Comprendre les dangers sismiques et les modes de défaillance du coffrage

Les régions actives en sismologie présentent des défis uniques pour la sécurité de la construction, en particulier pour les structures temporaires comme le coffrage. Lors d'un tremblement de terre, les accélérations au sol induisent des forces d'inertie sur les assemblages de coffrage qui sont rarement pris en compte dans la conception conventionnelle.Les modes de défaillance primaire comprennent le flambage des supports verticaux en raison du déplacement latéral, la rupture de cisaillement aux connexions, le renversement des formes de paroi et l'effondrement des coffrages de dalles lorsque les accoudoirs perdent leur capacité de roulement.

Les données statistiques issues d'événements sismiques antérieurs montrent que le coffrage mal conçu ou mal sécurisé a contribué à des blessures et des retards importants. Par exemple, le tremblement de terre de Northridge de 1994 a causé de multiples effondrements dans la région de Los Angeles parce que les systèmes d'armatures n'étaient conçus que pour les charges de gravité.

Considérations de conception pour le coffrage dans les zones sismiques

Combinaisons de charge et exigences du code

La conception des coffrages dans les régions sismiques actives doit comprendre des combinaisons de charges sismiques, telles que celles spécifiées par les codes locaux du bâtiment, comme le Code international du bâtiment (CBI) ou l'ASCE 7. La combinaison de charges standard pour les coffrages comprend les charges mortes, les charges réelles (charges de construction) et les charges sismiques (E). La charge sismique est calculée en utilisant le coefficient de réponse sismique (Cs) et le poids du coffrage plus le poids du béton humide.

De nombreuses juridictions exigent maintenant que les coffrages pour des structures de plus d'une certaine hauteur ou dans des zones sismiques élevées fassent l'objet d'un examen par des pairs par un ingénieur structural agréé. Par exemple, le Code de construction de la Californie stipule que les coffrages pour des bâtiments de plus de 75 pieds de plus de la catégorie de conception sismique D ou plus doivent être marqués par un ingénieur professionnel.

Sélection de matériaux pour la ductilité et la force

Les systèmes de coffrage en acier offrent une plus grande résistance et ductilité mais doivent être bien brasés pour éviter les flambements locaux. Les systèmes en aluminium offrent un bon équilibre de légèreté et de résistance, mais nécessitent une attention particulière aux détails de connexion. Le coffrage en polymer-composite est une alternative car il peut absorber l'énergie par déformation élastique sans fissuration, mais ses performances à long terme sous tremblement sismique sont encore à l'étude.

Les fournisseurs devraient fournir des certifications attestant que leurs systèmes ont été testés pour résister à des charges latérales équivalentes à au moins 1,5 fois la force sismique de conception. Les normes de coffrage de l'OSHA exigent que le coffrage soit conçu pour résister à toutes les charges qui pourraient être imposées pendant la construction, y compris la sismique.

Systèmes de brasage et d'ancrage

Deux types d'accessoires sont utilisés : les bretelles horizontales qui empêchent les rackings et les bretelles diagonales qui résistent à l'inclinaison latérale. Dans les zones sismiques, toutes les bretelles doivent être conçues comme des connexions résistant au moment plutôt que des connexions simples. Les écrous à vis et les vérins réglables doivent être fixés avec des écrous de verrouillage pour éviter le desserrage sous vibration. L'ancrage du coffrage au sol doit être fait avec des ancrages d'expansion ou des boulons à époxys qui résistent à la fois à la tension et au cisaillement dans de multiples directions.

Un détail souvent surestimé est le coffrage à la base des colonnes et des murs de cisaillement. Ces zones subissent les plus hautes exigences sismiques pendant la construction parce que les éléments verticaux sont grands et minces. L'utilisation de boosters et de bretelles de genou, combinées à des bûches continues, peut améliorer significativement la stabilité.

Meilleures pratiques pour un coffrage sûr dans les zones sismiques

Utiliser des systèmes de matériaux renforcés et flexibles

Il est préférable d'utiliser des formes en acier à haute résistance avec des raccords à fentes qui permettent un léger mouvement sans perte de capacité de charge. Une autre approche consiste à utiliser des formes composites en polymère renforcé de fibres (FRP) qui peuvent fléchir sous charge sismique et revenir à la forme après l'événement. Cependant, tout matériau choisi doit être compatible avec le type de béton utilisé et les conditions de durcissement. Consultez toujours les fiches de données sur les matériaux pour connaître les performances sismiques.

