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Eurocode 8 Calcul des structures pour leur résistance aux séismes André Plumier Hervé Degée [email protected] [email protected] Cycle Eurocodes 2010-2011 FABI/TI/KVIV/CSTC/GBMS/SECO/NBN/ SPF Mobilité et Transports/BBG-GBB/GBMS Bruxelles, 22 Juin 2010 FABI Cycle Eurocodes 2010-2011

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Eurocode 8

Calcul des structures pour leur résistance aux séismes

André Plumier Hervé Degée

[email protected] [email protected]

Cycle Eurocodes 2010-2011

FABI/TI/KVIV/CSTC/GBMS/SECO/NBN/

SPF Mobilité et Transports/BBG-GBB/GBMS

Bruxelles, 22 Juin 2010

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Bâtiments en béton armé en zone sismiqueFABI

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Introduction

Effondrement de nombreuses structures en béton armé soumises à séisme

El Asnam 1983 Mexico 1987 Arménie 1989

Turquie 1999 Grèce 2000 Algérie 2003 …

Idée commune : matériau mal adapté

à une dissipation d'énergie dans le domaine plastique

En fait, le béton armé peut être ductile si on respecte des règles

favorisant l’existence de comportements dissipatifs

=> Distinguer phénomènes ductiles et non ductiles

Effet du séisme de Boumerdes

(Algérie, 2003)

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Phénomène local ductile permettant les zones dissipatives

Un seul mécanisme local ductile dans les éléments BA : la flexion plastique

Créer des conditions convenables de section et de matériaux

2 phénomènes ductiles au niveau matériau ● Plastification de l'acier en traction

● Accourcissement plastique du béton

Acier allongement εu,k > 5% = 50. 10-3 classe B, projet DCMallongement εu,k > 7,5% classe C, projet DCHallongement à la limite élastique εy ≈ 500 / 200.000 = 2,5.10-3

ductilité εs,max/ εy > 20Béton à rupture εcu2 ≈ 3,5. 10-3 << εu,k = 50. 10-3

εcu2 ≈ 2 εc2 (limite élastique)=> ductilité ≈ 2

Béton confiné par armature transversale =>εcu2 et résistance relevé de 2 à 4 fois

Ductilité des éléments BA : plastifier l’acier & confiner le béton

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Phénomènes locaux non dissipatifs

Cisaillement alterné

Dégradations résultant de fissurations inclinées alternéesFissures croisées => béton = amas de pierres disjointes

=> perte totale de résistance & raideur axiale & flexionnelle Prévention : surdimensionner suivant dimensionnement capacitif

les armatures longitudinales de flexion en plasticitéles armatures transversales et les bielles inclinées de béton en régime élastique

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Cisaillement alterné: pas de poteaux courts

Pourquoi?

Pour atteindre en premier la résistance en flexion, il faut: MRd/MEd < VRd/VEd

MEd , VEd : liéesElément bi-encastré de longueur L: MEd = VEd x L/2

Pour plastifier par flexion avant ruine en cisaillement:

[2MRd/(VEd x L)] < VRd/VEd

=> L > 2MRd/VRd,max

Préconisé: L > 3MRd/VRd,max

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Phénomènes locaux non dissipatifs

Rupture d'adhérence

Ruine par rupture d'adhérence : fragile=> Ancrages & transferts par recouvrement en dehors des zones les plus sollicitées=> A défaut, prévoir des longueurs d'ancrage ou recouvrement plus importantes Equilibre local du mécanisme de transfert d’effort par adhérence:

armatures transversales pour reprendre un effort égal à l’armature longitudinale

Près d’une rotule plastique:

la traction plastique des barres longit. fixe les dimensions des armatures transversales Effet pratique : densification des armatures transversales par rapport à un projet non sismique

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Phénomènes locaux non dissipatifs

Flambement individuel d'une armature

Barre longitudinale dans béton comprimé => flambage possibleSurtout si la contrainte est élevée

Zones très sollicitées :flexion plastiquenœud poutre –poteaucompression élevée

Prévention : réduire la longueur de flambage densification des armatures transversales

par rapport à un projet non sismique

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Phénomènes locaux non dissipatifs

Glissement sur surface de reprise de bétonnage

Résistance au cisaillement sur surface de reprise de bétonnage<< résistance au cisaillement de la section de béton

=> vérifier suivant Eurocode 2 cl 6.2.5

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Phénomènes locaux non dissipatifs

Localisation des déformations plastiques dans un zone restreinte

« rotule plastique » => courbure sur une longueur suffisante Si déformations plastiques sur zone restreinte => capacité de rotation faible Ruine: par « localisation » des déformationsSouvent en préfab

Compression de béton non confiné

Ex: section T - dalle non armée à l’effort tranchant

Le béton de la dalle se dégradeL’âme confinée assure seule un comportement ductile du béton comprimé

Gaine électrique

Planchers dalles (pas de poutres)

La dalle prend l’effort tranchant + le poinçonnement

ELU par ruine de bielle comprimée de béton = fragile+ problèmes de gaines réduisant la section résistante=> Interdit en structure primaire

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Phénomènes locaux non dissipatifs Cisaillement induit par les remplissages

Déformation de l’ossature

=> diagonales comprimées dans les remplissages=> cisaillement dans les poutres et poteaux=> ruines fragiles=> création d’un niveau « transparent » à l’étage où ils sont ruinés en premier

Solutions

● remplissage de résistance faible ● joints entre remplissage et structure

pour éviter l’interaction

● tenir compte du cisaillement additionnel augmenter l'armature transversale dans les zones plus sollicitées

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Types de structure en béton armé 3 types fondamentaux

Ossatures

en portiques

3,3≤ q ≤ 5,85Voiles ou murs ductiles

3,0 ≤ q ≤ 4,4

● Longueur / épaisseur lw/bw > 4● Rotation en base empêchée● Dimensionnés pour former

une rotule plastique de flexionau-dessus de leur base dansune zone de hauteur ≈ largeur lw

