Calcul sismique

CYPECAD. Calcul sismique

CYPECAD réalise la conception, le calcul et le dimensionnement de structures pour le bâtiment et les ouvrages d’art, soumises à des actions horizontales et verticales et à l’action du feu.

Cette page fournit de plus amples informations sur les calculs sismiques effectués par CYPECAD.

Sur la page CYPECAD se trouvent des informations générales sur ce logiciel.Analyse de sollicitations

Avant de préciser les caractéristiques de la conception sismique que CYPECAD peut réaliser, il est intéressant de prendre en compte l’analyse des sollicitations verticales et horizontales que le logiciel effectue.

Un résumé de ces informations est disponible dans la section Analyse de sollicitations de la page d’informations génériques de CYPECAD.

Des informations détaillées sur cet aspect sont disponibles dans le manuel « CYPECAD – Mémoire de calcul ». Le manuel est accessible depuis le menu principal des logiciels CYPE ou depuis le menu déroulant ‘Aide’ de CYPECAD.

Calcul sismique

Le calcul sismique est effectué via une analyse modale spectrale complète qui résout chaque mode comme une hypothèse et réalise l’expansion modale ainsi que la combinaison modale pour obtenir les efforts.

À partir du menu principal des logiciels CYPE ou du menu déroulant ‘Aide’ de CYPECAD, il est possible de consulter le manuel « CYPECAD – Mémoire de calcul », où de nombreuses informations sur le calcul sismique effectué par CYPECAD sont disponibles.

La sélection de la norme pour les calculs sismiques dans CYPECAD se fait dans la boîte de dialogue ‘Données générales’, plus précisément dans la section ‘Sélection des actions’. La page « CYPECAD. Données générales, calcul et options générales » fournit des informations sur la manière d’accéder à cette boîte dialogue.

Les normes pouvant être utilisées sont disponibles sur Normes implémentées dans les logiciels CYPE.

Les sections suivantes détaillent certains aspects importants concernant le potentiel de la conception sismique réalisée par CYPECAD.

Effet des éléments non structuraux sur le comportement sismique du bâtiment

La prise en compte de l’effet des éléments constructifs non structuraux (cloisons extérieures et intérieures) sur le comportement d’un bâtiment vis-à-vis des actions sismiques est d’une importance vitale, en particulier lorsqu’il existe des niveaux diaphanes ou des niveaux dont les cloisons intérieures et extérieures sont moins rigides que le reste des niveaux.

CYPECAD permet de considérer l’effet des éléments constructifs non structuraux lors d’un séisme de deux manières :

Calcul sismique avec majoration des efforts dans les niveaux diaphanes ou les niveaux dont les cloisons sont moins rigides que le reste des niveaux

Il existe des réglementations qui obligent à considérer l’absence ou la réduction de la rigidité des cloisons intérieures et extérieures de certains niveaux, par l’application de facteurs de majoration des moments et des efforts tranchants pour les poteaux, les poutres, les murs et les noyaux, dans les niveaux offrant moins de rigidité que le reste contre les déplacements horizontaux causés par l’action sismique. Par exemple, IS 13920 (Inde) -Soft Storey- ou le Proyecto de Reglamento CIRSOC 103-2008 (Argentine) – Piso débil. Logiquement, l’évolution des normes qui n’envisagent pas ces effets devrait aller vers leur prise en compte.

CYPECAD permet à l’utilisateur de saisir les facteurs de majoration des moments et des efforts tranchants pour les poteaux, les poutres, les murs et les murs de cisaillement dans les niveaux souhaités, quelle que soit la norme sélectionnée. À cette fin, l’option Majoration des efforts par niveau a été implémentée dans la boîte de dialogue Données générales (menu Ouvrage > Données générales). L’activation de cette option ouvre une boîte de dialogue portant le même nom. Si la norme sélectionnée prévoit l’effet d’une moindre rigidité des niveaux avec des cloisons plus faibles, le logiciel affiche dans cette boîte de dialogue les facteurs de majoration des moments et des efforts tranchants correspondants, afin que l’utilisateur puisse sélectionner les niveaux où les appliquer. L’utilisateur a également la possibilité de spécifier les facteurs souhaités. Si la norme choisie ne prévoit pas ces effets, le logiciel permet à l’utilisateur de saisir les facteurs de majoration souhaités dans les niveaux qu’il sélectionne.

