Modifications importantes concernant le calcul parasismique incorporées dans la partie 4 du CNB 2020
André Laroche, gestionnaire, Systèmes de régulation, Codes Canada
Chapitres de la vidéo
Transcription de la vidéo
Introduction
Bonjour, je m’appelle André Laroche et je travaille comme gestionnaire, Systèmes de régulation, pour appuyer le Comité canadien de l’harmonisation des codes de construction, qu’on appelle aussi le CCHCC.
Ce comité est le groupe fédéral-provincial-territorial responsable de l’élaboration et de la mise à jour des codes modèles nationaux au Canada.
Je fais partie de l’équipe de Codes Canada du Conseil national de recherches du Canada.
Cette équipe assure le secrétariat du CCHCC en lui apportant un soutien administratif, technique et stratégique, y compris la publication des codes modèles nationaux.
Pour en apprendre davantage sur les modifications apportées aux codes et aux dispositions qu’ils renferment, ou sur le système d’élaboration des codes du Canada, je vous invite à visiter le site Web du CCHCC.
Cette présentation fait partie d’une série de vidéos dirigées par le CCHCC et portant sur les principales modifications techniques incorporées dans les éditions de 2020 des codes modèles nationaux.
Cette présentation porte sur les modifications importantes concernant le calcul parasismique qui ont été incorporées dans la partie 4 du Code national du bâtiment – Canada 2020.
Valeurs d’aléa sismique mises à jour
Les valeurs d’aléa sismique ont été mises à jour dans le Code national du bâtiment – Canada (CNB) 2020. Les nouvelles estimations s’appuient sur des résultats de recherche fournis par Séismes Canada. La révision de ces valeurs visait notamment à refléter l’amélioration continue des connaissances sur les aléas sismiques.
En général, l’aléa a augmenté dans la plupart des localités au Canada. Par conséquent, les valeurs du Code national du bâtiment ont été mises à jour afin d’atténuer le risque accru associé à des estimations d’aléa plus élevées.
Les valeurs du CNB 2015 ne constituaient plus les meilleures estimations d’aléa sismique au Canada. L’usage de valeurs désuètes pourrait augmenter le risque de blessures, de pertes de vie et de dommages matériels causés par un séisme dans de nombreuses localités partout au Canada.
Les valeurs d’aléa ont été mises à jour dans le CNB 2020 en fonction d’une grande quantité de nouvelles données, de nouveaux modèles de mouvement du sol (GMM) et d’une nouvelle approche de l’amplification locale afin d’atténuer le risque accru.
Pour presque toutes les localités, les GMM révisés sont la raison la plus importante des changements apportés aux valeurs d’aléa sismique.
Effets de site
L’influence du sol sur l’effet d’un séisme sur un bâtiment correspond aux effets de site mentionnés dans le Code national du bâtiment. Les ondes sismiques sont amplifiées ou désamplifiées pendant leur déplacement dans le sol. Le CNB utilise les propriétés du profil du sol, comme la vitesse moyenne des ondes de cisaillement, Vs30, entre autres, pour déterminer ces effets d’amplification par le sol.
Dans le Code national du bâtiment 2015, les sols étaient regroupés dans les catégories d’emplacement A à F en fonction de la vitesse moyenne des ondes de cisaillement, Vs30, et des propriétés semblables (N60 et Su). Les effets d’amplification par le sol étaient représentés par les coefficients d’emplacement fournis dans des tableaux. Les utilisateurs du Code national du bâtiment devaient alors déterminer la catégorie d’emplacement, calculer le coefficient d’emplacement applicable à l’aide des tableaux du Code national du bâtiment et multiplier les deux valeurs pour quantifier l’aléa d’un emplacement. Cette méthode de regroupement des sols et des coefficients d’emplacement était approximative et, dans certains cas, donnait lieu à des ambiguïtés.
Afin de résoudre ce problème, les effets d’amplification par le sol ont été intégrés dans les valeurs d’aléa du Code national du bâtiment 2020. Un calcul distinct du coefficient d’emplacement n’est plus requis.
Voici quelques-unes des autres modifications :
- L’interpolation bilogarithmique des valeurs d’aléa entre les périodes a été ajoutée. Celle-ci fournit des estimations plus réalistes comparativement à l’interpolation linéaire.
