L’EUROCODE 2
1 Présentation générale de l'Eurocode 2
La norme de base pour le calcul des structures en béton est l’EUROCODE 2
(norme NF EN 1992 – calcul des structures en béton).
L’EUROCODE 2 comprend quatre normes permettant de concevoir et dimensionner les structures et les éléments structuraux des constructions en béton (bâtiments, ponts, silos et réservoirs…) et ou de vérifier les propriétés mécaniques des éléments structuraux préfabriqués en béton.
- NF EN 1992-1-1 : Règles générales et règles pour les bâtiments
- NF EN 1992-1-2 : Règles générales – Calcul du comportement au feu
- NF EN 1992-2 : Ponts – Calcul et dispositions constructives
- NF EN 1992-3 : Silos et réservoirs
Ces normes permettent le calcul des bâtiments et des ouvrages de génie civil en béton non armé, en béton armé ou en béton précontraint.
Elles traitent, en conformité avec l’EUROCODE 0, des principes et des exigences pour la résistance mécanique, la sécurité, l’aptitude au service, la durabilité et la résistance au feu des structures en béton.
Comme toutes les normes EUROCODES, leur application sur le territoire français ne peut se faire qu’en concomitance avec leurs annexes nationales.
Elles remplacent en concentrant en un texte unique les règles de calcul du béton armé (BAEL – Béton Armé aux Etats Limites) et du béton précontraint (BPEL – Béton Précontraint aux Etats Limites).
Elles ne révolutionnent pas les calculs du béton armé ou précontraint, car on y retrouve tous les principes fondamentaux du BAEL et du BPEL. Elles n’introduisent pas de modification de la méthodologie générale de calcul mais font appel à quelques méthodes de calcul nouvelles. Elles offrent au concepteur une plus grande liberté de conception.
NOTA :
Les autres exigences, telles que celles relatives aux isolations thermiques et acoustiques, par exemple, ne sont pas traitées dans les EUROCODES.
2 l'Eurocode 2 partie 1.2 : Règles générales et règles pour les bâtiments
Bases de calcul (section 2)
La section 2 précise que les exigences de base de la norme NF EN 1990 doivent être respectées et que les actions doivent être définies conformément à la série des normes NF EN 1991. Elle explique en particulier comment prendre en compte les effets du retrait, du fluage de la précontrainte et des tassements différentiels.
Elle donne les coefficients partiels relatifs aux matériaux à prendre en compte pour le calcul aux états limites ultimes.
Matériaux (section 3)
La section 3 regroupe les données relatives aux matériaux. Les propriétés des matériaux sont représentées par des valeurs caractéristiques :
résistance, diagramme contrainte-deformation, déformations limites.
NOTA :
L’EUROCODE NF EN 1990 préconise de définir la valeur caractéristique d’une propriété de matériau par le fractile 5 % lorsqu’une valeur « basse » est défavorable (cas général), et par le fractile 95 % lorsqu’une valeur « haute » est défavorable.
Aciers passifs
Les armatures sont conformes à la norme EN 10080. Leurs propriétés sont définies dans l’annexe normative C. La gamme de limite d’élasticité est comprise entre 400 et 600 MPa. Les armatures autorisées sont toutes à haute adhérence et spécifiées selon trois classes de ductilité A, B ou C.
Aciers de précontrainte
La norme EN 10138 donne les caractéristiques des armatures de précontrainte.
Les dispositifs de précontrainte doivent être conformes à l’Agrément Technique Européen du procédé.
Durabilité et enrobage des armatures (section 4)
L’article 4.2 de la section 4 reprend les classes d’exposition définies dans la norme NF EN 206-1. Cette classification est fonction des actions environnementales auxquelles sont soumis l’ouvrage ou les parties d’ouvrages.
Les exigences relatives à la durabilité (article 4.3) sont basées sur la mise en œuvre de dispositions appropriées afin de protéger chaque partie d’ouvrage des actions environnementales. Ces dispositions sont à prendre tout au long du cycle de conception jusqu’à la réalisation de l’ouvrage, en passant par le choix des matériaux, des dispositions constructives, des procédures de maîtrise de la qualité et de contrôles d’inspection.
L’article 4.4 décrit les règles de détermination de l’enrobage nominal du béton.
Les recommandations de l'EUROCODE 2 en matière d'enrobage des bétons de structures sont novatrices. Elles visent, en conformité avec la norme NF EN 206-1 et les normes des produits préfabriqués, à optimiser de manière pertinente la durabilité des ouvrages.
Analyse structurale (section 5)
La section 5 présente les principes de modélisation de la structure qui est constituée d’éléments linéaires ou plans (poutre, dalles, poteaux, voiles).
