Dimensionnement des structures en béton > Les Eurocodes

Présentation générale des Eurocodes

Les Eurocodes sont des normes européennes de conception et de calcul des bâtiments et des structures de génie civil. Elles ont pour objet d’harmoniser les règles de conception et de calcul au sein des différents états européens – membres de l’Union Européenne (UE) et de l’association européenne de libre-échange (AELE) – et de contribuer ainsi à la création du marché unique de la construction (ouverture du marché européen aux entreprises et aux bureaux d’ingénierie) et au renforcement de la compétitivité de l’ingénierie européenne.



Ces normes européennes forment un ensemble cohérent et homogène de règles techniques. Elles constituent un langage commun pour tous les concepteurs européens, bénéficiant des connaissances les plus récentes.



Elles font appel à une approche semi-probabiliste de sécurité des constructions (méthode des coefficients partiels) avec des méthodes de dimensionnement fondées sur le concept des états limites (états limites de service et états limites ultimes). Elles s’appliquent aux différents matériaux (béton, acier, bois, etc.) et aux différents types de construction (bâtiments, ponts, silos, etc.).

L’approche semi-probabiliste consiste à définir les valeurs des actions à prendre en compte en fonction de leur occurrence pendant une certaine période. Cette période est respectivement de 50 ans, 475 ans et 1000 ans pour les actions climatiques, les séismes et le trafic.

Elles fournissent une série de méthodes et de règles techniques communes à tous les pays européens pour calculer la stabilité, la résistance mécanique et la sécurité incendie des éléments ayant une fonction structurelle dans un ouvrage de construction. Elles concernent les ouvrages neufs uniquement.

Elles harmonisent les « codes de calcul » des différents états membres et remplaceront à terme les règles en vigueur dans chacun de ces états.

Elles sont basées sur des principes fondamentaux :

• sécurité;
• durabilité;
• robustesse des constructions ;
• aptitude au service;
• fiabilité.

La sécurité structurale est l’aptitude d’une structure à assurer la sécurité des personnes à l’égard des risques d’origine structurale.



La durabilité structurale est l’aptitude d’une structure à rester fiable pendant une durée d’utilisation conventionnelle.

La structure doit être conçue de telle sorte que sa détérioration, pendant la durée d’utilisation de projet, n’abaisse pas ses performances en dessous de celles escomptées, compte tenu de l’environnement et du niveau de maintenance escompté.

Les normes « Eurocode » instaurent un véritable système normatif performantiel fondé sur des concepts scientifiques cohérents qui est un gage d’optimisation des matériaux et de pérennité des ouvrages.

Les normes « Eurocode » permettent une optimisation de la durabilité des structures. Elles supposent que :

• le choix du système structural et le projet de structure sont réalisés par un personnel suffisamment qualifié et expérimenté;
• l’exécution est confiée à un personnel suffisamment compétent et expérimenté;
• une surveillance et une maîtrise de la qualité adéquates sont assurées au cours de la réalisation, dans les bureaux d’études, les usines, les entreprises et sur le chantier ;
• les matériaux utilisés sont conformes aux normes appropriées ;
• la structure bénéficiera de la maintenance adéquate;
• l’utilisation de la structure sera conforme aux hypothèses admises dans le projet.

Les Eurocodes constituent un ensemble de 58 normes regroupées en 10 groupes de normes (NF EN 1990 à NF EN 1999) :

• NF EN 1990 Eurocode 0: bases de calcul des structures
• NF EN 1991 Eurocode 1: actions sur les structures
• NF EN 1992 Eurocode 2: calcul des structures en béton
• NF EN 1993 Eurocode 3: calcul des structures en acier
• NF EN 1994 Eurocode 4: calcul des structures mixtes acier-béton
• NF EN 1995 Eurocode 5: calcul des structures en bois
• NF EN 1996 Eurocode 6: calcul des structures en maçonnerie
• NF EN 1997 Eurocode 7: calcul géotechnique
• NF EN 1998 Eurocode 8: calcul des structures pour leur résistance aux séismes
• NF EN 1999 Eurocode 9: calcul des structures en alliages d’aluminium

Les différents articles des normes « Eurocode » se décomposent en deux principales catégories.

