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26.06.2019

Charges sismiques s'exerçant sur les bâtiments en Allemagne

Cette réglementation [1] ne s'applique pas aux structures spéciales, telles que les centrales nucléaires, les structures en mer et les grands barrages. Le but de cette norme est d’assurer qu’en cas de séisme :

  • les vies humaines sont protégées ;
  • les dommages sont limités et
  • les structures importantes pour la protection civile restent opérationnelles.

Un séisme est une action provenant du sol qui s'exerce sur une ou plusieurs structures. Cette action correspond ainsi à un ensemble de déformations ou d'accélérations imposées. Les actions résultant de l'activité sismique sont classées en différentes catégories d'actions sismiques afin de pouvoir les combiner avec d'autres actions (charges imposées, neige, etc.) dans des situations de calcul définies selon la norme DIN EN 1990.

Exigences fondamentales

Les structures en zones sismiques doivent répondre à certaines exigences en matière de stabilité et de limitation des dommages.

La structure doit être conçue et construite de manière à résister au séisme calculé, sans effondrement local ou général, conservant ainsi son intégrité structurale et une capacité portante résiduelle après l’événement sismique. Le séisme de référence pour le calcul doit alors être déterminé avec une période de retour de référence, TNCR = 475 ans [2]. Cela correspond à une probabilité d'occurrence ou de dépassement de 10 % dans les 50 ans.

La structure doit être conçue et construite pour résister à des actions sismiques présentant une probabilité de se produire plus importante que les actions sismiques de calcul, sans qu’apparaissent des dommages et des limitations d’exploitation, dont le coût serait disproportionné par rapport à celui de la structure [1]. Ce calcul est cependant négligé dans l'Annexe nationale allemande consacrée aux actions sismiques.

Les fiabilités cibles pour l'exigence de non-effondrement et pour l'exigence de limitation d'endommagement sont mises en œuvre en classant les structures en différentes classes d'importance. Un coefficient d’importance γI est attribué à chaque catégorie. Celui-ci est utilisé comme valeur de modification de l'action sismique de référence afin de déterminer le séisme calculé [1]. La catégorie d'importance II correspond à la période de retour de référence TNCR du séisme de référence.

Classe d'importanceCharpenteCatégorie d'importance γI
IBâtiments d’importance mineure pour la sécurité des personnes, par exemple, bâtiments agricoles, etc.0,8
IIBâtiments courants n’appartenant pas aux autres catégories (bâtiments résidentiels et immeubles de bureaux de petite taille, ateliers, etc.)1,0
IIIBâtiments dont la résistance sismique est importante compte tenu des conséquences d'un effondrement (immenses bâtiments résidentiels, écoles, salles de réunion, centres commerciaux, etc.)1,2
IVBâtiments dont l’intégrité en cas de séisme est d’importance vitale pour la protection civile, par exemple : hôpitaux, casernes de pompiers, centrales électriques, etc.1,4

Critère de conformité - États limites ultimes

Les états limites ultimes et de service d'un bâtiment doivent être vérifiés afin de satisfaire aux exigences fondamentales définies pour celui-ci en cas de séisme.

Les états limites ultimes décrivent les scénarios d'effondrement possibles ou d'autres défaillances structurelles du bâtiment considéré [1]. Pour garantir la conformité, la ductilité par rapport aux exigences et la stabilité structurelle de l'ensemble du bâtiment, y compris tous les composants de fondation et le sol, doivent être garanties.

