En Savoir +

République Algérienne Démocratique et PopulaireMinistère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

UNIVERSITE HASSIBA BENBOUALI DE CHLEF

Faculté de Génie Civil et d’Architecture

Laboratoire de Structures, Géotechnique et Risques

Laboratoire de Structures, Géotechnique et RisquesL’EQUIPE : Comportement des Structures

RECUEIL DES COMMUNICATIONS

DU

1er Workshop sur le Comportement Non Linéairedes Structures en Béton Armé

Le 30 Septembre 2014

Edité par : Prof. Dr. KASSOUL Amar

1er Workshop sur le Comportement Non Linéaire des Structures en Béton Armé

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Programme et Table des matières

9h- 9h30' Prof. Dr. KASSOUL Amar : Cérémonie d'ouverture – Objectif du Workshop

9h30'-10hDjafer Henni Imane : ETUDE DU COMPORTEMENT NON LINEAIRED’UNE STRUCTURE ELANCEE EN ZONE SISMIQUE

10h- 10h30'BOUZID Haytham : ETAT DE CONNAISSANCE SUR LA DUCTILITEET LE BETON A HAUTE RESISTANCE (BHR)

10h30'-11hOUAZIR Mansour, OUAZIR Abderrahmane : ESSAI D’ANALYSE DESEFFETS DE NIVEAUX FLEXIBLES SUR LE COMPORTEMENTSISMIQUE DES STRUCTURES ASYMETRIQUES

11h-11h15'BERADIA Mohamed : ANALYSE DE L’EFFET DU CONFINEMENTTRANSVERSAL SUR LES ELEMENTS STRUCTURAUX AVECMATERIAUX COMPOSITE

11h15' Abdessalam Halima : Oral

11h30' Prof. Dr. KASSOUL Amar : Clôture du Workshop


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ETUDE DU COMPORTEMENT NON LINEAIRE D’UNE STRUCTURE ELANCEE ENZONE SISMIQUE

Par : Imane DJAFAR HENNI, Magister en Génie Civil, Université de Chlef

Doctorante - EQUIPE : Comportement des Structures



1. INTRODUCTION

Le secteur du bâtiment est depuis quelques années le deuxième facteur de croissanceéconomique car la population est en accroissement substantielle (nord Algérien), ce quinécessite le besoin de satisfaire les exigences urbaines (assurer le nombre suffisant desbâtiments d’habitations).

Par contre, La notion de densité joue un rôle important dans de nombreusesréglementations d’urbanisme, parmi ces règles on se trouve devant la clause du Coefficientd’Occupation du Sol (COS) qui fixe la densité maximale de construction susceptible d'êtreédifiée sur un même terrain, et en vue de la rareté des terrains constructible, on a à s’orientervers la construction et le développement des immeubles de grande hauteur.

Avec les hauteurs atteintes actuellement, ce ne sont plus seulement la solidité, la rigiditéet la stabilité qu’il faut étudier mais aussi les mouvements latéraux produits par le séisme. Ils’agit donc d’optimiser les qualités du bâtiment à plusieurs niveaux.

Néanmoins, aucunes conditions prescrites dans le RPA pour le calcul non linéaire etreste applicable sous réserve de justification scientifique appropriée. Donc, on aura recours àune réglementation parasismique primordiale (Eurocode 8), qu’il vise à ce que les ouvragesde génie civil en zone sismique ne mettent pas en danger les vies humaines.

L’objectif de notre travail est l’étude du comportement non linéaire des structuresélancées en zone sismique, et de procurer à ces structures une capacité de se déformer demanière ductile au delà de sa limite élastique sans perte significative de résistance, permettantainsi l’absorption d’une grande partie de l’énergie sismique par un comportement non linéairede certaines membrures de la structure sans grand dommage.

2. METHODOLOGIE

Les codes de calcul antérieurs (RPA99, PS92, …) valorisaient les structures enpermettant de réduire par un facteur de comportement l’action de calcul qui sert àdimensionner à l’aide d’une analyse élastique, surtout s’il s’agit de la conception d’unestructure neuve, cette approche est cependant inadéquate pour la réévaluation des structuresexistantes et leur conception dont le comportement dynamique est trop complexe. Parconséquent, l’utilisation des analyses linéaires devient insuffisante, dans ce cas deux typesd’analyses non linéaire peuvent être réalisées pour évaluer la performance des structures : (1)une analyse statique non linéaire de type « pushover » générant la courbe de capacité dubâtiment soumis aux forces latéraux augmentant jusqu’à la rupture, et (2) une analyse


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dynamique incrémentale temporelle générant la courbe de réponse dynamique du bâtimentlorsqu’il est soumis à un séisme.

2.1Méthode Statique Non Linéaire

Le calcul statique non-linéaire en poussée progressive (ou pushover) représente unealternative très intéressante, elle permet d’évaluer les mécanismes d’effondrement attendus etla distribution des dommages dans la construction. La relation avec le problème dynamiqueest assurer par la définition d’un déplacement cible, déplacement maximal atteint par lastructure. La procédure de la performance est fondée sur deux mots clés sont la demande et lacapacité. La demande est une représentation du mouvement du sol. La capacité est unereprésentation de la capacité de la structure de résister à la demande. La performance dépendd’une manière que la capacité est capable de gérer la demande. En d'autres termes, la structuredoit avoir la capacité de résister aux demandes sismiques.

Les procédures d'analyse non-linéaire simplifié utilisent la méthode pushover, quinécessitent le développement d'une courbe pushover en appliquant d’abord des chargesgravitaires et ensuite des forces latérales monotonement croissantes avec une distribution bienspécifiée suivant la hauteur.

Selon l’Eurocode8, au moins deux distributions des forces doivent être considérées, etdans notre travail sont utilisées :

- la méthode du spectre de capacité (CSM, ATC40), utilisée avec une distributionSRSS, = ∑

(1)S : l’effort tranchant à la base, ce modèle peut être utilisé si plus de 75% de la masse

totale est contribue dans le mode fondamentale dans la direction sous considération. Ledernier modèle de charge qui désigner le modèle spectral, qui doit être utilisé quand les effetsdes modes supérieurs sont importants. Ce modèle est basé sur la combinaison modale desforces en utilisant SRSS (racine carrée de la somme des carrées).

δi : le déplacement de nœud (terrasse) j résultant d’une analyse modale spectrale de lastructure supposée linéairement élastique. Le spectre approprié du mouvement de sol doit êtreutilisé pour l’analyse modale spectrale.

mi est la masse de l’étage i.

- la méthode des coefficients (DCM, FEMA273), utilisée avec :

distribution uniforme = ∑ (2)distribution adaptive = ℎ∑ ℎ (3)hi est la hauteur d’étage i à partir de la base


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L’exposant k=1 pour la période fondamentale T1≤ 0.5 sec, k=2 pour T1≤ 2.5 sec, etvarie linéairement entre eux.

- la méthode N2 de l’Eurocode8, utilisée avec une distribution triangulaire,= ℎ∑ ℎ (4)La figure (1) montre la forme de la distribution du chargement latéral. On remarque que

les deux distributions (triangulaire et SRSS) sont dans le même niveau de croissance, parailleurs, la distribution adaptive montre une large ampleur aux niveaux supérieurs et ladistribution uniforme reste moyenne dans touts les niveaux.

Figure 1: Formes de la distribution du chargement latéral dans les deux directionsprincipales.

