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1.1 Constructions En Zone Sismique André PLUMIER & Hervé DEGEE Février 2009 Cou

1.1 Constructions En Zone Sismique André PLUMIER & Hervé DEGEE Février 2009 Cours GCIV2042-1 Conception de bâtiments en situation de risques majeurs Cours GCIV2050 Sollicitations accidentelles et exceptionnelles Edition 2011 Document téléchargeable sur le site http://orbi.ulg.ac.be Conception parasismique dans le contexte de l’Eurocode 8 1.2 Introduction. Le texte qui suit rassemble des éléments nécessaires à la maîtrise du projet de construction en zone sismique : conception d'ensemble des structures, définition des données nécessaires au calcul, choix de la méthode de calcul, vérifications des éléments structurels. Il contient aussi un rappel synthétique de dynamique des structures, mais ce sujet, comme d’autres, requiert la lecture d’autres ouvrages. Pour cette raison on s’est efforcé de donner aussi les références d’ouvrages de la littérature et de sites Internet qui tous apportent des informations utiles. Des mises à jour sont prévues. L’édition 2011 est la 5e version du cours de conception parasismique de l’Université de Liège. C’est une évolution de la version de 1992, consécutive à la parution en 2004 de l’Eurocode 8, Norme Parasismique Européenne, dans sa première version Euronorme ou « EN » (« EN1998-1 : 2004 »). Il est opportun qu’un cours de conception parasismique soit en phase avec les concepts et notations du document qui est le code accepté comme référence des projets dans toute l’Europe en 2011. L’édition 2011 s’appuie sur le développement des connaissances acquises au sein du Groupe Sismique de l’Université de Liège par son travail dans plus de 20 projets de recherche européens et belges, sa contribution à des projets de construction et une participation intense au développement des règlements parasismiques Européens et nationaux : CECM, Eurocode 8, Annexes Nationales, Guide pour maisons individuelles. Certains de ces documents sont téléchargeables sur le site : http://orbi.ulg.ac.be 1.3 TABLE DES MATIERES. CHAPITRE 1. Les séismes. CHAPITRE 2. Réponse élastique des structures aux séismes. CHAPITRE 3. Réponse inélastique des structures aux séismes. CHAPITRE 4. La réponse des bâtiments en torsion. CHAPITRE 5. Conception parasismique des bâtiments. CHAPITRE 6. Modèles pour l’analyse des ossatures de bâtiments. CHAPITRE 7. Règles générales de l’Eurocode 8 pour l’analyse et la vérification des ossatures de bâtiments. CHAPITRE 8. Méthodes de prédimensionnement en projet parasismique. CHAPITRE 9. Bâtiments en acier. CHAPITRE 10. Bâtiments en béton armé. CHAPITRE 11. Infrastructures et fondations des bâtiments. CHAPITRE 12. Bâtiments à ossature mixte acier – béton. CHAPITRE 13. Bâtiments en bois. CHAPITRE 14. Bâtiments en maçonnerie. CHAPITRE 15. Isolation sismique. Systèmes amortisseurs. CHAPITRE 16. Réservoirs. CHAPITRE 17. Ossature Métallique. Exemple de calcul. CHAPITRE 18. Exemple de calcul d’ossature en portique en béton armé. CHAPITRE 19. Exemple de calcul d’ossature à murs ductiles en béton armé. CHAPITRE 20. Exemple de calcul de bâtiment à murs faiblement armé. 1.4 Chapitre 1. Les séismes 1.1 Le phénomène physique. Les séismes majeurs sont liés à l’existence de mouvements tectoniques globaux continuellement en action qui soulèvent des chaînes de montagnes et creusent des tranchées océaniques à la surface de la terre. Ces mouvements affectent une quinzaine de "plaques" sphéroïdales et engendrent des contraintes sur les lignes de contact des plaques. Lorsque ces contraintes deviennent trop élevées et supérieures à la «résistance au frottement », une rupture brutale se produit : c'est un tremblement de terre, à la suite duquel un nouvel état provisoire de stabilité est réalisé. Il résulte de cette description qu'il existe des régions du monde à plus ou moins haut risque sismique, suivant qu'elles sont plus ou moins proches des zones de jonctions des "plaques". Figure 1.1.a. Plaque Nord Américaine Plaque Eurasienne Plaque du Pacifique Plaque Sud Américaine Plaque Africaine Plaque Australienne Plaque Antarctique Limite de plaque Direction de mouvement Figure 1.1.a. Carte du monde montrant les principales plaques tectonique. (d’après Bristol University website: www.ideers.bris.ac.uk). 1.5 Figure 1.1.b. Les zones de séismicité élevée se trouvent aux lignes inter – plaques (seismic hazard = alea sismique). Les zones de jonction inter - plaques ne sont pas les seules où se passent des décrochages de failles. Des phénomènes similaires, d’amplitude moindre, ont lieu dans des failles intérieures aux plaques mentionnées. On parle alors de séismes « intra - plaques ». Pour les séismes importants, le mouvement relatif des bords de la faille peut être apparent en surface. (Fig.1.2 a). Il existe différents type de mouvement relatif : coulissage horizontal, coulissage vertical. Ces déplacements relatifs permanents du sol s’observent près de l’épicentre du séisme, mais le choc du tremblement de terre entraîne aussi la création et la propagation d'ondes de compression et de cisaillement dans le sol à des distances très grandes ; en fait ces ondes font le tour de la terre en s’atténuant progressivement. A la surface du globe, l’effet de ces ondes est un mouvement de déplacement vertical et horizontal du sol. Le déplacement horizontal différentiel entraîne des rotations (Fig.1.2 b). 