Cette méthode pour la considération de l’effet de l’absence de cloisons intérieures et extérieures dans certains niveaux contre l’action sismique est une approximation de la réalité du comportement du bâtiment.

CYPECAD dispose d’un outil informatique qui envisage plus précisément l’influence de la distribution des cloisons intérieures et extérieures dans le bâtiment : le module « Interaction de la structure avec les éléments constructifs », qui est résumé dans la section suivante.

Interaction de la structure avec les éléments constructifs

CYPECAD est un outil logiciel permettant de réaliser une analyse dynamique des bâtiments soumis à des actions sismiques. Cette analyse inclut l’effet des éléments constructifs non structuraux utilisés dans les cloisons extérieures et intérieures d’un bâtiment et considère plusieurs modèles de comportement du bâtiment correspondant à différentes situations ou états de ces éléments.

Les cloisons extérieures et intérieures des bâtiments sont considérées comme des éléments ‘non structuraux’, mais pendant un séisme, elles apportent de la rigidité à la structure, en modifiant la distribution et l’ampleur des efforts causées par l’action sismique. Par exemple, lorsqu’il y a une distribution non uniforme entre les niveaux des rigidités associées aux cloisons extérieures, les forces horizontales ont une plus grande incidence sur les poteaux des niveaux les moins rigides, produisant des efforts tranchants de grande ampleur dans les poteaux. Si les poteaux ne sont pas conçus correctement, les efforts peuvent provoquer leur rupture fragile, ce qui mettrait en danger la stabilité du bâtiment et pourrait même conduire à son effondrement.

Ce module a été développé par CYPE, avec la collaboration de l’organisme catalan CIMNE (Centre international de méthodes numériques en ingénierie), de l’Iniversité polytechnique de Catalogne (UPC). Il est financé par l’organisme espagnol CDTI (Centre pour le développement de la technologie industrielle) et cofinancé par le FEDER (Fonds Européen de Développement Régional).

Actuellement, il n’existe pas sur le marché d’outils informatiques pour le calcul structural des bâtiments qui intègrent la possibilité de prendre facilement en compte les cloisons extérieures et intérieures alors qu’il a été démontré qu’elles ont des conséquences directes sur la stabilité, la rigidité et la sécurité du bâtiment en cas de séisme. Puisque ce module de CYPECAD les intègre, en maintenant les temps de calcul à une valeur admissible, leur incorporation dans les projets de construction augmentera leur qualité et la sécurité de leurs occupants, évitant ainsi des pertes déplorables, aussi bien matérielles qu’humaines, après un tremblement de terre.

De plus amples informations sont disponibles sur la page Interaction de la structure avec les éléments constructifs.

Critères de conception sismique par capacité

Critères de conception sismique par capacité pour supports et poutres en béton

Lorsqu’une conception sismique est effectuée dans CYPECAD, le logiciel prend en compte les critères de conception par capacité de certaines normes.

