Charges provoquées par la collision d'une voiture dans un carport

Article technique

La vérification des structures doit répondre à des exigences de base telles que la justification aux états limites ultimes, aux états limites de service ainsi que la durabilité des structures. Les structures doivent donc être conçues de manière à ce que des événements tels que la collision d’un véhicule ne causent aucun dommage.

Combinaisons de charges

Le Chapitre 3.2(2)P de [1] définit un choc comme une situation de projet accidentelle. L'Équation 6.11b s'applique donc à la combinaison d'actions. Le choix entre la valeur fréquente Ψ1,1 ⋅ Qk 1 ou la valeur quasi-permanente Ψ2,1 ⋅ Qk 1 dépend de la situation de projet accidentelle. [2] NDP à A.1.3.2 stipule par exemple que la valeur quasi-permanente Ψ2,1 ⋅ Qk,1 peut être appliquée en cas de choc causé par un véhicule. Les charges de neige et de vent s'exerçant sur des bâtiments situés dans un état-membre de la CEN à une hauteur inférieure à 1 000 m au-dessus du niveau de la mer ne doivent pas être considérées en cas de choc causé par un véhicule car leurs valeurs de combinaison Ψ2,1 sont généralement définies comme égales à 0,0.

Définition d'une action accidentelle

Le type et l’intensité du choc doivent maintenant être définis. Le Chapitre 1.1(6) de la Partie 1-1 de l'Eurocode 1 [3] fait référence à la Partie 1-7 [4], qui décrit les actions accidentelles. Deux méthodes sont recommandées au Chapitre 4.2 (1) :

  • Détermination des chocs à l'aide d'une analyse dynamique
  • Définition des chocs comme force statique équivalente

L'Annexe C contient de plus amples informations sur le calcul dynamique des charges dues à un choc. Cette annexe différencie les chocs « durs », durant lesquels l'énergie est majoritairement dissipée par le corps produisant le choc, et « mous », c'est-à-dire sur une structure conçue pour se déformer afin d'absorber l'énergie produite par le choc. Selon l'Annexe C.2.1(1), il est permis de calculer avec une force statique équivalente dans le cas d'un « choc dur ». Dans le cas d'une voiture entrant en collision avec un carport, le choc est supposé dur et cet article se réfère à la détermination d'une force statique équivalente.

Figure 01 - Choc causé par une voiture sur un carport

Dans le Tableau 4.1 de [4], une force statique équivalente Fdx de 50 kN dans la direction de circulation courante est proposée pour l’impact d’une voiture circulant dans un garage parking. La force Fdy de 25 kN est perpendiculaire à la direction de la circulation courante. Il ne sera sans doute que très rarement possible de dimensionner les sections des poteaux d'un abri d'auto de manière économique en raison de la valeur de la charge. À noter que les collisions avec des structures légères sont exclues du Chapitre 4.1(1). Le Tableau 4.1 n'est donc pas valide et il faut se référer à l'Annexe nationale. L'installation d'une mesure de protection absorbant le choc sur l'avant du poteau afin de pouvoir dimensionner les poteaux de manière économique ne pourra probablement pas être envisagée. L'Annexe nationale allemande [5] décrit une force statistiquement équivalente de 10 kN dans les deux directions pour les voitures particulières ≤ 30 kN dans le Tableau NA.2-4.1, pour les garages individuels et doubles ainsi que pour les abris d'auto.

Si l'Annexe nationale d'un pays ne contient pas d'informations supplémentaires, il est conseillé de consulter l'Annexe B de [3]. L'Équation B.1 décrit la force horizontale caractéristique pour le calcul de protections (barrières de sécurité) résistant aux charges horizontales. On obtient ainsi :

$\mathrm F\;=\;\frac{\mathrm m\;\cdot\;\mathrm v^2}{2\;\cdot\;\left({\mathrm\delta}_{\mathrm c}\;+\;{\mathrm\delta}_{\mathrm b}\right)}$

Selon l'Annexe B(3), les valeurs suivantes sont retenues :

m = 1 500 kg
δc + δb = 100 mm
v = 1,39 m / s

La vitesse du véhicule v obtenue avec B(3) est supposée égale à 5 km/h selon le Tableau C.1 de [4] pour les garages parkings, ce qui correspond à 1,39 m/s. On obtient ainsi la force équivalente suivante :

$\mathrm F\;=\;\frac{1 500\;\mathrm{kg}\;\cdot\;(1,39\;{\displaystyle\frac{\mathrm m}{\mathrm s}})^2}{2\;\cdot\;100\;\mathrm{mm}}\;=\;14,5\;\mathrm{kN}$

Point d’application de l'action accidentelle

Selon la section 4.3.1(3) de [4], dans le cas des chocs dus à des voitures légères, la charge peut être appliquée à une hauteur de 50 cm au-dessus de la chaussée. Dans l'Annexe B de [3], une valeur de 37,5 cm est indiquée pour les véhicules dont la masse totale autorisée en charge ne dépasse pas 2 500 kg. L'ingénieur doit décider à quelle hauteur la charge équivalente doit être appliquée car la hauteur des pare-chocs des véhicules n'est pas standardisée dans la plupart des pays. L'Annexe allemande [5] recommande une hauteur de 50 cm pour les voitures.