● Cette zone: sans ouverture large

Murs de grandes dimensions

faiblement armés

q ≤ 3 (= murs ductiles DCM)● lw ≥ 4,0 m ou lw ≥ 2/3 hw

● Fissuration limitée● Energie sismique => soulèvement temporairedes masses + énergie dissipée dans le sol (rotation corps rigide)● Dimensions + rotation en base + connexion à

de grands murs transversaux => pas de rotules plastiques en base

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Types de structure en béton armé: Hybrides

Murs couplés

Murs liaisonnés de façon régulière par des poutres ductiles Réduction ≥ 25 % ΣMEd en base des murs

Systèmes de murs

Assurant la résistance aux charges verticales et latéralesCouplés ou nonEn base : VRd,syst.murs ≥ 65 % VRd,tot

Système de murs Murs couplés

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Types de structure en béton armé : Hybrides (suite)

Système à ossature

Résistance par des portiques aux charges verticales aux charges latérales

En base : VRd,syst.portiques ≥ 65 % VRd,tot

Système à contreventement mixte

Transfert des charges verticales assuré principalement par portiquesContreventement assuré en partie par l’ossature

en partie par des murs, couplés ou non

Système

à contreventement mixte

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Types de structure en béton armé : HybridesSystème à contreventement mixte

►équivalent à une ossature

● Charges verticales: portiques● Contreventement: ossature & murs, couplés ou non

VRd,ossature ≥ 50 % VRd,tot !

doit être vérifié► équivalent à des murs

● Charges verticales: portiques● Contreventement: ossature & murs, couplés ou non

VRd,syst.murs ≥ 50 % VRd,tot! ne doit pas être vérifiécar le mur empêche la ruine locale (1 seul étage)

Système à noyau contreventement mixte ou système de murs rigidité à la torsion n’atteint pas une valeur min prescrite

Ex: ossatures flexibles + murs à proximité du centre du bâtiment.

Système en pendule inversé

● 50 % ou plus de la masse dans 1/3 supérieur de la hauteur● Ou l’essentiel de la dissipation de l’énergie à la base d’un élément unique

Si ●1 seul niveau ● effort normal réduit dans les poteaux νd < 0,3 ● têtes de poteaux liées dans les deux directions principales

=> ce n’est pas un pendule inversé

RbRc 3,1 MM

RbRc 3,1 MM

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Type structural Variantes du type structural u/1 qo

DCM

qo

DCH

Système à ossature ou

Système à contreventement

mixte équivalent à une

ossature

- bâtiments d’un étage ------------------

- une travée, plusieurs étages -----------

- plusieurs travées & plusieurs étages-----

1,1

1,2

1,33,0 u/1 4,5 u/1

Système de murs couplés ou

Système à contreventement

mixte équivalent à des

murs

1,2 3,0 u/1 4,5 u/1

Système de murs non couplés - avec uniquement deux murs non couplés

par direction horizontale ---------------

- autres systèmes de murs non couplés ----

1,0

1,13,0 4,0 u/1

Système de murs

de grande dimension

faiblement armé

1,0 3,0 Non

Système à noyau 1,0 2,0 3,0

Système en pendule inversé 1,0 1,5 2,0

Valeurs de base qo du coefficient de comportement

Bâtiments irréguliers en élévation : qo réduit de 20 %

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Valeurs du coefficient de comportement q

qo valeur de base du coefficient de comportement

kw refléte le mode de rupture prédominant dans les systèmes structuraux de murs

kw = 1 si la ruine est atteint par flexion systèmes de type ossature systèmes équivalent à des ossatures.

kw < 1 si la ruine est atteinte plutôt par cisaillement systèmes à murs : kw = (1+α0 )/3, avec des limites: 0,5 ≤ kw ≤ 1 .

o rapport de forme prédominant des murs du système structural:

lwi longueur du mur ihwi hauteur du mur i ( hauteur totale jusqu’en toiture)

5,1wo kqq

wiwio / lh

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Critères de projet et principes de contre – mesures aux incertitudesS’appliquent à la structure primaire.

Règles détaillées: volume important , 50 pages dans l’Eurocode 8 car

• plusieurs types d’éléments

• 2 classes DCM et DCH

Critères généraux conduisant à la ductilité globale.● Dimensionnement capacitif des zones adjacentes aux zones dissipatives● Ductilité convenable des mécanismes locaux

● Rotules plastiques de capacité de rotation plastique adéquate

dans toutes les zones où il est envisagé de former des rotules plastiques

il faut: ≥ 2qo - 1 pour T1 TC ≥ 1+2(qo - 1)TC/T1 pour T1 < TC

T1 période du bâtiment dans le plan vertical dans lequel la flexion a lieuTC période limite supérieure de la zone d’accélération constante du spectre

=> Limitation du pourcentage d’armature tendue

yd

cd

dsy,

max

0018,0

f

f'

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0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

μΦ(N)

μΦ(N=0)

N b.h.fcd

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

ρ (%)

μΦ

ρ '=0,9 ρ

ρ '=0,5. ρ

ρ '=0

La capacité de rotation en flexion u d'un élément BA:● augmente si ρ (acier tendu) diminue

● augmente, pour ρ fixé, si ρ’ (acier comprimé) augmente

● augmente si εcu2 du béton augmente

● diminue en présence d’une sollicitation de compression

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Incorrects Correct

pour 4 barres longit.