L’analyse structurale a pour objet de déterminer la distribution soit des sollicitations, soit des contraintes, déformations et déplacements de l’ensemble ou d’une partie de la structure (Article 5.1.1).
Si nécessaire, une analyse locale complémentaire doit être effectuée.
La détermination des sollicitations et des déformations ou l’analyse des vérifications peut être basée sur un modèle de comportement :
- Linéaire élastique (sollicitations proportionnelles aux actions) ;
- Linéaire avec redistribution limitée des moments (pour les vérifications à l’ELU) ;
- Plastique ;
- Non linéaire ;
- Faisant appel à une décomposition en bielles et en tirants.
NOTA :
*L’analyse linéaire peut être utilisée pour la détermination des sollicitations, moyennant les hypothèses suivantes :
- sections non fissurées,
- relations contrainte-déformation linéaires,
- valeurs moyennes du module d’élasticité.
La méthode des bielles et tirants définit différents types de bielles, les tirants, les divers types de nœuds pouvant les relier et permet de calculer les efforts et les armatures correspondantes.
L’instabilité des éléments principalement comprimés est abordée via des méthodes de vérifications spécifiques.
États limites ultimes (section 6)
Les États Limites Ultimes (ELU) concernent la sécurité des personnes, de la structure et des biens. Ils incluent éventuellement les états précédant un effondrement ou une rupture de la structure.
Ils correspondent au maximum de la capacité portante de l’ouvrage ou d’un de ses éléments par :
- perte d’équilibre statique,
- rupture ou déformation plastique excessive,
- instabilité de forme (flambement …).
Les vérifications aux états limites ultimes portent sur :
- la flexion
- l’effort tranchant
- la torsion
- le poinçonnement
- la fatigue
- la stabilité
Le dimensionnement aux ELU selon la modélisation bielle-tirant est également abordé.
La norme NF EN 1990 définit 4 catégories d’État Limite Ultime :
- EQU : Perte d’équilibre statique de la structure ou d’une partie
- STR : Défaillance ou déformation excessive d’éléments structuraux
- GEO : Défaillance due au sol
- FAT : Défaillance de la structure ou d’éléments de la structure due à la fatigue.
États limites de service (section 7)
La section 7 est consacrée aux États Limites de Service (ELS).
Les états limites de service sont associés à des états de la structure, ou de certaines de ses parties, lui causant des dommages limités mais rendant son usage impossible selon les exigences définies lors de la conception (exigences de fonctionnement, de confort pour les usagers ou d’aspect). Ils sont définis en tenant compte des conditions d’exploitation ou de durabilité de la construction.
- Les États Limites de Service courants concernent :
- La limitation des contraintes
- La maîtrise de la fissuration
- La limitation des flèches
- 3 types de combinaisons d’actions sont à prendre en compte :
- Combinaisons caractéristiques
- Combinaisons fréquentes
- Combinaisons quasi-permanentes
Les vérifications consistent à s’assurer que la valeur de calcul de l’effet des actions est inférieure à la valeur limite de calcul du critère d’aptitude au service considéré.
- La contrainte de compression dans le béton peut être limitée afin d’éviter les fissures longitudinales ou les micro-fissures. (« Il peut être pertinent de limiter les contraintes de compression Art. 7.2 (2) ». Ce n’est pas une obligation).
- Les contraintes de traction dans les armatures sont limitées afin d’éviter des fissurations ou des déformations inacceptables.
Maîtrise de la fissuration :
- Un enrobage convenable n’est pas la seule condition pour assurer la protection des armatures contre la corrosion. Il faut aussi limiter la fissuration du béton. La fissuration est limitée afin de ne pas porter préjudice au bon fonctionnement ou à la durabilité de la structure ou encore rende son aspect inacceptable.
Les articles 7.3.3 et 7.3.4 formulent les prescriptions visant à maîtriser la fissuration. Soit par le calcul de l’ouverture des fissures (Art. 7.4), soit par l’utilisation de tables. Une quantité minimale d’armature (As,min) est nécessaire pour maîtriser la fissuration dans les zones soumises à des contraintes de traction.
Limitation des flèches :
Des valeurs limites appropriées des flèches sont fixées, en tenant compte de la nature de l’ouvrage, de ses aménagements et de sa destination.
La déformation d’un élément ou d’une structure ne doit pas être préjudiciable à son fonctionnement ou son aspect. Il convient de limiter les déformations aux valeurs compatibles avec les déformations des autres éléments liés à la structure tels que par exemple les cloisons, les carrelages, les vitrages, les bardages.
