ISO 2394:1986
(Main)General principles on reliability for structures
General principles on reliability for structures
Principes généraux de la fiabilité des constructions
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6
International Standard @ 2394
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANOAROIZATION*ME)YHAPO~HAfl OPTAHM3AUMR no CTAHLlAPTH3AUMM.ORGANlSATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
General principles on reliability for structures
1
Principes généraux de /a fiabilité des constructions
Second edition - 1986-10-15
Ref. No. IS0 2394-1986 (E)
UDC 624.042 : 351.785
'E -
Descriptors : civil engineering, buildings, structures, reliability, safety, quality control.
' 8 -
Price based on 18 pages
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Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national standards bodies (IS0 member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through IS0 technical committees. Each member
body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the IS0 Council. They are approved in accordance with IS0 procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard IS0 2394 was prepared by Technical Committee ISO/TC 98,
Bases for design of structures.
This second edition cancels and replaces the first edition (IS0 2394-19731, of which it
constitutes a revision.
Users should note that all International Standards undergo revision from time to time
and that any reference made herein to any other International Standard implies its
latest edition, unless otherwise stated.
O International Organization for Standardization, 1986
Printed in Switzerland
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IS0 2394-1986 (E)
Contents Page
O Introduction. . . 1
1 Scope and field of application . . 1
2 General requirements and conditions. . . 1
3 Principles of limit state design . . 3
4 Basic variables . . 5
5 Analyses, calculations and testing . 6
6 Design format of partial coefficients. . 6
7 Quality control . . 10
Annexes
A Examples of permanent, variable and accidental actions . 12
B Example of a first order probabilistic method . 13
...
III
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IS0 2394-1986 (E)
INTERNATIONAL STANDARD
General principles on reliability for structures
O Introduction The general principles are applicable to the design of complete
structures (buildings, bridges, industrial structures, etc.), the
This International Standard constitutes a common basis for structural elements making up the structure and the founda-
defining rules for design relevant to the construction and use of
tions.
k.
all building and civil engineering works whatever the nature or
combination of the materials used, for example, concrete,
This International Standard is applicable also to the successive
steel, wood, brick, etc. However, their application to each type
stages in construction, namely the fabrication of structural
of material will require specific adaptation to ensure a level of
elements, the transport and handling of the structural
reliability which, as far as possible, is consistent with the objec-
elements, their erection and all work on site, and the use of the
tives of the code drafting committees for each material. structure during its intended life.
NOTE - This International Standard is intended to serve as a basis for Generally, the principles are also applicable to the redesign of
those committees responsible for the task of preparing national stan-
existing structures when they are in the course of being
dards or codes of practice in accordance with the conditions, both
repaired or reconstructed.
technical and economic, in each particular country and which take into
account the nature and type of structure, the properties of the
materials during the intended life, with defined conditions of use. It will
2 General requirements and conditions
also provide a common basis for other International Standards dealing
with loadbearing structures.
2.1 Fundamental requirements
However, to allow continuing development of practice in different
countries, the national standards or codes of practice may be simplified
Structures and structural elements should be designed and
or more detailed by comparison with this International Standard.
constructed so that they are suited to their intended use. The
structures should normally be designed SO that they are not
It is important to recognise that structural safety is an overall
subsequently damaged disproportionately to the original cause,
concept comprising models for describing actions, design
which implies a certain degree of robustness. In particular they
rules, safety elements, workmanship, quality control pro-
should, with appropriate degrees of reliability, fulfil the follow-
cedures and national requirements all of which are mutually
ing performance requirements :
dependent.
a) They should withstand all normal actions imposed upon
The modification of one factor in isolation could therefore
them during their construction and anticipated use.
disturb the balance of safety inherent in the overall concept.
b) They should, in general, retain sufficient integrity to
it is important that withstand local failures and specified accidental events such
In making progress towards harmonization,
the modification of any one factor should be accompanied by a as explosions, fire and vehicular impact.
study of the implications involved in relation to the overall con-
c) Structures and structural elements should perform ade-
cept of safety.
quately under normal use.
These requirements should be fulfilled during the intended life
1 Scope and field of application
of the structures.
This International Standard specifies general principles for the
NOTE - This means that the durability of the structures in their work-
verification of reliability of structures subjected to known or
ing environment should be such that the deterioration of material
foreseeable types of actions.') Reliability is considered in re-
properties will not lead to an unacceptable probability of failure. Thus
lation to the performance of the structure throughout its in-
length of intended life should be attained with an acceptable level of
tended life.
maintenance.
The term "load" may be used instead of ''action". See note to 4.1.
1)
1
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IS0 2394-1986
E)
2.3 Hazards
A further requirement is that design solutions should be
economical in their utilization of materials, energy, financial
resources, manpower, space and time.
It is necessary to take into account hazardous circumstances
which alone or in combination with normal conditions could
NOTES cause the serviceability or ultimate limit state to be attained.
1 The term "failure" as used in this document refers to either inade-
quate safety or serviceability of the structure.
The hazards may occur due to
2 The first two requirements refer to the safety of structures whilst
the third requirement refers to their serviceability.
-
consequence of an error such as lack of information,
3 In the narrow sense implied by this document, the term "reliability"
omission, misunderstanding, etc. ;
is used to describe by probabilities that neither inadequate safety nor
inadequate serviceability will be encountered during the intended
-
effects of extreme loading arising from the environ-
service life. In a general sense, the reliability of a structure is its ability
ment (climatic influences, geotechnical conditions, etc. ).
to fulfil its design purpose for some specified time under the environ-
mental conditions encountered.
The measures taken to counter such hazards would basically
Safety, serviceability throughout the intended service life, and
consist of
durability are not simply functions of the design calculations
but are also dependent on the quality control exercised in
- avoiding the structural effects of the hazards by either
manufacture, the supervision on site and the manner in which
eliminating the source or by bypassing and overcoming
the structure is used and maintained.
them;
The choice of the various levels of reliability should take into ac-
-
designing for hazards [see 3.2.3b)l;
count the possible consequences of failure in terms of risk to
human life or injury, the potential economic losses and the
-
accepting the risk of failure due to the hazards and try-
degree of social inconvenience. It should also take into account
ing to minimize the consequences [see 3.2.3a)l.
the amount of expense and effort required to reduce the risk of
failure and should depend on the cause of failure.