2.2. Méthode Dynamique Temporelle Non Linéaire

L’analyse dynamique temporelle non linéaire est une solution de remplacement àl’analyse statique non linéaire. L’analyse dynamique incrémentale offre l’avantage deconsidérer les propriétés dynamiques de la structure et tient compte ainsi de la modificationde la rigidité et de la période de la structure sous la sollicitation dynamique. Les limites deperformance identifiées sur la courbe de réponse sont définis selon des limites dedéplacements inter-étages. Du point de vue structural on considère les limites de performancesuivantes : (1) Occupation immédiate, (2) Sécurité des occupants et, (3) Prévention del’effondrement. On peut ainsi relier un niveau d’accélération à une limite de performance dubâtiment.


6

Par ailleurs, les analyses temporelles sont répétées pour plusieurs séismes, couvrantainsi plusieurs régions de sismicités différentes. Donc pour ce travail deux enregistrementssismiques sont utilisés, comme montre le tableau 1et la figure(2).

Tableau 1. Caractéristiques des enregistrements sismiques choisis.

Séisme Date Magnitude Lieud’enregistrement

Accélération du solmaximale (PGA)

Boumerdes 23/05/2003 6,8 KADDARA 0,340 g

El Centro 19/05/1940 7,2 EL CENTRO 0,349 g

(a) Séisme de Boumerdes 2003 (b) Séisme d’El Centro 1940Figure 2 : Séismes utilisés

3.DESCRIPTION DE LA STRUCTURE ETUDIEE

On a choisi d’étudier un bâtiment à vingt niveaux contreventé par des portiquesautostables en béton armé dimensionné selon le règlement parasismique Algérien et situé enzone de moyenne sismicité.

Figure 3 : Vue en perspective de la structure


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6












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3. RESULTATS ET DISCUTION

En utilisant les formules (1 à 4) précédentes, les formes de différente distribution desforces sismiques selon la hauteur de la structure étudiée (uniforme, triangulaire, adaptive etSRSS), sont illustrées dans la figure1 et les courbes de capacité résultantes sont tracées dansla figure4.

La figure (4) illustre les courbes de capacité en considérant quatre modes de distributiondes charges latéraux : uniforme, adaptive, triangulaire et SRSS. Elles présentent plusieursinclinaisons et des chutes caractérisant la dégradation progressive de la rigidité de la structure,car les éléments de la structure au-delà de la limite élastique commencent à se plastifier.

Figure 4 : Courbes de Capacité des différentes distributions du chargement latéral.

On constate que les courbes de capacité résultantes des distributions du chargement(triangulaire, adaptive et SRSS) sont sensiblement identiques, par contre celle résultante de ladistribution uniforme montre un écart important par rapport aux autres et reflète un efforttranchant important pour la même valeur de déplacement donc elle est plus sécuritaire maismoins économique.

Pour évaluer la performance de notre structure, la courbe Pushover est insuffisante pourqu’on puisse dire que la résistance sismique est bien utile, on doit aussi voir les coordonnéesdu point de performance qui peut être visiblement notable dans les courbes de fragilitégénérales des quatre distributions montrées sur la Figure (5). Les courbes de la Figure (5) sontobtenues en intégrant le spectre de réponse règlementaire correspondant à la zone sismiqueactuelle (zone IIa). D’après cette figure, on remarque que les coordonnées du point deperformance sont sensiblement les mêmes pour les distributions du chargement (uniforme,adaptive et SRSS) et cela au milieu du domaine plastique, par contre celui générant de ladistribution triangulaire garde la même valeur du (Sa/g) mais avec une valeur du (Sd) audébut de plastification, ce qui signifie que la méthode N2 de l’Eurocode 8 donne des résultatsplus fiables pour assurer la résistance des structures.


8

Figure 5 : Courbes de fragilité des différentes distributions du chargement latéral.

Figure 6 : Distribution des rotules plastiques.

La Figure (6) montre la possibilité de la formation des rotules plastiques et leurspositionnements dans la structure pour les deux méthodes statique et dynamique non linéaire.D’après cette figure, on constate que la méthode statique non linéaire provoque l’apparitiondes rotules plastiques du type de ruine contrairement à la méthode dynamique non linéaire qui

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Sa/g

Sd(m)

spectre de capacité idéaliséspactre de capacitéspectre élastique RPAspectre inélastique

T*=2.78s

=1=0.3

Tc=0.5s

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,1 0,2 0,3

Sa/g

Sd (m)

spectre élastique RPA

spectre de capacité

spectre inélastique


8




0,5 0,6 0,7 0,8

spectre de capacité idéaliséspactre de capacitéspectre élastique RPAspectre inélastique

T*=2.78s

=10

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,1 0,2

Sa/g

Sd (m)




0,3 0,4 0,5




0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,1 0,2

Sa/g

Sd (m)


8




0,3 0,4 0,5

Sd (m)




0,3 0,4 0,5Sd (m)





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garde la structure en toute sécurité, se qui signifie que la MDNL donne des résultats actuelleset disponible par rapport à l’enregistrement sismique utilisé contrairement à la MSNL qui estune poussée progressive du chargement latéral qui entraine la structure jusqu’à la ruine. Enconséquence, la structure dimensionnée selon le règlement parasismique Algérien résiste bienaux enregistrements sismiques utilisés.

La figure (7) montre la comparaison de la réponse de la structure obtenue par lesdifférentes méthodes pushover utilisées (uniforme, adaptive, triangulaire et SRSS) d’une partet la méthode dynamique temporelle non linéaire d’autre part.

Figure 7: Comparaison de la réponse de la structure obtenue par la MSNL et MDNL


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- Selon la figure (7), les déplacements latéraux maximaux obtenus lors d’analysestatique non-linéaire varient entre (1.76%H) et (1.25%H), utilisant les quatre différentesdistributions, qui sont supérieur à ceux calculés par la méthode temporelle non-linéaire qui nedépassent pas (0.33%H) sous la demande sismique celui de El centro.

- La comparaison en termes de déplacement relatif montre que ce dernier atteint unevaleur maximale de 2.56% de la hauteur d’étage qui présente une surestimation par rapport audéplacement relatif calculé par l’analyse temporelle non-linéaire (0.43%he) sous la mêmedemande sismique.

- Les valeurs des efforts tranchants d’étage évaluées par la méthode pushover sontinférieures sur le long du bâtiment à celles calculées par la méthode dynamique temporellenon-linéaire, et que ces valeurs restent les plus proches à celles calculées par la méthodedynamique dans les étages moyens par contre ils sont avec une importante amplitude dans lesétages supérieurs et inférieurs.

5. CONCLUSION

Le principal objectif de ce travail est l’évaluation de la performance sismique desstructures de bâtiments élancés contreventés par des portiques auto-stables en béton armédimensionnés selon les prescriptions du règlement algérien le RPA99, en utilisant la méthodestatique non-linéaire.

Dont ce contexte, différentes méthodes d’analyses ont été sélectionnées à partir d’uneétude bibliographique permettant d’éclairer notre choix pour l’évaluation de la capacité et lademande de résistance en termes de déplacements cibles et efforts tranchants à la bases d’unbâtiment à vingt niveaux.

L’outil numérique employé dans cette étude est simple et facile d’utilisation. Enl’occurrence le logiciel informatique SAP2000 permettant la modélisation en éléments finisdes structures qui conduit à l’obtention de la courbe de capacité. L’interface graphique de laméthode statique non-linéaire N2 est programmée sur feuille d’Excel, car elle n’est pasintégrée dans le logiciel contrairement à ceux de l’ATC40 et FEMA273.

D’après ce travail on peut conclure que les méthodes simplifiées (la méthode statiquenon linéaire) sont faciles à manipuler pour évaluer la performance sismique contrairement à laméthode dynamique non linéaire qui reste complexe.

6. REFERENCES

DTR B C 2 48. 2003. "Règles Parasismiques Algériennes RPA99/Version 2003". Centrede Rechreche Appliquée en Génie Parasismique, Alger.

