Cette réglementation [1] ne s'applique pas aux structures spéciales, telles que les centrales nucléaires, les structures offshore 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 projet 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 associées, 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 TNCR du séisme de référence.
| Catégorie d'importance | Immeuble | Catégorie d'importance γI |
|---|---|---|
| I | Bâtiments d’importance mineure pour la sécurité des personnes (par exemple, bâtiments agricoles, etc). | 0,8 |
| II | Bâtiments courants n’appartenant pas aux autres catégories (bâtiments résidentiels et immeubles de bureaux de petite taille, ateliers, etc.) | 1,0 |
| III | Bâtiments dont la résistance sismique est importante compte tenu des conséquences d'un effondrement (grands bâtiments résidentiels, écoles, salles de réunion, centres commerciaux, etc.) | 1,2 |
| IV | Bâtiments dont l’intégrité en cas de séisme est d’importance vitale pour la protection civile (par exemple : structures importantes pour la protection des populations, 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 de la structure. 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 structure | Coefficients de comportement q | |
|---|---|---|
| Comportement structurel faiblement dissipatif | DCL (limitée) | ≤ 1,5 |
| Comportement structurel dissipatif | DCM (moyenne) | Composants en béton selon la DIN EN 1998-1, chapitre 5 Structures en acier selon la DIN EN 1998-1, chapitre 6 Structures mixtes acier-béton selon la DIN EN 1998-1, chapitre 7 Structures en bois selon la DIN EN 1998-1, chapitre 8 Structures en maçonnerie selon la DIN EN 1998-1, chapitre 9 |
| DCH (haute) |
Action sismique
La norme sismique 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 coefficient de comportement q. Le spectre de réponse modifié avec q s'appelle le spectre de calcul [1]. Le coefficient de comportement q est lié à un amortissement visqueux de 5 % de la structure.
| Région | Fonction du spectre de calcul Sd(T) |
|---|---|
| 0 ≤ T ≤ TB | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ [1 + T/TB ⋅ (2,5/q - 1)] |
| TB ≤ T ≤ TC | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q |
| TC ≤ T ≤ TD | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q ⋅ TC/T |
| TD ≤ T | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q ⋅ (TC ⋅ TD)/T2 |
Sd(T) = ordonnée du spectre de calcul
T = période de vibration d’un système oscillant linéaire à un seul degré de liberté
γI = coefficient d'importance
q = coefficient 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 les risques locaux, le pays est divisé en zones sismiques correspondantes, de 0 à 3. Le risque 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 de sismicité | Valeur de l'accélération maximale de référence au sol agR en m/s2 |
|---|---|
| 0 | Non spécifiée |
| 1 | 0,4 |
| 2 | 0,6 |
| 3 | 0,8 |
| N/A | Non 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 sol | S | TB en s | TC en s | TD en s |
|---|---|---|---|---|
| A-R | 1,00 | 0,01 | 0,20 | 2,0 |
| B-R | 1,25 | 0,01 | 0,25 | 2,0 |
| C-R | 1,50 | 0,01 | 0,30 | 2,0 |
| B-T | 1,00 | 0,01 | 0,30 | 2,0 |
| C-T | 1,25 | 0,01 | 0,40 | 2,0 |
| C-S | 0,75 | 0,01 | 0,50 | 2,0 |
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 friction 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 la vitesse caractéristique à cet emplacement selon l'altitude exacte au-dessus du niveau de la mer et les données disponibles sur cette zone. Si le site du projet n'est pas encore associé à une adresse précise, la carte peut être agrandie afin 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 affichées lorsqu'une nouvelle localisation est sélectionnée.
Ce service en ligne est disponible sur le site Web de Dlubal Software dans 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
