L’impact des normes parasismiques sur la conception des bâtiments à Sétif révèle des enjeux cruciaux pour la sécurité structurelle. Cette étude technique met en lumière des méthodes innovantes qui garantissent la résistance d’un édifice multifonctionnel, essentiel face aux risques sismiques.
CHAPITRE IV :
Etude Dynamique
- Introduction
Un séisme est une secousse du sol résultant de la libération brusque d’énergie accumulée par les contraintes exercées sur les roches. Cette libération d’énergie se fait par rupture le long d’une faille, généralement préexistante. Plus rares sont les séismes dus à l’activité volcanique ou d’origine artificielle (explosions par exemple).
Le lieu de la rupture des roches en profondeur se nomme le foyer, la projection du foyer à la surface est l’épicentre du séisme. Le mouvement des roches près du foyer engendre des vibrations élastiques qui se propagent, sous la forme de paquets d’ondes sismiques, autour et au travers du globe terrestre.
- Objectif de l’étude sismique
L’objectif initial de l’étude dynamique d’une structure est la détermination de ses caractéristiques dynamiques propres. Ceci est obtenu en considérant son comportement en vibration libre non-amortie. Cela nous permet de calculer les efforts et les déplacements maximums lors d’un séisme.
L’étude dynamique d’une structure telle qu’elle se présente réellement, est souvent très complexe et demande un calcul très fastidieux voire impossible. C’est pour cette raison qu’on on fait souvent appel à des modélisations qui permettront de simplifier suffisamment le problème pour pouvoir l’analyser.
Selon le RPA99/version 2003 (Article 3. 4. A. 1. a), tout ouvrage dépassant quatre (4) niveaux ou 14m de hauteur dans la zone II-a, devra être contreventé par des voiles.
C’est le cas de notre structure en se référant au même article, par conséquent le système de contreventement sera mixte : (voile + portique).
- Différents méthodes de calcul
Le calcul de la force sismique peut être mené par les trois méthodes suivantes :
- Méthode statique équivalente
- Méthode d’analyse modale spectrale
- Méthode d’analyse dynamique par accélérogramme
- Méthode statique équivalente :
- Principe de la méthode :
Les forces réelles dynamiques qui se développent dans la construction sont remplacées par un système de force statique fictive dont les effets sont considérés équivalents à ceux de l’action sismique.
IV .3.2 Méthode d’analyse modale spectrale :
- Principe de la méthode :
Dans le but d’évaluer de façon réaliste le comportement d’une structure soumise à un tremblement de terre, on emploie les techniques d’analyse dynamique des structures.
Le principe de cette méthode consiste à déterminer les modes propres de vibration de la structure et le maximum des effets engendrés par l’action sismique, celle-ci étant représentée par un spectre de réponse.
Les modes propres dépendent de la masse de la structure, de l’amortissement et des forces d’inerties.
La méthode d’analyse modale spectrale peut être utilisée dans tous les cas, et en particulier dans le cas où la méthode statique équivalente n’est pas permise.
IV .3.3 Méthode d’analyse dynamique par accélérogramme :
- Principe de la méthode :
Cette méthode est fondée sur l’étude des efforts dans la structure en fonction du temps, elle nécessite la donnée d’un accélérogramme et impose en pratique l’usage de l’ordinateur.
La structure est supposée soumise à un séisme qui provoque des mouvements du sol dans une direction donnée, définie par l’accélérogramme. Elle est représentée par un modèle dont on calcule la matrice de raideur K, la matrice des masses M et l’amortissement ξ que l’on suppose en général identique pour tous les modes.
Cette méthode s’applique au cas par cas pour les structures stratégiques (centrales nucléaires par exemple) par un personnel qualifié.
