30/11/2011 1 PARTIE III NF EN 1998 - Eurocode 8 Cours de dynamique des structures et de génie parasismique. Master de génie civil – habilitation 2011 Université Paul Sabatier Toulouse III Pr. Erick Ringot ([email protected]), Pr. Martin Cyr ([email protected]) Règles parasismiques françaises Révision : 30 novembre 2011 Dynamique et règles parasismiques – EUROCODE EC8 master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot page 2 Avant-propos (historique) La Norme Européenne EN 1998, Eurocode 8 : « Calcul des structures pour leur résistance aux séismes » a été élaborée par le comité technique européen CEN/TC 250 responsable de l’ensemble des Eurocodes structuraux. Cette Norme a pris le statut de norme Nationale dès juin 2005 : elle est devenue applicable mais non obligatoire (en attente des décret et arrêté d’application). Depuis mars 2010, tous les autres textes nationaux contradictoires avec l’EN 1998 ont été retirés. Son application devient obligatoire. La nouvelle carte sismique Française a été définie en mai 2011. Dynamique et règles parasismiques – EUROCODE EC8 master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot page 3 Avant-propos (historique) Evolution des normes parasismiques en France Règles Année DTU PS 69 1969 DTU PS 69 + addendum 82 1982 PS 92 1992 31 octobre 2012 EC 8 (NF EN 1998) + Décret n° 2010-1255 du 22 octobre 2010 portant délimitation des zones de sismicité du territoire français + Arrêté du 22 octobre 2010 relatif à la classification et aux règles de construction parasismique applicables aux bâtiments de la classe dite « à risque normal » 1 er mai 2011 … évolution règles parasismiques.ppt Dynamique et règles parasismiques – EUROCODE EC8 master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot page 4 Efficacité des normes sur les dégâts • Influence de l’année de construction 87 bâtiments du quartier Chuo de la ville de Kobe auscultés [Architectural Institute of Japan, 1995] 0% 25% 50% 75% 100% jusqu'à 1971 1972 - 1981 depuis 1982 année de construction Aucun ou dégâts légers Dégâts moyens Effondrements ou dégâts importants Intérêt des normes (exemple) Dynamique et règles parasismiques – EUROCODE EC8 master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot page 5 Le programme des Eurocodesstructuraux comporte les normes suivantes : • EN 1990 Eurocode : Bases de calcul des structures • EN 1991 Eurocode 1 : Actions sur les structures • EN 1992 Eurocode 2 : Calcul des structures en béton • EN 1993 Eurocode 3 : Calcul des structures en acier • EN 1994 Eurocode 4 : Calcul des structures mixtes acier-béton • EN 1995 Eurocode 5 : Calcul des structures en bois • EN 1996 Eurocode 6 : Calcul des structures en maçonnerie • EN 1997 Eurocode 7 : Calcul géotechnique • EN 1998 Eurocode 8 : Calcul des structures pour leur résistance aux séismes • EN 1999 Eurocode 9 : Calcul des structures en aluminium Autres normes structurelles Emploi des Eurocodes: Vérification de la conformité des bâtiments et ouvrages aux exigences de stabilité et de résistance mécanique (et de sécurité en cas d’incendie) ; Base de spécification des contrats de travaux de construction ; Cadre de spécifications techniques pour les produits de construction. Dynamique et règles parasismiques – EUROCODE EC8 master GC UPS Tlse 3 / E.Ringot page 6 Dans chaque pays de la CCE, les Eurocodes structuraux sont transposés en normes nationales . Une norme nationale (en France « NF EN ») reprend le texte de l’Eurocode et est suivie d’une annexe nationale. L’annexe nationale peut uniquement préciser des éléments laissés en attente dans l’Eurocode pour choix national : • valeurs là où des alternatives figurent dans l’Eurocode ; • valeurs à utiliser là où seul un symbole est donné dans l’Eurocode ; • données propres au pays (liées à sa géographie, son climat, etc…) ; • procédure à utiliser là où des procédures alternatives sont prévues par l’Eurocode ; • des décisions sur l’usage des Annexes informatives ; • des informations complémentaires d’aide à l’application des règles. Il y a environ 56 éléments à relever dans l’annexe nationale de l’EN 1998-1. L’annexe nationale renvoie le plus souvent à l’arrêté du 22 octobre 2010. Annexes nationales Exemple: prise en compte des aléas sismiques d’un pays à l’autre dans les annexes nationales cartes de zones sismiques et accélérations de référence correspondantes au niveau du sol.