Rupture complète de composants structuraux envisagée

Il est également possible d'analyser les effets d'une rupture complète de l’élément structurel sur l’ensemble de la structure (Figure 02). Une telle analyse peut s'avérer utile selon la manière dont l’élément est fixé.

Figure 02 - Rupture complète d'un poteau suite au choc causé par une voiture

Calcul d'un poteau d'abri d'auto pour le cas de charge «  Impact » dans RFEM/RSTAB

Un choc provoqué par une voiture au niveau du poteau central est simulé sur l'abri d'auto de la Figure 01. Le calcul est ici effectué selon l'Annexe allemande.

Un nouveau cas de charge doit tout d'abord être créé, pour pouvoir définir la charge statique équivalente sur le poteau. Si la combinaison automatique des charges est utilisée, la classe d'action « Accidentelle » doit être assignée à ce cas de charge.

Une nouvelle expression de combinaison est ensuite créée avec la situation de projet accidentelle selon l'Équation 6.11e de [2].

Dans cet exemple, une distance de 37,5 cm entre la charge équivalente et le début de barre est défini, car le dispositif de fixation (le haut du pied de poteau, dans le cas présent) n'est pas pris en compte dans le calcul de structure.

Figure 05 - Valeur et position de la force équivalente

La structure en bois est calculée à l'aide du module additionnel RF-/TIMBER Pro. Les fichiers du modèle correspondant pour RFEM et RSTAB sont disponibles dans la section « Téléchargements » au bas de cet article. Dans le cas 2 du module RF-TIMBER Pro, la situation de projet accidentelle est déterminée en sélectionnant la combinaison de charges correspondante. Seuls le poids propre et le choc lui-même doivent être considérés car les charges de neige et ne vent n'ont pas à être combinées avec le choc dans ce cas. Si les combinaisons de charges sont créées manuellement, la « situation de projet accidentelle » doit être assignée aux combinaisons de charges correspondantes (Figure 06) et à la classe de durée de charge « Instantanée » adéquate (Figure 07).

De cette manière, la situation de projet accidentelle à l'ELU est considérée avec un coefficient de sécurité partiel de 1,0, comme cela est requis dans [6]. La force est en outre multipliée par un facteur de modification kmod de 1,1 (classe de service 2) en raison de la durée de charge instantanée. Le poteau présente ici un rapport de 0,47 ≤ 1,00 et le choc causé par la voiture est calculé en conséquence. Le dimensionnement peut également être effectué avec un facteur kmod de 0,9 (classe de service 3).

Comme expliqué précédemment, il est judicieux d'examiner la rupture complète du poteau (Figure 02). Pour ce faire, il n'est pas nécessaire de considérer la rupture ou la suppression de la barre dans un autre modèle. Le poteau peut être facilement désactivé pour des combinaisons de charges spécifiques. Une nouvelle combinaison de charges incluant uniquement le poids propre est créée et le poteau est désactivé dans les paramètres de calcul afin de simuler sa rupture complète.

Une durée de charge « Instantanée » peut être appliquée pour cette combinaison de charges car la structure demeure probablement supportée immédiatement après la rupture du poteau. Le calcul des pannes sous poids propre pour la situation de projet accidentelle s'élève à 0,48 ≤ 1,00 (TIMBER Pro, cas 3).

Figure 10 - Vérification des pannes en cas de rupture complète du poteau

Vérification des assemblages et des fondations

Les fixations doivent également être vérifiées en cas de choc. Il faut donc vérifier si la base du poteau et l'assemblage entre le poteau et la panne au-dessus ont été dimensionnés de manière adéquate. Le transfert ou non de la charge exercée par le choc vers la fondation dépend du type de structure. Dans la Note 3 de NDP à 4.1 (1) [5], le transfert des forces n'est généralement pas déterminant pour les bâtiments. Ce principe se vérifie dans le carport traité dans cet exemple.

Mots-Clés

Choc Charge exercée par un choc Carport Action accidentelle Véhicule Choc sur un poteau

Littérature

[1]   Eurocode 0: Basis of structural design: EN 1990:2002
[2]   Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 0: Grundlagen der Tragwerksplanung; DIN EN 1990/NA:2010-12
[3]   Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-1: General actions - Densities, self-weight, imposed loads for buildings; EN 1991-1-1:2010-12
[4]   Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-7: Allgemeine Einwirkungen - Außergewöhnliche Einwirkungen; DIN EN 1991-1-7:2010-12
[5]   Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-7: Allgemeine Einwirkungen - Außergewöhnliche Einwirkungen; DIN EN 1991-1-7/NA:2010-12
[6]   Eurocode 5: Conception et calcul des structures en bois - Partie 1-1: Généralités - règles communes et règles pour les bâtiments; Version allemande EN 1995-1-1:2004 + AC:2006 + A1:2008. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2008.

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