If a specific hazard has to be considered it should be used to
NOTE - Thus, as an example, structures or structural parts may be
a design situation (see 3.2.2). This design situation will
define
classified according to the consequences of failure as follows :
normally be dominated by one hazardous occurrence which
could be combined with other normal conditions.
a) risk to life negligible and economic and/or social consequences
small or negligible;
b) risk to life exists, economic and/or social consequences con-
2.4 Design considerations
siderable ;
c) risk to life great, economic and/or social consequences very
In order that the properties of the completed structure should
great.
be consistent with the assumptions made during design, a
As a result of such a classification structures or structural parts could
number of conditions should be fulfilled.
be assigned to different safety classes for which the extent of the
measures taken to ensure safety, and possibly serviceability, differs.
2.4.1 Initial choice of structural system, material,
The consequences of a failure generally depend on the mode of
detailing and method of construction
failure, especially in those cases when the risk to human life or
injury exists. Thus a structure which fails suddenly without
With regard to safety, the choice of the structural system
warning should be designed for a higher level of reliability than
so that important parts of it are able to rnain-
one in which the failure is ductile (see 3.2.3). should be made
tain sufficient structural integrity during and after accidents.
Material, detailing and method of construction may also in-
fluence the structural integrity.
2.2 Use and environmental conditions
The influences arising from the intended use of the structure
2.4.2 Responsibilities
and the environmental conditions can be described as the
design situations associated with normal use of the structure.
For every foreseeable activity during the building process, as
NOTE - These influences and conditions can, for example, include well as for the interfaces between them, the responsibility
actions due to specified normal use combined with all foreseeable
should clearly be defined. It is important that the meaning and
environmental conditions which occur at the same time.
scope of their responsibility and task is known by all concerned.
This also refers to the transfer of information and documents.
These influences and conditions form a basis for the design of
the structure in the serviceability limit state and possibly in the
ultimate limit state. They should be used inter alia as
NOTE - Many causes of structural failures can be traced back to those
parameters for defining design situations (see 3.2.2).
situations where such responsibilities are not clearly defined.
2
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2.4.3 Measures against human mistake limit states beyond which the structure no longer satisfies the
design requirements.
The effects of human mistake should be eliminated to a
reasonable extent by taking such measures as :
NOTE - Limit states can be regarded as a discrete representation of a
a) improving conditions to the point that the occurrence more general and Often loss function'
of human mistakes may be reduced or avoided. This means,
The limit states are divided into the following two categories
for example, selection of qualified staff, improved com-
which, in turn, may be subdivided :
munications, precautionary measures against human
mistake, such as an adequate checking system :
a) the ultimate limit states which generally correspond to
the maximum load carrying capacity (safety related) ;
b) improving working procedures. Particularly the places
of work and their approach should be appropriately organ-
b) the serviceability limit states which correspond to the
ized. These conditions are also necessary for separation and
criteria governing function related normal use.
conservation.
3.1.2 Ultimate limit states correspond to, for example
NOTE - Experience indicates that structural failures are often due to
human mistake arising from the incorrect selection of a structural
- loss of static equilibrium of the structure, or of a part of
of a material, design and construction.
system, choice
the structure, considered as a rigid body (e.g. overturning),
2.4.4 Quality control
- rupture of critical sections of the structure caused by
exceeding the ultimate strength (in some cases reduced by
All steps in planning, design, construction and use of a struc-
k-
repeated loading) or the ultimate deformation of the
ture should be controlled to an extent which depends on the
material,
possible consequences of error and unfavourable deviations
-
and cost-effectiveness of control.
transformation of the structure into a mechanism (col-
lapse),
NOTE - Many cases of structural failures are caused by errors which
-
slip through undetected by those engaged in the building process. loss of stability (buckling, etc.).
tained do not agree with the original requirements.
- deformations which affect the efficient use or ap-
pearance of structural or non-structural elements,
NOTE - Control is treated in more detail in clause 7.
- excessive vibrations producing discomfort or affecting
2.4.5 Maintenance and repair
non-structural elements or equipment (especially if
resonance occurs),
Structures should be maintained in such a way that they can be
used during their intended life for the purpose for which they
- local damage (including cracking) which reduces the
were designed. When a structure has been damaged or has
durability of a structure or affects the efficiency or ap-
deteriorated to such an extent that its use would entail an unac-
pearance of structural or non-structural elements.
ceptable risk, then repairs should be undertaken.
NOTE - Under certain circumstances, demolition could be a better 3.1.4 To control serviceability limit states by design, it is often
'- solution than repair.
necessary to use one or more constraints (Cl which describe
acceptable deformations, accelerations, crack widths, etc.
Damage or deterioration may be discovered through inspec-
at regular intervals. The ef-
tion, which should be undertaken
NOTE - These constraints may be determined by statistical methods
fort to be undertaken in the maintenance should be specified
but are normally introduced into codes with deterministic values.
with regard to the importance and type of the actual structural
part, the conditions of use, knowledge of the durability of the
3.2 Design
material, environmental conditions, the protection against ex-
ternal actions and the cost of investigations.
3.2.1 General design requirements
Structural elements which are essential to the stability of a
structure should, as far as possible, be made accessible for in-
All relevant limit states should be considered in design. A
spection without the need for difficult or extensive dismantling
calculation model should be established for each specific limit
of the structure.
state; this model should incorporate all appropriate variables
and also allow for the uncertainties with respect to actions; the
of in-
response of the structure as a whole, the behaviour
3 Principles of limit state design
dividual elements and materials of the structure and the condi-
tions of the environment. Appropriate measures should be
3.1 Limit states
taken to avoid any mistakes in the design interpretation.
However, the design procedure should not be refined beyond a
3.1.1 The structural performance of a whole structure or part point that is compatible with the standard of workmanship
of it should be described with reference to a specified set of likely to be achieved.