- Une anomalie du Code national du bâtiment 2015 qui, dans certains cas, pénalisait un meilleur profil du sol, a également été corrigée.
D’autres modifications incluent :
- Une détermination d’emplacement a été ajoutée, selon laquelle la désignation d’emplacement X est appelée Xv lorsqu’elle est déterminée à partir de Vs30 et Xs lorsqu’elle est déterminée à partir d’autres propriétés, comme N60 ou Su.
- Des valeurs d’aléa sont indiquées pour chaque valeur de Vs30 allant de 140 à 3000.
- Des valeurs d’aléa sont également fournies pour toutes les valeurs des catégories d’emplacement A à E.
- Ces valeurs peuvent être obtenues à l’aide d’un outil en ligne; il n’est pas nécessaire de calculer les coefficients d’emplacement pour ces valeurs.
Outil Web sur les aléas sismiques
Comme je l’ai mentionné précédemment, les valeurs d’aléa peuvent désormais être obtenues à l’aide d’une interface Web :
Outil sur les aléas sismiques du Code national du bâtiment du Canada 2020
Pour trouver l’aléa d’une localité, les utilisateurs peuvent entrer les coordonnées d’un emplacement ou déplacer un marqueur dans Google Maps jusqu’à l’endroit désiré, puis indiquer une valeur de Vs30 ou une catégorie d’emplacement. L’outil fournit des valeurs d’aléa qui tiennent compte des effets de site.
D’autres fonctionnalités utiles sont disponibles, comme des graphiques du spectre d’aléa uniforme et des courbes d’aléa. Il y a également l’option d’utiliser une interface de programmation d’applications (ou API), qui permet de télécharger des valeurs dans des logiciels de calcul parasismique.
L’outil est également accessible par téléphone cellulaire.
À des fins d’archivage, un sous-ensemble de valeurs d’aléa est fourni pour 679 localités dans les Archives des publications du CNRC :
Données sismiques de calcul : partie 4 du CNB 2020
Ces localités sont celles que l’on trouve habituellement dans les tableaux du Code national du bâtiment.
Nouvelles catégories sismiques
Certaines valeurs, comme IEFaSa(0,2), étaient utilisées dans le Code national du bâtiment 2015 en tant que déclencheurs de l’application de certaines exigences de calcul parasismique du Code national du bâtiment. Dans la plupart des cas, ces valeurs de déclenchement étaient fondées sur une demande de force de période courte, Sa(0,2), ou sur une demande de force de période longue. Cette approche ne tient pas compte de l’ensemble des facteurs ayant une incidence sur l’ampleur prévue de la force d’inertie sismique. L’utilisation de l’approche actuelle pour le calcul des bâtiments pourrait mener à des calculs inadéquats.
L’utilisation de catégories sismiques au lieu de valeurs de déclenchement corrige les lacunes de l’approche du Code national du bâtiment 2015. De plus, l’utilisation de catégories sismiques est plus rapide et plus facile que le recours aux valeurs de IES(0,2) et de IES(1,0).
- Les catégories sismiques sont fondées sur les valeurs de IES(0,2) et de IES(1,0). La valeur de S(0,2) est un indicateur de la demande de force prévue dans le premier mode pour les bâtiments de faible hauteur et dans les modes supérieurs pour les bâtiments de grande hauteur.
- La valeur de S(1,0) tient compte de la valeur énergétique des mouvements du sol aux périodes longues et est un indicateur de la demande de force prévue dans le premier mode pour les bâtiments de grande hauteur.
Irrégularité de la rigidité verticale
La définition de l’irrégularité de la rigidité verticale, type 1, dans le Code national du bâtiment 2015 était fondée uniquement sur la rigidité latérale du système de résistance aux forces sismiques (ou SFRS).
Dans certains cas, cela entraînait des faux positifs. Pour les SFRS autres que des murs travaillant en cisaillement en béton et en maçonnerie, le glissement entre étages qui se produit sous l’effet des forces sismiques latérales de calcul reflète la déformation du SFRS et constitue, par conséquent, un meilleur paramètre que la rigidité des étages pour déterminer si une irrégularité de la rigidité verticale existe dans un SFRS.
