Guide de Conception du Génie Civil des INB du CEA Texte.pdf

AGS SNGEN RDN RDN GUI SIIT SIIT 0605 rév A

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Guide de conception Génie Civil des INB du CEA

Ce guide de conception a été : - (*) rédigé par par le Groupe de travail en Génie Parasismique Parasismique : MM

   

LAFOLIE François LEBELLE Marc SOLLOGOUB Pierre PAYEN Thierry

(DAM/DIF/DP2I), (DAM/DIF/DP2I), (PMR/DPSN/SSN), (PMR/DPSN/ SSN), (DEN/DANS/DM2S), (DEN/DANS/DM 2S), (DEN/DANS/DM2S), (DEN/DANS/DM2S),

- (**) vérifié par par le groupe de travail : MM  REYNAL Jean-Claude (DAM/DIF/DP2I), (DAM/DIF/DP2I),  LAFOLIE François (DAM/DIF/DP2I), (DAM/DIF/DP2I),  LEBELLE Marc (PMR/DPSN/SSN), (PMR/DPSN/ SSN),  SOLLOGOUB Pierre (DEN/DANS/DM2S), (DEN/DANS/DM 2S),  COMBESCURE COMBESCURE Didier (DEN/DANS/DM2S). (DEN/DANS/DM2S).

Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Ce guide de conception a été : - (*) rédigé par par le Groupe de travail en Génie Parasismique Parasismique : MM

   

LAFOLIE François LEBELLE Marc SOLLOGOUB Pierre PAYEN Thierry

(DAM/DIF/DP2I), (DAM/DIF/DP2I), (PMR/DPSN/SSN), (PMR/DPSN/ SSN), (DEN/DANS/DM2S), (DEN/DANS/DM 2S), (DEN/DANS/DM2S), (DEN/DANS/DM2S),

- (**) vérifié par par le groupe de travail : MM  REYNAL Jean-Claude (DAM/DIF/DP2I), (DAM/DIF/DP2I),  LAFOLIE François (DAM/DIF/DP2I), (DAM/DIF/DP2I),  LEBELLE Marc (PMR/DPSN/SSN), (PMR/DPSN/ SSN),  SOLLOGOUB Pierre (DEN/DANS/DM2S), (DEN/DANS/DM 2S),  COMBESCURE COMBESCURE Didier (DEN/DANS/DM2S). (DEN/DANS/DM2S).



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TABLEAU DES EVOLUTIONS

EDITION Indice A

MOTIF ET NATURE DES EVOLUTIONS

Edition initiale

DATE 30/06/2008


AGS SNGEN RDN GUI SIIT 0605 rév A

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SOMMAIRE

TABLEAU DES EVOLUTIONS ................................................................................................3 1. OBJET..................................................................................................................................9 2. INTRODUCTION ................................................................................................................13 3. DOMAINE D’APPLICATION..............................................................................................15 4. DOCUMENTS DE REFERENCE .......................................................................................17 5. DEMARCHE D’ETABLISSEMENT DES CRITERES ET METHODOLOGIES DE DIMENSIONNEMENT ............................................................................................................19 5.1.

Fonctions de Sûreté ....................................................................................................................................................19

5.2.

Exigences de Sûreté ................................................... ........................................................... ...................................... 19

5.3.

Exigences de comportement ......................................................................................................................................20

5.4.

Critères de justification..............................................................................................................................................20

5.5.

Logigramme ..................................................... ........................................................... ................................................ 21

5.6.

Exemple : participation du génie civil au confinement ...........................................................................................22

5.7.

Méthodologie d’étude.................................................................................................................................................22

6. CONCEPTION D’ENSEMBLE ...........................................................................................25 6.1.

Généralités ..................................................................................................................................................................25

6.2. Conception d’ensemble des bâtiments résistant au séisme ......................................................... ............................ 25 6.2.1. Principes de base ......................................................... ........................................................... ...................................... 25 6.2.2. Conception du système structural.................................................................................................................................26 6.2.2.1. Eléments sismiques primaires et secondaires..........................................................................................................26 6.2.2.2. Conception de structuration parasismique...............................................................................................................27 6.2.2.2.1. Conception de structuration générale......................................................................................................................28 6.2.2.2.2. Structuration parasismique vis-à-vis des effets verticaux du séisme .................................................... .................. 29 6.2.2.2.3. Structuration vis-à-vis des effets horizontaux du séisme ................................................... ..................................... 29 6.2.2.3. Conception vis-à-vis des effets d’ensemble du séisme .................................................... ...................................... 30 6.2.3. Autres principes généraux ..................................................... ........................................................... ............................ 30 6.2.3.1. Simplicité de la structure.........................................................................................................................................30 6.2.3.2. Uniformité, symétrie et hyperstaticité ............................................................ ......................................................... 31 6.2.3.3. Résistance et rigidité dans les deux directions horizontales....................................................................................31 6.2.3.4. Résistance et rigidité à la torsion.............................................................................................................................32 6.2.3.5. Action des diaphragmes au niveau des étages.........................................................................................................32 6.2.3.6. Fondations adéquates ....................................................... ........................................................... ............................ 32 Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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6.2.4. Régularité .......................................................... ........................................................... ................................................ 33 6.2.5. Conditions de sol et implantation .................................................... ........................................................... .................. 34 6.2.6. Espace de séparation entre ouvrages ......................................................... ........................................................... ........35 6.3.

Préfabrication – ouvrages en béton armé.................................................................................................................36

7. EXIGENCES DE COMPORTEMENT.................................................................................39 7.1.

Généralités ..................................................................................................................................................................39

7.2. 7.2.1. 7.2.2. 7.2.3.

Exigences de comportement associées à la fonction confinement...........................................................................39 Exigence de participation au confinement optimisé PCO ...................................................... ...................................... 40 Exigence de participation au confinement amélioré PCA ..................................................... ...................................... 41 Exigence de participation au confinement standard PCS ....................................................... ...................................... 41

7.3. 7.3.1. 7.3.2. 7.3.3.

Exigences associées à la fonction résistance .............................................................................................................42 Exigence de supportage d’équipements SP ........................................................ .......................................................... 42 Exigences de stabilité S ......................................................... ........................................................... ............................ 43 Exigence de non-interaction NI....................................................................................................................................44

7.4. 7.4.1. 7.4.2. 7.4.3.

Autres exigences .........................................................................................................................................................45 Exigences particulières.................................................................................................................................................45 Exigences combinées....................................................................................................................................................46 Absence d’exigences particulières AEX ........................................................... .......................................................... 46

8. MODELISATION DES STRUCTURES ..............................................................................47 8.1. Modèles d’ensemble....................................................................................................................................................47 8.1.1. Modélisation du sol de fondation .................................................... ........................................................... .................. 47 8.1.1.1. Généralités ................................................... ........................................................... ................................................ 47 8.1.1.2. Méthode par modélisation du sol ......................................................... ........................................................... ........47 8.1.1.3. Décollement ........................................................... ........................................................... ...................................... 48 8.1.1.4. Enfoncement du bâtiment dans le sol......................................................................................................................49 8.1.1.5. Fondations profondes ....................................................... ........................................................... ............................ 49 8.1.2. Modélisation de la structure principale.........................................................................................................................50 8.1.2.1. Généralités ................................................... ........................................................... ................................................ 50 8.1.3. Autres charges permanentes – Surcharges ......................................................... .......................................................... 51 8.1.4. Modélisation des liquides à surface libre......................................................................................................................51 8.1.5. Remblais et surcharges environnantes, nappes phréatiques ................................................... ...................................... 51 8.1.5.1. Principes..................................................................................................................................................................51 8.1.6. Equipements intervenants dans le comportement dynamique d’ensemble...................................................................52 8.2. Modèles locaux............................................................................................................................................................53 8.2.1. Modèles locaux des ouvrages en béton ..................................................... ........................................................... ........53 8.2.2. Modèles locaux des ouvrages en charpente métallique acier ........................................................... ............................ 53 8.3.

Variations des paramètres du modèle et Données standards .................................................................................53

9. DEFINITION DES ACTIONS..............................................................................................55 9.1.

Généralités ..................................................................................................................................................................55

9.2.

Actions permanentes ........................................................... ........................................................... ............................ 56

9.3.

Actions variables.........................................................................................................................................................56

9.4.

Actions accidentelles...................................................................................................................................................58 Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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10.

COMBINAISONS DES ACTIONS..................................................................................61

10.1. Ouvrages parasismiques en béton armé ......................................................... .......................................................... 61 10.1.1.Combinaisons d’actions................................................................................................................................................61 10.1.1.1. Combinaisons à l’état limite ultime (ELU) .................................................... ......................................................... 62 10.1.1.2. Combinaison à l’état limite de service (ELS)..........................................................................................................62 10.1.1.3. Exemples de pondérations – béton armé ........................................................ ......................................................... 62 10.2. Ouvrages parasismiques en charpente métallique acier ................................................... ...................................... 63 10.2.1.Combinaisons d’actions................................................................................................................................................63 10.2.1.1. Combinaisons des actions – CM66 ................................................... ........................................................... ........63 10.2.1.2. Exemples de pondérations – CM66..................................................... ........................................................... ........64 10.2.1.3. Combinaisons à l’état limite ultime (ELU) – Eurocode n°3 ....................................................... ............................ 64 10.2.1.4. Combinaisons à l’état limite de service (ELS) – Eurocode n°3 .................................................. ............................ 64 10.2.1.5. Exemples de pondérations – Charpente métallique – Cas EC3...............................................................................65

11.

METHODES DE CALCUL DES SOLLICITATIONS SISMIQUES ................................. 67

11.1. Calcul Spectral............................................................................................................................................................69 11.1.1.Principes .................................................. ........................................................... .......................................................... 69 11.1.2.Formulation de la méthode spectrale [voir Annexe 4]..................................................................................................70 11.2. Calcul temporel linéaire.............................................................................................................................................71 11.2.1.Précautions d’emploi ................................................... ........................................................... ...................................... 71 11.3. Calculs temporels applicables aux structures non linéaires....................................................................................73 11.3.1.Principes .................................................. ........................................................... .......................................................... 73 11.3.2.Domaine d’application .......................................................... ........................................................... ............................ 73 11.3.3.Recommandations ....................................................... ........................................................... ...................................... 74 11.4. Calcul spectral avec coefficient de comportement...................................................................................................77 11.4.1.Généralités....................................................................................................................................................................77 11.4.2.Principes .................................................. ........................................................... .......................................................... 78 11.4.3.Calcul et règles particulières.........................................................................................................................................78 11.4.3.1. Coefficient de comportement - Bâtiments et ouvrages en béton.............................................................................80 11.4.3.1.1.Cas des règles PS92 ......................................................... ............................................................ ........................... 80 11.4.3.1.2.Cas de l’Eurocode 8................................................................................................................................................80 11.4.3.2. Coefficient de comportement - Bâtiments et ouvrages en charpente métallique acier............... ............................ 80 11.4.3.2.1.Cas des règles PS92 ......................................................... ............................................................ ........................... 80 11.4.3.2.2.Cas de l’Eurocode 8................................................................................................................................................80 11.5. Calcul en poussée progressive ...................................................................................................................................81 11.5.1.Généralités....................................................................................................................................................................81 11.5.2.Mise en œuvre ................................................... ........................................................... ................................................ 82 11.5.2.1. Modèle de structure.................................................................................................................................................82 11.5.2.2. Efforts latéraux :......................................................................................................................................................82 11.5.2.3. Caractéristiques des sections...................................................................................................................................83 11.5.2.4. Etudes paramétriques ....................................................... ........................................................... ............................ 83 11.5.2.5. Critères d'acceptabilité ..................................................... ........................................................... ............................ 83 11.6. Calculs statiques linéaires simplifiées .................................................... ........................................................... ........85 11.6.1.Méthode........................................................................................................................................................................85 11.6.2.Chargement statique équivalent....................................................................................................................................85 11.6.2.1. Structures rigides.....................................................................................................................................................85 11.6.2.2. Structures monomodales .................................................. ........................................................... ............................ 86 11.6.2.3. Structures multimodales..........................................................................................................................................86 11.6.3.Utilisation du chargement statique équivalent..............................................................................................................87 11.6.4.Domaine de validité......................................................................................................................................................87 11.6.5.Domaine d’application .......................................................... ........................................................... ............................ 87 Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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12.

CRITERES DE JUSTIFICATION DES EXIGENCES DE COMPORTEMENT ...............89

12.1. Généralités ..................................................................................................................................................................89 12.2. Béton armé ....................................................... ........................................................... ................................................ 89 12.2.1.Critères de justification - Participation au confinement - PC .......................................................... ............................ 89 12.2.1.1. Participation au confinement optimisé - PCO ........................................................ ................................................ 89 12.2.1.1.1.Participation au confinement optimisé niveau 2 - béton précontraint avec revêtement PCOR-BP ...................... 90 12.2.1.1.2.Participation au confinement optimisé niveau 1 - béton précontraint sans revêtement PCO-BP ......................... 91 12.2.1.1.3.Participation au confinement optimisé niveau 2 - béton armé avec revêtement – PCOR-BA............................... 91 12.2.1.1.4.Participation au confinement optimisé niveau 1 - béton armé sans revêtement – PCO-BA ................................. 92 12.2.1.2. Participation au confinement amélioré - PCA.................................................................. ...................................... 93 12.2.1.2.1.Participation au confinement amélioré niveau 1 - PCA.................................................... ..................................... 93 12.2.1.3. Participation au confinement standard – PCS ........................................................ ................................................ 94 12.2.2.Critères de justification aux exigences de comportement associées à la résistance......................................................95 12.2.2.1. Critères de justification - Supportage d’équipements - SP......................................................................................95 12.2.2.2. Critères de justification - Stabilité - S ........................................................... ......................................................... 96 12.3. Critères de justification - Non-interaction - NI........................................................................................................98 12.4. Charpente métallique...............................................................................................................................................100 12.5. Béton précontraint....................................................................................................................................................100 12.6. Tableaux des critères de justification aux exigences de comportement vis-à-vis du risque sismique ............... 101 12.6.1.Généralités..................................................................................................................................................................101 12.6.2.Tableaux des critères de justification - Ouvrages en béton armé ..................................................... .......................... 101 12.6.3.Tableaux des critères de justification - Ouvrages en charpente métallique Acier ..................................................... 102 12.6.4.Tableaux des critères de justification - Ouvrages en béton précontraint ................................................... ................ 102

13.

DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES ............................................................................103

13.1. Dispositions constructives – Bâtiments et ouvrages en béton armé .....................................................................105 13.1.1.Généralités..................................................................................................................................................................105 13.1.1.1. Domaine d’application ..................................................... ........................................................... .......................... 105 13.1.1.2. Termes et définitions.............................................................................................................................................105 13.1.2.Principes .................................................. ........................................................... ........................................................ 105 13.1.3.Principes de dispositions au sens du code béton armé................................................................................................106

14. DOMAINE DE VALIDITE DES METHODES EN FONCTION DES EXIGENCES DE COMPORTEMENT...............................................................................................................107 14.1. Rappels ................................................... ........................................................... ........................................................ 107 14.2. Tableau général décrivant le domaine de validité .................................................................................................108

15.

SPECTRES DE PLANCHERS.....................................................................................109

15.1. Principes ........................................................... ........................................................... .............................................. 109 15.2. Méthode de calcul des transferts de spectres .........................................................................................................109 15.3. Modèle de la structure primaire..............................................................................................................................110 15.4. Paramètres des calculs de transfert de spectre ........................................................ .............................................. 110 15.4.1.Interaction entre structure primaire et équipement ....................................................... .............................................. 111 15.4.2.Echantillonnage en fréquence.....................................................................................................................................111 Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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15.4.3.Prise en compte des directions de séisme..................................................................... .............................................. 112 15.4.4.incertitudes sur la structure primaire ......................................................... ........................................................... ......113 15.4.5.Choix des amortissements ..................................................... ........................................................... .......................... 114 15.4.6.Présentation des spectres de planchers ...................................................... ........................................................... ......115

16.

DONNEES SISMIQUES...............................................................................................117

16.1. Généralités ................................................................................................................................................................117 16.2. Aléas sismiques de sites CEA...................................................................................................................................119 16.3. Aléa sismique minimum forfaitaire ........................................................................................................................119

17.

DOCUMENTATION .....................................................................................................121

FIN DU DOCUMENT AGS SNGEN RDN GUI SIIT 0605 .....................................................123

Liste des tableaux : Tableau Tableau Tableau Tableau

9-1 : Exemple de notations des actions permanentes G ........................................................... ............................ 56 9-2 : Exemples de notations des actions variables Q, W, S, T ........................................................... .................. 58 9-3 : Exemple de notations des actions accidentelles A.......... ........................................................... .................. 59 15-1 - Exemple d’échantillonnage en fréquence .................................................. .............................................. 112

Liste des figures : Figure 11.5 – (1) Courbe de capacité et Spectre Accélération Déplacement SPAD .................................................. ........82 Figure 15-1 - Exemple d’élargissement des spectres – cas avec étude paramétrique de la structure primaire ................ 114



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1. OBJET Le présent document constitue le guide de conception génie civil des INB du CEA. Il est constitué de différents chapitres et annexes répartis en deux documents, l’un contient le texte principal et l’autre regroupe les annexes associées.  [AGS SNGEN RDN GUI SIIT 0605] Guide de conception génie civil des INB du CEA  [AGS SNGEN RDN GUI SIIT 0606] Guide de conception génie civil des INB du CEA - Annexes Dans la version actuelle le guide comporte les 17 chapitres principaux et les 10 annexes suivantes :  Chapitre 1 : Objet  Chapitre 2 : Introduction  Chapitre 3 : Domaine d’application  Chapitre 4 : Documents de référence  Chapitre 5 : Démarche d’établissement des critères et méthodologies de dimensionnement  Chapitre 6 : Conception d’ensemble  Chapitre 7 : Exigences de comportement  Chapitre 8 : Modélisation des structures  Chapitre 9 : Définition des actions  Chapitre 10 : Combinaison des actions  Chapitre 11 : Méthodes de calcul des sollicitations sismiques  Chapitre 12 : Critères de justification des exigences de comportement  Chapitre 13 : Dispositions constructives  Chapitre 14 : Domaine de validité des méthodes en fonction des exigences de comportement  Chapitre 15 : Spectres de planchers  Chapitre 16 : Données sismiques  Chapitre 17 : Documentation Annexes :

            

Annexe 1 : Documents de référence Annexe 2 : Modélisation des structures Annexe 3 : Combinaison des actions Annexe 4 : Formulation de la méthode spectrale Annexe 5 : Calcul temporel linéaire Annexe 6 : Calcul spectral avec coefficient de comportement Annexe 7 : (vierge, numéro en réserve) Annexe 8 : Dispositions constructives – Bâtiments et ouvrages en béton armé Annexe 9 : (vierge, numéro en réserve) Annexe 10 : Données sismiques Annexe 11 : Tableaux des critères de justification aux exigences de comportement vis-à-vis du risque sismique – Ouvrages en béton armé Annexes 12 à 19 : (vierges, numéros en réserve) Annexe 20 : Lexique – Abréviations

Il a pour vocation de définir les exigences techniques et méthodologiques du CEA portant à la fois sur les structures de génie civil des INB nouvelles et sur les études de définition et de dimensionnement de celles-ci. Les exigences organisationnelles du CEA portant sur l’ensemble des études, la réalisation et le contrôle de la réalisation sont définies dans la Circulaire MR N°4 [SU 006]. Les utilisateurs du présent guide sont toutes les personnes intervenant dans la définition, l’expression de besoin, Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation

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l’étude, la réalisation et le contrôle d’une structure de génie civil d’une INB du CEA. A ce titre, on trouve aussi bien la Maîtrise d’ouvrage, la Maîtrise d’œuvre, les bureaux d’études, les bureaux de contrôle, les Entreprises, les services techniques, les pôles de compétence et les experts du CEA, et les cellules de sûreté des centres CEA. Au sein des entités de Maîtrise d’ouvrage et de Maîtrise d’œuvre, outre les personnes spécifiquement responsables du génie civil, il y a aussi celles qui définissent la volumétrie d’ensemble, l’architecture générale, l’implantation dans le site et les conditions d’exploitation de l’ouvrage. C’est en effet dès ces stades qu’il y a lieu d’appliquer le chapitre [6] « Conception d’ensemble » afin d’assurer au mieux la faisabilité de l’ouvrage et la robustesse de sa conception vis-à-vis des différentes sollicitations (construction, essais, exploitation, climatiques, séisme, explosions, chutes d’avion, chutes de charges, etc.) au regard des évolutions inéluctables du projet au cours de son déroulement. Par ailleurs, les personnes en charge de la sûreté doivent également utiliser ce guide en coordination avec celles en charges du génie civil pour que l’expression de besoin du génie civil en termes d’exigences de comportement corresponde bien aux exigences de sûreté de l’installation, conformément à la description de la démarche du § [5.7]. Le but à atteindre est enfin de disposer à chaque étape administrative (DOS, RPrS, RPS) de la vie de l’INB des documents concernant le génie civil utiles à la démonstration de sûreté de l’installation. Au stade du RPS, le dernier avant la mise en service d’une installation neuve, cette démonstration doit bien entendu porter sur l’installation telle que finalement soumise à l’autorisation de mise en service, et par conséquent prendre en compte toutes les évolutions des structures de génie civil intervenues ou à i ntervenir entre le dimensionnement et la date prévue de mise en service. La typologie des documents concernant le génie civil à associer à ces différentes phases est également définie dans le présent document ainsi que leur lien avec la démonstration de sûreté. L’objet du guide n’est pas de décliner ou de se substituer à la réglementation technique existante en ce qui concerne les situations couvertes par celle-ci et non spécifiques à l’activité nucléaire. Il se limite à préciser, en fonction du rôle de sûreté des ouvrages de génie civil, les spécifications particulières requises par le CEA. Ces spécifications doivent s’exprimer dans des termes similaires à ceux de la réglementation technique existante de façon à être facilement utilisables par les Bureaux d’Etudes, Entreprises et Bureaux de Contrôle Technique dans un cadre proche de leur métier de base. Rôle des différents acteurs Les différents acteurs de la conception à la construction doivent se servir du présent guide chacun à son niveau en prenant soin d’en réexaminer préalablement la pertinence vis-à-vis de chaque installation ou ouvrage concerné et en précisant, chacun à son niveau, ce qui a besoin de l’être lorsqu’un choix se présente au sein du guide. Dans ce qui suit, et dans tout le présent guide, il faut considérer comme « acteur » toute entité qui dans l’organisation du projet est en charge du rôle fonctionnel correspondant. Ainsi il revient à la Maîtrise d’ouvrage de décider de l’applicabilité de ce guide et de définir si nécessaire des amendements spécifiques à l’installation tels que la définition des zones de l’ouvrage pour lesquelles le contrôle technique sera exhaustif ou reflétant des préoccupations éventuellement autres que celles de la sûreté, comme par exemple la pérennité de l’outil de travail. Il revient au Maître d’œuvre :  d’effectuer les analyses de sûreté nécessaires en amont de la conception du génie civil et de tenir compte dans ces analyses des incertitudes liées au déroulement du projet et du caractère nécessairement itératif de la démarche,  d’appliquer la démarche générale, présentée au chapitre [5], de gestion des exigences de sûreté, des exigences de comportement et des critères de justification,  de définir dans les spécifications particulières d’études, de travaux ou de contrôle de génie civil les Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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amendements nécessaires au guide sur ces points, de vérifier la cohérence interne de l’ensemble ainsi que l’exhaustivité de la démonstration de sûreté, de faire en sorte que la limitation inéluctable des situations étudiées soit palliée par toute spécification d’étude nécessaire pour que l’ensemble des situations à justifier soit couvert pour l’ouvrage réalisé, d’appliquer les principes généraux de conception, notamment ceux présentés au chapitre [6] (volumétrie, structuration, implantation, choix de matériaux, etc.), et les limitations éventuellement associées (préfabrication, etc.), de décliner la réglementation ordinaire pour ce qui concerne les actions et situations que celle-ci couvre, d’intégrer l’ensemble des exigences de comportement identifiées afin d’effectuer les choix globaux de méthodologie de calcul et d’étude, et de préciser celle-ci dans les spécifications afférentes.

Il revient à l’Entreprise / Bureau d’études d’appliquer les directives du guide retenues par les spécifications du Maître d’œuvre et d’endosser la responsabilité de la spécification du Maître d’œuvre ou d’exprimer leurs réserves. Le Bureau de Contrôle est en charge de donner un avis sur la pertinence du référentiel documentaire et de vérifier dans les conditions d’exhaustivité définies contractuellement le respect de toutes les spécifications applicables à l’ouvrage et à la documentation le concernant. Choix d’un référentiel réglementaire de base A la date de la rédaction de ce guide, la réglementation technique existante (c’est-à-dire applicables aux ouvrages non nucléaires) est en cours d’évolution. Les règles françaises (BAEL91, BPEL91, CM66, PS92, etc.) seront prochainement remplacées par les règles européennes, Eurocodes 0 à 9, et leurs annexes nationales en tant que règles françaises. Il est théoriquement loisible de choisir l’un ou l’autre de ces corps documentaires comme référentiel de base pour la conception d’une installation nucléaire de base, mais le référentiel choisi doit être justifié vis-à-vis de la sûreté de celle-ci et s’il s’avère incomplet en la matière, il doit être complété en tant que de besoin de façon à atteindre cet objectif de justification. Par ailleurs, les installations nucléaires de base sont soumises périodiquement (10 ans) à des réexamens de sûreté, incluant une évaluation de l’installation vis-à-vis des « règles en vigueur » au moment du réexamen. Ces deux éléments mènent à recommander très fortement de retenir pour les nouvelles installations nucléaires de base du CEA un référentiel réglementaire de base constitué des Eurocodes. Dans ces conditions, la conception des installations sera a priori la plus « moderne » en ce sens qu’elle résoudra dans le cadre du référentiel le maximum de problèmes identifiés, et le réexamen périodique se fera plus simplement car sans changement de référentiel réglementaire de base.





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2. INTRODUCTION Les exigences du CEA sur la conception et la r éalisation de ses structures de génie civil des INB se décomposent en une part d’exigences identiques à celles des bâtiments n’appartenant pas à une INB, dites « classiques », et une part d’exigences « spécifiques » liées à leur appartenance à une INB. Ces exigences spécifiques doivent être explicitées par le CEA afin de les porter à la connaissance des acteurs de la construction. Elles s’expriment de façon conditionnelle, en fonction de la disposition de l’installation dans son ensemble, de son exploitation, de sa situation et des options retenues pour la démonstration de la sûreté de l’INB. La déclinaison du présent guide nécessite donc pour l’expression détaillée des exigences sur le génie civil de chaque installation que ces éléments soient eux-mêmes clarifiés et que les relations entre ceux-ci et les exigences de génie civil soient identifiées. L’application au génie civil de la Recommandation N°19 du Manuel de Sûreté Nucléaire du CEA « Démarche d’analyse de sûreté pour les installations du CEA » [SU005] amène à identifier le rôle joué par le génie civil dans la démonstration de la sûreté de l’installation pour éviter l’apparition de certains risques spécifiques de l’industrie nucléaire en fonctionnement normal, incidentel et accidentel, et en cas d’agressions internes ou externes. En matière de génie civil des INB, les exigences spécifiques portent essentiellement sur les agressions internes ou externes potentiellement contraignantes globalement ou localement, il s’agit notamment :  du séisme,  de la chute d’avion,  des chutes de charges manutentionnées,  de l’explosion, externe ou interne,  de l’incendie,  de l’inondation, externe ou interne. Un référentiel documentaire spécifique nucléaire existe pour traiter de ces agressions, en termes d’analyse du risque et d’objectifs généraux à respecter, et parfois d’exigences (les règles fondamentales de sûreté dites « RFS » ou guides). En particulier en matière de risque sismique, cette documentation a évolué récemment :  la RFS 2001-01 [E010] relative à la définition du niveau d’aléa sismique est en application depuis 2001,  le guide de l’Autorité de Sûreté Nucléaire ASN/GUIDE/2/01 Ind.0 [SU071] concernant la conception et le calcul sismique des structures de génie civil est paru en 2006. La déclinaison du détail de l’application de cette dernière règle aux différents matériaux de construction utilisés classiquement nécessite d’être faite de manière unique au CEA pour des raisons à la fois de cohérence globale de la démarche du CEA pour ses différentes installations, de cohérence interne à la démarche elle-même pour les différentes exigences de comportement et matériaux, et enfin d’efficacité opérationnelle. D’autres RFS concernent respectivement les risques de chute d’avion (RFS I.1.a [SU010] et I.2.a [SU020] suivant le type d’INB), le risque industriel (RFS I.1.b [SU030] et I.2.b [SU040] suivant le type d’INB). Leur objet est toutefois plutôt comparable à celui de la RFS 2001-01 [E010] pour le séisme et en ce qui concerne ces types d’agressions, la problématique des méthodes de calcul, modélisation, exigences, critères, etc. n’est pas traitée de façon comparable à ce que spécifie l’ASN/GUIDE/2/01 [SU071] pour l’agression sismique. Toutefois, les principes généraux de raisonnement de ce guide semblent transposables à ces types d’agressions. Dans l’état actuel du présent Guide CEA, ces agressions ne sont pas traitées. Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation




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3. DOMAINE D’APPLICATION A terme, la vocation du présent guide est de s’appliquer à l’ensemble des ouvrages neufs de génie civil :  appartenant aux INB de surface du CEA hors ouvrages à très longue durée de vie tels que les entreposages longue durée,  constitués de matériaux de construction courants (béton armé, charpente métallique, béton précontraint),  soumis à des sollicitations mécaniques :  statiques ou lentement variables,  dynamiques à variation lente ou moyennement rapide telles que : le séisme,   l’impact d’avion, la chute de charge,   l’explosion,  ou soumis à des sollicitations physiques :  incendie. Dans la version présente du texte, seuls sont traités, jusqu’à la codification des critères de justification et les recommandations de dispositions constructives spécifiques, les ouvrages en béton armé, et uniquement sous les sollicitations statiques ou lentement variables et sismiques. Les ouvrages en charpente métallique ne sont traités que sur les aspects de conception d’ensemble, hors dispositions constructives spécifiques et hors critères de justification.





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4. DOCUMENTS DE REFERENCE Les documents de références utiles au domaine de la conception et de la construction des bâtiments et ouvrages de génie civil sont listés à titre indicatif et de façon non exhaustive en annexe [1] au présent guide. Ils sont regroupés en tableaux par thèmes principaux se rapportant :  à la conception et à la construction des ouvrages,  au réexamen et à la réhabilitation des ouvrages existants,  à la littérature technique spécialisée. L’utilisateur du guide pourra se référer à ces documents à condition de les actualiser aux derniers indices en vigueur au moment de la réalisation des prestations de conception et de réalisation des ouvrages. Parmi cette liste de documents, on notera les documents principaux suivants : Référence

Numéro

Titre

[SU 005]

DPSN/MS/RE/019 – Ind.1 Juillet 2007 Circulaire MR N°4

Manuel CEA de Sûreté Nucléaire – Recommandation N°19 Démarche d’analyse de sûreté pour les installations du CEA Guide méthodologique pour maîtriser les activités de génie civil dans les projets d’installations nucléaires. Règle fondamentale de sûreté n°I.1.a – Prise en compte des risques liés aux chutes d’avion (relative aux installations nucléaires de base autres que réacteurs) Règle fondamentale de sûreté n°I.2.a – Prise en compte des risques liés aux chutes d’avion (relative aux réacteurs) Règle fondamentale de sûreté n°I.1.b – Prise en compte des risques liés à l’environnement industriel et aux voies de communications (relative aux installations nucléaires de base autres que réacteurs) Règle fondamentale de sûreté n°I.2.d – Prise en compte des risques liés à l’environnement industriel et aux voies de communication (relative aux réacteurs) Règle fondamentale de sûreté n°I.2.e – Prise en compte du risque d’inondation d’origine externe Règle fondamentale de sûreté n°I.3.c – Etudes géologiques et géotechniques du site ; détermination des caractéristiques des sols et études du comportement des Règle fondamentale de sûreté n°V.2.g – Calculs sismiques des ouvrages de génie civil

[SU 006] [SU 010]

RFS n° I.1.a (7 octobre 1992)

[SU 020]

RFS n° I.2.a (5 août 1980)

[SU 030]

RFS n° I.1.b (7 octobre 1992)

[SU 040]

RFS n° I.2.d (7 mai 1982)

[SU 050]

RFS n° I.2.e (14 avril 1984) RFS n° I.3.c (1 août 1985) RFS n° V.2.g (31 décembre 1985) ASN/GUIDE/2/01ind0 26/5/2006 (Refonte de la règle RFS V.2.g)

[SU 060] [SU 070] * [SU 071]

[SU 080]

RFS n° V.2.h (4 juin 1986)

[E 010]

RFS n°2001-01

[E 020] *

RFS n° I.1.c (7 octobre 1992)

[E 030] *

RFS n° I.2.c (1 octobre 1981)

[E 040]

NFP 06-013 - Référence DTU - Règles PS92 Décembre 1995 Février 2001 (A1) Novembre 2004 (A2)

Guide de l’ASN – Prise en compte du risque sismique à la conception des ouvrages de génie civil d’installations nucléaires de base à l’exception des stockages à long terme des déchets radioactifs (nota : ce guide constitue la refonte de la Règle fondamentale de sûreté n°V.2.g – Dispositions relatives à la conception des ouvrages de génie civil pour la prise en compte du risque sismique) Règle fondamentale de sûreté n°V.2.h – Règles générales applicable à la réalisation des ouvrages de génie civil (relative aux réacteurs de puissance) Règle fondamentale de sûreté n°2001-01 relative à la détermination du risque sismique pour la sûreté des installations nucléaires de base de surface (annule et remplace les RFSI.2.c et I.1.c) Règle fondamentale de sûreté n°I.1.c – Détermination des mouvements sismiques à prendre en compte pour la sûreté des installations (relative aux installations nucléaires de base autres que réacteurs ; Nota : remplacée par la RFS n°2001-01) Règle fondamentale de sûreté n°I.2.c – Détermination des mouvements sismiques à prendre en compte pour la sûreté des installations (relative aux réacteurs ; Nota : remplacée par la RFS n°2001-01) Règles de construction parasismique – Règles PS applicables aux bâtiments, dites Règles PS 92



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Référence

Numéro

[E 050]

AFPS 1990 (Tomes 1 à 3) AFPS Guide des dispositions constructives parasismiques 2005 AFPS Cahier technique N°26 Avril 2006

[E 060]

[E 070]

Eurocodes [EC0] [EC1] [EC2] [EC3] [EC4] [EC5] [EC6] [EC7] [EC8] [EC9]

Eurocode 0 Eurocode 1 Eurocode 2 Eurocode 3 Eurocode 4 Eurocode 5 Eurocode 6 Eurocode 7 Eurocode 8 Eurocode 9

Titre

Recommandations de l’Association française de génie parasismique Association Française du génie parasismique – Guide des dispositions constructives parasismiques des ouvrages en acier, béton, bois et maçonnerie – 2005

Association Française du génie parasismique – Cahier technique N°26 – Méthodes en déplacement : Principe – Codification – Application – Avril 2006

(Cf. liste détaillée en Annexe [1]) Base de calcul des structures Actions sur les structures Calcul des structures en béton Calcul des structures en acier Calcul des structures mixtes acier-béton Calcul des structures en bois Calcul des structures en maçonnerie Calcul géotechnique Calcul des structures pour leur résistance au séisme Calcul des structures en aluminium

[BA 010]

BAEL NF P 18-702 Février 2000

[BP 010]

BPEL NF P 18-703 Avril 1992 Février 2000 CM66-Additif 80 DTU P 22-701 Décembre 1966 et juin1980 CM66 Justification par le calcul de la sécurité des constructions – Règles de calcul des DTU P 22-701 constructions en éléments à parois minces en acier Décembre 1966

[CM 010]

[CM 020]

Règles BAEL 91 révisées 99 Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages et constructions en béton armé suivant la méthode des états limites (y compris m odificatif n°1 –février2000) Règles BPEL 91 révisée 99 Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages et constructions en béton précontraint suivant la méthode des états limites (+ Modificatif n°1 de Février 2000) Règles CM – Règles de calcul des constructions en acier – Additif 80 (juin 1980) – 12ième édition 1996

Nota : Les documents marqués par un astérisque ne sont plus en vigueur et ne sont cités ici que pour mémoire.



