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ETUDE COMPARATIVE DE L’EUROCODE 8 ET L’ASCE 7-10 POUR UN BATIMENT DE 37 ETAGES

ETUDE COMPARATIVE DE L’EUROCODE 8 ET L’ASCE 7-10 POUR UN BATIMENT DE 37 ETAGES MEMOIRE DE PROJET DE FIN D’ETUDES SPECIALITE GENIE CIVIL ENCADRANTS : - JUIN 2017 - TUTEUR INSA: MR BERTRAND GUYVARC’H TUTEUR ENTREPRISE: MR FRANCK ROBERT AUTEURE : JULIE ROCHEL E TUDIANTE EN 5 EME ANNEE DE G ENIE C IVIL Mémoire de Projet de Fin d’Etudes Sommaire Remerciements ........................................................................................................................................................................................................ 4 Résumé ............................................................................................................................................................................................................... ......... 5 Introduction .............................................................................................................................................................................................................. 6 1. Présentation de l’entreprise ........................................................................................................................................................................... 7 1.1. BuroHappold hier et aujourd’hui ........................................................................................................................................................ 7 1.2. Valeurs et stratégie de l’entreprise .................................................................................................................................................... 8 1.3. Secteurs d’activités et spécialités ....................................................................................................................................................... 8 1.4. L’équipe structure de Londres ............................................................................................................................................................. 9 1.5. Problématique et objectifs de ce projet ....................................................................................................................................... 10 2. Présentation du projet : La tour des Cèdres ........................................................................................................................................ 11 2.1. Les acteurs ................................................................................................................................................................................................. 11 2.2. La particularité des façades ................................................................................................................................................................ 11 2.3. Occupations et géométrie .................................................................................................................................................................. 12 2.4. Structure porteuse ................................................................................................................................................................................. 13 2.5. Enjeux du projet ...................................................................................................................................................................................... 13 3. Le dimensionnement sismique ................................................................................................................................................................. 14 3.1. Quelques notions ................................................................................................................................................................................... 14 3.2. Le dimensionnement de capacité ................................................................................................................................................... 15 3.2.1. Principes ............................................................................................................................................................................................ 15 3.2.2. La notion de ductilité ................................................................................................................................................................... 16 3.2.3. Le comportement non linéaire des structures .................................................................................................................. 17 3.3. Les codes sismiques européens et américains .......................................................................................................................... 17 4. Elaboration des spectres de calcul .......................................................................................................................................................... 18 4.1. Utilisation de la SIA 261....................................................................................................................................................................... 18 4.2. Classe de sol ............................................................................................................................................................................................. 18 4.3. Critères de régularité de la structure ............................................................................................................................................. 19 4.4. Limite entre poteau et mur ................................................................................................................................................................ 20 4.5. Spectre de calcul..................................................................................................................................................................................... 21 4.5.1. Détermination du coefficient de comportement ............................................................................................................. 21 4.5.2. Spectre de calcul à l’Eurocode 8 ............................................................................................................................................. 22 4.5.3. Spectre de calcul à l’ASCE .......................................................................................................................................................... 24 4.6. Comparaison des deux spectres élastiques ................................................................................................................................ 26 4.7. Conclusion de la partie ........................................................................................................................................................................ 27 5. Analyse et modélisation ............................................................................................................................................................................... 28 5.1. Critiques des analyses .......................................................................................................................................................................... 28 5.2. Choix de l’analyse ................................................................................................................................................................................... 28 5.3. Calcul des masses sismiques ............................................................................................................................................................. 29 5.3.1. A l’Eurocode 8 ................................................................................................................................................................................. 29 5.3.2. A l’ASCE ............................................................................................................................................................................................. 30 ROCHEL JULIE | INSA STRASBOURG | SPECIALITE GENIE CIVIL | JUIN 2017 1 Mémoire de Projet de Fin d’Etudes 5.4. L’interaction sol-structure ................................................................................................................................................................... 