Des modifications ont été apportées à la définition de l’irrégularité de la rigidité verticale afin de résoudre ces problèmes dans le Code national du bâtiment 2020.
Bâtiments comportant des poteaux inclinés
Des études ont démontré que les bâtiments comportant des poteaux inclinés doivent être calculés pour supporter une demande sismique considérablement accrue parce que l’accélération horizontale différentielle au sommet et à la base des poteaux entraîne l’accélération verticale de la masse supportée par les poteaux. Si les effets de cette interaction ne sont pas pris en compte lors du calcul d’un bâtiment, l’utilisation de poteaux inclinés pourrait faire en sorte que le bâtiment ne respecte pas les objectifs de sécurité et de résistance structurales du Code national du bâtiment.
De nouvelles exigences d’analyse et de calcul tenant compte de l’influence des poteaux inclinés ont été ajoutées.
Bâtiments de la catégorie risque élevé
Les bâtiments de la catégorie risque élevé, qui comprennent les centres communautaires ainsi que les écoles élémentaires, intermédiaires et secondaires, sont susceptibles d’être utilisés comme refuges en cas de catastrophe. Ces bâtiments étaient assujettis aux mêmes restrictions relatives aux irrégularités structurales que les bâtiments de la catégorie risque normal. Ces restrictions étaient inadéquates par rapport à la performance attendue de ces bâtiments.
Dans le Code national du bâtiment 2020, de nouvelles restrictions ont été ajoutées. Certaines irrégularités structurales qui sont permises pour les bâtiments de la catégorie risque normal ont été interdites. De plus, le Code national du bâtiment exige désormais l’utilisation de systèmes de résistance aux forces sismiques (ou SFRS) ayant au moins un niveau minimal de ductilité pour ces bâtiments dans les localités où l’aléa sismique est important.
À noter que ces modifications n’augmentent pas le cisaillement à la base et les forces sismiques de calcul pour les bâtiments de la catégorie risque élevé.
Nouveaux systèmes de résistance aux forces sismiques (SFRS)
De nouveaux systèmes de résistance aux forces sismiques (SFRS) ont été ajoutés au Code national du bâtiment en tant que solutions acceptables. Ces SFRS présentent des avantages dont les utilisateurs du Code national du bâtiment pourront tirer profit sans devoir déployer les efforts et les ressources nécessaires à leur utilisation en tant que solutions de rechange. Les systèmes ont été ajoutés en réponse aux demandes des intervenants de l’industrie et après une analyse minutieuse.
- Deux SFRS en bois lamellé-croisé : murs travaillant en cisaillement de type plateforme et de ductilité restreinte; murs travaillant en cisaillement de type plateforme et de ductilité moyenne.
- Deux SFRS en acier : ossatures résistant aux moments à poutres triangulées de ductilité moyenne; murs en plaques d’acier de ductilité moyenne.
Terminologie relative aux assemblages
Les termes « ancrages utilisant des ancrages superficiels, des produits chimiques, de la résine époxyde » utilisés dans le Code national du bâtiment 2015 ne correspondaient pas à ceux utilisés dans la pratique et entraînaient de la confusion chez les utilisateurs du Code national du bâtiment. Les exigences du CNB 2015 n’indiquaient pas explicitement que les ancrages installés ultérieurement doivent être précertifiés pour les applications sismiques au moyen d’essais de charges de traction cycliques.
La mauvaise interprétation d’une exigence empêchait l’utilisation des fixations à cartouche et des ancrages à impact pour résister à tous les types de charges de traction. L’intention était de limiter leur utilisation pour la résistance aux charges de traction cycliques seulement.
Les lacunes de ces exigences ont été corrigées.
Assemblage du revêtement extérieur au bâtiment
Les panneaux de revêtement extérieur sont généralement considérés comme des composants non porteurs soumis aux charges dues au vent ou aux séismes, en plus de supporter leur propre charge permanente. Ces composants et leurs assemblages doivent être calculés et exécutés de façon à conserver leur intégrité. S’ils ne sont pas calculés adéquatement, ils peuvent se détacher de la structure ou tomber lors du séisme calculé.
