Résumé

Ce livre professionnel correspond aux besoins résultant du nouveau zonage sismique de la France entré en vigueur en mai 2012. Les zones sismiques étant désormais étendues à des communes qui n’y étaient pas classées précédemment, on constate un doublement des zones de sismicité faible, avec leur règlement de construction adapté.

Ce volume spécialisé porte précisément de la partie de l’Eurocode 8 (Conception et dimensionnement des structures pour leur résistance aux séismes) traitant des silos, des réservoirs et des canalisations d’alimentation.

On sait que l’on distingue cinq zones sismiques dont, en France métropolitaine, la plus élevée est classée quatrième ; elle comprend notamment les Alpes et les Pyrénées tandis que la cinquième concerne principalement les Antilles.

En matière d’eau potable, on verra que les calculs sont obligatoires pour les ouvrages de catégorie 4 (hôpitaux, casernes de pompiers, etc.) soit tout ce qui doit rester en état pendant et après un séisme, comme la distribution de l’eau.

Quant aux eaux usées, on s’intéressera aux stations d’épuration où l’obligation s’applique aux installations classées Seveso 2 (centres urbains notamment).

Sommaire

Chapitre 1 — Données de base. La conception parasismique. La méthode du coefficient de comportement

Chapitre 2 — L’action sismique. Domaine d’application. L’action sismique de l’EN 1998-1 : spectre de réponse élastique ; spectres de calcul pour l’analyse élastique

Chapitre 3 — Les méthodes de calcul : Méthode de l’effort latéral. L’analyse modale spectrale. L’analyse statique non linéaire. L’analyse temporelle non linéaire

Chapitre 4 — Application au calcul des réservoirs. Généralités. Méthodes pratiques de calcul des réservoirs circulaires. Méthode de calcul des réservoirs à parois planes. Fondations. Soutènements. Canalisations

Chapitre 5 — Les dispositions constructives. Généralités. Fondations

Déjà parus dans la même collection coéditée par Eyrolles et Afnor éditions

Victor DAVIDOVICI (dir.), Dominique CORVEZ, Alain CAPRA, Shahrokh GHAVAMIAN, Véronique LE CORVEC et Claude SAINTJEAN, Pratique du calcul sismique, guide d’application de l’Eurocode 8, 2013, 256 p.

Jean ROUX, Maîtriser l’Eurocode 2. Guide d’applicaton, 2009, 338 p.

– Pratique de l’Eurocode 2. Guide d’application, 2009, 626 p.

Jean-Marie PAILLÉ, Calcul des structures en béton. Guide d’application de l’Eurocode 2, 2e éd. 2013, 640 p.

Jean-Louis GRANJU, Introduction au béton armé. Théorie et applications courantes selon l’Eurocode 2, 2012, 272 p.

APK, sous la direction de Jean-Pierre MUZEAU, Manuel de construction métallique. Guide d’application de l’Eurocode 3,256 p.

Yves BENOIT, Bernard LEGRAND & Vincent TASTET, Calcul des structures en bois. Guide d’application de l’Eurocode 5, 2e éd. 2011, 512 p.

– Dimensionner les barres et les assemblages en bois. Guide d’application de l’Eurocode 5 à l’usage des artisans, 2012, 256 p.

Marcel HUREZ, Nicolas JURASZEK & Marc PELCÉ, Dimensionner les ouvrages en maçonnerie. Guide d’application de l’Eurocode 6, 2009, 328 p.

Alain CAPRA & Aurélien GODREAU, Ouvrages d’art en zone sismique. Guide d’application de l’Eurocode 8, 2012, 128 p.

Nombreux titres sous presse ou en préparation

Biographie auteur

Ingénieur ESTP, docteur en physique du solide (CNRS Bordeaux-I) et diplômé de l’IAE de Bordeaux, Xavier Lauzin est spécialiste en génie civil à la Socotec . Il a déjà publié chez Eyrolles un Guide pratique des stations...