EC8, ENV 1998-1-3, Eurocode 8. 1998. "Calcul des structures pour leur résistance auxséismes. Partie 1 : Règles générales, actions sismiques et règles pour les bâtiments".Comité Européen de normalisation.

Jingjiang, S & al. 2003. "Lateral load pattern in pushover analysis". Earthquakeengineering and engineering vibration. Vol. 2, No. 1.

Fajfar, P. 2000. "A nonlinear analysis method for performance-based seismic design.Earthquake Spectra". Earthquake spectra, 16(3): 573-592.


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Fajfar, P. 2007. "Seismic assessment of structures by a practice oriented method".A.Ibrahimbegovic and I. Kozar (eds.), Extreme Man-Made and Natural Hazards in Dynamics ofStructures, 257–284.

HEMSAS Miloud. 2010."Modélisation par macro-éléments du comportement non-linéaire des ouvrages à voiles porteurs en béton armé sous action sismique". Thèsedoctorat, université BORDEAUX 1.

NZS 4203:1992. 1992. "General Structural Design and Design Loadings for Buildings",Wellington, Standards Association of New Zealand

CSI (Computer and Structures Inc). 1999. Web tutorial2-quick pushover analysis tutorial.Inc.Berkeley, California.


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ETAT DE CONNAISSANCE SUR LA DUCTILITE ET LE BETON A HAUTERESISTANCE (BHR)

Par : Bouzid Haytham

Doctorant LMD - EQUIPE : Comportement des Structures



1. INTRODUCTION

Récemment le béton à haute résistance est plus en plus utilisé dans la construction desdifférentes structures en béton armé en raison de ces avantages, mais cette utilisation estinfluencée négativement sur la ductilité locale des éléments structurelles poutres, poteaux,dalles et etc... , cette ductilité est encore appelée ductilité en courbure. La ductilité despoutres en béton armé est très importante pour éviter une rupture fragile des structures. Dansce contexte il est indispensable de bien connaitre les deux significations ductilité et béton àhaute résistance.

Dans ce petit travail ont présente un revue sur la ductilité d’une façon générale etd’autre façon spéciale sur la ductilité des éléments structurelles, et par la suite des notionssur le béton à haute résistance.

2. ASPECTS GENERAUX SUR LA DUCTILITE

2.1. Notions sur la ductilité

Avant 1960 la notion de ductilité a été utilisée seulement pour la caractérisation ducomportement du matériau, après les études de Housner des problèmes sismiques et lestravaux de recherches de Baker dans la conception plastique, ce concept a été étendu pour lesstructures [Gioncu V., Mazzolani F.M 2002].

Dans la pratique courante de la conception parasismique, le terme ductilité utilisé pourévaluer la performance des structures, en indiquant la quantité d’énergie sismique qui peutêtre dissipée par les déformations plastiques. L’utilisation de la notion de ductilité donne lapossibilité de réduire les efforts de conception sismiques, et permet de produire des dégâtscontrôlées dans la structure même en cas de fortes secousses sismiques [Gioncu V.,Mazzolani F.M 2002].

Dans le domaine de la conception non linéaire des structures en béton armé, la ductilitédéfinit la capacité d’une structure de subir une déformation après la fin de sa phase élastique,avec une dégradation significative de sa rigidité. Il existe plusieurs types de ductilités, dans ledomaine des structures la ductilité de structure est le types le plus important, elle permet deprédire la capacité ultime d’une structure, qui constitue la propriété la plus importante pour laconception des structures sous charges exceptionnelles où accidentelles [Gioncu V.,Mazzolani F.M 2002].


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2.2. Facteur de ductilité

Le facteur de ductilité μ∆ est le rapport entre la déformation maximale y et ladéformation à la fin de la phase élastique u [Park R. 1989], [Bertero V.V 1988], où :

∆ = ∆∆

Figure 1. Facteur de ductilité [Park R. 1989].

2.3. Relation « Déformabilité – Ductilité – Facteur de ductilité»

La déformabilité est la capacité d’un matériau, un élément de structure ou une structureentière à se déformer avant la rupture (Figure 1.2). Par contre la ductilité est la capacité d’unmatériau, élément de structure ou une structure entière à subir une déformation après la fin desa phase élastique, avec réduction significative de sa rigidité [Bertero V.V 1988]. La figure.2montre la différence entre la ductilité et la déformabilité

Figure .2 : Déformabilité –Ductilité –Facteur de ductilité [Bertero V.V 1988],


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∆ = ∆∆






13



∆ = ∆∆






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Il est noté qu’une structure peut avoir une grande déformabilité mais aura une faibleductilité. Cependant, le facteur de ductilité, est le rapport entre la déformation maximal et ladéformation obtenu à la fin de la phase élastique Figure .2. La figure .3 illustre clairement ladifférence entre la ductilité et le facteur de ductilité, par exemple les voiles sont généralementune faible ductilité par contre ils possèdent une large valeur du facteur de ductilitécomparativement aux portiques en béton armé [Sebai K.], [Bertero V.V 1988].

Figure 3 : Déformabilité et ductilité du voile et portique en béton armé [Sebai K.].

2.4. Relation « Ductilité – Fragilité »

La ductilité est l’un des paramètres qui caractérisent le comportement post élastique dela structure. Pour les éléments en béton armé, lorsque le palier de plasticité est important, ondit que l’élément est ductile. Cependant, lorsque ce palier est court, on dit que l’élément estfragile (Figures 4 et 5). Généralement, un comportement fragile aura lieu dans le cas oul’élément est sous armé (quantité d’armature insuffisante) et dans le cas ou l’élément est arméen excès, l’élément est dit rigide [Sebai K.][ Park R. 1989].


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Figure 4 : Comportement « ductile et fragile » [Sebai K].

Figure 5 : Ductilité et fragilité [Sebai K][ Gioncu V., Mazzolani F.M 2002].


15




15




16

2.5. Différents types de ductilité

Il ya beaucoup de problèmes discutables dans les définitions ci-dessous, en raison dufait qu’ils ont une définition précis et un sens quantitatif que pour le cas idéalisé ducomportement élasto-plastique parfaitement linéaire monotone. Leur utilisation conduit à uned’ambiguïté et une confusion dans la réalité, où le comportement de la structure diffèresensiblement idéalisée. D’après la littérature, on rencontre Cinq types de ductilités (tableau 1).Dans la suite, on présente ces types [Gioncu V., Mazzolani F.M 2002].

- La ductilité de déformation [Gioncu V., Mazzolani F.M 2002] [Gioncu V 2000][Kassoul A., SEBAI K. 2011] – la ductilité du matériau, ou ductilité axiale, qui caractérise lesdéformations plastiques des matériaux. Son facteur de ductilité est quantifié par le rapport dela déformation de rupture du matériau (u) et la déformation à la fin de la phase élastique(y) ; où :

u /y.

- Ductilité en courbure [Gioncu V., Mazzolani F.M 2002] [Gioncu V 2000] [Kassoul A.,SEBAI K. 2011] – ductilité de la section transversale, ou ductilité locale, qui se renvoie à desdéformations plastiques de la section transversale, en tenant compte l’interaction entre lesparties composant la section transversale elle-même e, son facteur est exprimé par le rapportde la courbure ultime de la section u et la courbure à la fin de la phase élastique y ; où :

μ u / y

- Ductilité de rotation [Gioncu V., Mazzolani F.M 2002] [Gioncu V 2000] [Kassoul A.,SEBAI K. 2011] – ductilité des éléments, ou ductilité intermédiaire, lorsque les propriétés deséléments (poutres, poteaux ; etc.) sont considérés, son facteur est déterminé par le rapport dela rotation ultime de l’élément u et la rotation à la fin de la phase élastique y ; où :

u / y

- Ductilité de déplacement – ductilité de structure, ou ductilité globale, qui estime lecomportement de la structure entière, leur facteur est exprimé par le rapport du déplacementultime de la structure u et le déplacement à la fin de la phase élastique y ; où :

= u / y.