  • Pour les supports en béton, le logiciel prend en compte les critères de conception par capacité de flexion et de cisaillement des normes suivantes :
    • EHE-08 – Anejo 10 (Espagne)
    • NCSE‑02 (Espagne)
    • IS 13920:1993 (Inde)
      Seuls les critères de conception par capacité de cisaillement sont disponibles.
    • ACI 318M‑08 (USA)
    • NSR‑10 (Colombie)
    • 1997 UBC (USA)
    • CIRSOC 103‑2005 (Argentine)
      Avec la combinaison de la norme béton CIRSOC 201-2005, et des normes sismiques CIRSOC 103-2008 ou CIRSOC 103-1991.
    • NTE E.060:2009 (Pérou)
    • NEC -11 (Équateur)
    • PS 92 (France)
    • PS 92 (version révisée 2010) (France)
    • RPA 99/v 2003 (Algérie)
    • RPS 2000 (Maroc)
    • RPS 2011 (Maroc)
  • Pour les poutres en béton, le logiciel prend en compte les critères de conception par capacité de cisaillement des normes suivantes :
    • EHE‑08 (Espagne)
    • NCSE‑02 (Espagne)
    • IS 13920:1993 (Inde)
    • ACI 318M-08 (USA)
    • NSR‑10 (Colombie)
    • 1997 UBC (USA)
    • CIRSOC 103‑2005 (Argentine)
      Avec la combinaison de la norme béton CIRSOC 201-2005, et des normes sismiques CIRSOC 103-2008 ou CIRSOC 103-1991.
    • NTE E.060:2009 (Pérou)
    • NEC -11 (Équateur)
    • PS 92 (Francr)
    • PS 92 (version révisée 2010) (France)
    • RPA 99/v 2003 (Algérie)
    • RPS 2000 (Maroc)
    • RPS 2011 (Maroc)

Les critères de conception par capacité sont spécifiés dans les récapitulatifs détaillés des états limites ultimes des poutres et poteaux en béton.

Pour que CYPECAD puisse prendre en compte les critères de calcul par capacité des normes sismiques énumérées, chacune d’entre elles doit être compatible avec la norme béton sélectionnée dans l’ouvrage et permettre l’utilisation des éditeurs avancés de poutres et de poteaux. Ces compatibilités se trouvent dans la section « Réglementation disponible pour l’éditeur avancé de poutres » de la page Poutres en béton armé de CYPECAD.

Critères de conception sismique par capacité pour les dalles

Les caractéristiques géométriques et mécaniques des poteaux et des poutres en béton et, optionnellement, celles des dalles appuyées sur les poutres arrivant à un poteau sont automatiquement envisagées dans les vérifications par capacité effectuées par CYPECAD.

Afin de définir les caractéristiques géométriques et mécaniques de ces dalles, aux fins des vérifications de la capacité des poutres et des poteaux en béton, l’option Assigner des données pour la vérification par capacité a été implémentée dans le logiciel (onglet ‘Entrée de poutres’ > menu ‘Poutres/Murs’).

L’option mentionnée ne sera visible que si un calcul sismique est réalisé avec une norme pour laquelle le logiciel a implémenté des critères de conception par capacité.

Lorsque cette option est activée, une boîte de dialogue apparaît dans laquelle l’utilisateur peut définir les données suivantes :

  • Largeur effective positive
  • Largeur effective négative
  • Hauteur effective
  • Pourcentage mécanique inférieur
  • Pourcentage mécanique supérieur

L’utilisateur peut les attribuer librement à chacun des côtés et des extrémités des poutres arrivant aux poteaux. Cela permet d’envisager les cas où les dalles ont des caractéristiques géométriques ou mécaniques différentes d’un côté et de l’autre des poutres ou ceux où il n’y a pas de dalle sur l’un des côtés de la poutre.

Afin d’identifier chacun des côtés et des extrémités des poutres auxquels des données pour les vérifications par capacité ont été attribuées, le logiciel dessine de petits triangles magenta dans ces zones lorsque l’option Assigner des données pour la vérification de capacité est sélectionnée. Les triangles seront verts dans les zones où les caractéristiques de la dalle n’ont pas été attribuées, auquel cas, les dimensions et les ratios de la dalle n’interviendront pas dans les vérifications par capacité des poteaux et des poutres en béton.

Correction du cisaillement à la base pour la conception sismique par la méthode d’analyse dynamique

Certaines normes sismiques exigent le respect de la condition de cisaillement minimal à la base lors de l’application de la méthode dynamique modale-spectrale pour le calcul de l’action sismique. La vérification du cisaillement à la base est implémentée dans CYPECAD pour les normes suivantes :

