Pré dimensionnement des éléments structuraux

Application des systèmes d’isolation à la base

Le terme d’isolation se réfère au degré d’interaction entre les objets. L’acte d’isoler un objet consiste à fournir une interface entre l’objet et ses voisins, ce qui minimise l’interaction. C’est le cas des ouvrages sujets à des excitations sismiques. Bien que l’isolation comme stratégie de conception pour le montage d’équipements mécaniques fût utilisée pendant plus de soixantedix ans, ce que récemment le concept a été sérieusement envisagé pour les structures, telles que les bâtiments et les ponts, soumis à des mouvements du sol. Ce type d’excitation interagit avec la structure au niveau de la fondation et est amortit vers le haut par le biais des caractéristiques de système d’isolation. Il est donc logique d’isoler la structure à sa base et d’empêcher le mouvement du sol d’agir sur la structure.

Depuis des milliers d’années, des civilisations se trouvant partout dans le monde ont établi des édifices ayant résisté à de nombreux séismes tels que le palais impérial de Tokyo ou encore le site andin de Machu – Picchu. Malgré la séparation par plusieurs milliers de kilomètres entre ces civilisations, les techniques qu’ils utilisaient étaient fortement similaires. L’isolation sismique à la base est un concept simple remontant au début du 20ème siècle. L’idée d’isolation parasismique est intervenue après plusieurs enquêtes faites par l’anglais Johannes A. Calantarients, en 1897 qui a été à l’origine d’une méthode de conception d’un bâtiment construit sur joint libre. Cette idée simple est un exemple de stratégie parasismique de conception connu sous le nom d’isolation à la base ou isolation parasismique. Cependant, les premières applications modernes dans le monde n’ont été réalisées que dans les années 70 à 80. La première application de la technologie moderne de l’iso lation sismique à la base a été réalisée en 1969 sur une école élémentaire à Skopje (ex-Yougoslavie). Aujourd’hui, l’utilisation de cette technique est en progression rapide dans le monde.

Définition des systèmes d’isolation sismique

Les appuis parasismiques ou les isolateurs parasismiques sont des dispositifs permettant une isolation partielle entre la fondation et la superstructure, ils ne laissent passer que des efforts déterminés par leurs propres caractéristiques. Ils doivent permettre des déplacements horizontaux importants grâce à leur faible rigidité horizontale devant celle de la structure, par ailleurs ils présentent une grande rigidité verticale avec une capacité de supporter les charges gravitaires de la structure pendant et hors séisme. La structure qui repose sur des appuis parasismiques s’appelle une structure isolée.

 En Algérie, Le CTC-Chlef a été le premier à introduire la technique d’isolation parasismique des structures à travers la construction du siège de son agence à Ain-Defla, située dans une zone à forte sismicité, Le projet été un immeuble de bureaux de deux étages avec sous-sol, d’une surface de 280 mètre carrés, hauteur de 11 mètres. Dans la conception de ce projet, ils ont tenu à prévoir un sous-sol qui servirait de vitrine pédagogique pour pouvoir voir les isolateurs de fondations installes et toute les innovations qui seront introduites au niveau des systèmes de canalisations et de réseaux (électricité, gaz, etc.) [21] . Figure IX.7. Installation des appuis parasismiques à CTC Chlef agence Ain Defla [17]. En 2012, la construction du projet de la grande mosquée à Alger a commencée et qui est toujours en cours de la réalisation, la salle de prière qui s’étend sur 20 000 mètres carrés dans son intégralité repose sur 264 isolateurs sismique FPS couplé à des amortisseurs visqueux. En cas de secousses, les isolateurs sont capables de se déplacer sur deux axes de 65 cm pour réduire les déformations induites par le séisme. Quant aux amortisseurs, ils absorbent la force horizontale et remettent la structure dans sa position initiale. Ce dispositif, capable d’absorber jusqu’à 70% de la force sismique, divise une secousse par trois. En d’autres termes : si le séisme est de 9 sur l’échelle de Richter, le ressenti sera de 3 pour la mosquée.