Dispositions constructives relatives aux armatures de béton armé et de précontrainte (section 8)
La section 8 donne les règles pratiques nécessaires à la réalisation des plans d’exécution. Elle traite les exigences relatives à la possibilité de bétonnage correct et définit les distances minimales des armatures permettant la transmission des forces d’adhérence.
Elle précise les règles pour la détermination des :
- Espacements horizontaux et verticaux des armatures
- Diamètres des mandrins de cintrage des barres
- Ancrages, des armatures longitudinales et des armatures d’effort tranchant
- Recouvrements, des barres, des treillis et des paquets de barres
- Ancrages des armatures de précontrainte par prétension
- Disposition des armatures et des gaines de précontrainte
- Dispositifs de paquets de barres
- Zones d’ancrage de précontrainte.
Dispositions constructives relatives aux éléments et règles particulières (section 9)
La section 9 précise quelques règles complémentaires relatives aux pourcentages minimaux d’armatures, aux espacements minimaux des barres. Elles sont classées par éléments structuraux : poteaux, poutres, dalles pleines, voiles, poutres-cloisons, planchers-dalles et fondations.
Elle précise aussi les règles relatives aux chaînages et les règles d’arrêt des armatures longitudinales tendues. « L’épure d’arrêt des barres » permet de prévoir le ferraillage suffisant pour résister à l’enveloppe des efforts de traction en prenant en compte les résistances des armatures dans leur longueur d’ancrage.
Règles additionnelles pour les éléments et les structures préfabriquées en béton (section 10)
La section 10 expose les effets des traitements thermiques sur les caractéristiques des bétons (résistance, fluage et retrait), sur la relaxation des aciers et sur les pertes par relaxation.
Elle précise aussi des dispositions constructives spécifiques et des règles de conception concernant les assemblages et les joints.
Structures en béton de granulats légers (section 11)
La section 11 regroupe toutes les spécificités relatives aux structures en béton de granulats légers.
Structures en béton armé ou faiblement armé (section 12)
La section 12 fournit des règles complémentaires pour les structures en béton non armé ou lorsque le ferraillage mis en place est inférieur au minimum requis pour le béton armé.
3 l'Eurocode 2 Partie 1-2 : Calcul du comportement au feu
L’EUROCODE 2 partie 1-2 « Règles générales - calcul du comportement au feu » précise les principes, les exigences et les règles de dimensionnement des bâtiments exposés au feu.
Cette norme concerne les aspects spécifiques de la protection incendie passive des structures et de parties de structures.
Elle traite du calcul des structures en béton en situation accidentelle d’exposition au feu ; elle est utilisée conjointement avec les normes NF EN 1992-1-1 et NF EN 1991-1-2. Elle précise uniquement les différences, ou les éléments supplémentaires, par rapport au calcul aux températures normales.
Les structures en béton soumises à une exigence de résistance mécanique sous condition d’incendie, doivent être conçues et réalisées de telle sorte qu’elles puissent maintenir leur fonction porteuse pendant l’exposition au feu en évitant une ruine prématurée de la structure et en limitant l’extension du feu.
Elle propose trois méthodes de vérification de la résistance au feu des structures :
- la méthode tabulée,
- la méthode simplifiée,
- la méthode avancée.
Eurocode 2 - Partie 2 : Ponts en béton
L'EUROCODE 2 partie 2 (NF EN 1992-2) définit les principes, les règles de conception et les dispositions spécifiques pour les ponts en béton non armé, en béton armé et en béton précontraint constitué de granulats de masse volumique traditionnelle ou légers en complément de ceux de la norme NF EN 1992-1-1.
Cette partie, dont le sommaire est identique à celui de la partie 1-1, ajoute les articles spécifiques aux ponts, soit en les réécrivant, soit en les complétant par un nouvel article. Les articles inchangés ne sont pas repris.
Elle précise - section 4 article 4.2 - les exigences sur les conditions d'environnement, en particulier, relatives aux classes d'exposition pour les surfaces de béton protégées par une étanchéité ou exposées aux agressions des sels de déverglaçage. Ces exigences ont été complétées dans l'Annexe Nationale Française :
La section 8 concerne les dispositions constructives relatives aux armatures de béton armé et de précontrainte.
L’annexe B détaille plus précisément le calcul des déformations dues au fluage et au retrait.
Eurocode 2 – Partie 3 : Silos et réservoirs
L’EUROCODE 2, partie 3 « Silos et Réservoirs » présente les règles complémentaires à l’EUROCODE 2 partie 1-1 pour le calcul des structures en béton non armé, en béton armé et en béton précontraint, destinées à contenir des liquides ou stocker des produits granulaires ou pulvérulents. Elle est utilisée conjointement avec la norme NF EN 1991, partie 4.