Généralement, ce facteur traduit le coefficient de comportement des structures dans lescodes parasismiques [Gioncu V., Mazzolani F.M 2002] [Gioncu V 2000][Kassoul A., SEBAI K. 2011].

- Ductilité énergétique [Gioncu V., Mazzolani F.M 2002] [Gioncu V 2000][Kassoul A., SEBAI K. 2011] – dans la conception parasismique, la mesure du ratio del’énergie sismique dissipée est quantifiée par la ductilité énergétique. Cette ductilité est lecumul des ductilités de structure et des éléments, la ductilité de l’élément dépend de la sectionet de ductilité des matériaux le facteur de ductilité énergétique est exprimé paruy


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Tableau 1 : Différents types de ductilités [Gioncu V., Mazzolani F.M 2002].

Type de ductilité Configuration du type Facteur de ductilité

Ductilité du matériau(ductilité de déformation)

= εε

Ductilité de la sectiontransversal (ductilité localou en courbure)

= χχ

Ductilité de l’élément(ductilité en rotation)

μ = θθ

Ductilité de structure(ductilité de déplacementou ductilité cinématique)

μ = δδ

Ductilité énergétique μ = EE


17




= εε


= χχ


μ = θθ


μ = δδ



17




= εε


= χχ


μ = θθ


μ = δδ



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2.6 DUCTILITES REQUISE ET DISPONIBLE

2.6.1. Ductilités requise

Une valeur très importante dans la conception sismique est la limite de ductilité. Cettelimite n’est pas nécessairement la plus grande dissipation d’énergie possible, mais unchangement significatif du comportement structural faut s’attendre à ductilités plus grandesque ces ductilités limites. Deux types de limites de ductilités peuvent être définis (Gioncu1997,1998) [Gioncu V., Mazzolani F.M 2002]. Ce type de ductilité est influencé par plusieursparamètres. Le tableau 2 résume ces paramètres

Tableau 2 : Paramètres influençant sur la ductilité globale [Gioncu V 2000].

La ductilité requise

mouvements de terre réponse de la structure

source

Type de séisme Profondeur de centre de séisme

Fondation

Type de fondation L’isolement de la base mécanisme d’écrasement

Distance à la source

prés ou loin à la source atténuation

Système de structure

type de structure mécanisme d’effondrement

Le site

profil de sol amplification durée

Elément non structuraux

interaction limite d’endommagement limite d’effondrement

Ductilité globale

2.6.2. Ductilités disponible

La ductilité disponible, Résultant du comportement de la structures en tenant compte desa performance, propriétés des matériaux, le type de section, les charges gravitationnelles et ladégradation de rigidité [Gioncu V., Mazzolani F.M 2002]. Ce type de ductilité est influencépar plusieurs paramètres. Le tableau 3 résume ces paramètres.


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Tableau 3 : Paramètres influençant sur la ductilité locale [Gioncu V 2000].

La ductilité disponible

Eléments en béton armé assemblages métalliques

Matériau

Grade d’acier

La vitesse de déformation

Qualité de béton

Panneau d’assemblage

Type de panneau

mécanisme de cisaillement

mécanisme d’écrasement

Section transversale

Type de section

élancement du mur

interaction du mur

Les semelles des poteaux en I

type de poteau

mécanisme plastique

Eléments

déformation-durcissement

flambement

les forces axiales

charges cycliques

liens

type de liens

mécanisme plastique local

chargement cyclique

la vitesse de déformation

Ductilité locale

2.4. Relation entre les différents types de ductilités

Dans les structures complètes, la relation entre ductilité disponible (locale) et la ductilitérequise (globale) est aussi compliquée. Elle est en fonction de la topologie de la distributiond’énergie de la structure. La demande de ductilité globale peut correspondre à des demandesde ductilité locales beaucoup plus importantes. Par exemple, pour un pilier de pont un facteurde ductilité globale de 4 à 5 correspond à un facteur de ductilité locale varie entre 12 à 16[Sebai K.][ Amr S. et al 2008]. La figure 6 montre une corrélation entre la ductilité locale et laductilité globale.


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Figure 6 : Relation entre les niveaux de ductilité [Sebai K.][Amr S. et al 2008].

2.7. Classe de ductilité

L’Eurocode 8 [Eurocode 8. 2004] divise la ductilité des structures en trois classes ; àsavoir : la classe de ductilité limitée (DCL), la classe de ductilité moyenne (DCM) et la classede ductilité élevée (DCH). Ce code fait un lien direct entre la ductilité en courbure disponibledurant le dimensionnement de chaque section et de la ductilité globale, en imposant descritères de ductilité locale [Eurocode 8. 2004]. Il est a noté que les règles parasismiquesalgériennes appuyées directement ces recommandations sur la conception des structures avecune classe de ductilité élevée (RPA99/v 2003, 2003) [Kassoul A., SEBAI K. 2011]. La figure1.7 montre bien les classe de la ductilité [Gioncu V., Mazzolani F.M 2002].

Comportement des matériaux

Ductilité des matériaux

Comportement des sections

Ductilité en courbure

Déformation axial (ε)

Déformation latérale (ƴ)

Flexion en courbure(X)

Comportement des éléments Comportement des connections

Flexion en rotation(θ) Comportement d‘Etages

Ductilité en rotation Ductilité en rotation

Comportement du système

Ductilité globale de déformation

Ductilité en translation Ductilité en rotation


21

Figure 7 : classe de comportement des éléments [Gioncu V., Mazzolani F.M 2002].


22

3. NOTIONS SUR LE BETON A HAUTE RESISTANCE (BHR)

3.1 Définition de béton a haute résistance

La résistance à la compression est généralement considérée comme la principalepropriété caractéristique du béton. Depuis la découverte du béton armé, les études ont étéaxées sur la recherche des méthodes permettant de renforcer cette résistance. Des progrèsconsidérables ont été enregistrés dans ce domaine au cours de ces dernières décennies. AuxEtats-Unis, durant les années 1950, une résistance à la compression de 35 Mpa étaitconsidérée comme une résistance élevée. Dans les années 1970, la limite a été portée à 70Mpa, alors qu’en 1990, la notion de béton à haute résistance était réservée à un béton d’unerésistance à la compression comprise entre 80 et 100 Mpa [Geert De Schutter, Apers J. 2007].

Selon la norme européenne EN 206-1, le béton est considéré comme un ‘béton à hauterésistance’ à partir d’une classe de résistance de C55/67. Le premier nombre derrière la lettreC fait référence à la résistance à la compression caractéristique mesurée sur des cylindres de300 mm de hauteur et d’un diamètre de 150 mm, et le deuxième nombre, à la résistance à lacompression caractéristique mesurée sur des cubes de 150 mm de côté. La définition neprécise aucune classe de résistance maximale. Elle peut cependant être de facto déduite de laliste des classes de résistance possibles allant jusqu’ à la classe C 100/115 (tableau 4).