L’absence d’exigences explicites dans le Code national du bâtiment créait de la confusion et entraînait des difficultés pour les utilisateurs. Dans certains cas, cela pouvait donner lieu à des calculs inadéquats. Les exigences sont désormais clairement énoncées.
Réseaux de panneaux photovoltaïques (panneaux solaires sur le toit)
Pendant un séisme, le déplacement latéral des réseaux de panneaux solaires montés sur un toit pourrait présenter un danger pour la vie des personnes ou un risque de blessures à la suite du glissement des réseaux depuis le toit, ou endommager d’autres éléments ou équipements du toit d’une façon qui compromet la sécurité des personnes. Afin de prévenir leur déplacement latéral, conformément au Code national du bâtiment, ces réseaux sont habituellement ancrés à la structure au moyen de pénétrations dans la membrane de couverture. Ce type d’ancrage entraîne des coûts supplémentaires et a des conséquences négatives importantes sur la durabilité et la performance de la membrane de couverture.
La modification introduit une méthode qui permet de résister aux charges latérales dues aux séismes sur les réseaux de panneaux solaires montés sur un toit et qui ne nécessite aucune pénétration dans le toit; à cette fin, elle autorise l’utilisation du frottement entre le cadre-support du réseau et la membrane de couverture, sous réserve des conditions stipulées.
Dans certains cas, les installateurs utilisent des méthodes inacceptables d’installation des réseaux de panneaux solaires sur un toit pour éviter d’avoir à ancrer les réseaux à la structure, ce qui peut engendrer des conditions potentiellement dangereuses lors d’un séisme.
Exigences de performance supplémentaires
En plus des nouvelles exigences applicables aux bâtiments de la catégorie risque élevé en ce qui concerne les mouvements de calcul du sol (séismes d’une probabilité de 2 % en 50 ans), le Code national du bâtiment 2020 comporte des exigences de performance supplémentaires visant les bâtiments de protection civile et les bâtiments de la catégorie risque élevé pour les mouvements du sol de faible intensité, c’est-à-dire des séismes d’intensité moindre qui se produisent plus souvent. En résumé, les bâtiments de protection civile et ceux de la catégorie risque élevé doivent présenter une élasticité et respecter des limites de glissement réduites, les valeurs étant basées sur une probabilité de dépassement de 5 % ou de 10 % en 50 ans, respectivement.
L’objectif de performance pour les bâtiments de protection civile soumis à des mouvements de calcul du sol ayant une probabilité de dépassement de 2 % en 50 ans est d’être « fonctionnels », tandis que l’objectif de performance pour les bâtiments de la catégorie risque élevé soumis à ces mouvements de calcul du sol est de permettre une « occupation immédiate ».
De plus, la démonstration de l’élasticité des assemblages des éléments et des composants est exigée. Le Code national du bâtiment 2020 comporte également des exigences de performance supplémentaires relatives aux bâtiments de la catégorie risque normal appartenant à la catégorie sismique CS4 ayant une hauteur au-dessus du niveau moyen du sol dépassant 30 m.
Dans ces bâtiments, seuls les éléments d’ossature qui ne font pas partie du SFRS doivent être calculés de manière à assurer une élasticité s’ils sont soumis à des mouvements du sol ayant une probabilité de dépassement de 10 % en 50 ans.
Conclusion
C’est ce qui conclut la présentation sur les principales modifications concernant le calcul parasismique qui ont été incorporées dans la partie 4 du Code national du bâtiment 2020.
Comment s’impliquer
Rendez-vous sur le site Web du CCHCC, pour participer au processus d’élaboration des codes, pour obtenir des renseignements sur les événements et les réunions à venir, pour soumettre une demande de modification à un code, pour formuler des commentaires sur les modifications proposées dans le cadre d’un examen public ou encore pour se présenter comme bénévole pour participer aux travaux des comités.
Comment obtenir les codes
Les codes modèles nationaux sont publiés par le Conseil national de recherches du Canada.
Pour commander les codes en format papier ou pour les consulter gratuitement en format électronique, visitez la page Web des publications de Codes Canada sur le site Web du CNRC.
Merci.