Construction antiséismique

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La Construction parasismique est l'étude du comportement des bâtiments et structures sujets à un chargement dynamique du type sismique.

Essai d'un modèle régulier de bâtiment (gauche) avec un modèle de construction base-d'isolement (droit) [1]

Les objectifs principaux de la construction parasismique sont de :

• Comprendre l'intéraction entre les bâtiments ou autres infrastructures de génie civil et le sol.
• Prévoir les conséquences potentielles des tremblements de terre.
• Concevoir et construire des structures résistantes aux tremblements de terre dans des régions fortement exposées au risque sismique, conformément au code de construction local.

Une structure ne doit pas nécessairement être extrêmement résistante et dispendieuse.

La méthode de construction parasismique la plus efficace et la plus économique est l'isolement bas ^[1].

Les normes de construction parasismique sont un ensemble de règles de conception et de construction à appliquer aux bâtiments pour qu'ils résistent le mieux possible à un séisme.

Lors d'un tremblement de terre, le sol ondule selon des mouvements verticaux et latéraux. La construction parasismique a pour principal objectif de prévenir l'effondrement des bâtiments, notamment en y intégrant un ou plusieurs dispositifs destinés à limiter la réponse du bâtiment à l'oscillation du sol (appuis antisismiques...). La protection des infrastructures peut aussi consister à leur renforcement.

La réduction de l'effet des mouvements du sol sur le bâtiment peut être obtenue de plusieurs manières :

• rendre le bâtiment assez « souple » pour que l'énergie des mouvements du sol ne le brise pas sous sa propre inertie ;
• monter le bâtiment sur des amortisseurs qui vont absorber une partie de l'énergie du mouvement du sol.

Une troisième technique est aussi employée depuis peu : il s'agit de mettre en place un contrepoids au sommet du bâtiment, qui va se déplacer en réponse aux mouvements du sol de sorte que le centre d'inertie du couple (bâtiment, contrepoids) ne bouge pas lorsque le sol tremble^[2].

La nature du site est importante : la présence de sédiments lâches peut amplifier localement les ondes sismiques.

Mode de calcul de la propagation des ondes sismiques

Avant les années 1960, les structures étaient parfois calculées simplement en ajoutant un effort horizontal statique. Cela ignorait totalement les phénomènes de résonance liés au contenu fréquentiel des mouvements du sol et aux modes propres de vibration des structures.

Mausolée de Cyrus, le plus vieux base-d'isolement structure dans le monde (Pasargades, Siècle VI AJC)

Les premiers enregistrements de l'accélération du sol en fonction du temps datent des années 1930 (notamment l'accélérogramme de El Centro du 18 mai 1940). Le contenu fréquentiel de ces enregistrements peut être présenté simplement en appliquant une transformée de Fourier.

Classiquement, les bâtiments sont considérés comme des oscillateurs multiples : plusieurs masses reliées entre elles et au sol par des ressorts et des amortisseurs, modélisés par des barres ou par éléments finis. Dans l'espace, un nœud possède six degrés de liberté ; certaines modélisations réduisent ce nombre^[3].

Si l'on reste dans le domaine élastique et linéaire, la relation entre le vecteur des forces et celui des déplacements fait intervenir une matrice de rigidité constante dans le temps.

Dans ce domaine, on dispose de deux grandes méthodes de calcul, basées sur le principe de la décomposition modale :

• La première a recours à un accélérogramme et permet de calculer à chaque instant le déplacement des nœuds et d'en tirer les efforts dans la structure.

• La seconde fait usage des spectres de réponse : elle calcule les réponses maximales pour chaque mode propre pris séparément et elle les combine pour trouver les efforts maximaux.

Voir aussi

• Construction paracyclonique
• NEES Research videos by NEESit

Références

• Portail des sciences de la Terre et de l’Univers

• Portail de l’architecture et de l’urbanisme