Les Principes
Les Principes (P) sont des énoncés d’ordre général et des définitions ou des prescriptions qui ne comportent pas d’alternative et qui sont des bases pour garantir les niveaux de performances structurales.

Les Règles d'application
Les Règles d’application sont conformes aux principes. Il est possible d’utiliser d’autres règles sous réserve de démontrer leur conformité aux principes.

Les Eurocodes définissent des exigences fondamentales pour atteindre des niveaux de performance appropriés en matière de fiabilité des constructions dont les quatre composantes sont :

• la sécurité structurale pour les personnes et les animaux domestiques ;
• l’aptitude au service, fonctionnement, confort…
• la robustesse en cas de situations accidentelles ;
• la durabilité, compte tenu des conditions environnementales.

Le calcul de la résistance mécanique et de la résistance au feu des ouvrages en béton s’effectue à partir des Eurocodes NF EN 1992-1-1 et NF EN 1992-1-2.

Transposition nationale des Eurocodes

Les normes européennes « Eurocode » ne peuvent être utilisées dans chaque pays qu’après transposition en normes nationales. Elles sont complétées par une Annexe Nationale (AN).

Dans chaque pays, l’Annexe Nationale définit les conditions d’application de la norme européenne. Elle permet de tenir compte des particularités géographiques, géologiques ou climatiques ainsi que des niveaux de protection spécifiques à chaque pays. En effet, le choix des niveaux de fiabilité et de sécurité des projets est une prérogative des États. Les Eurocodes offrent la souplesse nécessaire pour que des modulations puissent être effectuées au niveau de clauses bien identifiées afin de les adapter aux contextes nationaux.

Les normes nationales transposant les Eurocodes comprennent la totalité du texte des Eurocodes (toutes annexes incluses), tel que publié par le CEN; ce texte est précédé d’une page nationale de titres et par un Avant-Propos national, et suivi d’une Annexe Nationale.

L’Annexe Nationale contient en particulier des informations sur les paramètres laissés en attente dans l’Eurocode pour choix national, sous la désignation de Paramètres Déterminés au Niveau National (NDP), il s’agit :

• de valeurs et/ou des classes là où des alternatives figurent dans l’Eurocode ;
• de valeurs à utiliser là où seul un symbole est donné dans l’Eurocode;
• de données propres à un pays (géographiques, climatiques, etc.), par exemple carte de neige, carte de gel ;
• de la procédure à utiliser là où des procédures alternatives sont données dans l’Eurocode ;
• des décisions sur l’usage des annexes informatives ;
• des références à des informations complémentaires pour aider l’utilisateur à appliquer l’Eurocode.

Eurocode 0

L’Eurocode 0 (norme NF EN 1990 – « Bases de calcul des structures ») décrit les principes et les exigences pour la sécurité, l’aptitude au service et la durabilité des structures et définit les bases pour le dimensionnement des structures.

Le dimensionnement d’une structure est associé à la notion de durée d’utilisation de projet (durée pendant laquelle la structure ou une de ses parties est censée pouvoir être utilisée comme prévu en faisant l’objet de la maintenance escomptée, mais sans qu’il soit nécessaire d’effectuer des réparations majeures) et de fiabilité (capacité d’une structure ou d’un élément structural à satisfaire aux exigences spécifiées, pour lesquelles il ou elle a été conçu(e).

La fiabilité de la structure suppose un dimensionnement conforme aux normes « Eurocode » et la mise en oeuvre de mesures appropriées en matière d’exécution et de gestion de la qualité. Elle s’exprime en terme de probabilité.

La maintenance couvre l’ensemble des opérations effectuées pendant la durée d’utilisation de la structure, afin de lui permettre de satisfaire aux exigences de fiabilité.



=> Proporiétés des matériaux
Les propriétés des matériaux ou des produits sont représentées par des valeurs caractéristiques (valeur de la propriété ayant une probabilité donnée de ne pas être atteinte lors d’une hypothétique série d’essais illimitée).