Xavier Lauzin

Le calcul des réservoirs
en zone sismique

Guide d’application de l’Eurocode 8

ÉDITIONS EYROLLES | AFNOR ÉDITIONS
61, bd Saint-Germain | 11, rue Francis-de-Pressensé
75240 Paris Cedex 05 | 93571 La Plaine Saint-Denis Cedex
www.editions-eyrolles.com | www.boutique-livres.afnor.org

Le programme des Eurocodes structuraux comprend les normes suivantes, chacune étant en général constituée d’un certain nombre de parties :

EN 1990 Eurocode 0 : Bases de calcul des structures

EN 1991 Eurocode 1 : Actions sur les structures

EN 1992 Eurocode 2 : Calcul des structures en béton

EN 1993 Eurocode 3 : Calcul des structures en acier

EN 1994 Eurocode 4 : Calcul des structures mixtes acier-béton

EN 1995 Eurocode 5 : Calcul des structures en bois

EN 1996 Eurocode 6 : Calcul des structures en maçonnerie

EN 1997 Eurocode 7 : Calcul géotechnique

EN 1998 Eurocode 8 : Calcul des structures pour leur résistance aux séismes

EN 1999 Eurocode 9 : Calcul des structures en aluminium

Les normes Eurocodes reconnaissent la responsabilité des autorités réglementaires dans chaque État membre et ont sauvegardé le droit de celles-ci de déterminer, au niveau national, des valeurs relatives aux questions réglementaires de sécurité, là où ces valeurs continuent à différer d’un État à un autre.

En application de la loi du 11 mars 1957, il est interdit de reproduire intégralement ou partiellement le présent ouvrage, sur quelque support que ce soit, sans l’autorisation de l’Éditeur ou du Centre Français d’exploitation du droit de copie, 20, rue des Grands Augustins, 75006 Paris.

© Afnor et Groupe Eyrolles, 2013

ISBN Afnor : 978-2-12-465425-3

ISBN Eyrolles : 978-2-212-13740-8

Également aux éditions Eyrolles (extrait du catalogue)

Généralités

Jean-Paul ROY & Jean-Luc BLIN-LACROIX, Dictionnaire professionnel du BTP, 3e éd. 2011, 848 p.

Eurocodes (en coédition avec l’Afnor)

Jean ROUX, Maîtriser l’Eurocode 2. Guide d’application, 2009, 338 p.

– Pratique de l’Eurocode 2. Guide d’application, 2009, 626 p.

Jean-Marie PAILLÉ, Calcul des structures en béton. Guide d’application de l’Eurocode 2, 2e éd., 640 p. (juillet 2013).

Jean-Louis GRANJU, Introduction au béton armé. Théorie et applications courantes selon l’Eurocode 2, 2012, 272 p.

APK, sous la direction de Jean-Pierre MUZEAU, Manuel de construction métallique. Guide d’application de l’Eurocode 3, 256 p.

Yves BENOIT, Bernard LEGRAND & Vincent TASTET, Calcul des structures en bois. Guide d’application de l’Eurocode 5, 2e éd. 2011, 512 p.

– Dimensionner les barres et les assemblages en bois. Guide d’application de l’Eurocode 5 à l’usage des artisans, 2012, 256 p.

Marcel HUREZ, Nicolas JURASZEK & Marc PELCÉ, Dimensionner les ouvrages en maçonnerie. Guide d’application de l’Eurocode 6, 2009, 328 p.

Alain CAPRA & Aurélien GODREAU, Ouvrages d’art en zone sismique. Guide d’application de l’Eurocode 8, 2012, 128 p.

Victor DAVIDOVICI (sous la direction de) avec Alain CAPRA, Dominique CORVEZ, Shahrokh GAVAMIAN, Véronique LE CORVEC et Claude SAINTJEAN, Pratique du calcul sismique. Guide d’application de l’Eurocode 8, 2013, 256 p.

Méthodes

Collectif Capeb/CTICM/ConstruirAcier, Structures métalliques : ouvrages simples. Guide technique et de calcul d’éléments structurels en acier, 2013, 104 p.

Collectif, Lexique de construction métallique, nouvelle édition revue et mise à jour par Jean-Pierre Muzeau, collection « Les essentiels acier », coédition ConstruirAcier, 2013, 368 p.

Pierre-Claude AÏTCIN & Sidney MINDESS avec le concours de Jean-Louis GRANJU et de Gilles ESCADEILLAS, Écostructures en béton : comment diminuer l’empreinte carbone des structures en béton, 2013, 288 p.

Michel BRABANT, Béatrice PATIZEL, Armelle PIÈGLE & Hélène MÜLLER, Topographie opérationnelle, 3e éd. 2011, 424 p.

Jean-Louis GRANJU, Béton armé. Théorie et applications selon l’Eurocode 2, 2011, 480 p.