Les états limites de service concernent cependant des dommages ayant un impact négatif sur l'état de service du bâtiment [1]. Pour garantir une fiabilité suffisante contre les dommages, les limites de déformation appropriées doivent être respectées. De plus, les bâtiments importants doivent être conçus de manière à être suffisamment rigides pour protéger la population avec une résistance suffisante pour maintenir les services les plus importants.

ductilité

Un séisme génère habituellement une énergie qui s'exerce sur un bâtiment, induisant des vibrations [2]. L'oscillation du bâtiment et la charge sismique correspondantes dépendent des propriétés du bâtiment. En ce qui concerne les séismes, les bâtiments peuvent être conçus de manière à supporter des forces actives relativement élevées avec une faible déformation élastique ou des forces actives plus faibles avec des déformations plastiques plus importantes. La deuxième solution conduit à une dissipation d'énergie significativement plus élevée, ce qui nécessite un calcul physiquement non linéaire du système structurel. En pratique, le coefficient de comportement q, qui dépend de la classe de ductilité, est utilisé pour trouver un équilibre entre le chargement et la dissipation de l'énergie [1]. Plus la classe de ductilité est élevée, plus la charge sismique équivalente est faible. Cependant, plus la classe de ductilité est élevée, plus les exigences de calcul de la structure pour assurer la ductilité sont élevées.

 Classe de ductilité de la structureFacteurs de comportement q
Comportement structurel faiblement dissipatifDCL (limitée)≤ 1.5
Comportement structurel dissipatifDCM (moyenne)Éléments en béton selon le Chapitre 5 de la DIN EN 1998-1
Structures en acier selon le Chapitre 6 de la DIN EN 1998-1
Structures mixtes acier-béton selon le Chapitre 7 de la DIN EN 1998-1
Structures en bois selon le Chapitre 8 de la DIN EN 1998-1
Structures en maçonnerie selon le Chapitre 9 de la DIN EN 1998-1
DCH (haute)

action sismique

La norme sur les séismes décrit le mouvement du sol se produisant en un certain point de la surface de la Terre avec un spectre de réponse élastique à l'accélération du sol (également appelé spectre de réponse élastique). Le spectre de réponse élastique est identique d'après les exigences définies en matière de stabilité structurale et de limitation des dommages.

Il est nécessaire d'effectuer des calculs non linéaires car l'action sismique est réduite à l'aide d'une réaction non linéaire pour la plupart des structures [1]. Pour simplifier, il est possible de déterminer le comportement ductile des bâtiments avec un calcul linéaire sur la base d'un spectre de réponse élastique modifié avec le facteur de comportement q. Le spectre de réponse modifié avec q s'appelle le spectre de calcul [1]. Le facteur de comportement q est lié à un amortissement visqueux de 5 % de la structure.

ZoneFonction du spectre de calcul Sd(T)
0 ≤ T ≤ TBagR ⋅ γI ⋅ S ⋅ [1 + T/TB ⋅ (2,5/q - 1)]
TB ≤ T ≤ TCagR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q
TC ≤ T ≤ TDagR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q ⋅ TC/T
TD ≤ TagR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q ⋅ (TC ⋅ TD)/T2

Sd(T) = ordonnée du spectre de calcul
T = période de vibration d’un système linéaire à un seul degré de liberté
γI = coefficient d'importance
q = facteur de comportement
agR = accélération maximale de référence au niveau d’un sol
TB, TC, TD = période de contrôle du spectre de réponse
S = paramètre du sol

L'accélération maximale de référence au niveau d’un sol agR est une valeur propre à chaque site. Cette valeur a été obtenue au terme d'une évaluation des risques sismiques conduite par la République fédérale d'Allemagne. Selon l'aléa local, le pays est divisé en zones sismiques correspondantes, de 0 à 3. L’aléa peut être supposé constant à l’intérieur de chaque zone. Il est classé avec la valeur correspondante d’accélération maximale de référence au niveau d’un sol agR [1].