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30/11/2011
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PARTIE IIINF EN 1998 - Eurocode 8
Cours de dynamique des structures et de génie parasismique.Master de génie civil – habilitation 2011Université Paul Sabatier Toulouse IIIPr. Erick Ringot ([email protected]), Pr. Martin Cyr ([email protected])
La Norme Européenne EN 1998, Eurocode 8 : « Calcul des structures pour leur résistance aux séismes » a été élaborée par le comité technique européen CEN/TC 250 responsable de l’ensemble des Eurocodes structuraux.
� Cette Norme a pris le statut de norme Nationale dès juin 2005 : elle est devenue applicable mais non obligatoire (en attente des décret et arrêté d’application).
� Depuis mars 2010, tous les autres textes nationaux contradictoires avec l’EN 1998 ont été retirés. Son application devient obligatoire.
� La nouvelle carte sismique Française a été définie en mai 2011.
Le programme des Eurocodes structuraux comporte les normes suivantes :
• EN 1990 Eurocode : Bases de calcul des structures• EN 1991 Eurocode 1 : Actions sur les structures• EN 1992 Eurocode 2 : Calcul des structures en béton• EN 1993 Eurocode 3 : Calcul des structures en acier• EN 1994 Eurocode 4 : Calcul des structures mixtes acier-béton• EN 1995 Eurocode 5 : Calcul des structures en bois• EN 1996 Eurocode 6 : Calcul des structures en maçonnerie• EN 1997 Eurocode 7 : Calcul géotechnique• EN 1998 Eurocode 8 : Calcul des structures pour leur résistance aux séismes
• EN 1999 Eurocode 9 : Calcul des structures en aluminium
Autres normes structurelles
Emploi des Eurocodes:
� Vérification de la conformité des bâtiments et ouvrages aux exigences de stabilité et de résistance mécanique (et de sécurité en cas d’incendie) ;
� Base de spécification des contrats de travaux de construction ;
� Cadre de spécifications techniques pour les produits de construction.
Dans chaque pays de la CCE, les Eurocodes structuraux sont transposés en normes nationales . Une norme nationale (en France « NF EN ») reprend le texte de l’Eurocode et est suivie d’une annexe nationale.
L’annexe nationale peut uniquement préciser des éléments laissés en attente dans l’Eurocode pour choix national :
• valeurs là où des alternatives figurent dans l’Eurocode ;• valeurs à utiliser là où seul un symbole est donné dans l’Eurocode ;• données propres au pays (liées à sa géographie, son climat, etc…) ;• procédure à utiliser là où des procédures alternatives sont prévues par l’Eurocode ;• des décisions sur l’usage des Annexes informatives ;• des informations complémentaires d’aide à l’application des règles.
Il y a environ 56 éléments à relever dans l’annexe nationale de l’EN 1998-1. L’annexe nationale renvoie le plus souvent à l’arrêté du 22 octobre 2010.
Annexes nationales
Exemple : prise en compte des aléas sismiques d’un pays à l’autre dans les annexes
nationales � cartes de zones sismiques et accélérations de référence correspondantes au
•Pourquoi un nouveau zonage et de nouvelles règles de construction parasismiques?
� Amélioration des connaissances sismologiques : amélioration de la connaissance de la sismicité historique, nouvelles données de sismicité instrumentale et historique (Base de données SisFrance) depuis 1984, amélioration des connaissances sur les failles actives...
� Mise en place des normes Eurocode 8 : • Zonage sismique défini suivant une approche probabiliste,
selon les recommandations européennes;• Règles de conception et de dimensionnement harmonisées
à l’échelle européenne, prenant en compte les progrès récents dans le domaine du génie parasismique.
Introduction
Contexte législatif et règlementaire du risque sismique
� Les 2 décrets du 22 octobre 2010, en vigueur depuis le 1er mai 2011:� Décret n°2010-1254 relatif à la prévention du risque
sismique
� Décret n°2010-1255 portant délimitation des zones de sismicité du territoire français
� Arrêté du 22 octobre 2010 relatif à la classification et aux règles de construction parasismique applicables aux bâtiments de la classe dite « à risque normal », en vigueur
depuis le 1er mai 2011
� Arrêté du 24 janvier 2011 fixant les règles parasismiques applicables à certaines installations classées, qui entrera en vigueur le 1er janvier 2013
Organisation réglementaire
Contexte législatif et règlementaire du risque sismique
L’EN 1998 s’applique au dimensionnement et à la construction de bâtiments et ouvrages de génie civil à « risque normal » en zone sismique. Son but est d’assurer, en cas de séisme, que :
� les vies humaines sont protégées ;� les dommages sont limités ;� les structures importantes pour la protection civile restent opérationnelles.