- Choix de la méthode de calcul
- Conditions d’application de méthode statique équivalente :
- Choix de la méthode de calcul
La méthode statique équivalente peut être utilisée dans les conditions suivantes :
- Le bâtiment ou bloc étudié, satisfaisait aux conditions de régularité en plan et en élévation prescrites au chapitre III, paragraphe 3.5 du règlement parasismique algérien, avec une hauteur au plus égale à 65m en zones I et II et à 30m en zones III. RPA99V2003 (Article 4.1.1)
- Le bâtiment ou bloc étudié présente une configuration irrégulière tout en respectant, outre les conditions de hauteur énoncées en a), les conditions complémentaires suivantes : Zone I : tous groupes
Zone II : groupe d’usage 3
groupe d’usage 2, si la hauteur est inférieure ou égale à 7 niveaux ou 23m. groupe d’usage 1B, si la hauteur est inférieure ou égale à 5 niveaux ou 17m. groupe d’usage 1A, si la hauteur est inférieure ou égale à 3 niveaux ou 10m.
Zone III : groupes d’usage 3 et 2, si la hauteur est inférieure ou égale à 5 niveaux ou 17m. groupe d’usage 1B, si la hauteur est inférieure ou égale à 3 niveaux ou 10m. groupe d’usage 1A, si la hauteur est inférieure ou égale à 2 niveaux ou 08m.
- Classification de l’ouvrage selon la zone sismique :
D’après RPA99 V2003 (Article 3.1) Le territoire national est divisé en quatre (4) zones de sismicité croissante, définies sur la carte des zones de sismicité.
- Zone 0 : Sismicité négligeable.
- Zone I : Sismicité faible.
- Zone IIa et IIb: Sismicité moyenne.
- Zone III : Sismicité élevée.
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[15_impact-des-normes-parasismiques-sur-les-batiments-en-algerie_92]
Fig IV.1 carte de zonage sismique du territoire national algérien
Notre projet est implanté dans la wilaya de Sétif qui est classé dans une zone de sismicité moyenne ZONE II-a.
- Classification de l’ouvrage selon leur importance : RPA99 V2003 (Article 3.1)
La classification des ouvrages se fait sur le critère de l’importance de l’ouvrage relativement au niveau sécuritaire, économique et social.
- Groupe 1A : ouvrages d’importance vitale.
- Groupe 1B : ouvrages de grande importance.
- Groupe 2 : ouvrages courant ou d’importance moyenne.
- Groupe 3 : ouvrages de faible importance.
Notre projet est un bâtiment à usage d’habitation, parking et commercial, la hauteur ne dépasse pas 48m. Donc il est de Groupe d’usage 2
- Classification de l’ouvrage selon leur configuration :
- Vérification de la régularité :
Un bâtiment est classé régulier s’il est à la fois régulier en plan et en élévation. Cette vérification se fera selon le paragraphe 3.5 du RPA 99 V 2003 comme suit :
- Régularité en plan :
- Le bâtiment ne présente pas une forme symétrique au niveau RDC, entre sol et sous-sol
- Vérification des décrochements :
Les décrochements de notre bâtiment sont des balcons de longueurs différentes.
[15_impact-des-normes-parasismiques-sur-les-batiments-en-algerie_93]
Fig IV.2 limite des décrochements en plan d’après RPA 99 V 2003
[15_impact-des-normes-parasismiques-sur-les-batiments-en-algerie_94]
Fig IV.3 dimensions des décrochements des balcons
- 2+2 = 0.09 < 0.25 ….. 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑉é𝑟𝑖𝑓𝑖é𝑒
44
- 1.15+1.15 = 0.08 < 0.25 ….. 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑉é𝑟𝑖𝑓𝑖é𝑒
27
- 0.25 ≤ 𝐿𝑥 ≤ 4 … … 0.25 < 68.15 = 1.86 < 4 … … 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑉é𝑟𝑖𝑓𝑖é𝑒
𝐿𝑦 36.5
Puisque le bâtiment ne présente pas une forme symétrique, on dit qu’il n’est pas régulier en plan
- Régularité en élévation :
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Fig IV.4 limite des décrochements en élévation d’après RPA 99 V 2003
[15_impact-des-normes-parasismiques-sur-les-batiments-en-algerie_96]
𝐵‘
{ =
𝐵
Fig IV.5 forme du bâtiment en élévation
44
= 0.64 < 0.67 … … 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑁𝑜𝑛 𝑉é𝑟𝑖𝑓𝑖é𝑒
68.15
- On constate alors que le bâtiment n’est pas régulier en élévation.
