etude de cas

5/8/2018 Etude de Cas - slidepdf.com

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ENVIRONNEMENT NATUREL ARCHITECTURAL ET CONSTRUIT (ENAC)Institut d’ingénierie civile (IIC) LABORATOIRE DE MECANIQUE DES SOLS (LMS)

EPFL ENAC-IIC-LMSGC C1 413 (Bâtiment GC)Station 18CH 1015 Lausanne

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EPFL-LMS 9/9/2009

GÉOMÉCANIQUE Semestre d’automne - 2009

Master semestres 1 et 3

R

ETUDE DE CAS R

RUPTURE D’UN IMMEUBLE DE 13 ÉTAGES À SHANGHAI

Les faits

Le 27 juin 2009, à 5h30 du matin heure locale, un immeuble de 13 étages, dont laconstruction venait de s’achever, s’est littéralement renversé à Shanghai, sur lechantier du projet immobilier « Lotus Riverside” situé dans le district de Minhang. Larupture a fait malheureusement (ou heureusement) un seul mort, un ouvrier.

Le bâtiment faisait partie d’un complexe de 10 autres immeubles. Il s’est renversé, seretrouvant presque intact en position horizontale et laissant apparaitre ses pieux defondation sectionnés. Il a eu juste assez d’espace dans sa chute pour ne pas entrainerd’autres bâtiments.

Une bonne partie des appartements était déjà vendue, provoquant la colère despropriétaires, y compris ceux des appartements des immeubles intacts, inquiets pourleur sécurité. Aux dernières nouvelles (août 2009), plusieurs personnes ont étéarrêtées, dont des responsables de la compagnie immobilière et de l’entreprise deconstruction.

Voici des photos de cette rupture impressionnante (toutes les images de lacatastrophe sont téléchargeables surhttps://documents.epfl.ch/users/p/pe/peron/www/Cas Shanghai/Photos casShanghai.zip).

Notez combien l’immeuble est intact, preuve s’il en est que si le dimensionnementd’un bâtiment est une chose, le dimensionnement de ses fondations peut être unproblème bien plus ardu.



ETUDE DE CAS - RUPTURE D’UN IMMEUBLE DE 13 ÉTAGES À SHANGHAI

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Les causes du sinistre

Dès le départ, les journalistes relayant divers “experts” ont invoqué pêle-mêle lesfortes pluies ayant eu lieu deux jours avant, la proximité de la rivière et la rupturede 70 m de digue non loin du bâtiment, la présence d’un garage souterrain enconstruction sous l’immeuble, la présence d’un remblai juste à côté del’immeuble, et la mauvaise qualité des fondations, sans compter la corruption etl’avidité des promoteurs.

Compte tenu de tous ces facteurs, le cas semble a priori complexe, et provoqueactuellement un certain débat dans la communauté des ingénieurs civils etgéotechniciens. Deux interprétations assez différentes semblent émerger.

Certains mettent en cause l’excavation du garage au pied de l’immeuble,l’accumulation des déblais coté rivière, et la rupture partielle de la digue deprotection de crue non loin de là. Cette interprétation est largement reprise parun rapport publié peu après la rupture.

Voici ce que le “South China Morning Post” écrit le 4 juillet 2009, à propos del’accident, du rapport qui vient alors de sortir, et des causes de l’accident :

“An official investigation into the collapse of an unfinished building in Shanghai has said that the

accident was due to the construction company's "ignorance", rather than flaws in the design orbuilding materials. However, the report stopped short of apportioning blame, and has beencriticised for failing to address key issues.

The report said the collapse was caused by earth, excavated to make a 4.6-metre deep pit for anunderground car park alongside the building, being piled to depths of up to 10 metres on the otherside of the structure. The weight of the pile created a "pressure differential" which led to a shift inthe soil structure, eventually weakening the foundations and causing them to fail. This situation"may" have been aggravated by several days of heavy rain leading up to the collapse, but




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investigators would not say whether this was a crucial factor. The report said the constructioncompany - Shanghai Zhongxin Construction - "did not consider clearly" that the earth pile couldhave such a devastating effect.

Investigators stopped short of saying whether the company's errors were negligent or easilyavoidable. However, they stressed that the building's foundations and construction materials all

complied with the city's building regulations.

Huang Rong , director of the Shanghai Urban Construction and Communications Council, saidinspections had shown that none of the remaining 10 apartment blocks was in immediate danger."The surrounding buildings are now stable," he said. "The safety inspection of these homes will bethe second phase of our professional team's work."

Several days before the release of the report, Wu Hang, Mr Jiang's assistant, accused theconstruction company of incompetence and lacking "common sense". Mr Wu said the investigationhad found there had been no structures to support the walls of the car park pit, and this had beena key factor contributing to the accident.

