COMPORTEMENT PARASISMIQUE DES STRUCTURES BOIS

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1 S. Bouillon (Synergie Bois), C. Boudaud (ESB) COMPORTEMENT PARASISMIQUE DES STRUCTURES BOIS Eurocode 8 : Méthodes de calcul et solutions techniques Angers 25/09/2014

2 Plan 1. Introduction 2. Dynamique des structures 3. Justifications des structures 4. Solutions technologiques 5. Conclusion S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/2014 2

3 Objectifs 1. Introduction Vulgariser l Eurocode 8 en terme de : Méthodes de calcul Solutions technologiques S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/2014 3

4 Dynamique des structures 2. Dynamique des structures 2.1. Notions de base 2.2. Les méthodes de calcul linéaire 2.3. Effet et prise en compte de la ductilité S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/2014 4

5 Dynamique des structures Statique Dynamique Raideur x Déplacement = Force Masse x Accélération + Amortissement x Vitesse + Raideur x Déplacement = Force M a(t) + C v(t) + K u(t) = F Sollicitation dynamique Agit sur les masses (inertie) Engendre des forces d amortissement S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/2014 5

6 Dynamique des structures Mouvement du sol déformation de la structure Oscillations forcées Oscillations libres Pic de la sollicitation Déplacement max Vérification structurelle Contrainte max Déformation max Domaine d étude Temporel Fréquentiel Source : Pratique du calcul sismique, Guide d application Eyrolles S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/2014 6

7 Dynamique des structures Décomposition modale Décomposition d un signal temporel en n sinusoïdes de fréquence f i et d amplitude a i Définition de n oscillateurs de fréquence f i et de masse m i Déformées modales Oscillations libres Décomposition modale Intérêt de combiner la décomposition modale à l analyse spectrale S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/2014 7

8 Dynamique des structures Spectre de réponse Pour un signal donné A chaque période, valeur max de l oscillateur associé Important Perte de l information temporelle Information sur la valeur maximum atteinte Spectre enveloppe dans EC8 Source : Kien (2011) S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/2014 8

9 Dynamique des structures Analyse modale spectrale Décomposition modale A F A F B F C Forces modales F 1 = m 1 S d (T 1 ) F 2 = m 2 S d (T 2 ) F 3 = m 3 S d (T 3 ) B C Combinaisons des réponses F A F B F C Spectre de réponse S d (T 1 ) S d (T 2 ) T 1 m 1 T 2 m 2 T 3 m 3 S d (T 3 ) S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/2014 9

10 Dynamique des structures Analyse modale spectrale Méthode de référence de l Eurocode 8 (EC (2)P) Analyse par forces latérales Méthode la plus simplifiée de l EC8 Cas particulier de l analyse modale spectrale Le 1 er mode seul est représentatif du comportement du bâtiment Ces deux méthodes ne fonctionnent que pour des comportements linéaires Le comportement réel des structures en bois est rarement linéaire Non linéarité Ductilité Dissipation d énergie sismique Favorable S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

11 Ductilité des structures Dynamique des structures F NON LINEAIRE < F LINEAIRE en contrepartie D NON LINEAIRE > D LINEAIRE F LINEAIRE F NON LINEAIRE D LINEAIRE q D NON LINEAIRE Coefficient de comportement : S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

12 Dynamique des structures Synthèse Approche spectrale Etude limitée aux maximums (sollicitation, contrainte, déformation) Approche modale Décomposition en n systèmes simples Méthodes de calcul en dynamique des structures Modale spectrale (méthode générale) Force latérale équivalente (cas particulier avec 1 er mode dominant) Réduction de l effort sollicitant grâce à la ductilité Coefficient de comportement q S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

13 Justification des structures 3. Justification des structures 3.1. La réglementation en vigueur 3.2. Le spectre de calcul 3.3. Méthode des forces latérales équivalentes 3.4. Méthode par analyse modale spectrale S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

14 Justification des structures Les principes de la réglementation Carte Catégories d importance S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

15 Justification des structures Journal Officiel du 24 octobre 2010 : 3 textes importants Modification importante de la réglementation parasismique pour les bâtiments à risque normal 1. Décret n du 22/10/2014 relatif à la prévention du risque sismique. 2. Décret n du 22/10/2015 définissant les zones d aléa sismique du territoire Français. 3. Arrêté du 22/10/2014 relatif à la classification et aux règles de construction parasismique applicables aux bâtiments «à risque normal». Cet arrêté abroge l arrêté du 29/05/1997 S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