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5. DEMARCHE D’ETABLISSEMENT DES CRITERES ET METHODOLOGIES DE DIMENSIONNEMENT La démarche suivie par ce guide se situe dans le cadre de l’application de la Recommandation N°19 du Manuel de Sûreté Nucléaire du CEA « Démarche d’analyse de sûreté pour les installations du CEA » [SU005] et vise à identifier et assurer la participation spécifique du génie civil à la sûreté nucléaire des INB dans les différentes conditions de fonctionnement ou d’agression. Il appartient au responsable Sûreté de la Maîtrise d’œuvre d’appliquer préalablement à l’usage du présent guide les règles d’études de ces conditions définies dans la Recommandation N°19. Les principes de raisonnement pour la démonstration de la sûreté d’une installation vis-à-vis du risques nucléaires en conditions accidentelles font appel aux notions de :  fonctions de sûreté,  exigences de sûreté,  exigences de comportement,  critères de justification.

5.1. Fonctions de Sûreté Les fonctions de sûreté constituent la typologie générale des défenses contre les différents modes d’apparition du risque nucléaire, elles sont définies dans la Recommandation N°19 [SU 005], ce sont :  la maîtrise du confinement des substances radiologiques,  la maîtrise de l’évacuation de la puissance thermique,  la maîtrise de la sous-criticité et de la réactivité,  la maîtrise des gaz explosifs produits par radiolyse,  la maîtrise de l’exposition externe aux rayonnements ionisants.

5.2. Exigences de Sûreté Les exigences de sûreté constituent la décomposition en risques élémentaires et contextuels auxquels il faut s’opposer pour respecter chaque fonction de sûreté visée. Elles sont définies pour chaque cas précis de présence de matière radioactive identifiée, en tenant compte de tous les paramètres pertinents (masse, état physico-chimique, environnement, conditions de température, de pression, réactivité chimique potentielle, etc.). Elles servent de base au choix des objets qui participent à leur respect et à celui des exigences de comportement qui leurs sont attribuées. Leur typologie est directement liée à la définition des fonctions de sûreté ci-dessus. Un exemple particulier d’exigence de sûreté est l’exigence d’occupation immédiate. Sous séisme, qui est une agression de l’ensemble de l’installation et même du site, l’un des risques élémentaires est celui de ne pas pouvoir accéder aux fonctions nécessaires à la mise en œuvre et à la gestion des fonctions de sûreté après le séisme, donc de ne pas pouvoir les maîtriser. L’exigence de sûreté correspondante est définie comme une exigence dite d’« occupation immédiate » de certains locaux de l’installation ou des fonctions qu’ils contiennent. Cette exigence de sûreté se déclinera alors en exigences de comportement portant à la fois sur le génie civil gros œuvre et second œuvre ainsi que sur les différents équipements présents dans ces locaux (portes, chemins de câbles, faux plafonds, armoires, matériel informatique, etc.) et même dans certains locaux adjacents (réservoirs, tuyauteries, vannes, dont la défaillance pourrait induire une inondation par exemple). Il appartient au responsable sûreté de la Maîtrise d’œuvre d’identifier les situations de ce type et de définir Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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les locaux auxquels il y a lieu d’attribuer une exigence de sûreté d’occupation immédiate. Il appartient aux responsables sûreté et génie civil de la Maîtrise d’œuvre d’identifier les éléments de génie civil concernés et de définir les exigences de comportement à leur attribuer. La liste des exigences de sûreté est établie dans le cadre de l’analyse de sûreté de l’installation par le responsable sûreté de la Maîtrise d’œuvre.

5.3. Exigences de comportement Une exigence de comportement (EC) est définie, pour chaque objet impliqué dans le respect d’une exigence de sûreté, comme le rôle qui lui est assigné en tant que mode d’assurance, pour ce qui le concerne, de ce respect. En général, il faudra que plusieurs objets (pas tous de génie civil en général) respectent chacun une exigence de comportement pour que l’exigence de sûreté soit elle-même respectée. Il est à noter qu’à ce stade du raisonnement, la notion d’objet ne comporte pas le détail de la constitution de cet objet (matériau de fabrication/construction, géométrie de détail, mode d’élaboration, etc.). Le chapitre [7] définit des exigences de comportement « standard » adaptées aux matériaux de construction de génie civil les plus couramment susceptibles de remplir un rôle de sûreté. L’ensemble des exigences de comportement du génie civil d’une installation est établi conjointement par les responsables sûreté et génie civil de la Maîtrise d’œuvre. Sur un élément de structure donné, dans le cas général, les exigences de comportement issues des différentes exigences de sûreté doivent être combinées, de façon additive (« et » logique) par élément de structure.

5.4. Critères de justification Les critères de justification sont les critères dont le respect vaut démonstration de l’exigence de comportement à laquelle ils sont associés. En général, il s’agit de critères quantitatifs portant sur des grandeurs physiques telles que les déformations, les contraintes ou les déplacements atteints sous les différentes conditions de fonctionnement. Certaines exigences de comportement visant à la maîtrise de l’exposition externe aux rayonnements ionisants portent sur les dimensions et la densité. Le chapitre [12] définit des critères de justification associés aux exigences de comportement standard définies au chapitre [7]. Ils sont en général exprimés par des références, éventuellement modifiées en ce qui concerne les valeurs numériques, à la réglementation existante du métier de dimensionnement de génie civil et/ou à des paramètres calculés à partir des calculs de comportement mécanique faits dans ce cadre. La vérification des critères de justification sur tous les éléments de génie civil vaut démonstration du respect des exigences de comportement et, en complément des vérifications de sûreté des autres éléments de l’installation, assure la sûreté de celle-ci. L’ensemble des critères de justification du génie civil d’une installation est établi par le responsable génie civil de la Maîtrise d’œuvre en s’appuyant en particulier sur le présent guide.



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5.5. Logigramme Matière radioactive Sûreté

Identification des exigences de sûreté par condition de fonctionnement de l’installation et par agression

Exigence de sûreté 1

Exigence de sûreté p

Exigence de sûreté 2

Identification des objets participant au respect de des exigences de sûreté 1 à p

Sûreté + Génie Civil

Objet 1

Exigences de comportement de l’ob et 1

Critères de justification de l’objet 1

Objet 2 ...

Exigences de comportement de l’ob et 2 ... à n

Définition de l’objet 1 : Matériau de construction, géométrie, etc.

dimensionnement de l’objet 1 et vérification du respect des critères.

Objet n

...

...

Exigences de comportement de l’ob et n

Critères de justification de l’objet n

... dito

Génie Civil

Définition de l’objet n : Matériau de construction, géométrie, etc.

dimensionnement de l’objet n et vérification du res ect des critères.

Les critères de justification du génie civil sont vérifiés pour les combinaisons d’agressions concomitantes et les conditions de fonctionnement concernées.

Sûreté

Reste de l’installation – Critères Sûreté vérifiés pour les autres éléments de l’installation

Sûreté de l’installation démontrée



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5.6. Exemple : participation du génie civil au confinement La Maîtrise du confinement d’une matière radioactive identifiée dans des conditions physiques et chimiques données est une exigence de sûreté. Son respect implique en général de multiples objets ou procédures :  des parois d’équipements,  des parois de génie civil,  des tuyauteries et gaines de ventilation, vannes, clapets etc.,  les filtres,  les centrales de ventilation,  l’alimentation électrique de la centrale de ventilation,  des capteurs,  des automates,  des consignes d’exploitation normale ou d’urgence,  etc. La paroi de génie civil se voit attribuée une exigence de comportement, codifiée en « participation au confinement » assortie d’un qualificatif définissant sommairement un niveau relatif de cette participation. Les niveaux de participation d’une paroi de béton sont PCS (participation au confinement standard), PCA (participation au confinement amélioré) et PCO (participation au confinement optimisé). Il est à noter que cette exigence ne peut être définie qu’en relatif du fait que les fuites au travers d’une paroi ne dépendent pas que de l’état de la paroi, mais aussi de la nature de la matière concernée, de la surface et de l’épaisseur de la paroi, et des pressions internes et externes à celle-ci. Les critères de justification de l’exigence de comportement « participation au confinement » pour une paroi constituée de béton armé suite à l’occurrence d’une situation donnée portent principalement sur la comparaison des déformations maximum en traction des armatures atteintes dans cette situation, et/ou postérieurement à celle-ci, à des limites exprimées en fonction simples des limites de la réglementation usuelle, généralement dédiée à d’autres préoccupations ou avec des niveaux de confiance différents.

5.7. Méthodologie d’étude Le Maître d’ouvrage émet une note dite de « Données d’Entrée pour le Génie Civil ». Cette note constitue la partie imposée par le Maître d’ouvrage des exigences en ce qui concerne le génie civil. Elle peut par exemple exprimer les exigences standards du Centre qui ont une incidence sur le génie civil telles que des températures de locaux en exploitation ou de données générales locales sur les sollicitations climatiques ou l’aléa sismique du site, s’il est défini au niveau du Centre. Elle inclut éventuellement des exigences ex abrupto sans relation avec la sûreté ou l’exploitation de l’installation. Elle peut référencer d’autres documents exprimant certaines exigences sous une forme mieux adaptée (par exemple : des plans de charges, pour la partie qui en est requise par le Maître d’ouvrage). Bien entendu, cette expression de besoin identifiée par le Maître d’ouvrage ne se substitue pas aux composantes qu’il revient à la Maîtrise d’œuvre de déterminer en fonction de l’analyse détaillée de l’exploitation et de la sûreté de l’installation. Il appartient au responsable génie civil du Maître d’œuvre de faire la synthèse de l’ensemble des critères de justification par élément de structure pour définir une méthodologie de calcul et d’étude assurant le respect de tous ces critères, y compris dans les cas non traités directement par un calcul. Cette synthèse est formalisée par une « Note d’Hypothèses et Méthodologie » qui regroupe toutes les hypothèses et méthodologie relevant de la responsabilité du Maître d’œuvre et retenues par lui pour réaliser ou faire réaliser les études de conception et les travaux de génie civil de l’Installation. En ce qui concerne les hypothèses, on y trouve par exemple les hypothèses spécifiques à certains choix de conception telles que les caractéristiques mécaniques des matériaux, les hypothèses particulières liées à la conception générale de l’ouvrage, et à son environnement. Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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On doit également y trouver la traduction, en termes de combinaisons d’action à prendre en compte pour le dimensionnement, des concomitances agression-situation de fonctionnement retenues à l’issue de l’application de la recommandation N° 19 [SU005] par le responsable sûreté du Maître d’Œuvre. En ce qui concerne la méthodologie, il s’agit de décrire le processus d’étude (équarrissage, calcul, paramétrage du calcul, définition des critères de dimensionnement, utilisation des résultats de calcul pour le dimensionnement) visant à valider la structure prévue par rapport aux critères de justification à respecter. Un contrôle par le Maître d’ouvrage de cette note (exigences de sûreté, exigences de comportement, critères de justification, hypothèses et méthodologie) est exercé dans le cadre de l’application de la circulaire MR N° 4 [SU006], en particulier lors des revues de projet, notamment par les experts des pôles de compétence « séisme » du CEA.





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6. CONCEPTION D’ENSEMBLE 6.1. Généralités La conception d’ensemble des bâtiments et ouvrages de génie civil doit suivre les principes et les règles définies par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] qui remplace la règle RFS-V2g [SU070]. La section [2.1.3] de ce guide ASN précise les dispositions générales de conception pour la prise en compte du risque sismique :  régularité des ouvrages [§2.1.3.2],  implantation et fondations [§2.1.3.3],  espace de séparation entre ouvrages [§2.1.3.4],  dispositions constructives des éléments de contreventement [§2.1.3.5],  ancrages [§2.1.3.6]. Les ouvrages de génie civil doivent comporter un système principal de contreventement associé avec des dispositions de détail compatibles avec sa déformabilité, capable d’assurer le transfert au sol d’assise des efforts inertiels dus au séisme. Le système principal de contreventement est constitué par les éléments structuraux qui assurent la résistance de l’ouvrage :  les fondations,  les éléments structuraux verticaux (voiles, portiques, palées de stabilité, …),  les éléments structuraux horizontaux (dalles, planchers, poutres au vent, …). Ce système de contreventement doit être conçu pour assurer aux ouvrages un comportement parasismique robuste, compte tenu de la variabilité des paramètres pouvant influencer ce comportement. Ces paramètres sont notamment le sol, l’ouvrage lui-même (types de contreventement, matériaux, degré d’hyperstaticité, etc.) et les environnements immédiats de l’ouvrage concernés (ouvrages voisins, topologie générale, etc.). La robustesse du contreventement parasismique peut être obtenue notamment :  par une conception d’ensemble, notamment par la conception du système principal de contreventement, favorisant la régularité géométrique et mécanique des ouvrages et la maîtrise des modes de déformation sous séisme, en particulier de torsion, et par un dimensionnement de celui-ci permettant de satisfaire aux exigences requises, sans remise en cause brutale de la stabilité d’ensemble de l’ouvrage sous séisme en dehors des conditions de dimensionnement,  par le choix de dispositions constructives adaptées permettant la mobilisation d’une capacité de déformation avant rupture ; ces dispositions constructives sont à prévoir dès la conception pour obtenir un comportement post-élastique satisfaisant des éléments structuraux. Les dispositions constructives sont précisées dans le Chapitre [13] du présent document. Les dispositions générales de conception d’ensemble sont précisées dans le présent chapitre. Les dispositions générales décrites ci-après n’ont pas un caractère exhaustif ni limitatif, elles sont implicitement cumulatives à celles définies par les Règles Fondamentales de Sûreté, notamment le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], par les règles parasismiques (PS92 [E040] ; [EC8]), et par les règles propres aux matériaux, selon le référentiel du projet.

6.2. Conception d’ensemble des bâtiments résistant au séisme 6.2.1. Principes de base L’aléa sismique est à définir et à prendre en compte au début de la conception pour concevoir un Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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système structural qui respecte les exigences requises. En complément des règles générales et principes du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], des règles spécifiques parasismiques et des règles matériaux, les principes qui guident la conception vis-à-vis du risque sismique sont notamment :  la conception du système structural [§6.2.2],  la simplicité de la structure [§6.2.3.1],  l’uniformité, la symétrie et l’hyperstaticité [§6.2.3.2],  la résistance et la rigidité dans les deux directions horizontales [§6.2.3.3],  la résistance et la rigidité vis-à-vis de la torsion [§6.2.3.4],  l’action des diaphragmes au niveau des planchers [§6.2.3.5], des fondations appropriées [§6.2.3.6].  L’intégration de principes de régularité [§6.2.4] des structures est également utile dans la conception d’ensemble des bâtiments et ouvrages de génie civil pour optimiser la conception parasismique, simplifier le dimensionnement, et réduire la sensibilité de celui-ci aux modifications ultérieures. Par ailleurs, la conception d’ensemble doit intégrer les précautions et dispositions d’ensemble relatives aux conditions de sol et d’implantation [§6.2.5] et aux distances entre les ouvrages [§6.2.6]. Dans le cas particulier où la préfabrication serait envisagée (cas déconseillé pour les bâtiments et ouvrages classés sismiques d’INB) des précautions renforcées [§6.3] seraient alors à prendre en compte. Le concepteur pourra utilement consulter les règles parasismiques PS92 [E040] et les règles de l’Eurocode 8 Partie 1 [EC8-1] qui précisent tous ces principes, lesquels sont favorables indépendamment de ce qu’ils autorisent sur le plan réglementaire.

6.2.2. Conception du système structural Le bâtiment ou l’ouvrage de génie civil doit être structuré dès le début de la conception pour satisfaire aux exigences de comportement qui lui sont affectées. L’ouvrage est composé d’éléments structuraux (murs, poteaux, poutres, profilés métalliques, dalles, cloisons, …), d’éléments non structuraux (composants architecturaux, bardages, …) et d’éléments divers d’autres corps d’état (matériels mécaniques, électriques, etc.). Les deux dernières catégories, sauf cas particuliers, ne sont pas considérées comme participant à la capacité de résistance sismique de l’ouvrage.

6.2.2.1. Eléments sismiques primaires et secondaires Les éléments structuraux sismiques peuvent, le cas échéant, être considérés comme primaires ou secondaires, selon la terminologie de l’Eurocode 8 par exemple, selon qu’ils sont considérés, ou non, comme faisant partie du système structural résistant aux actions sismiques. La résistance et la rigidité des éléments sismiques secondaires vis-à-vis des actions sismiques est par définition négligée. Dans ce cas il est recommandé pour ce qui concerne les conditions de choix de ces éléments et leur dimensionnement de suivre les règles spécifiques définies dans l’Eurocode 8-Partie1- Article 4 [EC8-1 ; §4.2.2]. Tous les éléments sismiques structuraux non choisis comme éléments sismiques secondaires sont considérés comme primaires et font partie du système principal de contreventement. Ils sont à concevoir, à modéliser et à dimensionner pour répondre aux exigences qui leurs sont affectées. Les éléments structuraux sismiques secondaires doivent également faire l’objet d’une conception, et d’un dimensionnement spécifique pour répondre aux exigences éventuelles qui leur sont affectées. Pour ces derniers, le concepteur pourra également suivre les règles spécifiques aux éléments sismiques secondaires, par exemple celles de l’Eurocode 8 Partie 1. Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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6.2.2.2. Conception de structuration parasismique La conception d’ensemble du système principal de contreventement sismique est à faire par des ingénieurs compétents en conception parasismique. D’une façon générale, les règles et principes de conception parasismique du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] et les règles parasismiques (PS92 [E040], Eurocode 8 [EC8]), sont à intégrer dans la structuration parasismique d’ensemble. Il existe de nombreux systèmes structuraux parasismiques. On citera à titre informatif les exemples de systèmes structuraux décrits par l’Eurocode 8. Pour les ouvrages et bâtiments en béton, les types de structures et les systèmes structuraux associés sont définis par l’Eurocode 8 [EC8-1 ; Article 5 ; §5.2.2.1] ; ce sont :  a) le système à ossature,  b) le système à contreventement mixte (équivalent à un système à ossature ou à un système de murs),  c) le système de murs (couplés ou non),  d) le système de murs de grande dimension en béton peu armé,  e) le système de pendule inversé,  f) le système à noyau. D’une façon générale, pour les bâtiments et ouvrages en béton, classés sismiques, des INB du CEA il est recommandé de favoriser les systèmes de murs. A l’inverse, la structuration de l’ouvrage par des murs en béton peu armé (cas d ci-dessus) n’est pas recommandée par le CEA Les ouvrages structurés par un système de murs devront comporter des pourcentages de ferraillage supérieurs ou égaux aux pourcentages minimums fixés par les codes applicables et aux pourcentages minimums recommandés par le CEA (cf. chapitre [13]).. Les systèmes à ossatures (cas a) et à contreventement mixte (cas b) sont possibles mais devront faire l’objet d’une attention toute particulière relativement aux nécessaires dispositions constructives, notamment celles concernant les nœuds et liaisons. L’utilisation de systèmes à ossature avec des remplissages en maçonnerie est à proscrire dans les bâtiments et ouvrages des INB du CEA classés sismiques par les exigences de sûreté et de comportement qui leur sont affectées. Cette recommandation s’applique aux éléments des systèmes principaux de contreventement parasismique. Des cloisons secondaires peuvent exceptionnellement être réalisées avec des panneaux de maçonnerie, en l’absence d’exigences particulière de comportement. D’une façon générique l’utilisation de panneaux de maçonnerie dans les bâtiments et ouvrages classés sismiques n’est pas recommandée ; dans tous les cas ces panneaux doivent respecter les dispositions générales de conception et les dispositions constructives parasismiques. Les autres systèmes en pendule inversé (cas e) et à noyau (cas f) ne correspondent pas à des cas d’application courante de bâtiments ou ouvrages d’INB du CEA. Pour les ouvrages et bâtiments en charpente métallique (acier) les types de structures et les systèmes structuraux associés sont définis par l’Eurocode 8 [EC8-1 ; Article 6 ; §6.3.1] ; ce sont :  a) les ossatures en portiques,  b) les ossatures avec triangulation à barres centrées,  c) les ossatures avec triangulation à barres excentrées,  d) les structures en pendule inversé,  e) les structures avec noyaux ou murs en béton,  f) les ossatures en portique, combinées avec des entretoises centrées, Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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

g) les ossatures en portique, combinées avec des remplissages.

D’une façon générale, pour les bâtiments et ouvrages en charpente, classés sismiques, des INB du CEA il est recommandé de favoriser les systèmes possédant des contreventements robustes tels que les structures avec murs en béton (cas e) ou les ossatures avec triangulation à barres centrées (cas b). Les systèmes à ossatures avec triangulation à barres excentrées (cas c) et en portiques (cas a) sont possibles mais devront faire l’objet d’une attention toute particulière relativement aux nécessaires dispositions constructives, notamment celles concernant les nœuds et liaisons. Les autres systèmes, en pendule inversé (cas e) et à noyau (cas f), ne correspondent pas à des cas d’application courante de bâtiments ou ouvrages d’INB du CEA. La structuration par ossatures combinées avec des remplissages (cas g) n’est pas recommandée pour les ouvrages classés sismiques des INB du CEA. Les ossatures avec remplissages participants (maçonneries,...) sont à exclure en règle générale. Les principes de conception d’ensemble de ces systèmes structuraux principaux sont également environnés par la recherche de transferts d’efforts aussi directs, courts, rectilignes et continus que possible. Il faut ainsi éviter de créer des discontinuités. Par exemple, dans un mur continu du radier jusqu’à la terrasse, les ouvertures et les traversées créent des discontinuités qui obligent les flux d’efforts à contourner ces discontinuités dans le plan de contreventement ; les traversées de murs et de planchers peuvent affaiblir très sensiblement la capacité résistante (et la rigidité) du système structural. La conception d’ensemble doit être faite en minimisant ce type de perturbation du système de contreventement principal qui doit être robuste. Les éléments sismiques structuraux horizontaux et verticaux sont à concevoir selon le principe de continuité, sans décrochements des plans (et lignes) dans lesquels cheminent les efforts sismiques horizontaux et verticaux. De tels décrochements (murs à baïonnette, planchers discontinus, poteaux non alignés,…) sont contraires aux principes de bonne conception parasismique. Ils doivent, à défaut d’être complètement proscrits, demeurer tout à fait exceptionnels et, dans ce dernier cas, les effets complexes de transfert d’efforts discontinus doivent faire l’objet d’une réflexion particulière.

6.2.2.2.1.Conception de structuration générale Les éléments structuraux sismiques sont d’abord à organiser, en tenant compte des diverses contraintes et exigences propres à l’installation et à l’organisation des locaux et des procédés, pour collecter et transférer les efforts dus à la pesanteur et au séisme jusqu’aux fondations. Cette structuration initiale est fondamentale, elle détermine la nature même, simple ou complexe, de l’ouvrage. La règle de base pour cette structuration est d’empiler les éléments structuraux selon la direction verticale sans excentration, sauf justification particulière. Ce principe en apparence simple est l’un des plus difficiles à satisfaire à cause des multiples contraintes d’installation propres aux bâtiments et ouvrages d’INB. Il est recommandé que tout élément structural vertical soit appuyé directement sur un élément structural vertical sous-jacent, sans excentrations excessives (pas de baïonnettes) des axes ou plans moyens et ce jusqu’aux fondations sur le bon sol. Ce principe permet des descentes de charge verticales directes sur la hauteur des éléments structuraux empilés jusqu’aux fondations sur le bon sol. Il constitue une caractéristique claire de bonne conception vis-à-vis des chargements principaux dus à la pesanteur et au séisme. Toutes les déviations par rapport au principe de descente de charge verticale directe constituent une complexité de conception par les créations de sujétions particulières Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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de reprise de charges et d’équilibrage des sollicitations induites par la pesanteur. Les éléments structuraux horizontaux doivent être conçus pour minimiser le trajet des reports des charges de pesanteur et de séisme des éléments considérés jusqu’aux éléments verticaux qui les supportent. Par exemple les poutrelles s’appuient sur les poutres principales qui elles-mêmes s’appuient sur les poteaux ou sur les murs. La structuration générale de l’ouvrage vis-à-vis de la pesanteur et du séisme consiste à concevoir les éléments structuraux, leurs liaisons et leur organisation spatiale (empilement, …) pour que les trajets des efforts et des contraintes soient optimisés (trajets courts, alignement vertical des centres de gravité et points d’appuis des éléments verticaux, descentes de charges directes et minimisation des reprises de charge non directes, etc.). Les excentrements d’efforts d’inertie, par rapport aux éléments raides qui drainent ces efforts, sont néfastes.

6.2.2.2.2. Structuration parasismique vis-à-vis des effets verticaux du séisme Les effets verticaux du séisme s’apparentent à une variation de la pesanteur (accélération verticale descendante ou ascendante). Il y a lieu de prêter une attention particulière aux capacités résistantes des éléments, notamment les éléments comprimés, susceptibles de sensibilité au flambement ; ces derniers doivent être particulièrement robustes. Il convient également de porter une attention particulière aux éléments à comportement sensible aux variations verticales de pesanteur (Exemple : les éléments précontraints horizontaux, …). Lorsque les effets sismiques verticaux ascendants sont importants, des phénomènes de soulèvements aux appuis et de mise en flexion ascendante d’éléments horizontaux (poutres, dalles, …) peuvent apparaître. Une conception et des dispositions constructives spécifiques (anti-soulèvements, capacité résistante en flexion ascendante, etc.) sont nécessaires. D’une façon générale, des dispositions constructives de ferraillage des éléments plans horizontaux par des doubles nappes continues (une nappe parallèle à la face supérieure du coffrage, et une nappe parallèle à la face inférieure du coffrage) sont requises dans les ouvrages classés sismiques des INB du CEA. Chaque nappe est elle-même composée d’au moins un lit continu d’armatures selon les deux directions orthogonales parallèles au coffrage de l’élément concerné. Des raideurs hors plan trop faibles de planchers peuvent entrainer une augmentation des effets verticaux du séisme et des spectres de planchers verticaux. Une répartition régulière des appuis verticaux des planchers les rigidifie dans cette direction et contribue à limiter l’amplification des spectres de planchers verticaux.

6.2.2.2.3.Structuration vis-à-vis des effets horizontaux du séisme La conception d’ensemble vis-à-vis des effets horizontaux du séisme est de même nature que la précédente mais elle est plus complexe et moins intuitive. Il s’agit de concevoir un système de collecte et de transfert des forces horizontales ainsi que des forces verticales et moments (flexion, torsion) induits par la position spatiale des forces d’inertie horizontales. Pour permettre la collecte des efforts horizontaux dus au séisme et leur transmission jusqu’aux fondations et au bon sol, il faut que l’ouvrage soit structuré tant horizontalement que verticalement pour résister selon toutes les directions. Cette structuration consiste d’abord à concevoir pour chaque direction horizontale Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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principale un système structural principal composé d’éléments sismiques horizontaux et verticaux. Le contreventement principal horizontal (planchers et diaphragmes, poutres au vent horizontales) collecte les efforts (forces horizontales et moments) dus au séisme et les transmet aux éléments structuraux verticaux de contreventement (systèmes de murs, systèmes de portiques, palées de stabilité, etc.). Ces derniers collectent les efforts (forces horizontales et verticales et moments) des étages supérieurs et de l’étage courant et les transmettent d’étage en étage jusqu’aux fondations et au bon sol. Les éléments structuraux sismiques retenus pour résister à la totalité des efforts sismiques constituent le système principal de contreventement ou système structural (para)sismique principal. Le système principal de contreventement est à concevoir selon chaque direction horizontale du bâtiment ou de l’ouvrage considéré. Ce système doit conférer à l’ouvrage une robustesse et une capacité de résistance suffisante vis-à-vis d’un séisme horizontal bidirectionnel et de direction horizontale quelconque. Les effets horizontaux du séisme sont également des effets perpendiculaires aux éléments plans (flexions hors-plan,...) pour lesquels ces parois doivent être également dimensionnées. D’une façon générale, des dispositions constructives de ferraillage des éléments plans verticaux par des doubles nappes continues (une nappe parallèle à la face supérieure du coffrage, et une nappe parallèle à la face inférieure du coffrage) sont requises dans les ouvrages classés sismiques des INB du CEA. Chaque nappe est elle-même composée d’au moins un lit continu d’armatures selon les deux directions orthogonales parallèles au coffrage de l’élément concerné.

6.2.2.3. Conception vis-à-vis des effets d’ensemble du séisme Il convient que le bâtiment ou l’ouvrage, conçu et structuré globalement pour résister au séisme, soit en équilibre stable sous l’effet des actions du séisme et des actions concomitantes. Pour cela il faut que la conception d’ensemble permette que cet équilibre soit possible. Globalement le séisme induit pour chaque direction horizontale un effort global horizontal équivalent et un effort vertical équivalent qui se cumulent algébriquement avec l’effort des charges concomitantes. Cela induit à la base de l’ouvrage un torseur d’ensemble (Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz). Il convient d’une part que le système de fondation permette le transfert de ce torseur des superstructures au sol de fondation et d’autre part que les conditions et caractéristiques de sol soient aptes à résister à ces efforts, et à permettre un état d’équilibre d’ensemble. Il faut concevoir une implantation sur un sol adéquat et résistant, et des assises de fondations suffisamment dimensionnées pour que l’équilibre soit possible sans retournement (ou basculement) ni soulèvement excessif de l’ouvrage, sans glissement de l’ouvrage sur le sol ni désordres rédhibitoires.

6.2.3. Autres principes généraux 6.2.3.1. Simplicité de la structure La simplicité de la structure est caractérisée par un cheminement clair et direct des forces sismiques. C’est un objectif important à rechercher par la conception d’ensemble car il permet de simplifier et de réduire les incertitudes concernant la modélisation, le calcul, le dimensionnement, les dispositions constructives et la mise en œuvre des structures. La simplicité augmente la fiabilité de la prévision du comportement sismique des structures. La simplicité est à rechercher notamment par des transferts directs verticaux des efforts verticaux (descentes de charges de pesanteur, effets verticaux du séisme, etc.) grâce à des empilages directs des structures verticales (murs, poteaux, etc.). L’optimum est la ligne droite Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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verticale entre le point d’application de la force verticale et le point du sol reprenant l’effort. La simplicité est aussi à rechercher par des transferts directs et courts des forces sismiques (horizontales et verticales) des planchers vers le système principal de contreventement (horizontal et vertical) et de ce dernier jusqu’aux fondations et au bon sol.

6.2.3.2. Uniformité, symétrie et hyperstaticité L’uniformité en plan se caractérise par une répartition régulière des éléments structuraux qui permet des transmissions courtes et directes des forces d’inertie. Si besoin, l’uniformité peut être réalisée en subdivisant le bâtiment par des joints sismiques en unités (ou blocs) dynamiquement indépendantes. Les joints sont alors à concevoir (par exemple par des dispositions et une largeur suffisante) pour ne pas créer d’entrechoquements des unités individuelles. L’uniformité de la structure en élévation est également une disposition souhaitable qui tend à réduire ou éliminer l’apparition de zones sensibles. Une corrélation étroite entre la distribution des masses et la distribution de la résistance et de la rigidité permet d’éliminer naturellement les excentricités importantes entre masse et rigidité. Dans une configuration symétrique ou quasi-symétrique, l’uniformité peut être obtenue en disposant les structures symétriquement et régulièrement en plan. L’utilisation d’éléments structuraux régulièrement distribués et reliés entre eux par contreventement horizontal contribue à l’hyperstaticité. Elle permet une répartition plus favorable des efforts sismiques et une dissipation de l’énergie repartie sur l’ensemble de la structure. Dans une INB les contraintes d’installation réduisent souvent les possibilités d’uniformité et de symétrie des structures. Néanmoins il est recommandé au concepteur de favoriser ces caractéristiques par exemple en distribuant aussi uniformément que possible en plan les cellules caractérisées en général par des murs épais de protection biologiques. Il est également recommandé en conception de favoriser une distribution des zones lourdes (cellules, équipements lourds, …) privilégiant la présence des zones lourdes et robustes en dessous des zones plus légères et traditionnelles et non l’inverse. En règle générale, les formes de baïonnette doivent être évitées, sinon proscrites, pour les planchers et les voiles de contreventements. Elles augmentent très significativement les contraintes dans les matériaux, tout en dégradant les raideurs et les résistances par rapport aux éléments supposés plans.

6.2.3.3. Résistance et horizontales

rigidité

dans

les

deux

directions

Le mouvement sismique horizontal est un phénomène bidirectionnel réputé isotrope, c’est pourquoi la structure du bâtiment doit être capable de résister à des actions horizontales suivant toutes les directions. Pour respecter le principe ci-dessus, il convient que les éléments structuraux soient disposés en un réseau orthogonal en plan, assurant des caractéristiques de résistance et de rigidité similaires dans les deux directions principales.



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Le choix des caractéristiques de rigidité de la structure doit permettre d’éviter des déplacements excessifs pouvant entraîner des instabilités par effet de second ordre ou des dommages importants, tout en limitant les effets de l’action sismique. Il est recommandé de privilégier des formes de type convexe simple (carré, rectangle, …) suffisamment contreventées pour éviter la sensibilité particulière avérée au séisme des formes ayant des concavités prononcées.

6.2.3.4. Résistance et rigidité à la torsion Il convient que les structures de bâtiment possèdent, outre leur résistance et leur rigidité vis-àvis d’actions latérales, une résistance et une rigidité appropriées à la torsion pour limiter les mouvements dus à la torsion qui tendent à solliciter de façon non uniforme les divers éléments de la structure. Pour cela il est recommandé de disposer des éléments principaux de contreventement à proximité de la périphérie du bâtiment dans les deux directions. Pour les structures en béton, il est recommandé de se servir des murs périphériques, disposés selon des formes convexes simples, liés rigidement dans les zones d’intersection, et conçus suffisamment épais pour obtenir une rigidité et une résistance satisfaisante.