3
t
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IS0 2394-1986 (E)
The principal load bearing system should be designed for ac-
The purpose of design calculations or prototype testing is to
cidental situations when certain hazards occur in such a way
keep the probability of a limit state being reached below a cer-
tain value prescribed for the type of structure in question. that the probability of damage disproportionate to the original
incident is sufficiently small (see 2.3).
To verify the reliability of the structural design, the format of
partial coefficients, described in clause 6, is generally recom- NOTE - This requirement may, for example, be achieved by
mended. However, for certain design problems, e.g. in the
a) designing the structure in such a way as to ensure that, should
case of dynamic analysis, direct reference to the respective
a single member fail, then neither the whole nor a significant part
design values may be more convenient.
would collapse immediately, thus allowing the necessary emergen-
cy measures - for example, evacuation of the building - to take
NOTE - Not all limit states can be verified exclusively by calculation. place;
This applies, for example, to limit states specified with regard to
b) ensuring (by design or by protective measures) that no essen-
chemical or biological attack or to the prevention of brittle failure.
tial load-bearing member can be made ineffective as a result of an
accident.
3.2.2 Design situations
In addition, the structure should have adequate resistance to
For any structure it is generally necessary to consider several lateral forces. Thus, if the true horizontal forces are unknown
distinct design situations (see 2.2). Corresponding to each of
or are of insufficient magnitude to provide a robust structure,
these design situations, there may be different structural
then the structure should sustain a horizontal force of
systems, different reliability requirements, different design
magnitude equivalent to a specified proportion of the total ver-
values, different environmental conditions, etc. Separate tical action.
reliability checking is required for each design situation with
due regard to different consequences of failure.
4 Basic variables
The design situations may be classified as :
persistent situations, having a duration of the same
a)
4.1 General
order as the life of the structures,
The calculation model expressing each limit state considered
NOTE - A structure of a residential building which, for example, is
should contain a specified set of basic variables. In general, the
subjected to loads from the weight of furniture and a normal
basic variables should correspond to measurable physical quan-
number of persons.
tities. Normally, basic variables characterize :
b) transient situations, having a shorter duration and a
- actions, 1)
high probability of occurrence,
-
properties of materials and soils,
NOTE - Where a structure is, for example, subjected to loads
- geometrical parameters.
caused by storage of material during construction or repair.
c) accidental situations (during or after an accident) nor-
Basic variables are often considered as being random variables.
mally of short duration and low probability of occurrence.
The basic variables are often affected by the environmental
NOTE - Where a structure is, for example, subjected to actions
conditions. This influence should be taken into account by the
due to fire, explosions, impact or considerable local damage.
specific codes for each special material and each special type of
structure.
3.2.3 Structural integrity
4.2 Actions
Where appropriate, all parts of a structure and the structure as
a whole should be designed for relevant ultimate limit states
and relevant serviceability limit states. However, for accidental
4.2.1 Definitions
situations, generally, only the principal load-bearing system
need be designed for relevant ultimate limit states.
An action is
- an assembly of concentrated or distributed forces
NOTE - This does not preclude that verification of additional limit
states may be required for certain accidental situations, e.g. thermal in- acting on the structure (direct actions), or
sulations and integrity to fire penetration, which may not only refer to
- the cause of imposed or constrained deformations in
members of the principal load bearing system.
the structure (indirect actions).
The term "load" (which is prevalent in some countries) may be used with essentially the same meaning as "action". In the past, it has often been
1)
used to describe direct actions only.
The term "action" was introduced to cover also the effects due to imposed deformation.
4
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IS0 2394-1986 (E)
An action is considered to be one single action if it can be NOTE - In some cases it is necessary to distinguish between fixed
actions and actions which are movable or act in a probabilistic way at
assumed to be stochastically independent, in time and space,
certain parts of structures. In such cases and in the absence of a more
of any other action acting on the structure.
detailed study, it is generally agreed to separate such actions into dif-
ferent elementary actions such as those applied to points or parts
NOTE - In reality, actions which are introduced simultaneously are
which are recognized as the most unfavourable and those applied to
often stochastically dependent to a certain extent. To simplify calcula-
other parts.
tions, those which, where they are present, depend closely on each
at the same time, are considered
other and attain their upper values
together as a single action. Actions where the dependence is small
(low correlation) can be considered as independent. 4.2.4 Classification of actions according to the
structural response
In case of ambiguity, actions should be considered such that they
result in the most unfavourable action effect resulting from the com-
Actions are divided - according to the way in which the struc-
bination rule of concern.
ture responds to an action - into:
To facilitate the calculation of the action effects, it may be convenient
to regroup several analogous elementary actions into one composite
a) actions which may produce static action-effects
action or to resolve certain actions into a sum or difference of several
without causing significant acceleration of the structure or
components.
;
structural member, so-called static action
4.2.2 Classification of actions according to the variation
dynamic actions which may produce dynamic action-
b)
of their magnitude with time
effects in the structure.
Actions are divided - according to their variation in time -
NOTE - Whether or not the action is regarded as dynamic is depen-
into :
dent on the structure.
a) permanent actions (GI which are likely to act through-
For simplicity, dynamic actions may often be treated as static actions in
out a given design situation and for which variations in
which the dynamic effects which depend on the behaviour of the struc-
magnitude with time are negligible in relation to the mean ture are taken into account by an appropriate increase in the magnitude
value; or those for which the variation is in one sense and of the action.
the actions attain some limiting values;
b) variable actions (QI which are unlikely to act through-
4.3 Properties of materials and soils
out a given design situation or for which variations in
magnitude with time are not monotonic and not negligible
The values describing the properties of materials and their ran-
in relation to the mean value;
dom variations should be based on either specific tests, results
c) accidental actions (A or Fa), the occurrence of which, of previous tests, or in situ observations in conjunction with
with a significant value, is unlikely on a given structure over
other sources of information. Properties relating to special test
the period of time under consideration and also in most
specimens should be converted to the relevant properties of the
cases is of short duration. The occurrence of an accidental
actual material in the structure by the use of conversion factors
action could in many cases be expected to cause severe
or functions, which should take account of any scale effects
consequences unless special measures are taken.
and any dependence on time and temperature. The uncertainty
in the properties of the material in the structure or of the soil
NOTE - Examples of permanent, variable and accidental actions are
should be derived from the uncertainties of the standard test
given in annex A.
results and of the conversion factor or function. Allowance
should also be made for different standards of workmanship
and control.