16 Justification des structures Les dates à retenir Nouveau zonage de l aléa sismique : 1 mai 2011 Période de recouvrement PS92 EC8: jusqu au 31 octobre 2012 Repoussée au 1 janvier 2014 par arrêté du 25 octobre 2012 Depuis janvier 2014, l Eurocode 8 est obligatoire pour le dimensionnement des ouvrages au séisme. S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

17 Justification des structures Pourquoi un nouveau zonage sismique? Nombreux enregistrements de séisme Meilleures connaissances des phénomènes Nouvelle approche (Eurocodes probabiliste) S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

18 Justification des structures Zonage sismique pour tout le territoire Justification parasismique obligatoire A partir de la zone 2 (60% du territoire) A partie de la zone 3 pour certains types de bâtiments (26% du territoire) Zone Aléa a gr (m/s²) Zone 1 Très faible 0,4 Zone 2 Faible 0,7 Zone 3 Modéré 1,1 Zone 4 Moyen 1,6 Zone 5 Fort 3 Zonage a gr S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

19 Justification des structures Catégorie d importance (ouvrage à risque normaux) Catégorie d importance I II III IV Description Bâtiments dans lesquels il n y a aucune activité humaine nécessitant un séjour de longue durée Habitations individuelles Etablissements recevant du public de catégorie 4 et 5 Habitations collectives de hauteur inférieure à 28 m Bureaux ou établissements commerciaux non ERP Bâtiments industriels pouvant accueillir au plus 300 personnes Parcs de stationnement ouverts au public ERP de catégorie 1, 2 et 3 Habitations collectives et bureaux, h > 28 m Bâtiments pouvant accueillir plus de 300 personnes Etablissements sanitaires et sociaux Centres de production collective d énergie Etablissements scolaires Bâtiments indispensables à la sécurité civil, la défense nationale et le maintien de l ordre public Bâtiment assurant le maintien des communications, la production et le stockage d eau potable, la distribution d énergie public Bâtiments assurant le contrôle de la sécurité aérienne Etablissement de santé nécessaires à la gestion de crise Centres météorologiques γ I 0,8 1,0 1,2 1,4 Zonage a gr Catégorie d importance γ I Exigence d opérabilité et garantie de fonctionnement S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

20 Justification des structures Accélération de calcul Définie pour un sol de classe A Risque = Aléa Obligation de justification parasismique Depuis janvier 2014 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5 a g = a gr γ I Vulnérabilité I II III IV CPMI Eurocode 8 Eurocode 8 Zonage a gr Catégorie d importance γ I a g S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

21 Justification des structures Classe de sol Etude de sol type G12, conforme à l Eurocode 7 Type A B C D E Nature de sol Rocher ou autre formation géologique de ce type comportant une couche superficielle d au moins 5 m de matériau moins résistant Dépôts raides de sable, de gravier ou d argile surconsolidée, d au moins plusieurs dizaines de mètres d épaisseur, caractérisés par une augmentation progressive des propriétés mécaniques avec la profondeur Dépôts profonds de sable de densité moyenne, de gravier ou d argile moyennement raide, ayant des épaisseurs de quelques dizaines à plusieurs centaines de mètres Dépôts de sol sans cohésion de densité faible à moyenne (avec ou sans couches cohérentes molles) ou comprenant une majorité de sols cohérents mous à fermes Profil de sol comprenant une couche superficielle d alluvions avec des valeurs de vs de classe C ou D et une épaisseur comprise entre 5 et 20 m, reposant sur un matériau plus raide avec vs > 800 m/s Paramètre de sol S Zones 1 à 4 Zone 5 1,00 1,00 1,35 1,20 1,50 1,15 1,60 1,35 1,80 1,40 Zonage a gr Catégorie d importance γ I Classe de sol S S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

22 Justification des structures Coefficient de comportement Approximation du rapport entre les forces subies par un modèle linéaire et un modèle non linéaire Détermination du coefficient q Règles de moyens (ex : d 3,1 mm et t 1 4 d) Essais cycliques (EN 12512) Coefficient de comportement q Zonage a gr Catégorie d importance γ I Classe de sol S S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