6.2.3.5. Action des diaphragmes au niveau des étages Les planchers (y compris le toit) jouent un rôle très important dans le comportement sismique d’ensemble de la structure. Ces diaphragmes horizontaux sont des collecteurs des forces d’inertie et des transmetteurs aux éléments structuraux verticaux. Ils rendent aussi ces éléments structuraux verticaux solidaires. Il convient que les systèmes de plancher et le toit soient dotés d’une résistance et d’une rigidité adéquates et que leurs liaisons avec les systèmes structuraux verticaux soient efficaces. Il faut accorder une attention particulière en cas de formes non compactes ou très allongées en plan et en présence d’ouvertures importantes dans les planchers. Si ces dernières sont situées à proximité des éléments structuraux, elles peuvent empêcher la réalisation d’une liaison efficace entre les éléments verticaux et horizontaux de la structure. Les diaphragmes doivent présenter une rigidité en plan suffisante pour assurer la distribution des forces d’inertie horizontales aux systèmes structuraux verticaux, conformément aux hypothèses de l’analyse, notamment en cas de changement significatifs de rigidité ou des décalages des éléments verticaux au-dessus et en dessous du diaphragme. Pour les structures en béton il est recommandé de veiller aux schémas de distribution des ouvertures ou trémies pour ne pas contrarier ni le rôle de diaphragme horizontal collecteur et répartiteur des planchers, ni l’efficacité des liaisons entre ces diaphragmes et les éléments structuraux verticaux. Il est également recommandé de prévoir des planchers (diaphragmes horizontaux) épais et homogènes en épaisseur, munis des dispositions constructives adéquates (Cf.. Chapitre [13]). Dans le cas où il existe un ou plusieurs bords libres appuyés sur des poteaux ou des trumeaux, il est recommandé de prévoir une structuration (poutre sous plancher ou poutre noyée) pour maintenir le rôle de diaphragme horizontal du plancher.

6.2.3.6. Fondations adéquates La conception, le dimensionnement et la construction des fondations et de leurs liaisons avec la superstructure doivent assurer une excitation sismique uniforme de l’ensemble du bâtiment, par Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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un certain monolithisme dans ce plan. Pour les structures composés d’un nombre restreint de murs structuraux, d’épaisseurs et de rigidité différentes, il convient de choisir une fondation rigide (type caisson ou alvéolé avec radier et dalle supérieure ou encore type radier suffisamment épais). Dans le cas du radier alvéolé, cela suppose des murs capables d’associer la dalle supérieure à son fonctionnement. Pour les bâtiments ayant des fondations isolées (semelles ou pieux), l’utilisation d’une dalle ou de longrines reliant ces éléments suivant les deux directions principales est recommandée. Le système des fondations doit en règle générale présenter un mode de fonctionnement mécaniquement homogène et favoriser un comportement monolithique des ouvrages de génie civil ; dans le cas contraire, les déplacements différentiels des points d’appui sont à prendre en compte. Les bâtiments abritant des matières nucléaires seront en général fondés par l'intermédiaire d'un radier général. Les autres bâtiments pourront être fondés sur des semelles isolées. L'utilisation de fondations profondes peut être envisagée en dernier recours si la mauvaise qualité du terrain l'exige. Les pieux i nclinés sont strictement interdits. La fondation d'un ouvrage doit constituer un système homogène, à moins que cet ouvrage ne soit fractionné en unités distinctes par des joints. Dans ce cas, le mode de fondation peut varier d'une unité à l'autre mais doit rester homogène dans chacune d'elles. Chaque bloc de bâtiments limité par des joints doit avoir, dans la mesure du possible, un niveau de fondation unique. Les blocs de bâtiments contigus peuvent ou bien être fondés par des systèmes de fondation disjoints et indépendants (radiers séparés par un joint par exemple), ou bien être fondés par un seul et même système de fondation (radier épais par exemple). Dans le cas de blocs de bâtiments contigus il est déconseillé d’utiliser des systèmes de fondations partiellement liés (appuis ponctuels d’un bloc sur des corbeaux d’un autre bloc, etc.) ; de telles liaisons sont à éviter sinon à proscrire à cause du fonctionnement complexe et hétérogène en cas de séisme (excitation sismique non homogène, présence de points durs, etc.).

6.2.4. Régularité L’ouvrage comporte des éléments verticaux de contreventement redondants. On recherchera une symétrie en plan par rapport à deux directions orthogonales, pour ce qui concerne la raideur latérale et la distribution des masses. La raideur en plan des planchers du système principal de contreventement est suffisante pour que la déformation des planchers dans le plan n’influe pas sur la répartition des efforts horizontaux entre les éléments verticaux de contreventement. Les éléments verticaux appartenant au système principal de contreventement sont continus de façon à assurer un transfert régulier des efforts jusqu’aux fondations. Les modes de déformation locale des éléments structuraux n’affectent pas leur participation au système principal de contreventement. L’intégration de principes de régularité des structures peut être un moyen pour optimiser la conception parasismique et le cas échéant simplifier et fiabiliser le dimensionnement. Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Les critères de régularités sont utilisés dans la conception parasismique des bâtiments et ouvrages du bâti traditionnel pour permettre des simplifications de méthode (modèles et types d’analyse) et pour orienter les choix de paramètres de dimensionnement (par exemple les coefficients de comportement de référence ou réduits). Ces critères sont des indicateurs de robustesse définis dans les règles parasismiques (PS92 [E040] et [EC8]). Ils visent à diminuer la sensibilité des résultats de calcul aux variations d’hypothèses de base et de détail de modélisation. Pour les ouvrages des INB du CEA, l’objectif n’est pas, comme dans ces règlements, de valider des modes de calcul simplifiés ou des coefficients de comportement plus favorables, c’est un objectif recherché en lui-même pour la véritable amélioration de la conception de l’ouvrage qu’il représente. Le concepteur se référera aux règles parasismiques pour le détail des critères de régularité : PS 92 [E040 - § 6.6]   Eurocode 8 – Partie 1 [EC8-1 ; §4.2.3.2 régularité en plan et § 4.2.3.3 régularité en élévation]

6.2.5. Conditions de sol et implantation L’Eurocode 8 précise les règles relatives aux conditions de sol des ouvrages parasismiques du bâti traditionnel. Ces règles sont, sauf cas particuliers, transposables au cadre de la conception d’ensemble des installations nucléaires de base (INB). Le concepteur consultera en particulier l’Eurocode 8 – Partie 1 et Partie 5 [EC8-1, notamment §3.1, et EC8-5] Les conditions de sol spécifiques à l’implantation et aux fondations d’ouvrages INB sont également précisées par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071 ; §2.1.3.3]. Les définitions de l’aléa sismique sont en général traitées en amont de l’application du présent guide au niveau de chaque centre CEA ; pour chaque bâtiment l’aléa sismique dépend de la nature du sol (cf. RFS 2001-01 [E 010]). Les reconnaissances de sol sont définies notamment par la RFS-I.3.c [SU090], complétée par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Les identifications des classes de sol, autres que celles définis par les RFS et par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], sont détaillés dans l’Eurocode 8 Partie 1 [EC8-1 ; notamment §3.1.2]. Dans le cas de sol alluvionnaire, il est requis d’identifier les variations des caractéristiques mécaniques dynamiques du sol en fonction des distorsions de sol attendues sous le séisme considéré. Dans la mesure du possible, l’implantation est de préférence à orienter vers des sols ayant de bonnes caractéristiques physiques et mécaniques, avec une préférence marquée pour les sols de type 2 (Rocher ou équivalent, Vs, 30 supérieures à 800m/s), et de façon plus générale pour des sols de type 1 (Alluvions) ayant au moins des vitesses de cisaillement dynamique Vs, 30 supérieures à 300m/s. Dans la conception d’ensemble les implantations d’ouvrages sur des sols ayant de faibles caractéristiques physiques et mécaniques ne sont pas recommandées. Les implantations d’ouvrages INB sur des sols de classe S1 et S2, au sens Eurocode 8, sont à proscrire. Les implantations d’ouvrages INB sur des sols caractérisés par une vitesse moyenne inférieure à 300m/s sont à éviter dans la mesure du possible, et dans le cas particulier où de telles conditions ne pourraient être évitées, il y a lieu de prendre en compte les éventuelles conséquences sur la conception du sol de fondation (traitements, etc.) sous l’ouvrage considéré, la conception des fondations et sur les éventuels effets amplificateurs de l’aléa sismique par effets de site particuliers. Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Il convient que les ouvrages de génie civil ne soient pas implantés au droit de failles capables de conduire à des déplacements en surface ou sur des sols présentant des risques de glissement ou de liquéfaction. Il convient également que les ouvrages de génie civil soient implantés sur un terrain ne présentant pas de fortes discontinuités latérales. La liquéfaction d'un sol est un processus qui conduit à la perte totale de résistance au cisaillement du sol par augmentation de la pression interstitielle. Les sols susceptibles de liquéfaction sont identifiables par les règles propres au matériau sol. L’implantation de bâtiments ou d’ouvrages sur des sols sensibles, susceptibles de liquéfaction est à exclure en règle générale pour les ouvrages classés sismiques des INB du CEA. Les critères vis-à-vis de la liquéfaction sont à rechercher d’une part dans les règles parasismiques (PS92 [E040] et Eurocode 8 [EC8]) et d’autre part dans la pratique scientifique de la dynamique des sols. Dans le cas où un risque de liquéfaction des sols est identifié il est recommandé de faire des investigations et mesures appropriées avec un expert en la matière. Les PS92 [E040] identifient, par exemple, comme sols liquéfiables : les sables, sables vasards et silts présentant un degré de saturation voisin de 100 %, une granulométrie assez uniforme ( C u  15 ), un diamètre à 50 % compris entre 0,05 et 1,5 mm et faiblement comprimés ; les sols argileux dont la limite de liquidité wL est inférieure à 35 %, la teneur en eau w supérieure à 0.9.w L , le diamètre à 15 % est supérieur à 0,005 mm.

6.2.6. Espace de séparation entre ouvrages Il convient de respecter les principes définis par l e guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071 ; §2.1.3.4]. Le risque d’interaction entre deux ouvrages, dont l’un au moins participe à la sûreté de l’installation, n’est pas admis en cas de séisme. Si la distance de séparation entre les ouvrages ne permet pas d’exclure ce risque, l’ouverture et la géométrie des joints de séparation sont déterminés pour satisfaire cette exigence. L’espace de séparation entre les ouvrages au-dessus du niveau du sol est de géométrie simple et vide de matériau d’interposition ou de matériels susceptibles d’induire un transfert significatif d’effort. La largeur des joints d’ouvrages contigus sera fonction des déplacements différentiels entre les ouvrages indépendants provenant essentiellement des tassements, des effets thermiques, des effets sismiques. Ceux-ci doivent pouvoir être vidés et contrôlés. Leur largeur sera choisie pour être au moins égale d’une part aux valeurs minimales définies par le code parasismique (PS92 [E040] ou EC8 [EC8]) du projet considéré et d’autre part à deux fois le cumul des déplacements horizontaux des ouvrages estimé par le calcul (avec q=1). Dans le cas de l’application de l’Eurocode 8 [EC8], la non-interaction est réputée satisfaite par les conditions suivantes : Pour les ouvrages structurellement indépendants qui n’appartiennent pas à la même  propriété, il suffit que la distance entre la ligne de séparation et les points d’impact potentiels soit supérieure ou égale au déplacement horizontal maximal du bâtiment au niveau correspondant, calculé selon l’expression d s = qd .d e ; 

Pour les ouvrages structurellement indépendants qui appartiennent à la même propriété, il suffit que la distance entre eux soit supérieure ou égale à la racine carrée de la somme des carrés des déplacements horizontaux maximaux des deux bâtiments ou unités, calculé selon l’expression d s = qd .d e .

Dans les deux cas, pour la conception des distances entre bâtiments ou ouvrages d’INB affectés d’exigences de comportement de non-interaction, les déplacements horizontaux théoriques sous séisme issus des calculs linéaires (avec q=1) seront, en règle générale, additionnés et forfaitairement pondérés par 2. Des approches plus fines (par cumul quadratique des déplacements horizontaux ou encore par Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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calculs temporels) sont possibles pour l’évaluation des marges de dimensionnement des ouvertures des joints entre les ouvrages contigus. L’évaluation de la déformabilité des ouvrages devra tenir des variations des paramètres de sol et de structure selon le type de structure et selon le comportement des ouvrages. Les caractéristiques de matériau et leur variation seront, sauf justification particulière détaillée, cohérente avec les caractéristiques conventionnelles définies par l’Annexe 1 du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], L’espace de séparation entre les ouvrages ou bâtiments visés par les présentes considérations de noninteraction sous séisme ne préjuge pas des dispositions de conception (de continuité ou de discontinuité) au niveau même des fondations des ouvrages contigus. Les déplacements sismiques horizontaux utiles pour le dimensionnement des ouvertures libres des joints entre les ouvrages contigus sont, en règle générale, les déplacements horizontaux aux divers niveaux de l’ouvrage. Ceux-ci résultent des déplacements de translation de l’ouvrage (par rapport au sol de fondation) et des déplacements dus aux rotations (d’axes horizontal et vertical) de l’ouvrage et du sol. L’évaluation simplifiée des rotations d’ensemble, à la base des ouvrages, utilisant des hypothèses enveloppe de rotations d’ensemble au droit de l’interface sol-fondation est possible. Des approches plus fines, tenant compte des déformabilités relatives de l’ouvrage et du sol, sont également possibles. Les déplacements sismiques horizontaux, au droit de la base des joints entre les ouvrages, dus au déplacements horizontaux propres du sol, sont négligés (ou négligeables), en règle générale, car il existe un effet de lissage dû au contact à l’interface sol-fondation, en l’absence de glissement d’ensemble. Une autre conception de l’interface et du dimensionnement de bâtiments voisins dont l’un est classé sismique au sens de la sûreté et l’autre ne l’est pas, peut consister en l’interposition entre les deux bâtiments d’un ouvrage de transition « fusible », de masse et de caractéristiques secondaires, non susceptible de provoquer des interactions significatives sur le bâtiment principal à protéger en cas d’effondrement du bâtiment non classé. Cette conception particulière est à réserver au cas où les deux bâtiments (classé et non classé) sont suffisamment éloignés l’un de l’autre mais restent liés fonctionnellement (par exemple : passages d’utilités, de personnel, de matériels). Dans ce cas, l’ouvrage « fusible » est simplement affecté d’une exigence de stabilité d’ensemble et de non interaction avec l’ouvrage principal. De façon conventionnelle, et sauf exigences particulières, l’ouvrage intermédiaire « fusible » n’est pas dimensionné vis-à-vis de la chute du bâtiment non classé sismique de façon à ne pas l’alourdir inutilement. En cas de chute du bâtiment non classé l’ouvrage « fusible » peut le cas échéant induire des efforts à l’interface avec le bâtiment classé à protéger qui sont à prendre en compte dans le dimensionnement tout en vérifiant qu’ils restent d’un ordre de grandeur non significatif vis-à-vis de l’exigence de non-interaction.

6.3. Préfabrication – ouvrages en béton armé D’une façon générale les bâtiments, ouvrages, et parties d’ouvrages en béton classés parasismiques doivent être aussi robustes et monolithiques que possible. A ce titre la conception doit privilégier les ouvrages comportant des éléments structuraux robustes liés les uns aux autres par des assemblages préservant la robustesse et le monolithisme d’ensemble et ayant une résistance et une déformabilité compatibles avec les sollicitations et les déformations imposées par les diverses actions et par l e séisme en particulier. Ce principe général de conception conduit à privilégier les structures coulées en place. Dans certains cas, pour des raisons spécifiques aux contraintes de projet, il peut arriver que des préfabrications partielles d’éléments de structure soient envisagées. Dans ce cas, la conception d’ensemble de l’ouvrage et la conception de détail doivent préserver les principes de robustesse et de monolithisme. Les acteurs de la réalisation devront alors porter une attention particulière sur toutes les dispositions d’ensemble et les dispositions constructives de détail recommandées notamment par les règlements parasismiques et par les guides professionnels en vigueur. Parmi ces textes on citera par exemple ceux des Eurocodes [EC8 et EC2], notamment [EC8-Partie 1 ; § 5.11 Structures préfabriquées en béton] ainsi que le guide AFPS 2005 [E070]. Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Des dispositions constructives particulières complémentaires aux dispositions réglementaires sont définies en Annexe [8 - §8.11] du présent guide. Les planchers comportant des éléments préfabriqués (Poutres et/ou prédalles) devront préserver la fonction de diaphragme horizontal nécessaire aux transferts des efforts sismiques (efforts de membrane sous les effets horizontaux dus au séisme; effets de flexion sous les actions normales et sous séisme ;…). La dalle coulée en place au dessus des éléments préfabriqués devra être suffisamment épaisse pour permettre la mise en place d’une double nappe bidirectionnelle d’armatures supérieures et inférieures au sein de la partie coulée en place, justifiées vis-à-vis des sollicitations. Une attention particulière sera portée aux assemblages et liaisons entre les éléments préfabriqués et les zones de liaison coulées en place ( nœuds poteaux/poutres ; intersections plancher/mur - plancher/plancher – mur/mur – etc. ; zones de liaison en général ; etc.) pour que la continuité des ferraillages entre les parties préfabriquées et les parties coulées en place soit assurée, et pour que les ferraillages des zones de clavage et de liaison soient justifiés vis-à-vis des sollicitations (forces et moments) et des dispositions constructives (confinement, respects des pourcentages minimaux ; respect des dispositions constructives de chaînage ; etc.). Les dispositions d’appui des éléments préfabriqués sur les éléments coulés en place et porteurs, seront à concevoir de sorte que les surfaces d’assise des éléments préfabriqués soient maximisées pour interdire tout risque d’échappement (sous séisme et après séisme) par rapport aux surfaces porteuses en tenant compte des déplacements des divers éléments dus aux actions normales et sismiques. Les dispositifs de liaisons (connecteurs ; clefs ; etc.) entre des éléments préfabriqués plans et les parties coulées en place devront être conformes aux principes et calculs de dimensionnement réglementaire et être dimensionnées pour que l’élément préfabriqué satisfasse également les exigences qui sont affectées à la paroi (verticale ou horizontale) ou à l’ensemble des éléments structuraux concernés (poteaux ; poutres ; etc.). En complément du dimensionnement des éléments préfabriqués, les dimensionnements et les dispositions des zones de liaisons et d’intersection coulées en place sont à justifier pour interdire tout risque de désordres dans ces zones. Cela implique des dimensionnements confortables de ces zones de liaison et d’intersection en matière de coffrage, de ferraillage, de continuité des ferraillages et de préparation des états de surface des éléments préfabriqués adjacents liés. La conception des bâtiments, ouvrages et parties d’ouvrages est en général une conception en béton coulé en place, ce qui permet d’assurer le monolithisme de l’ouvrage tout en tenant compte de l’implantation des éléments particuliers (traversées, trémies, trous ; éléments pièces noyées métalliques ou autres ; éléments supportés ; etc.). La préfabrication éventuelle de parties d’ouvrages ne pourra être décidée qu’à l’issue d’une connaissance avancée et suffisante de ces éléments particuliers et devra préserver, par des dispositions constructives adéquates, ce monolithisme. Pour les bâtiments et ouvrages des INB, la présence de ces éléments particuliers exclut toute standardisation a priori des éléments en béton armé. Il est de plus recommandé de ne pas recourir à des éléments surfaciques préfabriqués dans les zones où il est envisagé des structures post-scellées (platines avec chevilles, carottages, …). Dans le cas exceptionnel où cela se produirait, les dispositions d’interface entre les structures rapportées et l’ouvrage porteur devront préserver (ou reconstituer) les capacités de résistance et avoir une robustesse similaire à celle d’un supportage sur un ouvrage coulé en place.





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7. EXIGENCES DE COMPORTEMENT 7.1. Généralités En application des principes de raisonnement définis au chapitre [5], le présent chapitre définit des exigences de comportement « standard » attribuables aux bâtiments et ouvrages en béton (armé et/ou précontraint) et en charpente métallique en acier. Les critères de justification en dimensionnement associés sont développés au chapitre [12]. Les exigences de comportement (EC) des ouvrages sont à attribuer aux bâtiments, ouvrages et parties d’ouvrages en respectant les principes définis par les règles fondamentales de sûreté et notamment par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Les définitions des exigences de comportement développées dans le présent chapitre peuvent être utilisées comme une référence guide. Dans le cadre d’un projet donné, en fonction des besoins, on pourra utiliser les définitions standards ici définies et/ou en élaborer de spécifiques qui devront alors être assorties de critères de justification dédiés. Dans ce dernier cas le vocabulaire, la description et la nomenclature des exigences et critères utilisés devront être cohérents avec la terminologie du guide (Cf. chapitre [5]). D’une façon générale un même élément de structure peut avoir plusieurs exigences de comportement à respecter, en fonction des divers rôles identifiés par l’analyse de sûreté qu’il peut jouer. Ce cas est en pratique le plus courant. Il y a lieu de retenir pour son dimensionnement des critères qui couvrent l’ensemble des exigences de comportement à combiner. On parle alors d’exigences de comportement combinées. Par ailleurs, il est recommandé de conserver la totalité de l’information sur les EC par élément de façon à gérer sans omission leurs modifications éventuelles. Les exigences de comportement, élémentaires ou combinées, sont définies par sous-ensemble (installation, bâtiments, blocs de bâtiment, zones, parois d’un local ou d’une cellule, etc.) dans une démarche globale à la fois de type sûreté (analyses de sûreté, inventaire des matières, positionnement et nature des matières, analyse des risques et identification des exigences de sûreté, identification des exigences attribuées aux ouvrages et aux équipements, etc.) et de type génie civil (faisabilité, dimensionnement, qualité et économie du projet).

7.2. Exigences de confinement

comportement

associées

à

la

fonction

On définit les exigences de comportement suivantes classées par ordre de sévérité décroissante :   

l’exigence de participation au confinement optimisé pour assurer la capacité à contenir de façon quasi-étanche des liquides, des solides, des aérosols, des poussières ou des gaz, l’exigence de participation au confinement amélioré pour assurer la rétention ou capacité à contenir des liquides et des solides, l’exigence de participation au confinement standard équivalente à celle des parois extérieures d’un bâtiment respectant au plus juste la réglementation ordinaire à la fois pour le « clos et couvert » et pour le séisme.

Ces exigences sont incompatibles avec l’absence d’exigences particulières (AEX) en résistance [§7.4.3]. Les exigences de comportement associées à la fonction confinement ne peuvent pas en général être atteintes par le génie civil seul mais peuvent être satisfaites par l’association de technologies complémentaires Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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(ventilation, etc.).

Eléments de structure potentiellement concernés : Les éléments qui peuvent être concernés par l’exigence PC sont les cloisons de l’ensemble structurel (radier ou dalle au sol, murs de cloisonnement, planchers et terrasses, etc.) participant au confinement, et tout autre élément susceptible de participer au confinement (poteaux et poutres, etc.). Pour les charpentes métalliques, les éléments concernés sont tous les éléments participant au confinement (bardages et autres cloisons, planchers et toitures, poteaux et poutres, etc.). D’une façon générale il conviendra de préciser les parois et sous-ensembles structurels constituant les parois frontières des volumes ou sous-ensembles concernés par l’exigence PC, ces parois seront dites parois confinantes

7.2.1. Exigence de participation au confinement optimisé PCO Notation abrégée : PCO Description : L’exigence de participation au confinement optimisé désigne la capacité des parois d’un bâtiment, d’un ouvrage ou d’une partie d’ouvrage à prévenir toute dissémination de liquides, de gaz ou de poudres en suspension. Il est généralement associé à une limitation du débit de fuite sous pression de confinement après séisme. L’exigence de confinement optimisé ne peut pas en général être atteinte par le génie civil seul mais peut être satisfaite par l’association de technologies complémentaires telles que notamment : l’utilisation de revêtement métallique, ou liner, continu intérieur ou extérieur au génie  civil, l’utilisation de la précontrainte,   un système de ventilation maintenu, une cascade de parois ou d’enveloppes,   d’autres technologies. Cette exigence correspond à la recherche d’une étanchéité relative optimale, c’est une exigence très forte. L’étanchéité recherchée est alors comparable à celle que procure une porte de sous-marin. L’exigence affectée au génie civil ne peut être qu’une participation au confinement. Cette exigence est graduée par des niveaux de performance croissants, associés à des critères de justification spécifiques de sévérité croissante définis ci-après. Ces exigences sont notées :  pour le niveau 1 : PCO (sans revêtement)  pour le niveau 2 : PCOR (avec revêtement) L’exigence de participation au confinement optimisé concerne la situation pendant et après le séisme. Dans toute section d’un élément ou d’une paroi concerné par cette exigence de participation au confinement optimisé, il doit subsister un dispositif physique permettant de justifier du caractère optimal de l’étanchéité relative offerte par la paroi. Ce dispositif peut être constitué par la présence d’une partie comprimée dans les sections sous les sollicitations découlant des combinaisons d’actions du séisme et des actions concomitantes. Il peut être également constitué de dispositifs ou de technologies concourant à une étanchéité relative optimale. Dans ce dernier cas, l’exigence de comportement de l’élément de structure intègre la compatibilité des déformations avec ces dispositifs et la réversibilité des Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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déformations. Eléments de structure potentiellement concernés : Cf. [§7.2].

7.2.2. Exigence de participation au confinement amélioré PCA Notation abrégée : PCA Description: L’exigence de participation au confinement amélioré désigne la capacité des parois d’un bâtiment, d’un ouvrage ou d’une partie d’ouvrage à limiter à des cinétiques très lentes les transferts de poudres en suspension, de gaz ou de liquides à basse pression. Cette exigence correspond à la recherche d’une étanchéité relative (ou rétention) améliorée par rapport à l’exigence de participation au confinement standard. L’étanchéité recherchée est comparable à celle d’une porte étanche à faible pression. Cette exigence comporte un niveau de base de performance, dit niveau 1, associé à des critères de justification spécifiques définis ci-après. L’exigence est notée, pour le niveau 1 : PCA ou PCA-1. D’autre niveau de performance pourront si besoin être demandés en les associant alors à des critères de justification plus sévères. L’exigence de participation au confinement amélioré concerne en général la situation après le séisme. L’ouverture et l’espacement des lignes de fuite potentielle (fissures, joints entre éléments, etc.) sont contrôlés et limités. Les aciers fonctionnent dans le domaine élastique ce qui permet statistiquement après un séisme une capacité de retour des parois et ensembles confinants vers un état voisin de l’état initial (refermeture quasi complète des fissures dans les ouvrages en béton, quasi-retour à la géométrie initiale dans les ouvrages en charpente métallique acier, etc.). Eléments de structure potentiellement concernés : Cf. [§7.2].

7.2.3. Exigence de participation au confinement standard PCS Notation abrégée : PCS Description : L’exigence de participation au confinement standard désigne la capacité des parois d’un bâtiment, d’un ouvrage ou d’une partie d’ouvrage à limiter après séisme à des cinétiques lentes les transferts de poudres en suspension, de gaz ou de liquides à basse pression, par le maintien de déformations faibles des ensembles concernés. L’étanchéité est comparable à celle que procure un ouvrage ou bâtiment fissuré par le séisme, mais globalement stable et peu déformé. L’exigence de participation au confinement standard est associée à un comportement des structures avec des déformations faibles ce qui donne aux structures la capacité de limiter les transferts de poudres en suspension, de gaz ou de liquides à basse pression. Elle est équivalente à la recherche du « clos et couvert » par les parois de l’ouvrage ou de la partie d’ouvrage concerné.



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L’ouverture et l’espacement des lignes de fuite potentielle (fissures, joints entre éléments, etc.) sont limités par le contrôle des déformations d’ensemble. Les aciers fonctionnent dans le domaine élastique ou non élastique en ayant des déformations suffisamment éloignées des déformations ultimes, ce qui permet de conserver statistiquement, après séisme, une capacité de confinement relatif contrôlée des ensembles concernés (maintien de faibles largeurs de fissures dans les ouvrages en béton, maintien du bon fonctionnement des éléments structuraux et absence de déformations excessives dans les ouvrages en béton et en charpente métallique acier, etc.). Eléments de structure potentiellement concernés : Cf. [§7.2]

7.3. Exigences associées à la fonction résistance Ces exigences sont :     

l’exigence de supportage d’équipements, l’exigence de stabilité d’ensemble, l’exigence de stabilité locale ou de non-effondrement local, l’exigence de non-interaction, ou d’interaction non préjudiciable vis-à-vis d’équipements ou encore de bâtiments ou ouvrages voisins ayant des fonctions spécifiques de sûreté, l’absence d’exigences particulières.

7.3.1. Exigence de supportage d’équipements SP Notation abrégée : SP Description : L’exigence de supportage des équipements (et autres matériels, ouvrages, ou éléments non-structuraux cloisons, bardages, etc.) désigne la capacité du bâtiment, de l’ouvrage, ou des parties d’ouvrage, à assurer le maintien des fonctions de portance (dans toutes les directions) des équipements affectés d’exigences particulières de comportement (non-missilité, stabilité, intégrité etc.) et de leurs supports sous les chargements résultant de toutes les actions sismiques et non-sismiques. Cette exigence suppose en préalable une exigence de comportement de stabilité (SE et SL). Elle implique, en complément des exigences de stabilité, des précautions et des justifications particulières concernant notamment la compatibilité des déformations de l’élément support avec la technologie des liaisons entre les équipements et ces éléments supports. Le comportement des zones locales de liaisons et d’appuis des équipements doit permettre aux dispositifs de liaisons et d’ancrages de fonctionner en conservant des capacités résistantes suffisantes. Cette exigence est implicitement associée aux comportements des matériaux des zones d’appuis. Par exemple, dans le cas d’un ouvrage en béton, il peut y avoir une fissuration locale et les dispositifs technologiques de liaisons (pré-scellés ou post-scellés) sont à concevoir selon des dispositifs non sensibles à une possible fissuration. Eléments de structure potentiellement concernés Eléments structuraux (radier ou dalle au sol, murs de cloisonnement, planchers et terrasses, poteaux, Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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poutres, consoles d’appui et massifs, etc.) ou non structuraux participant directement ou indirectement à la fonction de supportage d’une structure, d’un équipement ou d’un matériel fixe ou mobile.

7.3.2. Exigences de stabilité S Notation abrégée :    

Exigence de stabilité : S Exigence de stabilité d’ensemble : SE Exigence de stabilité locale : SL Exigence de stabilité locale - non effondrement : SL-NE

Description : L’exigence de stabilité désigne d’une façon générale la capacité du bâtiment, de l’ouvrage ou des parties d’ouvrages, à résister aux actions et aux sollicitations appliquées et à rester en place, pendant et après séisme, avec des endommagements éventuels limités et des déformations contrôlées. L’exigence de stabilité peut concerner :  un ouvrage dans son ensemble (bâtiment, bloc de bâtiment, etc.),  un élément structurel (mur, plancher, poutre, poteau, etc.). Dans le premier cas, le terme « stabilité » est qualifié de « stabilité d’ensemble » , dans le second cas il est qualifié de « stabilité locale ». Stabilité d’ensemble SE En règle générale, la stabilité d’ensemble des structures d’ouvrages neufs est une condition nécessaire préalable à l’attribution de toute autre exigence de comportement à tout élément de structure. On distingue deux cas principaux correspondant à des exigences de déformations contrôlées selon un ordre de sévérité décroissante, et caractérisés par des degrés d’endommagements potentiels limités sous séisme et après séisme. Cas courant : Exigence de stabilité d’ensemble (SE)

Dans le cas le plus courant, l’exigence de stabilité d’ensemble (SE) est requise en complément d’autres exigences de comportement dérivées des exigences de sûreté (supportage, confinement, etc.). Cela implique que les éléments structuraux aient une capacité résistante suffisante pour garantir la reprise des efforts sismiques (et non sismiques) calculés en tenant compte du comportement des structures avec des déformations limitées et contrôlées selon des critères durcis par rapport aux critères normaux de non-effondrement. Cette exigence correspond à un comportement de stabilité, avec des déformations situées dans le domaine élastique linéaire (conventionnel). Cette exigence procure implicitement des marges sur la résistance par les méthodes de dimensionnement des ouvrages parasismiques neufs (INB). Elle est associée à des exigences particulières de sûreté de l’installation.

Cas particuliers : Exigence de stabilité d’ensemble (non effondrement)

Dans certains cas particuliers, l’exigence de stabilité d’ensemble est la seule exigence requise, intégrant le cas échéant l’exigence de non interaction avec les ouvrages voisins classés sismiques, mais sans autres exigences de comportement directement dérivées des exigences de sûreté . Dans ces cas particuliers, et en respectant le cadre des conditions particulières du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], les méthodes de calcul et les critères associés peuvent être adaptés par rapport au cas précédent pour garantir une stabilité d’ensemble par absence d’effondrement des structures. Cela implique que les Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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éléments structuraux aient une capacité résistante suffisante pour garantir la reprise les efforts sismiques (et non sismiques) calculés, en tenant compte du comportement (linéaire et non-linéaire) des structures, avec des déformations limitées et contrôlées selon des critères normaux. Dans ces cas particuliers, l’exigence correspond à un comportement de stabilité des ouvrages ou des parties d’ouvrages en admettant des déformations limitées et contrôlées selon des critères garantissant le non-effondrement des structures avec des marges. Ces cas particuliers doivent être analysés en tenant compte des règles et limitations définies par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Eléments de structure potentiellement concernés par SE :

Les éléments qui peuvent être concernés par SE sont les éléments structuraux et cloisons du bâtiment, de l’ouvrage ou des parties d’ouvrage (radier ou dalle au sol, murs de cloisonnement, planchers et terrasses, poteaux et poutres, consoles d’appuis, etc.) dont la stabilité est une condition nécessaire à l’obtention de la stabilité d’ensemble de l’ouvrage. D’une façon générale, l’exigence de stabilité d’ensemble d’un ouvrage ou d’une partie d’un ouvrage concerne les éléments de structure dont l’effondrement pourrait entrainer la défaillance généralisée de la structure ou d’une partie de celle-ci et le non-respect des exigences de sûreté attendues.

Stabilité locale SL La stabilité locale d’un élément structural ou d’un ensemble d’éléments peut également être catégorisée selon des principes similaires à ceux de la stabilité d’ensemble. Cas courant : Exigence de stabilité locale (SL)

Dans le cas courant où la stabilité locale d’un élément structural ou d’un ensemble d’éléments structuraux est associée à d’autres exigences particulières dérivées des exigences de sûreté (Supportage, confinement, protection biologique,…) alors les méthodes de calcul et les critères suivront les mêmes principes que les précédents appliqués à l’échelle locale des ouvrages. Cas particuliers : Exigence de stabilité locale - non effondrement (SL-NE)

Dans les cas particuliers où la stabilité locale d’un élément ou d’un ensemble d’éléments est la seule exigence requise, alors les méthodes de calcul et les critères suivront les mêmes principes les précédents appliqués à l’échelle locale des ouvrages. Dans ces cas particuliers l’exigence minimale associée à l’élément peut aussi être qualifié de « non-effondrement local ». Ces cas particuliers doivent être analysés en tenant compte des règles et limitations définies par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Eléments de structure potentiellement concernés par SL :

Les éléments qui peuvent être concernés par l’exigence SL sont les éléments structuraux et cloisons du bâtiment, de l’ouvrage ou des parties d’ouvrage (radier ou dalle au sol, murs de cloisonnement, planchers et terrasses, poteaux et poutres, consoles d’appuis, cloisonnements secondaires et panneaux de maçonneries, etc.) dont la stabilité à l’échelle locale est nécessaire pour respecter les exigences requises par ailleurs. L’exigence de stabilité locale d’un élément ou d’un sous-ensemble d’éléments concerne les éléments de structures dont l’effondrement ou la perte d’intégrité locale pourrait entrainer le non respect des exigences de sûreté attendues.

