Renforcer la compétitivité des entreprises françaises des ... sismique Eurobois v2.pdf · Les...
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Institut technologique FCBA : Forêt, Cellulose, Bois - construction, Ameublement
Renforcer la compétitivité des entreprises françaises des secteurs
forêt, bois, pâte à papier, bois construction, ameubleme nt
face à la mondialisation et à la concurrence inter-matéri aux
Les principes de base des Eurocodes
• Pour le calcul de structures bois :
Document Norme But
– Eurocode 0 NF EN 1990 Combinaisons d’actions
– Eurocode 1 NF EN 1991-1-1 Poids propres et charges imposées– Eurocode 1 NF EN 1991-1-3 Actions de la neige– Eurocode 1 NF EN 1991-1-4 Actions du vent
– Eurocode 1 NF EN 1991-2 Actions sur les ponts et passerelles
– Eurocode 5 NF EN 1995-1-1 Vérification à froid des structures bois– Eurocode 5 NF EN 1995-1-2 Vérification au feu des structures bois– Eurocode 5 NF EN 1995-2 Vérification des ponts en bois
– Eurocode 8 NF EN 1998-1 Actions dues aux séismes
– Annexes Nationales NF EN 199X-x-x/NA Choix et Critères pour la Francede chaque document
Paramètres de sécuritéStabilité mécanique
- Puissance du séisme (magnitude) = intensité x durée;
- Intensité ~ accélération; durée moyenne ≈ 30 s.
- Echelle de Richter : Magnitude 1 à 9
- Pour exemple : 3 = passage d’un camion dans la rue
5 = pas de dégâts, pas de mouvement de meubles
A partir de 7 = extrêmement destructeur
Paramètres de sécuritéRisque sismique
A noter :
-Certaines maisons « perdent » le RDC
-Créations de rotules
-Grandes ouvertures au RDC (portes de garages, …) = effondrement
Paramètres de sécuritéRisque sismique
En moyenne : - 3 à 4 séismes par jour
- de magnitude 3
Quelques exemples :
-Lambesc : Juin 1909 (46 Morts), magnitude 6,2 sur l’échelle de Richter;
-Arette : Août 1967, magnitude 5,8 sur l’échelle de Richter;
-Epagny-Annecy : 15 Juillet 1996, magnitude 5,5 sur l’échelle de Richter;
-Guadeloupe : 21 Novembre 2004, magnitude 6,3 sur l’échelle de Richter;
-Antilles exposées à un fort aléa
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Définition du zonage sismique
Définition des catégories d’importance de bâtiment
Affectation des catégories d’importance (Impact socio économique dans la gestion de la crise post aléa)Décret = outils, valeur
Arrêté = méthode d’application
Exigence principale = non effondrement (permettre aux personnes d’évacuer le bâtiment, secours)
Exigence secondaire = limiter les dommages (impact socio économique de la perte du bâtiment)
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Zonage de 1991
Meilleures connaissances sismologique, approche probabiliste des Eurocodes
agr : accélération de référence en m/s²
Paramètres de sécuritéRisque sismique
• En face de chaque catégorie d’importance de bâtiment, l’Eurocode 8 donne un coefficient d’importance qui module l’accélération sismique de référence
Accélération utilisée pour le calcul :
ag = γγγγI.agr
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Règles simplifiées CPMI
Application possible du guide CPMI Antilles sous conditions
Recommandation : Attention aux éléments non structuraux
Paramètres de sécuritéRisque sismique
dk v
c
a
m
m
Raideur AmortissementMasse
Réponse d’une structure en situation sismique, spectre de réponse :
Séisme Structure
Réponse
Spectre de réponse élastique
Pour la France métropolitaine le spectre de type 2 a été retenu.
CPMI
Vibration de la structure = fréquence propre
Coefficient de comportement « q »
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Réponse d’une structure en situation sismique, classes de sol :
Le plus fréquent en France = sol de classe B
Plus le sol est mou, plus le séisme est amplifié
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Le coefficient de comportement « q » :
Plus la structure peut dissiper l’énergie, plus « q » est élevé.
Il joue le rôle de limiteur d’effort : effort sur la structure = F/q
Pour le bois en France : 1,5 ≤ q ≤ 3.
