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Thème Analyse et calcul des réservoirs de stockage en zone sismique (cas de car

Thème Analyse et calcul des réservoirs de stockage en zone sismique (cas de carburants) République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université de Batna 2 Faculté de Technologie Département de génie civil MEMOIRE Présenté en vue de l’obtention du diplôme De Master en Génie Civil Option: construction en zone sismique Présenté par: BAIT Ahmed Amine BENAICHA Oussama Sous la direction de : Dr BOUZID.T Année universitaire 2014-2015 PLAN DU TRAVAIL1 validation conclusion INTRODUCTION Méthodes simplifiées { EC 8 et IS } Dynamique des structures Méthodes numériques dynamique des réservoirs Synthèse bibliographique Analyse des Structures sous Charges dynamiques. Modélisation et Méthodes d’analyse et calcul des réservoirs. généralités Définition Description des fluides Etude d’un exemple { EC 8 et IS } 2 1-Introduction introduction Généralités définition Description des fluides Analyse théorique Méthodes de calcul validation conclusion Les réservoirs de stockage de liquides sont des structures de génie civil très répandues et stratégiques dans le tissu industriel et économique de notre pays. Ces installations sont particulièrement employées dans l'industrie et notamment dans l'industrie lourde, dans la quelle elles servent à stocker toutes sortes de produits: hydrocarbures, GNL (Gaz Naturel Liquide), etc. les réservoirs à carburant, jouent un rôle important et essentiel. Pour cela de nombreuses études ont été réalisées à partir des années 1930 pour mieux les préserver et comprendre le comportement dynamique de ces structures. bibliographie 4 1-Introduction Introduction Généralités définition Description des fluides Analyse théorique Méthodes de calcul Validation Conclusion Les ruptures de ces ouvrages se manifestent par des flambements en diamants ou en patte d’éléphant, par des soulèvements de la base, etc. Bibliographie Figure 1-a : flambement en patte d’éléphant Figure 1-b : en pointes de diamant Californie 5 1-Introduction Introduction Généralités Définition Description des fluides Analyse théorique Méthodes de calcul Validation Conclusion Afin de mieux cerner le comportement des réservoirs à carburant, il est intéressant de mettre en évidence certaines définitions de ces structures. On appelle réservoir une structure avec une capacité destinée à contenir un liquide. On distingue plusieurs types des réservoirs: Réservoirs à carburant, Surélevés ou château d'eau, Réservoirs de stockage des produits chimiques. Les réservoirs peuvent être simples ou complexes et formés de plusieurs cellules mêmes superposées (cylindrique, cubique, rectangulaire …..). Bibliographie 6 1-Introduction introduction Généralités définition Description des fluides Analyse théorique Méthodes de calcul validation conclusion bibliographie Figure: Réservoir à toit fixe 7 1-Introduction introduction Généralités définition Description des fluides Analyse théorique Méthodes de calcul validation conclusion bibliographie L’essence: L’essence est un liquide inflammable, issu de la distillation du pétrole, de masse volumique égale a 750 N/m3 , utilisé comme carburant dans les moteurs à combustion interne. C'est un mélange d’hydrocarbures, auxquels peuvent être ajoutés des additifs pour carburants. Le GNL: est un gaz naturel liquéfié à une température d’environ –160oC. À cette température, le gaz naturel se condense sous forme liquide réduisant ainsi son volume à la pression atmosphérique par un facteur d’environ 600 fois. Le GNL est un liquide froid, incolore, inodore, non visqueux et deux fois plus léger que l’eau. 8 2-Bibliographe introduction bibliographie Objectif de recherche Analyse théorique Méthodes de calcul validation conclusion bibliographie Dans ce chapitre, il sera question de faire une revue bibliographique sur les développements concernant l’analyse et le calcul des réservoirs pour carburants en zone sismique. En fait, ces structures sont très importantes du point de vue économique et ont un impact très important sur le bien être du citoyen. C’est pour cela que leur analyse et calcul ainsi que leur réalisation et suivi revêt un intérêt particulier pour le concepteur. [1] Victor DAVIDOVICI (NOV 1982) et al;« calcul pratique des réservoirs en zone sismique » on présenté les méthodes de calcul mises au point par différents auteurs pour le calcul des réservoirs sous l’effet d’un séisme. Sont successivement examinées : -méthodes applicables aux réservoirs cylindriques (Jacobsen et Ayre….). -méthodes établies pour les réservoirs rectangulaires (Houzner, Graham et Rodriguez….). 9 2-Bibliographe introduction bibliographie Objectif de recherche Analyse théorique Méthodes de calcul validation conclusion bibliographie [2] c. Maraveas (2011) dans son étude intitulée « Analyse et comportement structurel des réservoirs cylindriques en acier sous les effets sismiques » Ce document traite des questions spécifiques concernant l'analyse et le comportement des réservoirs cylindriques sous l’action sismique et, surtout, leur conception parasismique. Ceci étant réalisé, en comparant les codes actuels utilisés dans la pratique avec la méthode des éléments finis (MEF). [3] Djermane et al (2012) dans leur étude intitulée « Flambement Dynamique des Réservoirs Métalliques Sous Excitation Sismique: Evaluation Numérique des Prescriptions Réglementaires » ont tenté d’évaluer certaines recommandations basées sur des études réalisées et certains règlement tel que l’EC8. Cette contribution a mis en exergue l’utilisation d’un modèle numérique basé sur les éléments finis de coque robuste et stable. 