Zone sismiqueValeur de l'accélération maximale de référence au sol agR en m/s2
0Non spécifiée
10,4
20,6
30,8
N/ANon spécifiée

Les périodes de contrôle TB, TC, TD et le paramètre du sol S défini pour le spectre de calcul sont également des valeurs propres à chaque site et sont basées sur la classe du sol et la classe de sous-sol géologique du site de construction [1].

conditions du solsTB en sTC en sTD en s
A-R1,000,010,202,0
B-R1,250,010,252,0
C-R1.500,010,302,0
B-T1,000,010,302,0
C-T1,250,010,402,0
C-S0,750,010,502,0

Le sol est divisé en classes A, B et C, selon la vitesse des ondes de cisaillement [1] :

  • Classe de sol A
    • Roches non-altérées à résistance élevée
    • Les vitesses des ondes de cisaillement dominantes sont supérieures à environ 800 m/s
  • Classe de sol B
    • Roches moyennement altérées ou roches à faible résistance
    • Sol non consolidé à grains grossiers (granuleux) ou mixtes, avec des propriétés de frottement élevées de consistance dense ou solide (roches meubles glaciaires, par exemple)
    • Les vitesses des ondes de cisaillement dominantes sont comprises entre 350 m/s et 800 m/s environ
  • Classe de sol C
    • Roches solides fortement ou complètement altérées
    • Sol non consolidé à grains grossiers (granuleux) ou mixtes de consistance dense ou a minima rigide
    • Sol à grains fins (cohésif) de consistance a minima rigide
    • Les vitesses des ondes de cisaillement dominantes sont comprises entre 150 m/s et 350 m/s environ

La couche intermédiaire entre la roche et les sédiments est divisée classes de sous-sol R, T et S [1] :

  • Classe de sous-sol R
    • Zones caractérisées principalement par des roches
  • Classe de sous-sol T
    • Zones de transition entre la classe R et S, ainsi que les zones des bassins sédimentaires relativement peu profonds
  • Classe de sous-sol S
    • Zones présentant des bassins profonds avec un remplissage sédimentaire épais

Détermination de la valeur d’accélération maximale de référence au niveau d’un sol et de la classe du sous-sol

L'outil de géolocalisation consultable sur la page des zones de neige, de vent et de sismicité de notre site Web combine les exigences des normes disponibles aux solutions qu'Internet peut fournir. Selon le type de charge sélectionné (neige, vent, action sismique) et la norme spécifique au pays, cet outil détermine les données correspondantes sur la base de Google Maps. Entrez l'emplacement, les coordonnées géographiques ou les conditions locales dans la fonction de recherche pour obtenir les données pertinentes. L'outil détermine ensuite la charge ou l'accélération caractéristique à cet endroit à l'aide de la hauteur exacte au-dessus du niveau de la mer et des données de zone entrées. Si le site du projet n'est pas encore associé à une adresse précise, la carte peut être agrandie afin de d'obtenir les informations sur la zone voulue en déplaçant le marqueur. Le calcul est en effet ajusté à la nouvelle altitude et les charges correspondantes sont affichées.

Ce service en ligne est disponible sur le site Web de Dlubal Software dans la section Solutions → Services en ligne.

Les paramètres suivants doivent être entrés :

1. Type de charge = sismicité
2. Norme = EN 1998-1
3 Type de carte = zone sismique ou classe de sous-sol géologique
4 Annexe = Allemagne | DIN EN 1998-1
5. Adresse = Domkloster 4, Cologne

On obtient alors les résultats suivants :

6 Zone sismique
7 Classe de sous-sol géologique
8 Éventuelles informations complémentaires
9. Valeur d’accélération maximale de référence au niveau d’un sol agR


Auteur

M. Niemeier est responsable du développement de RFEM, RSTAB, RWIND Simulation et dans le domaine des structures à membrane. Il est également responsable de l'assurer de la qualité et du support client.

Liens
Références
  1. Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben - Teil 1: Grundlagen, Erdbebeneinwirkungen und Regeln für Hochbauten; EN 1998-1:2004/A1:2013
  2. Albert, A.: Schneider - Bautabellen für Ingenieure mit Berechnungshinweisen und Beispielen, 23. Auflage. Köln: Bundesanzeiger, 2018
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