console, poutre bi-articulée 1,5arc à 2 ou 3 articulationsassemblagesbrochéstreillis (connecteurs) 1,5panneaux de murs+ diaphragmes colléstreillis assemblés par broches ou boulonsstructure bois auto-stable+ remplissage non porteurportique hyperstatiqueavec broches ou boulons
panneaux de murs cloués+ diaphragmes collésassemblés par clous, boulonstreillis avec assemblagesclouésportique hyperstatiqueavec broches ou boulonspanneaux de murs cloués+ diaphragmes clouéassemblés par clous, boulons
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exemples de structures q
1,5
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§8.3(1)
console, poutre bi-articulée 1,5arc à 2 ou 3 articulationsassemblagesbrochéstreillis (connecteurs) 1,5panneaux de murs+ diaphragmes colléstreillis assemblés par broches ou boulonsstructure bois auto-stable+ remplissage non porteurportique hyperstatiqueavec broches ou boulons
panneaux de murs cloués+ diaphragmes collésassemblés par clous, boulonstreillis avec assemblagesclouésportique hyperstatiqueavec broches ou boulonspanneaux de murs cloués+ diaphragmes clouéassemblés par clous, boulons
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exemples de structures q
1,5
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§8.3(1)
3
Remarque : seules les forces horizontales sont prises en compte, les forces verticales ne sont pas dimensionnantes pour le bois.
Mur ossature bois classique
Paramètres de sécuritéRisque sismique
L’implantation géographique La conception et le dimensionnement
L’exécution
Trois maillons indispensables pour obtenir la fiabilité globale d’un ouvrage :
l’Eurocode 8 souligne la nécessité d’établir des documents stipulant :
• la définition des matériaux utilisés avec leurs caractéristiques,
• la définition des éléments principaux pour la stabilité de l’ouvrage sous sollicitations sismiques,
• un plan de système qualité pour leur réalisation (suivi de chantier).
Paramètres de sécuritéRisque sismique
L’implantation géographique:
-Demander une étude de sol (connaître les caractéristiques du terrain pour caractériser les
éventuelles amplifications du mouvement sismiques.
-Consulter le Plan de Prévention des Risques de la commune (déterminer la zone sismique et se protéger des risques d’éboulement et de glissement de terrain).
-Tenir compte de la nature du sol (privilégier les configurations de bâtiments adaptées à la
nature du sol).
Paramètres de sécuritéRisque sismique
L’Eurocode 8 introduit des critères de régularité qui peuvent s’exprimer de manière générale de la façon suivante :
- Préférer les formes simples-Privilégier la compacité du bâtiment-Limiter les décrochements en façade ou en plan-Fractionner le bâtiment en blocs homogènes
- Limiter les effets de torsion-Distribuer les masses et les raideurs de façon équilibrée
- Assurer la reprise des efforts sismiques-Assurer le contreventement de la structure-Superposer les éléments de contreventement-Créer des diaphragmes horizontaux rigides à tous les niveaux
-Appliquer les règles de construction (DTU, …)
La conception :
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Le dimensionnement en capacité :
L’objectif est d’éviter les modes de rupture fragile dans le bois → Dissipation dans les assemblages.
Les modes de rupture doivent être liés à l’apparition de rotules plastiques dans les assemblages.
Autrement dit, il faut dimensionner de tel sorte que les assemblages atteignent la plasticité et que les élément bois soient moins sollicités, quitte à sur dimensionner ceux-ci.
Assemblages = fusibles de la structure
Dans le même esprit, il faut diffuser les efforts.
Exemple : Mur ossature bois
-Il faut écarter le mode de rupture du panneau
-Il faut diffuser les effort dans les pointes. A résistance global équivalente, il vaut mieux
plus de petites pointes que moins de grosses.
Cas extrême : Mur ossature bois contreventant avec feuille de papier fixée par grosses pointes !!!
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Rupture par rotule plastique des pointes Glissement des panneaux en cisaillement
Le dimensionnement en capacité :
Pas de rupture fragile du bois ou panneau (bon dimensionnement en capacité !!)
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Rupture plastique de l’ancrage qui n’est pas assez raide = risque de déchirement du panneau (mauvais dimensionnement
en capacité !!)
Le dimensionnement en capacité :
Le dimensionnement :Les déplacements doivent également être vérifiés :
-Exigence de non entrechoquement
-Limiter l’impact sur le second œuvre (verrière, …)
Paramètres de sécuritéRisque sismique
L’exécution :
-Respecter les dispositions constructives, suivi de chantier rigoureux.
-Utiliser des matériaux de qualité.
-Fixer les éléments non structuraux (cloisons, cheminées).
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Domaine d’application - Zones et bâtiments
Règles simplifiées CPMI, coefficient d’importance ≤ 1
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Domaine d’application - Conditions de site et de sol
- La pente de site doit être inférieure à 35% ;
- Si la pente est entre 10% et 35%, il faut justifier de sa stabilité ;
- En dessous de 10%, le document s’applique sous réserve que la pente soit stable ;
- Si il y a présence d’un talus ou une falaise réputés stables :
-Se référer au PPR
-Nécessité de définir en toute fiabilité la classe de sol → Etude de sol
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Domaine d’application - Autres conditions
-Aucun étage en encorbellement n’est autorisé dans ce document, quelle que soit sa portée.