Les valeurs caractéristiques correspondent aux fractiles 5 % (valeur inférieure) et 95 % (valeur supérieure) pour les paramètres de résistance et à la valeur moyenne pour les paramètres de rigidité. Par exemple pour le béton, on distingue deux grandeurs pour la résistance en traction :



=> Classification des actions (section 4)
Les actions sont :

• un ensemble de forces ou de charges appliquées à la structure (action directe) ;
• un ensemble de déformations ou d’accélérations imposées, résultant par exemple de variations de température, de tassements différentiels ou de tremblement de terre (action indirecte).

Elles se traduisent sur les éléments structuraux par des efforts internes, moments, contraintes, ou sur l’ensemble de la structure par des flèches ou des rotations.

Les actions sont classées en fonction de leur variation dans le temps, en quatre catégories :

• les actions permanentes (G), par exemple le poids propre des structures, des éléments non structuraux (revêtements de sols, plafonds suspendus…), équipements fixes (ascenseur, équipements électriques…) et revêtements de chaussée, et les actions indirectes (provoquées par un retrait et des tassements différentiels) et les actions de la précontrainte;
• les actions variables (Q), par exemple les charges d’exploitation sur planchers, poutres et toits des bâtiments, les actions du vent, les charges de la neige, les charges de trafic routier ;
• les actions accidentelles (Ad), par exemple les explosions ou les chocs de véhicules ;
• les actions sismiques (Aed).

Les actions sont également classées :

• selon leur origine, comme directes ou indirectes ;
• selon leur variation spatiale, comme fixes ou libres;
• ou, selon leur nature, comme statiques ou dynamiques.

On distingue ainsi :

• les actions statiques (neige, charges de mobilier)
• les actions dynamiques (trafic, vent, séisme, choc).

L’Eurocode 0 fixe les coefficients de sécurité partiels applicables aux actions (γ_g pour les actions permanentes, γ_Q pour les actions variables) et définit les combinaisons d’actions. Une structure est soumise à un grand nombre d’actions qui doivent être combinées entre elles.

La probabilité d’occurrence simultanée d’actions indépendantes peut être très variable selon leur nature. Il est donc nécessaire de définir les combinaisons d’actions dans lesquelles, à la valeur caractéristique d’une action dite de base, s’ajoutent des valeurs caractéristiques minorées d’autres actions.

Les combinaisons d’actions sont définies pour des situations de projets, que la structure va rencontrer tant en phase d’exécution que d’exploitation ou de maintenance: situations de projets durables (correspondant à des conditions normales d’utilisation), transitoires (correspondant à des situations temporaires telles que l’exécution), accidentelles (incendie, chocs) ou sismiques (tremblement de terre).

Les combinaisons d’actions considérées doivent tenir compte des cas de charges pertinents, permettant l’établissement des conditions de dimensionnement déterminantes dans toutes les sections de la structure ou une partie de celle-ci.

=> Principes du calcul aux états limites (section 3)
La méthode de calcul « aux états limites » se fonde sur une approche semi-probabiliste de la sécurité. Ce type de calcul permet de dimensionner une structure de manière à offrir une probabilité acceptable ne pas atteindre un « état limite », qui la rendrait impropre à sa destination. Cette définition conduit à considérer les familles d’états limites, telles que les États Limites de Service, les États Limites Ultimes.

Un ouvrage doit présenter durant toute sa durée d’exploitation des sécurités appropriées vis-à-vis :

• de sa ruine ou de celle de l’un de ses éléments ;
• d’un comportement en service pouvant affecter sa durabilité, son aspect ou le confort des usagers.

La vérification des structures se fait par le calcul aux états limites. On distingue deux états limites :

• ELS: États Limites de Service;
• ELU: États Limites Ultimes.

La méthode de calcul « aux états limites » applique des coefficients de sécurité partiels d’une part aux résistances et d’autre part aux actions (et donc aux sollicitations). Les vérifications doivent être faites pour toutes les situations de projet et tous les cas de charges appropriés.

La notion d’État Limite se traduit essentiellement au niveau des critères de calcul par des coefficients partiels de sécurité afin de traiter les différentes incertitudes liées aux propriétés des matériaux et à la réalisation de l’ouvrage.