Réglementation de structures isolées à la base

L’objectif de la conception et du dimensionnement des structures selon les règlements parasismiques est d’assurer à l’ouvrage, une résistance au moins équivalente à celle demandée par le niveau sismique de calcul. Et une ductilité suffisante pour absorber l’énergie sismique par déformations post-élastiques, en acceptant un niveau de dommages réparables des éléments non structuraux. Les règles parasismiques algériennes RPA 99 version 2003 décrivent les principes généraux de conception et de calcul requis pour l’étude des ouvrages résistants aux séismes. Ces règles sont applicables à toutes les constructions courantes. Le RPA 99 version 2003 ne donne aucune méthode de calcul des bâtiments sur appuis parasismique. C’est pour cette raison on peut utiliser d’autre règlements internationaux, parmi les code les plus connus dans le monde et le UBC 1997 et IBC 2000, FEMA, EUROCODE 8 [21].

CONCLUSION GENERALE

Ce projet fin d’étude nous a donné l’occasion de lier et synthétiser les différentes connaissances théoriques acquises durant la formation universitaire, ainsi de se familiariser avec les différents règlements de conception et de calcul dans le domaine du génie civil, en procédant à leurs exigences sur un cas réel, toutefois, nous enregistrons des difficulté sur quelque points, mais, c’est à travers nos recherches et documentations que nous avons pu prendre en charge certains problèmes techniques que nous l’espérions ont abouti. L’évolution actuelle que connait le domaine parasismique a permis le développement des conceptions et méthodes de construction qui permettent la réalisation des bâtiments plus stable et confortable. Dans notre cas l’isolateur parasismique à pendule à friction (FPS), après son application sur notre structure de R+15, se révèle très efficace par des résultats trouvés satisfaisants dans la réduction des réponses dynamique du bâtiment par rapport au système traditionnel de contreventement en respectant les normes et les exigences de sécurité. Les principaux résultats sont résumés ci-dessous :

Le déplacement à diminuer de 28%.

L’accélération est réduite de 58.61% et la vitesse de 56.25%.

L’effort tranchant à la base est atténué considérablement de 89.27%.

Les sollicitations (M, N, T) sont réduites respectivement de 63.96% ; 69.57% ; 81.7%.

Les déplacements inter étages sont presque nuls.