Marc LANDOWSKI & Bertrand LEMOINE, Concevoir et construire en acier, collection « Les essentiels acier », 2011, 112 p. coédition ConstruirAcier

Christian LEMAITRE, Les matériaux de construction

1. Propriétés physico-chimiques des matériaux, 2012, 144 p.

2. Mise en œuvre et emploi des matériaux, 2012, 288 p.

…et des...

Table des matières

CHAPITRE 1. Généralités

1.1 Données de base

1.1.1 Présentation

1.1.2 Évaluation d’un séisme

1.1.3 Les mouvements du sol

1.1.4 Caractérisation dynamique des structures

1.1.4.1 Les oscillations libres non amorties

1.1.4.2 Les oscillations libres, amorties ou dissipatives

1.1.4.3 Les oscillations forcées et amorties

1.1.4.4 Les oscillations forcées et dissipatives

1.1.5 Les spectres de réponse

1.1.6 La géotechnique en zone sismique

1.1.6.1 Voisinage des failles

1.1.6.2 Influence de la topographie

1.1.6.3 Classification des sols

1.1.6.4 Classification des sites géotechniques

1.1.6.5 Les risques de liquéfaction des sols

1.1.6.6 Influence de la topographie

1.1.6.7 Classification des sols

1.1.6.8 La liquéfaction des sols

1.2 La conception parasismique

1.2.1 Généralités

1.2.1.1 Les règles PS 69

1.2.1.2 Les recommandations AFPS 90

1.2.1.3 Les règles PS 92

1.2.1.4 L’EN 1998-1

1.2.2 Adaptation au sol

1.2.2.1 Problèmes de stabilité des pentes (art. 9.2)

1.2.2.2 Modélisation du mouvement sismique

1.2.2.3 Modélisation de l’interaction sol-structure

1.2.3 Les ouvrages à risque « normal » et à risque « spécial »

1.2.3.1 Ouvrages à risque normal

1.2.3.2 Ouvrages à risque spécial

1.2.3.3 Les stations d’épuration

1.3 La méthode du coefficient de comportement

CHAPITRE 2. L’action sismique

2.1 Domaine d’application

2.2 L’action sismique de l’EN 1998-1

2.2.1 Les spectres de réponse élastiques

2.2.1.1 Composante horizontale du spectre élastique en accélération

2.2.1.2 Composante verticale du spectre élastique en accélération

2.2.1.3 Composante horizontale du spectre élastique en déplacement

2.2.2 Les spectres de calcul pour l’analyse élastique

2.2.2.1 Composante horizontale du spectre de calcul en accélération

2.2.2.2 Composante verticale du spectre de calcul en accélération

2.2.2.3 Déplacement vertical absolu du sol

CHAPITRE 3. Les méthodes de calcul

3.1 La méthode de l’effort latéral

3.1.1 Domaine d’utilisation

3.1.2 Principe de la méthode

3.2 L’analyse modale spectrale

3.2.1 Domaine d’utilisation

3.2.2 Principe de la méthode

3.3 L’analyse statique non linéaire (en poussée progressive)

3.3.1 Domaine d’utilisation

3.3.2 Principe de la méthode

3.4 L’analyse temporelle non linéaire

3.4.1 Domaine d’utilisation

3.4.2 Principe de la méthode

CHAPITRE 4. Application au calcul des réservoirs

4.1 Généralités

4.1.1 Les états limites ultimes

4.1.2 L’état de limitation des dommages

4.1.3 Les combinaisons d’action

4.1.4 Les classes d’importance des structures

4.1.5 La définition de l’action sismique

4.1.6 La définition des coefficients de comportement

4.2 Méthode de calcul des réservoirs circulaires

4.2.1 Domaine de validité/hypothèses de calcul

4.2.2 La méthode de Jacobsen et Ayre

4.2.2.1 Hypothèses de calcul de la méthode

4.2.2.2 Résolution des équations

4.2.3 La méthode de Hunt et Priestley

4.2.4 La méthode approchée d’Houzner

4.2.4.1 Une action passive

4.2.4.2 Une action active

4.2.5 La méthode de la NF EN 1998-4

4.2.5.1 La pression impulsive rigide

4.2.5.2 La pression convective

4.2.5.3 La pression inertielle des parois

4.3 Application pratique

4.3.1 Calcul selon la méthode de Jacobsen et Ayre

4.3.2 Calcul selon la méthode de Hunt et Priestley

4.3.2.1 Pression d’impulsion

4.3.2.2 Pression d’oscillation

4.3.3 Calcul selon la méthode de Houzner

4.3.3.1 Actions d’impulsion

4.3.3.2 Actions d’oscillation