4.2.3 Classification of actions according to their
variation in space
4.4 Geometrical parameters
Actions are divided - according to their variation in space -
into two groups :
Geometrical parameters describe the shape, size and overall ar-
a) fixed actions are those which have a spatial distribution
rangement of structures, elements and cross-sections. When
over the entire structure, such that the magnitude and
the deviation of any of the geometrical parameters from their
orientation of the action is unambiguously determined for
prescribed values may have a significant effect on the structural
the entire structure if they are given at a single point of the
behaviour and the resistance of the structure, these parameters
structure ;
should be considered as random variables. The magnitudes and
b) free actions which may have arbitrary spatial distribu-
their variability should be determined by taking into account
tion over the structure within given limits.
prescribed tolerance limits (see 6.4).
Actions which cannot be defined as belonging to either of
NOTE - In many cases, however, the random variability of the
two groups may be considered to consist of a fixed part
these
geometrical parameters may be considered to be small in comparison
and a free part.
with the variability of the actions and of material properties. In such
cases the geometrical parameters may be assumed to be non-random
The treatment of free actions requires the consideration of dif-
and as specified in the design. Some examples of random geometrical
ferent load arrangements. A load case is determined by fixing parameters are unintentional eccentricities, inclinations and curvature
the configuration of each of the free actions. affecting columns and walls.
5
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-
the influence of high temperature during a fire on the
5 Analyses, calculations and testing
strain distribution and the yield strength of steel.
5.1 General
The uncertainties in a calculation model can be included in the
model itself, for example by use of one or more parameters,
In many cases the design procedure consists of
which may be treated as an additional basic variable with its
- structural analysis which gives the action-effects
own mean and variance. These may be determined by compar-
(forces and moments) in the cross-sections, and
ing predicted and observed data in relevant tests.
- analysis of cross-sections, joints etc. which gives their
resistance and more generally their behaviour.
5.3 Model testing
However, in some cases it is not possible to make this distinc-
A structure or part of it may be designed on the basis of results
tion. An example of such a case would be when the stability of
from appropriate model testing coupled with the use of model
an entire structure is studied.
analysis to predict the behaviour of the actual structure.
The analysis of a structure can be made with the aid of calcula-
NOTE - In most cases, model testing is used for structural analysis to
tion, model testing or prototype testing. In some cases a com-
verify calculations or as a substitute for them. Conversion of model test
is useful.
bination of these methods
results to be compatible for use in the actual structures should be en-
sured.
It is important to recognize clearly the principal load-bearing
system by which forces are safely transmitted to the founda-
5.4 Prototype testing
tions, and to identify those features (including the layout) of
the structure which have a critical influence on its overall
stability and integrity. Those features should then be con- A structure or part of it may also be designed on the basis of
sistently examined and maintained throughout all stages of the resu!ts from testing prototype units relevant to the particular
design and constr
...
Norme internationale @ 2394
~~ ~
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION*MEMPYHAPOnHAR OPrAHH3AUMR no CTAHPAPTH3AUHH.ORGANlSATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Principes généraux de la fiabilité des constructions
i
General principles gn reliability for structures
Deuxième édition - 1986-10-15
CDU 624.042:351.785 Réf. no : IS0 2394-1986 (FI
-
Descripteurs : génie civil, bâtiment, structure, fiabilité, sécurité, contrôle de qualité.
' 2
Fi
z Prix basé sur 18 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
Avant-propos
L'IÇO (organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d'organismes nationaux de normalisation (comités membres de I'ISO). L'élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de IWO. Chaque
comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique
créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouverne-
mentales, en liaison avec I'ISO participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I'ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I'ISO qui requièrent l'approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale IS0 2394 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 98,
Bases du calcul des constructions.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (IS0 2394-19731, dont
elle constitue une révision.
L'attention des utilisateurs est attirée sur le fait que toutes les Normes interriationales
sont de temps en temps soumises à révision et que toute référence faite à une autre
Norme internationale dans le présent document implique qu'il s'agit, sauf indication
contraire, de la dernière édition.
O Organisation internationale de normalisation, 1986 0
,
Imprimé en Suisse
II
---------------------- Page: 2 ----------------------
Page
Sommaire
........................ 1
Introduction . .
Objet et domaine d'application . . . 1
1
Exigences et conditions générales . . . .
Principes du calcul aux états-limites . . . . 3
Variables de base . . . . 5
Analyses. calculs et essais . . . . 6
Format de calcul . . . . 7
Contrôle de qualité . . . 11
Annexes
14
A Exemples d'actions permanentes. variables et accidentelles .
15
6 Exemple de méthode probabiliste du premier ordre .
iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
NORME INTERNATIONALE IS0 2394-1986 (FI
Principes généraux de la fiabilité des constructions
Ces principes généraux s'appliquent aussi bien aux construc-
O Introduction
tions complètes (bâtiments, ponts, constructions industrielles,
etc.) qu'à leurs éléments constitutifs et aux fondations.
La présente Norme internationale constitue une base commune
d'établissement de règles de calcul concernant l'exécution et
La présente Norme internationale est applicable tant au stade
l'exploitation de toutes les constructions, quelles que soient la
des études qu'aux étapes successives de la construction (c'est-
nature et la combinaison des matériaux utilisés (béton, acier,
à-dire la fabrication des éléments structuraux, le transport, la
à chaque type
bois, briques, etc.). Toutefois, leur application
manutention et la mise en œuvre de ces éléments et travaux de
de matériau nécessite une adaptation particulière afin d'assurer
chantier) et à l'exploitation de l'ouvrage pendant sa durée de vie
un degré homogène de sécurité qui, autant que possible, soit
escomptée.
en accord avec les objectifs des commissions chargées d'élabo-
rer des codes pour chacun de ces matériaux.