La série de schémas qui suit reprend l’interprétation (source en chinois :http://bbs.book.sina.com.cn/thread-9-0/table-798002-5653.html ):

(1) An underground garage was being dug on the south side, to a depth of 4.6 meters(2) The excavated dirt was being piled up on the north side, to a height of 10 meters(3) The building experienced uneven lateral pressure from south and north(4) This resulted in a lateral pressure of 3,000 tonnes, which was greater than why the pilings couldtolerate. Thus the building toppled over in the southerly direction.




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First, the apartment building was constructed

Then the plan called for an underground garage to be dug out.The excavated soil was piled up on the other side of the building.

Heavy rains resulted in water seeping into the ground.




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The building began to shift and the concrete pilings were snappeddue to the uneven lateral pressures.

The building began to tilt. And thus came the eighth wonder of the world.




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Sur le site geoprac.net (http://www.geotechsearch.net/geonews-mainmenu-63/38-failures/529-13-story-tower-topples-over-in-shanghai ), on trouve uneinterpétation assez similaire, qui met en plus l’accent sur l’influence del’endommagement de la digue non loin de là :

« the weight of the earth caused the river bank to collapse, which, in turn, allowed water to seepinto the ground, creating a muddy foundation for the building that toppled.”

On peut cependant douter qu’une simple inondation puisse rendre le sol defondation d’un bâtiment « boueux » au point que ce dernier s’effondre.Néanmoins, la présence d’eau souterraine est sans doute un des facteurs àconsidérer dans l’analyse des causes de l’accident.

Toujours sur le site geoprac.net, on trouve une photo assez instructive del’excavation du garage souterrain, dans laquelle le bâtiment à fini sa course.




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On trouve aussi sur ce site un plan de situation sommaire du chantier, avec lalocalisation de la zone endommagée de la digue, ainsi qu’une photo de cettemême zone :

Un reportage télévisé d’une dizaine de minutes de la chaine « China Today » (enChinois) reprend tout cela, on y voit clairement l’excavation du garage, le

remblai, la brèche dans la digue de protection de la rivière (qui est situé assez loindu bâtiment renversé, et beaucoup plus proche d’autres bâtiments identique ducomplexe, qui n’ont pas bougé). La vidéo du reportage est disponible sur un grandsite d’échange de vidéos : http://www.youtube.com/watch?v=S3dm2H8MhAU.




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Les tenants de cette interprétation, consistant à invoquer en premier lieu les

conditions spécifiques du site, soulignent aussi le fait que les autres bâtiments,bâtis selon le même principe, sont toujours debout.

Enfin, il semble que le remblai, de 10 mètres de haut et d’environ à 30 mètres (?)du bâtiment en direction de la rivière, provient de l’excavation du garage. Onpeut noter sur une des photos de la rupture que le remblai près du bâtiment à subiun petit glissement à sont extrémité.

Bien que les conditions et les événements propres au site ne peuvent être ignorés,d’autres avis (et ils sont nombreux) privilégient la mauvaise qualité des fondationscomme étant la cause principale de la rupture.

Ainsi, on trouve dans un autre article du “South China Morning Post” la remarquesuivante:

« the pilings used in the Lotus Riverside development, made of prestressed, precast concrete piles,are outlawed in Hong Kong because they aren’t strong enough to support the kind of ultra-highbuildings that are common in Hong Kong. But in mainland China, they are often used becausebuildings there are typically much shorter.”

Ce qui semble assez clair, c’est que les pieux ont “cassé”, et n’ont pas vraimentété arraché du sol. On voit sur les photos ci-dessous que les pieux sont en bétoncreux (avec un remplissage indéfini, non solidaire du reste du pieu, et qui semblese terminer à quelques mètres de profondeur depuis la base de l’immeuble). On

peut noter la présence d’un renforcement métallique sur certain des pieux. Bienque seule une analyse plus poussée du dimensionnement des fondations de cebâtiment puisse y répondre, l’impression qui ressort des photos est que ces pieuxsont très (trop ?) fins, et que l’armature n’a pas joué sont rôle, puisque les pieuxse sont visiblement rompu en traction. Les pieux creux sont généralementdimensionnés pour reprendre les charges dues au poids du bâtiment parfrottement latéral le long de leur surface, la résistance structurale du béton à la




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traction et au cisaillement n’étant pas alors jugée comme critique du point de vuede la stabilité.

L’hypothèse serait alors que la capacité portante du sol de fondation ait étédépassée d’un côté du bâtiment (pour diverses raisons), et qu’une réaction en

chaine ait conduit au basculement du bâtiment, mal retenu par des pieux maldimensionnés.

En rapport avec la série de schémas proposés plus haut dans ce document, certainsdoutent aussi que la différence de pression latérale causée par le remblai ait puprovoquer le renversement du bâtiment dans le sens observé, et que les pieuxaient pu être cisaillés par cette même différence de pression latérale. Certainsdoutent même que le remblai ait eu une quelconque influence, n’étant passuffisamment massif pour cela.