7.3.3. Exigence de non-interaction NI Notation abrégée : NI Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Description : L’exigence de non-interaction désigne la capacité d’un bâtiment, d’un ouvrage ou d’une partie d’ouvrage, proche d’un équipement important pour la sûreté, ou encore proche d’un autre bâtiment ou ouvrage affecté, directement ou indirectement, d’exigences particulières de sûreté, de ne pas créer d’interactions à caractère préjudiciable en termes de sûreté envers l ’équipement ou l’ouvrage à protéger. Cette exigence ne signifie pas nécessairement l’absence d’interactions physiques (dues aux contacts potentiels entre les ouvrages en cas de séisme) mais bien l’absence de conséquences préjudiciables d’éventuelles interactions. Pour un bâtiment, un ouvrage ou une partie d’ouvrage d’une INB nouvelle cette exigence sera essentiellement associée à l’exigence de stabilité d’ensemble de l’ouvrage en interaction potentielle et à la nécessité d’une distance suffisante entre l’ouvrage concerné (agresseur) et l’ouvrage (ou l’équipement) à protéger pour exclure ces interactions en général, ou pour limiter les éventuelles conséquences à un niveau non préjudiciable. Cette exigence concerne notamment les configurations : d’ouvrages, ou parties d’ouvrages, voisins ou contigus et susceptibles d’interactions  (contacts et entrechoquements potentiels) sous séisme, d’ouvrages (ou parties d’ouvrages) voisins d’équipements ou d’éléments importants pour  la sûreté susceptibles d’interactions (contacts et entrechoquements potentiels) sous séisme. On notera que dans le cas particulier où la distance entre ouvrages permet d’exclure le risque d’interaction, même en cas d’effondrement des ouvrages (cf. guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071§2.1.3.4]), l’exigence de non-interaction se traduit par une absence d’exigence pour l’ouvrage « agresseur ». La géométrie de l’espace entre l’ouvrage agresseur et l’ouvrage à protéger doit être prévue de telle sorte que les entrechoquements sous séisme soient rendus impossibles (ou très improbables) et que les contacts potentiels ne puissent conduire qu’à des transferts d’efforts additionnels maîtrisés à des conséquences (ou dommages) limités dans l’ouvrage à protéger et des modifications limitées ou identifiées de spectres de planchers. Les éléments structuraux et non structuraux de l’ouvrage ou de la partie d’ouvrage agresseur doivent avoir un niveau de stabilité d’ensemble suffisamment éloigné de l’état limite ultime de déformation (non-effondrement) pour satisfaire l’exigence de non interaction. Eléments de structure potentiellement concernés Les éléments qui peuvent être concernés sont les éléments structuraux et cloisons du bâtiment, de l’ouvrage ou de la partie d’ouvrage potentiellement agresseur (murs de cloisonnement, planchers et terrasses, systèmes structuraux et non structuraux, etc.) et la volumétrie de l’espace (distances entre ouvrages, dimensions des joints libres, etc.) entre l’ouvrage agresseur concerné par l’exigence « NI » et l’ouvrage à protéger.

7.4. Autres exigences 7.4.1. Exigences particulières Certaines exigences particulières peuvent être éventuellement induites par les analyses de sûreté relatives aux conséquences des diverses agressions internes et externes (dont le séisme).



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Ce sont par exemple :  des exigences de limitation de déformations (et/ou déplacements) pour exclure le risque de criticité dont la définition de détail doit être faite de façon spécifique en tenant compte de tous les paramètres (sûreté/équipements/environnement/génie civil), des exigences de résistance sous chute de charges ou missiles (stabilité, non-pénétration  de parois, etc.),  des exigences de tenue d’éléments non structuraux (portes, éléments de second œuvre, etc.),  des exigences particulières vis-à-vis de l’incendie,  des exigences particulières vis-à-vis des actions en situation normale et/ou en situation accidentelle, etc.  Il revient au Maître d’œuvre d’en tenir compte dans la méthodologie de travail qu’il a à établir pour concevoir, dimensionner et justifier l’ouvrage. Les exigences particulières attribuables aux bâtiments, ouvrages ou parties d’ouvrage sont alors à préciser et à définir dans le cadre du projet considéré.

7.4.2.

Exigences combinées

Dans la plupart des cas, un élément de structure devra satisfaire simultanément plusieurs exigences de comportement. Il devra alors également respecter les critères de justification de toutes ces exigences. Il appartient au Maître d’œuvre de synthétiser pour chaque élément de structure l’ensemble des critères de justification à respecter et pour l’ensemble de la structure de définir un nombre limité de zones différentes sur lesquelles seront définis les critères qui couvriront l’ensemble des éléments de structure de la zone.

7.4.3. Absence d’exigences particulières AEX Notation abrégée : AEX Description: L’absence d’exigences particulières désigne essentiellement l’absence d’exigences, directes ou indirectes, liées aux fonctions et exigences de sûreté. Eléments de structure potentiellement concernés : Les éléments qui peuvent être concernés sont les éléments structuraux et cloisons du bâtiment, de l’ouvrage ou des parties d’ouvrage (radier ou dalle au sol, murs de cloisonnement, planchers et terrasses, poteaux et poutres, consoles d’appuis, etc.) sans exigences particulières. Cette exigence peut concerner par exemple un bâtiment, un ouvrage sans fonction de sûreté, situé à une distance suffisamment grande des autres bâtiments (sujets à des exigences de sûreté) pour ne requérir aucune exigence particulière ni au titre de la sûreté, ni au titre de la non-interaction. L’exigence AEX implique que le bâtiment ou l’ouvrage n’a pas d’autres exigences que celles appliquées aux ouvrages du domaine de la construction classique (non-nucléaire) Les justifications du comportement de l’ouvrage ne dépendent alors pas de la sûreté nucléaire mais de la réglementation non-nucléaire applicable à l’ouvrage en fonction de ses autres caractéristiques



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8. MODELISATION DES STRUCTURES 8.1. Modèles d’ensemble 8.1.1. Modélisation du sol de fondation 8.1.1.1. Généralités Les mouvements sismiques de base sont les mouvements à la surface du sol en champ libre. Ils ne tiennent pas compte de la présence de l’ouvrage étudié. La présence d’un bâtiment peut modifier sensiblement le mouvement au droit de la fondation de l’ouvrage. L’analyse dynamique doit donc intégrer ce phénomène dit « interaction sol – structure » (ISS) par une modélisation appropriée du sol. Cette interaction peut être étudiée :  par des méthodes analytiques, qui permettent de modéliser le sol par des impédances (raideurs et amortissements) à la base des modèles dynamiques,  par des modélisations du sol sous l’ouvrage. Les méthodes analytiques peuvent elles-mêmes s’appuyer sur :  la littérature technique spécialisée, par des formules analytiques fonctions des divers paramètres caractéristiques du sol et de la structure (par exemple la méthode de Rosenblueth, la méthode de Deleuze,…) qui traduisent la résolution des équations de la dynamique pour des milieux semi-homogènes ou stratifiés en couches horizontales,  la modélisation partielle du sol permettant de définir des familles de courbes analytiques définissant les impédances de sol adaptées à l’ouvrage étudié. En dehors des ouvrages linéaires particuliers, tels que les galeries enterrées ou ouvrages similaires, on considère, en général, que les composantes horizontales du mouvement sismique sont dues à des ondes de cisaillement à propagation verticale, et on néglige les ondes de surface dont la propagation est horizontale. On trouvera en annexe [2 ; §2.1.1] :  les principes de la représentation par des ressorts amortis,  la formulation des coefficients d’impédance constants,  la méthode de Deleuze.

8.1.1.2. Méthode par modélisation du sol Certaines configurations des fondations et du sol de fondation peuvent sortir du cadre des méthodes analytiques. Par exemple :  les fondations de forme quelconque,  les fondations déformables,  les fondations dont les dimensions sont grandes eu égard aux longueurs d’onde du sol,  les fondations partiellement enfoncées dans le sol,  les sols à hétérogénéité marquée,  les sols avec pendages importants,  etc. Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Dans quelques cas simples, comportant un nombre de paramètres limités, la littérature technique spécialisée (cf. par exemple le manuel des fonctions d’impédance de J.G. Sieffert et F. Ceaver [SIE92], etc.) permet de calculer les fonctions d’impédance à l’aide de courbes et abaques à partir des caractéristiques du sol et de la fréquence adimensionnelle a 0 selon des méthodes généralisant les approches précédentes. Dans ces cas plus complexes, et en l’absence de méthodes analytiques justifiées, il pourra être utilisé des programmes adaptés. Par exemple des modèles aux éléments finis pourront être utilisés pour calculer la réponse temporelle en déplacement u(t) = X 0 .e

i t

en fonction de l’excitation P(t) = P0 .e

i t

. Ces

modèles et les hypothèses devront être conçus pour éviter les phénomènes de réflexion des ondes sur les bords des maillages. Les fonctions de déplacements F1 et F2, similaires à celles précédemment décrites sont obtenues par exemple à partir de la fonction de t ransfert T () = transformée de Fourier de u(t) / transformée de Fourier de P(t) =

X0 P0

(F1 + iF2 ) .

Les coefficients de raideur et d’amortissement peuvent alors être évalués selon des formules similaires à celles déjà utilisées dans la méthode de Deleuze du type : Raideur K x =

P0 X0

.(

F1 F1 ² + F2 ²

) et amortissement C x

=

pourcentage d’amortissement (parfois dit réduit) x = (

P0 X0 - F2 2F1

.(

- F2 F1 ² + F2 ²

) , qui correspond à un

).

Les matrices d’impédance complexe ainsi obtenues (raideur, amortissement) se traduisent généralement par des courbes donnant les raideurs (K x, K r, K rx,…) et les pourcentages d’amortissement (x, r , rx,…) en fonction de la variable fréquence « f ». Les raideurs et les pourcentages d’amortissement peuvent alors être déterminés pour chacune des fréquences propres fondamentales des ouvrages étudiés. La détermination des impédances de l’interaction « sol-structure » se fait généralement de façon itérative pour converger vers les fréquences fondamentales des ouvrages tenant compte de cette interaction sol-structure.

8.1.1.3. Décollement L’analyse linéaire dynamique usuelle est considérée comme valable lorsque le décollement potentiel de la fondation reste inférieur à 30% de la surface totale de la fondation. Dans les calculs de réalisation, les calculs linéaires pseudo-statiques prennent en compte le décollement des fondations à partir d’un décollement égal à 10% de la surface de fondation. Dans le cas où les ouvrages sont globalement rigides et monolithiques le décollement peut être estimé en supposant que la fondation (radier, ...) est infiniment rigide. Les méthodes utilisées pour estimer le décollement et les contraintes sous la fondation sont par exemple :  des méthodes analytiques simplifiées (Abaques de Hahn,…) évaluant l’axe neutre et le champ de contraintes équilibrant le torseur d’efforts globaux à la base de la fondation, pour chaque combinaison sismique ;  des méthodes itératives basées sur la modélisation 3D du bâtiment appuyé sur un Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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tapis de ressorts répartis (ressorts de Winkler [PEC 86]) sous la fondation ; cela permet d’identifier les surfaces où les ressorts verticaux tendus sont à désactiver du modèle 3D pour le champ d’efforts dynamiques considéré. Ces modèles fournissent les champs de contraintes au droit des ressorts modélisés. D’autres méthodes plus détaillées existent pour tenir compte des comportements complexes des fondations et du sol (non linéarités, plastification locale du sol, couplage des ressorts,…). A cet égard, le lecteur pourra consulter les ouvrages de la littérature scientifique spécialisée, tel que celui de M Betbeder-Matibet J. [BET 03 ; p 123 à 183]. Il peut être utilisés avec avantage des ressorts couplés, ceux-ci retardent les phénomènes de décollement.

8.1.1.4. Enfoncement du bâtiment dans le sol L’effet de l’enfoncement du bâtiment dans le sol est en général négligé dans l’analyse dynamique dans les configurations courantes où les bâtiments sont peu enterrés et où les caractéristiques de raideur des terrains contigus au bâtiment (souvent constitués de remblais) sont modérées. L’effet de l’enfoncement dans le sol dépend de nombreux paramètres :  nature du sol,  géométrie de la fouille,  mode de réalisation des fouilles,  etc. Dans le cas où la prise en compte de cet effet d’enfoncement est utile et plausible, pour la stabilité au séisme du bâtiment par exemple, il sera fait appel à un Expert de mécanique et de dynamique des sols, pour définir les paramètres de raideur et d’amortissement de l’interaction sol –structure. Une attention particulière sera alors portée sur les termes de couplages de la matrice d’impédance sol-structure. A titre d’évaluation, on pourra se référer à des ouvrages techniques spécialisés, comme par exemple les règles PS 92 [E040] et Eurocode 8 [EC8], ou encore des ouvrages reconnus par l’Expert de sol.

8.1.1.5. Fondations profondes Ces fondations nécessiteront en général le recours à un Expert de mécanique et de dynamique des sols, pour définir les modélisations de sol à utiliser et les paramètres de raideurs et d’amortissement de l’interaction sol-structure. A titre d’évaluation, on pourra se référer à des ouvrages techniques spécialisés, comme par exemple les règles parasismiques PS92 [E040], Eurocode 8 [EC8], ou encore des ouvrages reconnus par l’Expert de sol. Dans le cas de fondations profondes, il convient de tenir compte en se référant à des ouvrages spécialisés de divers phénomènes plus complexes, tels que:  effets de groupe,  effets d’interaction inertielle et d’interaction cinématique,  effets de couplage des termes de la matrice d’impédance « sol-structure »,  etc. Dans le cas où la qualité de sol en tête des fondations profondes est médiocre, ou encore dans le cas de présence possible de déblais ou de vides pour la réalisation d’ouvrages superficiels (caniveaux, etc.), il convient de prendre en compte des plages d’hypothèses intégrant la Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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présence, ou l’absence, de sol cohérentes avec le Projet et permettant de modéliser correctement l’interaction sol-structure.

8.1.2. Modélisation de la structure principale 8.1.2.1. Généralités Le modèle doit représenter les propriétés d’inertie, de raideur et de dissipation d’énergie de la construction et de ses liaisons au sol. La structure est en général représentée par un modèle constitué de masses discrètes et d’éléments linéairement élastiques et sans masse. Le nombre et la distribution des masses et des éléments de liaison doivent permettre une représentation correcte des modes de vibration susceptibles d’être excités par le séisme (ceux qui sont à une fréquence inférieure à la fréquence de coupure du spectre). Dans la mesure du possible, la modélisation doit permettre la représentation des éventuels phénomènes locaux d’amplification. Dans le cas des ouvrages en béton, le modèle dynamique peut être :  soit un modèle à trois dimensions, constitué en général d’éléments surfaciques (plaques, membranes, coques) d’éléments linéiques (poutres, …), d’éléments de raideurs (ressorts, matrices de rigidité locale, …), et parfois d’éléments volumiques, donnant une répartition des masses et des raideurs de l’ouvrage proche de la réalité,  soit un modèle simplifié constitué de masses concentrées et d’éléments représentant la raideur entre ces masses. Les modèles simplifiés obtenus par concentration des masses et schématisation globale des raideurs, utiles dans les approches paramétriques (sol, etc.), doivent être établis avec précaution, pour représenter correctement les phénomènes d’ensemble de translation, de rotation et de torsion de l’ouvrage réel soumis à un séisme. Une vérification de calage des raideurs est nécessaire entre le modèle dynamique à masses concentrées et le modèle pseudostatique tridimensionnel (3D). Parmi ces modélisations simplifiées, on rencontre le cas des modèles représentés par des masses concentrées aux centres de gravité des planchers et par des éléments de raideurs de type poutres représentant les raideurs inter-niveaux, entre deux planchers successifs. Ces modèles, dits modèles « brochettes », peuvent être utiles pour évaluer le comportement dynamique global des bâtiments, dans le cas où la structure serait suffisamment régulière et monobloc. Un modèle brochette cohérent (en masse et en raideur) peut le cas échéant être construit directement à partir du modèle 3D de façon automatique (voir méthode directe selon [LEB 00] par exemple). Dans les calculs de dimensionnement, et pour les structures nucléaires usuelles, en général peu élancées, il n’est pas tenu compte, dans le modèle de calcul d’ensemble, de l’assouplissement dû à la fissuration du béton pour les ouvrages contreventés par des voiles. Dans le cas d’éléments en béton armé travaillant en flexion, tels que voiles chargés perpendiculairement à leur plan ou encore des ossatures de bâtiments (type poteaux et poutres), le calcul dynamique est effectué pour deux valeurs du module d’Young (sans fissuration et avec fissuration) et les résultats les plus pénalisants sont pris en compte. Le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] précise des valeurs conventionnelles de caractéristiques des matériaux à utiliser. On trouvera en annexe [2 ; §2.1.2] les règles concernant :  les principes de modélisation, Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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     

8.1.3.

la modélisation de l’ouvrage, les modèles de type « brochette », les ouvrages à barres ou à portiques, les ouvrages à contreventement sismique par voiles, les modèles en coques, la validation des modèles.

Autres charges permanentes – Surcharges

Les autres charges permanentes non directement modélisées par un élément structural pesant telles que les charges fixes dues au matériel et aux équipements fixes, ou encore les charges mobiles dues aux matériels et aux équipements mobiles, peuvent être modélisées par des masses ajoutées dans le modèle (ponctuelles, linéiques ou surfaciques). Ces masses sont en général actives selon les trois directions du modèle. Les pondérations des charges permanentes sont définies dans le chapitre [10]. Les liaisons modélisées entre ces masses et les éléments du modèle qui les supportent dépendent de la nature réelle de ces liaisons. Dans le cas général les masses sont actives selon les trois directions et sont liées fixement en translation et en rotation aux éléments jouant le rôle de structure support. Dans le cas où ces charges permanentes peuvent induire des effets non négligeables du fait de l’excentricité de ces charges par rapport à la structure porteuse il convient de tenir compte de la position réelle du centre de gravité de ces charges afin de modéliser correctement ces effets (moments et torseurs d’efforts induits par excentricité des masses par rapport au génie civil support). Dans les cas plus complexes où il peut y avoir une influence dynamique par couplage, le lecteur se référera notamment aux recommandations du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] et du paragraphe [§8.1.6] ci-après. Les surcharges ou charges d’exploitation de nature variable sont également prise en compte dans le modèle sous forme en général de masses selon des principes similaires aux précédents. L’attention est attirée sur le fait que les minorations des charges variables en calcul sismique ne sont licites que pour l’analyse d’ensemble et non pour les analyses locales des structures porteuses. Pour les analyses locales (planchers, poutres, …) les charges variables sont prises en compte avec un coefficient non minoré, égal à 1, en complément des pondérations réglementaires.

8.1.4.

Modélisation des liquides à surface libre

L’eau des bassins à surface libre est généralement modélisée par des masses et des ressorts liés aux parois, calculées selon les formules de la méthode de Housner (voir [DAV82] ; [NEW71] par exemple) ou selon des méthodes de même nature telles que celles de l’Eurocode 8 – partie 4 [EC8-4]. Cette approximation est considérée comme acceptable pour la modélisation de l’eau des bassin à surface libre. Pour ces bassins, la masse verticale de l’eau peut être attachée au fond du bassin. Dans certains cas, il peut être nécessaire de prendre en compte des couplages avec la souplesse des voiles. Certains codes de calcul aux éléments finis permettent de traiter ces cas particuliers à l’aide d’éléments fluides. On trouvera en annexe [2 ; §2.1.3] les formulations de Housner pour les bassins circulaires et rectangulaires. L’utilisateur du guide pourra également se référer aux formulations selon l’Eurocode 8 – partie 4 [EC84], et son annexe A en particulier.

8.1.5. Remblais et surcharges environnantes, nappes phréatiques 8.1.5.1. Principes Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Les forces supplémentaires de poussées dues au séisme sur un écran dépendent de façon significative de la déplaçabilité de cet écran. Pour la conception des ouvrages de soutènement, le dimensionnement distinguera notamment :  les murs de soutènement indépendants capables, par un déplacement suffisant, mais néanmoins compatible avec les EC, de mobiliser un état limite de poussée du sol,  les murs enterrés des bâtiments et les ouvrages quasi-fixes de soutènement, dont le déplacement très faible ne permet pas le fonctionnement du sol en état limite de poussée. Les formulations développées ci-après sont extraites de la littérature spécialisée à laquelle il convient de se référer pour le détail. Il conviendra également de tenir compte en outre des précisions apportées par les Règles Fondamentales de Sûreté (RFS) et en particulier le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. On trouvera en annexe [2 ; §2.1.4] les principes et règles concernant :  les formulations dans le cas des écrans déplaçables,  les formulations dans le cas des écrans non déplaçables,  la méthode de Mononobe Okabe,  la pression de la nappe phréatique,  la poussée due aux charges à la surface du sol,  la poussée due aux bâtiments contigus.

8.1.6. Equipements intervenants dans le comportement dynamique d’ensemble Pour les calculs sismiques, on considère les équipements fixes, dont les charges sont assimilées à des charges permanentes. Les équipements sont définis par les plans (ou schémas) d’équipements, par leur masse, la position de leurs points d’appuis sur le génie civil et leur centre de gravité. Ils sont pris en compte, en masse et en raideur, dans la modélisation de l’ouvrage dans la mesure où ils influent sur son comportement. Une attention particulière doit être portée sur les moments qui peuvent être induits par les équipements du fait de la répartition spatiale de leur masse. Sauf cas particulier, les charges variables roulantes au sol de type « chariot » (ou similaires) ne sont par prises en compte dans les calculs sismiques d’ensemble. Dans le cas où les critères de couplage (équipement/structure porteuse), détaillés par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], ou d’autres critères de la littérature technique spécialisée ne permettent pas d’exclure le couplage entre un équipement et la structure porteuse, il est recommandé d’intégrer dans le modèle général de calcul dynamique, une modélisation spécifique permettant de tenir compte des caractéristiques de géométrie d’ensemble, de masses et de raideurs de l’équipement et de ses dispositifs d’appui (et structures intermédiaires éventuelles) afin de modéliser correctement les interactions dynamiques (équipement/structure principale) et de tenir compte des couplages tant pour l’ouvrage principal porteur que pour l’équipement porté. Les critères donnés par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] permettent d’exclure le couplage. Ils ne permettent pas, lorsqu’ils ne sont pas vérifiés, d’identifier qu’il y a couplage. Dans ce cas, on peut soit modéliser l’équipement dans le modèle d’ensemble, soit exclure le couplage par un autre critère adéquat à produire et à valider. La nature et le détail de la modélisation (équipement, appuis et ancrages de l’équipement, masses et raideurs de l’équipement) dépendent de l’importance de l’équipement et des résultats recherchés. Une modélisation simplifiée de l’équipement sera en général suffisante pour l e calcul dynamique d’ensemble Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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du bâtiment. Elle permettra d’intégrer d’une part l’influence d’ensemble de l’équipement sur le comportement dynamique du bâtiment, les sollicitations de celui-ci et les spectres de planchers et d’autre part d’évaluer les sollicitations aux interfaces tenant compte de la géométrie d’ensemble de l’équipement (excentrements des masses / supports, conditions aux limites entre l’équipement et la structure porteuse, etc.) et des caractéristiques de masses et de raideurs (reproduction des fréquences significatives de l’équipement). Dans le cas où un équipement est modélisé dans le modèle dynamique d’ensemble de la structure, il convient, pour l’analyse dynamique sous séisme de modéliser la masse de l’équipement dans sa configuration fréquente (ou quasi-permanente). Les variations de masses de l’équipement (variation du niveau de remplissage, etc.) seront également à prendre en compte dans les études pseudo-statiques (avec le modèle pseudo-statique du bâtiment ou selon une analyse locale) de dimensionnement du génie civil support.

8.2. Modèles locaux 8.2.1. Modèles locaux des ouvrages en béton Les calculs sur modèles locaux ont pour but de prendre en compte en complément des charges modélisées dans les modèles d’ensemble, les charges ou effets non représentés dans le calcul d’ensemble. On peut citer notamment les charges ou effets induits par :  les charges localisées, les charges thermiques locales (effets de gradient par exemple), et toutes charges à caractère local non intégrées dans les calculs d’ensemble,  les sollicitations de plaque dans le cas des éléments modélisés en membrane,  les sollicitations dues à des modes de vibration locaux, dans le cas où l’analyse dynamique ne les aurait pas pris en compte, les vérifications spécifiques du flambement,   etc. Les modèles locaux, au sens large, peuvent être simplement des modèles analytiques (basés sur les théories usuelles de résistance des matériaux) ou parfois des modèles plus élaborés ( modèles informatiques, modèles locaux aux éléments finis,…) pour calculer les variables d’intérêt ( fréquences et accélérations locales de sous-ensemble de structures, sollicitations dynamiques et statiques locales, etc.).

8.2.2. Modèles locaux des ouvrages en charpente métallique acier On retrouve les mêmes thèmes que pour les ouvrages en béton, complétés par des effets locaux plus spécifiques des charpentes avec les charges ou effets tels que :  le flambement, le déversement,  les assemblages, etc.  Ces modèles locaux (analytiques, etc.) sont également en général développés lors de l’élaboration des notes de dimensionnement des sous-ensembles du bâtiment ou de l’ouvrage considéré. Les effets complémentaires (déplacements, efforts, sections et inerties de profilés, dispositions d’assemblages,…) sont à intégrer dans le dimensionnement détaillé.

8.3. Variations des paramètres du modèle et Données standards On trouvera en annexe [2 ; § 2.2 et §2.3] des éléments guides relatifs aux variations des paramètres du modèle et des données standards.





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9. DEFINITION DES ACTIONS 9.1. Généralités Le présent guide suit en général les notations et la terminologie des Eurocodes : Eurocode 0 [EC0] pour les bases de calcul des structures, Eurocode 1 [EC1] pour les actions sur les structures, Eurocode 2 [EC2] pour le calcul des structures en béton et Eurocode 3 [EC3] pour le calcul des structures en acier. Si des notations complémentaires sont nécessaires, il convient de se référer aux notations définies par la norme NF P 06-005 [A030] ou par les règles de calcul usuelles : BAEL [BA010] pour le béton armé, BPEL [BP010] pour le béton précontraint et CM66 [CM010] pour les constructions métalliques. Les actions appliquées aux ouvrages sont classées en trois catégories :  les actions permanentes : G Q  les actions variables :  les actions accidentelles : A Les actions permanentes sont celles des charges dont la présence est certaine et dont l’intensité est prévisible avec une bonne précision. Les actions variables sont celles dont l’occurrence est également certaine mais dont l’intensité est aléatoire et variable dans le temps et dans l’espace. Les actions accidentelles sont celles dont la survenue et l’intensité sont aléatoires. Les actions sont quantifiées par une valeur caractéristique repérée par une lettre « k » en indice (Gk , Qk , Ak ). Afin de simplifier les notations dans la suite du document, cet indice sera en général implicite. Valeur caractéristique d’une action : La principale valeur représentative d’une action. Dans la mesure où elle peut reposer sur des bases statistiques, elle est choisie pour correspondre à une probabilité donnée de non-dépassement du côté défavorable, au cours d’une durée de référence tenant compte de la durée d’utilisation de projet de la structure et de la durée de la situation de projet. Valeur représentative d’une action : Valeur utilisée pour la vérification d’un état-limite. La valeur représentative peut être la valeur caractéristique (Fk ) ou une valeur d’accompagnement (Fk ).

D’autres valeurs représentatives sont ensuite dérivées de la valeur caractéristique par application de coefficients de réduction, notés  i, variable. Il s’agit :  0.Qk  de la valeur de combinaison d’une action variable  1.Qk  de la valeur fréquente d’une action variable  2..Qk  de la valeur quasi-permanente d’une action variable Les valeurs de  i sont spécifiques à chaque action. Les règles existantes ne prévoient pas tous les types d’actions élémentaires et leurs combinaisons. Dans le cadre de chaque projet il peut être nécessaire de les compléter par les définitions des actions et les règles spécifiques utiles, par exemple en matière de concomitances d’actions et de combinaisons d’actions élémentaires.



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9.2. Actions permanentes Action permanente : Action qui a de fortes chances de durer pendant toute une durée de référence donnée et dont la variation dans le temps est d’ampleur négligeable, ou dont la variation se fait toujours dans le même sens (monotone) jusqu’à ce que l’action atteigne une certaine valeur limite. Elles sont représentées par la lettre G. La valeur caractéristique d’une action est sa principale valeur représentative. Si la variabilité de G est faible, une valeur caractéristique unique de Gk peut être utilisée. Si la variabilité de G n’est pas faible, deux valeurs caractéristiques sont utilisées :  une valeur caractéristique inférieure ou minimale notée Ginf (ou Gk , inf.) et,  une valeur caractéristique supérieure ou maximale notée Gsup (ou Gk, sup.). D’une façon générale :  Gk est la valeur moyenne  Ginf est le fractile [0.05] de la distribution statistique de G  Gsup est le fractile [0.95] de la distribution statistique de G. Les actions permanentes élémentaires principales sont définies dans le tableau ci-après. Tableau 9-1 : Exemple de notations des actions permanentes G Notation G0 P GP ou GNP GE ou GR GS GP GT GF GD

Définition Le poids propre des éléments de construction, y compris les chapes, les maçonneries et les charges de second œuvre. L’action de la précontrainte ( exemple Psup à la mise en tension et Pinf au temps infini). Les charges caractéristiques des poids, poussées et pressions des terres ou de la nappe phréatique. Le poids propre des équipements fixes, réservoirs ou charges d’exploitation fixes. Les charges de stockage, d’entreposage. Les charges de pression hydrostatique des fluides sur les parois de piscines. Les effets des actions thermiques permanentes. Les effets du retrait, du fluage. Les effets des déplacements ou déformations permanents imposés à la construction.

Les actions permanentes G0 dues au poids propre sont évaluées à partir des masses volumiques des matériaux spécifiées dans le cadre du projet considéré. A défaut de valeurs plus précises, il pourra être utilisé les caractéristiques conventionnelles définies au chapitre [8], à condition d’en vérifier préalablement la pertinence dans le cadre du projet considéré. Des valeurs de caractéristiques (poids volumiques) de matériaux sont également disponibles dans la partie 1 de l’Eurocode 1[EC1-1-1]. Ces dernières doivent être considérées comme informatives. Les actions permanentes de poussée des terres et de la nappe phréatique sont évaluées selon les théories de la mécanique des sols et des fluides. Des formulations usuelles sont citées au chapitre [8.1]. Les actions thermiques permanentes GT résultent généralement des effets du champ de température moyen de construction de l’ouvrage T0 et des champs de température permanents des locaux et cellules, par exemple de cellules chaudes ou encore de zones de stockage. A défaut de valeur plus précise, on pourra prendre conventionnellement pour température de construction la température moyenne annuelle sur le site. La liste des actions permanentes n’est pas limitative.

9.3. Actions variables Action variable : Action dont la variation dans le temps n’est ni négligeable ni monotone. Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Elles sont notées Q. Les valeurs des actions variables représentent les variations des actions autour de leur valeur moyenne. La valeur caractéristique Qk correspond dans la plupart des cas :  soit à une valeur nominale, qui peut être spécifiée, s’il n’existe pas de distribution statistique connue,  soit à une valeur supérieure correspondant à une probabilité recherchée de ne pas être dépassée vers le haut, ou vers le bas, pendant une certaine durée de référence. On retient en général les valeurs Qk ayant une probabilité de 0.98 de ne pas être dépassée pendant un an. Les actions variables élémentaires principales sont définies dans l e tableau ci-après. Il sera également utilisé les notions de :  valeur rare d’une action variable,  valeur de combinaison d’une action variable,  valeur fréquente d’une action variable,  valeur quasi-permanente d’une action variable. Valeur rare d’une action variable : Valeur similaire à la valeur caractéristique Qk de l’action variable. Elle correspond en général à une action variable dont la faible fréquence permet de la considérer comme non concomitante aux actions accidentelles (séisme, etc.). Valeur de combinaison d’une action variable : Valeur choisie de sorte que la probabilité de dépassement des effets causés par la combinaison soit à peu près la même que pour la valeur caractéristique d’une action individuelle. Elle peut être exprimée comme une fraction déterminée 0Qk de la valeur caractéristique Qk en utilisant un facteur 0 b 1. Valeur fréquente d’une action variable : Valeur déterminée de manière que la durée totale, au cours de la durée de référence, pendant laquelle elle est dépassée, ne représente qu’une petite fraction donnée de la durée de référence, ou que la fréquence de son dépassement soit limitée à une valeur donnée. Elle peut être exprimée comme une fraction déterminée 1Qk de la valeur caractéristique Qk en utilisant un facteur 1 b 1. Valeur quasi-permanente d’une action variable : Valeur déterminée de manière que le temps total pendant lequel elle est dépassée représente une fraction considérable de la durée de référence. Elle peut être exprimée comme une fraction déterminée 2Qk de la valeur caractéristique Qk en utilisant un facteur 2 b 1. D’une façon générale, les actions variables sont à prendre en compte dans les combinaisons de la façon la plus défavorable vis-à-vis des grandeurs et éléments de l’ouvrage à justifier, c’est-à-dire soit avec les valeurs non nulles définies selon les règles appliquées, soit avec la valeur 0.



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Tableau 9-2 : Exemples de notations des actions variables Q, W, S, T Notation QC QE Q QL

Q’L

QLP ou QNP QP Notation W ou V ou QW ou QV

S ou N ou QS ou QN

T ou QT

Définition Les charges appliquées en cours de construction : convois, grues, dépose de matériel, poids du coffrage, des étaiements et du béton frais du plancher supérieur. Les charges d’essais Les charges de service, résultante des actions QL, QP, … définies ci-après. Les charges d’exploitation variables. Ce sont des charges variables, notamment : Les charges d’exploitation réparties forfaitaires, Les charges d’exploitation mobiles de service, Les charges de dépôt non permanentes, Les charges variables sur les remblais, Les poids des liquides des réservoirs (part variable par rapport au niveau moyen permanent de liquide contenu dans le réservoir), Les charges nominales des engins de levage et de manutention. La fraction des charges d’exploitation à considérer dans les calculs sismiques d’ensemble. Q’L est la somme pondérée : des charges variables d’exploitation réparties forfaitaires pondérées par un coefficient traduisant l’occurrence de simultanéité avec l’action accidentelle sismique. Ce coefficient est en général égal à 0.50, mais il peut être soit réduit soit augmenté selon une analyse particulière dans le cadre du projet considéré. Dans le cas de charges variables correspondant à des charges d’entreposages ou de stockages, il est recommandé de retenir un coefficient de simultanéité égal à 1 cohérent avec des charges variables quasi-permanentes. des charges variables mobiles pondérées par un coefficient en général égal à 0.0 (exemple : charges d’exploitation rares de chariots mobiles) ou par un coefficient inférieur ou égal à 1 t raduisant l’occurrence de simultanéité avec l’action accidentelle sismique. Les variations autour des valeurs moyennes des pressions des terres et de la nappe phréatique. Les variations des actions sur les parois des fluides contenus dans les piscines. Définition Les actions du vent (« Wind ») Note 1: En notant Wn la valeur de « vent normal » des règles neige et vent [W010] Cette valeur correspond à une valeur « rare » (non concomitante avec le séisme) Pour les structures en béton, utilisant les règles neige et vent [W010], on retient les pondérations W = 1.2 Wn pour les vérifications aux états limites ultimes (ELU). Pour les structures en charpente métallique, on retient : W = 1.2 Wn Note 2 : Dans le cas des Eurocodes, valeur caractéristique Wk voir [EC1] Les actions de la neige (« Snow ») Note 1 : En notant Sn la valeur de « neige normale » des règles N84 [S010 et S020]. Cette valeur correspond à une valeur « rare » ou caractéristique (non concomitante avec le séisme) Note 2 : Dans le cas des Eurocode, valeur caractéristique de neige Sk voir [EC1] Les actions thermiques variables. Elles représentent notamment les variations de température climatique (faces extérieures des ouvrages), et les variations de température des parois à l’intérieur des locaux en phase d’exploitation par rapport aux t empératures correspondant aux actions thermiques permanentes. Sauf indication contraire, on prend comme températures des faces extérieures les valeurs correspondantes à la température minimale mensuelle (condition hiver) et maximale (condition été) sur le site.