La plupart de ces principes sont également applicables à une
nouvelle étude des structures existantes à l'occasion de répara-
NOTE - La présente Norme internationale a pour but de servir de base
tions ou d'une reconstruction partielle.
aux travaux des commissions ayant pour tâche de préparer des normes
ou codes nationaux, en fonction des conditions techniques et écono-
miques existant dans le pays considéré, de la nature et du type des
constructions et des propriétés des matériaux au cours de leur durée de
2 Exigences et conditions générales
vie dans des conditions d'exploitation définies. Elle fournit une base
commune aux autres Normes internationales concernant les structures
2.1 Exigences fondamentales
porteuses.
Cependant, pour prendre en considération la possibilité d'un progrès
Les constructions ou éléments de construction doivent être
continu des techniques et des pratiques en vigueur dans différents
conçus et construits de manière à être aptes à l'utilisation pré-
pays, et le désir de les faire évoluer, les normes ou codes nationaux
vue. Les structures doivent normalement être conçues de façon
peuvent être simplifiés ou plus détaillés par rapport à la présente Norme
qu'elles ne subissent pas de dégât disproportionné à toute
internationale.
cause qui en serait l'origine, ce qui implique qu'elles aient un
certain degré de robustesse. Elles doivent, en particulier, avec
II est important de reconnaître que la sécurité sur le plan natio-
des degrés de fiabilité appropriés, répondre aux conditions sui-
nal, est représentée par un ensemble comprenant les modèles
vantes :
décrivant des actions, les règles de calcul, les coefficients de
sécurité, la main-d'œuvre, les méthodes de contrôle de qualité
a) Elles doivent résister à toutes les actions qu'elles auront
et les exigences nationales dont les éléments sont interdépen-
normalement à subir pendant leur exécution et leur utilisa-
dants. tion prévue.
b) A partir de leur achèvement, les structures doivent con-
La modification d'un seul élément pris isolément peut nuire à la
server un degré d'intégrité suffisant pour résister à des
sécurité assurée par un bon équilibre de l'ensemble des élé-
défaillances localisées et à certains événements accidentels
ments.
spécifiés tels qu'explosions, incendie ou choc d'un véhicule.
Dans l'effort d'harmonisation, il est essentiel que la modifica-
et éléments structuraux doivent se com-
c) Les structures
tion d'un élément quelconque soit accompagnée d'une étude
porter convenablement en utilisation normale.
de sa répercussion sur l'ensemble dont dépend la sécurité.
Ces exigences doivent être satisfaites pendant toutes les durées
de vie escomptées des constructions.
1 Objet et domaine d'application
NOTE - Ceci implique que la durabilité des constructions dans leur
La présente Norme internationale spécifie les principes géné-
environnement normal de service, soit telle qu'une dégradation des
raux permettant de vérifier la fiabilité des structures sujettes à
propriétés des matériaux ne puisse conduire à une probabilité inaccep-
des types d'actions11 connus ou prévisibles. La fiabilité considé-
table de défaillance. Il s'ensuit que la durée de vie escomptée de toute
rée concerne le comportement de ladite structure pendant
la structure doit être obtenue moyennant un niveau acceptable d'entre-
toute sa durée de vie escomptée.
tien.
Le terme «charge» peut être utilisé à la place du terme «action». Voir la note en 4.1
1)
1
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Une exigence additionnelle est que les solutions adoptées dans 2.2 Conditions d'utilisation et d'environnement
les études tiennent compte d'une utilisation économique des
matériaux, de l'énergie, des ressources financières, de la
La nature de l'utilisation de la structure et celle des conditions
main-d'œuvre, de l'espace et du temps.
d'environnement doivent conduire à prévoir, au stade de la
conception, toutes les situations pouvant découler de l'usage
NOTES normal de la construction.
1 Le terme «défaillance» est utilisé dans le présent texte comme ayant
NOTE - Dans ces situations sont incluses par exemple, toutes les
une double signification : insuffisance de sécurité ou insuffisance
actions mises en jeu lors d'une utilisation normale spécifiée, combinées
d'aptitude au service.
avec toutes les conditions prévisibles d'environnement se produisant
2 Les deux premières exigences indiquées ci-dessus se rapportent à la
en même temps que ces actions.
sécurité des structures alors que la troisième est relative à leur aptitude
au service.
Les conséquences de l'utilisation et les conditions d'environne-
3 Dans l'acception plus restreinte faisant seule l'objet de la présente
ment sont à la base de la conception de la structure du point de
Norme internationale, on peut se servir du terme «fiabilité», décrivant
vue des états-limites de service, et éventuellement des états-
la probabilité que ni la sécurité ni l'aptitude au service ne seront en des-
limites ultimes. Elles doivent donc être prises en compte, entre
sous des exigences pendant la durée de vie prévue de l'ouvrage consi-
autres paramètres, pour définir les situations de projet
déré. Prise dans son sens général, la fiabilité d'une structure est son
(voir 3.2.2).
aptitude à répondre aux objectifs de sa conception pendant une durée
spécifiée, dans les conditions d'environnement auxquelles elle est sou-
mise.
2.3 Dangers potentiels
La sécurité et l'aptitude au service pendant la durée de vie pré-
II est également nécessaire de tenir compte de circonstances
vue de l'ouvrage ne sont pas simplement fonction des calculs
périlleuses qui, à elles seules ou en combinaison avec des con-
de conception mais dépendent aussi du contrôle de qualité
ditions normales, peuvent conduire à atteindre les états-limites
exercé en cours de fabrication, de la surveillance exercée sur le
de service ou éventuellement les états-limites ultimes.
chantier et de la manière selon laquelle la structure est utilisée
et maintenue.