Sécuriser toutes les connexions et les bretelles

Chaque point de raccordement doit être inspecté pour vérifier son étanchéité et son installation correcte, y compris les boulons, les coins, les attelages et les pinces. Dans les zones sismiques, il est courant d'exiger deux systèmes de fixation indépendants pour chaque raccord critique (par exemple, un boulon plus une goupille de verrouillage). Tous les accessoires doivent être fixés à la structure ou au sol en utilisant un ancrage conçu plutôt que de s'appuyer sur des ancrages de frottement ou de pieu.

Conception pour la charge sismique en utilisant des codes locaux

La conception de la charge sismique ne se limite pas à ajouter un facteur de sécurité. Elle consiste à analyser le coffrage en tant que système dynamique. La modélisation des éléments finis peut simuler les effets du mouvement du sol sur le coffrage-concrete. Certains outils logiciels modernes, comme ceux utilisés pour la conception de tours d'échauffement, peuvent intégrer des spectres de réponse sismique. La conception devrait également envisager la possibilité de chocs arrière qui peuvent survenir pendant que le béton est encore en cours de séchage et que le coffrage est toujours en place.

Les codes locaux du bâtiment renvoient souvent à des cartes et coefficients sismiques spécifiques. Par exemple, au Japon, la loi type sur le bâtiment exige que les coffrages soient conçus pour une force latérale égale à 0,3 fois le poids total du coffrage et du béton humide.

Mettre en œuvre des chaussures robustes et des propping

Les systèmes de scorage doivent être conçus pour résister aux charges verticales et latérales. Il est recommandé de fixer des tours de scorage robustes avec des bras croisés et des bras diagonaux. L'espacement entre les rives doit être réduit par rapport aux conditions non sismiques pour augmenter la redondance. De plus, les étriers doivent être reliés entre eux en haut et en bas avec des bras horizontaux pour créer un diaphragme rigide.

Pendant le béton, le système de braquage subit des forces dynamiques du processus de positionnement lui-même. Dans les zones sismiques, ces forces sont encore plus critiques parce qu'elles ajoutent au cisaillement de base. Le béton de pompage peut créer des vibrations qui imitent le chargement sismique.

Calendrier des activités de construction pour éviter les périodes sismiques

Dans les régions où les conditions sismiques saisonnières ou cycliques sont connues (p. ex., augmentation de l'activité après de grands événements tectoniques), les opérations de coffrage critiques devraient être planifiées pendant des mois plus calmes, ce qui ne signifie pas qu'il faut éviter complètement les zones de faille actives, mais plutôt planifier le moment des activités à haut risque comme l'installation de bûcherons et le positionnement du béton pour coïncider avec les périodes où les postchocs sont les moins probables.

Effectuer des inspections régulières et après les événements

Les inspections doivent être fréquentes et systématiques.Une personne responsable doit inspecter le coffrage quotidiennement avant le placement du béton et après tout événement susceptible de compromettre la stabilité, y compris les vents violents ou les tremblements sismiques mineurs. La liste de contrôle doit comprendre des vérifications visuelles des connexions, des bretelles, des tiges de fixation et des ancrages de base.Après un tremblement de terre de toute ampleur, tout coffrage doit être présumé endommagé jusqu'à preuve du contraire.

Formation des travailleurs aux protocoles de sécurité sismique

La formation est peut-être la mesure de sécurité la plus rentable.Les travailleurs doivent être formés à reconnaître les signes d'instabilité du coffrage, comme les bretelles de serrage, les connexions lâches ou les bruits inhabituels pendant les tremblements de terre. Ils doivent connaître les voies d'évacuation et les points de rassemblement. Au cours d'un tremblement de terre, les travailleurs doivent être formés à arrêter immédiatement ce qu'ils font, à s'éloigner du coffrage et à éviter les éléments structurels verticaux qui peuvent s'effondrer.

Préparation et intervention en cas d'urgence

Élaboration d'un plan d'urgence spécifique au site

Chaque chantier de construction d'une région sismiquement active doit avoir un plan d'urgence écrit qui couvre les scénarios de tremblement de terre.