Pour compléter et clarifier les notations des natures de charges variables concomitantes ou non avec le séisme, on pourra affecter les actions variables de vent W, de neige S, de température T, … d’un indice k ou r dans le cas de valeurs caractéristiques ou rares (W r , Sr , Tr , …) et de l’indice f dans le cas de valeurs fréquentes (Wf , Sf , Tf , …), et l’indice « qp » dans le cas des valeurs « quasi-permanentes ». Les charges dites « rares » correspondent à des maximums peu fréquents et ne sont pas en général concomitantes avec les charges accidentelles (séisme, etc.). Les charges dites « fréquentes » peuvent être en général cumulées avec des actions accidentelles non sismiques. Les charges dites « quasi-permanentes » sont en général celles qui sont concomitantes avec les charges accidentelles sismiques.

9.4. Actions accidentelles Action accidentelle : Action, habituellement de courte durée mais de grandeur significative, qui a peu de chances d’intervenir sur une structure au cours de sa durée de vie de projet. Une action sismique est une action due aux tremblements de terre. Elles sont caractérisées par la lettre A Les actions accidentelles principales sont définies dans le tableau ci-après. Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Guide de conception Génie Civil des INB du CEA Tableau 9-3 : Exemple de notations des actions accidentelles A Notations

Définition

A

Les charges accidentelles, en général

AT

Les charges thermiques accidentelles.

AS ou AN

Les charges accidentelles de neige (ou "snow" en anglais)

AW ou AV

Les charges accidentelles de vent (ou "wind" en anglais)

ANP AE ou EE

Les charges accidentelles de pression des eaux (inondation de site) Les charges de séisme (ou "earthquake" en anglais), encore notées « EE » pour l’effet du séisme

A AV

Les charges accidentelles de chute d’avion

AEX

Les charges accidentelles d’explosion interne ou externe

A l’exception des charges accidentelles usuelles, définies par les règles de conception traditionnelles (Vent, Neige, …), la nature des charges accidentelles est spécifiée selon les études de sûreté spécifiques au projet.





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10. COMBINAISONS DES ACTIONS Les règles de combinaison des actions suivent en règle générale les principes définis par les règlements selon le référentiel applicable au projet. En ce qui concerne les règles de cumul en cas de séisme, il convient, en complément des règles parasismiques applicables au projet, de tenir compte du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] et notamment du paragraphe [§2.1.2] de ce dernier, qui précise les combinaisons d’action sous séisme. Il est à noter que les actions variables Q’=.Q concomitantes au séisme peuvent être affectées d’un coefficient de simultanéité . Ce dernier est à préciser pour chaque projet selon la nature de ces charges variables. Le présent guide donnent, dans les exemples en annexe, quelques valeurs usuelles de ce coefficient de simultanéité, noté  selon les notations des eurocodes. L’ASN/GUIDE/2/01 précise également qu’il convient de tenir compte sous séisme des valeurs quasi-permanentes de vent (W), de neige (S) et de température (T) associées aux conditions normales de fonctionnement.

10.1. Ouvrages parasismiques en béton armé Les calculs des ouvrages en béton classés parasismiques se réfèrent aux règles :  BAEL (Béton armé aux états limites) [BA010],  Eurocodes [EC0, EC1, EC2, EC8, …]. Ces règles définissent les états-limites de service (ELS) et les états-limites ultimes (ELU). Etats-limites : Etats au-delà desquels la structure ne satisfait plus aux critères de dimensionnement pertinents. Etats-limites ultimes : Etats associés à un effondrement ou à d’autres formes similaires de défaillance structurale. Etats-limites de service : Etats correspondant à des conditions au-delà desquelles les exigences d’aptitude au service spécifiées pour une structure ou un élément structural ne sont plus satisfaites. Les règles BAEL [BA010] et /ou Eurocodes [EC0, EC1, EC2 et EC8 notamment] sont applicables selon le référentiel du projet considéré. Elles définissent les combinaisons d’action.

10.1.1. Combinaisons d’actions Chaque combinaison peut comporter plusieurs cas de charge d’une même action. Les actions permanentes Gsup et Ginf sont prises en compte de la façon la plus défavorable. Les actions variables sont également considérées de la façon la plus défavorable, affectées soit du coefficient de combinaison, soit de la valeur zéro. Chaque situation est représentée par une action variable ou accidentelle de base, les autres actions intervenant sous la forme d’actions d’accompagnement. Les signes algébriques des actions sont contenus implicitement dans les valeurs littérales. Les combinaisons intègrent les coefficients suivants:  les coefficients partiels de sécurité  amplifiant les actions,  les coefficients  qui modulent la valeur caractéristique de chaque action variable. Les valeurs de  et  sont ceux des règles applicables, complétées par le présent guide (Cf. Annexe [3]). Dans la pratique de conception des bâtiments et ouvrages classés parasismiques, les coefficients de pondération peuvent être forcés par excès dans le sens de la sécurité. En situation sismique, il est recommandé de retenir des valeurs majorantes des coefficients de simultanéité  (Voir exemples en Annexe [3]). Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Les actions accidentelles autres que le séisme ne sont généralement pas cumulées au séisme, sauf indication contraire définie par l’analyse de sûreté. Dans ce dernier cas les coefficients de simultanéité des actions sont à préciser par une spécification. Les actions de construction, préalables à l’exploitation de l’ouvrage, ne sont pas, sauf indication contraire, concomitantes à l’action sismique. Les principales combinaisons d’action sont résumées ci-dessous. Elles sont à compléter par l’utilisateur du guide par toutes les combinaisons utiles des règles BAEL ou Eurocodes, applicables au projet. Par souci de simplification les combinaisons rappelées ci-dessous sont présentées avec le formalisme des eurocodes, l’utilisateur fera les adaptations nécessaires selon les règles applicables du projet.

10.1.1.1. Combinaisons à l’état limite ultime (ELU) Les combinaisons sont définies par les règles applicables au projet (BAEL ou Eurocodes). Les combinaisons ci-dessous concernent les états limites ultime d’équilibre statique de la structure (EQU) et/ou les états limites de résistance structurelle (STR) ou du sol (GEO). Elles sont à compléter par toute combinaison utile définie par les codes, pour la fatigue (FAT) par exemple. Etats limites ultimes de résistance, de stabilité de f orme Pour les situations de projet durables ou transitoires :

  G, sup .G k, sup, j    G, inf .G k, inf, j   Q, 1 .Q k, 1    Q, i . j

j

i >1

0, i

.Q k, i

Pour les situations de projet accidentelles (non sismiques) :

  G, sup, A .G k, sup, j    G, inf, A .G k, inf, j  Ad  ( j

j

1, 1

ou 2 , 1 ). Q, 1 .Q k, 1    Q, i . 2, i .Q k, i i >1

Q,sup,A = Q,inf,A = Q,i = 1.

Selon l’eurocode cette expression est simplifiée par Pour les situations de projet sismiques :

  G, sup, A .G k, sup, j    G, inf, A .G k, inf, j  AEd    Q, i . 2, i .Q k, i j

i 1

j

Q,sup,A = Q,inf,A = Q,i = 1.

Selon l’eurocode cette expression est simplifiée par

10.1.1.2. Combinaison à l’état limite de service (ELS) Les combinaisons sont définies par les règles applicables au projet (Eurocodes ou autres) ; les combinaisons ci-dessous concernent les états limites de service pour les combinaisons d’action caractéristiques, fréquentes et quasi-permanentes. Elles sont à compléter par toute combinaison utile définie par les codes. Pour les combinaisons caractéristiques (ou rares) :

 G k, sup, j   G k, inf, j  Q k, 1  

j 1

j 1

i >1

0, i

.Q k, i

Pour les combinaisons fréquentes :

 G k, sup, j   G k, inf, j   1, 1 .Q k, 1  

j 1

j 1

i >1

2, i

.Q k, i

Pour les combinaisons quasi-permanentes :

 G k, sup, j   G k, inf, j  

j 1

j 1

i 1

2, i

.Q k, i

10.1.1.3. Exemples de pondérations – béton armé Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Voir exemples en Annexe [3].

10.2. Ouvrages parasismiques en charpente métallique acier Les calculs des ouvrages en charpente métallique acier se réfèrent aux règles :  CM66 [CM010 et CM020] règles de calcul des constructions métalliques en acier, basées sur les contraintes admissibles. Ces règles n’utilisent pas les états limites de service (ELS) ni les états limites ultimes (ELU), mais des notions voisines. Elles définissent les combinaisons d’actions ;  Eurocode 3 [EC3] basé sur la méthode des états limites. Les règles définissent les combinaisons d’actions pour les états limites de service (ELS) et les états limites ultimes (ELU). Les calculs des ouvrages classés parasismiques en charpente métallique acier sont en général conduits suivant la méthode des états-limites définie par les Eurocodes [EC0, EC1, EC3, EC8…]. Les règles CM66 [CM010 et CM020] et/ou Eurocodes [EC0, EC1, EC3 et EC8 notamment] sont applicables selon le référentiel applicable du projet considéré. Elles définissent les combinaisons d’action.

10.2.1. Combinaisons d’actions Chaque combinaison peut comporter plusieurs cas de charge d’une même action. Les actions permanentes Gsup et Ginf sont prises en compte de la façon la plus défavorable. Les actions variables sont également considérées de la façon la plus défavorable, affectées soit du coefficient de combinaison, soit de la valeur zéro. Chaque situation est représentée par une action variable ou accidentelle de base, les autres actions intervenant sous la forme d’actions d’accompagnement. Les signes algébriques des actions sont contenus implicitement dans les valeurs littérales. Par souci de simplification, on utilise les mêmes notations relatives aux actions élémentaires et aux combinaisons d’actions, dans le cas des règles CM66 [CM010 et CM020] et de l’Eurocode 3 [EC3]. Les combinaisons intègrent les coefficients suivants :  les coefficients partiels de sécurité  amplifiant les actions, les coefficients  qui modulent la valeur caractéristique de chaque action variable.  Les valeurs de  et  sont ceux des règles applicables, complétées par le présent guide (Cf. Annexe [3]). Dans la pratique de conception des bâtiments et ouvrages classés parasismiques, les coefficients de pondération peuvent être forcés par excès dans le sens de la sécurité. En situation sismique, il est recommandé de retenir des valeurs majorantes des coefficients de simultanéité  (voir exemples en Annexe [3]). Les principales combinaisons d’action sont résumées ci-dessous. Elles sont à compléter par l’utilisateur du guide par toutes les combinaisons utiles des règles CM66 ou Eurocodes, applicables au projet. Par souci de simplification les combinaisons rappelées ci-dessous sont présentées avec le formalisme des eurocodes, l’utilisateur fera les adaptations nécessaires selon les règles applicables du projet.

10.2.1.1. Combinaisons des actions – CM66 Combinaisons des actions CM66 (Equivalent approximatif des états-limites ultimes de résistance, de stabilité de forme) Les combinaisons sont définies par les règles applicables au projet. Les combinaisons cidessous concernent les combinaisons d’action « normales » et « exceptionnelles » au sens des Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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CM66. Elles sont à compléter par toute combinaison utile définie par les codes. Pour les situations durables ou transitoires, les combinaisons « normales » des règles CM66 peuvent être exprimées, par analogie avec les états limites, par l’expression suivante (en transposant les combinaisons définies par les règles CM66) :

 G, sup .G k, sup

  G, inf .G k, inf    Q, i . 0, i .Q k, i i

Pour les situations accidentelles, les combinaisons dites « exceptionnelles » des règles CM66 peuvent être exprimées, par analogie avec les états limitepar l’expression suivante (en transposant les combinaisons définies par les règles CM66) :

 G, sup,A .G k, sup

  G, inf, A .G k,inf  A    Q, i , A . 0, i .Q k,i i

10.2.1.2. Exemples de pondérations – CM66 Voir exemples en Annexe [3].

10.2.1.3. Combinaisons à l’état limite ultime (ELU) – Eurocode n°3 Les combinaisons sont définies par les règles applicables au projet (Eurocodes ou autres) ; les combinaisons ci-dessous concernent les états limites ultime d’équilibre statique de la structure (EQU) et/ou les états limites de résistance structurelle (STR) ou du sol (GEO). Elles sont à compléter par toute combinaison utile définie par les codes, pour la fatigue (FAT) par exemple. Etats limites ultimes de résistance, de stabilité de f orme Pour les situations de projet durables ou transitoires :

  G, sup .G k, sup, j    G, inf .G k, inf, j   Q, 1 .Q k, 1    Q, i . j

j

i >1

0, i

.Q k, i

Pour les situations de projet accidentelles (non sismiques):

  G, sup, A .G k, sup, j    G, inf, A .G k, inf, j  Ad  ( j

j

Selon l’eurocode cette expression est simplifiée par Pour les situations de projet sismiques :

1, 1

ou 2 , 1 ). Q, 1 .Q k, 1    Q, i . 2, i .Q k, i i >1

Q,sup,A = Q,inf,A = Q,i = 1.

  G, sup, A .G k, sup, j    G, inf, A .G k, inf, j  AEd    Q, i . 2, i .Q k, i j

i 1

j

Selon l’eurocode cette expression est simplifiée par

Q,sup,A = Q,inf,A = Q,i = 1.

10.2.1.4. Combinaisons à l’état limite de service (ELS) – Eurocode n°3 Les combinaisons sont définies par les règles applicables au projet (Eurocodes ou autres) ; les combinaisons ci-dessous concernent les états limites de service pour les combinaisons d’action caractéristiques, fréquentes et quasi-permanentes. Elles sont à compléter par toute combinaison utile définie par les codes. Pour les combinaisons caractéristiques (ou rares) :

 G k, sup, j   G k, inf, j  Q k, 1  

j 1

j 1

i >1

0, i

.Q k, i

Pour les combinaisons fréquentes :



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 G k, sup, j   G k, inf, j   1, 1 .Q k, 1  

j 1

j 1

i >1

2, i

.Q k, i

Pour les combinaisons quasi-permanentes :

 G k, sup, j   G k, inf, j  

j 1

j 1

i 1

2, i

.Q k, i

10.2.1.5. Exemples de pondérations – Charpente métallique – Cas EC3 Voir exemples en Annexe [3].





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11. METHODES DE CALCUL DES SOLLICITATIONS SISMIQUES Les méthodes d’analyse utilisées pour la détermination de la réponse sismique des ouvrages de génie civil et l’évaluation des sollicitations sont adaptées aux exigences de comportement qui leur sont attribuées conformément au guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] et au chapitre [7] du présent guide. Les approches usuelles dans le cadre du dimensionnement mettent en œuvre les méthodes spectrales (Cf. ASN/GUIDE/2/01 [SU071, §2.5.2.1] et §11.1 ci-dessous) et les méthodes transitoires linéaires (Cf. ASN/GUIDE/2/01 [SU071, §2.5.2.2] et §11.2 ci-dessous), dont les résultats sont éventuellement utilisés pour effectuer des calculs pseudo-statiques (Cf. ASN/GUIDE/2/01 [SU071, §2.5.2.3]). Les méthodes d’analyse fondées sur des modèles linéaires sont considérées comme les méthodes de référence pour la détermination des sollicitations. Elles sont particulièrement adaptées pour justifier le respect des exigences de comportement, par exemple l es exigences d’étanchéité, de maintien d’une géométrie sous-critique et de supportage en relation avec les exigences attribuées à des matériels importants pour la sûreté. Les méthodes d’analyse visant à représenter une incursion dans le domaine post-élastique de la structure de contreventement peuvent être admises pour respecter des exigences de stabilité. Une attention particulière relative aux dispositions préalables requises par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071 - §2.1.3] et aux dispositions de conception générales et constructives (Cf. chapitres [6] et [13]) est alors nécessaire de la part du concepteur. Les éventuelles non-linéarités résultant du comportement du sol ou de l’interface sol-fondation sont abordées dans le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071 - § 2.4.4.3]. Des méthodes statiques simplifiées, linéaires (Cf. ASN/GUIDE/2/01 [SU071, §2.5.3.1] et §11.6 ci-dessous) ou non linéaires (Cf. ASN/GUIDE/2/01 [SU071, §2.5.3.2] et §11.4 et 11.5 ci-dessous), peuvent être utilisées ; leur utilisation est associée à des conditions de régularité des structures permettant d’attendre un comportement dynamique simple des ouvrages (mode de déformation prépondérant par direction de séisme, sans effet de couplage avec les autres directions). Ces méthodes peuvent être adaptées à la vérification d’exigences de stabilité ou de non-agression. En complément des recommandations du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] et du présent guide, un tableau d’acceptabilité des méthodes en regard des exigences de comportement est résumé au chapitre [14]. L’utilisation des réponses et sollicitations sismiques et des réponses et sollicitations résultant des autres actions suivront les recommandations du guide ASN/GUIDE/2-01 [SU071 ; notamment §2.7].





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11.1. Calcul Spectral 11.1.1. Principes (1) La réponse de la structure à un séisme peut être établie soit en utilisant la méthode spectrale de référence (MSR) décrite ci-après aux alinéas (3) et (4), soit par toute autre méthode dont on justifie qu'elle est une bonne approximation de cette MSR pour les résultats exploités sur la base des critères énoncés à l’alinéa (5). (2) La méthode spectrale s'applique à la détermination de la valeur absolue maximum de la composante due au séisme d'une grandeur physique monodimensionnelle dépendant linéairement de l'amplitude des modes. Les différentes étapes en sont les suivantes :  





détermination des modes propres (*), des amortissements modaux (*), des fréquences propres (*), des coefficients de participation modale (*) par direction de séisme, détermination par direction de séisme des amplitudes maximales de la réponse de chaque mode à partir de la lecture, à la fréquence et à l'amortissement du mode, du spectre(*) représentatif du séisme et du coefficient de participation dans la direction considérée, établissement de la réponse à une direction de séisme par combinaison des différentes réponses modales à cette direction de séisme; Cette combinaison requiert l'établissement de coefficients de couplage entre les modes ; établissement de la valeur absolue de la réponse globale à toutes les directions de séisme par combinaison des réponses aux trois directions de séisme.

(3) La méthode spectrale de référence (MSR) :  prend en compte l'ensemble des modes propres du modèle (Voir Note i ci-dessous),  considère le couplage entre les modes résultant de l'hypothèse d'un signal à large bande pour les modes de fréquence inférieure à la fréquence de coupure (f c) (*) du spectre dans la direction considérée, tient compte du caractère spécifique quasi-statique de ce couplage pour les modes de  fréquence supérieure à f c dans la direction considérée (Voir Note i), considère le cumul des composantes des trois directions de séisme résultant de  l'hypothèse d'isoprobabilité des directions de séisme normé. (4) La formulation de la MSR est donnée en annexe [4]. En résumé, elle spécifie en particulier :  



l'emploi d'un pseudo-mode représentatif de l'ensemble des modes de fréquence supérieure à f c et de leur couplage spécifique quasi-statique, l'application, représentative de l'hypothèse d'un signal à large bande, du cumul dit CQC (Complete Quadratic Combination, Wilson, Der Kiureghian, Bayo 1981) aux modes de fréquence inférieure à f c et au pseudo-mode, un cumul quadratique des composantes ainsi élaborées pour les trois directions de séisme, représentatif de l'hypothèse d'isoprobabilité des directions de séisme normé.

Note (i) : On notera toutefois que la prise en compte de tous les modes propres de la structure ne nécessite pas automatiquement le calcul individuel de chacun des modes. Le pseudo-mode peut être établi de manière plus simple par différence entre une sollicitation statique et les composantes dues aux modes de fréquence inférieure à f c dans cette même sollicitation. Voir pour cela l' annexe [4] décrivant la formulation de la méthode spectrale.

(5) Pour le dimensionnement des éléments de structure à partir des résultats de l'analyse spectrale, la réponse sismique globale doit être considérée comme pouvant varier entre -1 et + 1 fois sa valeur absolue. Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation

AGS SNGEN RDN RDN GUI SIIT SIIT 0605 Rév A

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(6) L'exploitation des résultats résultats de l'analyse spectrale spectrale peut être directe ou indirecte. Dans Dans le cas d'une exploitation directe, la valeur maximum de chaque grandeur physique résulte de l'application des règles de cumul des modes et des directions de séisme telles que définies ci-dessus. Une exploitation indirecte est possible, l'une d'entre elles consiste à appliquer les accélérations maximum issues de l'analyse spectrale par direction aux masses des degrés de libertés correspondants, dans un modèle identique ou plus détaillé, aboutissant aboutissant à un cas de de charge dit pseudo-statique pseudo-statique pour chaque direction direction du séisme. séisme. Ces cas de charges peuvent ensuite être combinés suivant la règle de Newmark. (7) Pour l'exploitation des des résultats, la validité des des résultats exploités exploités sera examinée examinée au regard des des écarts, systématiques systématiques ou non, liés à la méthode retenue par rapport à la MSR. En particulier, en fonction du caractère global ou local du résultat exploité, on examinera de façon différenciée les écarts dus à la troncature modale (*) à l'aide de critères portant sur le respect avec une approximation satisfaisante des égalités théoriques concernant les masses modales cumulées et les accélérations ou masses locales cumulées. Ces égalités théoriques sont rappelées en annexe [4]. (8) Les écarts sur le critère de masse ou d'accélération locale cumulée cumulée seront examinés en tenant compte du rôle et éventuellement du traitement ultérieur de la grandeur physique considérée, en particulier pour l’établissement l’établissement de spectres de planchers. Les écarts seront également examinés au regard de la part de masse représentée par la structure étudiée proprement dite dans dans le modèle qui peut intégrer d'autres d'autres masses. masses. (9) D'une manière manière générale, vis-à-vis des efforts efforts d'ensemble d'ensemble intéressant le dimensionnement dimensionnement des fondations et des contreventements, on pourra admettre un écart de 10% de la masse de la structure étudiée sur le critère de masse modale cumulée. (10) Pour la combinaison combinaison des composantes composantes dues aux trois directions directions de séisme, séisme, alternativement alternativement à la méthode de combinaison quadratique, la méthode de Newmark telle que définie en annexe 4 [Annexe 4] est considérée comme représentant de façon acceptable la même hypothèse d'isoprobabilité des directions de séisme normé. D’autres règles peuvent être appliquées sous r éserve de justification. (11) Dans le cas où il est justifié que dans une direction direction de séisme donnée, le couplage couplage des modes peut peut être négligé du fait des écarts de fréquences propres et de participations modales, la combinaison quadratique simple (CQS) des modes peut être employée conformément à la définition donnée en Annexe [4]. (12) Pour l'évaluation de l'accélération spectrale, spectrale, les interpolations interpolations seront logarithmiques logarithmiques dans les domaines des accélérations, fréquence et des amortissements. Les fréquences d'échantillonnage seront telles que cette règle assure l’enveloppage du spectre à toutes les fréquences. (13) Si l'exploitation des résultats résultats nécessite l'utilisation l'utilisation simultanée de plusieurs plusieurs grandeurs physiques physiques issues du calcul spectral, il est loisible d'établir le domaine de concomitance de ces grandeurs résultant des hypothèses de base de la méthode spectrale suivant la méthode définie en Annexe [4]. On retiendra alors pour le dimensionnement un ensemble de points permettant par leur nombre et leur répartition de représenter ce domaine avec une approximation approximation suffisante.

11.1.2. Formulation de la méthode spectrale [voir Annexe 4] L’annexe [4] du présent document rappelle les formulations principales de l a méthode spectrale.



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11.2. Calcul temporel linéaire La méthode temporelle consiste à résoudre, en fonction du temps, l’équation dynamique du système qui modélise l’ouvrage, sous un signal F(t) externe appliqué au système. Cette équation dans la base physique se présente sous la la forme matricielle matricielle suivante :

&& + [C ] X & + [ K ] X = F (t ) [ M ] X

[11.2 (1)]

Avec :    

M : la matric matricee de mass masse, e, C : la matric matricee d’amo d’amortisse rtissemen ment, t, K : la matric matricee de rigidit rigidité, é, F(t) : le signal sismique, fonction du temps t, appliqué à l’ouvrage étudié.

& représente la vitesse et X && représente Si X représente le vecteur déplacement dans le repère relatif, alors X l’accélération relative. La force F(t) excitatrice de l’ouvrage peut alors être représentée dans le repère relatif par   (t )[ M ]U où le produit  U représente la contribution de l’accélérogramme

(t) dans la direction définie par le vecteur

colonne U. Les méthodes temporelles applicables au cas de modèles linéaires sont de deux types: 

Les méthodes temporelles modales, dans lesquelles la solution est recherchée sur la base des modes propres. Il suffit alors, pour chacun des modes retenus, de résoudre une équation différentielle du second ordre. La solution en termes de déplacement s'obtient par combinaison des réponses temporelles modales;  Les méthodes temporelles d'intégration directe, qui utili sent des schémas de discrétisation dans le temps de l'équation [11.2 (1)] permettant de calculer la solution au temps t + t (t étan étantt le pas de temps) à partir de l'état connu au temps t. Un grand nombre de schémas schémas de ce type existent. Certains sont inconditionnellement stables, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de condition imposée a priori à la vale valeur ur de de t. En pratique, une bonne précision n'est obtenue que si le t choisi permet une bonne représentation des variations de la réponse x(t). Pour d'autres schémas, il y a une condition de stabilité à respecter, respecter, t devant être inférieur à une valeur limite qui dépend des caractéristiques de la structure. Les principes de la méthode temporelle sur base modale et de la méthode temporelle d’intégration directe sur base physique sont résumés résumés en annexe [5].

11.2.1. Précautions d’emploi La bonne utilisation de ces méthodes suppose:  l'établissement l'établissement d'une modélisation représentative et adéquate, modales, les précautions à prendre en ce qui concerne concerne la sélection des  pour les méthodes modales, modes à retenir,  pour les méthodes d'intégration directe, le contrôle des critères de stabilité et de précision, notamment en ce qui concerne l'amortissement l'amortissement numérique propre au schéma utilisé (un tel t el amortissement amortissement parasite existe pour tous les schémas de discrétisation, mais ne devient en général sensible que pour des fréquences élevées), le choix d’accélérogrammes d’accélérogrammes ÿ(t) qui représentent représentent convenableme convenablement nt le mouvement mouvement  sismique imposé, compte tenu des caractéristiques (magnitude, distance focale,...) du séisme et qui conduisent à des résultats suffisamment fiables pour pouvoir être utilisés pour la vérification vérification du dimensionnement, dimensionnement, Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Guide de conception Génie Civil des INB du CEA 

le respect des règles énoncées par le guide ASN/GUIDE/2/01 ASN/GUIDE/2/01 [SU071] notamment celles relatives aux méthodes temporelles, aux règles particulières concernant les accélérogrammes (représentativité, nombre, etc.) et l’utilisation des résultats de l’étude temporelle.

Le choix des accélérogrammes est précisé dans le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] pour une bonne utilisation des méthodes temporelles. Un choix possible est de prendre un ensemble d'enregistrements réels, correspondant à des types de séisme et de conditions de site représentatifs du cas étudié, et suffisamment nombreux pour permettre une analyse statistique (moyenne, écart-type) des résultats obtenus. Un autre choix qui correspond à une pratique répandue consiste à construire des accélérogrammes artificiels (ou synthétiques), ajustés pour que leurs spectres de réponse reproduisent aussi exactement que possible les spectres définissant les mouvements sismiques. Ces spectres peuvent être les spectres de sol ou, dans certains cas, des spectres dits de « plancher» (spectres représentatifs représentatifs du mouvement mouvement des supports d'un matériel implanté dans un bâtiment). Un contrôle minutieux des accélérogrammes utilisés pour l'application des méthodes temporelles est nécessaire. Le calculateur doit, en fonction des particularités du modèle et de la nature des résultats attendus, exercer un jugement critique sur l'acceptabilité des accélérogrammes et sur le nombre d'accélérogrammes à utiliser. Les méthodes temporelles nécessitent de la part du calculateur une prise de responsabilité en ce qui concerne la définition des excitations à considérer. Les règles principales à cet égard sont définies par le guide ASN/GUIDE/2/01 ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. On peut également souligner les principes suivants: 



Si un accélérogramme présente des défauts (mauvais ajustement au spectre-cible pour certaines fréquences ou pour certains amortissements, dérive des déplacements, conditions d'extrémité non nulles, etc.), il convient d'apprécier l'influence de ces défauts sur les résultats et, si celle-ci paraît significative, de définir les mesures correctives appropriées; Si l'analyse du mouvement de la structure, soumise à l'excitation correspondante à un accélérogramme particulier, met en évidence une forte corrélation entre les réponses de deux éléments de la structure, ou de deux modes, il convient de s'assurer si cette corrélation correspond à la réalité physique ou si elle n'a qu'un caractère fortuit, dû à l'accélérogramme considéré; ce contrôle peut impliquer d'étudier l'action d'autres accélérogrammes ou de faire varier légèrement certains paramètres.

Le choix des accélérogramme accélérogrammess devra suivre les principes du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071].



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11.3. Calculs temporels applicables aux structures non linéaires 11.3.1. Principes Comme indiqué au paragraphe précédent [§11.2] relatif aux méthodes applicables aux structures linéaires, les effets non-linéaires peuvent être importants dans les structures soumises à des excitations sismiques de fort niveau. l'étude de ces effets peut être abordée par le calcul selon des méthodes d’intégration directe. Les méthodes sur base modale ne peuvent s’appliquer qu’à des problèmes limités et ne sont donc pas abordés dans ce chapitre. La méthode temporelle non-linéaire consiste à intégrer dans le temps l'équation complète du mouvement avec tous ses termes, linéaires et non linéaires. Il n’y a pas de théorie générale, chaque type de non linéarité ayant son caractère propre et relevant d'algorithmes spécifiques pour la résolution. On peut cependant faire quelques observations déduites de l'expérience acquise : 





Des algorithmes de résolution efficaces ont été mis au point pour beaucoup de problèmes non linéaires. Toutefois, dans la plupart des cas, les critères de précision et de stabilité numérique de ces algorithmes conservent un caractère essentiellement empirique et ne sont pas nécessairement extrapolables d'un exemple à l'autre. A la différence du cas linéaire, où l'instabilité numérique se traduit en général par une divergence de la solution, on peut rencontrer dans les cas non-linéaires des instabilités «douces» où la solution numérique s'écarte de la réalité tout en gardant une allure plausible. Il faut donc un contrôle vigilant de la solution, notamment par vérifications de la plausibilité des solutions, par l’examen des variabilités selon les accélérogrammes,… ; Les modèles non linéaires requièrent la connaissance des lois de comportement des matériaux, qui peuvent en général être obtenues au moyen de références à des études expérimentales spécifiques; L'influence des défauts éventuels des accélérogrammes utilisés peut être importante pour certaines non-linéarités (par exemple, dérive des déplacements pour le glissement des structures posées, ou nombre de cycles inadéquat pour les structures présentant des boucles d'hystérésis avec dégradation des propriétés).

La bonne pratique des méthodes temporelles non linéaires peut se définir au cas par cas en tenant compte des spécificités du problème dynamique à résoudre et des non-linéarités potentielles pouvant intervenir; elle doit faire appel à des calculateurs et ingénieurs expérimentés avec une vigilance particulière tant sur l'aspect numérique que sur l'aspect physique.

11.3.2. Domaine d’application La méthode temporelle peut être utilisée dans le cas de conception d'ouvrages pour lesquelles les approches par la méthode spectrale précédemment décrite ne permettraient pas de modéliser les phénomènes étudiés, ou encore dans le cas où cette méthode modale se révèlerait inadaptée.

Cette méthode temporelle pourra être utile par exemple dans le cas de comportements non-linéaire de la structure:  relation contrainte déformation non-linéaire,  non-linéarité en déplacement,  non-linéarité de contact,  etc. Elle pourra également servir pour évaluer les signaux sismiques transférés: Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Guide de conception Génie Civil des INB du CEA   

spectres de planchers, interactions entre ouvrages, etc.

11.3.3. Recommandations D'une façon générique les règles et recommandations relatives aux méthodes temporelles, et les justifications spécifiques à apporter, détaillées par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] sont à respecter. La méthode d'intégration numérique employée doit avoir été validée pour s'affranchir des phénomènes types de ces méthodes (instabilité, mauvaise convergence, ...). Le pas de temps d'intégration doit être choisi pour permettre une bonne convergence des résultats. Le temps d'analyse doit être suffisant pour atteindre la réponse maximum. Plusieurs accélérogrammes sont à utiliser pour garantir une fiabilité des résultats (au moins 3 en calcul temporel sur modèle linéaire et au moins 5 en calcul temporel sur modèle non linéaire). Il est recommandé dans le cas des calculs temporels sur modèles linéaires d'utiliser, pour chaque direction de séisme, au moins trois accélérogrammes indépendants (non corrélés) au sens du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Il sera alors par exemple effectué une permutation circulaire sur les signaux d'entrée dans chaque direction pour obtenir les réponses enveloppes.

Les notes de calcul doivent justifier les éléments nécessaires, et notamment:  le type de modélisation et la finesse du maillage, la méthode d'intégration employée,   les matrices utilisées (masse, rigidité, amortissement), le pas de temps retenu,   les instants choisis pour les vérifications, les accélérogrammes dans chaque direction,   les permutations des accélérogrammes selon les directions, les méthodes de cumul des directions de séisme,   etc. Les calculs temporels doivent également respecter les principes de choix des accélérogrammes et des divers paramètres définis par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] et notamment :   



 

les jeux d'accélérogrammes utilisés sont des accélérogrammes naturels ou des accélérogrammes artificiels ; les accélérogrammes naturels sont choisis préférentiellement dans la base de données citée dans la RFS2001-01 [E01] ; le spectre de réponse moyen des accélérogrammes retenus doit envelopper le spectre requis. Les accélérogrammes sont choisis en tenant compte de la cohérence avec les autres paramètres des mouvements sismiques définis par la RFS2001-01 (Magnitude, distance focale,...) ; Il est aussi recommandé de tenir compte dans le choix des accélérogrammes des paramètres complémentaires (durée de phase forte, vitesse et déplacement maximal du sol, intensité d'Arias, rapport « A/V », cumul en valeur absolue de la vitesse « CAV ») définis dans la RFS2001-01[E01] ; le pas de temps est adapté aux fréquences d'intérêt des ouvrages et matériels et au contenu fréquentiel du signal ; Un pas de temps inférieur à 0,01s est admis ; l’indépendance statistique des accélérogrammes est vérifiée. Elle est satisfaisante si la



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valeur absolue de la fonction d'inter-corrélation de deux accélérogrammes ne dépasse pas 0.3 et a une valeur moyenne inférieure à 0.2. Les calculs temporels doivent également respecter les règles concernant les méthodes transitoires et les recommandations décrites par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Pour les méthodes transitoires applicables aux modèles linéaires : 





dans le cas d'une résolution des équations de la dynamique sur la base modale, la représentation et la limitation de l'amortissement se font dans les mêmes conditions que celles de la méthode spectrale ; dans le cas d'une résolution directe des équations du mouvement dans la base physique naturelle du modèle, l'amortissement est représenté par une matrice d'amortissement C, par exemple de type Rayleigh [C ] =  [ M ] +  [ K ] . Le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] définit les limitations applicables à ces coefficients d'amortissement selon la nature des méthodes transitoires appliquées. l'utilisation des valeurs moyennes des résultats élémentaires des grandeurs physiques utiles est admise par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Les conditions et justifications spécifiques relatives aux méthodes transitoires linéaires détaillées par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] sont à respecter.