Modifications ultérieures de la construction :
Les modifications structurales effectuées après la réception des travaux sont considérées comme conduisant à une nouvelle construction et doivent donner lieu à de nouvelles justifications.
Exemple :
-Surélévation ;
-Réalisation d’une ouverture dans un mur contreventant ;
-Transformation de combles en étages habitables ;
-Réalisation de garages solidaires de la construction, …
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Concevoir de manière à assurer la régularité de la construction, par exemple à éviter :
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Conception des constructions
Conception des constructions - En plan
La configuration en plan de la construction doit être simple et compacte, proche d’un rectangle. Son élancement en plan doit être limité (rapport a/b inférieur à 2.5).
Les parties biaises en plan sont admises à condition que l’angle n’excède pas 15°.
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Conception des constructions - En plan
Les retraits et saillies, pour les planchers et toitures faisant office de diaphragme sont à examiner par rapport au polygone dans lequel ils sont inscrits. Les trois conditions suivantes doivent être respectées :
Création d’un joint entre les deux parties
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Conception des constructions - En plan
Le bâtiment doit être, au moins dans la direction de sa plus grande dimension en plan, approximativement symétrique en plan pour ce qui concerne la section des panneaux de contreventement et la distribution des masses.
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Il faut prévoir un minimum de deux panneaux de contreventement parallèles dans chaque direction principale du bâtiment. Pour chacune des deux directions, la distance entre les deux panneaux de contreventement parallèles les plus éloignés doit être au moins les ¾ de la longueur de la façade parallèles à leur plan.
Conception des constructions - En plan
Dans chacune des deux directions, le rapport de la longueur cumulée des murs primaires extérieurs sur une face du bâtiment à celle située sur la face opposée doit être compris entre 0.4 et 2.5.
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Pour l’application de cette clause, peuvent être comptés comme murs extérieurs tous les murs distants de moins de 0.25xLde la rive du bâtiment. L étant la dimension en plan du plancher, comptée perpendiculairement au mur considéré.
Conception des constructions - En plan
A chaque niveau, les charges reprises par les éléments secondaires ne doivent pas excéder 20% des charges totales reprises au niveau considéré.
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Conception des constructions - En élévation
Dans le cadre de ce document, la configuration en élévation des constructions doit être telle que chaque éléments de contreventement doit être continu du sommet jusqu’à sa fondation. De plus, l’écart entre la surface des différents planchers ne doit pas excéder 20%. Au delà, un joint doit être prévu au niveau des décrochements.
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Conception des constructions - JointsDe même, la toiture ne doit pas présenter de porte à faux de plus de 1.2m. Les avancées sur poteaux doivent comporter un contreventement horizontal et un contreventement vertical.
Lorsqu’un joint est prévu entre deux blocs contigus, sa largeur doit être suffisante pour garantir l’indépendance complète de la superstructure des deux constructions. Ce joint doit être soigneusement débarrassé de tout matériau et convenablement protégé contre l’intrusion de corps étrangers, susceptibles d’en altérer le fonctionnement, postérieur à la construction.
Dans tous les cas, la largeur des joints entre deux constructions ne doit pas être inférieure à 4cm.
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Plancher
Les planchers respectent les exigences du DTU 51.3 relatif au planchers en bois. La configuration en plan des planchers respecte les critères évoqués précédemment.
La présence d’une trémie est autorisée dans les configurations ci-dessous.
4 m² maxi
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Les panneaux de plancher à mettre en œuvre sont en :
-OSB 3 ou 4 en épaisseur 18 ou 22mm,
-Panneaux de particules p4 ou p5 en épaisseur 19, 22 ou 25 mm,
-Contreplaqué à 5 plis au minimum, en épaisseur 15, 18 ou 21 mm.
Les entraxes de solivage sont des sous multiples des largeurs et longueur de panneaux. Les entraxes courants en fonction des dimensions de panneaux sont : 357, 375, 400, 500 ou 600 mm.
Le tableau ci-dessous donne les prescriptions minimales pour un fonctionnement sur trois appuis vis-à-vis réparties telles que définies plus haut (flèche au 1/400).
Plancher
Paramètres de sécuritéRisque sismique
L’épaisseur minimale bs des solives et entretoises est de 62 mm (à 12%).
La hauteur d’entretoise he doit être supérieure à 75 mm. Si elle est inférieure à la hauteur des solives hs, il convient que le rapport hs/bs soit au plus égal à 4.
Plancher
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Les prescription spécifiques pour la poutraison sont présentées dans la figure ci-dessous. Il est nécessaire de conserver une même orientation du solivage de part et d’autre d’un mur de refend.
Plancher
Paramètres de sécuritéRisque sismique
La liaison entre les diaphragmes horizontaux de planchers et les murs de contreventement (de façade ou refend) est primordiale (Détail type 1-1 ou 1-2).