Tableau 4 : caractéristiques de résistance et de déformation suivant la norme EN1992-1-1 :2004 [Geert De Schutter, Apers J. 2007].

notation Classe de résistance béton a haute résistance

fck [Mpa] 12 16 20 25 30 35 40 45 50 55 60 70 80 90

fck, cube [Mpa] 15 20 25 30 37 45 50 55 60 67 75 85 95 105

fcm [Mpa] 20 24 28 33 38 43 48 53 58 63 68 78 88 98

fctm [Mpa] 1.6 1.9 2.2 2.6 2.9 3.2 3.5 3.8 4.1 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0

Ecm [Gpa] 27 29 30 31 33 34 35 36 37 38 39 41 42 44

εc1 [‰] 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.25 2.3 2.4 2.45 2.5 2.6 2.7 2.8 2.8

Avec :

notation Définition

fck Résistance a la compression sur cylindre en [Mpa]fck, cube résistance a la compression sur cube en [Mpa]fcm résistance moyenne en compression en [Mpa]fctm résistance moyenne en traction en [Mpa]Ecm module d’élasticité secant en [Gpa]εc1 déformation au pic de contrainte en [‰]


23

3.2 Béton à hautes performances (BHP)

L’augmentation de la résistance à la compression du béton s’accompagne fréquemmentde l’amélioration d’autres propriétés, comme la résistance à la traction, la rigidité, larésistance à l’usure, la durabilité, comme montre le tableau 4 Pour certaines applications, cespropriétés peuvent même être plus essentielles que le niveau de résistance atteint. Dans un caspareil, le choix des composants et de la composition ne doit pas être axé sur l’obtention d’unerésistance maximale, mais davantage sur l’obtention d’une prestation optimale des propriétéssouhaitées. La résistance supérieure obtenue est – pour ainsi dire – une incidence de secondordre [Geert De Schutter, Apers J. 2007].

Dans ce cadre, le contenu de l’expression ‘béton à haute résistance’ s’avère insuffisant.Nous lui préférerons dès lors l’appellation ‘béton à hautes performances’, qui est clairementplus générale. Il est parfaitement possible d’obtenir un béton présentant des hautesperformances pour une propriété donnée, tout en ne possédant pas une résistance nettementsupérieure.

3.3. Composition du béton a haute résistance

Le béton à haute résistance, ou plus généralement le béton à hautes performances, secompose de granulats, d’eau, de ciment, de super-plastifiant, et éventuellement d’une addition(souvent, des fumées de silice). Un retardateur de prise y est parfois ajouté pour augmenter letemps de mise en œuvre. Le super-plastifiant et le retardateur doivent être réciproquementcompatibles, ainsi qu’avec le ciment utilisé [Geert De Schutter, Apers J. 2007].

Les granulats connus pour les bétons ordinaires conviennent en principe également pourun béton à haute résistance. Si une résistance supérieure est souhaitée, la résistance mécaniquedu granulat est d’autant plus importante. La forme joue également un rôle : les granulatsconcassés permettent d’obtenir un gain de résistance supérieur à 10 Mpa. En outre, lediamètre maximal du grain ne peut pas être trop grand [Geert De Schutter, Apers J. 2007].

3.4 Propriétés du béton à haute résistance

3.4.1 Effets de la température sur le béton en cours de durcissement

En raison de la teneur élevée en ciment, la production de chaleur, inhérente auprocessus de l’hydratation, s’intensifie dans le béton à hautes performances par rapport aubéton ordinaire. Ce phénomène peut dès lors induire, même dans des éléments qui nepourraient pas être spontanément qualifiés de ‘massifs’, des contraintes thermiquesrelativement élevées.

3.4.2 Comportement en compression

Lorsqu’un béton doté d’une résistance normale est comprimé, les fissures d’adhérenceentre la matrice de mortier et le granulat se propageront autour des granulats. A un niveauproche de la résistance à la compression, ces fissures d’adhérence se propageront à toute lamatrice de mortier, entraînant l’apparition de fissures dans le mortier. En définitive, le bétoncèdera sous l’effet de tout un réseau de fissures ininterrompues dans le mortier, alors que lesgranulats ne subiront aucun dommage (figure 8).


24

Figure 8 : Béton ordinaire (fissures d’adhérence et fissures dans le mortier) [Geert DeSchutter, Apers J. 2007].

Le béton à hautes performances se caractérise par une meilleure adhérence entre lesgranulats et la matrice de ciment. En outre, la résistance de la matrice sera pratiquement égaleà la résistance des granulats. Dès lors, l’apparition et le développement de fissuresd’adhérence ou de microfissures seront retardés. A l’approche de la rupture, les fissures seseront désormais généralement propagées au travers des granulats (figure 9).

Figure 9 : Béton a haute résistance (les granulats sont également fissurés) [Geert De Schutter,Apers J. 2007].

Sur le diagramme contrainte-déformation (figure 10), ce phénomène s’exprime par uncomportement légèrement plus linéaire par rapport au béton de résistance conventionnelle. Demême, le béton à hautes performances présente un retrait plus marqué après l’obtention de larésistance à la compression, c’est-à-dire après la rupture du béton, et la portance tendra trèsrapidement vers la valeur zéro. Le BHP présente en d’autres termes un comportement derupture fragile plus marqué que le béton de résistance conventionnelle.


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Figure 10 : Diagramme contrainte – déformation [Geert De Schutter, Apers J. 2007].

3.4.3 Comportement en traction

Généralement, la résistance à la traction du béton est liée à la résistance à lacompression. En ce qui concerne le béton conventionnel, différentes formules sontappliquées. Dans la norme EN 1992-1-1 :2004, une formule différente est proposée pour lebéton à haute résistance par rapport au béton conventionnel (tableau 4). Un élément essentielest cependant le caractère fragile du béton à hautes performances, signalé ci-dessus. Dès quela résistance est atteinte, la portance tendra très rapidement vers la valeur zéro.

3.4.4 Rigidité

Le module d’élasticité du béton est essentiellement déterminé par les propriétés desgranulats et de la matrice de mortier. Au fur et à mesure que la matrice se consolide et serigidifie, le béton présentera également une rigidité accrue. Le module d’élasticité du béton àhautes performances est dès lors toujours lié à la résistance à la compression (tableau 4).

3.4.5 Durabilité

Etant donné la structure plus dense des pores du béton de hautes performances, cematériau affiche un meilleur comportement face aux mécanismes d’agression. La plupart desprocessus de dégradation sont en effet causés par l’entrée de substances agressives, telles quedes chlorures, du dioxyde de carbone, des acides,… Si la pénétration de ces substances dansle béton est entravée, comme dans le cas du BHP, les processus de dégradation y afférant nepourront bien évidemment se produire que bien plus tard. Quoi qu’il en soit, il convienttoujours de veiller à la pureté des éléments constitutifs du béton, afin d’éviter toute agressionpar des mécanismes internes (présence de sulfates, d’alcalis, de granulats réactifs, …).

Toutefois, la durée d’utilisation d’une construction est en grande partie égalementdéterminée par les conditions d’exécution. Dans ce cadre, nous avons déjà fait allusion ci-


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dessus au risque de fissuration prématurée résultant des effets thermiques et du retrait(principalement endogène). La présence de telles fissures peut influencer sensiblement ladurabilité de la construction.

3.5. Confinement du béton armé

3.5.1 Notions sur le confinement du béton armé

Le confinement du béton est assuré par le ferraillage transversal, généralement sousforme de spires ou de cadres en acier étroitement espacés. Pour de faibles contraintes dans lebéton, l’intervention du ferraillage transversal en tant qu’armature de confinement est nonsignificative par conséquent le béton est considéré comme non confiné. Le béton devienteffectivement confiné lorsque les contraintes développées par le noyau du béton s’approchentde la résistance uni-axiale. Les déformations transversales deviennent très importantes enraison de la fissuration interne progressive dans le béton qui s’appuie sur le ferraillagetransversal, qui à son tour répond par une réaction de confinement sur le béton la figure 11montre les régions du béton confiné dans deux types de sections carrés et circulaires [HachemR. 2004].