<---Correct pour 8 barres longitudinales-----> Incorrect pour 8 barres

bo bc

ho

hc

10dbw

● Armatures de confinement

● Armatures de confinement :

cadres fermés avec • des extrémités coudées à 135°• des retours de longueur 10 dbw

dans les zones de « rotules plastiques » ou «critiques » de tous les types d’éléments structuraux, poutres, poteaux ou murs,

c'est-à-dire là où pê εc > εcu2 = 3,5.10-3

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Contre mesures aux incertitudes sur l’analyse et la résistance

● Dimensions minimales fixées des éléments pour réduire la sensibilité à des écarts géométriquesExemple : largeur min poteau DCM ou DCH= 1/10 hauteur d’étage

● Limitation du rapport des dimensions min/max des éléments linéaires pour contrer les problèmes d’instabilité

● Déplacements entre étages limités pour limiter P- dans les poteaux

● Prolonger sur toute la longueur des poutres des armatures supérieures de continuité prévues aux appuis

pour contrer les incertitudes sur la position des points d’inflexion

● Des armatures minimales en zone « comprimée » pour des inversions de moments non prévues par le calculpour augmenter la ductilité si elle était utilisée

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Contraintes géométriques

● Excentricité max de l’axe des poutres p.r. axe des poteaux ≤ bc/4 bc :dimension du poteau perpendiculaire à l’axe de la poutre

● Largeur bw d’une poutre sismique primaire requise pour bénéficier de l’effet favorable

de la compression du poteau sur l’adhérence des barres horizontales

passant à travers le nœud : bw ≤ min [ bc+hw ; 2bc] hw : hauteur de poutre

● Dimension min de la section transversale des poteaux sismiques primaires≥ 1/10 de la plus grande distance entre le point d’inflexion et les extrémités du poteau

pour la flexion dans un plan parallèle à la dimension de poteau considérée (sauf si ≤ 0,1 ).

● Epaisseur max bwo de l’âme des murs ductiles ou de grandes dimensions peu armés:

bwo max(0,15m, hs/20) hs est la hauteur libre d’étage en m

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Contre - mesures pour les incertitudes sur la ductilité

● Ductilité locale minimale imposée dans toute la structure primaire● Ductilité ≥ f(qo) dans les zones où la formation de rotules plastiques est possible

même si ces zones ne sont pas souhaitées au projetEx: les extrémités de tous les poteaux

● Section minimale d’armatures tendues fixée pour éviter les ruptures fragiles.

● Effort normal limité Ned ≤ 0,65 NRd poteaux DCM ou DCHNed ≤ 0,40 NRd murs ductiles DCM ou DCH

pour réduire les conséquences de l’éclatement d’enrobage

pour éviter les incertitudes sur la ductilité en cas d’effort normal élevé

Vérifications de sécurité à l’ELU

c et s tenir compte la dégradation de résistance en déformations cycliques.Eurocode 8: le séisme n’est pas une action accidentelle

c et s : les valeurs des situations de calcul permanentes et transitoires (cfr reprise des actions gravitaires ou de service) ≈ résistance initiale/ résistance résiduelle

c = 1,5 s = 1,05 ,

Variations nationales. Ex: France : c = 1,3 s = 1,0Belgique: c = 1,5 s = 1,0

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Matériaux

Matériaux DCH DCM

Classe de béton minimum

(structure primaire)

C25/30 C16/20

Acier longitudinal

Zone critique des éléments

primaires

Nervuré

Classe C

Nervuré

Classe B ou C

Treillis soudés acceptés

si

propriétés conformes

aux

Classes B ou C

Acier des étriers, épingles, treillis

Zone critique des éléments

primaires

Nervuré Lisse ou nervuré

Classe B ou C

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Contraintes géométriques

● Excentricité max axe poutres / axe poteaux ≤ bc/4 bc :dimension du poteau perpendiculaire à l’axe de la poutre

● Largeur bw poutre sismique primaire requise pour effet favorable de compression du poteau sur l’adhérence des barres

horizontales traversant le nœud : bw≤ min{bc+hw ; 2bc}hw est la hauteur de la poutre

● Dimension min de la section transversale des poteaux sismiques primaires≥ 1/10 x la plus grande distance entre point d’inflexion et extrémités du poteau

pour la flexion dans un plan parallèle à la dimension de poteau considérée (sauf si ≤ 0,1 )

● Epaisseur max bwo de l’âme des murs ductiles ou de grandes dimensions peu armés:

bwo max(0,15m, hs/20) hs hauteur libre (m)

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Ossatures en portique

Critère de projet● Rotules plastiques dans les poutres, non dans les poteaux,

sauf en partie sup. des poteaux sous toiture des bâtiments multi-étagés aux pieds des poteaux à la base de l'ossaturedans les bâtiments à un seul étage.

● L’objectif mécanisme global :« poutres faibles-poteaux forts »

● MRb tient compte des largeurs participantes de dalle collaborant avec des poutresdes armatures de dalles parallèles aux poutres dans la largeur participante

●« Poteaux forts – poutres faibles » ne s’applique pas toujours

Présence d’une structure principale qui assure la stabilité globale

et force la formation de rotules plastiques dans les poteauxExemple: système à contreventement mixte équivalent à des murs

RbRc 3,1 MM FABI

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Ossatures en portique Dimensionnement “poutres faibles - poteaux forts”

Résistance des poutres à la flexion (rotules dans les poutres)

MRb = Mpl,Rd ≥ MEd

en M+ et M-

Résistance des poutres à l’effort tranchant

Dimensionnement capacitif par rapport à la résistance des rotules plastique:

Vg+ψ2q charge transversale dans la situation sismique de calculMRb,i moments d’extrémité de poutre=moments résistants des rotules plastiques

pour chaque sens de l’action sismique V = (Mg-Md)/lOn calcule VEd,max,i et VEd,min,i à chaque extrémité i de la poutre Rd facteur de surdimensionnement Mi,d = Rd MRb,i

(tient aussi compte de la sur- résistance possible due à l’écrouissage de l’acier)

Note : en DCM, on peut prendre Rd = 1,0 Vérifications d’effort tranchant sous la sollicitation de calcul : Vdi ≤ VRdVRd=0.9bwdwfywdcot avec 22o 45o Vcd=0

qgo

c

iRbRd

id Vl

MV

2,

,

,

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Ossatures en portique. Dimensionnement “poutres fortes - poteaux faibles”

Résistance des poutres à la flexion

Rotules plastiques aux extrémités i des poteaux primairesMi,d = Rd MRb,i MRc / MRb

Résistance des poutres à l’effort tranchant

Le paragraphe précédent relatif à l’effort tranchant s’applique, avec cette fois :Mi,d = Rd MRb,i MRc / MRb (note: Rd,min = 1,1)

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Poutre avec dalle collaboranteLes armatures sup des sections d’extrémité des poutres sismiques primaires en T ou L:

dans l’épaisseur de l’âme.