32 5.5. Rigidité du diaphragme ....................................................................................................................................................................... 32 5.6. Méthode d’analyse linéaire élastique ............................................................................................................................................ 32 5.6.1. L’analyse modale spectrale........................................................................................................................................................ 32 5.6.2. Le modèle ETABS ........................................................................................................................................................................... 33 5.6.3. Calcul des rigidités effectives ................................................................................................................................................... 33 5.6.4. Résultats pour l’Eurocode 8 ...................................................................................................................................................... 35 5.6.5. Résultats pour l’ASCE ................................................................................................................................................................... 36 5.6.6. Validation des résultats ............................................................................................................................................................... 37 5.7. Conclusion de la partie ........................................................................................................................................................................ 38 6. Analyse sismique ............................................................................................................................................................................................. 39 6.1. L’analyse modale spectrale ................................................................................................................................................................ 39 6.2. Méthode des forces latérales ............................................................................................................................................................ 39 6.3. Calcul de la période propre ............................................................................................................................................................... 40 6.4. Efforts tranchants à la base ................................................................................................................................................................ 40 6.5. Comparaison des méthodes .............................................................................................................................................................. 41 6.6. Mise à l’échelle des résultats de l’effort tranchant à la base ............................................................................................... 42 6.7. Conclusion de la partie ........................................................................................................................................................................ 43 7. Paramètres des dimensionnements ........................................................................................................................................................ 44 7.1. Choix de la catégorie d’importance ............................................................................................................................................... 44 7.2 Catégorie de dimensionnement de l’ASCE .................................................................................................................................. 44 7.3. Torsion accidentelle .............................................................................................................................................................................. 45 7.4. Combinaisons des actions sismiques............................................................................................................................................. 45 7.4.1. Les combinaisons .......................................................................................................................................................................... 45 7.4.2. Analyse des combinaisons ......................................................................................................................................................... 46 7.4.3. Combinaison des composantes sismiques horizontales .............................................................................................. 46 7.5. Déplacements relatifs entre étages ................................................................................................................................................ 47 7.6. Les effets P-Δ ........................................................................................................................................................................................... 47 7.7. Exigences relatives aux matériaux ................................................................................................................................................... 48 7.8. Domaine d’application des dimensionnements sismiques .................................................................................................. 49 7.9. Conclusion de la partie ........................................................................................................................................................................ 50 8. Dimensionnements ........................................................................................................................................................................................ 51 8.1. Dimensionnements non sismiques ................................................................................................................................................. 51 8.1.1. Coefficients de réduction ........................................................................................................................................................... 51 8.1.2. Dimensionnement à la flexion pure ...................................................................................................................................... 52 8.1.3. Dimensionnements aux efforts tranchants ......................................................................................................................... 53 8.2. Dimensionnements sismiques .......................................................................................................................................................... 54 8.2.1. Divergence des deux codes sur le dimensionnement sismique ................................................................................ 54 8.2.2. Zone critique et longueur critique ......................................................................................................................................... 54 8.2.3. Emplacement des rotules plastiques..................................................................................................................................... 55 8.2.4. La ductilité en courbure .............................................................................................................................................................. 55 ROCHEL JULIE | INSA STRASBOURG | SPECIALITE GENIE CIVIL | JUIN 2017 2 Mémoire de Projet de Fin d’Etudes 8.2.5. Tableau récapitulatif comparatif des dimensionnements sismiques ....................................................................... 55 8.2.6. Dimensionnement des poutres faibles................................................................................................................................. 60 8.2.3. Dimensionnement des poteaux faibles ................................................................................................................................ 62 8.2.4. Dimensionnement des poteaux forts.................................................................................................................................... 