  • 2009 IBC (USA)
  • 2011 PRBC (Puerto Rico)
  • ASCE 7-05 (USA)
  • CFE 2008 (Mexique)
  • CHOC-04 (Honduras)
  • COVENIN 1756­1:2001 (Venezuela)
  • CSCR 2010 (Costa Rica)
  • IS 1893 (Part 1):2002 (Inde)
  • NCh433.Of1996 Mod.2009 (Dºnº61. de 2011) (Chili)
  • NEC -11 (Équateur)
  • Norma Técnica E.030 (Pérou)
  • NSE-10 (Guatémala)
  • NSR‑10 (Colombie)
  • NTC-2004 (Mexique)
  • R-001 2011 (Republique Dominicaine)
  • REP-04 (Panama)
  • RPA 99/v 2003 (Algérie)
  • RPS 2011 (Maroc)
  • RPS 2000 (Maroc)
  • SANS 10160-4:2011 (Afrique du Sud)

La valeur du cisaillement dynamique total à la base (Vd), obtenue après avoir effectué la combinaison modale (CQC), pour  quelconque des directions d’analyse, ne peut être inférieure à une certaine valeur limite. Cette valeur est équivalente à un pourcentage (α) du cisaillement à la base de la structure calculé par la méthode statique (Vs). En d’autres termes, la condition doit être remplie.

Si la condition de cisaillement minimal à la base n’est pas remplie, les résultats de l’analyse dynamique doivent être ajustés par le facteur suivant

L’ajustement couvre tous les résultats de l’analyse dynamique, y compris les déplacements, les distorsions, les forces dans les niveaux, les cisaillements du niveau, le cisaillement à la base et les forces dans les éléments.

Période fondamentale de la structure avec valeurs d’utilisateur

Certaines normes sismiques autorisent l’utilisation de deux méthodes pour calculer la valeur de la période fondamentale de la structure (utilisée pour calculer le cisaillement à la base). Les normes implémentées dans CYPECAD qui le permettent sont les suivantes :

  • CFE 2008 (Mexique)
    Manual de Diseño de Obras Civiles. Diseño por Sismo
  • COVENIN 1756­1:2001 (Venezuela)
    Norma Venezolana COVENIN 1756-1:2001. Edificaciones sismorresistentes
  • NC 46:1999 (Cuba)
    Construcciones sismo resistentes. Requisitos básicos para el diseño y construcción
  • NEC ­11 (Équateur)
    Norma Ecuatoriana de la Construcción. Capítulo 2.- Peligro sísmico y requisitos de diseño
  • Norma Técnica E.030 (Pérou)
    Norma Técnica E.030 Diseño Sismorresistente.
  • NSR-10 (Colombie)
    Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (2010)
  • NTC 2004 (Mexique)
    Normas Técnicas Complementarias para Diseño por Sismo

Avec ces normes, la valeur de la période fondamentale de la structure peut être indiquée dans CYPECAD des deux manières suivantes :

  • Selon la norme
  • Spécifié par l’utilisateur

L’une ou l’autre des deux options peut être sélectionnée dans la section Estimation de la période fondamentale de la structure de la boîte de dialogue Norme pour le calcul de l’action sismique (menu ‘Ouvrage’ > ‘Données générales’ > cliquer sur ‘Avec action sismique’ dans la section ‘Actions’ > sélectionner une des normes indiquées ci-dessus).

La valeur de la période fondamentale d’un bâtiment doit être obtenue à partir des propriétés de son système de résistance sismique, dans la direction considérée, selon les principes de la dynamique des structures. Par ailleurs, la plupart des normes sismiques autorisent l’utilisation d’autres procédures pour estimer la période fondamentale :

  • Selon les formules empiriques fournies dans ses articles.
  • Selon d’autres méthodes, à condition qu’elles soient suffisamment étayées sur le plan analytique ou expérimental.

La période fondamentale estimée est appliquée dans le calcul d’un cisaillement statique à la base de la structure (cisaillement à la base) pour ajuster les résultats dynamiques aux minima normatifs prescrits dans le cas de l’application de la méthode dynamique, et pour générer la distribution des forces latérales statiques équivalentes dans le cas de l’application de la méthode statique.

