Les constructions parasismiques
TPE 2015/2016
Tom Donnadieu
Hugo Barbier
Jonathan Debard
Etude des sols
La violence avec laquelle un séisme touche un bâtiment ne dépend pas seulement de la sécurité parasismique de celui-ci, elle dépend aussi des propriétés du sol sur lequel il est construit. C'est pourquoi il est important de réaliser une étude des sols ou étude géotechnique avant la conception d'une infrastructure. Les ingénieurs effectuent plusieurs forages sur la parcelle demandée pour étudier la résistance du sol et sa composition.
Il faut savoir que les oscillations du sol peuvent être amplifiées par certains types de sol comme les sols meubles (couche sédimentaire) ou les reliefs. Ensuite, si le sol est granulaire (ex : argile), il faut vérifier qu'il ne soit pas trop gorgé d'eau car en cas de séisme, on pourrait assister à une liquéfaction, c'est à dire une perte de cohésion du sol. Il faut aussi prendre en compte les risques d'éboulements, de glissements de terrain, de feux ou encore de raz-de-marée post-sismiques.
Il n'existe pas réellement de règles pour l'implantation des bâtiments dans les zones à fort risque sismique. Cependant, une étude des sols permet de mieux adapter les normes parasismiques relatives au bâtiment en fonction du type de sol et même si celle-ci n'est pas toujours obligatoire, elle est vivement conseillée pour ne pas avoir de mauvaises surprises.
Structure, Forme et Contreventement
Un des principes les plus important dans une construction parasismique est le monolithisme. C'est-à-dire que tous les éléments du bâtiment doivent être unis : la dalle, les murs porteurs et secondaires et le plafond. Cela va permettre aux forces de mieux se répartir lors d'un séisme et va aussi éviter aux différents éléments de s'entrechoquer. Une construction parasismique doit donc avoir une structure solidaire. Pour les bâtiments avec étages, il faut que les murs porteurs et secondaires soit superposés à chaque étage, c'est-à-dire qu'ils doivent se continuer sur toute la hauteur du bâtiment là encore pour avoir une structure solidaire.
Ensuite, une construction parasismique doit avoir une forme simple et régulière (la forme idéale étant évidemment le rectangle). Lorsqu'un bâtiment a une forme complexe, il faut le diviser en différentes parties de formes simples et de structures solidaires reliées par des joints parasismiques. Un joint parasismique est un espace vide qui permet d'éviter l'entrechoquement de deux parties du bâtiment. Les dimensions de cet espace vide se calculent en fonction des déformations possibles des différentes parties.
Un contreventement est un dispositif qui a pour but d'assurer la stabilité d'un ouvrage lorsqu'il subit des mouvements horizontaux. Ces dispositifs sont conçus pour transférer les effort liés aux mouvements horizontaux vers les fondations. Ils sont disposés dans les toitures et les planchers (diaphragmes), pour transférer les efforts vers les éléments de contreventement verticaux, et dans les façades (palées de stabilité), pour transférer les efforts vers le sol.
Le principe est simple, il s'agit de créer une ossature en treillis (assemblage de barres formant une triangulation) pour rigidifier la structure et ainsi équilibrer les efforts. Puisque les forces peuvent s'exercer dans n'importe quelle directions du plan, il est important de disposer d’au moins trois lignes de forces; les lignes d’actions de ces forces ne devant ni être concourantes, ni être toutes parallèles. Il existe différentes dispositions pour les treillis, la plus utilisée dans les constructions parasismiques étant la Croix de Saint Andrée avec des barres en acier pour la ductilité du matériau.
Fondations et Isolement bas
Les fondations d'une construction parasismique sont fondamentales car ce sont elles qui vont assurer sa stabilité en supportant sa charge et en recevant les efforts transmis lors des séismes. Pour ce faire, elles doivent être ancrées dans un bon sol, de préférence un sol rocheux (expérience).
Lorsque le bon sol est en surface, on utilise des ''fondations superficielles''. Elles doivent être liées entre elles dans les deux directions par un système de poutres-semelles afin de limiter les déplacements du bâtiment.
Lorsque le bon sol se trouve sous une couche de sol mou, il faut avoir recours à ce que l'on appelle des ''fondations profondes''. Il s'agit de relier la construction au sol rocheux à l'aide de longs pieux pour contrer tout phénomène d'affaissement du sol mou. Ce type de fondations peut aussi être utilisé pour des infrastructures plus lourdes afin de mieux supporter leur charge. Enfin, il faut savoir que plus les fondations sont profondes, plus elles coûtent cher.
Grâce à cette expérience, on comprend qu'il est important d'ancrer les fondations dans un bon sol. En effet, la structure dans le sol meuble subit beaucoup plus de vibrations que celle dans le sol dur.
La méthode d'isolement bas est la plus utilisée dans les constructions parasismiques car c'est la plus efficace et la plus économique. Les isolateurs, généralement placés juste au dessus des fondations, sont des éléments flexibles capables de se déformer ce qui va permettre de dissocier les mouvements du sol de ceux du bâtiment. En effet, lors d'un séisme, l'infrastructure (sous les isolateurs), reliée au sol par les fondations, suit les mouvements du sol tandis que la superstructure (au dessus des isolateurs) ne subit presque aucun mouvement grâce à la déformation des isolateurs. Des amortisseurs doivent aussi être intégrés au système pour réguler les déformations des isolateurs. Cette méthode est de loin la plus efficace puisque le bâtiment ne subit quasiment aucun dégât. De plus les isolateurs sont conçus pour résister dans le temps et rester intacts après chaque séisme.
