Le Génie parasismique

  • Aléa sismique: C'est la probabilité qu'un séisme survienne à un certain endroit. C'est le fait qu'un séisme soit imprévisible, mais qu'on puisse déterminer à peu près la probabilité qu'il y en ait un d'une certaine magnitude à un certain endroit.
  • Risque sismique: C'est l'aléa sismique couplé aux enjeux, c'est à dire le risque encouru si un séisme surviendrait (au niveau des dégâts matériaux et pertes humaines). Ce risque est contrôlable mais pas évitable: on a les solutions pour s'y préparer et se protéger.

Pour pouvoir prévenir les séismes et diminuer au maximum le risque sismique (pour limiter les dégâts et les victimes), nous avons de nombreuses solutions, qui ont été élaborées par les sismologues, et qui constituent le "Génie Parasismique".

Les expériences que nous avons faites sont très utiles pour comprendre ce qui fait que les bâtiments entrent en résonance avec les ondes sismiques et qu'ils s'écroulent. On peut donc, en comprenant pourquoi seulement certains bâtiments s'écroulent, renforcer les structures déjà présentes et construire de nouveaux bâtiments qui ne s'écrouleraient pas lors des séismes (sur des sols qui ne résonneraient pas avec les ondes sismiques, en construisant des bâtiments dont la fréquence propre serait différente de la fréquence des ondes sismiques et des vibrations propres du sol ...). On modifie certains facteurs lors de la construction des nouveaux bâtiments, en faisant en sorte qu'ils puissent supporter les contraintes, qu'ils les dissipent ou juste qu'ils n'intègrent pas l'énergie des ondes sismiques (en les séparant du sol, par exemple, comme montré ci-dessous).

 


 

 

Pour supporter les contraintes, un des principes fondamentaux est de les répartir ; c‘est ce que l‘on appelle le Monolithisme. Cela signifie que toutes les parties de la structure d’un immeuble telles que le plancher, les murs ou encore le plafond doivent être solidaires. Ce concept permet d’éviter que ces différentes parties se séparent lors des secousses d’un séisme. Les bâtiments sont donc le plus possible construits d'un seul tenant. Pour ce faire, plusieurs règles doivent être mises en œuvre. Tout d’abord les divers éléments doivent être fixés à la structure principale. Pour les bâtiments en maçonnerie un système de chaînage est mis en place; les chaînes sont introduites dans la structure même de la construction. Ainsi, l’ensemble des murs supporte la contrainte et non chaque mur seul.

 

 

 

 

Une solution souvent moins coûteuse est de protéger les structures contre les déformations grâce à des contreventements. Ils assurent la stabilité horizontale et verticale des bâtiments lors des secousses et une bonne répartition des forces.

 

 

 

 

 Il ne faut pas confondre ce genre de construction avec les immeubles qui sont faits d’une succession de dalles fixées sommairement à des poutres verticales. Ce type de construction est particulièrement dangereux en cas de séisme car les vibrations du sol se transmettent aux poutres qui se mettent à s’écarter à certains endroits. Les dalles se décrochent et s’empilent en écrasant les habitants.

 

 

 

 

 

Un des autres principes fondamentaux de la para-sismologie est de choisir des formes symétriques et régulières. Lorsque l’on étudie le comportement des bâtiments soumis à des tremblements sismiques, on peut constater que ceux de formes géométriques simples sont les plus résistants. La forme idéale est un rectangle, dont la longueur ne dépasse pas trois fois la largeur. Une des solutions pour les bâtiments de forme complexe est de les fractionner en différentes parties. Chaque partie peut alors osciller indépendamment en évitant tout choc. 

 

Toutes les parties de formes simples composant une structure complexe doivent être reliées entre elles. On utilise pour cela des joints parasismiques, un espace vide de tous matériaux qui se situe entre les différentes parties du bâtiment que les joints unissent. Cet espace est présent sur toute la hauteur de la structure et permet aux différentes parties de bouger séparément. Les joints parasismiques ont pour but d’éviter les collisions entre les corps voisins des bâtiments. Les joints parasismiques ont des dimensions précises qui se calculent en fonction des déformations possibles des constructions.

 

 

 

Pour empêcher que le bâtiment intègre l’énergie des ondes sismiques, il existe divers dispositifs de dissipation d’énergie (amortisseurs) soit au niveau des fondations soit entre les structures. L’isolation sismique consiste à dissocier les mouvements du sol et ceux de la structure afin de réduire les forces transmises à cette dernière. 

 

 

 

Lors de l’implantation du bâtiment, il est important surtout s'ils sont hauts, qu’ils soient ancrés sur un sol stable par l’intermédiaire de leurs fondations. Il peut être nécessaire d’avoir recours à des mesures correctives (compactage, injections, substitutions de sol) ou a des fondations profondes (pieux, barrettes, puits) conçues et calculées pour résister aux actions sismiques. Les fondations profondes sont rares pour les maisons individuelles mais sont souvent utilisées sur de grands bâtiments très lourds.

On peut, en faisant des études sismiques, établir des cartes de zonage sismique et des cartes d'aléa pour voir où les séismes ont le plus de risques de se produire. Cette approche permet de prédire le mieux possible les séismes. On crée ainsi des PPR (Plan de Prévention des Risques) et des normes parasismiques pour empêcher les gens de construire n'importe où et n'importe comment, comme lors du séisme d'Haïti du 12 janvier 2010 où la principale cause de mortalité a été la mauvaise construction des bâtiments (surélevés, sur des collines, mauvais matériaux...).

Cependant, on ne se rend vraiment compte de ces risques que lorsque les séismes surviennent. Pour empêcher que ces catastrophes ne se reproduisent, on doit d'abord trouver les causes des séismes mais surtout continuer de vivre et reconstruire les bâtiments en prenant en compte la menace, pour que les risques sismiques deviennent les plus petits possibles.

Un exemple peu commun de construction parasismique est la tour Taipei 101, construite en 2004. Cette tour a été construite avec un dispositif ingénieux lui permettant de résister aux tremblements de terre fréquents à Taiwan : une boule d'acier de 660 tonnes est suspendue en haut de la tour. Lors des séismes, la boule oscille de façon opposée à la tour et avec la même fréquence (ayant la même fréquence propre), d'après le principe d'inertie. La boule amortit donc les mouvements du gratte-ciel en récupérant l'énergie transférée au bâtiment.

 

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