=> Analyse structurale (section 5)
L’analyse structurale permet de déterminer la distribution, soit des sollicitations, soit des contraintes, déformations et déplacements de l’ensemble ou d’une partie de la structure. Elle permet d’identifier les sollicitations aux divers états limites dans les éléments ou les sections de la structure.

La géométrie est habituellementmodélisée en considérant que la structure est constituée d’éléments linéaires, d’éléments plans et, occasionnellement, de coques. Le calcul doit prendre en considération la géométrie, les propriétés de la structure et son comportement à chaque stade de sa construction.

Les éléments d’une structure sont classés, selon leur nature et leur fonction, en poutres, poteaux, dalles, voiles, plaques, arcs, coques, etc.

Les modèles de comportement couramment utilisés pour l’analyse sont :

• comportement élastique linéaire; l’analyse linéaire basée sur la théorie de l’élasticité est utilisable pour les états limites ultimes et les états limites de service en supposant des sections non fissurées, un diagramme contrainte-déformation linéaire et des valeurs moyennes des modules d’élasticité;
• comportement élastique linéaire avec distribution limitée;
• comportement plastique, incluant notamment la modélisation par bielles et tirants ;
• comportement non linéaire.

=> Vérification par la méthode des coefficients partiels (section 6)
La vérification consiste à s’assurer qu’aucun état limite n’est dépassé.

=> Combinaisons d'actions
L’annexe A1: « Application pour les bâtiments » fournit les règles pour établir les combinaisons d’actions pour les bâtiments.

Pour les ELU expressions 6.10 à 6.12 b :

• combinaisons fondamentales : 6.10 – 6.10 a/b pour situations de projet durables ou transitoires
• combinaisons accidentelles : 6.11 pour situations de projet accidentelles
• combinaisons sismiques : 6.12 pour situations de projet sismiques

Pour les ELS expressions 6.14 à 6.16 b

Exemples de combinaisons :

Eurocode 1

L’Eurocode 1 (norme NF EN 1991) traite des actions pour le calcul des structures. Il est composé de dix normes :

• NF EN 1991-1-1: actions générales – poids volumiques, poids propres, charges d’exploitation les bâtiments
• NF EN 1991-1-2: actions générales – actions sur les structures exposées au feu
• NF EN 1991-1-3: actions générales – charges de neige
• NF EN 1991-1-4: actions générales – charges du vent
• NF EN 1991-1-5: actions générales – actions thermiques
• NF EN 1991-1-6: actions générales – actions en cours d’exécution
• NF EN 1991-1-7: actions générales – actions accidentelles
• NF EN 1991-2: actions sur les ponts dues au trafic
• NF EN 1991-3: actions induites par les grues et les ponts roulants
• NF EN 1991-4: silos et réservoirs

Ces normes définissent les actions pour la conception structurale des bâtiments et des ouvrages de génie civil, en particulier :

• les poids volumiques des matériaux de construction et des matériaux stockés ;
• le poids propre des éléments de construction;
• les charges d’exploitation (uniformément répartie ou ponctuelle) à prendre en compte pour les bâtiments et les ponts.

Les Annexes Nationales précisent les actions à appliquer sur le territoire français telles que par exemple les charges de neige et des charges spécifiques d’exploitation.



=> Charges d’exploitation des bâtiments: (section 6)
La section 6 donne des valeurs caractéristiques des charges d’exploitation pour les planchers et les couvertures ; ces valeurs sont définies en fonction de la catégorie d’usage des bâtiments.

• A – Lieux de vie domestique: habitation et résidentiel.
• B – Lieux de travail de bureau: bureaux.
• C – Lieux de réunions : salles de réunion, de spectacles, de sport, etc.
• D – Aires de commerces : boutiques et grandes surfaces de ventes.
• E – Aires de stockage: entrepôts et archives et locaux industriels.
• F – Surfaces de stationnement et de circulation automobiles dans les bâtiments : garages et aires de circulation.
• G – Surfaces de stationnement et de circulation de camions moyens dans les bâtiments : garages et aires de circulation.
• H – Surfaces de toitures inaccessibles.
• I – Surfaces de toitures accessibles.
• K – Hélistations.