10 2-Bibliographe introduction bibliographie Objectif de recherche Analyse théorique Méthodes de calcul validation conclusion bibliographie Dans cette étude, nous allons nous intéresser au calcul des réservoirs de stockages des carburants en zone sismique. Une étude établie par la MEF (SAP2000) sera présentée et dont les résultats sont analysés en plus des résultats produits par des méthodes approchées proposées par l’Eurocode 8 et l’Indian Standard 1893 version 2002. Outre l’analyse et le comportement des réservoirs cylindriques sous l’action sismique et leur conception parasismique, une comparaison entre les résultats obtenus par les méthodes proposées par les codes actuels l’EC8 et L’IS a été faite. Les résultats obtenus tenant compte des différents paramètres tels que la hauteur du liquide, l’épaisseur de la robe, le diamètre du réservoir, etc., ainsi que les spectres de réponses utilisés montre que les résultats obtenus en termes de périodes, moments fléchissant, efforts tranchants, etc., sont très proches. 11 3- Analyse Théorique introduction Dynamique des structures Dynamique des réservoirs Analyse théorique Méthodes de calcul validation conclusion bibliographie Les phénomènes physiques dépendant du temps sont généralement décrits au départ par des équations différentielles. Dans le cas le plus simple, il ya une seule grandeur qui varie et dans ce cas il est question d’un système à un degré de liberté, et la plus part du temps décrit par une équation différentielle du second ordre. Les phénomènes naturels tels que les séismes et actions vibratoires sont presque toujours non-linéaires mais, dans de nombreux cas, l'hypothèse des petits mouvements permet d'aboutir à une excellente approximation seulement par une équation différentielle linéaire à coefficients constants d'ordre deux. Ces systèmes peuvent être à un ou plusieurs degrés de libertés amortis ou non. 12 3- Analyse Théorique introduction Dynamique des structures Dynamique des réservoirs Analyse théorique Méthodes de calcul validation conclusion bibliographie Système a un seule degré de liberté: Système libre non amorti System libre amorti System forcé non amorti Système forcé amorti Système à deux dégrée de liberté: Forcé non amorti Forcé amorti Les équations de mouvement: 13 3- Analyse Théorique introduction Dynamique des structures Dynamique des réservoirs Analyse théorique Méthodes de calcul validation conclusion bibliographie Housner a été l'un des premiers à étudier le comportement sismique des réservoirs présentant en 1963 un modèle simplifié pour l'analyse sismique des réservoirs ancrés avec des parois rigides. Selon ce modèle, un réservoir avec une surface libre soumis à l'accélération horizontale du sol, dans ce cas une seule partie du liquide est forcée de participer à ce mouvement de masse rigide. D'autre part, le mouvement des parois de la cuve excite le liquide résultant ainsi en des oscillations qui se traduisent par une force dynamique sur le réservoir. Cette force est supposée être la même masse localisée connue comme étant la masse convective, qui peut vibrer horizontalement et retenue par un ressort. 14 3- Analyse Théorique introduction Dynamique des structures Dynamique des réservoirs Analyse théorique Méthodes de calcul validation conclusion bibliographie Figure : Une dimension modèle dynamique de réservoir. Les deux systèmes d'équations pour les cas respectifs coulissant et non peuvent être exprimés dans le même format de matrice comme dans l'équation : 15 3- Analyse Théorique introduction Dynamique des structures Dynamique des réservoirs Analyse théorique Méthodes de calcul validation conclusion bibliographie les équations d’un système coulissant les équations d’un système non coulissant (repos) 16 4-Méthodes de calcul introduction Méthodes numériques Méthodes simplifiées Méthodes de calcul Analyse théorique validation conclusion bibliographie 17 4-Méthodes de calcul introduction Méthodes numériques Méthodes simplifiées Méthodes de calcul Analyse théorique validation conclusion bibliographie Méthode Eurocode 8: L’Annexe de l’EC8 fournit les indications nécessaires sur les méthodes de calcul sismique pour les réservoirs soumis à une action sismique horizontale ou verticale, ayant les caractéristiques suivantes : forme cylindrique, à axe vertical et section transversale circulaire ou rectangulaire; fondation rigide ou flexible ; ancrés totalement ou partiellement à la fondation. 18 4-Méthodes de calcul introduction Méthodes numériques Méthodes simplifiées Méthodes de calcul Analyse théorique validation conclusion bibliographie méthode d’IS 1893 : Les forces hydrodynamiques exercées par le liquide sur la paroi du réservoir doivent être considérés dans l'analyse en plus des forces hydrostatiques. Ces forces hydrodynamiques sont évalués à l'aide d'un modèle de masse ressort de réservoirs. 19 4-Méthodes de calcul introduction Méthodes numériques Méthodes simplifiées Méthodes de calcul Analyse théorique validation conclusion bibliographie Quand un uploads/Ingenierie_Lourd/ memoire-analyse-et-calcul-des-reservoirs-de-stockage-en-zone-sismique-cas-de-carburants.pdf