Figure 11 : confinement du béton [Hachem R. 2004].

3.5.2. Paramètres influents sur la relation contrainte-déformation du béton confiné

La relation contrainte déformation du béton confiné dépend de plusieurs facteursnotamment [Hachem R. 2004] :

1. Le rapport du volume d’acier transversal au volume du béton confiné, parce qu’uncontenu élevé du ferraillage transversal signifiera une pression de confinement élevée.

2. La résistance élastique de l’acier transversal, parce que celle ci donne une limitesupérieure à la pression de confinement [Karamichalis N. 2001].

3. L’espacement de l’acier transversal, augmente l’efficacité du confinement et contrôlela condition de non flambement comme illustré dans la figure 12.


27

Figure 12 : Effet de l’espacement du ferraillage transversal

Sur L’efficacité du confinement [Hachem R. 2004][ Park R., Paulay P. 1975].

4. Forme et configuration de l’armature transversale, le confinement par les cerces‘cadres circulaires’ est plus efficace car il s’approche du cas idéal celui de la pressionhydrostatique, voir figure 13.

Figure 13 : Influence de la forme de l’armature transversale [Hachem R. 2004][ Victor D.].


27






27






28

La figure 14 montre le gain en résistance et en déformation dans le noyau du bétonconfiné pour des sections pourvues relativement de mêmes taux d’armature longitudinale ettransversale et d’un même espacement.

Spécimens ayant la configuration A exhibent une faible amélioration dans la résistancedu béton et la ductilité, cependant les spécimens ayant la configuration C présentent le plus degain en résistance et en ductilité.

Figure 14 : Influence de la configuration de l’armature transversale [Hachem R. 2004][Sheikh S.A., Uzumeri S.M. 1983].

5. La résistance du béton, parce que le béton de faible résistance est un peu plus ductileque le béton de haute résistance.

6. Le rapport entre le diamètre de la barre transversale à la longueur non soutenue desbarres longitudinales, effectivement, une barre transversale de faible diamètre n’estefficace qu’au droit des angles étant donné sa faible rigidité flexionnelle, cependantl’augmentation du diamètre transversale par rapport à la longueur des barres maintenues vasans doute améliorer l’action du confinement en raison de l’importance cette fois de larigidité flexionnelle de la barre s’opposant efficacement à l’expansion volumétrique dubéton à l’intérieur du noyau, dans le cas d’une spire circulaire cette variable n’a aucunesignification : de par sa forme la spire sera mise en traction axiale et généra une pressionradiale uniforme au béton.

7. La quantité et les dimensions des barres longitudinales. Les barres longitudinales sonthabituellement de grand diamètre, et le rapport du diamètre de barre à la longueur nonmaintenue est généralement pris de façon que les barres puissent confiner efficacement lebéton. Cependant, les barres longitudinales doivent être placées étroitement contre l’aciertransversal, parce que celui ci fournit les réactions de confinement aux barres


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longitudinales, et si le mouvement des barres longitudinales est nécessaire pour les mettreen contact efficace avec l’acier transversal, l’efficacité de confinement sera réduite.

En dehors de l’acier transversal le béton n’est pas confiné, et cet enrobage possède descaractéristiques contrainte-déformation différentes du béton à l’intérieur du noyau. Le bétond’enrobage commence généralement à se détacher quand la résistance non confiné est atteinte,en particulier si le taux du ferraillage transversal est élevé, parce que la pression développépar un grand nombre de barres transversales crée un plan ou une surface de faiblesse entre lebéton confiné et non confiné et précipite l’éclatement. Ainsi pour des taux d’acierstransversaux élevés la contribution du béton d’enrobage aux contraintes élevées devrait êtreignorée. On suppose généralement que le béton d’enrobage a les caractéristiques du bétonnon confiné jusqu’à la contrainte d’éclatement. Si le contenu en acier transversal est faible, lebéton d’enrobage tendra à éclater moins aisément et tendra à agir plus avec le noyau confiné.Dans ce cas le béton d’enrobage peut être pris en compte [Hachem R. 2004][ Park R., PaulayP. 1975].

4. CONCLUSION

Dans cette intervention, en premier lieu on a met l’accent sur quelques aspects généraux surla ductilité, à savoir : le facteur de ductilité, les relations « Déformabilité – Ductilité – Facteurde ductilité», et « Ductilité – Fragilité » ainsi que les différents types de ductilité. En secondlieu, on a exposé des notions sur le béton à haute résistance (BHR), comme la composition dubéton a haute résistance et les propriétés du béton à haute résistance. Enfin, on a donné unaperçu sur le béton confiné, où les paramètres influents sur la relation contrainte-déformationdu béton confiné sont exposés.

Cette partie, constitue le premier de notre thèse de doctorat. Il reste par la suite de présenter laméthode d’évaluation de la ductilité et l’étude paramétrique.

5. RÉFÉRENCES

[Amr S. et al 2008] Amr S. Elnashai., Luigi Disarno Amr, ‘Fundamentals of earthquakeengineering’, John Wiley and Sons, New York, 2008.

[Bertero V.V 1988] Bertero V.V., State of the art report –Ductility based structural design,Proceedings of Ninth world conf. earthquake eng., Vol. 3, Tokyo, Japon, 673–686, 1988.

[Eurocode 8. 2004] EN 1998–1 (2004) Eurocode 8: Design Provisions for EarthquakeResistance of Structures, Part 1: General Rules, Seismic Actions and Rules for Building,European Committee for Standardization, CEN, Brussels.

[Geert De Schutter, Apers J. 2007]Geert De Schutter, Apers J., ‘Le Béton À HautesPerformances’, FEBELCEM-Fédération de L’industrie Cimentière Belge, juillet 2007.

[Gioncu V 2000] Gioncu Victor, ‘Framed structures. Ductility and seismic response’,Journal of Constructional Steel Research , vol. 55, 125–154, 2000.

[Gioncu V., Mazzolani F.M 2002] Gioncu V., Mazzolani F.M., ‘Ductility of SeismicResistant Steel Structures’, 2002.

[Hachem R. 2004] Hachem R., ‘Etude de la Ductilité de Déplacement des Poteaux en BétonArmé’, Thème de Magister, Département de Génie Civil, Université Mentouri Constantune,2003-2004.


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[Karamichalis N. 2001] Karamichalis N., ‘Curvature Ductility of Reinforced ConcreteBeams’, Msc Thesis, UMIST, September 2001.

[Kassoul A., SEBAI K. 2011] Kassoul A., SEBAI K., ‘analyse du critère de la ductilitélocale de quelques structures en béton arme dimensionnées selon les règles parasismiquesAlgériennes RPA99/v2003’, 1er Séminaire National de Génie Civil sur les Matériaux etProtection de l’Environnement.

[Park R. 1989] Park R., Evaluation of ductility structures and structural assemblages fromlabortory testing. Bulletin of the New Zeland National Society for Earthquake Engineering,Vol. 22, No 3, 155-165, 1989.

[Park R., Paulay P. 1975] Park R., Paulay P., ‘Reinforced Concrete Structures’, John Wileyand Sons, New York, 1975.

[Sebai K.] Sebai K., ‘Quantification De La Ductilité Des Constructions Autos-Tables EnBéton Armé Dimensionnées Selon Le Règlement Parasismique Algérien RPA 99/V-2003’Thème de magistère, Département de Génie Civil, Université Hassiba Ben Bouali De Chlef.

[Sheikh S.A., Uzumeri S.M. 1983 ] Sheikh S.A., Uzumeri S.M., ‘Strength and Ductility ofTied Concrete Columns’, Journal of the Structural Division, May,1983.

[Victor D.] Victor Davidovici, ‘Génie Parasismique’, Presse de l’Ecole Nationale des Ponts etChaussées.


