD) (murs de séparation), et des éléments non structurels sensibles à l’accélération (NSA) (systèmes mécaniques généraux). Dans cette analyse, nous avons sélectionné des paramètres selon les caractéristiques de sismicité de Montréal, fournissant ainsi des recommandations adaptées à la région. Les résultats pour les bâtiments résidentiels à code faible de moyenne hauteur (C2M) sont illustrés à la figure 3.

Courbes de pertes des éléments structurels
Fig 3- Courbes de pertes des éléments structurels pour bâtiments à code faible de moyenne hauteur (C2M), avec murs de cisaillement en béton.

Les courbes sont basées sur deux facteurs : l’accélération spectrale Sa(1,0) (intensité de secousse des bâtiments de moyenne et grande hauteur) et le taux de perte économique (LR%) (coûts de réparation associés à un séisme), multipliés par la valeur de remplacement du bâtiment. Par exemple, si un séisme provoque une accélération spectrale Sa(1,0) égale à 0,26 g, les coûts de réparation des composants structurels et non structurels seront d’environ 5 % pour les bâtiments de moyenne hauteur, avec murs de cisaillement en béton. Cette approche peut être mise à l’échelle afin d’estimer les coûts des dommages régionaux pour tous les bâtiments d’une ville.

Conclusion

Les principales contributions de notre travail se résument comme suit :

  • L’analyse statistique a démontré que de nombreuses unités résidentielles sont situées dans des bâtiments de conception sismique antérieurs ou inférieurs au code. Ces bâtiments devraient avoir une capacité sismique inférieure à celle des bâtiments conçus conformément aux dispositions modernes de conception sismique.
  • Nous avons élaboré des courbes de pertes pour des bâtiments résidentiels en béton de hauteur moyenne et élevée à Montréal. Ces courbes correspondent à quatre paramètres de capacité sismique, en fonction de l’évolution des normes de conception au Canada.
  • Elles peuvent être intégrées dans les outils d’évaluation des risques sismiques existants, permettant ainsi une estimation rapide des pertes économiques directes à l’échelle régionale.

Références

[2] M. Lamontagne, S. Halchuk, J. F. Cassidy, and G. C. Rogers, “Significant Canadian earthquakes of the period 1600–2006,” Seismological Research Letters, vol. 79, no. 2, 2008.

[3] K. O. Cetin and M. Ilgac, “Reconnaissance report on February 6, 2023 Kahramanmaraş-Pazarcık (Mw=7.7) and Elbistan (Mw=7.6) earthquakes,” 2023.

[4] Statistics Canada, “Canada’s national statistical agency.”

[5] “Property Assessment Units,” City of Montreal (Open data). Accessed: Jul. 17, 2023. [Online]. Available: https://donnees.montreal.ca/da...

[6] R. Fathi-Fazl, Z. Cai, L. Cortés-Puentes, E. Jacques, and B. Kadhom, “Level 2: Semi-Quantitative Seismic Risk Screening Tool (SQST) for existing buildings. Part 2: supporting technical documentation,” National Research Council of Canada, Ottawa, ON, CA, Mar. 2020.

[7] P. Kakoty, S. M. Dyaga, and C. Molina Hutt, “Impacts of simulated M9 Cascadia Subduction Zone earthquakes considering amplifications due to the Georgia sedimentary basin on reinforced concrete shear wall buildings,” Earthq Eng Struct Dyn, vol. 50, no. 1, pp. 237–256, Jan. 2021, doi: 10.1002/EQE.3361.

[8] M. Panneton, P. Legar, and R. Tremblay, “Inelastic analysis of a reinforced concrete shear wall building according to the National Building Code of Canada 2005,” Canadian Journal of Civil Engineering, vol. 30, no. 2, pp. 854–871, 2006.

[9] D. Gilles and G. McClure, “Measured natural periods of concrete shear wall buildings: Insights for the design of Canadian buildings,” Canadian Journal of Civil Engineering, vol. 39, no. 8, pp. 867–877, Aug. 2012, doi: 10.1139/L2012-074/ASSET/IMAGES/LARGE/L2012-074F5.JPEG.

[10] T. Kesik and I. Saleff, “Differential durability, building life cycle and sustainability,” in 10th Canadian Building Science and Technology, Ottawa, May 2005.

[11] FEMA, “Hazus Earthquake Model Technical Manual: Hazus 5.1,” Federal Emergency Management Agency, 2022.

[12] C. Kircher and Associates and Degenkolb Engineers, Seismic risk assessment of VA hospital buildings, Risk assessment methods (Phase I Report). Washington, D.C. : National Institute of Building Sciences, 2010.