  • Les voies d'évacuation claires[ sont marquées d'une signalisation lumineuse qui reste visible même si la puissance est insuffisante.
  • Protocoles de communication: radios, haut-parleurs et téléphones cellulaires de secours.
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  • Procédures d'arrêt des équipements lourds pour empêcher les mouvements pendant les tremblements.
  • Stations de premiers secours et intervenants d'urgence formés sur place.
  • Coordination avec les services d'urgence locaux pour assurer une intervention rapide.

Les plans doivent être revus tous les trimestres et après tout événement sismique important. Ils doivent être pratiqués au moyen de forages qui simulent des conditions réalistes, comme les pannes de courant et les sorties bloquées.

Actions immédiates pendant un tremblement de terre

Lorsqu'un tremblement de terre survient, les travailleurs doivent exécuter la séquence suivante :

  1. Supprimer, couvrir et tenir en place si le tremblement est grave et qu'il est impossible de s'échapper.
  2. Éloignez-vous du coffrage, des grues et des matériaux qui pourraient tomber.
  3. Évacuez-vous au point de rassemblement désigné en utilisant des itinéraires établis.
  4. Compte pour tout le personnel en utilisant les comptes de dépouille et les systèmes de jumelage.
  5. Ne retournez pas au travail[ tant que vous n'avez pas été inspecté et autorisé par une personne qualifiée.

Les gestionnaires devraient avoir une liste de vérification pour désactiver les services publics, fermer l'équipement et sécuriser les matières dangereuses.

Évaluation et rétablissement après le séisme

Une fois le danger passé, une évaluation approfondie est nécessaire. Le coffrage doit être inspecté pour :

  • Déformation ou désalignement des rives et des appareils.
  • Cracks dans les connexions ou les soudures.
  • Ancrages ou tiges de cravate.
  • Déplacement de l'ensemble du coffrage par rapport à sa fondation.

Tout coffrage qui présente des signes de dommage doit être démonté et remplacé ou renforcé avant de reprendre les travaux. Dans certains cas, le béton peut encore être mouillé; si le coffrage est endommagé, le béton peut également devoir être enlevé. L'ingénieur de la structure devrait revoir les conditions telles que construites. Un rapport écrit de l'événement, y compris l'évaluation des dommages et les mesures prises, devrait être déposé à des fins d'assurance et de réglementation.

Conformité et normes du Code

La conformité aux normes reconnues n'est pas facultative. Voici les principales références pour le coffrage dans les régions sismiques :

  • ACI 347-14 – «Guide de coffrage pour béton» (American Concrete Institute)
  • ASCE 7 – « Charges de conception minimale et critères associés pour les bâtiments et autres structures »
  • OSHA 1926 Sous-partie Q – «Concrete and Masonry Construction» (OSHA link)
  • FR 12812 – «Falsework – Exigences de performance et conception générale» (norme européenne)
  • NZS 3101 Partie 5 – « Norme sur les structures de béton – Commentaire sur la fourniture sismique » (Nouvelle-Zélande)

De nombreuses administrations locales ont également des exigences supplémentaires, il est donc essentiel de vérifier auprès du service des bâtiments au début de la phase de planification.

Formation et certification du personnel

Tous les travailleurs impliqués dans l'érection et l'utilisation du coffrage devraient recevoir une formation certifiée axée sur la sécurité sismique, notamment :

  • Désignation de la personne pour les responsables des inspections de coffrage (définition de l'OSHA).
  • Certification de la personne du conducteur et du signal pour les opérations de grues liées au coffrage.
  • Formation aux premiers soins et au RCP pour les interventions d'urgence.
  • Forets à main pour l'évacuation et la fixation de l'équipement.

La formation devrait être mise à jour annuellement ou chaque fois que de nouveaux systèmes de coffrage sont mis en place. Les dossiers de formation doivent être tenus sur place et être disponibles pour examen par les autorités de réglementation.

Conclusion

La mise en oeuvre de pratiques exemplaires pour le coffrage dans les régions à activité sismique n'est pas une tâche ponctuelle mais un processus continu de planification, de conception, d'inspection, de formation et de préparation aux situations d'urgence. En intégrant dès le départ les considérations liées à la charge sismique dans la conception, en utilisant des matériaux ductiles et des systèmes d'armature robustes, en effectuant des inspections régulières et en préparant les travailleurs à des exercices réalistes, les équipes de construction peuvent réduire considérablement les risques d'effondrement du coffrage lors des tremblements de terre.