à l’extérieur de l’âme dans la largeur participante beff de dalle

Liaisons beff

Connection à un poteau de rive

Absence de poutre transversale

beff = bc

bc largeur poteau

Connection à un poteau de rive

Présence d’une poutre

transversale

beff = bc + 2hf

hf épaisseur

dalle

Connection à un poteau

intermédiaire

Absence de poutre transversale

beff = bc + 2hf

Connection à un poteau

intermédiaire

Présence de poutre

transversale

beff = bc + 4hf

a et b: poteau de rive c et d: poteau intérieur

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PoutresLongueur de la zone critique ou dissipative de poutre.lcr = hw = hauteur de la poutrePoutre primaire portant des éléments verticaux discontinus: lcr = 2hw de chaque côté de l’élément vertical

Dispositions pour la capacité de rotation plastique dans les zones dissipatives

’ ≥ 0,5 =As/bd ’= As’/bd

≤ b : largeur de la membrure comprimée

Armatures tendues de dalle parallèles à la poutre dans la largeur effective: dans Le long d’une poutre primaire, armatures de la zone tendue :

Dans les zones critiques des poutres sismiques primaires:armatures de confinement: diamètre dbw ≥ 6 mm

s = min{hw/4; 24dbw; 225; 8dbL} dbL : diamètre barres longit hw : hauteur poutre (mm)

yd

cd

dsy,

max

0018,0

f

f'

yk

ctmmin 5,0

f

fFABI

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Vérifications des poteaux. Dimensionnement “poutres faibles - poteaux forts”

[rotules plastiques dans les poutres]

NEd≤ 0,65 NRd

Résistance du poteau à la flexion

Mi,d = Rd MRc,i MRb / MRc

MRc,i valeur de calcul de la résistance à la flexion du poteau à l’extrémité i

MRc,i du poteau et MRc sont calculés en considérant l’interaction avec l’effort normal

Rd coefficient de surdimensionnement; pourla sur- résistance possible de la rotule plastique Rd = 1,1 (DCM) Rd = 1,3 (DCH)

Résistance du poteau à l’effort tranchant

Efforts tranchants de calcul : se basant sur l’équilibre du poteau sous les Mi,d

Résistance au cisaillement: VRd=0.9bwdwfywdcot 22o45o Vcd=0

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Vérifications des poteaux. Dimensionnement “poutres fortes - poteaux faibles”

[rotules plastiques dans les poteaux]

Résistance du poteau à la flexion

MRb = Mpl,Rd ≥ MEdMpl,Rd tient compte de l’interaction M-N

Résistance du poteau à l’effort tranchant

Les moments sollicitants de calcul Mi,daux extrémités des poteaux sont les Mpl,RdLes efforts tranchants de calcul sont déterminés en se basant sur l’équilibre du poteau sous l’effet

des moments d’extrémité Rd Mi,dRd = 1,1 (DCM) Rd = 1,3 (DCH)

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Dispositions constructives pour la ductilité locale

des poteaux sismiques primaires.

● 0,01 < l ≤ 0,04

● Sections transversales symétriques: = ’

● Dans les nœuds poteau – poutre:au moins une armature intermédiaire entre les armatures d’angle

● le long de chaque face du poteau, pour assurer l’intégrité du nœud

(m)

hc est la plus grande dimension de la section transversale du poteaulcl est la longueur libre du poteau.

● zones critiques sur lcr à partir des sections d’extrémité

● armature transversale assurant le confinement du béton. ● Si lcl/hc<3, hauteur totale du poteau = critique● zone des rotules plastique => µ au moins égal à la valeur critère● Confinement : réaliser

wd rapport mécanique en volume des armatures de confinement en zones critiques

450, ;6/ ;max clccr lhl

035,030o

c

d sy,dwd b

bv

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M Sd,sup

h

dc

dlefttf,left

tf,right

M Pl,Rd,right

M Sd,inf

M Pl,Rd,left

Columnd panel zone

h

tf

tf

V wp,Ed

V wp,Ed

Nœuds poteau - poutre● Nœuds: très sollicités en cisaillement sous séisme :

VC du poteau défini par l’analyse globale de la structure

+ V locaux pour transfert des Mpl,Rd des poutres● Dimensionnement en capacité :

● traction plastique As1 fyd de l’armature sup. à droite

● traction plastique As2 fyd de l’armature inf. à gauche

=>

Nœud

Cyds2s1Rdjhd )( VfAAV

● Nœuds endommagés => énergie dissipée par l’ossature réduite

=> écroulement de la structure.● Réparations difficiles=> Armatures de confinement du nœud capitales en situation sismique

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Endommagement à cause de l’absence

d’armatures transversales dans le noeud

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Absence d’armature transversale au nœud. Effondrement dû à l’absence

d’armature transversale au nœud.

Règles d’armaturage pour le confinement des nœuds Projet DCH: calcul explicite

Projet DCM: règles simples● Armatures de confinement horizontales: idem zones critiques des poteaux● Si 4 poutres au nœud => de fait confinement du nœud

=> densité d’armature de confinement réduite.