Pour les méthodes transitoires applicables aux modèles non-linéaires: 





leur utilisation où le comportement non linéaire des matériaux de construction est représenté n'est pas admise pour la détermination des sollicitations de dimensionnement des éléments structuraux ; l'utilisation des valeurs des grandeurs calculées G(t) selon l'intervalle de confiance tel que l'estimateur statistique de FISHER - STUDENT: D=M+(N).S, où M est la moyenne de la grandeur G, S l'écart type et (N) la valeur de la variable de FISCHER STUDENT, tabulée dans l'annexe 2 du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] est admise ; les conditions et justifications spécifiques relatives aux méthodes transitoires nonlinéaires détaillées par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] sont à respecter.





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11.4. Calcul spectral avec coefficient de comportement 11.4.1. Généralités En complément des méthodes dynamiques décrites par ailleurs, méthode de calcul spectral [Chapitre 11.1] et méthodes de calcul temporel (ou transitoire ou chronologique) [Chapitre 11.2], il existe d’autres méthodes de calculs désignées sous le vocable de méthodes statiques dans le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] distingue en particulier les méthodes suivantes : les méthodes statiques linéaires simplifiées,   les méthodes statiques non linéaires simplifiées. Le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] distingue parmi ces méthodes statiques non linéaires simplifiées : la méthode non linéaire équivalente, objet du présent chapitre,   la méthode non linéaire « en poussée progressive » , objet du chapitre [11.5] Le comportement sismique réel des structures est caractérisé par le fonctionnement non-linéaire des matériaux. La justification des bâtiments et ouvrages neufs peut tenir compte de l’adaptation plastique des matériaux dans le cadre du domaine de validité défini au chapitre [14]. Le présent chapitre résume les principes d’une méthode dérivée de la méthode dynamique linéaire (calcul spectral) tenant compte de cette réalité non linéaire : le calcul spectral avec coefficient de comportement. Dans la suite du texte, la notation « LDP » désigne les « procédures linéaires dynamiques », telles que par exemple la méthode de calcul spectral (LDP-RS) ou encore la méthode de calcul temporel linéaire (LDP-TH). La méthode de calcul spectral avec coefficient de comportement dérive de la méthode de calcul spectral. On pourra utiliser par extension la notation (LDP-Q) pour désigner la méthode de calcul linéaire spectrale avec coefficient de comportement « q ». Cette méthode de calcul spectral avec coefficient de comportement, dérivée de la LDP-RS et tenant compte de façon simplifiée du comportement non linéaire, peut aussi être considérée comme une « méthode non linéaire équivalente » selon le vocable du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Dans le cadre de la démarche de dimensionnement, les méthodes simplifiées sont réservées aux dimensionnements des ouvrages ou des parties d’ouvrages tels que :  Les bâtiments et ouvrages, sans exigence de sûreté particulière, situés à proximité des bâtiments et ouvrages nucléaires parasismiques et ayant une exigence d’absence d’interaction (avec une méthode non-linéaire équivalente type calcul spectral avec coefficient de comportement q) ;  Les bâtiments et ouvrages, sans exigence de sûreté particulière, ayant une exigence de comportement de stabilité d’ensemble (avec une méthode non-linéaire équivalente type calcul spectral avec coefficient de comportement q) ;  Les bâtiments et ouvrages, avec ou sans exigence particulière de sûreté, dans le cadre d’une étude complémentaire de robustesse a posteriori de leur dimensionnement (avec une méthode non linéaire « en poussée progressive » par exemple) ; Les éléments non structuraux (avec des méthodes statiques linéaires simplifiées).  Dans le cas des ouvrages en dimensionnement, conçus et réalisés selon les principes du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], l’application de ces méthodes simplifiées sera faite dans des conditions plus favorables qu’en réexamen d’ouvrages dans la mesure où les ouvrages neufs auront été conçus et réalisés, par principe, en suivant notamment les principes, dispositions et recommandations des règles parasismiques. Les dispositions de conception et les dispositions constructives permettront notamment une application cohérente des règles parasismiques existantes telles que les règles PS92 [E040] et l’Eurocode 8 [EC8] selon le référentiel du projet. Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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11.4.2. Principes La méthode non linéaire équivalente telle que le calcul spectral avec coefficient de comportement prend en compte la non-linéarité des matériaux par l’application de coefficients réducteurs sur les efforts sismiques obtenus à partir d’un calcul spectral considérant un comportement linéaire des matériaux. Elle est admise pour le dimensionnement des ouvrages dont les seules exigences de comportement sont l’absence d’interaction avec les ouvrages classés parasismiques situés à proximité ou la stabilité d’ensemble. La méthode est mise en œuvre par application de la réglementation en vigueur applicable aux ouvrages de la catégorie à risque normal, en considérant des mouvements sismiques définis par le spectre réglementaire, en adaptant le coefficient d’importance, pour que le spectre de calcul obtenu soit enveloppe du spectre de dimensionnement du site d’implantation de l ’ouvrage considéré (enveloppe des spectres SMS, Paléoséismes et spectres minimaux au sens de la RFS 2001-01 [E010]). A cet effet il pourra être utilisé selon les règlements en vigueur au moment de la réalisation des études de dimensionnement : soit les règles PS92 [E040],   soit les règles Eurocode 8 [EC8]. Les documents réglementaires applicables seront alors pris en compte en intégrant les révisions et amendements disponibles au moment de la réalisation. Dans le cas de l’utilisation en dimensionnement des règles PS92 [E040], ou des règles Eurocode 8 [EC8], l’ensemble des règles et recommandations du règlement devra être respecté en complément des règles et recommandations des Règles Fondamentales de Sûreté (notamment les RFS 2001-01 [E010] et ASN/GUIDE/2/01 [SU071]) et de celles du présent document. Des adaptations du détail de ces règles ne sont admises que dans la mesure où ces adaptations sont plus sévères et vont dans le sens de la sécurité. L’application de cette méthode de calcul spectral avec coefficient de comportement q regroupe notamment les conditions concernant :  la majoration préalable des spectres issues des règles parasismiques (Règles PS92 ou bien règles Eurocode 8 selon le référentiel du projet considéré) pour que les spectres obtenus enveloppent le spectre de dimensionnement au sens du paragraphe 2.2.2 du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], dans la gamme des fréquences utiles,  le respect de la détermination des spectres verticaux par une transformation affine de rapport (2/3) des spectres horizontaux selon l a règle fondamentale de sûreté RFS2001-01 [E010] et le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071],  le respect des règles et dispositions constructives en cohérence avec le comportement attendu sous séisme, et avec les règles parasismiques du projet,  le respect des limitations d’abattement des sollicitations selon les principes des règles parasismiques (PS92 ou Eurocode8) selon le référentiel du projet considéré.

11.4.3. Calcul et règles particulières Le calcul des efforts sismiques est conduit selon les principes des règles parasismiques du projet :  soit en divisant les efforts sismiques issus du calcul spectral [Chapitre 11.1] linéaire élastique réalisé sur la base d’un spectre de dimensionnement (non réduit par q) conforme aux règles parasismiques considérée [PS92 ou EC8] et au guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], par un coefficient de comportement q (ou q’ selon les plages de fréquences) traduisant le comportement non-linéaire des structures.  soit en calculant les efforts sismiques issus du calcul spectral [Chapitre 11.1] linéaire Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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élastique réalisé sur la base d’un spectre de calcul (ou spectre de dimensionnement réduit) intégrant la réduction par q, conforme aux règles parasismiques considérées [PS92 ou EC8] et au guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], la réduction étant alors implicitement comprise dans le spectre de calcul. Dans le cas de bâtiments ou d’ouvrages neufs situés à proximité immédiate d’un ouvrage classé parasismique du fait d’exigences de sûreté et sauf cas particulier justifié, les valeurs des coefficients de comportement « q » seront au plus égales aux valeurs définies par les tableaux ci-après. Les valeurs des coefficients de comportement pour chaque ouvrage seront à justifier par le concepteur selon les principes détaillés dans les règles parasismiques du projet considéré. Dans le cas particulier de bâtiments ou d’ouvrages, sans exigences de comportement ni de sûreté particulières et suffisamment éloignés des ouvrages classés parasismiques par des exigences de sûreté, et à condition de respecter complètement les dispositions constructives définies par les règles parasismiques PS92 [E040] ou celles des règles Eurocode 8 [EC8] selon le référentiel du projet, on peut alors envisager d’utiliser des coefficients de comportement similaires de ceux définis par ces règles en les justifiant. Ce cas particulier concerne les bâtiments et ouvrages de type classique (non nucléaire et sans fonction de sûreté particulière), éloignés d’une distance significative des ouvrages nucléaires parasismiques, permettant d’exclure toute interaction avec ceux-ci. En général cette distance sera nommée significative si elle est d’un ordre de grandeur égale ou supérieure à la hauteur hors sol du bâtiment dimensionné selon un calcul spectral avec coefficient de comportement. Le lecteur pourra également consulter le détail des procédures et règles propres à cette méthode d’une part dans les règles parasismiques françaises PS92 [E040] et d’autre part dans les règles Eurocode 8 [EC8] selon le référentiel du projet. En ce qui concerne les coefficients q de comportement de base des règles PS92, ils sont définis pour les éléments structuraux aux chapitres : PS 92 [E040] – Chapitre 11 Béton armé et béton précontraint - Section 11.7 Coefficient  de comportement ; PS 92 [E040] – Chapitre 13 Construction métallique – Section 13.4 Coefficient de  comportement des structures dissipatives. En ce qui concerne les coefficients q de comportement de base des règles Eurocode 8, ils sont définis pour les éléments structuraux aux chapitres :  Eurocode 8 Partie 1 [EC8-1] - Article 5 – Règles particulières pour les bâtiments en béton  Eurocode 8 Partie 1 [EC8-1] - Article 6 – Règles particulières aux bâtiments en acier Il est recommandé de prévoir des adaptations dans le sens de la sécurité. Par exemple il est recommandé de prévoir des limitations de ces coefficients q par des valeurs conventionnelles réduites, en général inférieurs à 2. Il est également recommandé de conserver des pondérations de 0.40 (au lieu de 0.30) pour les combinaisons des réponses et sollicitations selon les règles de NEWMARK. A défaut de justifications plus précises, les coefficients de comportement q seront conventionnellement :   

choisis en intégrant les abattements propres aux bâtiments et à leurs caractéristiques de régularité, Inférieurs ou égaux à ceux des tableaux de coefficients conventionnels réduits (selon Annexe [6]), choisis en respectant les règles de validation, de vérification de compatibilité de déformations, et les règles d’applicabilité selon le détail des règles PS92 [E040] ou de l’Eurocode 8 [EC8] selon les règles applicables au projet,



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choisis en respectant les règles spécifiques de li mitation du coefficient de comportement q définies dans les règlements (par exemple une attention particulière sera portée sur les limitations vis-à-vis de la composante du séisme de direction verticale, etc.).

11.4.3.1. Coefficient de comportement - Bâtiments et ouvrages en béton 11.4.3.1.1.Cas des règles PS92 Coefficient de comportement q : voir Annexe [6].

11.4.3.1.2.Cas de l’Eurocode 8 Coefficient de comportement q : voir Annexe [6].

11.4.3.2. Coefficient de comportement - Bâtiments et ouvrages charpente métallique acier

en

Dans le cas des structures en charpente métallique en acier à comportement non dissipatif, les structures sont dimensionnées de manière à devoir résister à l’action sismique de calcul en restant dans le domaine du comportement élastique.

11.4.3.2.1.Cas des règles PS92 Coefficient de comportement q : voir Annexe [6].

11.4.3.2.2.Cas de l’Eurocode 8 Coefficient de comportement q : voir Annexe [6].



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11.5. Calcul en poussée progressive 11.5.1. Généralités La méthode de la poussée progressive est une méthode de calcul statique non linéaire, qui permet de :  vérifier la compatibilité du dimensionnement d’un ouvrage (Capacité en résistance et en déformation) au regard de la sollicitation sismique qui lui est appliquée (Demande sismique) ; Cette compatibilité est démontrée par l’existence d’un point de fonctionnement situé à l’intersection de la courbe de capacité et du spectre de demande sismique correspondant à un amortissement possible (i.e. amortissement demandé=amortissement capable) ; Ce point de fonctionnement informe sur l’état de la structure ; déterminer de façon approchée l'état d'une structure, sollicitée dans le domaine non  linéaire, lors du chargement sismique. Elle comporte deux parties : La détermination de la « courbe de capacité », qui traduit la réponse sous un chargement  statique monotone croissant, cohérent avec son comportement sismique, sous des charges gravitaires constantes. Elle s'exprime, en général, par une courbe donnant l'effort sismique horizontal total en fonction du déplacement d'un point de « contrôle », représentatif du déplacement de la structure. Les éléments représentant la structure ont un comportement non linéaire qui doit être représenté dans le modèle de calcul.  La détermination du chargement équivalent imposé en fonction de la plastification de la structure; par exemple, le fait de plastifier va augmenter l'amortissement et modifier la réponse équivalente. Sa détermination est le résultat d'un grand nombre d'analyses dynamiques réalisées sur des modèles de structures plus ou moins compliqués. De ces analyses résultent des « principes » du type de celui, dit de Newmark, qui énonce l'égalité du déplacement élastique et du déplacement élastoplastique. L’application pratique de ces deux étapes se réalise dans leur tracé sur un même diagramme présenté par la figure suivante [Figure 11.5-(1)].



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Courbe de capacité et Spectres SPAD 10.00

9.00

8.00 Point de fonctionnement 7.00

A n o i t a r é l é c c a

2%

6.00

5% 7%

5.00

10% 20%

4.00

Capacité

3.00

2.00

1.00

0.00 0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

0.140

déplacement D

Figure 11.5 – (1) Courbe de capacité et Spectre Accélération Déplacement SPAD

Cette figure présente la courbe de capacité « réduite » avec en abscisse le déplacement en tête divisé par le coefficient de participation du mode prépondérant (on suppose que le mode est normé à 1 en tête de la structure) et en ordonnée une accélération, égale à l'effort t ranchant total divisé par la masse participante de son mode principal. On peut représenter le spectre du signal d'entrée (Demande sismique) dans le même système d'axes (Sa ; Sd) qui constitue le SPAD (Spectre en Accélération Déplacement); l'intersection de la courbe de capacité et du spectre, correspondant au niveau de déformation inélastique escompté, fournit si elle existe le « point de fonctionnement », pour lequel on vérifiera l'acceptabilité de l'état de déformation des différents éléments de la structure en le comparant aux critères jugés admissibles en fonction des exigences requises. La méthode permet de compléter l'analyse du dimensionnement d'une structure, prédimensionnée au préalable, par itérations éventuelles : en évaluant sa déformabilité et les déformations maximales sous séisme,   en déterminant précisément les modes de ruine et les mécanismes plastiques, en validant les coefficients de comportement et de surtension utilisables.  Pour le détail théorique de la méthode, il convient de se référer à la littérature technique spécialisée, par exemple le cahier n°26 [AFPS 06].

11.5.2. Mise en œuvre Lors de la mise en œuvre de la méthode, les points suivants seront considérés :

11.5.2.1. Modèle de structure Le modèle est en général tridimensionnel. Dans le cas de symétrie et/ou de régularité, l'utilisation de deux modèles plans, un pour chaque direction horizontale principale, est admise. il convient de justifier les conditions de régularité.

11.5.2.2. Efforts latéraux : Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Dans une direction horizontale, le profil des efforts appliqués doit être égal au produit des masses ponctuelles par un profil d'accélérations représentatives, proportionnel au premier mode prépondérant dans la direction considérée. D'autres profils sont utilisables s'ils sont justifiés. Il est recommandé par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] d'utiliser au moins deux profils différents. On pourra prendre en général, en plus du profil modal, un profil triangulaire inversé. Dans le cas d'une structure spatiale, les combinaisons de Newmark sur les accélérations seront utilisées. Il est possible de n'utiliser que la ou les combinaisons les plus défavorables déterminées par le calcul linéaire. Dans le cas d'une structure sensible à la torsion, une excentricité supplémentaire des masses doit être considérée ; dans ce dernier cas il conviendra de se référer aux principes détaillés par l’eurocode 8, notamment en Partie 1 [EC8-1]. Dans le cas d’une structure ayant plusieurs modes significatifs participant à la réponse, il peut être possible d’obtenir des solutions approchées par une étude mode par mode ; la validité de l’approche est appréciée par comparaison des efforts et déplacements considérés pour le calcul statique par rapport aux efforts obtenus par l’analyse linéaire complète. Cette approche n’est pas recommandée au-delà de deux modes significatifs. Il est également possible d’utiliser des adaptations multimodales de la méthode de M. Chopra [CHOP02]. Une j ustification précise de l’approche choisie devra être faite et documentée.

11.5.2.3. Caractéristiques des sections Le modèle de comportement non linéaire des sections des éléments et des assemblages doit traduire les phénomènes mis en jeu dans la structure, en particulier la capacité de déformation et la force appliquée, qui doit être établie à partir des principes de la mécanique ou à partir de résultats d'essais. Dans le cas d'utilisation des modèles à fibres, la taille des éléments doit être liée à la dimension des sections. Des études paramétriques doivent être menées pour valider les dimensions choisies pour les éléments.

11.5.2.4. Etudes paramétriques Etant donnés le caractère approché de la méthode et le comportement complexe de certaines structures dans le domaine non-linéaire, des études paramétriques devront être menées; elles tiendront compte de variations réalistes des paramètres suivants :  hypothèses de chargement : deux types de chargement seront considérés [Cf. §11.5.2.2],  capacités résistantes des sections,  rigidités relatives des éléments.

11.5.2.5. Critères d'acceptabilité Pour chaque élément de structure, des critères d'acceptabilité des déformations, des rotations des sections et des efforts appliqués seront établis préalablement. Ils doivent être compatibles avec le chapitre [12]. Les critères seront choisis en fonction des exigences de comportement requises. Les critères non linéaires pourront être choisis en compatibilité avec des règles existantes reconnues, telles que les règles FEMA356 [AME0100] par exemple ou des règles similaires éprouvées, ou encore avec des résultats d’essais. Ils seront proposés par l’Entreprise/Bureau d’étude au Maître d’ouvrage selon la nature des éléments structuraux et de leurs connections.





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11.6. Calculs statiques linéaires simplifiées Le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] distingue en particulier les méthodes suivantes :  les méthodes statiques linéaires simplifiées,  les méthodes statiques non linéaires simplifiées. Ce chapitre est consacré à présenter les « méthodes statiques li néaires simplifiées ». Les méthodes mettant en œuvre des modèles et des chargements sismiques simplifiés peuvent être utilisés conformément aux principes du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] pour prendre en compte les effets du séisme dans le dimensionnement des ouvrages ou des parties d’ouvrages. Ces méthodes sont principalement utilisées pour le dimensionnement :  des éléments non structuraux tels que :  des éléments n’intervenant pas dans le comportement sismique de l’ouvrage, sinon par leur masse, par exemple :  des éléments et/ou structures de maintien d’équipements et de matériels,  des éléments secondaires architecturaux (éléments de façades, acrotères, etc.),  des cloisons secondaires,  des équipements et matériels découplés.  des éléments structuraux secondaires (cloisons de maçonnerie découplées, cloisons légères, etc.)  des éléments structuraux de bâtiments simples (bâtiment régulier ayant un fonctionnement dynamique simple).

11.6.1. Méthode Une analyse statique équivalente est une analyse avec un chargement statique équivalent aux efforts sismiques, pour la direction d’excitation étudiée. Elle est dite équivalente lorsque des résultats du calcul statique, en particulier les résultats principaux dimensionnants (sollicitations, forces et moments, résultantes d’efforts,...), sont enveloppes de ceux du calcul dynamique. Pour simplifier, ce chargement statique est réduit en général à un diagramme d’accélération uniforme ou trapézoïdal. Cette équivalence n’est valable que si les résultats du calcul dynamique sont effectivement similaires à ceux d’un calcul statique sous une accélération uniforme ou trapézoïdale. C’est le cas de structures à comportement sismique simple, semblable au comportement statique : structures rigides relativement à l’excitation sismique (chargement uniforme) ;   structures répondant sur un mode principal (équivalent à un oscillateur à un degré de liberté – chargement uniforme ou trapézoïdal) ;  autres structures à plusieurs modes significatifs (chargement linéaire). La validité de cette analyse statique est fonction de ce diagramme d’accélération équivalente uniforme ou linéaire, dépendant de l’altimétrie z et fixé en fonction du type de structure étudiée.

(z),

11.6.2. Chargement statique équivalent 11.6.2.1. Structures rigides Dans le cas de structures considérées comme « rigides », l’accélération uniforme équivalente  est prise égale à l’accélération maximale de l’excitation qui est aussi le palier du spectre de réponse du plancher (ou du mur) support en pseudo-accélération pour les fréquences élevées. Cette méthode est exacte car il n’y a aucune amplification de l’excitation (pas de mode en résonance) et la réponse est en phase avec l’excitation. Le calcul dynamique exact se réduit alors à celui de la réponse forcée quasi-statique, toute la masse subissant uniformément l’accélération. Cette méthode peut s’appliquer à toutes les structures rigides relativement à l’excitation Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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sismique des ouvrages ou des parties d’ouvrages. Il convient de vérifier que les conditions aux limites de la structure rigide étudiée et les caractéristiques de raideur des ouvrages porteurs sont suffisamment rigides et ne sont pas de nature à créer des amplifications par des modes de moindres fréquences ( rotations autour d’un axe horizontal, etc.).

11.6.2.2. Structures monomodales Dans le cas d’un ouvrage ou d’une partie d’ouvrage répondant sur son mode principal, l’accélération uniforme équivalente  est égale à la valeur de l’accélération du spectre de réponse (au plancher ou aux points d’appuis supports de la structure considérée) à la fréquence f du mode principal. Le diagramme peut alors être uniforme (enveloppe). La méthode s’applique ainsi de façon enveloppe à des structures modélisables par un oscillateur à un degré de liberté. La méthode est utilisée pour ces structures principalement lorsque la fréquence du mode principal est supérieure ou égale à celle correspondant au pic du spectre de réponse du génie civil support. Dans ce cas, les autres modes subissent une accélération plus faible que , ce qui garantit le caractère enveloppe de la méthode, lorsque ces autres modes sont notablement différents de la déformée statique. La fréquence fondamentale peut être estimée par le calcul statique :

f =

1



2

d

Où d est le déplacement maximal de la structure sous l’accélération . Dans le cas où le comportement de la structure secondaire est une accélération (z) fonction de l’altitude z, celle-ci peut être remplacée par un diagramme linéaire équivalent.

11.6.2.3. Structures multimodales Dans le cas d’un ouvrage ou d’une partie d’ouvrage répondant sur plusieurs modes, l’accélération uniforme équivalente  est prise égale à 1.5 fois le pic du spectre de réponse en pseudo-accélération de l’excitation. Prendre la valeur du pic permet de s’affranchir du calcul des fréquences propres de la structure étudiée. Majorer avec un coefficient de 1.5 permet d’élargir le domaine d’application aux structures à plusieurs modes significatifs et à comportement dynamique plus complexe. C’est une méthode de calcul approchée, donnant un résultat en général enveloppe pour les structures à comportement sismiques très simples. Toutefois, cette méthode ne s’applique pas toujours de manière conservative, notamment lorsque la structure présente deux modes fortement couplés (i.e. le second mode amplifie le premier). Enfin, lorsque la première fréquence propre f de la structure est connue, la valeur  peut être prise égale à 1.5 fois l’accélération Sa du spectre de réponse à la fréquence f, à condition que Sa soit supérieure aux accélérations du spectre pour les fréquences supérieures à f. Cette méthode moins enveloppe ne s’applique qu’aux structures simples. Remarque : La détermination des accélérations forfaitaires repose sur l’hypothèse d’un comportement monomodal et nécessite la connaissance de la fréquence prépondérante de l’ouvrage. Le calcul de la fréquence du mode fondamental de vibration est réalisé à partir soit de formules forfaitaires données dans les codes pour les structures de bâtiments courants (PS92 [E040] ; Eurocode 8 [EC8]), soit à l’aide de formules analytiques approchées, soit encore par Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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un calcul dynamique. Enfin en supposant une forme générale du mode fondamental, on peut définir une répartition des efforts statiques appliquée sur l’ouvrage. On réalise ensuite un calcul statique et l’on détermine les résultats d’intérêt (efforts, moments, ...) pour le dimensionnement de l’ouvrage.

11.6.3. Utilisation du chargement statique équivalent Le chargement statique équivalent permet d’une part de vérifier l a conception et le dimensionnement de la structure portée (c’est-à-dire le sous-ensemble porté et les liaisons et ancrages au génie civil), et d’autre part, de fournir une répartition des efforts statique appliqués à l’ouvrage. Cette dernière peut servir le cas échéant pour effectuer les calculs locaux de l’ouvrage principal. Dans le cas de systèmes d’éléments non structuraux ou de systèmes d’éléments structuraux secondaires, une approche possible consiste à réaliser un calcul modal sur un modèle simplifié (de type brochette par exemple), à récupérer les accélérations et les efforts pour les utiliser dans le cadre du dimensionnement du génie civil. Ceux-ci peuvent servir pour réaliser des calculs locaux ou des calculs globaux, sur la base du modèle pseudo-statique d’ensemble du bâtiment ou d’une partie d’ouvrage.

11.6.4. Domaine de validité Ces méthodes sont possibles pour des sous-ensembles et structures simples tels que les ensembles structuraux secondaires réguliers et les éléments non structuraux simples. Les structures présentant des effets plus complexes, de torsion par exemple, doivent être dimensionnées avec des méthodes plus élaborées.

11.6.5. Domaine d’application Ces méthodes sont possibles dans les cas suivants :  sous-ensembles rigides (et rigidement fixés) dans des bâtiments montés sur des appuis parasismiques,  éléments non structuraux, ensemble régulier d’éléments structuraux secondaires,   éléments non structuraux réguliers, éléments structuraux de bâtiments simples. 


AGS SNGEN RDN GUI SIIT 0605 Rév A Guide de conception Génie Civil des INB du CEA


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12. CRITERES DE JUSTIFICATION DES EXIGENCES DE COMPORTEMENT

12.1. Généralités Les exigences de comportement attribuées aux bâtiments, ouvrages et parties d’ouvrages sont associées à des dispositions constructives, à des méthodes de calcul réputées acceptables et à des critères de justification. Les dispositions constructives du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] et celles du présent guide sont à appliquer en complément des dispositions constructives définies par les règles propres aux matériaux (BAEL ou EC2 pour le béton armé, CM66 ou EC3 pour la charpente métallique, BPEL ou EC2 pour le béton précontraint) et par les règles parasismiques (PS ou Eurocode 8) selon le référentiel du Projet. Les méthodes de calcul acceptables sont notamment celles décrites dans le guide ASN/GUIDE/2/01[SU071]. Elles sont détaillées et complétées par le présent guide (voir notamment les chapitres [11] et [14] du présent document ). Il est recommandé de se référer au guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] et au chapitre [14] du présent document pour vérifier préalablement le domaine de validité des méthodes de calcul.

Les critères de justification des exigences de comportement correspondent d’une façon générale à des critères issus de règles et règlements de construction parasismique et de construction traditionnelle, détaillés par matériaux, applicables au projet considéré. Ces critères de justification peuvent notamment correspondre aux critères détaillés définis dans les règles et règlements cités dans les documents de référence [Chapitre 4 et Annexe 1]. Les définitions des critères de justification des exigences de comportement et les valeurs définies dans le présent chapitre sont à utiliser comme une référence guide. Si les définitions retenues ne sont pas celles de ce chapitre, il est requis que la nomenclature des exigences de comportement soit identifiée clairement comme n’étant pas celle du présent guide.

12.2. Béton armé Les critères de justification des exigences de comportement des bâtiments, ouvrages ou partie d’ouvrages en béton armé sont détaillés ci-dessous par exigence de comportement et selon les méthodes de calcul détaillées au chapitre [11]. Un tableau synthétique de correspondance est fourni en annexe [11].

12.2.1. Critères de justification - Participation au confinement - PC 12.2.1.1. Participation au confinement optimisé - PCO Critères de justification Les sollicitations sont issues :  Soit, en règle générale, d’un calcul linéaire utilisant un modèle de matériau élastique, homogène, isotrope équivalent,  Soit, exceptionnellement et sous réserve de justifications approfondies, d’un calcul non-linéaire utilisant un modèle tenant compte des caractéristiques de comportement réalistes des matériaux. Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Dans le cas de bâtiments en béton, cette exigence de comportement est en général associée à :  Des dispositions de précontrainte de la structure ; celles-ci limitent le risque de fissuration en maintenant un état de compression des sections de béton. Dans ce cas les règles du « Béton Précontraint aux Etats Limites » BPEL [BP010] ou de l’Eurocode 2 [EC2] sont appliquées selon le référentiel applicable du projet, en complément des règlements parasismiques.  D’autres technologies (revêtement métallique ou « liner », paroi complémentaire, ventilation spécifique, etc.) dans le cas usuel où l’exigence de confinement optimisé n’est pas assurée uniquement par le génie civil.  Des dispositions de parois en béton armé associées d’une part à des conditions de limitation de la fissuration et d’autre part à des dispositifs et technologies précités. Dans ce cas les règles du « Béton Armé aux Etats Limites » BAEL [BA010] ou de l’Eurocode 2 [EC2] sont appliquées selon le référentiel applicable du projet, en complément des règlements parasismiques.

Dans le cas de structures en béton, deux niveaux d’exigence de participation au confinement optimisé peuvent être spécifiés. Ils sont décrits ci-après.

12.2.1.1.1.Participation au confinement optimisé niveau 2 - béton précontraint avec revêtement PCOR-BP Critères de justification PCOR-BP La justification des parois confinantes est faite :  Avec un modèle élastique linéaire dans les cas courants.  Les sections de béton précontraint sont justifiées sous les sollicitations en situation accidentelle, sous séisme, sans prise en compte de coefficients de comportement (donc q=1). Les justifications des parois sont faites selon les règles BPEL [BP010] ou Eurocode 2 [EC2], et des règles parasismiques, selon le référentiel applicable du projet, sur la base des efforts dans les éléments finis (coques). Il est vérifié que la section reste comprimée par la précontrainte sous séisme au sens du BPEL [BP010] ou de l’Eurocode 2 [EC2], selon le référentiel applicable du projet. Cette justification suppose implicitement que les parois confinantes sont associées avec d’autres dispositifs (revêtements, ventilation,…) permettant de gérer les fuites associées au comportement fissuré du béton. Les contraintes moyenne et minimum de compression résiduelle du béton sous les diverses sollicitations des sections confinantes sont à définir au cas par cas selon le projet considéré. Sous séisme la contrainte dans les aciers passifs en justification de cisaillement de membrane est limitée à une valeur i nférieure ou égale à 0.80 fois la contrainte standard (Contrainte élastique f e / s, où s est le coefficient de sécurité partiel matériau acier). La déformation des aciers passifs en traction sera limitée à 0.80 fois l’allongement élastique conventionnel (0.20%=0.80x0.25%) et leur contrainte sera limitée par des conditions équivalentes à celles de la « fissuration préjudiciable » (FP) ; dans ces mêmes conditions le taux de cisaillement du béton sera aussi limité par les conditions « fissuration préjudiciable » FP.  Dans des cas particuliers exceptionnels (Cf. ASN/GUIDE/2/01 [SU071]) avec un modèle non-linéaire. Les déformations et contraintes locales des aciers en traction et du béton sont limitées selon les principes précédents. Les déplacements plastiques des éléments en situation accidentelle sous Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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séisme peuvent être justifiés en cohérence avec des critères (à justifier) issus de valeurs standards des Eurocodes pondérés par 0.90 (cas avec revêtement) ou 0.70 (cas sans revêtement) ou, à défaut, plus sévères que ceux du FEMA 356 [AME0100] en « Immediate Occupancy » (Occupation Immediate) ou « Etat 1 » avec une pondération des critères par exemple par 0.90 dans le cas où il existe un revêtement et par 0.70 dans le cas contraire.

12.2.1.1.2.Participation au confinement optimisé niveau 1 - béton précontraint sans revêtement PCO-BP Critères de justification PCO-BP La justification des parois confinantes est faite :  Avec un modèle élastique linéaire dans les cas courants.  Les sections de béton précontraint sont justifiées sous les sollicitations en situation accidentelle, sous séisme, sans prise en compte de coefficients de comportement (donc q=1). Les justifications des parois sont faites selon les règles BPEL [BP010] ou Eurocode 2 [EC2], et des règles parasismiques, selon le référentiel applicable du projet, sur la base des efforts dans les éléments finis (coques). Il est vérifié que la section reste comprimée par la précontrainte sous séisme au sens du BPEL [BP010] ou de l’Eurocode 2 [EC2], selon le référentiel applicable du projet. Cette justification suppose implicitement que les parois confinantes sont associées avec d’autres dispositifs (ventilation,…) permettant de gérer les fuites associées au comportement fissuré du béton. Les contraintes moyenne et minimum de compression résiduelle du béton sous les diverses sollicitations des sections confinantes sont à définir au cas par cas selon le projet considéré. La déformation des aciers passifs en traction sera limitée à 0.80 fois l’allongement élastique conventionnel (0.20%=0.80x0.25%) et leur contrainte sera limitée par des conditions équivalentes à celles de la « fissuration préjudiciable »(FP) ; dans ces mêmes conditions le taux de cisaillement du béton sera aussi limité par les conditions « fissuration préjudiciable » FP.  Dans des cas particuliers exceptionnels (Cf. ASN/GUIDE/2/01 [SU071]) avec un modèle non-linéaire. Les déformations et contraintes locales des aciers en traction et du béton sont limitées selon les principes précédents. Les déplacements plastiques des éléments en situation accidentelle sous séisme peuvent être justifiés en cohérence avec des critères (à justifier) issus de valeurs standards des Eurocodes pondérés par 0.70 (cas sans revêtement) ou, à défaut, plus sévères que ceux du FEMA 356 [AME0100] en « Immediate Occupancy » (Occupation Immediate) ou « Etat 1 » avec une pondération des critères par exemple par 0.70.

12.2.1.1.3.Participation au confinement optimisé niveau 2 - béton armé avec revêtement – PCOR-BA Critères de justification PCOR -BA La justification des parois confinantes est faite :  Avec un modèle élastique linéaire dans les cas courants. Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Les sections de béton armé sont justifiées sous les sollicitations en situation accidentelle, sous séisme, sans prise en compte de coefficients de comportement (donc q=1). Les justifications des parois sont faites selon les critères des règles BAEL [BA010] ou Eurocode 2 [EC2], et des règles parasismiques, selon le référentiel applicable du projet, sur la base des efforts dans les éléments finis (coques). La vérification des éléments est faite avec l’hypothèse de fissuration « peu préjudiciable » au sens du BAEL [BA010]. De façon conservatoire la déformation des aciers passifs sera limitée en traction à 0.8 fois l’allongement élastique conventionnel (0.20%=0.80x0.25%) et la contrainte dans les aciers du béton armé est limitée à une valeur inférieure ou égale à 0.80 fois la contrainte standard (Contrainte élastique f e / s, où s est le coefficient de sécurité partiel matériau acier).  Dans des cas particuliers exceptionnels (Cf. ASN/GUIDE/2/01 [SU071]) avec un modèle non-linéaire. Les déformations et contraintes locales des aciers en traction sont limitées selon les principes précédents. Les déplacements plastiques des éléments en situation accidentelle sous séisme peuvent être justifiés en cohérence avec des critères (à justifier) issus de valeurs standards des Eurocodes pondérés par 0.90 ou, à défaut, plus sévères que ceux du FEMA 356 [AME0100] en « Immediate Occupancy » (Occupation Immédiate) ou « Etat 1 » avec une pondération des critères par exemple par 0.90 dans le cas où il existe un revêtement.

