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L’EUROCODE 8 APLLIQUEE À UN ETABLISSEMENT D’ENSEIGNEMENT À
STRASBOURG
(COMPARAISON DES GRANDS PRINCIPES AVEC LE PS92)
Société d’accueil :
MH-INGENIERIE
PFE présenté par :
Hervé YAMKOUDOUGOU
Tuteur industriel :
Davide PACINI, Ingénieur Structure
Enseignant superviseur :
Georg KOVAL, Maître de conférences INSA-Strasbourg
La France, à travers l’arrêté du 22 Octobre 2010 vit actuellement une période de cohabitation des
deux normes concernant la classification et les règles de construction parasismique applicable aux
bâtiments de la classe dite « à risque normal » : la norme française dite PS92 et la norme
européenne dite Eurocode 8. La deuxième sera la seule norme applicable à partir du 1௜௘௥ novembre
2012. C’est dans un tel contexte que ce sujet a été choisi. Il s’agit de mener une étude de calcul
sismique et de dimensionnement de la superstructure du bâtiment en béton armé à l’Eurocode 8 tout
en menant une étude théorique et comparative avec le PS92.
Après avoir présenté le bâtiment qui fait l’objet de mon projet, le principe de détermination des
charges extérieures dues au séisme sera l’objet de la deuxième partie et enfin le principe de
dimensionnement des différents éléments structuraux sera mis en relief en dernière partie.
Il est bien attendu que dans ces deux parties, des comparaisons seront faites avec le PS92.
Ce projet se déroule au sein du bureau d’Études MH-Ingénierie à Hautepierre.
Abstract:
The aim of this project is to build an educational building (ECAM) in Schiltigheim, Strasbourg. This
final year project focused on the application of the European seismic Standard called Eurocode 8 to
the superstructure of this building. The superstructure is the part of the building situated above the
foundations. Throughout this application, a comparison between the major principles of Eurocode 8
and the previous French standard PS92 is made.
Based on an existing finite element model, modifications have been made to better
approximate the behavior of the structure.
Initially, will be determined the internal forces in the structure caused by seismic action.
The second part is the design of the various superstructure structural elements such as reinforced
concrete walls, columns, beams and slabs. This design will meet the requirements prescribed by the
standard about the reinforcement and constructive details.
1 Présentation du bâtiment
Le bâtiment de l’ECAM (École Catholique d’Arts et Métiers) est à construire dans le quartier de
Schiltigheim à Strasbourg. En réalité, il s’agit d’un complexe de bâtiments unitaires séparés par des
joints de dilatation, et par conséquent structurellement indépendants. On y distingue ainsi trois
grandes unités :
- Une « zone technique » qui constitue les ateliers pour l’enseignement technique
- Une zone particulière d’amphithéâtre.
- Une « zone bâtiment d’enseignement » qui constitue l’administration et l’enseignement
général.
La dernière zone, la « zone bâtiment d’enseignement » constitue l’objet de ce projet. Elle s’inscrit en
plan dans un rectangle 19x55m² .Il s’agit d’un bâtiment à étage(R+2).
Le contreventement du bâtiment est assuré par des voiles dans une direction, et dans l’autre
direction, il est assuré par des voiles et essentiellement des ossatures bois en croix de Saint-André.
Dans la première direction, il est noté des portiques en béton armé qui ne participent pas au
contreventement.
L’ensemble du bâtiment est en béton armé à l’exception des ossatures bois dont l’étude et le
dimensionnement est assuré par un autre bureau d’étude INGENIERIE BOIS.
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Afin d’étudier le comportement de la structure à l’activité sismique, le modèle de la figure ci-dessous a
été réalisé sous le logiciel Robot qui est un logiciel de calcul aux éléments fins.
Figure 1: Bâtiment modélisé sous le logiciel Robot
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Le calcul des charges sismiques
L’Eurocode 8 propose deux méthodes d’analyse linéaire de la structure : une méthode simplifiée dite
méthode de la force latérale s’appuyant sur un modèle 2-D de la structure et la méthode d’analyse
modale basée sur le spectre de dimensionnement. La première convient dans le cas de structures
régulières en élévation avec des conditions supplémentaires et la deuxième est adaptée aux
structures irrégulières en élévation. L’ensemble des conditions d’irrégularité d’une structure suivant
l’Eurocode 8 est développée et comparée avec le PS92. Ensuite, par application au bâtiment de
l’ECAM, il en ressort qu’il s’agit d’un bâtiment irrégulier en élévation et en plan. D’ou la nécessité de
mener une analyse modale basée sur le spectre de calcul. L’analyse modale a été effectué aux
éléments finis et au bout des 50 premiers modes de vibration, plus de 90% de la masse modale
cumulée est atteinte dans les deux directions et répond aux critères de sélection des différents modes
selon l’Eurocode 8.
En considérant que la structure était régulière en élévation, un calcul de l’accélération sismique de
calcul basé sur les méthodes simplifiées a été effectué dans les deux normes et comparé.
Aussi, il est montré que la forme du spectre de réponse élastique au niveau de l’Eurocode 8 a
complètement changé avec une tendance à offrir des réponses plus élevées au niveau du bâtiment si
le sol est de mauvaise qualité.