Épaulement
Plancher
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Les détails suivants illustrent les liaisons entre plancher et murs de façade ou refends parallèles aux solives (Détail type 2-1 ou 2-2), dans le cas de solivage inclus dans la hauteur du mur.
Transmission directe des efforts de compression dans le plan du diaphragme. Effort de traction et de cisaillement repris par un boulonnage entre les deux solives et les lisses (idem efforts précédents).
Plancher
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Il est impératif de prévoir des ancrages adéquats entre les solives et les murs de contreventement en maçonnerie afin d’assurer une liaison efficace entre plancher et murs.
Renfort d’angle
Plancher
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Murs maçonnés = doublage AFA
Contreventement sous arbalétriers dans le cas de combles aménageables :
Charpente industrielle
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Stabilisation en toiture des pignons lourds de plus de 12 m de long :
Charpente industrielle
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Principe d’accroche des AFA sur les entretoises, des entretoises sur les fermettes et des fermettes sur les murs :
Charpente industrielle
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Les dimensions minimales imposées par le DTU 31.3 sont les suivantes :
appellations< 0,70 m 0,70 à 0,92 m
dimensions AFA 25x100 36x96
minimales FAA & FA 25x60 25x72
des CVS (cf. fig 6-60) 25x72 25x72éléments de ENT 36x72 36x72
stabilisation ADA 25x100 36x96
mm² FE 25x60 25x72
entraxes de fermesfermes industrielles
Ces éléments doivent être vérifiés en résistance (sections, instabilités et liaisons).
Charpente industrielle
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Exemple de poutre treillis connectée positionnée sous entraits et différentes mises en place :
Charpente industrielle
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Charpente traditionnelle
Les assemblages bois/bois traditionnels fonctionnent essentiellement par contact.
Il est indispensable de les concevoir de telle sorte que les risques de rupture fragile (traction perpendiculaire, cisaillement) soient écartés.
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Charpente traditionnelle
Si pente supérieure à 30°, poutre au vent en « K » dans le plan de toiture par ex.
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Exemple de stabilisation et d’ancrage:
Pas de rupture fragile en cas d’inversion d’effort (assemblage « traditionnels »)
Assemblages le plus symétriques possibles
Règles pour les assemblages
Trous ajustés pour les boulons et broches
A éviter : les diamètres > 16 mm
Proscrire les assembleurs « arrachables » (pointes lisses, crampons, etc…) sans dispositions « anti-arrachement »
Dispositions complémentaires pour limiter le risque de fendage par traction perpendiculaire
Charpente traditionnelle
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Charpente industrielle et traditionnelle, ancrages :Le dimensionnement des ancrages de charpente bois peut être abordé de manière globale en déterminant l’effort sismique global que doit reprendre l’ensemble des ancrages.
Coefficient global d’ancrage de charpente bois (kN/m²) – toiture légère sur bâtiment implanté à une altitude inférieure à 1000m.
Effort global d’ancrage = surface au sol x coéf global d’ancrage
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Coefficient global d’ancrage de charpente bois (kN/m²) – toiture semi-lourde sur bâtiment implanté à une altitude inférieure à 1000m ou toiture légère sur bâtiment implanté à une altitude supérieure à 1000m.
Charpente industrielle et traditionnelle, ancrages :
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Ossature bois
Domaine d’application :
Masses maximales des différents composants :
-Murs de façade : 235 kg/m (h=3m)
-Murs de refend : 175 kg/ml (h=3m)
-Planchers : 150 kg/m² ( compris cloisons légère 50 kg/m²)
-Charpente et toiture : 130 kg/m² (toitures légères), 175 kg/m² (toitures semi lourdes).
-Charges d’exploitation en plancher : 150 kg/m² pour les habitations.
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Ossature bois
Exemple de composition et de partition d’un mur en ossature bois :
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Ancrages :
Sont abordés ici les liaisons entre étages et entre l’ossature du rez de chaussée et la structure de soubassement ou de fondation.
Très utilisé au Japon
Ossature bois
Paramètres de sécuritéRisque sismique
Les systèmes d’ancrage, ainsi que les liaisons d’étage à étage doivent être plus résistants que les murs eux même pour un bon fonctionnement dissipatif de ceux-ci.
Ossature bois
Paramètres de sécuritéRisque sismique
La résistance exigée pour ces ancrages ou fixations est la suivante :
-pour la reprise du tranchant, un ancrage de lisse basse par voile au minimum et une fixation capable de reprendre un effort de cisaillement de 13 kN par mètre de voile.
-pour la reprise du moment de renversement, au minimum un ancrage capable de reprendre 10 kN au niveau de chaque montant d’extrémité de voile.
Résistance d’ancrage exigée au droit des montants d’extrémité de voile (kN) :
Ossature bois
Paramètres de sécuritéRisque sismique