Si bpoutres ≥ ¾ bpoteau => s confinement horizontal dans le nœud doublé (≤150 mm)

● Au moins une barre verticale intermédiaire entre les armatures d’angle du poteau

de chaque côté des nœuds connectant poteaux et poutres sismiques primaires

Nœuds poteau - poutre

FABI

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Murs Ductiles

Mur = console verticale encastrée en baseMécanisme plastique: 1 rotule plastique flexion en base

1er mode : simple, mais approché car incertitudes d’analyse:

● modélisation du reste de la structure● effets dynamiques post-élastiques

Moments de flexion sollicitantsDéfinition EC8 ● Pour murs sismiques primaires élancés hw /lw > 2,0 ● Structure assez continue en masse, rigidité et résistance● Prise en compte des incertitudes pour tout type d’analyse:

=> Diagramme des M de calcul : ● Enveloppe du diagramme des M de l’analyse déplacé verticalement

déplacement de la traction, décalage du diagramme des moments.● Enveloppe supposée linéaire

● Déplacement de la traction:● cohérent avec l’inclinaison des bielles dans la vérification de V

● forme en éventail possible des bielles à proximité de la baseles planchers= tirants

● Hauteur de la rotule plastique: al = lw

Système de murs

Courbe a : diagramme des moments de l’analyse

Courbe b : enveloppe de calcul

al =déplacement de la tractionFABI

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Murs Ductiles

Moments de flexion

sollicitants

Système à contreventement mixte

Effort tranchant

● dimensionnement capacitifse référant à MRd,réel

● sur- résistance possible de la rotule plastique (écrouissage de l’acier, confinement du béton)

Eurocode 8 : VEd = 1,5 VEd,analyse

Systèmes à contreventement mixte voiles + portiques: enveloppe de calcul VEdcomptant la contribution de modes supérieurs de vibration

Courbe a : diagramme des M de l’analyse

Courbe b : enveloppe de calcul

Diagramme des efforts tranchants

a : obtenus par l’analyse b : augmentés

c : enveloppe de calcul A : Vmur,base

B : Vmur,sommet

0,5Vmur,base

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Murs Ductiles classe DCM

Effort normal sollicitant

Dimensions des murs sismiques primaires telles que : νd = NEd / Ac fcd ≤ 0,40

Vérifications de résistance

● Eurocode 2

● Murs composés de parties rectangulaires (L, T, U, I) liées entre elles par des poutres de couplageou s’intersectant

=> considérés comme une section unique ● µ,req fonction de q0

réalisé par des règles de confinement des extrémités de la section cadres ou des épingles similaires à ceux des poteauxDensité de confinement-cfr poteaux

« éléments de rive » = membrures latérales plus résistantes et plus ductiles

035,030o

c

dsy,dwd b

b

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Murs Ductiles classe DCM

Armatures de confinement

● présentes sur hcr ● horizontalement sur lc● depuis la fibre de compression extrême jusqu’au point où < cu2 = 0,0035 ● lc = xu(1 - cu2/cu2,c) xu calculée à l’ELU équilibre de la section de mur

● Largeur de la zone confinée en compression = bo● cu2,c= 0,0035 + 0,1 wd

Lc,min = 0,15 lwou 1,50 b

bw largeur du mur

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Murs Ductiles classe DCM

Pour enpêcher le voilement ou le déversement du voile – mur: => dimension minimale des parties confinées de la section de mur (éléments de rive) :

Epaisseur bw bw ≥ 200 mm

Si lc ≤ 2bw et lc ≤ 0,2lw => bw ≥ hs/15 hs hauteur d’étage.

Si lc > 2bw et lc > 0,2lw => bw ≥ hs/10

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Murs Ductiles classe DCH

Règles spécifiques:► Murs supportés par des dalles ou des poutres non admis ► Méthode détaillée pour tenir compte de l’augmentation d’effort tranchant

après plastification dans la rotule plastique à la base du mur► Effort normal réduit νd ≤ 0,35

► Vérification explicite des résistance à la rupture par :●compression diagonale de l’âme due au cisaillement

● traction diagonale de l’âme due au cisaillement

● glissement dû au cisaillement► Dispositions constructives pour la ductilité locale additionnelles à DCM

Epaisseur minimum des éléments de rive confinés dans les murs DCH à larges ailes

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Murs de grandes dimensions en béton peu armé

Détermination des sollicitations de calcul

● Objectif du dimensionnement● favoriser un mécanisme flexionnel global● plastification limitée en flexion● éventuellement, soulèvements transitoires du côté traction

● Ductilité : plastification en flexion avant ELU cisaillement=> V’Ed de l’analyse augmenté dimensionnement capacitif

pour q = 3 (ref): VEd= 2V’Ed● Efforts normaux dynamiques supplémentaires Ndyn

● dûs au soulèvement et à l’ouverture/fermeture de fissures horizontales

● Ndyn mur ≈ 0,5 Ned,G gravitaire situation sismiqueCombiné à MEd et à considérer avec signe + ou –accélération ↑ => compression et limite εcuaccélération ↓=> traction acier

● Si q ≤ 2,0, Ndyn négligé

2

1'EdEd

qVVFABI

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Murs de grandes dimensions en béton peu armé

Résistance en flexion

● ELU flexion composée Eurocode 2Contraintes normales limitées

● Effort normal Ndyn => déformation limite cu2 = 0,0050 motif: dynamique transit. cu2 > 0,0050 si béton confiné

Résistance à l’effort tranchant

● Sécurité ● par majoration du cisaillement de calcul VEd● Si VEd VRd,c w,min dans l’âme n’est pas requis

Si VEd > VRd,c => calcul d’armature d’effort tranchant de l’âme

● Vérifier l’ELU glissement aux reprises de bétonnage horizontales - Eurocode 2VEd ≤ VRd,i = (c fctd + μNEd/Ac + ρvfyd)bw0z

Longueur d’ancrage des armatures traversant l’interface (rôle de goujon)

augmentée de 50 % par rapport à EC2

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Murs de grandes dimensions en béton peu arméDispositions pour la ductilité locale

● Barres verticales pour Med + Ned tenues par étriers ou épinglediamètre ≥ 6 mm ou 1/3 diamètre barre verticale, dbL

● Armatures de confinement et épingles : espacement vertical ≤ 100 mm ou 8dbLconcentrées dans les éléments de rive extrémités de la section transversale

