Impact of seismic retrofit and presence of terra cotta masonry walls on the dynamic properties of a hospital building in Montreal, Canada

Les murs en maçonnerie non armée (MNA) sont très présents dans les bâtiments nord-américains. Dans plusieurs hôpitaux « pré-code » construits avant l'adoption des normes parasismiques dans les années 1970, la maçonnerie de blocs en terra cotta a été abondamment utilisée. Bien que les murs de remplissage jouent effectivement un rôle structural dans la réponse sismique des bâtiments, les murs qui servent simplement de cloisons internes sont considérés comme des composants non-structuraux et leur influence structurale est négligée dans les analyses sismiques. Les murs de remplissage en terra cotta interagissent avec leur cadre périphérique durant les séismes et augmentent la rigidité latérale et la résistance des ossatures, ce qui influence directement leur réponse dynamique. Observations de dommages lors de séismes antérieurs ont prouvé la nécessité de tenir compte de l'influence structurale des murs de remplissage, particulièrement pour les bâtiments de protection civile comme les hôpitaux qui se doivent de rester fonctionnels suite au séisme de conception.Cette thèse illustre la contribution structurale de murs de remplissage en terra cotta à l'aide d'une étude de cas détaillée de deux bâtiments de onze étages du Centre hospitalier universitaire (CHU) Sainte-Justine – les blocs #7 et #8, un hôpital pédiatrique situé sur l'île de Montréal. Cet hôpital a été construit à la fin des années 1950 et le bloc #7 a fait l'objet d'une réhabilitation parasismique en 2008. Le bloc #8, par contre, n'a subi aucune réhabilitation parasismique et demeure non-relié à son bâtiment adjacent. Un modèle détaillé pour l'analyse par éléments finis de chacun des deux blocs a été mis au point, avec modélisation des murs de remplissage en terra cotta. Seuls des modèles linéaires élastiques ont été créés pour cette étude considérant que les bâtiments doivent rester pratiquement en mode de réponse linéaire pour satisfaire leur objectif de performance sismique. Deux techniques ont été appliquées pour la modélisation des murs de remplissage : la définition de panneaux continus et la méthode des bielles comprimées équivalentes.En parallèle avec ces études numériques, une campagne de mesures de vibrations ambiantes a été réalisée pour les deux blocs et les propriétés dynamiques dominantes des bâtiments ont été identifiées, L'analyse des mesures s'est faite à l'aide de deux techniques d'analyse modale opérationnelle en sélectionnant les pics des fonctions obtenues par décomposition des mesures dans le domaine des fréquences, soit la méthode de base(FDD) et une version dite améliorée (EFDD). Les résultats des mesures de bruit ambiant ont été utilisés pour valider et calibrer les modèles numériques. Une fois calibrés, les modèles ont été analysés sous l'effet de 12 séismes représentés par des accélérographes synthétiques. Deux étages spécifiques ont été sélectionnés: le plancher du 7e étage et le plancher du 3e étage. Les spectres de réponse de ces planchers ainsi que les historiques des déplacements inter-étages (7-8) et (3-4) ont été générés.L'étude comparative des résultats obtenus avec les différents modèles d'analyse par éléments finis (i.e. excluant et incluant les murs de remplissage) a permis d'étudier les effets de la réhabilitation parasismique du bloc #7 et l'influence de la présence des murs de remplissage dans les blocs #7 et #8 sur leurs propriétés dynamiques. Finalement, les analyses sismiques ont permis de quantifier l'influence de ces effets sur le comportement des composants non-structuraux en comparant les spectres de planchers et les déplacements inter-étages. Au final, le bloc réhabilité a considérablement amélioré sa rigidité et par le fait même subit des accélérations de beaucoup supérieures à celles du bloc 8 non réhabilité. Par contre, les déplacements inter-étages sont réduits à des valeurs très faibles, ce qui améliore la performance des composants architecturaux et des composants fonctionnels connectés à plusieurs niveaux.

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