23 Justification des structures Spectre de calcul pour l analyse linéaire S d (T) Classe de sol Zone 1 à 4 Zone 5 TB TC TD TB TC TD A 0,03 0,20 2,50 0,15 0,40 2,00 B 0,05 0,25 2,50 0,15 0,50 2,00 C 0,06 0,40 2,00 0,20 0,60 2,00 D 0,10 0,60 1,50 0,20 0,80 2,00 E 0,08 0,45 1,25 0,15 0,50 2,00 Coefficient de comportement q Zonage a gr Catégorie d importance γ I Classe de sol S Spectre de calcul pour analyse linéaire S d (T) S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

24 Justification des structures Les méthodes d analyse dans la réglementation Eurocode 8 Linéaire équivalente (q) Modale spectrale Méthodes d analyse Régularité en élévation non oui Force latérale équivalente Modèle linéaire Ductilité Coef q Push over Non linéaire Temporelle Modèle non linéaire Spectre de réponse élastique S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

25 Choix de la méthode de calcul Justification des structures Choix de conception Méthode simplifiée rapide, conservative Critères de régularité En plan limiter la torsion d axe vertical Symétrie selon deux axes orthogonaux Rigidité des diaphragmes horizontaux Retraits et excroissances limités Excentricité structurale limitée Elancement limité S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

26 Justification des structures Critères de régularité En élévation limiter l influence des modes > 1 Continuité verticale des contreventements Variation progressive de la raideur, de la masse et de la géométrie entre niveaux Plan Choix de la méthode d analyse Régularité Elévation Tous type de bâtiment Modèle Analyse q Plan Force latérale Référence Plan Modale Minorée Spatial 1 Force latérale Référence Spatial Modale Minorée 1 : Plan si H<10m et conditions supplémentaires S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

27 Justification des structures Méthode des forces latérales équivalentes Période fondamentale / T 1 Spectre de calcul S d (T) S d (T 1 ) Répartition des efforts par niveaux Masse de la structure, " " ψ,, m Force à la base de la structure F b S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

28 Justification des structures Méthode des forces latérales équivalentes Efforts par niveaux F i F t,i Répartition des efforts sur les murs Effort de translation F t,j Plancher rigide : prorata des raideurs de mur Plancher flexible : surface de plancher associée Torsion accidentelle Centre de gravité CG i Centre de raideur CR i, δ Effort par mur,, F tot,j Vérification, S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

29 Justification des structures Méthode par analyse modale spectrale Spectre de calcul S d (T) S d (T) Calcul pour chaque mode A la base : F bk = S d (T k )m k Dans la structure : Xk X k Modélisation de la structure Décomposition modale Modes Déformées Masses modales Liste des modes Combinaison des réponses modales Combinaison Quadratique Combinaison Quadratique Complexe m k Sélection des modes T k Actions sur les éléments S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

30 Justification des structures Attestation au Permis de Construire Obligations et contrôles Cas des surélévations et extensions S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

31 Justification des structures L attestation au dépôt du Permis de Construire S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

32 Justification des structures S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

33 Surélévation et agrandissement Justification des structures Source Crittbois S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

34 Surélévation et agrandissement Justification des structures Source Crittbois S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

35 Justification des structures Surélévation et agrandissement Influence potentiellement forte sur le comportement vibratoire S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

36 Solutions technologiques 4. Solutions technologiques 4.1. Principes de base 4.2. Les différents principes constructifs S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

37 Bibliographie L Eurocode 8 ne précise pas de valeur minimum pour la largeur des joints sismiques, mais il est recommandé d adopter comme minimales les largeurs exigées par les règles antérieures : 4 cm en zones 2 et 3 et 6 cm en zones 4 et 5. S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

38 Solutions technologiques Les principes de base L ensemble du bâtiment est concerné S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

39 Solutions technologiques Les fondations Semelles filantes Rigides et continues Semelles isolées Longrines S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

40 Solutions technologiques Les maconneries Bordée par chaînages en béton armé coulés après exécution de la maçonnerie Chaînages horizontaux Chaînage verticaux S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

41 Solutions technologiques Les maconneries Implantation des chaînages verticaux Au bord libre de chaque élément de mur de la structure Au bord de chaque ouverture A l intérieur du mur, lorsque l espacement entre les chaînages dépasse 5 m A chaque intersection de mur, lorsque le respect des autres règles conduit à des chaînages distants de plus de 1,50 m < 1,50 m 1,50 m S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