● Mode de déformation contrôlé par la flexion non l’effort tranchant

=> armatures verticales placées ≈ calculées pour la flexion composée, pas plus

● Chaînages en acier, continus, horizontaux ou verticaux. Min: conformes Eurocode 2a) le long de toutes les intersections de murs ou liaisons avec les raidisseursb) à tous les niveaux de plancherc) autour des ouvertures dans le mur

Position du chaînage Résistance maximale requise

Chaînage horizontal interne 70 kN en traction

Chaînage horizontal périphérique 70 kN en traction

Chaînage horizontal de liaison des poteaux 150 kN en traction

Chaînage horizontal de liaison des murs 20 kN /m en traction

Chaînage verticaux capacité de se substituer localement à un

mur défaillant et d’assurer la descente de charge

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Plancher

Plancher

Mur Mur Mur

transversal transversal transversal

Disposition des chaînages

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Eléments de liaison des murs couplés

2 extrêmes:

● éléments de liaison très raideschaque mur: partie d’une section résistante unique

éléments de liaison fortement sollicités en cisaillement et flexion

● éléments de liaison très flexibles en regard des mursdéplacements horizontaux égaux des murssollicitations des murs raideur individuelle de chaque mur

● Couplage par des dalles : peu raide, ne doit habituellement pas être compté

● Comportement convenable des poutres de couplage = « linteaux » :Eurocode 8: les linteaux vérifiés comme des poutres de portique DCHa) si fissuration dans deux directions diagonales peu probable,

règle acceptable:

b) si mode de rupture par flexion prépondérant, règle acceptable: l/h 3

c) Si ni a) , ni b) => armatures diagonales

db fV wctdEd

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Eléments de liaison des murs couplésArmatures diagonales

Equilibre => VEd = 2 MEd/lCondition:Asi aire totale des armatures dans chaque direction diagonaleArmatures des diagonales: comme des poteaux de côté ≥ 0,5bw

Longueur d’ancrage : 1,5 x Eurocode 2Armatures de confinement dans les « poteaux »

+ armatures longit. et transv. dans les faces latérales de la poutre de couplageCfr Eurocode 2 poutres hautes Ancrage de 150 mm dans les murs

sin2 ydsiEd fAV

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Jonction des armatures

● Pas de jonction par recouvrement par soudure à l’intérieur des zones critiques

● Jonctions par coupleurs mécaniques dans les poteaux et les murs: OK si validé par essais classe de ductilité

Eléments sismiques secondaires

● Dimensionnés pour conserver leur capacité à supporter les charges gravitaires de la situation sismique de calcul lorsqu’ils sont soumis aux déformations maximales imposées

● Déformations maximales = déformations réelles élastoplastiques en situation sismique ds = qdde effet P- inclus

● Déformations maximales calculées● en négligeant la contribution des éléments sismiques secondaires à la raideur

● éléments sismiques primaires modélisés avec les rigidités fissurées EI et GΩ’

● Sollicitations MEd et VEd des éléments sismiques secondaires calculées sur base:● des déformations établies

● des rigidités fissurées EI et GΩ’ des éléments secondaires

● Eléments sismiques secondaires adéquats si: MRd ≥ MEd VRd ≥ VEd

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Effets locaux dus aux remplissages en maçonnerie ou en béton

● Méthode approchée: Hauteur totale des poteaux du rez-de-chaussée = longueur critique =>confinerLongueur libre lcl = l sans remplissage

● Si Hremplissage < h libre des poteaux => poteau court et cisaillement

Calcul de VEd poteauxMi,d = Rd MRc,i Rd =1,1 DCM (1,3-DCH) Armatures transversales ● sur la longueur sans contact avec les remplissages

● prolongées de hc● Si lcl < 1,5hc => armatures diagonales

● Si Hremplissage = h libre des poteaux & si mur d’un seul côté du poteau (ex: angle)

=> hauteur totale = critique => vérifier la résistance au cisaillement sur lc sous min a), b):

lc = longueur où s’applique la bielle de compression

= largeur verticale totale de la bielle diagonale du remplissagea) composante horizontale de l’effort de bielle dans le remplissage

= résistance à l’effort tranchant horizontal du panneau

estimée = la résistance à l’effort tranchant des joints horizontaux

b) V calculé comme dans un portique suivant la classe de ductilité et en supposant RdMRc,i aux deux extrémités de lc

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Diaphragmes en béton● Epaisseur min dalle de béton armé pour rigidité du diaphragme: 70 mm

● armée dans 2 directions ● Armatures min du cas statique.● Chape coulée sur système de plancher préfabriqué = diaphragme si :

● 70 mm, armée dans 2 directions● conçue pour fournir seule rigidité et résistance requises du diaphragme● coulée sur substrat propre et rugueux ou reliée par des connecteurs

● Vérification par calcul des diaphragmes BA-ELU requise si● DCH● formes irrégulières ou complexes en plan avec entailles ou excroissances● ouvertures grandes ou irrégulières dans le diaphragme● distribution irrégulière des masses et/ou des rigidités● sous-sol avec murs périphériques partiels● murs dans un partie seulement du rez-de-chaussée.

● Modèle : poutres de grande hauteur, treillis plans, modèle bielles/tirants● Systèmes à noyaux ou à murs DCH

● Vérifier la transmission des forces horizontales diaphragmes - noyaux&murs● pour limiter la fissuration aux interfaces diaphragmes-noyaux& murs

limiter la contrainte de cisaillement à 1,5 fctd● assurer la résistance contre la rupture par glissement dû au cisaillement

en supposant l’inclinaison des bielles égale à 45°● prévoir des armatures complémentaires pour la résistance au cisaillement

des interfaces diaphragmes - noyaux&murs

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Joints de reprise

● Joints de reprise = points faibles● Calcul : Eurocode 2 ● Conception: les reprises ● hors des zones des forts moments de flexion

efforts tranchants● hors des rotules plastiques potentielles

● Surface de reprise rugueuse et propre

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Structures préfabriquées

Constituées d’éléments industrialisés et d’assemblages

Eléments: qualité supérieure aux coulés en place Assemblages : pê faibles

Sollicitations additionnellesnon révélées par une analyse de structure continuemouvements différentiels des poteaux:● degrés d’encastrement différents des différents poteaux

(différence de sol, de compaction)● différence de mouvement sismique entre supports

poutre et fixations soumises à effort axial => assemblages assez résistants et ductiles=> armatures autour des fixations Assemblage poteau-poutre « articulation ».

assemblage boulonné: meilleur chaînage.