Ces dangers peuvent être dus
-
aux erreurs pouvant résulter de manque d'informa-
Le choix des différents niveaux de fiabilité doit prendre en con-
tions, d'omissions, de malentendus, etc.;
sidération les conséquences possibles d'une défaillance en ce
qui concerne les risques de blessures ou de pertes de vies
- aux sollicitations extrêmes dues à l'environnement
humaines, le nombre de personnes pouvant être en danger en
(conditions climatiques, géotechniques, etc. 1.
cas de défaillance, les pertes économiques possibles et le degré
de perturbation pour la société qu'entraînerait une telle défail-
Les mesures prises pour faire face à ces circonstances consiste-
lance. On doit aussi tenir compte des dépenses et efforts que
ront fondamentalement
nécessiterait la réduction du risque de défaillance selon la cause
de celle-ci.
- à éviter les effets des dangers sur la structure, soit en
éliminant leur cause, soit en trouvant une méthode pour les
pallier ou les contourner,
NOTE - Ainsi, par exemple, les structures ou éléments structuraux
pourraient être classés, selon les conséquences résultant d'une défail-
-
à prendre en compte les dangers dans la conception
lance, comme suit :
(voir 3.2.3133;
a) avec risque pour la vie humaine négligeable et conséquences
économiques et sociales faibles ou négligeables;
- à accepter les risques de défaillance résultant de ces
b) avec risque pour la vie humaine et/ou conséquences économi- dangers mais en essayant d'en minimiser les conséquences
ques et sociales considérables;
(voir 3.2.3a).
c) avec risque pour la vie humaine élevé etlou conséquences éco-
nomiques et sociales très grandes.
Quand un danger spécifique doit être pris en considération, il
Une telle classification des structures ou éléments structuraux pourrait
convient de le prendre en compte pour définir une situation de
donc correspondre à une classification des différents niveaux de fiabi-
projet (voir 3.2.2). La situation examinée doit être normalement
à leur tour, des mesures plus ou moins impor-
lité, ceux-ci nécessitant,
dominée par une seule circonstance dangereuse qui s'addition-
tantes pour assurer la sécurité et, éventuellement, l'aptitude au service.
nera aux conditions normales.
Les conséquences d'une défaillance sont, en général, fonction
2.4 Considérations concernant les études d'une
du mode de la défaillance, surtout lorsqu'il existe des risques de
blessures ou de pertes de vies humaines. C'est pourquoi une structure
structure susceptible de s'effondrer brusquement, sans le
moindre signe avertisseur, doit être dimensionnée pour un plus
Pour que les propriétés de la structure réalisée soient bien con-
haut degré de fiabilité qu'une structure ayant un mode de
formes aux hypothèses prises en compte au cours des études,
défaillance ductile (voir 3.2.3).
un certain nombre de conditions doivent être remplies.
2
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Choix initial du type de structure, des matériaux, 2.4.5 Entretien et réparations
2.4.1
de la méthode de dimensionnement et de la méthode de
Les constructions doivent être entretenues de manière à répon-
construction
dre à leur destination pendant toute leur durée de vie escomp-
Pour la sécurité, le type de structure doit être choisi de manière tée. Quand une structure est endommagée au point que son
que les parties essentielles de celle-ci puissent conserver une utilisation entraînerait un risque ou des coûts inacceptables, il y
a lieu d'entreprendre des réparations.
intégrité suffisante pendant et après des accidents éventuels.
Les matériaux, la méthode de dimensionnement et la méthode
de construction peuvent aussi avoir une influence sur la sauve-
NOTE - Dans des situations particulières, la démolition d'un ouvrage
garde de l'intégrité de la structure.
peut être une solution meilleure que la réparation.
Une détérioration peut être découverte à l'occasion d'inspec-
2.4.2 Responsabilités
tions qui sont à faire à intervalles réguliers. Les efforts consa-
Pour toute activité prévisible au cours de l'exécution, les res- crés à l'entretien sont à définir en fonction de l'importance et
ponsabilités doivent être clairement définies et les domaines de du type de la construction, des conditions d'utilisation, des
compétence délimités de façon précise. II est important que connaissances qu'on a sur la durabilité des matériaux, des con-
l'étendue des tâches et des devoirs incombant aux responsa- ditions d'environnement, de la protection contre les actions
bles soit parfaitement connue et comprise de ceux-ci. Ceci vaut extérieures et du coût des investigations.
également pour les transmissions d'informations et de docu-
ments.
Les éléments structuraux essentiels pour la stabilité de
l'ouvrage doivent, autant que possible, être accessibles à I'ins-
NOTE - De nombreuses causes de défaillance de structures peuvent
pection sans trop de complications.
être attribuées à des situations où les responsabilités n'étaient pas clai-
rement définies.
3 Principes du calcul aux états-limites
2.4.3 Mesures à prendre contre les erreurs humaines
3.1 États-limites
Les conséquences d'erreurs humaines doivent être réduites
autant que possible de façon raisonnable en prenant des mesu-
3.1.1 Les performances de la structure ou d'une partie de la
res telles que :
structure doivent être définies par référence à un ensemble
a) l'amélioration des conditions de réalisation au point que
déterminé d'états-limites, au-delà desquels la structure ne satis-
les survenances d'erreurs humaines disparaissent ou soient
fait plus aux exigences pour lesquelles elle a été conçue.
réduites au minimum. Ceci implique, par exemple, la sélec-
tion d'un personnel qualifié, de bonnes conditions de com-
NOTE - Les états-limites peuvent être considérés comme une repré-
munication ainsi que des mesures préventives pour empê-
sentation discrète d'une fonction de pertes plus générale et souvent
cher les erreurs humaines (telles qu'un système de contrôle
continue.
adéquat) :
Les états-limites sont class% en deux catégories suivantes qui,
b) l'amélioration des méthodes de travail. Les postes de
à leur tour, peuvent être subdivisées :
travail notamment et leurs zones doivent être aménagés
convenablement. Ces conditions sont également nécessai-
I ai les états-limites ultimes qui sont ceux correspondant à
res pour l'entretien et la réparation.
la valeur maximale de la capacité portante (et concernant la
NOTE - L'expérience montre que les défaillances de structures sont sécurité) :
souvent le résultat d'erreurs humaines produites par un choix impropre
du type de structure ou d'un matériau ou par un projet ou une exécu-
b) les états-limites de service qui sont rapportés à des cri-
tion incorrecte.
tères relatifs à l'utilisation normale (et ont souvent un objet
fonctionnel).