Tout au long de cette partie, des tableaux comparatifs de la démarche à effectuer dans les points
cités ci-après ont été effectués :
-L’accélération de calcul
-La classification des sols
-La méthode de calcul simplifiée
-L’analyse modale
Les résultats des efforts engendrés par l’activité sismique au centre de gravité de chaque étage à
l’Eurocode 8 comme au PS92 sont présentés.
Aussi, il a été vérifié par un calcul manuel, la répartition des efforts dans la structure par application de
la méthode de la rigidité équivalente.
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Le principe de dimensionnement
Pendant l’action sismique, les forces d’inertie sont transmises par les liaisons entre les éléments
structuraux. Ces forces d’inertie doivent rester inférieures à la capacité de résistance au niveau de ces
liaisons. Les déformations qui leur correspondent doivent atteindre un niveau acceptable afin d’éviter
une ruine inévitable par instabilité plastique.
La conception moderne de calcul et de la sécurité des constructions soumises aux actions sismiques
repose sur la réalisation de structures ductiles qui permet de dissiper la quantité nécessaire d’énergie,
par déformations post-élastiques, ce qui permet de réduire considérablement les valeurs des forces
d’inertie par rapport au cas du régime purement élastique. Le coefficient de comportement est ainsi
appliqué dans ce cadre.
Cette approche de dimensionnement est le même au niveau des deux normes.
Le choix du coefficient de comportement
Le coefficient de comportement d’une structure est lié à son comportement sous l’effet de la fatigue
oligo-cyclique engendrée par les charges sismiques. Pour le même matériau, un tel comportement du
bâtiment est déterminé par son système structural de contreventement. À chaque système structural
de contreventement, est associé un coefficient de base de comportement auquel il est associé un
coefficient reflétant le mode de rupture dominant : à l’effort tranchant ou à la flexion. Le même
coefficient de comportement est fixé au PS92 sur la base d’observation de comportement des
différents types de structures. L’Eurocode 8 apporte ainsi plus de précision dans le choix du coefficient
de comportement.
En considérant les deux normes, il est trouvé un coefficient de comportement de 1,5 pour le bâtiment
en notant que dans le cadre de l’Eurocode 8, ce coefficient de comportement doit être supérieur ou
égal à 1,5.
La classe de ductilité
Le dimensionnement des différents éléments structuraux repose sur un niveau de ductilité à atteindre.
L’Eurocode 8 cite trois niveaux de ductilité là ou le PS92 n’en cite pas :
La ductilité L : La structure possède une capacité de dissipation limitée et une ductilité limitée.
La ductilité DCM : la classe de ductilité moyenne
La classe DCH : la classe de ductilité haute
Les deux dernières classes correspondent à des dispositions spécifiques de résistance au séisme. La
classe de ductilité DCM est adoptée au bâtiment de l’ECAM.
Pour tout le reste du projet, il est présenté l’ensemble des conditions à respecter aussi bien au niveau
du calcul des armatures que des dispositions constructives.
Il est distingué deux types d’éléments structuraux : les éléments sismiques primaires et les éléments
secondaires comme au PS92 ;
Comme éléments structuraux primaires, il est noté les dalles, les voiles et l’ossature de
contreventement en bois. Les poteaux des portiques peuvent être considérés comme des éléments
secondaires car dans la modélisation, il est placé des rotules aux extrémités qui lui permettent de
reprendre des charges gravitaires. Cependant, dans la réalité, il est noté un encastrement qui n’est
pas total du fait des armatures d’attente à chaque niveau d’étage.
Par souci de sécurité supplémentaire, les poteaux des portiques sont supposés primaires et ferraillés
en conséquence.
Afin de limiter les dommages, un déplacement relatif maximum est imposé entre étages. Des
déplacements maximum sont aussi imposés au niveau de différents éléments structuraux
secondaires. Ces déplacements sont vérifiés.
Dimensionnement des voiles
En considérant l’un des voiles les plus chargés, il a été réalisé un dimensionnement complet. Ce voile
est présenté dans la figure ci-dessous.
Pour le calcul des ferraillages, des feuilles de calcul Excel ont été programmées pour chacune des
deux normes. Il est présenté l’algorithme de calcul.
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Figure 2: Voile à dimensionner
Dimensionnement des poteaux
Comme les voiles, un calcul a été mené pour le poteau le plus chargé. Des feuilles de calcul Excel ont
été programmées pour les deux normes et l’algorithme de calcul est présenté.
Figure 3: Poteau à dimensionner
Tout au long de cette partie, il a été réalisé des tableaux comparatifs au niveau des deux normes. Il
s’agit des points suivants :
-Le coefficient de comportement
-La comparaison à l’Eurocode 8 et au PS92 des méthodes de calcul des murs
-Le calcul des poteaux : comparaison à l’Eurocode 8 et au PS92
-La ductilité des poutres : comparaison à l’Eurocode 8 et au PS92.
Dimensionnement des dalles
Pour le calcul des dalles, elles ont été modélisées indépendamment du modèle sismique initial sur
laquelle sont appliquées les charges d’exploitation. Elles sont ferraillées à l’Eurocode 2 tout en
respectant les dispositions constructives en zone sismique. La comparaison des résultats est faite
dans les deux normes.
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