- Conclusion :
Le bâtiment ne présente aucune régularité ni en plan ni en élévation, ce qui implique que la méthode statique équivalente n’est pas applicable, cela nous conduit donc à adopter la méthode d’analyse modale spectrale pour l’étude sismique.
- Calcul des efforts sismiques selon la méthode dynamique modale Spectrale
- Introduction
- Calcul des efforts sismiques selon la méthode dynamique modale Spectrale
Nous pouvons définir le Calcul de Structures Assisté par Ordinateur (C.S.A.O.) par l’ensemble des outils logiciels et des techniques informatiques qui permettent d’assister les concepteurs dans la conception et la mise au point d’un produit.
Plusieurs logiciels permettent l’analyse de structures diverses basés sur la méthode des éléments finis M.E.F.
Pour calculer les efforts sismiques selon la méthode dynamique modale spectrale en optant pour le logiciel de calcul : ETABS (v9.7.4).
IV .5.2 Présentation du logiciel ETABS :
Dans le cadre de notre travail, nous utilisons CSI ETABS 9.7.0 pour la modélisation et le calcul automatique des structures. Le programme ETABS (Extended Three-dimensional Analysis of Building Systems) est un logiciel leader en ingénierie des structures, créé en 1984 et édité par Computers & Structures Inc.
Ce logiciel est fréquemment utilisé par les ingénieurs civils pour le calcul tridimensionnel par éléments finis de bâtiments et des ouvrages de génie civil.
Les principales raisons d’utilisation de ce programme comme un outil de calcul de structures, est qu’il est utilisé pour analyser les structures en béton armé, charpente métallique ou autres matériaux de construction et sous n’importe quelle forme de chargement (ponctuel, linéaire, surfacique… etc.).
Le logiciel traite plusieurs types de chargement statique (poids propre de la structure et charges d’exploitation) ou dynamique (séisme). De plus, il dispose de plusieurs réglages pour les différentes vérifications : Eurocode, règlements américains et autres.
Le post-processeur graphique du logiciel facilite considérablement :
- La modélisation des géométries complexes de structures (définition de la géométrie, conditions aux limites, chargements de la structure,… etc.) de façon totalement graphique, numérique ou combinée, en utilisant les innombrables outils disponibles.
- L’interprétation et l’exploitation des résultats se clarifient par la possibilité de visualiser : la déformée de la structure, les diagrammes des efforts et courbes enveloppes, les champs de contraintes, les modes propres de vibration, le centre de masse et le centre de rigidité, les déplacements inter-étages, la résultante des forces pour des éléments spécifiés,… etc
- La mise en forme des notes de calcul et des rapports explicatifs sur la base de différents règlements.
Les fichiers produits par ETABS portent l’extension » EDB « . Le logiciel n’est pas disponible en français et il ne donne pas les schémas de coffrage et ferraillage pour les éléments en béton armé.
Questions Fréquemment Posées
Qu’est-ce qu’une étude dynamique dans le contexte des normes parasismiques?
L’objectif initial de l’étude dynamique d’une structure est la détermination de ses caractéristiques dynamiques propres, en considérant son comportement en vibration libre non-amortie.
Quelles sont les méthodes de calcul utilisées pour évaluer la force sismique?
Le calcul de la force sismique peut être mené par trois méthodes : la méthode statique équivalente, la méthode d’analyse modale spectrale et la méthode d’analyse dynamique par accélérogramme.
Quand peut-on utiliser la méthode statique équivalente pour le calcul sismique?
La méthode statique équivalente peut être utilisée si le bâtiment satisfait aux conditions de régularité en plan et en élévation, avec une hauteur au plus égale à 65m en zones I et II.