2.4.4 Contrôle de qualité
3.1.2 Les états-limites ultimes correspondent, par exemple, à
A tous les stades de la programmation, des études de la cons-
truction et de l'utilisation d'une construction doit être exercé un
- une perte d'équilibre statique de la structure ou d'une
contrôle dont l'étendue doit dépendre à la fois des conséquen-
partie de la structure, considérée comme un corps rigide
ces possibles d'une erreur et du coût de ce contrôle.
(par exemple renversement).
NOTE - De nombreux cas de défaillances de structures sont dus à des
- la rupture de sections critiques de la structure causée
erreurs qui ont échappé à ceux qui devaient mener la construction à
par un dépassement de la résistance à la rupture (elle-même
bien.
réduite, dans certains cas, par des répétitions de charges)
ou de la déformation ultime du matériau,
Le contrôle doit également inclure l'introduction, l'exécution et
la supervision des mesures à prendre dans le cas où les résultats
-
une transformation de la structure en un mécanisme
à ceux qu'on voulait obtenir.
atteints ne seraient pas conformes
(effondrement),
NOTE - La question du contrôle est traitée plus en détail au
-
7. une instabilité de forme (flambement, etc.).
chapitre
3
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IS0 2394-1986 (FI
nement différentes, etc. Une vérification de la fiabilité doit être
3.1.3 Les états-limites de service correspondent, par exemple,
effectuée pour chaque situation de projet en tenant compte des
différentes conséquences d'une défaillance.
- à des déformations affectant l'utilisation normale ou
l'aspect d'éléments structuraux ou non structuraux,
Les situations de projet peuvent être classées comme suit :
- à des vibrations excessives génératrices d'inconfort ou
a) situations durables, ayant une durée de même ordre de
préjudiciables à des éléments non structuraux ou à des équi-
grandeur que la durée de vie de la structure;
pements (particulièrement en cas de résonance),
NOTE - La structure d'un immeuble d'habitation, par exemple, est
- à un dommage local (pouvant être une fissuration)
soumise aux charges résultant du poids des meubles et d'un nom-
réduisant la durabilité de la structure ou affectant la tenue
bre normal de personnes.
ou l'aspect d'éléments structuraux ou non structuraux.
b) situations transitoires ayant une plus courte durée mais
une forte probabilité d'occurrence;
3.1.4 Pour éviter d'atteindre les états-limites de service par le
dimensionnement de la structure, il est souvent nécessaire de
NOTE - Une structure est, par exemple, soumise à des charges
se référer à une ou plusieurs valeurs limites (C) définissant des
par suite d'un dépôt de matériaux au cours de sa construction ou
valeurs acceptables des déformations, accélérations, largeurs
d'une réparation.
de fissures, etc.
c) situations accidentelles (pendant ou après un accident)
ayant normalement une courte durée et une faible probabi-
NOTE - Ces valeurs limites peuvent être obtenues par des méthodes
lité d'occurrence.
statistiques, mais sont généralement incluses dans des codes leur don-
nant des valeurs déterministes.
NOTE - Les situations accidentelles découlent, par exemple, d'un
incendie, d'une explosion, d'un choc ou d'un dégât localisé impor-
3.2 Calculs
tant.
3.2.1 Règles générales
3.2.3 Intégrité de la structure
Tous les états-limites utiles aux calculs doivent être pris en con-
En principe, toutes les parties d'une structure et une structure
sidération dans le projet. Un modèle de calcul doit être établi
dans son ensemble, doivent être dimensionnées vis-à-vis des
pour chacun de ces états-limites et il doit contenir des variables
états-limites ultimes et des états-limites de service qu'il est utile
appropriées pour tenir compte des incertitudes relatives aux
de considérer. Cependant, dans des situations accidentelles,
actions, à la réponse de la structure dans son ensemble, au
on admet généralement que seuls les principaux éléments por-
comportement des éléments individuels et des matériaux de la
teurs doivent être dimensionnés en fonction des états limites
structure ainsi qu'aux caractéristiques de l'environnement. Des
ultimes.
mesures appropriées doivent être prises pour éviter des erreurs
dans l'interprétation du projet. Toutefois, le raffinement dans
NOTE - Ceci n'exclut pas le fait que la vérification des états-limites
les études ne doit pas être poussé au-delà de ce qui est compa-
additionnels peut être exigée dans certaines situations accidentetles,
tible avec la qualité vraisemblable de réalisation.
par exemple isolation thermique et résistance au feu qui peuvent ne pas
les principaux éléments porteurs.
concerner seulement
Le but des calculs ou des essais sur prototype est de limiter la
probabilité qu'un état-limite puisse être atteint, en dessous
Les principaux éléments porteurs doivent être dimensionnés
d'une certaine valeur prescrite pour le type de structure consi-
pour que, dans des situations accidentelles correspondant à
déré.
certains dangers potentiels, la probabilité de dommages dispro-
portionnés par rapport à la cause initiale soit suffisamment fai-
Pour vérifier la fiabilité du dimensionnement d'une structure, il
ble (voir 2.3).
est généralement recommandé de recourir à la méthode des
coefficients partiels décrite au chapitre 6. Toutefois, pour cer-
NOTE - Cette exigence peut être satisfaite en prenant par exemple les
tains problèmes de calcul, tels que, par exemple, l'analyse
précautions suivantes :
dynamique, une référence directe aux valeurs de calcul appro-
a) concevoir et dimensionner la structure de facon qu'en cas de
priées peut être plus convenable.
défaillance d'un quelconque élément porteur, la structure dans son
ensemble ou une partie importante de celle-ci ne s'effondre pas
NOTE - Certains états-limites ne peuvent être vérifiés exclusivement
immédiatement de manière à permettre l'application des mesures
par les calculs. Ceci s'applique, par exemple, aux états-limites détermi-
urgentes nécessaires, par exemple l'évacuation de l'immeuble;
nés par rapport aux agressions chimiques ou biologiques, ou bien pour
b) faire en sorte (par le dimensionnement ou par des mesures pro-
prévenir une rupture fragile.
tectrices) qu'aucun élément porteur essentiel ne puisse être ruiné
du fait d'un accident.
