Les séismes et les bâtiments parasismiques

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La période d’une structure peut varier en fonction de son élancement qui est le rapport (hauteur/base) : plus celui-ci augmente, plus la période augmente.

Les constructions en un seul bloc (monolithisme) sont optimales et les matériaux privilégiés dans l’ossature sont les métaux ou le béton armé. Les formes simples sont privilégiées (plans rectangulaires ou carrés = idéal) afin de favoriser la compacité du bâtiment, mais aussi de limiter les décrochements de parties du bâtiment en élévation. Dans le cas où le bâtiment adopterait une structure plus complexe, celui-ci serait fractionné en blocs simples, reliés par des joints parasismiques (qui empêchent ces blocs de s’entrechoquer horizontalement). Les charges doivent être homogènes d’un étage à l’autre et les masses équilibrées (disposition des poteaux). La rigidité doit être semblable sur toute la construction, sans quoi il y a des inégalités de contraintes sismiques (accumulation des contraintes), qui entraînent par la suite la dislocation du bâtiment (torsions…). Ainsi, on ne doit pas avoir de grandes ouvertures au rez-de-chaussée (fenêtres…). Les contraintes doivent êtres équilibrées (pas d’angles rentrant…). Le contreventement (système statique qui assure la stabilité globale d’un ouvrage) doit être semblable à chaque étage et doit avoir la même rigidité tant bien sur le plan longitudinal que vertical. Les contreventements assurent la transmission des ondes latérales vers les dispositifs verticaux, afin de rediriger les charges vers les appuis parasismiques (amortisseurs). Des amortisseurs (de frottements, amortisseurs visqueux, hystérétiques…) sont disposés sur la structure, et absorbent les forces transmises (dissipation de l’énergie) et évitent ainsi que la limite d’élasticité de la structure soit dépassée (limite au-delà de laquelle la déformation n’est plus élastique, mais plastique), et donc que le bâtiment cède. Ils réduisent les déplacements de la structure. Il existe aussi parfois des isolateurs (caoutchouc, matières plastiques…) qui permettent à l’ensemble de la structure de rester en majeure partie indépendante des mouvements horizontaux du sol (surélévation). Les amortisseurs et les isolateurs sont très souvent associés dans les fondations.

On peut faire une évaluation des efforts maximum pouvant être exercés sur les futurs éléments de la construction, afin de maîtriser la déformation de celle-ci (en fonction de la forme du bâtiment….). La déformation des éléments est proportionnelle à la force exercée. Le coefficient de proportionnalité est la raideur (k).

F = k.X, avec F = Force, X = déplacement, k = raideur. (→ Pour une force donnée, plus k augmente, plus X diminue)

k peut varier en fonction :

-des liaisons (encastrements…)

-des matériaux (modules de déformation)

-de l’inertie des surfaces (croît avec le cube de la dimension sollicitée)

-de la hauteur (décroît selon le cube de la hauteur)

Pour sauver la structure, le principe d’inertie est mis en jeu : les forces d’inertie d’entraînement provoquées par le tremblement (Fi) devront être compensées par les forces engendrées par la construction parasismique (Fr, Fd) de façon à ce que le bâtiment reste relativement immobile. Si cet équilibre n’est pas assuré il y a rupture du bâtiment.

Fr : permettent à la structure de revenir à sa position d’origine après l’arrêt des sollicitations externes[pic 1]

Fd : Sous forme de chaleur

Fi = m.a (2ème loi de Newton),

Avec a l’accélération, m la masse et F la force incidente

(→ Pour a donné, plus m augmente, plus F augmente

Expérimentation

2é problématique : Quelle est l’influence d’un liquide visqueux -agissant comme un amortisseur- sur les oscillations?

Nous avons placé différents liquides plus ou moins visqueux dans des gobelets que nous avons mis sur notre structure.

1: Sans liquide

2: Avec de l’eau

3: Avec du miel

Conclusion

Ces constructions sont très coûteuses mais elles sont indispensables au Japon, d’autant plus que les risques sont très élevés (grande densité de population : 3 fois plus qu’en France)

Les règles parasismiques évoquées reposent sur des principes primaires et leur mise en œuvre est directement gérée par le cabinet du premier ministre.

En revanche, les plus gros dégâts sont généralement causés par les tsunamis (=déplacements de volumes d’eau importants provoqués par des séismes généralement) mais les constructions appropriées ne sont pas compatibles avec les normes parasismiques (pilotis..).

Comment gérer alors ces deux risques ?