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ESSAI D’ANALYSE DES EFFETS DE NIVEAUX FLEXIBLES SUR LECOMPORTEMENT SISMIQUE DES STRUCTURES ASYMETRIQUES

OUAZIR Mansour1, OUAZIR Abderrahmane2

1Doctorant - EQUIPE : Comportement des Structures, Laboratoire de Structures, Géotechnique etRisques, UNIVERSITE HASSIBA BENBOUALI DE CHLEF2Département de Génie Civil et d’Architecture, Université Abd Al Hamid Ibn Badis de Mostaganem

1. INTRODUCTION

Le phénomène de l’étage souple ou transparent, connu dans la littérature spécialiséesous le nom de “soft-storey”, est certainement le dégât sismique le plus répandu car, commeen témoigne le récent séisme de Boumerdes, il est responsable d’une majeure partie deseffondrements de bâtiments.

Il s’agit d’un niveau du bâtiment libéré d’éléments structuraux encombrants comme lesvoiles (ou murs porteurs) qui y sont interrompus et remplacés par des poteaux. Les exemplesles plus "parlants" sont les niveaux de "réception" des grands hôtels (rareté des cloisons ou,parfois, hauteur de niveau plus importante que celle des étages courants...) ou des étages noncloisonnés pour des raisons fonctionnelles (salles informatiques, d’équipements spéciaux…).Cette configuration implique un comportement sismique particulièrement défavorable, carl’immeuble s’affaisse alors sur son rez-de-chaussée (figure 1).

Par ailleurs, les structures en portiques dans lesquelles sont disposés des murs deremplissage sont particulièrement sujettes aux ruines « d’étage souple », car leur analyse aumoment du projet est souvent effectuée en considérant que la structure est une ossature enportiques et que les parois de remplissage sont non structurelles et n’interviennent que parleur masse. Malgré la prise en compte de cette irrégularité verticale du “soft-storey” par denombreux codes sismiques internationaux, notamment les Règles Parasismiques Algériennes,il a été observé que le phénomène est responsable de l’effondrement de beaucoupd’immeubles réputés parasismiques (figure 2).

L’étage souple est celui qui montre une diminution significative de rigidité latérale oude résistance de celui au-dessus (généralement 70% moins raide). Ainsi, à cause de la trèsgrande rigidité des niveaux adjacents au niveau transparent, des articulations plastiquespeuvent se former aux extrémités des poteaux avec des résultats la transformation du niveauen mécanisme.

Les structures comportant un étage souple doivent être considérées comme desconstructions non courantes, c’est-à-dire irrégulières. Car elles ont un comportementparticulièrement dangereux donnant lieu qu’à très faible dissipation d’énergie au droit de latransparence, de sorte que la réponse de la partie supérieure, considérée comme un blocindéformable, est extrêmement amplifiée.

Ce problème de niveaux transparents est traité, par la majorité des codes parasismiquesen vigueur, au niveau de l’irrégularité verticale, à l’instar de l’eurocode 8 ou les règlesparasismiques algériennes.


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Figure 1 : Bâtiment avec un RDC soupledans une seule direction, constitué degarages (4 murs de séparation dans le senstransversal et un mur et trois portails dans lesens longitudinal) : mécanisme d’étage, avecapparition de rotules plastiques auxextrémités des poteaux

Figure 2 : Immeuble de bureaux avec unétage supérieur souple : mécanisme d’étage,avec apparition de rotules plastiques auxextrémités des poteaux. Les étages adjacentssont presque intacts.

2. ETAT DE L’ARTLe phénomène de l’étage souple est identifié depuis longtemps. Ainsi, en 1925, durant

le tremblement de terre de Santa Barbara, Dewell et Willis ont identifié pour la première foisle problème de niveaux transparents en rez-de-chaussée causant l’effondrement de bâtimentsen maçonnerie.

De même, dans des périodes plus récentes, avec l'utilisation grandissante des structuresen béton armé, beaucoup de bâtiments à plusieurs étages ont été endommagés durant lesséismes de Caracas en 1967 et de Mexico en 1985. Et les experts dans leurs rapports post-

Etagesouple

RDCsouple

Rotuleplastique


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Etagesouple

RDCsouple

Rotuleplastique


32






Etagesouple

RDCsouple

Rotuleplastique


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sismiques s’accordent à dire que les étages souples sont à l’origine de nombreuxeffondrements de constructions (environ un pourcentage de 10%).

Depuis le problème de l’étage souple est pris en compte de façon plus ou moinsexplicité par les codes parasismiques internationaux. Cette prise en compte, qui se réduit àvérifier uniquement l’irrégularité verticale de la structure, varie d’un pays à l’autre.Néanmoins, on peut la résumer par au-moins deux cas de figure suivants :

L’étage souple est celui dont la rigidité latérale est inférieure à 70% de celle de l’étagesitué immédiatement au-dessus ou inférieure à 80% de la rigidité latérale moyenne des troisétages situés immédiatement au-dessus (RPA 99/2003, FEMA310, Eurocode 8, IS 1893,…).

Selon le code parasismique turc (TEC), l’étage souple est, dans toute direction duséisme, celui dont le coefficient d'irrégularité de rigidité, qui est le rapport entre ledéplacement relatif de l’étage i et celui de l’étage du dessus i+1, est plus grand que 2.0.

Par ailleurs, Certains codes, à l’instar des RPA, suggèrent que les systèmes comportantdes transparences sont en général à éviter. Sinon, outre la pénalisation par un coefficient decomportement adéquat (R=2), il y a lieu de prendre toutes les dispositions à même d’atténuerles effets défavorables prévisibles. En revanche, l’Eurocode 8 préconise, en cas d’irrégularitésnotables en élévation (par exemple, réduction sensible des remplissages sur un ou plusieursniveaux par rapport aux autres niveaux), les effets de l’action sismique dans les élémentsverticaux des niveaux concernés doivent être augmentés, à défaut d’une modélisation plusprécise de ces remplissages.

Plusieurs recherches ont mis en évidence les paramètres ou les facteurs qui influent surl’existence d’étage souple dans une structure :

1) hauteur de l’étage souple

2) Rigidité et distribution des poteaux dans l’étage souple

3) Propriétés des murs de remplissages

4) Classe et propriétés du sol.

5) Nombre d’étages

6) Conditions sismiques

Ceci étant dit, comme on peut le constater si l’irrégularité verticale est largement priseen compte, l’irrégularité en plan, quant à elle, à travers la rigidité de torsion l’est moins. A cesujet, de plus en plus de recherches soulignent son rôle important dans le comportement del’étage souple.

La présente étude sera consacrée au comportement des niveaux transparents dans lesstructures asymétriques


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3. REFERENCES

[1] M.H. Arslan, and H.H. Korkmaz, “What is to be learned from damage and failure ofreinforced concrete structures during recent earthquakes in Turkey?” Journal of EngineeringFailure Analysis, Vol.14, No.1 Pp. 1 - 22, 2007.

[2] S.S. Dyavanal, and B.M. Gudadappanavar, “Performance Based Evaluation of SeismicCode Provisions for Soft Storey Buildings” International Journal of Earth Sciences andEngineering, Vol.03, No.4, Pp. 661-670, 2010.

[3] F. Hejazi1, S. Jilani, J. Noorzaei, C. Y. Chieng, M. S. Jaafar, “Effect of Soft Story onStructural Response of High Rise Buildings”, IOP Conf. Series: Materials Science andEngineering, Vol.17, Pp.1- 13, 2011.

[4] H.B. Kaushik, D.C. Rai, S.K. Jain, “Effectiveness of some strengthening options formasonry-infilled RC Frames with open first storey”, Journal of Structural Engineering,ASCE, Vol.135, No.8, Pp. 925-937, 2009.