3.2.2 Situations de projet
De plus, la structure doit avoir une résistance appropriée aux
Pour toute structure, il est généralement nécessaire d'envisager forces latérales. Par conséquent, lorsque les forces horizontales
plusieurs situations de projet distinctes (voir 2.2). Pour chacune sont inconnues ou lorsque leurs valeurs sont trop petites pour
de ces situations de projet, il peut y avoir des différences dans
assurer la robustesse de la structure, la structure doit pouvoir
la structure elle-même, des exigences de fiabilité différentes, supporter une force horizontale dont la valeur doit correspon-
des valeurs de calcul différentes, des conditions d'environ- dre à une proportion spécifiée des charges verticales totales.
4
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4.2.2 Classification des actions selon la variation de leur
4 Variables de base
grandeur dans le temps
4.1 Généralités
Selon leur variation dans le temps, les actions sont divisées
comme suit :
Le modèle de calcul exprimant chaque état-limite considéré doit
contenir un ensemble spécifié de variables de base. En général,
a) actions permanentes (GI qui sont susceptibles d'agir
celles-ci correspondent à des quantités physiques mesurables.
tout au long d'une situation de projet donnée et pour les-
Les variables de base caractérisent normalement :
quelles la variation de grandeur au cours du temps est négli-
- des actions,') geable par rapport à la valeur moyenne, ou dont la grandeur
varie toujours dans le même sens jusqu'à ce que les actions
-
des propriétés des matériaux et des sols,
atteignent certaines valeurs limites;
- des paramètres géométriques.
b) actions variables (QI qui ne sont pas susceptibles d'agir
Les variables de base sont considérées comme des variables tout au long d'une situation de projet donnée ou dont les
aléatoires. variations de grandeur au cours du temps ne sont pas
monotones et ne sont pas négligeables par rapport à la
Les variables de base sont souvent affectées par des conditions valeur moyenne;
d'environnement. Cette influence doit être prise en compte par
les codes spécifiques se rapportant à chaque matériau particu- cl actions accidentelles (A ou Fa) dont la présence, avec
lier et à chaque type de structure. une grandeur significative, est peu probable sur une struc-
ture donnée au cours de la période de temps étudiée et qui,
dans la plupart des cas, sont de courte durée. Une action
4.2 Actions
accidentelle peut entraîner, dans de nombreux cas, de sévè-
res conséquences à moins que ne soient prises des mesures
4.2.1 Définitions
particulières.
Une action est
NOTE - Des exemples d'actions permanentes, variables et accidentel-
les sont donnés à l'annexe A.
-
un ensemble de forces concentrées ou réparties agis-
sant sur la structure (actions directes), ou
4.2.3 Classification des actions selon leur variation
-
la cause de déformations imposées ou entravées dans
dans l'espace
la structure (actions indirectes).
Selon leur variation dans l'espace, les actions sont divisées en
Une action est considérée comme une action unique, s'il peut
deux groupes comme suit :
être admis qu'elle est stochastiquement indépendante, dans le
temps et dans l'espace, de toute autre action agissant sur la
a) actions fixes, qui ont une distribution spatiale sur
structure.
l'ensemble de la structure, telle que la grandeur et la direc-
tion de l'action sont déterminées sans ambiguïté pour
NOTE - En réalité, les actions qui se présentent simultanément sont
l'ensemble de la structure si cette grandeur et cette direction
souvent stochastiquement dépendantes, dans une certaine mesure.
sont déterminées en un point de la structure.
Pour simplifier les calculs, les actions qui, quand elles sont présentes,
dépendent étroitement les unes des autres et atteignent leurs valeurs
b) actions libres, qui peuvent avoir une distribution spa-
maximales au même moment, peuvent être considérées globalement
tiale quelconque sur la structure, à l'intérieur de certaines
comme une action unique. Les actions dont l'interdépendance est
faible (corrélation minime) doivent être considérées comme indépen-
limites.
dantes.
Les actions ne pouvant être classées dans l'un de ces deux
Dans le cas d'ambiguïté, les actions doivent être définies de façon
groupes peuvent être considérées comme constituées d'une
qu'elles produisent l'effet le plus défavorable qui puisse être obtenu par
l'application de leur combinaison appropriée. partie fixe et d'une partie libre.
Pour faciliter le calcul des sollicitations, il peut être convenable de
Le traitement des actions libres nécessite la considération de
regrouper plusieurs actions élémentaires analogues en une action com-
différents cas de charge. Un cas de charge est déterminé en
posée ou de séparer certaines actions en une somme ou une différence
de plusieurs actions composantes. fixant la configuration de chacune des actions libres.
Le terme «charge» (qui prévaut dans certains pays) peut être utilisé comme ayant essentiellement la même signification que le terme «action». II a
1)
été souvent employé dans le passé pour désigner uniquement les actions directes.
Le terme «action» a été introduit afin qu'il traduise également les effets dus aux déformations imposées.
5
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NOTE - Dans certains cas, il est nécessaire de distinguer les actions Certains exemples de paramètres géométriques aléatoires sont des
fixes et les actions mobiles ou qui s'exercent de facon probabiliste en courbures, inclinaisons ou excentrements non intentionnels, particuliè-
certains points ou sur certaines parties des structures. Dans de tels cas,
rement pour des poteaux ou des murs.
et en l'absence d'étude plus détaillée, il est généralement admis de
séparer de telles actions en différentes actions élémentaires : celles
appliquées en des points ou sur des parties reconnues a priori comme
5 Analyses, calculs et essais
les plus défavorables et celles appliquées aux autres parties.
5.1 Généralités
4.2.4 Classification des actions selon la réponse de la
structure
Dans la plupart des cas, les études consistent en
Selon la manière dont la structure répond à une action, les
- une analyse structurale, c'est-à-dire le calcul des sollici-
actions sont divisées com
...
Questions, Comments and Discussion
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