1.6 Figure 1.2 a.. Coulissage de la faille San Andreas (Californie). Figure 1.2 b. Composantes de l'action sismique. L’importance relative des composantes du mouvement du sol en un point dépend de la position du point considéré par rapport au foyer (ou « hypocentre ») du séisme. A l’aplomb de celui-ci (« épicentre »), la composante verticale est du même ordre que la composante horizontale. A plus grande distance, l’importance relative de la composante verticale diminue et vaut 50 à 70% de l’horizontale. Les composantes de rotation ont généralement des effets négligeables. Le mouvement vertical est souvent perçu comme moins dommageable que l’horizontal, partiellement en raison de l’importance généralement moindre de cette composante, mais surtout en raison du fait que les constructions sont naturellement conçues pour reprendre l'action (verticale) de la pesanteur avec une sécurité convenable alors qu'elles ne présentent pas les mêmes ressources pour une action horizontale. 1.7 1.2 Caractérisation des séismes. On peut caractériser la "taille" du tremblement de terre par différents paramètres. La magnitude M (échelle de RICHTER) est une évaluation de l'énergie libérée au foyer du tremblement de terre. Comme telle, cette quantité n'est pas utilisable par l'ingénieur des constructions qui s'intéresse à un mouvement en surface et dans une zone géographique donnée. Le foyer peut se trouver à plusieurs kilomètres sous la surface et à plusieurs centaines de kilomètres de la zone donnée. L'intensité I (échelle de MERCALLI) est une caractérisation de l'importance des effets matériels observés en surface et de la perception par la population. Cette description vaut pour une zone géographique donnée, mais est assez qualitative. L’intensité en un point dépend non seulement de la taille du séisme (magnitude) mais aussi de la distance au foyer, de la géologie locale et de la topographie. Un paramètre important pour l’évaluation des effets des séismes à un endroit donné est l'accélération maximale ag du sol ou accélération de pointe, PGA (Peak Ground Acceleration) en anglais. Son ordre de grandeur est de 0,4 g à 0,6g en zone très sismique (Japon, Turquie) et de 0 à 0,1g en zone faiblement sismique (Belgique). L'amplitude de l'accélération maximale du sol permet de se faire une idée de la résultante de force F appliquée à la construction de masse m : F = m ag si la construction est indéformable et bouge comme le sol (en général F > m ag , comme on le voit au Chapitre 2). C’est en terme de d’accélération maximale ag au niveau du bedrock qu’on exprime les cartes de zonation ou zonage sismique quantifiant le niveau sismique à prendre en compte pour l’application des règles de constructions parasismiques. On en donne deux exemples aux Figures 1.3 et 1.7. Un autre paramètre utile pour l’évaluation des effets des séismes à un endroit donné est le déplacement maximal dg du sol, qui donne une idée de l’ordre de grandeur du déplacement relatif du centre de gravité de la structure par rapport à la base de la structure : quelques cm en zone faiblement sismique, jusqu’à un m en zone très sismique. La durée du tremblement de terre est un paramètre significatif dans les processus de fissurations et dégradations progressives des éléments d’une construction. Elle est liée à la magnitude du séisme. Cette durée est au maximum de l’ordre de 60 s en zone très sismique, mais n'est que de quelques secondes en zone peu sismique. 1.8 Figure 1.3. Zonation sismique européenne en accélération maximale ag ( PGA) en m/s2. GFZ-Posdam website http://seismohazard.gfz-potsdam.de/projects/en/ La caractérisation la plus explicite d'un tremblement de terre est évidemment constituée d'accélérogrammes enregistrés dans la zone géographique considérée, qui contiennent à la fois les aspects accélérations, durée et contenu fréquentiel. Les accélérogrammes constituent une donnée d'action directement utilisable par la dynamique des structures. Voir 2.1 à 2..3. Enfin, les spectres de réponse constituent la caractérisation des tremblements de terre la plus couramment utilisée par l'ingénieur des constructions. Ils sont des sous-produits des accélérogrammes et permettent un calcul simple des efforts internes dans une structure soumise à séisme. Voir 2.4. 1.3 Effets particuliers des séismes. Tassement. Des sables secs soumis à vibration peuvent subir des tassements importants, qui peuvent être estimés par des mesures des vides du sable. Ces tassements peuvent atteindre quelques dizaines de cm. Différentiels ou non, ils peuvent être suffisants pour rendre uploads/Ingenierie_Lourd/ conception-parasismique-eurocode-8-plumier-pdf.pdf