Les structures à « risque spécial » (art. R563-6 du Code de l’Environnement) telles que les centrales nucléaires, les structures en mer, les grands barrages ne sont pas couvertes par l’EN 1998.
Les ouvrages à risque spécial, c'est-à-dire ceux dont les effets en cas de séisme ne
peuvent être circonscrits aux voisinages immédiats desdits ouvrages, font l’objet d’un
cadre réglementaire spécifique. Ces ouvrages regroupent les barrages, les
installations classées pour la protection de l’environnement et les installations
nucléaires de base. L’arrêté du 10 mai 1993 fixe les règles parasismiques applicables à
ces installations.
L’EN 1998 complète les dispositions contenues dans les autres Eurocodes. Ses dispositions ne peuvent pas être mixées avec des règles ne relevant pas des Eurocodes (BAEL, NV, …)
Art. 2.1 En zone sismique, les structures doivent être conçues et construites de sorte que les
deux exigences fondamentales suivantes soient respectées :
Exigence de non-effondrement
Résistance aux actions sismiques de calcul (EN 1998 art.3) sans effondrement local ou global et conservant une capacité portante résiduelle après séisme. Sont pris en compte l’action sismique de référence, la probabilité de son dépassement en 50 ans (PNCR=10%), sa période de retour (TNCR=475 ans), un coefficient d’importance γγγγl attribué à chaque catégorie d’ouvrages en fonction des conséquences que peut avoir leur ruine.
Exigence de limitation des dommages
Résistance à des actions sismiques plus fréquentes (probabilité de dépassement PDLR=10% et période de retour TDLR=95 ans ) que les actions sismiques de calcul sans qu’apparaissent des dommages dont les coûts induits seraient disproportionnés par rapport à celui de la structure.
Les exigences fondamentales sont satisfaites dès lors que les
Art. 2.2 Les critères de conformité aux exigences fondamentales se traduisent par la
vérification d’états limites :
• états limites ultimes :
Associés à l’effondrement ou à d’autres formes de rupture susceptibles de danger pour les personnes :
• compromis entre résistance et capacité de dissipation de l’énergie ;• stabilité d’ensemble (renversement/glissement) ;• résistance des éléments de fondations ;• prise en compte éventuelle des effets du second ordre ;• innocuité du comportement des éléments non-structuraux.
• états limites de limitation de dommages :
Associés à l’apparition de dommages au-delà desquels certaines exigences d’utilisation ne sont plus satisfaites.
• Degré approprié de fiabilité en respect de déformations limites ;• Maintien du fonctionnement des services vitaux des installations de la protection civile.
• Préférer les formes régulières en plan et en élévation. Le cas échéant, aménager des joints pour dégager des unités indépendantes du point de vue dynamique.
• Eviter la possibilité de ruptures fragiles ou de formation prématurée de mécanismes instables. Assurer le comportement dissipatif et ductile de l’ensemble � recours possible à la méthode dite « de dimensionnement en capacité » (voir plus loin).
• Attacher une attention particulière aux zones critiques de sorte que la transmission des efforts sous l’effet cyclique du séisme soit maintenue tout en dissipant de l’énergie.
• Fonder l’analyse sur un modèle structural adéquat prenant en compte, le cas échéant, de la déformabilité du sol, les éléments non-structuraux, la présence de structures adjacentes.
Fondations
• La raideur des fondations soit être étudiée pour leur permettre la transmission des actions dues à la superstructure au sol de façon la plus uniforme possible ;
• Un seul type de fondation pour une même structure doit être utilisée, à moins que cette dernière soit constituée d’unités dynamiquement indépendantes.
Plan de système qualité
• Gestion documentaire : dimensions, dispositions constructives, matériaux, dispositifs spéciaux. Dispositions relatives à la maîtrise de la qualité…
• Des investigations doivent être réalisées en vue de classer le sol conformément au tableau 3.1 ci-après.
• Le site de construction doit être normalement exempt de risque de rupture de terrain, d’instabilité des pentes, de tassement permanent (voir EN 1997 et EN 1998-5).
• Le classement du site peut être réalisé en référence à la vitesse des ondes de cisaillement vs,30 (pour une distorsion inférieure à 10-5) dans les 30 m de sol supérieurs si cette information est disponible. Dans le cas contraire on s’appuie sur le nombre de coups par essai de pénétration normalisé NSPT ou la résistance au cisaillement du sol non drainé cu.
• Pour les sols stratifiés la vitesse moyenne des ondes de cisaillement se calcule par l’expression :
• Les classes S1 et S2 nécessitent une étude particulière pour la définition de l’action sismique.