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Généralités sur le projet de structure préfabriquée en béton

►Dispositions des structures non préfabriquées : toutes applicables,► Explications additionnelles EC8 : structures de panneaux murs (refends croisés) ► 3 fonctionnements structuraux => critères de dimensionnement complémentaires► Eléments non structuraux préfabriqués : soit découplés de la structure

soit entravent la déformation de la structure

Assemblages:a) hors des zones critiques ne contribuent pas à la dissipation d’énergie

b) dans les zones critiques, mais surdimensionnés pour rester élastiques en séismeles réponses inélastiques se produisent ailleurs dans les zones critiques

c) ductiles à l'effort tranchant, entre panneaux de grandes dimensions

d) situés dans les zones critiques et conçus pour être dissipatifs

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Structures préfabriquées. Critères de dimensionnement.

Poutres

Structurellement reliées à des poteaux ou des murs.Transmission des forces horizontales sans compter la résistance par frottement

Poteaux

Assemblages poteau sur poteau à l’intérieur des zones critiques non autorisés en DCH

Murs en panneaux préfabriqués de grandes dimensions

● La continuité des armatures entre panneaux doit être assurée ●Joints verticaux entre panneaux rugueux ou crantés

pour éviter la dégradation de résistance des assemblages ●Joints horizontaux partiellement comprimés et partiellement tendus : idem●Joints horizontaux comprimés : sans crantage●Assemblages horizontaux partiellement tendus:résistance à l’effort tranchant par la seule partie comprimée

Transfert d’effort par soudure

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Structures préfabriquées. Critères de dimensionnement.

● Assemblages verticaux: possibilité de configurer les armatures en boucleavec une armature verticale « charnière »

pourcentage cmin = 1 %Joints accessibles par une face libre: soudage OK

● Capacité de dissipation d’énergie le long des assemblages

=> dispense de confinement des éléments de rive

A: armatures traversant l’assemblage B: armatures longitudinales de l’assemblage

C: face crantée D: mortier de remplissage entre panneaux

Section transversales dans les assemblages verticaux

entre panneaux préfabriqués de grandes dimensions

a) assemblage à deux faces libres

b) b) assemblage à une face libre

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Infrastructures et fondations des bâtimentsFABI

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L’interaction sol – structure et son influence sur les sollicitationsDeux « interactions sol – structure » cinématique inertielle

Interaction cinématique

● Séisme => Le milieu se déforme en continu=> mouvement sismique horizontal relatif dlibre entre couches basses

● Déformations raideurs des couches de sol superficielles● Fondation profonde : raideur différente du sol

=> ne suit pas exactement les déformations du milieu=> déplacement en surface ds est inférieur à dlibre=> sollicitations dans la fondation, dans le sol environnant et à l’interface

Si le sol est le point faible: ruptures dans le sol, excavation à l’arrière des pieux…

Si les pieux sont très déformables: sollicitations faibles● Possibilité : rotules plastiques ●

● à l’encastrement à la poutre sur pieux

● aux interfaces entre couches de raideur ≠● Effets d’interaction cinématique sur les pieux

à évaluer si:● séismicité modérée à forte (agR S> 0,1g)

et ● sol de profil stratigraphique D, S1 ou S2 avec vs < 200 m/s

et ● couches successives de rigidité différenterapport des modules G > 6

BEDROCK

SURFACE

dlibre

ds

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Interaction inertielle= déformation sous les forces d’inertie

Séisme => Déformations du sol et des fondationsEffet de cette déformabilité :

Période Tst+s (structure + sol) > Tst (structure encastrée)Forme des spectres de réponse => T ↑ sollicitations ↓

évaluation de la réponse négligeant l’interaction sol – structure:● généralement place en sécurité● mais T ↑ => déplacements ↑ de la structure par rapport au sol

Eurocode 8

● considérer l’interaction inertielle dans les structures :● où l’effet P-Δ est important● avec des fondations massives ou profondes: silos, caissons offshore● élancées● fondées sur des sols très mous (classe S1)

● Interaction sol - structure négligée ● pour les bâtiments courants ● construits sur des sols de qualité normale

types A, B, C, D, E

VEd

N = G+q Q

MEd =VEd x h

NEd VEd

Ei

h

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Sollicitations à la fondation● Trouvées en retenant comme masse sismique m = G + ψEi Q

● Les fondations d’un bâtiment doivent transférer ver le sol :● la résultante sismique de cisaillement horizontal de calcul VEd● le moment de renversement MEd = VEd x h● la résultante verticale NEd = G + ψ2i Q

● Les sollicitations de calcul NEd et MEd appliquées à la fondation comprennent éventuellement l’effet du poids Rg de massifs de sol portés par la fondation

● Sollicitations sismiques de calcul des fondations : ● VEd et MEd résultent d’un dimensionnement en capacité qui se réfère

à la résistance plastique de la superstructure● plafonnées à celles correspondant à l’hypothèse du

comportement élastique de la structure q = 1,0

VEd

N = G+q Q

MEd =VEd x h

NEd VEd

Ei

h

NEd

M Ed

VEd

Rg

EF,RdGF,Fd EEE

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Résistances à la fondation

pour la reprise du cisaillement horizontal VEd:● frottement FRd à l’interface horizontale béton – sol● frottement latéral

faces verticales de la fondation parallèles à VEd● butée Epd

si sol mobilisé compact le long de la face verticalepartie supérieure des pieux [coefficient de poussée des terres passives Kp]

● Addition de toutes les réactions possibles en valeur max: Eurocode 8 : non

max combiné frottement + butée = FRd + 0,3 x EpdPour des semelles, si compactage du remblai

ou coulage de la semelle contre surface verticale propre de sol

= FRd + Epd

NEd

MEd

VEd

Epd

FRd

VEd

Epd

E'pd

RC

◄▬ ◄▬ ◄▬

FRd

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Options de projet

Rappel ● Structure ou infrastructure dissipative

=> fondation plus économique

● Modélisation du sol par ● des ressorts● des éléments finis

Meilleure connaissance des distributions réelles de contraintes au sol

Prise en compte de l’interaction inertielle

Superstructure Infrastructure Implications

Non dissipative

Option 1 OK EC8

Non dissipative Superstructure&infrastructure vérifiées sous les sollicitations définies par

l’analyse. Sollicitations en fondations les plus élevées.