12.2.1.1.4.Participation au confinement optimisé niveau 1 - béton armé sans revêtement – PCO-BA Critères de justification PCO-BA La justification des parois confinantes est faite :  Avec un modèle élastique linéaire dans les cas courants.  Les sections de béton armé sont justifiées sous les sollicitations en situation accidentelle, sous séisme, sans prise en compte de coefficients de comportement (donc q=1). Les justifications des parois sont faites selon les critères des règles BAEL [BA010] ou Eurocode 2 [EC2], et des règles parasismiques, selon le référentiel applicable du projet, sur la base des efforts dans les éléments finis (coques). La vérification des éléments est faite avec l’hypothèse de fissuration « peu préjudiciable » au sens du BAEL [BA010]. De façon conservatoire la déformation des aciers passifs sera limitée en traction à 0.70 fois l’allongement élastique conventionnel (0.175%=0.70x0.25%) et la contrainte dans les aciers du béton armé est limitée à une valeur inférieure ou égale à 0.70 fois la contrainte standard (Contrainte élastique f e / s, où s est le coefficient de sécurité partiel matériau acier). En l’absence de revêtement (ou dispositions similaires), les contraintes des aciers en traction et le taux de cisaillement du béton seront limitées sous séisme à 70% des valeurs standards, et hors séisme par les conditions standards en équivalent « fissuration très préjudiciable » (FTP).  Dans des cas particuliers exceptionnels (Cf. ASN/GUIDE/2/01 [SU071]) avec un modèle non-linéaire. Les déformations et contraintes locales des aciers en traction sont limitées selon les principes précédents. Les déplacements plastiques des éléments en situation accidentelle sous séisme peuvent être justifiés en cohérence avec des critères (à justifier) issus de Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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valeurs standards des Eurocodes pondérés par 0.90 ou, à défaut, plus sévères que ceux du FEMA 356 [AME0100] en « Immediate Occupancy » (Occupation Immédiate) ou « Etat 1 » avec une pondération des critères par exemple par 0.70.

12.2.1.2. Participation au confinement amélioré - PCA Critères de justification Les sollicitations sont en général issues :  Soit, en règle générale, d’un calcul linéaire utilisant un modèle de matériau élastique, homogène, isotrope équivalent,  Soit, exceptionnellement et sous réserve de justifications approfondies, d’un calcul non-linéaire utilisant un modèle tenant compte des caractéristiques de comportement réalistes des matériaux. Dans le cas de bâtiments en béton armé, cette exigence conduit :  A vérifier que les fissures développées sous l’action du séisme se peuvent se refermer après séisme (ou réversibilité de la fissuration), ce qui impose le maintien des contraintes et déformations dans le domaine élastique (ou quasiélastique) sous chargement sismique aux Etats Limites Ultimes (ELU). Pour ces états limites, la déformation du béton sera limitée aux valeurs standards du béton armé (par exemple 2 pour mille en compression simple et à 3.5 pour mille en flexion dans le cadre BAEL), et la déformation de l’acier en traction des parois confinantes sera limitée, en général, à 0.80 fois l’allongement élastique conventionnel (0.2%=0.80x0.25%). Cet état de déformation correspond à un fonctionnement élastique de l’acier. La contrainte de cisaillement du béton des parois confinantes sera limitée sous séisme à 80% de la valeur limite standard en équivalent « fissuration peu préjudiciable » au sens du BAEL.  A vérifier, dans le cas particulier de l’utilisation d’un calcul non-linéaire, que les déformations des matériaux sont compatibles avec un état de fonctionnement des matériaux statistiquement quasi-élastique dans les parois de structure soumises à cette exigence, Dans le cas de structures en béton armé, un niveau d’exigence de participation au confinement amélioré est décrit ci-après. D’autres niveaux plus sévères peuvent être spécifiés en cas de besoin, les critères correspondant devront alors être précisés.

12.2.1.2.1.Participation au confinement amélioré niveau 1 - PCA Critères de justification PCA. La justification des parois confinantes est faite :  Avec un modèle élastique linéaire dans les cas courants.  Les sections de béton armé sont justifiées sous les sollicitations en situation accidentelle, sous séisme, sans prise en compte de coefficients de comportement (donc q=1). Les justifications des parois sont faites selon les critères des règles BAEL [BA010] ou Eurocode 2 [EC2], et des règles parasismiques, selon le référentiel applicable du projet, sur la base des efforts dans les éléments finis (coques). De façon conservatoire la déformation des aciers passifs sera limitée en traction à 0.80 fois l’allongement élastique conventionnel (0.20%=0.80x0.25%) et la contrainte dans les aciers du béton armé est limitée à une valeur inférieure ou égale à 0.8 fois la Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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contrainte standard (Contrainte élastique f e / s, où s est le coefficient de sécurité partiel matériau acier).  En situation « sous séisme » la vérification des éléments est faite (en ELU) avec l’hypothèse de fissuration «contrôlée », en limitant la contrainte des aciers en traction à 0.80 fois la contrainte standard élastique au sens du BAEL [BA010] ou de l’Eurocode 2 [EC2], selon le référentiel applicable du projet, en complément des règlements parasismiques.  En situation « hors séisme » la vérification des éléments est faite (en ELS et en ELU) avec des valeurs standards (aciers en traction et cisaillement du béton) correspondant à l’hypothèse de fissuration « préjudiciable » au sens du BAEL [BA010] ou de l’Eurocode 2 [EC2].  Dans des cas particuliers exceptionnels (Cf. ASN/GUIDE/2/01 [SU071]) avec un modèle non-linéaire. Les déformations et contraintes locales des aciers en traction sont limitées selon les principes précédents. Les déplacements plastiques en situation accidentelle sous séisme peuvent être justifiés en cohérence avec des critères (à justifier) issus de valeurs standards des Eurocodes pondérés par 0.80 ou, à défaut, plus sévères que ceux du FEMA 356 [AME0100] en « Immediate Occupancy » (Occupation Immediate) ou « Etat 1 » avec une pondération des critères par exemple par 0.80.

12.2.1.3. Participation au confinement standard – PCS Critères de justification PCS. L’exigence de participation au confinement standard, notée justifications sont les suivantes.

PCS pour laquelle les

Les sollicitations sont en général issues :  soit d’un calcul linéaire utilisant un modèle de matériau élastique, homogène, isotrope équivalent,  soit d’un calcul non-linéaire utilisant un modèle tenant compte des caractéristiques de comportement réalistes des matériaux.  soit d’un calcul pseudo-linéaire utilisant un modèle de matériau élastique, homogène, isotrope équivalent, le caractère non-linéaire du comportement étant représenté par des coefficients de comportement q. Dans le cas de bâtiments en béton, cette exigence conduit :  à appliquer les règles BAEL [BA010] ou Eurocode 2 [EC2], et les règles parasismiques, selon le référentiel applicable du projet, pour le cas où la fissuration est considérée comme « peu préjudiciable », et en effectuant une vérification des éléments concernés à l’état li mite de résistance.  à vérifier, dans le cas de l’utilisation d’un calcul non-linéaire, que les déformations des matériaux ne sont pas excessives,

Dans le cas de structures en béton armé, un seul niveau de performance de participation au confinement de type standard est défini et décrit ci-après. La justification des parois confinantes est faite :  Avec, en règle générale, un modèle élastique linéaire.  Les sections de béton armé sont justifiées sous les sollicitations en situation Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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accidentelle, sous séisme, en général sans prise en compte de coefficients de comportement (donc q=1). Les justifications des parois sont faites selon les critères des règles BAEL [BA010] ou Eurocode 2 [EC2], et des règles parasismiques, selon le référentiel applicable du projet, sur la base des efforts dans les éléments finis. Des justifications par coupure, par exemple selon les règles PS92 [E040] ou les Eurocodes ([EC2] et [EC8]) selon le référentiel applicable sont licites.  En situation « sous séisme » la vérification des éléments est faite (en ELU) avec les valeurs standards correspondant à l’hypothèse de fissuration « peu préjudiciable » au sens du BAEL [BA010] ou de l’Eurocode 2 [EC2], selon le référentiel applicable du projet, en complément des règlements parasismiques. Dans des cas particuliers (Cf. ASN/GUIDE/2/01 [SU071]) avec un modèle nonlinéaire. Les déformations et contraintes locales des aciers en traction sont limitées selon les principes précédents. Les déplacements plastiques en situation accidentelle sous séisme peuvent être justifiés en cohérence avec des critères (à justifier) issus de valeurs standards des Eurocodes pondérés par 1.0 ou, à défaut, équivalents à ceux du FEMA 356 [AME0100] en « Life Safety » ou « Etat 2 » avec une pondération des critères par 0.90 par exemple. Dans des cas particuliers (Cf. ASN/GUIDE/2/01 [SU071]) avec un calcul pseudolinéaire (linéaire avec prise en compte d’un coefficient de comportement q>1). Les principes de justification sont similaires à ceux de la justification des parois selon un modèle linéaire élastique. Il convient de respecter les conditions d’applicabilité et les principes du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], du chapitre [14] et les principes du chapitre [11.4].

12.2.2. Critères de justification aux exigences de comportement associées à la résistance 12.2.2.1. Critères de justification - Supportage d’équipements - SP Supportage d’équipements Notation abrégée : SP Critères de justification SP L’exigence de supportage est applicable uniquement aux zones de supportage d’équipements et de matériels ayant au minimum une exigence de non-missilité et fixés au génie civil. Les sollicitations sont issues :  Soit d’un calcul linéaire utilisant un modèle de matériau élastique, homogène, isotrope équivalent,  Soit d’un calcul non-linéaire utilisant un modèle tenant compte des caractéristiques de comportement réalistes des matériaux (calcul temporel non linéaire ou calcul en poussée progressive),  Soit d’un calcul pseudo-linéaire (linéaire avec prise en compte d’un coefficient de comportement q>=1).

Dans le cas de bâtiments en béton armé, cette exigence conduit à appliquer les règles BAEL [BA010] ou Eurocode 2 [EC2], et les règles parasismiques, selon le référentiel applicable du projet, pour le cas où la fissuration est considérée comme « peu préjudiciable », et à effectuer Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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la vérification des éléments de structure concernés à l’état limite de résistance. L’exigence de supportage des équipements, notée SP, implique que les structures de génie civil support satisfassent aux exigences de stabilité d’ensemble et de stabilité locale définies ciaprès, et aux critères correspondants. correspondants. Des justifications spécifiques des zones locales de supportage (résistance du béton armé au droit des zones d’ancrage et des éléments de liaison (platines, ancrages, etc.) entre les équipements et les structures supports sont par ailleurs requises pour justifier de la résistance et du comportement de ces sous-ensembles locaux. Dans le cas où un modèle non-linéaire (type calcul temporel non linéaire ou type calcul en poussée progressive) serait utilisé, les déformations et les contraintes des aciers et du béton sont limitées par les valeurs standards des règles applicables du projet. Les déformations et déplacements plastiques en situation accidentelle sous séisme des éléments affectés par l’exigence peuvent être justifiés en cohérence avec des critères adéquats à proposer au maître d’ouvrage. Ces critères sont à justifier au cas par cas. Ces derniers peuvent, par exemple, être issus de valeurs standards des Eurocodes pondérés par 1.0 ou, à défaut, du FEMA 356 [AME0100] en « Immediate Occupancy » (Occupation Immédiate), dit « Etat 1 », en tenant compte d’une pondération des valeurs admissibles par 0.90 par exemple. La justification des zones locales de supportage (résistance du béton armé au droit des ancrages et des éléments de liaison ) est par ailleurs requise.

12.2.2.2. Critères de justification - Stabilité - S Stabilité Notation abrégée: S L’exigence de stabilité (S) concerne soit la stabilité d’ensemble d’un ouvrage (SE), soit, en complément, complément, la stabilité locale d’un sous-ensemble de l’ouvrage (SL ou SL-NE selon le cas). Critères de justification Les sollicitations sont issues :  soit d’un calcul linéaire utilisant un modèle de matériau élastique, homogène, isotrope équivalent,  soit d’un calcul non-linéaire utilisant un modèle tenant des caractéristiques de comportement réalistes des matériaux (calcul temporel non linéaire ou calcul en poussée progressive), progressive),  soit d’un calcul pseudo-linéaire (linéaire avec prise en compte d’un coefficient de comportement comportement q>=1).

Critères de justification – cas d’utilisation d’une méthode de calcul linéaire élastique Dans le cas de bâtiments en béton, l’exigence de comportement S conduit à appliquer les règles BAEL [BA010] ou Eurocode 2 [EC2], en complément des règles parasismiques, selon le référentiel applicable applicable du projet, projet, avec les conditions conditions de fissuration « peu préjudiciable », et à effectuer la vérification des éléments de structure à l’état limite de résistance. Les valeurs limites des grandeurs physiques caractéristiques sont les valeurs standards des règles applicables. Critères de justification – cas d’utilisation d’une méthode de calcul non linéaire Dans le cas où il est utilisé une méthode non-linéaire (calcul temporel temporel non linéaire li néaire ou calcul en Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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poussée progressive) progressive) pour vérifier le comportement d’un ouvrage en béton armé, l’exigence l’exigence de comportement comportement S conduit à appliquer appliquer les règles BAEL BAEL [BA010] ou Eurocode Eurocode 2 [EC2], en complément complément des règles r ègles parasismiques, parasismiques, selon le référentiel applicable du projet, et à effectuer la vérification des éléments de structure à l’état limite de résistance sur la base des sollicitations sismiques obtenues par ce calcul non-linéaire. Les critères d’acceptabilité des déformations seront proposés au maître d’ouvrage. Si nécessaire, des critères supplémentaires adaptés à la vérification de l’ouvrage ou du bâtiment concerné sont à établir au cas par cas. Dans les cas les plus courants courants où l’exigence de stabilité stabilité n’est pas la seule exigence exigence requise mais où elle est associée à d’autres exigences de comportement corrélées aux exigences de sûreté, alors les valeurs limites peuvent être issues de valeurs standards des Eurocodes pondérées par 1.0 ou, à défaut de valeurs FEMA 356 [AME0100] associées à la performance « Immediate Occupancy Occupancy » (Occupation immédiate), immédiate), dite « état 1 », pondérées par 0.90. Dans les cas particuliers où l’exigence de stabilité est la seule exigence requise (sans autres exigences de sûreté) et où il est recherché un niveau de stabilité normal (type non effondrement), effondrement), alors les valeurs limites peuvent être issues de valeurs standards des Eurocodes pondérées par 1.0 ou, à défaut de valeurs FEMA 356 [AME0100] associées à la performance « Life Safety » (LS ou Sécurité Sécurité des personnes), personnes), dite « état 2 », pondérées par 0.90. Les critères crit ères FEMA 356 associés ass ociés à la performance per formance de « Collapse Collap se Prevention Preven tion » (CP ou prévention d’effondrement), d’effondrement), dite « état 3 », ne seront pas en règle générale utilisés lors de la conception de bâtiments ou ouvrages neuf d’une INB affectés d’exigences de sûreté. Ces derniers pourront éventuellement servir pour identifier les marges disponibles d’ouvrages déjà réalisés. Les parties d’ouvrage affectées d’une exigence de stabilité locale (SL) pourront être justifiés par des critères suivant les mêmes principes que les critères dédiés à la stabilité d’ensemble, d’ensemble, la seule différence étant que ces critères ne s’appliquent qu’à la zone concernée. Les parties d’ouvrage affectées d’une exigence de stabilité l ocale de type non effondrement effondrement (en l’absence d’exigences corrélées à la sûreté) pourront être justifiés par des critères (à justifier) issus de valeurs standards des Eurocodes pondérés par 1.0 ou, à défaut équivalent par exemple aux critères FEMA 356 [AME0100] « Life Safety » (Sécurité des personnes) pondérés par 1.0.

Critères de justification – cas d’utilisation d’une méthode de calcul pseudo-linéaire (avec coefficient de comportement q>=1) Dans le cas où il est recherché un niveau de performance de stabilité normal pour des bâtiments ou des ouvrages sans exigences particulières de sûreté (cas par exemple où l’exigence de stabilité est la seule exigence de comportement demandée, associée à une exigence de « non interaction » avec un bâtiment ou avec un ouvrage voisin classé sismique pour des raisons de sûreté), alors il pourra être utilisée une méthode de calcul spectral pseudo-linéaire (non linéaire équivalent ou linéaire avec prise en compte d’un coefficient de comportement comportement q >=1). Dans ce cas les critères suivront les recommandations du code parasismique utilisé. En complément du code parasismique, il est recommandé dans le cas d’ouvrages voisins (contigus ou proches) d’ouvrages classés sismiques d’utiliser des coefficients de comportement comportement q (val (valeu eurr q moyen justifiable) moyen justifiable) plus sévères que ceux des règles parasismiques parasismiques utilisées et en cohérence avec les recommandations du chapitre [11.4] du présent document. Dans le cas où l’ouvrage à dimensionner serait suffisamment suffisamment éloigné des bâtiments et ouvrages classés sismiques, et où l’ouvrage serait néanmoins à calculer au séisme pour des raisons autres Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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que des raisons d’exigence d’exigence de sûreté (bâti (bâti en zone sismique, ou encore encore choix relatif à la sauvegarde du patrimoine en zone non sismique) il est également recommandé d’utiliser des coefficients de comportement q (valeur q maxi justifiable) maxi justifiable) plus sévères que ceux des règles parasismiques parasismiques utilisées et en cohérence cohérence avec avec les recommandations recommandations du du chapitre [11.4] du présent présent document.

12.3. Critères de justification - Non-interaction - NI Non Interaction entre ouvrages Notation abrégée abrégée : NI Cette exigence de non-interaction (ou interaction sans effet significatif) entre bâtiments, entre ouvrages ou parties d’ouvrages implique automatiquement automatiquement une exigence de stabilité « S » des deux ouvrages en interaction potentielle. Dans le cas contraire, il faudrait f audrait démontrer que l’effondrement l’effondrement d’un des ouvrages (ou d’une partie d’ouvrage) n’est pas dommageable à l’ouvrage principal que l’on veut protéger des effets de l’ouvrage potentiellement agresseur. Ce dernier cas est à éviter en conception d’ouvrages neufs, il peut néanmoins se présenter dans le cas d’ouvrages (ou parties d’ouvrages) secondaires et légers nécessitant alors une conception spécifique limitant intrinsèquement les efforts d’interaction (ouvrages fusibles). Critères de justification La façon la plus simple pour satisfaire l’exigence de non-interaction entre ouvrages ou parties d’ouvrages est de les éloigner suffisamment pour que :  Soit les deux ouvrages sont stables sous séisme et les déplacements de chaque ouvrage sous séisme permettent de démontrer qu’il n’y a pas de risques de contacts entre les ouvrages lors des déplacements déplacements cumulés (dus au séisme séisme et aux autres autres chargements chargements permanents permanents et quasi permanents, notamment notamment les déformations imposées ou les déplacements déplacements induits par ces chargements),  Soit les ouvrages sont éloignés d’une distance telle que même en cas d’effondrement d’un ouvrage (non classé parasismique et potentiellement agresseur) la non-interaction soit néanmoins assurée. Dans ce dernier cas, et à condition que l’ouvrage potentiellement agresseur soit suffisamment encastré dans le sol (en général sur la hauteur d’un niveau d’infrastructure), il pourra être considéré qu’il n’y a pas interaction i nteraction si la distance libre entre l’ouvrage à protéger et l’ouvrage potentiellement agresseur est égale à la hauteur du bâtiment agresseur au dessus de son niveau d’encastrement (en général hauteur au dessus du niveau du sol. Dans le cas contraire une analyse des modes de ruine potentielle du bâtiment agresseur sera à faire pour vérifier la non-interaction entre les l es ouvrages concernés. Le cas particulier d’ouvrages proches (ou contigus) dont l’un ne serait pas stable n’est pas admis en conception car il ne répondrait pas aux principes du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] et cela impliquerait des études complexes pour démontrer l’absence d’interaction dommageable vers le bâtiment ou l’ouvrage classé à protéger. Dans le cas d’ouvrages voisins et stables sous séisme, les sollicitations (efforts et déplacements) déplacements) sont issues :  Soit d’un calcul linéaire utilisant un modèle de matériau élastique, homogène, isotrope équivalent,  Soit d’un calcul non-linéaire utilisant un modèle tenant des caractéristiques de comportement réalistes des matériaux (calcul temporel non linéaire ou calcul en poussée progressive), progressive),  Soit d’un calcul pseudo-linéaire (non linéaire équivalent ou linéaire avec prise en compte d’un coefficient de comportement q>=1).



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Il est par ailleurs recommandé de satisfaire aux exigences de mise en œuvre de joints libres entre les ouvrages ayant une épaisseur égale ou supérieure aux valeurs minimales définies par les règlements parasismiques (Cf. Eurocode 8 [EC8] ou PS92 [E040]) selon le référentiel applicable au Projet. L’attention est attirée sur le fait que les valeurs minimales, définies par les règlements, peuvent ne pas suffire en règle générale à satisfaire l’exigence de non-interaction. Il y a donc lieu de compléter ces dispositions de jeu libre (minimales) par les vérifications adéquates de déplacements définies ci-dessous. Critères de justification – cas d’utilisation d’une méthode de calcul linéaire élastique Il sera calculé pour chaque ouvrage les déplacements théoriques élastiques maximums en tenant compte des variations de rigidité du sol. D’une façon générale la conception des joints sera faite en prenant en compte une pondération des déplacements élastiques calculés en tenant compte, en complément des effets des diverses variations de rigidité, d’une augmentation des déplacements élastiques calculés par un facteur de pondération forfaitaire égal à 2. Ensuite les déplacements de chaque ouvrage seront cumulés (en somme des valeurs absolues ou en valeur moyenne quadratique des déplacements) selon les cas de figures décrits par l’Eurocode 8 – Partie 1 [EC8-1]. Il sera alors vérifié que la somme des déplacements sismiques (ainsi cumulés) et des déplacements dus aux effets autres que le séisme sont inférieurs, pour tous les niveaux, à l’ouverture libre des joints. Il convient de tenir compte des autres effets de déplacements potentiels concomitants au séisme. L’épaisseur de joint libre à mettre en place est alors l’enveloppe des épaisseurs minimales définies par les règlements et de l’épaisseur théorique calculée par la combinaison des déplacements sismiques maximums des ouvrages (en valeur absolue ou en valeur quadratique SRSS selon les cas de figure EC8-Partie 1) et des déplacements dus à des effets autres que le séisme. Critères de justification – cas d’utilisation d’une méthode de calcul non linéaire (calcul temporel non linéaire ou calcul en poussée progressive) Dans ce cas il sera calculé les déplacements théoriques maximums de chaque ouvrage en interaction potentielle en tenant compte des variations de rigidité du sol de fondation. Ensuite les déplacements de chaque ouvrage seront combinés (en somme des valeurs absolues ou en valeur moyenne quadratique des déplacements) selon les cas de figures décrits par l’Eurocode 8 – Partie 1 [EC8-1]. Il sera alors vérifié que la somme des déplacements sismiques (ainsi cumulés) et des déplacements dus aux effets autres que le séisme sont inférieurs, pour tous les niveaux, à l’ouverture libre des joints. Il convient de tenir compte des autres effets de déplacements potentiels concomitants au séisme. L’épaisseur de joint libre à mettre en place est alors l’enveloppe des épaisseurs minimales définies par les règlements et de l’épaisseur théorique calculée par la somme des déplacements sismiques maximums des ouvrages (cumulés en somme des valeurs absolues ou en moyenne quadratique SRSS selon les cas de figure EC8-Partie 1) et des déplacements dus à des effets concomitants au séisme. Critères de justification – cas d’utilisation d’une méthode de calcul pseudo-linéaire (avec coefficient de comportement q>=1) Pour ce cas particulier où l’un des ouvrages serait susceptible d’un calcul par une méthode de calcul pseudolinéaire (avec coefficient de comportement q), le calcul des déplacements de cet ouvrage est identique à celui d’un ouvrage en calcul linéaire élastique (ce qui équivaut à q=1 pour le calcul des déplacements). Les principes et recommandations détaillés ci-dessus sont directement transposables.




12.4. Charpente métallique (Hors champ de la présente version du guide).

12.5. Béton précontraint (Hors champ de la présente version du guide).


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12.6. Tableaux des critères de justification aux exigences de comportement vis-à-vis du risque sismique 12.6.1. Généralités Les tableaux en annexe reprennent de façon synthétique la correspondance entre les exigences de comportement, associées aux exigences de sûreté, et les méthodes et critères utilisables pour justifier le dimensionnement sismique. D’autres méthodes et critères de justifications (règles, codes, valeurs limites de grandeurs physiques, etc.) peuvent le cas échéant être envisagées mais ils devront satisfaire les règles fondamentales de sûreté, notamment le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] et la RFS 2001-01[E010], et tenir compte des évolutions dans ce domaine le cas échéant. Les valeurs citées dans ces tableaux seront le cas échéant à actualiser selon l’évolution de la réglementation de la construction et des règles et guides de sûreté.

12.6.2. Tableaux des critères de justification - Ouvrages en béton armé Les tableaux en annexe [11] reprennent de façon synthétique la correspondance entre les exigences de comportement, associées aux exigences de sûreté, et les méthodes et critères utilisables pour justifier le dimensionnement sismique des ouvrages en béton définie au chapitre [12].



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12.6.3. Tableaux des critères de justification - Ouvrages charpente métallique Acier

en

(Hors champ de la présente version du guide).

12.6.4. Tableaux des critères de justification - Ouvrages précontraint (Hors champ de la présente version du guide).


en béton


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13. DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES La conception et le dimensionnement d’ensemble des bâtiments et ouvrages de génie civil doivent notamment suivre les principes et les règles d’une part du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] et d’autre part des règles parasismiques, PS92 [E040] ou Eurocode 8 [EC8], selon le référentiel applicable au projet. Les principales règles de conception d’ensemble sont résumées au chapitre [6] du présent document. La conception et le dimensionnement de détail des bâtiments et ouvrages de génie civil doivent par ailleurs suivre les principes et les règles de dispositions constructives définis par le guide ASN et les règles parasismiques précités. Ils doivent également suivre les règles et principes propres aux classes de structures et aux matériaux, définis par ces mêmes règles et par les règles spécifiques aux matériaux. Pour les bâtiments et ouvrages en béton armé il convient de se référer selon le référentiel applicable au projet notamment :  aux règles parasismiques PS92 [E040],  au règlement du béton armé aux états li mites ultimes BAEL [BA010],  à l’Eurocode 8 parasismique [EC8] et notamment aux règles générales définies par la Partie 1 de l’Eurocode 8 et aux règles particulières applicables aux ouvrages en béton détaillées par l’Article 5 [EC8-1; Article5],  à l’Eurocode 2 [EC2] applicable au calcul des structures en béton. Pour les bâtiments et ouvrages en charpente métallique acier convient de se référer selon le référentiel applicable au projet notamment :  aux règles parasismiques PS92 [E040],  au règlement de charpente métallique CM66 et additif 80 [CM010 et CM020],  à l’Eurocode 8 parasismique [EC8] et notamment aux règles générales définies par la Partie 1 de l’Eurocode 8 et aux règles particulières applicables aux ouvrages en charpente métallique acier détaillées par l’Article 6 [EC8-1 ; Article 6],  à l’Eurocode 3 [EC3] applicable au calcul des structures en acier. Pour les bâtiments et ouvrages en béton précontraint convient de se référer selon le référentiel applicable au projet notamment :  aux règles parasismiques PS92 [E040],  au règlement de béton précontraint BPEL [BP010],  à l’Eurocode 8 parasismique [EC8] et notamment aux règles générales définies par la Partie 1 de l’Eurocode 8 et aux règles particulières applicables aux ouvrages en béton détaillées par l’Article 5 [EC8-1 ; Article 5],  à l’Eurocode 2 [EC2] applicable au calcul des structures en béton. La conception d’ensemble des bâtiments et ouvrages de génie civil doit suivre les principes et les règles définis par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], et notamment la section 2.1.3 de ce guide ASN [SU071 ; §2.1.3] qui précise les dispositions de conception spécifiques pour la prise en compte du risque sismique. Les règles générales de conception parasismiques sont notamment détaillées par la section 2.1.3 du guide ASN/GUIDE/2/01[SU071 ; §2.1.3.2 Régularité des ouvrages ; §2.1.3.3 Implantation et fondations ; §2.1.3.4 Espace de séparation entre ouvrages ; §2.1.3.5 Dispositions constructives des éléments de contreventement ; §2.1.3.6 Ancrages]. La robustesse du contreventement parasismique est obtenue notamment :  par une conception du système principal de contreventement favorisant la régularité géométrique et mécanique des ouvrages et la maîtrise des modes de déformation sous séisme, en particulier de torsion, pour qu’en dehors des conditions requises pour son dimensionnement la stabilité d’ensemble Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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

de l’ouvrage sous séisme ne soit pas brutalement mise en cause ; par le choix de dispositions constructives adaptées permettant la mobilisation d’une capacité de déformation avant rupture ; ces dispositions constructives sont à prévoir dès la conception pour obtenir un comportement post-élastique satisfaisant des éléments structuraux.

Les dispositions de conception d’ensemble sont précisées au chapitre [6] du présent document. Les dispositions constructives spécifiques par matériau sont complétées par le présent chapitre et les annexes associées. D’une façon générale les dispositions constructives résumées ci-après n’ont pas un caractère exhaustif ni limitatif, elles sont cumulatives à celles définies par les Règles Fondamentales de Sûreté, notamment le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], et à celles définies par les règles parasismiques (PS92 [E040] et Eurocode 8 [EC8]), et par les règles applicables au matériau, selon le référentiel du projet. Le lecteur pourra se référer utilement, en complément des documents réglementaires précités, au guide des dispositions constructives parasismiques des ouvrages en acier, béton, bois et maçonnerie édité par l’AFPS en 2005 [E060]. Ce guide AFPS détaille et illustre les principes généraux et particuliers de dispositions constructives en cohérence avec les règles et codes parasismiques (Eurocode 8 ; PS92) et avec les règles et codes des matériaux.



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13.1. Dispositions constructives – Bâtiments et ouvrages en béton armé 13.1.1. Généralités 13.1.1.1. Domaine d’application Le chapitre [13.1] concerne les principes et règles de dispositions constructives applicables aux bâtiments et ouvrages en béton armé d’une installation nucléaire de base (INB). Il concerne les bâtiments et ouvrages monolithiques coulés en place et les bâtiments et ouvrages préfabriqués. Il ne couvre pas les dispositions spécifiques aux bâtiments à ossatures comportant des planchers dalles utilisés comme élément sismique primaire. D’une façon générale les dispositions constructives relatives à la conception et au dimensionnement des ouvrages en béton par les règlements aux états limites ultimes s’appliquent. Ce sont notamment le BAEL [BA010] ou encore l’Eurocode 2 [EC2], et en particulier l’Eurocode 2 – Partie 1.1 [EC2-1-1], selon le référentiel du projet. Il convient également de respecter, en complément des dispositions constructives propres aux matériaux, les dispositions constructives définies par l’Eurocode 8 – Partie 1 Article 5 [EC8-1 ; Article 5] et par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], complétées par le présent document.

13.1.1.2. Termes et définitions Les termes et définitions utilisés sont en général ceux et celles de l’Eurocode8 – Partie 1 – Article 5.

13.1.2. Principes Les principes et règles de dispositions constructives suivront :  le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071],  les codes de béton armé applicables,  l’Eurocode 8, notamment les principes et règles de la Partie 1, et plus particulièrement ceux de l’Article 5 relatifs aux bâtiments en béton. Les règles et principes généraux relatifs aux classes de ductilité « limitée »(DCL), « moyenne » (DCM) et « haute » (DCH) seront ceux de l’Eurocode 8 [ EC8-1], complétés par les présentes règles. Les dispositions constructives des bâtiments et ouvrages de classe de ductilité « moyenne » (DCM) et « haute » (DCH) suivront les principes et les règles propres respectivement aux DCM et DCH définis par l’Eurocode 8 Partie 1 Article 5 [EC8-1 ; Article 5]. (C0) Principes de dimensionnement : Voir [EC8-1 ; Article 5 ; §5.2] complétés par les règles précitées. (C1) En complément de l’application des règles matériaux et des règles parasismiques du projet, il est recommandé d’appliquer les principes et dispositions constructives du chapitre 2 « Ouvrages en béton » du guide des dispositions parasismiques AFPS-2005 [E060]. (C2) D’une façon générale les dispositions constructives des bâtiments et ouvrages de classe de ductilité « limitée » (DCL) ne seront pas admises pour les ouvrages classés parasismiques au sens du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]; il conviendra dans ce cas de recourir aux dispositions des classes DCM ou DCH selon les principes définis dans l’Eurocode 8. Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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13.1.3. Principes de dispositions au sens du code béton armé D’une façon générale les dispositions constructives doivent suivre les règles et principes du code de béton armé applicable au projet. Il convient notamment que les dispositions constructives respectent les principes et règles du BAEL [BA010] ou de l’Eurocode 2 [EC2] et en particulier l’Eurocode 2 – Partie 1.1 [EC2-1-1] selon le référentiel du projet. L’Eurocode 8 limite à la seule application du dimensionnement et des dispositions selon l’Eurocode 2 en classe de ductilité « limitée » (DCL) uniquement dans les cas d’implantation en zone de faible sismicité, et à condition d’utiliser des aciers de classe égale ou supérieure à B ou C selon [EC2-1-1] dans les éléments sismiques primaires en béton armé. Pour les bâtiments et ouvrages classés parasismiques au sens du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], les dispositions constructives seront a minima celles des classes de ductilité moyenne (DCM) ou haute (DCH) indépendamment de la zone d’implantation du bâtiment ou de l’ouvrage. Les dispositions constructives propres au règlement de béton armé applicable sont complétées par les dispositions constructives des règles parasismiques, [PS92] ou Eurocode 8 [EC8] selon le référentiel du projet, et en particulier par les dispositions de l’Eurocode 8- Partie 1-Article 5 pour les bâtiments et ouvrages en béton classés parasismiques au sens du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Pour une meilleure compréhension, les dispositions propres à l’Eurocode 8 (Partie 1 – Article 5) sont sommairement résumées en annexe [8]. Les dispositions règlementaires sont complétées par des dispositions constructives complémentaires, notées (Ci), qu’il convient de prendre en compte dans la conception des ouvrages INB classés sismiques.



