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1 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles
Anjeza SHENA 30/08/2013
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2 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
A B C D
▏ Introduction ▏ Evaluation sismique ▏ Renforcement sismique ▏ Comparaison des résultats SEISMOSTRUCT – LS-DYNA
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3 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Introduction ► Présentation des diverses typologies ► Objectifs recherchés ► Typologie simplifiée retenue ► Démarche
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4 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Présentation des diverses typologies A I Introduction
Ecole primaire de Presqu’ile Ecole primaire de Durand
Ecole primaire de Gondeau Ecole primaire du Bourg
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5 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Objectifs recherchés
► Définir des méthodes d’évaluation sismique applicables aux ouvrages existants,
► Définir des méthodes de renforcement : > ne demandant aucune installation lourde de chantier, > ne demandant aucun moyen de levage lourd, > pouvant être mises en œuvre par des campagnes
successives, > ne demandant pas la fermeture de l’ensemble des
locaux administratifs ou scolaires, ► Définir des méthodes de renforcement
industrialisables pouvant être mises en œuvre par des entreprises guadeloupéennes ou martiniquaises.
A I Introduction
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6 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Typologie simplifiée retenue A I Introduction
(Basée sur l’école primaire du Bourg à Saint-Joseph en Martinique)
Longueur : 35,20 m / Largeur : 10,44 m / Hauteur : 6,48 m
Masse concentrée plancher haut du rez-de-chaussée : 435,00 t
Masse concentrée plancher haut du premier étage : 282,30 t
Masse totale: 717,30 t
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7 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Typologie simplifiée retenue A I Introduction
Elévation transversale
Plancher haut du rez-de-chaussée
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8 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Démarche A I Introduction
Evaluation sismique
Renforcement sismique
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9 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Evaluation sismique ► Description de l’analyse en poussée
progressive ► Analyse en poussée progressive ► Rotation de corde ultime ► Rotation de corde ultime (approche
expérimentale) ► Rotation de corde ultime (approche
théorique)
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10 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Description de l’analyse en poussée progressive B I Evaluation sismique
Définition de la courbe de capacité
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11 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Description de l’analyse en poussée progressive B I Evaluation sismique
Transformation du système multi-modal en un système mono-modal
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12 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Description de l’analyse en poussée progressive B I Evaluation sismique
Spectres élastiques, spectres anélastiques, spectres de capacité
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13 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Analyse en poussée progressive B I Evaluation sismique
Eléments multi-fibres – Poteaux et poutres
Discrétisation de la section en béton armé
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14 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Analyse en poussée progressive B I Evaluation sismique
Lois de comportement non-linéaires
Béton – Mander-Priestley-Park [1988], Martinez-Rueda-Elnashai [1997]
Armatures – Menegotto-Pinto [1973], Filippou-Popov-Bertero [1997]
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15 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Analyse en poussée progressive B I Evaluation sismique
Courbe de capacité et courbe de capacité idéalisée Vidic-Fajfar-Fischinger [1994], Fajfar-Gaspersic [1996]
Facteur de conformité : 0,033 / Effort total à la base maximal : 289 kN
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16 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Analyse en poussée progressive B I Evaluation sismique
Spectre élastique, spectre anélastique et spectre de capacité Vidic-Fajfar-Fischinger [1994], Fajfar-Gaspersic [1996]
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17 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Rotation de corde ultime B I Evaluation sismique
Augmentation de la capacité de résistance et de déformation du béton confiné Rotation
de corde
Approche expérimentale
Approche théorique
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18 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Rotation de corde ultime (approche expérimentale) B I Evaluation sismique
Rotation de corde de calcul, élastique et ultime Panagiotakos-Fardis [2001], Biskinis [2007], Biskinis-Fardis [2004-2007]
Les vérifications sont faites pour les sections hautes des poteaux du rez-de-chaussée.
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19 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Rotation de corde ultime (approche expérimentale) B I Evaluation sismique
Poteaux défaillants à l’incrément 40
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20 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Rotation de corde ultime (approche expérimentale) B I Evaluation sismique
Rotation de corde de calcul, élastique et ultime Panagiotakos-Fardis [2001], Biskinis [2007], Biskinis-Fardis [2004-2007]
Les vérifications sont faites pour les sections hautes des poteaux du rez-de-chaussée.
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21 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Rotation de corde ultime (approche expérimentale) B I Evaluation sismique
Poteaux défaillants à l’incrément 41
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22 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Rotation de corde ultime (approche théorique) B I Evaluation sismique
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23 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Rotation de corde ultime (Comparaison entre approches théorique et expérimentale)
B I Evaluation sismique
Type d’approche
Approche théorique - Modèle de confinement de MANDER J.B., PRIESTLEY M.J.N. et PARK R.
0,391 0,0183 0,0892 0,0204 0,0261 0,0465
Approche théorique - Modèle de confinement, décrit à l’Article A.3.2.2 (8)b) de la NF EN 1998-3
0,323 0,0183 0,0697 0,0204 0,0158 0,0362
Approche théorique - Modèle de confinement, décrit à l’Article 3.1.9(2) de la NF EN 1992-1-1
0,737 0,0183 0,0547 0,0204 0,0239 0,0443
Approche expérimentale – Article A.3.2.4(2) à (4) et A.3.2.2(2) à (5) de la NF EN 1998-3
0,0183 0,0254 0,0206 0,0460
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24 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Renforcement sismique ► Méthode de renforcement
standardisée ► Analyse en poussée progressive ► Rotation de corde ultime (approche
théorique)
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25 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Méthode de renforcement standardisée C I Renforcement sismique
► Chemisage métallique rempli par injection sous pression d’un mortier à matrice cimentaire à résistance élevée, à retrait compensé et à expansion contrôlée.