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ANALYSE DE L’EFFET DU CONFINEMENT TRANSVERSAL SUR LES ELEMENTSSTRUCTURAUX AVEC MATERIAUX COMPOSITE

Par : BERRADIA Mohammed

Doctorant - EQUIPE : Comportement des Structures



1. INTRODUCTION

Dans le domaine du génie civil, les matériaux composites sont utilisés pour lerenforcement et la réhabilitation d’éléments structuraux en béton armé, tels que les poutres,les dalles, les colonnes et les murs. Les premières recherches sur l’application de cenouveau matériau destinées aux ouvrages de génie civil datent de 1980, bien que ce soitplutôt vers 1990 que le matériau est utilisé, d’abord sur une base expérimentale, puisprogressivement sur une base commerciale.

Le confinement des colonnes en béton se réalise à l’aide d’enveloppes enmatériaux composites à base de fibres de verre, de carbone ou d’aramide. Ces enveloppesappliquées aux colonnes améliorent le confinement du béton, ainsi que sa ductilité et sarésistance en compression. Les différents composites offrent des modules d’élasticité etdes rigidités variés pouvant modifier le comportement axial et radial du béton confiné.

L’objectif de ce travail est de développer un modèle de confinement transversal avecmatériaux composite des poteaux et des poutres, en tenant compte des facteurs locauxcaractérisant notre environnement. Le modèle est basé sur une étude comparative desdifférents modèles de confinement existants dans la littérature actuelle basé sur des étudesexpérimentales, et une étude paramétrique des facteurs influençant le confinement, à traversle développement d’un programme informatique.

2. PRESENTATION DES TRAVAUX

Je commence les travaux par la première partie qui ce divise en trois chapitres :

Le chapitre I.1 présente les différentes techniques employées dans les travaux derenforcement ou de réparation des structures en béton armé. Il montre aussi quelquescauses qui conduisent à un renfort structurel toute en présentant de différentes procédures derenforcement et de réparation des structures y compris celle de l’utilisation despolymères renforcés de fibres «PRF».

3. REHABILITATION AVEC DES MATERIAUX COMPOSITES

La majorité des dommages des structures en béton sont causés par des déficiencesau niveau de détails de construction des éléments structuraux. Bien que les causes quiconduisent à un renfort structurel soient aussi nombreuses que le nombre de structureselles-mêmes. Citons par exemple : l’accroissement des charges qui sollicitent la structure, la


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rénovation des structures anciennes, le changement de la forme de la structure, les dégâts dansla structure, la nécessité d’améliorer les conditions en service.

Les travaux de réhabilitation ou de réparation des colonnes ont conduit à la recherche denouvelles méthodes de renforcement à partir de méthodes connues, telles que l’installation deschemises en acier (steel jacket) autour des colonnes en béton. L’intérêt pour desmatériaux composites collés offre des avantages évidents. Entre autres, ils permettent unefacilité d’installation et une durabilité accrue comparativement à l’enveloppe d’acierconventionnelle.

Dès 1980, plusieurs chercheurs et manufacturiers développent des techniquesd’utilisation adaptées au nouveau matériau. Mais, c’est depuis 1990 que l’utilisation descomposites connaît sa véritable croissance comme méthode de réhabilitation. Lescomposites couramment utilisés sont à base de fibres de carbone ou de fibres de verre. Cesfibres ont une résistance en traction, dans le sens longitudinal, supérieure à celle del’acier de structure. Par contre, ils ont des modules d’élasticité généralement inférieursà ceux de l’acier. Les propriétés mécaniques et chimiques varient selon le type et le volumede fibres et de résine, ainsi que de la qualité de la production. Ces facteurs influencentdifféremment le comportement des structures en béton renforcées par matériaux composites.

les enveloppes de matériaux composites répondent généralement aux besoins quenécessitent les réhabilitations actuelles de colonnes en béton armé à cause de leurspropriétés mécaniques. Cette méthode permet d’augmenter la résistance en compressionaxiale et les déformations ultimes avant rupture. De plus, selon la littérature, le comportementsismique de la colonne confinée par matériaux composites est grandement amélioré.

Le chapitre I.2 présente une introduction aux matériaux composites, les constituants,les propriétés mécaniques et les différents procédés de mise en œuvre des renfortscomposites. Il met en évidence l’intérêt des polymères renforcés de fibres «PRF» dans ledomaine du bâtiment et des travaux publics.

4. MATERIAUX COMPOSITES

Un matériau composite est constitué de deux matériaux différents etcomplémentaires permettant d’obtenir un matériau dont la performance dépasse celle descomposants pris individuellement.

Le matériau composite étudié est donc constitué de fibres qui représentent le renfort etde résine qui représente la matrice.

Les comportements mécaniques et physiques peuvent être modulés enmodifiant les éléments suivants :

la nature des constituants,

la proportion des constituants,

l’orientation des fibres.

Les fibres procurent les principales propriétés mécaniques du matériau composite,comme la rigidité, la résistance et la dureté. Les fibres de verre, de carbone et d'aramide sontles principaux matériaux de renfort utilisés dans le domaine de la réhabilitation et durenforcement des structures de ponts ou de bâtiments.

La matrice constitue le matériau de liaison assurant la cohésion et le transfertdes contraintes à l’ensemble du matériau composite, elle procure aussi une protection


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contre les agressions du milieu. La matrice de type époxy occupe présentement la plus grandepart du marché pour ce qui est de l’application de renforts structuraux externes. D’autres typesde résines, tels que les résines à base de polyester et vinylester, sont également utilisés.

Le chapitre I.3 présente une étude bibliographique sur le développement des différentsmodèles de confinement établis pour le béton confiné avec des matériaux composites. L’étudeprend en compte et recense les différents paramètres utilisés dans l’établissement de chaquemodèle. Ce chapitre permet de cerner d’avantage l’option de proposer un nouveau modèle deconfinement.

5. REVUE DE LITTERATURE DES MODELES DE CONFINEMENT

Plusieurs modèles simples mais permettant de décrire le comportement descolonnes confinées à l’aide de tubes ou de frettes en acier sont actuellement disponibles(Knowles et Park 1970, Sheikh 1982, Sheikh et Uzumuri 1980, Mander et al. 1988, etSaatcioglu et Razvi 1992). Ces modèles furent adaptés et implantés dans la majorité descodes et normes modernes. Toutefois, les modèles relatifs aux colonnes en béton arméconfinées à l’aide de matériaux composites collés en surface sont, très peu documentés.

Les matériaux composites à base de fibres «PRF» ne sont utilisés pour leconfinement du béton que depuis le début des années 1980. Quelque modèle deconfinement présenté dans le tableau suivant :

Tableau 1. Modèles de confinement

Année Chercheurs f’cc εcc

1994Saadatmaneshet al.

1998 Samaan et al

1999 Saafi et al

2002ACIcommittee440

2007 Youssef et al

2013WonsiriPunurai et al

fcu= f’c+6.14fr0,75


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Le travail à suivre est basé sur une étude paramétrique des facteurs influençant leconfinement, à travers le développement d’un programme informatique. En utilisant lesmodèles présentés dans le Tableaux1.

6. BIBLIOGRAPHIES

Priestley M.J.N., Seible F., Calvi G.M., (1996) – Seismic design and retrofit of bridges –Wiley-Interscience Publication, John Wiley & Sons, Inc. 686p

Chai Y.H., Priestley M.J.N., Seible F., (1991) – Seismic retrofit of circular bridge columns forenhanced flexural performance – ACI Structural Jour nal 88-S59, pp. 572-584

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