Alors, à vous de juger…




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But du travail :Vous êtes l’ingénieur expert chargé de déterminer et de quantifier la ou lescauses géomécaniques de ce sinistre.On devrait pouvoir établir au final s’il s’agit tout simplement d’un mauvaisdimensionnement, si les reconnaissances géotechniques ont mal été conduites, siles travaux du garage ont mal été réalisés, si la rivière et la météo ont eu uneinfluence notable et imprévisible. Bien sûr, seule une expertise sur place pourraitmener à des conclusions solides, mais votre travail pourrait bien éclairer toutcela…

Méthodologie et outils à votre disposition

1. Recherche de toute information ou donnée nouvelles, en plus de celles déjàfournies ici.

Pour l’instant, il y a très peu de données sur le type de sol rencontré sur lechantier : trouvez les, sinon faites des hypothèses. La géométrie des pieux (enparticulier leur profondeur), est aussi à investiguer. Lisez bien entenduattentivement toutes les informations qui sont déjà fournies.

2. Analyse de tous les facteurs évoqués, et d’autres facteurs que vous pourriezmettre en avant.

Voici la liste des principaux facteurs qu’on peut déjà isoler :- Influence du comportement du sol de fondation- Influence des paramètres géotechniques du sol- Influence de la fouille (profondeur, mesures de stabilisation et de renforcement,etc…)




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- Influence du remblai (poids, etc…)- Influence de la nappe phréatique (conditions de drainage, variations subites de lanappe, etc…)- Influence des pieux de fondation (renforcements métallique, résistance à latraction du béton, résistance au frottement latéral, diamètre, profondeur,

nombre, etc…)- Influence de la répartition de la chargeLe travail de l’expert est d’identifier le facteur prépondérant, les facteurssecondaires et aggravants, et l’influence de tous ces facteurs combinés.Pour cela utilisez tout ce que vous jugerez utile, du simple bon sens à lasimulation numérique (voir le point 3 qui suit). Exploitez au maximum votrebagage géotechnique déjà acquis à l’EPFL, allez plus loin, et bien évidemment,suivez le cours de géomécanique !

3. Réalisation une simulation numérique par élément finis accompagnant toutou partie de l’analyse.

- La géométrie du système est simple a priori, basez vous sur les donnéesdisponibles et celles que vous aurez trouvées. On simulera avant tout le terrain, lebâtiment sera simulé par les charges qu’il représente et ses pieux de fondation- Faites toutes les hypothèses pertinentes sur les conditions aux limites et lessollicitations mécaniques (poids du bâtiment, poids du remblai, etc…).- Choisissez la formulation théorique du problème (quelles équations résout-on ?).- Choisissez le modèle constitutif décrivant le comportement mécanique du sol.- Faites autant de calculs que possible en faisant varier les chargements, la nappe,et les paramètres du sol- Tout calcul préliminaire est le bienvenu : avant de vous lancer dans lessimulations, faites des calculs analytiques et des études paramétriques pour vous

donner des ordres de grandeur.

4. So what ?On attend de votre part un avis raisonné et quantifié, qui sera la conclusion devotre travail.

Trois séances « workshop » sont prévues au cours du semestre afin de suivre etguider le travail, séances au cours desquelles vous présenterez l’avancée de vostravaux.

Au cours de la première séance, un point sera fait sur :

- les données à dispositions- une première analyse des facteurs évoqués au point 2 ci-dessus- l’identification des paramètres importants nécessaires pour conduire

l’étude

Au cours de la deuxième séance, on fixera les paramètres numériques de l’étudeet on discutera les conditions de la simulation.




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Au cours de la troisième séance, vous présenterez vos résultats et conclusions.

Forme du rendu

Le jour de la présentation de vos résultats (le 15 décembre 2009), le travail serarendu sous la forme d’un rapport écrit, accompagné de fichiers de calculs etd’éventuelles notes de calcul.

Bibliographie (non exhaustive)Nb : certains des documents sont fournis en annexe

Revue de presse Article de presse spécialisée sur internet « Geoprac.net » :http://www.geotechsearch.net/geonews-mainmenu-63/38-failures/529-13-story-tower-topples-over-in-shanghai (renvoie vers le reportage de la chaîne télévisée« China Today »)

Bibliothèque d’images et vidéos téléchargeable sur :https://documents.epfl.ch/users/p/pe/peron/www/Cas Shanghai/Photos cas Shanghai.ziphttps://documents.epfl.ch/users/p/pe/peron/www/Cas Shanghai/videos cas Shanghai.zip Les vidéos (reportages télévisés) sont très instructives, elles montrent très bien ladisposition des lieux.

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