Le génie parasismique en Algérie devrait faire une adoption des isolateurs parasismiques dans les futurs règlements, car cela serait très utile dans la construction des bâtiments les plus complexes, vus les performances qu’offre cette technologie. Enfin, il est important de mentionner que beaucoup reste à faire pour enrichir nos connaissances, pour cela, seul le travail continu par une volonté de développer l’esprit de recherche pourra nous aider à atteindre tous les objectifs tracés. Nous souhaitons que ce travail soit bénéfique pour les promotions à venir.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : Généralité sur la conception de l’ouvrage
I.1. INTRODUCTION
I.2. PRESENTATION DE L’OUVRAGE
I.2.1. Données géométriques de l’ouvrage
I.2.2. Localisation et données concernant le site
I.3. REGLEMENTS UTILISÉS
I.4. LOGICIELSUTILISÉS
I.5.MATERIAUX
I.5.1 Acier de construction
I.5.2. Acier pour ferraillage
I.5.3. Le béton
CHAPITRE II : Evaluation des charges
II.1. INTRODUCTION
II.2. CHARGES PERMANENTES
II.2.1. Les planchers
II.2.2. Les cloisons
II.2.3. Les escaliers
II.2.4. L’acrotère
II.3. CHARGES D’EXPLOITATION
II.4. CHARGE CLIMATIQUE
II.4.1. Charge de neige
II.4.2. Charge du vent
II.5. CONCLUSION
CHAPITRE IV : Pré dimensionnement des éléments structuraux
III.1. INTRODUCTION
III.2. PRE DIMENSIONNEMENT
III.2.1. Les solives
III.2.2. Les poutres principales
III.2.3. Les poteaux
CHAPITRE IV : Etude plancher mixte
IV.1. INTRODUCTION
IV.2. CALCUL PLANCHER MIXTE
IV.2.1. Phase de construction
IV.2.2. Phase final
IV.3 CALCUL DE L’ACROTERE
IV.3.1 Introduction
IV.3.2 Calcul au séisme
IV.3.3 Sollicitations agissant sur l’acrotère
IV.3.4 Ferraillage de l’acrotère
CHAPITRE V : Etude sismique
V.1. INTRODUCTION
V.2. PRINCIPE DE LA METHODE MODALE SPECTRALE
V.3. CRITERES DE CLASSIFICATION PAR LE RPA99V2003
V.4. ANALYSE DYNAMIQUE DE LA STRUCTURE
V.4.1. Modélisation de la structure
V.4.2. Spectre de réponse de calcul
V.4.3. Analyse modale
V.5. VERIFICATION DE LA STRUCTURE
V.5.1. Vérification de la période fondamentale de la structure
V.5.2. Vérification de la force sismique à la base
V.5.3. Vérification des déplacements
CHAPITRE VI : dimensionnement des éléments structuraux et secondaires
VI.1. INTRODUCTION
VI.2. DIMENSIONNEMENT DES POUTRES
VI.2.1. Poutre principale de rive terrasse
VI.2.2. Poutre intermédiaire pour terrasse
VI.2.3. Poutre principale de rive d’étage courant
VI.2.4. Poutre principale intermédiaire étage courant
VI.2.5. Poutre principale en console pour terrasse
VI.2.6. Poutre principale en console d’étage courant
VI.2.7. Poutres secondaires
VI.3. DIMENSIONNEMENT DES POTEAUX
VI.3.1. Tronçon du RDC au 3ème étage
VI.4. DIMENSIONNEMENT DES CONTREVENTEMENTS
VI.4.1. Contreventement en X
VI.4.2. Contreventement en V
VI.5. DIMENSIONNEMENT DES ESCALIERS
VI.5.1. Le nombre de marches (m)
VI.5.2. Longueur de la volée (LV)
VI.5.3. Dimensionnement des éléments porteurs
CHAPITRE VII : Etude des assemblages
VII.1. INTRODUCTION
VII.2. ROLE DES ASSEMBLAGES
VII.3. CALCUL DES ASSEMBLAGES
VII.3.1. Assemblage poteau – poutre (HEA 300 – IPE 330)
VII.3.2. Assemblage poteau – poutre secondaire (HEA 280 – IPE 220)
VII.3.3. Assemblage poutre – solive (IPE 330 – IPE 100)
VII.3.4. Assemblage poteau – poteau (HEA 450 – HEA 450
VII.3.5. Assemblage des contreventements
CHAPITRE VIII : Etude de l’infrastructure
VIII.1. INTRODUCTION
VIII.2.CHOIX DE TYPE DE FONDATION
VIII.3. LE RAPPORT GEOTECHNIQUE
VIII.3.1. investigation In-situ
VIII.3.2. Aperçu géologique du site
VIII.3.3. caractéristique géotechnique
VIII.3.4. Recommandations
VIII.4. PIED DE POTEAU
VIII.4.1. Efforts sollicitant
VIII.4.2. Dimensionnement de la plaque d’assise
VIII.4.3. Disposition constructive
VIII.4.4. Vérification de la résistance de pied de poteau
VIII.5. CALCUL DES FONDATIONS
VIII.5.1. Semelle filante
VIII.5.2. Radier général
VIII.5.3. Voile périphérique
CHAPITRE IX : Application des systèmes d’isolation a la base
IX.1. INTRODUCTION
IX.2. GENRALITE SUR LE SYSTEME D’ISOLATION SISMIQUE
IX.2.1. Historique
IX.2.2. Définition des systèmes d’isolation sismique
IX.2.3. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
IX.2.4. Caractéristiques des systèmes d’isolation
IX.2.5. Exigences assurées par les systèmes d’isolation
IX.2.6. Avantages et inconvénients
IX.2.7. Application des systèmes d’isolation dans le monde
IX.2.8. Réglementation de structures isolées à la base
IX.3. APPLICATION DE SYSTEME D’ISOLATION FPS
IX.3.1. Description du système d’isolation en pendule a friction FPS
IX.3.2. Caractéristique mécaniques de l’isolateur FPS
IX.3.3. Description des excitations sismiques
IX.4. ANALYSE ET RESULTATS
IX.4.1. Périodes et pulsations
IX.4.2. Résultats numériques
IX.4.3. Analyse des réponses temporelles du système FPS
IX.5. CONCLUSION
CONCLUSION GENERAL
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
ANNEXE A : Modélisation
NNEXE B : Etude plancher mixte
ANNEXE C : Dimensionnement des éléments
ANNEXE D : Etude des assemblages
ANNEXE E : Rapport géotechnique
ANNEXE F : Plans architecturaux

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