► Acier S235 de qualité JR ► Boulonnerie HR apte à la précontrainte (classe 8.8 ou
10.9)
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26 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Méthode de renforcement standardisée C I Renforcement sismique
Vue en perspective du bâtiment renforcé
Poteaux renforcés
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27 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Méthode de renforcement standardisée C I Renforcement sismique
Modélisation de la section renforcée
0,40
m
0,32 m
Chemisage acier S235
Mortier de C60/75
Section existante du poteau
Eléments multifibres - Poteaux renforcés
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ST
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28 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Analyse en poussée progressive C I Renforcement sismique
Courbe de capacité et courbe de capacité idéalisée Vidic-Fajfar-Fischinger [1994], Fajfar-Gaspersic [1996]
Facteur de conformité : 0,104 / Effort total à la base maximal : 757 kN
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29 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Analyse en poussée progressive C I Renforcement sismique
Courbe de capacité et courbe de capacité idéalisée avant et après renforcement
Facteur de conformité : 0,033-0,104 / Effort total à la base maximal : 289 - 757 kN
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30 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Analyse en poussée progressive C I Renforcement sismique
Spectre élastique, spectre anélastique et spectre de capacité Vidic-Fajfar-Fischinger [1994], Fajfar-Gaspersic [1996]
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31 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Rotation de corde ultime (approche théorique) C I Renforcement sismique
Modèle de confinement
MANDER J.B., PRIESTLEY M.J.N. et PARK R.
0,391 0,0134 0,1626 0,0150 0,0549 0,0699
Article A.3.2.2 (8)b) de la NF EN 1998-3 0,343 0,0134 0,0697 0,0150 0,0485 0,0635
Article 3.1.9(2) de la NF EN 1992-1-1 0,754 0,0134 0,0547 0,0150 0,0946 0,1096
Modèle de confinement
Avant renforcement Après renforcement MANDER J.B., PRIESTLEY M.J.N. et PARK R. 0,0465 0,0699 (+50%)
Article A.3.2.2 (8)b) de la NF EN 1998-3 0,0362 0,0635 (+75%)
Article 3.1.9(2) de la NF EN 1992-1-1 0,0443 0,1096 (+147%)
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32 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Rotation de corde ultime (approche théorique) C I Renforcement sismique
Rotation de corde de calcul avant et après renforcement
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33 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Comparaison des résultats SEISMOSTRUCT – LS-DYNA ► Modélisation LS-DYNA ► Analyse en poussée progressive LS-
DYNA ► Résultats LS-DYNA ► Résultats SEISMOSTRUCT
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34 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Modélisation de la structure avec LS-DYNA D I Comparaison des résultats SEISMOSTRUCT – LS-DYNA
► Premier modèle (modèle précis)
Modélisation des éléments béton comme élément «Solide» et des armatures comme élément «Bar»
Estimation de la durée de calcul : 9405 heures
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35 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Modélisation de la structure avec LS-DYNA D I Comparaison des résultats SEISMOSTRUCT – LS-DYNA
► Deuxième modèle (dalle rigide)
Modélisation des éléments poutres et poteaux comme élément «solide», la dalle comme élément «coque» (matériau rigide) et les armatures comme élément «Bar». Durée effective de calcul : 7 heures 53 min
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36 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Modélisation de la structure en LS-DYNA D I Comparaison des résultats SEISMOSTRUCT – LS-DYNA
► Deuxième modèle (dalle rigide)
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37 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Modélisation de la structure avec LS-DYNA D I Comparaison des résultats SEISMOSTRUCT – LS-DYNA
► Troisième modèle (Déplacement identiques)
Durée effective de calcul: 6 h 26 min
Modélisation des éléments poutres et poteaux comme élément «solide», les armatures comme élément «bar» et l’effet de la dalle sur la structure est introduit en contraignant les têtes de poteaux pour chaque étage à se déplacer de manière identique.
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38 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Modélisation de la structure avec LS-DYNA D I Comparaison des résultats SEISMOSTRUCT – LS-DYNA
Matériaux : Béton : matériau non-linéaire CSCM_CONCRETE Armatures : matériau non-linéaire PLASTIC_KINEMATIC Liaison béton-armatures : Constrained_LANGRAGE_IN_SOLID
Autres données : Identique aux données SEISMOSTRUCT
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39 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Résultats LS-DYNA D I Comparaison des résultats SEISMOSTRUCT – LS-DYNA
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40 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Résultats LS-DYNA D I Comparaison des résultats SEISMOSTRUCT – LS-DYNA
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41 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Résultats SEISMOSTRUCT D I Comparaison des résultats SEISMOSTRUCT – LS-DYNA
Durée effective du calcul : 28 sec
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42 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Comparaison LS-DYNA / SEISMOSTRUCT D I Comparaison des résultats SEISMOSTRUCT – LS-DYNA
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43 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
Conclusions
► Points forts:
> Nous avons défini une méthode d’évaluation au séisme applicable aux bâtiments existants dans l'état non renforcé et renforcé basée sur la NF EN 1998-3.
> Simplicité de mise en ouvre des renforcements (travaux légers et procédé industrialisable)
► Points faibles:
> La méthode théorique développée pour l'état renforcé doit
être approfondie validée par l’expérimentation.
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44 Renforcement sismique d’établissements scolaires aux Antilles 30/ 08 / 2013
MERCI