42 Solutions technologiques Les principes de bases Recouvrement des armatures Vue en plan Vue en élévation S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

43 Solutions technologiques Les structures acier Création de zones de ductilité Affaiblissement de section Excentrement des contreventements Assemblages dissipatifs Excentrement S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

44 Solutions technologiques Les structure en béton Voiles travaillants Importance des chaînages (même principe que maçonnerie) Chaînages horizontaux Chaînage verticaux S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

45 Solutions technologiques Les structure en béton liaisons dans le sens porteur du plancher (armatures des éléments ou ajoutées) Liaisons en rive de plancher sur le chaînage Plancher Diaphragme rigide Liaisons en rive de plancher sur un mur intermédiaire Treillis soudé de la dalle de compression Renfort d armatures (si nécessaires) S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

46 Solutions technologiques La charpente Lamellée collée S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

50 Solutions technologiques La charpente traditionnelle S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

51 Solutions technologiques La charpente traditionnelle F F F F F F S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

52 Solutions technologiques La charpente traditionnelle F F/2 F F F/2 F F F F S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

53 Solutions technologiques La charpente traditionnelle F F F F F F/2 F/2 S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

54 Solutions technologiques La charpente industrielle S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

55 Solutions technologiques La charpente industrielle Stabilité hors plan (AFA, CVS, FA, FE, ENT) Fixations (équerres, feuillards, etc) S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

56 Solutions technologiques La charpente industrielle S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

57 Solutions technologiques Les poutres en I S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

61 Solutions technologiques L ossature bois Clouage sur tout le périmètre des panneaux Ajout d entretoises nécessaire Renforcement au droit des trémies S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

62 Solutions technologiques S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

63 Solutions technologiques La solution : le contreventement en MOB S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

64 Solutions technologiques La solution : le contreventement en MOB Source : Guide Aqcen JF Bocquet S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

66 Solutions technologiques Solutions panneaux Kronoply -> Epaisseur 15 mm Format 2800 x > Epaisseur de 12 mm OSB 4 pour maisons individuelles (suivant CPMI 2014 ) Régles fixations -> Diamètre fixation 3.1 mm -> Espacement (e) 50 mm < e < 150mm Ancrage des diaphragmes > S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

73 Solutions technologiques Les structures en CLT S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

74 Solutions technologiques Les structures en CLT S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

75 Guides parus ou à paraître Guide CPMI EC8/Z3 Z4 et CPMI EC8/Z5 (finalisation) Guide Eléments Non Structuraux Partie I Guide Eléments Non Structuraux Partie II (finalisation) Guide de diagnostic et renforcement du bâti existant Guide de non aggravation de la vulnérabilité du bâti existant (finalisation) S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

76 Bibliographie Livres Pratique du calcul sismique Guide d application, Davidovici et al. Eyrolles, 2013 Dispositions constructives parasismiques des ouvrages en acier, béton, bois et maçonnerie, AFPS, Presse des ponts, 2013 Techniques de l ingénieur Construction parasismiques, Betbeder et Doury, 1997 Guide Eurocode, Effet du séisme sur les murs de maisons à ossature en bois, CSTB, 2011 Rapports SISMOB 1, 2 et 3, Comportement parasismique des murs à ossature bois, FCBA CSTB SISBAT, Analyse fiabiliste de la vulnérabilité sismique de l habitat avec toiture en charpente industrialisées en bois, ANR, Programme Risknat, 2014 Thèses Boudaud, Analyse de la vulnérabilité sismique des structures à ossature en bois, PhD, Univ. Grenoble, 2012 Fuentes, Comportement mécanique des planchers diaphragmes en bois, PhD, Univ. Blaise Pascal, 2012 Humbert, Caractérisation du comportement des structures bois à assemblages métalliques sous sollicitations sismiques, PhD, Univ Grenoble, 2010 Kien, Incidence de la torsion sur la résistance sismique de bâtiments courants avec diaphragmes horizontaux rigides, PhD, Univ Blaise Pascal, 2011 Sites S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/

77 Bibliographie Merci pour votre attention S. Bouillon, C. Boudaud Etats Généraux du bois dans la construction 25/09/