Action sismique / accélération maximale de référence
• Dans le cadre de l’EN 1998-1, chaque territoire national est divisé par les autorités nationales en différentes zones sismiques homogènes en fonction de l’aléa local.
• 5 types de sismicité sont distinguées.
Zonage territorial
• L’aléa sismique est caractérisé par un seul paramètre qui est l’accélération maximale de référence au niveau d’un sol de classe A (rocher), noté agR. Des paramètres additionnels requis pour des types spécifiques de structure sont donnés par la partie concernée de l’EN 1998.
• Cette accélération maximale de référence agR correspond au séisme dont la période de retour de référence TNCR=475 ans pour l’exigence de non-effondrement (ou de probabilité de dépassement de référence en 50 ans PNCR=10%)
• Dans le cas des zones de très faible sismicité, il n’est pas nécessaire de respecter les dispositions de l’EN 1998.
Action sismique / catégorie et coefficient d’importance
Catégorisation des bâtiments
• Article 2 de l’Arrêté du 22 octobre 2010 relatif à la classification et aux règles de
construction parasismique applicables aux bâtiments de la classe dite « à risque normal »
Les bâtiments sont répartis en quatre catégories d'importance. Pour les bâtiments constitués de diverses parties relevant de catégories d'importance différentes, c'est le classement le plus contraignant qui s'applique à leur ensemble.
Coefficient d'importance du bâtiment
Le coefficient d'importance γγγγI est attribué à chacune des catégories d'importance de bâtiment. Les valeurs des coefficients d'importance γγγγI sont données par le tableau ci-après.
Action sismique / catégorie et coefficient de réduction
Coefficient de réduction
Le coefficient de réduction n appliqué à l'action sismique de calcul pouvant être utilisé pour obtenir l'action sismique servant à la vérification de l'état de limitation des dommages est égal à 0,4 quelle que soit la catégorie d'importance du bâtiment.
Catégorie n
Toute catégorie 0.4
Tableau - Arrêté du 22 octobre 2010 relatif à la classification et aux règles de construction parasismique
applicables aux bâtiments de la classe dite « à risque normal » art.2.IV
Le coefficient de réduction n est également noté νννν dans l’EC8 à l’article 4.4.3 « limitation des dommages »
Caractérisation d’un séisme sur un site : accélérogramme
Les composantes du vecteur accélération communiquées au sol par un séisme sont enregistrées par des sismomètres (oscillateurs simples) selon trois directions .
Fig. Un accélérogramme illustre la variation temporelle de la composante d’accélération üG.
Réponse élastique d’un oscillateur à un séisme (rappel)
Le mouvement dû au séisme en un point donné de la surface du sol est caractérisé par son accélération üG. L’équation du mouvement de l’oscillateur (sismomètre) est :
Réponse élastique d’un oscillateur - spectre de déplacement (rappel)
On reporte l’amplitude maximale Umax obtenue pour chaque oscillateur en fonction de sa pulsation propre ou, plus usuellement, en fonction de sa période propre T : La courbe obtenue s’appelle « spectre en déplacement ».
Si, en plus, on étudie des oscillateurs ayant des facteurs d’amortissement ξξξξ différents, on obtient un réseau de spectres.
Réponse élastique d’un oscillateur - spectre d’accélération (rappel)
En pratique, les spectre de réponses sont tracés en pseudo-accélération γγγγ=ωωωω2U plutôt qu’en déplacement ; les courbes étant paramétrées par le facteur d’amortissement.
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
T=2π/ω
γmax ×10-2 g
ξ1 =1%
5%
10%5
10
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Sur le même site, il y a lieu de prendre en considération différents séismes (épicentres plus ou moins lointains) ; ce qui rend aléatoire les accélérogrammes. On prend l’enveloppe des différents spectres après « normalisation » qui efface la disparité liée à l’amplitude des séismes.
spectre de réponse élastique (en pseudo-accélération) horizontal
période
Allure du Spectre de
réponse élastique des
règles EN 1998 pour un
facteur d’amortissement
de référence ξ=5%
� Pour les deux niveaux d’action sismique (non-effondrement et limitation des dommages), le mouvement dû au séisme à la surface du sol est représenté par le même spectre de réponse élastique (en accélération).
� L’action sismique horizontale est décrite par deux composantes orthogonales indépendantes et représentées par le même spectre de réponse.
� Pour les structures « importantes » (γl>1.0) des effets d’amplification topographique doivent être pris en compte.
EC8 Art. 3.2.2.2
Attention ! Le spectre de réponse élastique suppose que l’ossature ne dissipe de
l’énergie ni par endommagement, ni par plasticité.