Dissipative q > 1,5

Option 2 OK EC8

Non dissipative Infrastructure vérifiée sous des sollicitations > établies par l’analyse

Sollicitations au sol plus réduites que dans option 1

Non dissipative

Option 3 non EC8!

Dissipative Sollicitations au sol plus réduites que dans option 1. Si les éléments structurels

dissipatifs sont inaccessibles, problème d’évaluation de leur état après séisme

Dissipative

Option 4 non EC8!

Dissipative C’est pour la capacité plastique de l’ensemble infra et superstructure que les

contraintes au sol sont à vérifier.

Superstructure

peu dissipative.

Soulèvement

Transitoire

Option 5 OK EC8

peu dissipative.

Soulèvement

Transitoire

Cas du « rocking » (balancement).

Eurocode 8 : murs de grandes dimensions faiblement armés

Approches explicites par analyse dynamique non linéaire ou par analyse en poussée

progressive.

VEd

dSDe (T)

DCL

DCM

DCH

a)

b)

c)

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Fondations directes des ossatures en portique

Les semelles doivent être reliées par des poutres ou longrines● Objectif: éviter le déplacement relatif des semelles et l’effet induit en superstructure

● Favorable : poutre de liaison raide

● Les semelles transmettent NEd et VEd MEd est équilibré par la poutre

évite la reprise de moments de flexion importants par le sol de fondation réduit les incertitudes sur la reprise

de la flexion par le soldépend de la distance entre semelles…

EC8:Nlongrine sol de classe D:

● Interdit : poteaux courts entre face sup. semelle et face inf. poutreCar poteaux courts cisaillement important

=> EC8 face inf. des poutres sous face sup. semelle

NEd

MEd

VEd

NEd

MEd

VEd

poutre de

liaison

Niveau 1

NEd

MEd

VEdNiveau 1

NEd

MEd

VEd

Niveau 1

Ed0,6 S N FABI

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Pieux dans un sol multi - couchesSollicitations difficiles à estimercar le pieu est:● sollicité par un cisaillement horizontal VEd et un moment de flexion MEd● appuyé latéralement sur les différentes couches de sol● sollicité par des déplacements horizontaux différentiels

entre points haut et bas de chaque couche● sollicité par des déplacements horizontaux différentiels entre les couches de sol

Rotules plastiques possibles● à l’encastrement à la semelle sur pieux

● à chaque interface entre couches de sol

=> EC8 Armatures transversales de confinement type zones critiques des poteauxZones critiques:► sommet du pieu sur 2d à partir de la face inférieure de la semelle sur pieu ► zones sur 2d de part et d’autre des interfaces entre couches de sol

de rigidités au cisaillement sensiblement différentes (rapport des G > 6)

NEd

MEd

VEd Niveau 1

sol mou

Sol dur

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Pieux dans des couches de sol inclinéesLongueur et donc flexibilité des pieux varient centre de raideur CR de la fondation

≠ du centre de gravité CM de la structure torsion influençant la force de cisaillement

en tête de chaque pieu

Conclusions relatives à la conception de structures sur pieux

● réaliser la superstructure la plus dissipative possible afin de réduire les sollicitations à la fondation

● si plusieurs semelles sur pieuxles associer pour

élargir la base réduire les sollicitations par pieu

Sol dur

Sol mou

CR CMFABI

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Conception de l’infrastructureFondation d’un voile de contreventement ductile par une poutre en sous sol

Solution efficace pour la reprise de MEd NEd VEdune poutre horizontale raide sur la hauteur du sous sol Transmission directe du moment de flexion

Circonstance favorable: voiles en façade des bâtiments encastrés aux murs périphériques du sous sol

AA

VEd

Rchs

2beff

h

Coupe AA

B B

A A

COUPE A-A

COUPE B-B

VEd

Rc

w

VEd

Rc

w

niveau 1

h

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Encastrement réalisé par les planchers du sous sol● Le voile a 2 appuis horizontaux sur les diaphragmes sup et inf

=> Couple de forces F => M = VEd h

● Vérif: les diaphragmes peuvent assurer le transfert de F vers les murs périphériques Note: F >> VEd Au niveau 1: F = VEd x (h /hs)

● Diaphragmes : flexibles F : long chemin => diaphragmes ≠ appuis fixes=> rotation en pied du voile

● La raideur du radier influence

SymbolesBE Base Encastrée BL Base Libre en rotation

AA

V

FF

BEBL

diag.M diag.V

hs

h

COUPE A-A F/2

F/2

F

Section efficace du mur

périphérique en flexion

hs

beff

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Voile interrompu au dessus de l’infrastructure.Moment de flexion en pied de voile: équilibré par l’ensemble de l’infrastructure

forte épaisseur de radier nécessaire déformations de flexion des planchers modèle numérique nécessaire

F >> VEdF = VEd x (h /b)

Infrastructure et joint de dilatation.

Grands immeubles => joints de dilatation souvent nécessaires en superstructurePour les sollicitations sismiques : ne pas prolonger ce joint en infrastructure=>large base=>contraintes au sol réduitesPour éviter les fissurations de retrait: claver le joint d’infra en phase finale

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