62 8.2.5. Dimensionnement des murs ductiles.................................................................................................................................... 64 8.3. Comparaison sur des exemples pratiques ................................................................................................................................... 65 8.3.1. Efforts de calculs ............................................................................................................................................................................ 65 8.3.2. Identification des éléments dimensionnés .............................................................................................................................. 65 8.3.2. Dimensionnements finaux ......................................................................................................................................................... 66 8.4. Conclusion de la partie ........................................................................................................................................................................ 68 9. Synthèse des comparaisons ....................................................................................................................................................................... 69 9.1. Points de divergence principaux ...................................................................................................................................................... 69 9.2. Tableau de synthèse ............................................................................................................................................................................. 70 10. Compétences acquises ............................................................................................................................................................................... 72 Conclusion .............................................................................................................................................................................................................. 74 Notations des Eurocodes ................................................................................................................................................................................. 75 Notations de l’ASCE 7-10 et l’ACI 318-08 ................................................................................................................................................. 77 Liste des figures .................................................................................................................................................................................................... 78 Liste des tableaux ................................................................................................................................................................................................ 79 Bibliographie .......................................................................................................................................................................................................... 80 Annexes ............................................................................................................................................................................................................... ..... 81 ROCHEL JULIE | INSA STRASBOURG | SPECIALITE GENIE CIVIL | JUIN 2017 3 Mémoire de Projet de Fin d’Etudes Remerciements J’adresse mes remerciements aux personnes qui ont contribuées l’élaboration de ce mémoire de fin d’études. Je tiens à remercier mon tuteur de l’INSA de Strasbourg, Mr Bertrand GUYVARC’H, pour m’avoir guidé dans mon projet et pour son temps lors des lectures de mes rapports. Mon tuteur de BuroHappold, Mr Franck ROBERT, directeur structure, pour m’avoir soutenu et donné l’opportunité de faire ce projet au sein de l’entreprise. Je remercie aussi Mr Alfredo GONZALEZ et Mr Alessandro SCODEGGIO, tous deux ingénieurs structures spécialisés en conception parasismique, pour avoir pris le temps de répondre à mes nombreuses questions, pour m’avoir guidé et éclairé dans mes recherches. Et enfin j’adresse mes remerciements au département structure de BuroHappold pour m’avoir accueillie au sein de leur groupe. ROCHEL JULIE | INSA STRASBOURG | SPECIALITE GENIE CIVIL | JUIN 2017 4 Mémoire de Projet de Fin d’Etudes Résumé BuroHappold, entreprise anglaise internationale, utilise des codes de conception du monde entier. Des questions ont alors été soulevées par les ingénieurs quant aux points de divergence et convergence entre les codes de conception sismique européens et américains. Ce Projet de Fin d’Etudes est donc axé sur l’étude comparative de l’Eurocode 8 et l’ASCE 7-10 selon les hypothèses, méthodes et les règles de dimensionnement. Dans le but d’avoir aussi une comparaison concrète, un projet support, la tour des Cèdres à Lausanne, a été étudié et dimensionné selon les deux codes. Les différentes étapes de la conception ont été analysées individuellement c’est-à-dire : l’élaboration du spectre de réponse, la modélisation, l’étude dynamique, l’analyse sismique et le dimensionnement des poutres, poteaux et murs selon les deux codes. A travers cette étude, il a pu être mis en exergue que les objectifs des deux codes étaient similaires mais que des méthodes divergentes et des nuances étaient présentes. Ce mémoire a permis d’établir une comparaison complète d’une situation de conception avec mise en lumière des points de divergence, de convergence et des points forts rencontrés. Mots clés: Conception parasismique, comparaison, EUROCODES, ASCE 7-10, béton armé Abstract As an internationally operating company, BuroHappold employs different design codes from all around the world. Questions have been raised by engineers about the differences and similarities between European and American seismic design codes. Thus this final year project comprises a comparative study of Eurocode 8 and ASCE 7-10 according to their hypotheses, methods and design procedures. With the aim of addressing this in a practical sense, the “La Tour des Cedres” project in Lausanne has been studied and designed with both codes. The different stages of seismic design have been analysed individually: the definition of the design spectrum, the model, the dynamic analysis, the seismic analysis and the design of beams, shear walls and columns. The study has shown that both codes follow same objectives but these are sometimes executed using different methods. This thesis provides a complete comparison highlighting the major differences, similarities and strengths. Keywords : Seismic design, comparison, EUROCODES, ASCE 7-10, reinforced concrete ROCHEL JULIE | INSA STRASBOURG | SPECIALITE GENIE CIVIL | JUIN 2017 5 Mémoire de Projet de Fin d’Etudes Introduction Le dimensionnement sismique met en place une démarche théorique lourde afin de prévoir les sollicitations probables que pourra endurer la structure au courant de son utilisation. C’est un dimensionnement qui est principalement issu de l’étude des endommagements des structures après des tremblements de terre. La conception parasismique est complexe et différente des autres types de conception. En effet elle repose sur une étude dynamique où le comportement de la structure joue un rôle majeur. Elle est contrintuitive aussi car elle admet une tolérance plus larges des dommages et favorise même les déformations dans certains cas. Ce rapport a pour objectif de présenter mon Projet de Fin d’Etudes qui finalise ma formation d’ingénieure en Génie Civil à l’INSA de Strasbourg. Du 30/01/2017 au 16/06/2017, soit durant 20 semaines, j’ai pu intégrer l’équipe structure et plus particulièrement l’équipe spécialisée en conception parasismique de BuroHappold. Mon choix a été de choisir un sujet en relation avec la conception parasismique afin de la maitriser et de comprendre les raisonnements fondateurs. BuroHappold étant une entreprise internationale, ses ingénieurs structures se doivent de maitriser les codes de conception de plusieurs pays au quotidien. Des différences entre certains codes ont pu être notées par les ingénieurs à travers cette pratique. Ainsi le directeur structure, Mr Franck uploads/Management/ memoire-rochel-julie-juin-2017-pdf.pdf