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14. DOMAINE DE VALIDITE DES METHODES EN FONCTION DES EXIGENCES DE COMPORTEMENT 14.1. Rappels Les méthodes d’analyse : Les méthodes admises pour l’analyse et le dimensionnement des bâtiments et ouvrages et parties d’ouvrages sont définies par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] et précisées par le présent guide (Voir Chapitre [11]). Les méthodes d’analyse sismique des ouvrages et parties d’ouvrages sont notamment : 1 Calcul spectral linéaire,   2 Calcul temporel linéaire,  3 Calcul temporel non linéaire,  4 Calcul spectral avec coefficient de comportement,  5 Calcul non linéaire en poussée progressive,  6 Calcul statique linéaire simplifié. Les exigences de comportement : Les exigences de comportement attribuables aux bâtiments, ouvrages et parties d’ouvrages sont définies par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] et précisées par le présent guide (Voir Chapitres [7] et [12]). Exigences de comportement imposées aux structures ou éléments de structures 

  



S - Exigence de stabilité :  Stabilité d’ensemble SE :  SE stabilité d’ensemble sans effondrement généralisé,  SE associée à d’autres exigences de sûreté.  Stabilité locale SL :  SLNE stabilité locale sans effondrement ou non-effondrement ;  SL associée à d’autres exigences de sûreté. NI - Exigence de Non-interaction SP - Exigence de Supportage PC - Exigence de Participation au confinement : PCS : Exigence de participation au confinement standard, avec un comportement de  fissuration standard (inférieure au mm), PCA : Exigence de participation au confinement amélioré avec un comportement de  fissuration limitée (quelques dixièmes de mm), PCO : Exigence de participation au confinement optimisée, avec un comportement de  fissuration contrôlée par divers dispositifs. Autres exigences de comportement particulières définies en fonction d’exigences de sûreté spécifiques identifiées.

La validité des méthodes de calculs pour les exigences de comportement standards est définie dans le tableau [14-1] ci-après. La validité des méthodes de calculs pour les autres exigences particulières est à examiner au cas par cas en s’inspirant des cas précédents.


Guide de conception Génie Civil des INB du CEA AGS SNGEN RDN GUI SIIT 0605 rev A03.doc

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14.2. Tableau général décrivant le domaine de validité Tableau 14- 1 – Domaine de validité des méthodes de calcul en fonction des exigences de comportement

Stabilité

Exigence de comportement

Non interaction

Stabilité d’ensemble non associée à d’autres exigences

Stabilité d’ensemble associée à d’autres exigences

Stabilité locale non associée à d’autres exigences

Stabilité locale associée à d’autres exigences

SE - cas particulier type non effondrement

SE -cas général

SLNE

SL

NI

Supportage

SP

Participation au confinement

PC standard

PC amélioré

PC optimisé

PCS

PCA

PCO

Méthodes (*) 1 Calcul spectral linéaire

Oui

Oui

Oui

Oui

Oui

Oui

Oui

Oui

Oui

2 Calcul temporel linéaire

Oui

Oui

Oui

Oui

Oui

Oui

Oui

Oui

Oui

3 Calcul temporel non linéaire (Cf. Note a) 4 Calcul spectral avec coefficient de comportement (Cf. Note b) 5 Poussée progressive (Cf. Note c) 6 Calcul statique linéaire simplifié (Cf. Note d)

(a)

Oui

(b)

Non

(c)

Oui

Oui

Oui

Non

Notes Note (*) Note (1) Note (2) Note (3) Note (4) Note (5) Note (6) Note (a)

Note (b)

Note (c)

Note (d)

(a, 3)

Non

(d)

(a)

Oui

(b)

Oui

(c)

Oui

(d)

Oui

Non

(a, 3)

Oui

(a)

Oui

(a, 1)

Oui

(b)

Oui

(b, 1)

Oui

(c)

Oui

(c, 1)

Non

(d)

Oui

(d, 1)

Non

(b)

Non

(b)

(c)

Oui

(c)

(d)

Oui

(d)

(a, 2)

Oui

Non

(b, 2)

(c, 2)

Oui

(d)

Non

(a, 5)

(a, 6)

Non

Non

Non

Notes / Tableau 14.1 Les méthodes listées en colonne 1 sont c elles utilisées pour les calculs dynamiques d’ensemble des ouvrages. Avec certaines conditions complémentaires : Dispositions locales de supportage permettant la compatibilité avec la fissuration de la partie supportée. Dans le cas particulier où la méthode est utilisée, vérifier la compatibilité des déformations avec l’exigence PC. Non en règle générale de dimensionnement du génie civil d’un ouvrage neuf, mais admis en vérification du dimensionnement d’un ouvrage réalisé ou en évaluation de marges. Non en général sauf autres dispositions justifiées (présence de parois complémentaires : double paroi, présence d’un liner, …). Méthode non admise en règle générale de dimensionnement du génie civil d’ouvrages neufs PCA. Méthode non admise en règle générale de dimensionnement du génie civil d’ouvrages neufs PCO. D’une façon générale le calcul temporel non linéaire n’est pas recommandé a priori en démarche de dimensionnement ; il est cependant admis, dans le cadre des principes du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], par exemple pour des configurations où les autres méthodes (Calcul spectral ou Calcul temporel linéaire) ne seraient pas pertinentes ou pour des évaluations complémentaires (marges, états de déplacements et de déformation, …). Le calcul spectral avec coefficient de c omportement n’est admis que dans les situations spécifiques détaillées par le guide du guide ASN/GUIDE/2/01[SU071], ouvrages dont les seules exigences sont l’absence d’interaction ou la stabilité d’ensemble D’une façon générale le calcul en poussée progressive n’est pas recommandé a priori en démarche de dimensionnement ; il est cependant admis, dans le cadre des principes du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], par exemple dans le cadre d’une étude complémentaire de robustesse postérieure à son dimensionnement. Le calcul par méthodes statiques linéaires simplifiées n’est admis que dans le c adre des principes du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071], par exemple principalement pour le dimensionnement des éléments non structuraux.


(b)

(c, 3)

Non

Non

(d)

Non

Non

(b)

(c, 4)

Non

(d)


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15. SPECTRES DE PLANCHERS 15.1. Principes Les spectres de planchers sont en général des familles de courbes S a(f) qui représentent la réponse en accélération Sa d’un oscillateur de fréquence propre « f » rigidement lié aux planchers d’un ouvrage ou d’un bâtiment soumis au séisme. D’autres natures de spectres de planchers peuvent être également calculés tels que les spectres donnant les réponses en déplacement Sd ou encore en vitesse Sv. La suite de ce texte se borne aux spectres de réponse en accélération S a. On utilise également le vocable de spectres de pseudo-accélération des planchers. Les principes et règles tiennent compte de la littérature spécialisée à laquelle il convient de se référer pour le détail du calcul. Il convient également que l’utilisateur se réfère aux Règles Fondamentales de Sûreté et guides en vigueur, et notamment au guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Ce dernier, et en particulier son paragraphe « § 2.5.5 - Mouvements sismiques transférés » précise les méthodes admises et les règles concernant les spectres de planchers.

15.2. Méthode de calcul des transferts de spectres Les méthodes principales employées pour établir les spectres de planchers sont :  la méthode de calcul des accélérogrammes de plancher associés à une excitation du bâtiment par des accélérogrammes, dite méthode temporelle ou accélérométrique,  la méthode dite de transfert direct de spectres, associée à une excitation du bâtiment par des spectres de réponse de sol. La méthode temporelle ou accélérométrique : L’ouvrage ou le bâtiment, modélisé en tenant compte de l’interaction sol-structure, est soumis en ses liaisons au sol en champ libre à une famille de signaux temporels (accélérogrammes) représentant l’accélération du sol en fonction du temps. La résolution des équations de la dynamique selon une méthode temporelle permet de calculer les réponses en accélération, dits accélérogrammes transférés, de tous les points du modèle de l’ouvrage en fonction du temps. Il est alors possible pour chaque accélérogramme représentatif du mouvement sismique appliqué de déduire, en tout point du modèle, la réponse en accélération d’un oscillateur de fréquence propre « f » sous forme d’un spectre de réponse en accélération Sa (f) dit spectre de plancher au point considéré. Les règles relatives aux accélérogrammes (représentativité, nombre, ...) à prendre en compte et aux traitements et cumuls des réponses temporelles calculées sont identiques à celles applicables au dimensionnement de l’ouvrage telles que définies par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Dans le cas où une méthode accélérométrique est utilisée, il conviendra de s’assurer que les accélérogrammes calculés aux points d’intérêt sont des accélérations absolues intégrant bien l’accélération d’entraînement du sol et l’accélération relative, en respectant les signes de chacune des composantes. L’oubli de cette précaution peut conduire à des anomalies des spectres de planchers déduits. La méthode de transfert direct de spectres : Les spectres de planchers sont obtenus par transfert direct du spectre de sol sans passer par des accélérogrammes. La méthode de calcul de transfert direct du spectre, entre le niveau du sol et un niveau quelconque du bâtiment, est fondée sur l’analyse modale et spectrale de celui-ci. Lorsque le calcul des spectres est fondé sur la décomposition modale du comportement de la structure porteuse, la validité de la base modale est vérifiée. La méthode de transfert direct de spectres est admise lorsque le comportement sous séisme des structures est un comportement linéaire, sous réserve qu’il n’y ait pas d’interactions significatives non linéaires avec un Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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équipement. Dans le cas d’ensembles (structures / équipements) n’ayant pas un comportement linéaire, il faut recourir à une autre méthode, la méthode temporelle par exemple. Il existe plusieurs méthodes utilisant la base modale de l’ouvrage. Parmi les méthodes existantes, on peut citer notamment :  la méthode du programme "Floor Response Spectrum Generation" (FSG) de Sackman, Der Kiureghian et al.,  la méthode PSW dite de Peters, Schmitz et Wagner. [PET 76] Pour les aspects théoriques de ces méthodes de calcul, l’utilisateur se référera à la littérature technique spécialisée. Le texte qui suit s’intéresse à la démarche et aux règles pour l’établissement des spectres transférés. Terminologie Dans le texte ci-après, on utilise la terminologie suivante :     

la structure primaire est la structure principale sur laquelle on souhaite calculer les spectres de planchers, la structure secondaire est la structure que l’on souhaite calculer avec les spectres de planchers, la fréquence de coupure d’un spectre est la fréquence à partir de laquelle l’accélération reste asymptotiquement constante, l’accélération maximale du plancher en un point est l’accélération asymptotique de la courbe accélérométrique en ce point, les pics du spectre sont les valeurs maximales de la courbe des accélérations.

15.3. Modèle de la structure primaire Les spectres de planchers sont calculés en des points du modèle représentatifs des points d’ancrage des matériels à justifier. Le choix des nœuds du modèle de calcul correspondant aux différentes zones d’implantation des matériels est fait en tenant compte aussi des spécificités de modélisation de la structure porteuse. Le modèle utilisé pour les calculs des spectres de plancher est lié à l’implantation et à la taille des structures secondaires et des équipements qui seront ensuite étudiés à partir des spectres de plancher. Le modèle utilisé sera en général similaire à celui réalisé pour l’analyse sismique de l’ouvrage. Ce modèle pourra être un modèle 3D dynamique plus ou moins simplifié (cf. chapitre [8 – Modélisation des structures]). Dans le cas de modèles simplifiés de type « brochettes » par exemple, il convient de tenir compte des amplifications des mouvements, notamment celles induits par les rotations d’ensemble, fonction de l’implantation excentrée des équipements à étudier. Les positions excentrées peuvent être simulées par exemple par l’adjonction de barres rigides (dites encore extensions rigides). Dans le cas où les équipements à étudier sont situés sur des parties de structure ayant des modes de vibration locaux susceptibles d’être amplifiés (fréquences inférieures à la fréquence de coupure du sol), il peut être nécessaire de recourir à un modèle plus fin, tel que le modèle 3D de la structure, ou encore un modèle 3D condensé, permettant de représenter correctement ces modes locaux et d’atteindre les amplifications dues à ces modes locaux.

15.4. Paramètres des calculs de transfert de spectre Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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15.4.1. Interaction entre structure primaire et équipement Les équipements ont en général une masse faible par rapport à la structure primaire du bâtiment et sont liés rigidement à cette structure primaire. Dans ce cas il n’y a pas d’interaction dynamique dans le mouvement des deux structures. Dans le cas général d’équipements liés à des planchers rigides ou encore fixés sur des murs rigides, cette règle est en général satisfaite. Dans le cas où la masse de l’équipement est significative ou encore dans le cas où la structure de liaison entre la structure primaire et l’équipement ne peut être considérée comme rigide, il faut alors tenir compte de la masse et de la raideur de l’équipement et de la structure secondaire pour obtenir une base modale correcte. Le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] fournit un critère suffisant, reproduit ci-après, en termes de couplage ou non-couplage des structures porteuses et des équipements portés. Si la masse d’un matériel est significative devant la masse de la structure porteuse étudiée (bâtiment, élément de plancher ou de voile), le risque de couplage entre la structure porteuse et le matériel est considéré. Les matériels peuvent être considérés comme découplés par rapport aux phénomènes dynamiques si un des critères suivants est vérifié : Rm < 0.01   Rm < 0.10 et Rf > 1.25  Rm < 0.10 et Rf < 0.80 Rm étant le rapport entre la masse portée et la masse de la structure porteuse et Rf le rapport entre la fréquence fondamentale de la masse portée et une des fréquences principales de la structure porteuse. Si ce critère n’est pas atteint ou n’est pas pertinent pour le cas étudié, il est loisible d’en utiliser d’autres issus de la littérature technique spécialisée. Ces derniers sont alors à justifier. Lorsqu’un matériel est considéré comme découplé par rapport aux phénomènes dynamique modélisés, sa masse est généralement prise en compte dans la modélisation des masses du bâtiment, comme une charge répartie ou une charge localisée, en tenant compte de sa localisation dans l’ouvrage. L’étude du comportement sismique de ce matériel est alors effectuée sur la base des mouvements sismiques transférés aux points supports du matériel, obtenus selon les méthodes définies au §2.5.5 du Guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Lorsqu’un matériel n’est pas considéré comme découplé par rapport aux phénomènes dynamiques modélisés, un modèle global de la structure porteuse et du matériel considéré, permettant la caractérisation des phénomènes de couplage dynamique, est utilisé. Les spectres de planchers sont calculés sur une plage de fréquences et pour des amortissements couvrant les besoins de justification des matériels. Dans le cas d’un matériel multi-supporté prenant appui sur des éléments dont les réponses sismiques ne sont pas corrélées, il convient de veiller à ce que le chargement sismique comporte la composante inertielle et la composante cinématique (champ de déplacements différentiels entre les bâtiments support au niveau des points d’accrochage du matériel). En général, la composante cinématique est estimée en combinant de façon conservatoire les valeurs absolues des déplacements des ouvrages considérés isolément. Si une autre méthode d’élaboration de la composante cinématique est utilisée, elle sera justifiée.

15.4.2. Echantillonnage en fréquence Le calcul de la réponse est lié au choix de l’échantillonnage en fréquence. Un échantillonnage trop lâche peut gommer des points d’amplification (pic de réponse). Sauf cas particuliers nécessitant une étude plus approfondie, l’échantillonnage en fréquence doit à minima respecter le tableau ci-après



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Tableau 15-1 - Exemple d’échantillonnage en fréquence

Plage de fréquence (Hertz) 0.2 à 3 à 3.6 à 5 à 8 à 15 à 18 à 22 à 60 à

3.0 3.6 5.0 8.0 15.0 18.0 22.0 60.0 100.0

Incrément de fréquence (Hertz) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.5 1 2 3 6

Il sera également tenu compte des règles et principes énoncés par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] pour ces types de calculs.

15.4.3. Prise en compte des directions de séisme La réponse d’une structure dans une direction donnée est en général pilotée par l’excitation sismique dans cette même direction. Cependant en fonction des caractéristiques mécaniques et dynamiques de la structure primaire, il est fréquent que les autres directions d’excitation sismique influencent également la réponse dans la direction étudiée, par des phénomènes de dissymétries diverses de masse et de raideur, donc de torsions ou flexions, et aussi par des phénomènes de liaisons variables (décollements par exemple). Pour prendre en compte ces phénomènes il est requis de combiner les composantes de réponse Sxi dans une direction donnée, x par exemple, sous les excitations sismiques selon les trois directions i = x, y et z. La combinaison quadratique simple conduit par exemple à la réponse combinée selon x : Sx =  ( Sxx² + Sxy² + Sxz²) Avec :   

Sxx la réponse en accélération selon x, due au séisme de direction x Sxy la réponse en accélération selon x, due au séisme de direction y Sxz la réponse en accélération selon x, due au séisme de direction z

La réponse combinée quadratique S y et Sz pour les directions y et z sont obtenues de façon similaire.



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15.4.4. incertitudes sur la structure primaire La prise en compte des incertitudes sur la base modale de la structure primaire peut se faire :  

par une étude paramétrique paramétrique qui fait varier le ou les paramètres paramètres pouvant conduire à une incertitude, par élargissement élargissement des spectres spectres de planchers planchers calculés.

Les incertitudes sont en général, pour les structures massives, liées aux paramètres paramètres dynamiques de sol. Dans le cas de structures souples, sensibles à la fissuration, les incertitudes peuvent être liées à la flexibilité plus ou moins grande des sous-ensembles de structure (cas où il y a des modes locaux importants). Dans ce dernier cas on pourra de se référer notamment à l’annexe 1du guide ASN/GUIDE/2/01 ASN/GUIDE/2/01 [SU071 – Annexe Annexe 1] qui précise précise des valeurs dynamiques dynamiques conventionnelles conventionnelles de modules de matériaux. Les spectres de plancher tiennent compte des incertitudes liées à la modélisation du sol et de l’ouvrage, ainsi qu’à la variabilité des propriétés des matériaux. La variabilité des propriétés mécaniques du sol est prise en compte conformément conformément au §2.4.4.1. du guide ASN/GUIDE/2/01 ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Après lissage des spectres transférés, les incertitudes liées aux caractéristiques de l’ouvrage sont prises en compte en s’assurant d’un élargissement minimum en fréquence de 15% de part et d’autre des pics du spectre correspondant correspondant aux caractéristiques caractéristiques moyennes du sol. Il est admis de remplacer le spectre de plancher qui couvre les plages d’incertitude précédemment définies par une série de spectres.

Cas des calculs de spectres avec une étude paramétrique sur la structure primaire La méthode paramétrique consiste à faire le calcul des spectres de plancher pour chaque direction de séisme pour chaque valeur du paramètre étudié, par exemple pour le paramètre « sol » en considérant les modules de sol minimum, moyen et maximum. D’autres paramètres peuvent le cas échéant influencer également également les l es spectres de plancher, par exemple les caractéristiques dynamiques des matériaux (modules d’Young, etc.). Ensuite les spectres pour chaque direction sont en général obtenus par l’enveloppe des spectres élémentaires de l’étude l ’étude paramétrique. Il est alors recommandé de vérifier que le spectre enveloppe retenu après lissage pour chaque direction couvre un élargissement au moins égal à ± 10%.f de chaque coté des pics de résonance des courbes obtenues avec les différentes valeurs des paramètres étudiés. Selon le principe du §2.5.5 du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071 - §2.5.5] il convient de s’assurer que le spectre de plancher obtenu couvre le spectre lissé élargi de 15% en fréquence correspondant aux caractéristiques moyennes du sol. Les élargissements de chaque coté des pics de résonance se font en général selon à partir de la courbe enveloppe lissée par des translation horizontales de ±a.f où a est le coefficient forfaitaire d’élargissement (ici a=10%) et f la fréquence au point considéré.



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Figure 15-1 - Exemple d’élargissement des spectres – cas avec étude paramétrique de la structure primaire

accélération +/-15%.f ic1 +/-10%.f

+/-15%.f pic2 pic2

fréquence

Dans cette configuration les courbes moyennes (en trait plein) pour chaque paramètre sont élargies horizontalement de +/-10%f. La courbe correspondant aux caractéristiques moyennes de sol est élargie horizontalement de +/-15%.f. Le spectre enveloppe (en trait gras épais) est une enveloppe de ces courbes. Cas des calculs de spectres sans étude paramétrique sur la structure primaire Dans le cas où il n’aurait pas été fait d’étude paramétrique de la structure primaire, il est recommandé recommandé de faire un élargissement, à définir au cas par cas selon la variabilité des paramètres. En outre selon le principe du §2.5.5 du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071 - §2.5.5] il convient également également de s’assurer que le spectre de plancher retenu couvre le spectre lissé élargi d’au moins ± 15% en fréquence de chaque coté des pics de résonance f pic correspondant aux caractéristiques caractéristiques moyennes du sol. Dans ce dernier cas, une réflexion critique doit être menée sur les valeurs des paramètres choisis, notamment les valeurs des caractéristiques de sol, en retenant les valeurs les plus sécurisantes pour la gamme de fréquence fréquence d’intérêt. d’intérêt. Pour éviter les difficultés liées aux choix des valeurs valeurs de calcul des paramètres (sol, matériaux,...) , il est recommandé, recommandé, et en général plus simple, d’appliquer la méthode paramétrique précédente. précédente.

15.4.5. Choix des amortissements D’une façon générale générale les spectres de planchers seront seront calculés pour les valeurs d’amortissement d’amortissement réduit adimensionnel (pourcentage de l’amortissement critique) égaux à 2%, 4%, 5%, 7%, 10%, 20%. Dans le cas particulier où des valeurs intermédiaires seraient nécessaires, le spectre correspondant peut être calculé par interpolation logarithmique sur les fréquences f et sur les réponses en accélération S a. Le recours à une interpolation logarithmique est également licite vis-à-vis des amortissements intermédiaires non calculés.



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15.4.6. Présentation des spectres spectr es de planchers Les notes de calcul des spectres de plancher présenteront :  

  

les données et hypothèses des calculs, les graphiques spectres de planchers S a (f) pour chaque direction x, y et z :  la fréquence f selon une échelle logarithmique appropriée par exemple (0.1Hertz – 100Hertz)  l’accélération de réponse Sa selon échelle lisible (logarithmique et linéaire) les tableaux numériques des courbes S a(f), les titres et légendes permettant d’identifier la courbe et les paramètres (amortissement, etc.), les mentions utiles pour l’exploitation future des spectres (hypothèses de sol, élargissement élargissement pris en compte, etc.).

La note technique comporte en annexe les spectres de planchers élémentaires correspondant à chaque hypothèse de sol et les spectres enveloppes des hypothèses de sol, avant élargissement et après élargissement élargissement éventuel. La méthode d’élargissement recommandée ne peut cependant être brutalement applicable à tous les types d’équipements, elle peut se révéler inadaptée ou bien trop enveloppe pour un équipement particulier. C’est pour cette raison que les spectres élémentaires élémentaires sont calculés et intégrés dans les résultats de base de façon à pouvoir faire, le cas échéant, des analyses plus spécifiques sur certains équipements.





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16. DONNEES SISMIQUES 16.1. Généralités L’objet de ce chapitre est de rappeler les principales caractéristiques des aléas sismiques utiles à la conception des ouvrages et bâtiments classés sismiques. Le paragraphe [16.2] rappelle les caractéristiques principales et les spectres de sites du CEA. Le paragraphe [16.3] rappelle les caractéristiques des spectres forfaitaires minimaux. Il est recommandé de se référer à la RFS2001-01 [E010] pour le détail de l’élaboration de ces spectres. Les principaux types d’ondes sismiques sont :  Les ondes longitudinales de compression ou ondes primaires, dites ondes « P »,  Les ondes de cisaillement, ou ondes secondaires, dites ondes « S »,  Les ondes de surface, telles que les ondes de Rayleigh, dites ondes « R », qui ont deux composantes dans le plan vertical, et les ondes de Love, dites ondes « L » dans les sols stratifiés. Ces ondes sismiques sont caractérisées par leurs vitesses de propagation :

 + 2G



Ondes de compression V p =



Ondes de cisaillement

Vs



Ondes de Rayleigh

VR voisin de Vs



Coefficient  : coefficient de Lamé  =

 

Coefficient  : coefficient de Poisson Module E : module d’Young dynamique du sol (en Pa)



Module G : module de cisaillement dynamique du sol G =

   

Masse volumique  : masse volumique du sol (en kg /m3) Vitesse V p : vitesse des ondes de compression (en m/s) Vitesse Vs : vitesse des ondes de cisaillement (en m/s) Vitesse VR : vitesse des ondes de Rayleigh (en m/s)

=

 G 

Avec :

E. (1 +  )(1 - 2 )

(en Pa)

E 2(1 +  )

(en Pa)

L’action sismique est caractérisée par trois mouvements oscillatoires supposés indépendants, suivant deux directions horizontales et une direction verticale. Ces mouvements de sol sont parfois nommés mouvements en champ libre, pour préciser qu’ils sont définis pour un sol sans construction. Le mouvement du sol dans chaque direction est défini par un spectre de réponse d’oscillateurs au sol, qui précise les réponses en accélération en fonction de la fréquence et de l’amortissement de l’oscillateur. Ce spectre est représenté par une famille de courbes des accélérations « a » en fonction des fréquences « f » sous la forme a (f,) = Sa, (f), chaque courbe a (f) = Sa(f) correspond à une valeur fixée de la variable amortissement réduit  . Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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Les spectres de sol sont définis, pour chaque site, selon les principes de la Règle Fondamentale de Sûreté RFS2001–01 [E010]. On se reportera à cette RFS2001-01 [E010] pour les définitions des termes principaux associés à la définition de l’aléa sismique à utiliser pour un site donné. Le dimensionnement des ouvrages neufs d’un site donné est fait avec les Séismes Majorés de Sécurité (SMS) et les éventuels Paléoséismes. Les SMS sont définis à partir des Séismes Maximum Historiquement Vraisemblables (SMHV) par une magnitude M égale à celle des SMHV augmentée de +0,50 et une distance focale R identique à celle des SMHV. Les spectres à retenir pour le dimensionnement de l’ouvrage doivent également tenir compte en complément des aléas sismiques standard, des éventuels effets spécifiques à la zone d’implantation de l’ouvrage (effets de site par exemple,...) dans le cas où ceux-ci seraient avérés. En règle générale vis-à-vis de l’action sismique, le dimensionnement des ouvrages des INB ne prend en compte que les vérifications aux états limites ultimes accidentels (ELU-A) sous séisme majoré de sécurité (SMS) et sous paléoséismes éventuels et ne prend pas en compte de séismes en condition d’états limites de service (ELS) ; les vérifications aux ELS sous séisme réduit au sens de l’Eurocode 8 [EC8] ne sont pas à retenir. Cette démarche est conforme au guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. En cas de contraintes spécifiques identifiées par le Projet et le justifiant, les conditions de vérifications sous un éventuel séisme réduit sont alors à définir. Le paragraphe [16.2] donne, à titre indicatif, les spectres de réponse d’oscillateurs au sol en champ libre pour quelques sites. Pour chaque site, l’utilisateur du guide s’informera auprès du Maître d’Ouvrage des données de l’aléa sismique standard en vigueur au moment de l’étude à réaliser et complétera celles-ci dans le cas d’effets spécifiques (effet de site,...). Le paragraphe [16.3] donne les spectres minimums de réponse d’oscillateurs au sol, dont il convient de tenir compte en tant que borne inférieure requise dans le dimensionnement des bâtiments et ouvrages classés parasismiques par les exigences de sûreté et de comportement qui leur sont attribuées. Les spectres d’oscillateurs donnent en général l’accélération dans la direction horizontale en fonction de la fréquence, et de l’amortissement réduit. Pour la direction verticale, le spectre de réponse horizontal est à multiplier par le coefficient 2/3 selon le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Selon les termes de la RFS2001-01 [E010], les spectres de réponse dépendent de la nature du sol :  soit de type « Rocher » lorsque la vitesse moyenne des ondes S est supérieure à 800m/s,  soit de type « Alluvion » lorsque la vitesse moyenne des ondes S est comprise entre 300m/s et 800m/s. Dans le cas particulier où une méthode temporelle (ou chronologique) est utilisée, les accélérogrammes naturels, ou synthétiques doivent reproduire et envelopper le (ou les) spectres spécifiés. Les conditions générales d’élaboration et d’utilisation des accélérogrammes sont précisées dans le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] , en compléments des règles et principes définis par la RFS n°2001-01 [E010]. Un accélérogramme exprime la variation de l’accélération du sol en fonction du temps. Il peut s’agir :  d’accélérogrammes naturels, enregistrés sur des sites comparables au site considéré,  d’accélérogrammes artificiels (ou synthétiques) déterminés à partir des spectres de réponse. Le nombre d’accélérogrammes à utiliser dans les calculs temporels usuels (en hypothèse linéaire) est au moins égal à 3. Les signaux temporels appliqués à chaque direction du modèle dynamique doivent être indépendants (ou non corrélés) au sens du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Dans le cas de calculs temporels en hypothèse non linéaire, le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] demande d’utiliser au moins 5 accélérogrammes indépendants par direction. Les conditions d’utilisation des résultats de l’étude temporelle sont précisées par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Les accélérogrammes utilisés pour les calculs temporels sont ou bien fournis par le CEA/DPSN ou bien proposés par le fournisseur. Dans ce dernier cas, le fournisseur suivra les règles et principes définis par le guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071] et par le CEA, en particulier ceux de la note CEA/DPSN/SSN/FT/021 [E 080] définissant des accélérogrammes représentatifs de l’exemple de Cadarache. Les accélérogrammes Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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représentatifs sont soumis à l’approbation du CEA, sur la base des caractéristiques des accélérogrammes, de leurs spectres restitués et comparés aux spectres spécifiés, et de toutes les informations permettant la validation selon les termes du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. L’attention du fournisseur des accélérogrammes est attirée sur le fait que, lors de l’élaboration d’accélérogrammes, certains critères de validation dépendent de plusieurs accélérogrammes simultanément (moyenne des spectres, coefficients de corrélation, etc.). Dans le cas d’adjonction de nouveaux accélérogrammes à un jeu d’accélérogrammes existants, la validation de ces nouveaux accélérogrammes comprendra les vérifications faisant intervenir les accélérogrammes existants. Le référencement des accélérogrammes suivra également les principes de la note CEA/DPSN/SSN/FT21 [E080] ; par exemple « CAD/ROC/ACC/SMS/SYNTH/00i/ind xx » désignera un accélérogramme (n° i indice xx) SMS de caractère synthétique, pour une implantation sur « rocher » du site de Cadarache.

16.2. Aléas sismiques de sites CEA Les spectres caractérisant l’aléa sismique de quelques sites CEA sont rappelés en annexe [10].

16.3. Aléa sismique minimum forfaitaire Les spectres caractérisant l’aléa sismique minimum forfaitaire définis par la RFS 2001-01 [E010] sont rappelés en annexe [10]. Il convient d’en tenir compte lors du dimensionnement des bâtiments et ouvrages classés sismiques au sens du guide ASN/GUIDE/2/01 [SU071]. Pour les amortissements réduits autres que 5%, il est admis, en cas de besoin spécifique, de redéfinir les valeurs des spectres forfaitaires minimum pour chaque amortissement d’intérêt (Cf. annexe [10]).





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17. DOCUMENTATION

Le déroulement de projet de réalisation d’une INB neuve comporte des jalons administratifs, ceux pour lesquels une documentation concernant le génie civil est requise sont :  Autorisation de création  Autorisation de mise en actif Pour ces jalons, l’Exploitant doit transmettre à l’autorité de tutelle une documentation à l’appui de sa demande d’autorisation. En ce qui concerne le génie civil, l’ASN/GUIDE/2/01 [SU071] définit dans son annexe 4 la documentation concernant l’aspect sismique à fournir en soutien du Rapport Préliminaire de Sûreté (RPrs) (resp. : Rapport Provisoire de Sûreté (RPS)) accompagnant la demande d’autorisation de création (resp. : de mise en actif). Il est recommandé de reconduire en l’adaptant la logique définie pour le séisme par ce document aux autres sollicitations potentiellement dimensionnantes pour les ouvrages de génie civil participant à la sûreté de l’INB. Ainsi, la note de synthèse requise par l’ASN/GUIDE/2/01 en soutien au RPrS doit traiter au même niveau que le séisme les autres agressions internes comme externes à considérer pour le dimensionnement des ouvrages vis-àvis de la sûreté. On devra donc y trouver, soit directement, soit par référence pour ce qui est des documents non spécifiques à l’INB :



Les documents en référence, notamment les référentiels techniques retenus,



La description des ouvrages et du sol de fondation (commune à toutes les agressions),



La liste des exigences de comportement attribuées aux ouvrages de génie civil pour participer au respect des exigences de sûreté identifiées de l’installation dans les différentes situations de fonctionnement ou d’agression,



Les caractéristiques des matériaux de constructions,



Les critères de justification retenus pour garantir le respect des exigences de comportement dans les différentes situations,



Les données représentant les mouvements sismiques de dimensionnement par ouvrage (spectres et accélérogrammes éventuellement nécessaires s’ils sont disponibles, sinon référence au ASN/GUIDE/2/01 pour leur spécification),



Les données d’entrée des autres agressions du génie civil (chutes d’avion, explosions, chutes de charges, etc.),



Les hypothèses et méthodologies de justification du dimensionnement retenues par ouvrage et par situation de fonctionnement ou d’agression,



Les conclusions des études de prédimensionnement disponibles.

De même, la note de synthèse requise en soutien du RPS devra intégrer, soit directement soit par référence pour ce qui est des documents non spécifiques à l’INB : Ce document est la propriété du CEA et ne peut être utilisé, reproduit ou communiqué sans son autorisation


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

Le cas échéant, la mise à jour de tout élément du dossier en soutien du RPrS qui aurait fait l’objet de modifications,



Les documents de référence et l’architecture documentaire des dossiers d’études,



Les hypothèses et méthodologies retenues par ouvrage et par situation de fonctionnement et d’agression, complétées par un logigramme explicitant l’enchaînement des étapes de l’étude,



La présentation des modèles de calcul mis en œuvre et la justification de leur représentativité, en particulier en ce qui concerne le séisme, l’interaction sol-structure ; Les fichiers de données des modèles de calcul et les fichiers de commandes et paramètres de calcul, seront fournis au Maître d’Ouvrage sur support numérique (CD, DVD, Clé USB, etc.),



Tous résultats intermédiaires de calcul susceptibles de favoriser la compréhension des phénomènes statiques et dynamiques et la validation de la représentativité de la méthodologie suivie et de la modélisation (cas tests sous accélération unités, modes propres et grandeurs globales associées, etc.) ; Dans le cas d’une modélisation linéaire ils comporteront notamment les résultats de l’analyse modale et de l’analyse dynamique, en particulier, pour chaque composante du mouvement sismique, les contributions modales, les résultats des grandeurs caractéristiques en divers points de la structure (accélérations, déplacements, rotations...), ainsi que les grandeurs et schémas associés aux modes propres significatifs ; et dans le cas d’une analyse transitoire (sur un modèle linéaire ou non linéaire), ils comporteront notamment, pour les grandeurs utiles, les valeurs des réponses temporelles, ainsi qu’une quantification de la variabilité de ces réponses,



Les mouvements sismiques transférés, ainsi que leur méthodologie d’élaboration (méthodes de calcul, paramétrage, lissage et élargissement),.



Les conclusions des études vis-à-vis des différents critères de justification.

Il appartient au Maître d’Ouvrage de définir la structure, comprenant a minima les éléments ci-dessus, des dossiers qu’il souhaite transmettre à l’Autorité de tutelle et d’organiser l’élaboration de ces dossiers en contractualisant explicitement cette définition dans la Maîtrise d’œuvre, qu’elle soit externe ou interne.


Guide de Conception du Génie Civil des INB du CEA Texte.pdf

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