4.3.4 Calcul selon la méthode de l’EN1998-4

4.3.4.1 Actions d’impulsion

4.3.4.2 Actions convectives

4.4 Méthode de calcul des réservoirs à parois planes

4.4.1 Domaine de validité/hypothèses de calcul

4.4.2 Méthode de Hunt et Priestley

4.4.3 Méthode approchée d’Houzner

4.4.4 Méthode de l’EN 1998-4

4.4.5 Comparaison avec les méthodes d’Houzner et de Hunt et Priestley sur un exemple

4.4.5.1 Application de la méthode d’Houzner

4.4.5.2 Application de la méthode de Hunt et Priestley

4.4.5.3 Application de la méthode de l’EN 1998-4

4.5 Fondations

4.5.1 Rappel sur le renforcement de sol

4.5.2 Comportement des inclusions rigides sous sollicitations sismiques

4.5.3 Comportement des inclusions souples sous sollicitations sismiques

4.6 Action du séisme sur les murs de soutènement

4.6.1 Principe de la méthode de Mononobé-Okabé

4.6.1.1 Détermination de la poussée dynamique active due aux terres

4.6.1.2 Incrément de la poussée dynamique active due aux terres pour un mur à parement vertical

4.6.2 Principe de la méthode de l’EN 1998-5

4.6.3 Application numérique

4.7 Les canalisations

4.7.1 Les canalisations aériennes

4.7.1.1 Exigences de sécurité

4.7.1.2 Action sismique

4.7.1.3 Coefficient de comportement

4.7.2 Les canalisations enterrées

4.7.2.1 Exigences de sécurité

4.7.2.2 Action sismique

CHAPITRE 5. Les dispositions constructives

5.1 Généralités

5.1.1 Classe DCL

5.1.1.1 Domaine d’application

5.1.1.2 Matériaux

5.1.1.3 Coefficient de comportement

5.1.2 Classe DCM

5.1.2.1 Domaine d’application

5.1.2.2 Matériaux

5.1.2.3 Coefficients de comportement

5.1.2.4 Contraintes géométriques

5.1.2.5 Dispositions constructives pour la ductilité locale

5.1.3 Classe DCH

5.1.3.1 Domaine d’application

5.1.3.2 Matériaux

5.1.3.3 Coefficients de comportement

5.1.3.4 Contraintes géométriques

5.1.3.5 Dispositions constructives pour la ductilité locale

5.2 Fondations

5.2.1 Fondations profondes (§ 5.8.3 de l’EN 1998-1)

5.2.2 Fondations superficielles (§ 5.8.3 de l’EN 1998-1)

CHAPITRE 3

Les méthodes de calcul

L’EN 1998-4 propose pour les silos et réservoirs quatre méthodes analyses possibles, sur les bases du principe suivant :

« Il convient de déterminer les effets des actions sismiques sur la base d’un comportement linéaire des structures ainsi que du sol environnant. »

Il est cependant loisible de recourir à des méthodes de calcul non linéaires si, en particulier, la solution élastique est économiquement irréalisable.

Il en résulte que l’évaluation des effets de l’action sismique correspondant à l’état ultime doit être menée :

• en utilisant les spectres de calcul du § 3.2.2.5 de l’EN 1998-1 ;

• en prenant en compte un coefficient d’amortissement de 5 % ;

•...

CHAPITRE 5

Les dispositions constructives

5.1 Généralités

Ces dispositions issues de l’EN 1998-1 s’appliquent principalement aux bâtiments et aux ouvrages annexes des réservoirs.

La conception de la structure des bâtiments doit pouvoir dissiper une partie suffisante de l’énergie du séisme sans diminution sensible de la résistance globale, ce qui suppose en particulier que les déformations des zones critiques soient compatibles avec la ductilité des structures.

Il en résulte trois classes de ductilité :

• une classe de ductilité limitée (DCL), cette classe n’est admise que dans les cas de faible sismicité ;

• une classe de ductilité moyenne (DCM) ;

• une classe de haute ductilité (DCH).

Les deux dernières classes se caractérisent par des dispositions constructives particulières au niveau des éléments structuraux et des valeurs différentes du coefficient de comportement q pour chacune des classes.

5.1.1 Classe DCL

5.1.1.1 Domaine d’application

Zone de faible sismicité.

5.1.1.2

...