Les valeurs données par les normes sont des limites pouvant être utilisées en l’absence d’autres données plus précises. Si l’utilisateur dispose de valeurs de la période fondamentale qui correspondent mieux à sa structure (calculées par des méthodes courantes ou par des outils informatiques tels que CYPECAD qui calcule la période fondamentale de la structure dans chaque direction – leurs valeurs peuvent être consultées après le calcul dans la ‘Récapitulatif de justification de l’action sismique’ : menu Fichier > Imprimer ‘Récapitulatifs de l’ouvrage’), il peut les spécifier en sélectionnant l’option Spécifié par l’utilisateur située dans la boîte de dialogue Norme pour le calcul de l’action sismique.

Spectre sismique spécifié par l’utilisateur

Pour certaines normes sismiques incluses dans CYPECAD, le logiciel permet à l’utilisateur de spécifier un spectre sismique personnalisé différent de celui spécifié dans la norme.

Pour l’analyse sismique d’une structure, un spectre de conception doit être défini. Chaque norme parasismique fournit les critères à suivre sur un territoire donné pour la prise en compte de l’action sismique dans le projet. Cependant, CYPECAD et CYPE 3D permettent au concepteur d’adopter, sous sa responsabilité, des critères différents de ceux établis dans la norme. Les deux logiciels offrent, pour certaines normes sismiques, deux façons de procéder pour définir le spectre avec lequel l’analyse sismique de la structure doit être effectuée. Le spectre de conception sismique peut être :

  • Calculé comme spécifié dans la norme sismique applicable.
  • Spécifié par l’utilisateur sur la base de ses propres considérations.

Les normes sismiques pour lesquelles CYPECAD et CYPE 3D permettent actuellement de définir un spectre personnalisé sont les suivantes :

  • NCh433.Of1996 Mod.2009 (Dºnº61. de 2011) (Chili)
    Norma Chilena Oficial Diseño Sísmico de Edificios (Incluye modificaciones del decreto nº 61 (V. y U.) de 2011).
  • NEC-SE-DS 2014 (Équateur)
    Norma Ecuatoriana de la Construcción. Peligro sísmico. Diseño sismo resistente.
  • NEC -11 (Ecuador)
    Norma Ecuatoriana de la Construcción. Capítulo 2.- Peligro sísmico y requisitos de diseño.
  • Norma Técnica E.030 (Pérou)
    Norma Técnica E.030 Diseño Sismorresistente.
  • NSR – 10 (Colombie)
    Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (2010).

Dans les prochaines versions, cette possibilité sera implémentée pour un plus grand nombre de normes sismiques.

Normes incluses dans la licence d’utilisateur

Selon le pays dans lequel l’utilisateur acquiert la licence, seules les normes implémentées dans chaque logiciel sont activées pour travailler dans ce pays. De plus amples informations à ce sujet et sur la possibilité d’acquérir des normes qui n’étaient pas initialement incluses sont disponibles dans la rubrique Logiciels et normes comprises dans la licence d’utilisateur.

Versions de CYPECAD

En plus de la version de CYPECAD (sans limitation), le logiciel est également disponible avec deux versions limitées, appelées LT30 et LT50, qui contiennent les mêmes outils et les mêmes modules, avec les conditions suivantes :

CYPECAD LT50 :

  • Cinquante poteaux.
  • Quatre groupes d’étages (Groupe d’étages : étages égaux et consécutifs).
  • Cinq étages au total.
  • Cent mètres linéaires de mur. Prestation disponible avec le module de Murs porteurs. 

CYPECAD LT30 :

  • Trente poteaux.
  • Quatre groupes d’étages (Groupe d’étages : étages égaux et consécutifs).
  • Cinq étages au total.
  • Cent mètres linéaires de mur. Prestation disponible avec le module de Murs porteurs.

Les structures 3D intégrées dans CYPECAD (également dans LT50 et LT30) ne sont pas un module proprement dit. Pour définir ces structures 3D dans CYPECAD, il est nécessaire que la licence utilisée dispose des permis pour se servir de CYPE 3D et éventuellement des modules qui lui sont propres.

Autres prestations

Afin d’avoir accès aux autres fonctionnalités offertes par le logiciel, il existe plusieurs modules dont les informations sont disponibles sur la page Modules de CYPECAD.