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Les constructions parasismiques

Les bâtiments sont conçus pour rester debout y compris pendant un séisme. Même si un bâtiment bien construit ne s’effondrera pas sur vous, vous devez tout de même vous protéger des chutes d'objets et d'autres éléments non structurels du bâtiment. La conception d'un bâtiment résistant aux séismes exige que l'énergie des secousses du sol soit dissipée sans effondrement structurel. Mais au final, le bâtiment peut être inutilisable. Les hôpitaux et autres infrastructures essentielles sont soumis à des réglementations strictes ; ils doivent rester des environnements sûrs et fonctionnels en toute circonstance.  

Du point de vue de la résistance aux séismes, un bâtiment est conçu en tenant compte de nombreux facteurs tels que le type de sol sur lequel il est construit, sa hauteur et les matériaux utilisés.  

Chaque bâtiment a une période de résonance principale. La période de résonance désigne le temps nécessaire pour qu'un bâtiment achève naturellement un cycle de va-et-vient. Plus le bâtiment est grand, plus la période de résonance sera longue et moins vite le bâtiment basculera. Les petits bâtiments résonnent à un rythme plus rapide que les grands bâtiments. Les bâtiments complexes, comme les tours, ont plusieurs périodes de résonance et modes de vibration dont la conception parasismique doit tenir compte. 

La technologie la plus efficace pour protéger un bâtiment contre les fortes secousses du sol est l'isolation de base. Ces isolations sont constituées d'amortisseurs ou de paliers. Lorsque le sol tremble sous l'effet des ondes sismiques, l'isolation de base déconnecte le bâtiment du mouvement du sol, de sorte que peu ou pas de secousses sont transmises du sol au bâtiment. Dans les hôpitaux dotés d'une isolation de base, les opérations chirurgicales critiques peuvent se poursuivre même en cas de séisme. 

Certaines structures, comme les ponts ou les très grands bâtiments, peuvent résonner sous l'effet d'une force modéré, comme la marche d'un piéton ou un vent léger, qui peut rendre la structure dangereuse ou désagréable à vivre. Dans ces cas, les ingénieurs peuvent utiliser un amortisseur à masse accordée pour éliminer ce comportement indésirable. L'amortisseur à masse accordée dissipe de manière inoffensive l'énergie qui, autrement, serait transmise à la structure. 

Le saviez-vous?

  1. Des bâtiments différents réagissent différemment à une même secousse tellurique.  
  2. Il existe différentes façons de rendre les bâtiments résistants aux secousses sismiques. Les bâtiments peuvent être construits à l'origine avec des renforcements parasismiques, mais ils peuvent également être équipés ultérieurement à tout moment. 
  3. Les règlements de construction définissent les règles auxquelles, dans chaque pays et dans chaque région, les bâtiments doivent obéir pour résister aux secousses sismiques prévisibles. Les règlements de construction prennent en compte les sources des tremblements de terre et leur distance, l’atténuation des ondes sismiques et les conditions du site. 
  4. Les bâtiments construits sur un sol meuble subissent généralement des secousses de plus grande amplitude que les bâtiments situés sur des roches dures, dans la même zone. 
  5. La résonance d’un bâtiment à partir d’une secousse du sol, c’est un peu comme pousser une personne dans une balançoire. Si elle est appliquée à temps, chaque poussée augmente l’amplitude et l’énergie de chaque balancement, jusqu'à ce que cela devienne dangereux ou destructeur pour un bâtiment.
Source: Base_isolators_under_the_Utah_State_Capitol.jpg

Les isolements bas sont réalisés à l'aide d'amortisseurs ou de roulements. Lorsque le sol tremble sous l’effet des ondes sismiques, l’isolement bas dissocie le bâtiment du mouvement du sol, de manière à ne transmettre que peu de secousses, voire aucune, du sol vers le bâtiment. Cette image montre les isolements bas au-dessous du Capitole de l’État de l’Utah, aux États-Unis.

Source: Base-isolation.gif (animation)

Cette vidéo montre comment deux modèles de bâtiments se comportent lorsqu’ils sont testés sur une table vibrante. Le bâtiment de droite est équipé d’un isolement sismique bas. Il oscille donc beaucoup moins.

Source: Taipei_101_Tuned_Mass_Damper.png
Source: Tuned_mass_damper_-_Taipei_101_-_Wikimania_2007_0224.jpg

Certains bâtiments sont protégés des secousses sismiques par un amortisseur à masse accordée, qui ressemble à un pendule. Ce système limite l’amplitude de la résonance, car le pendule dissipe une partie de l’énergie accumulée par le bâtiment lorsqu'il tremble. Ces images montrent l'emplacement du plus grand amortisseur à masse accordée à l’intérieur du gratte-ciel Taipei 101, ainsi que la masse elle-même.

Source: resonance-1.jpg

Les bâtiments complexes, comme les immeubles de grande hauteur, présentent plusieurs modes et périodes de résonance.

Source: resonace-2.jpg

La résonance d’un bâtiment à partir d’une secousse du sol, c’est un peu comme pousser une personne dans une balançoire. Si elle est appliquée à temps, chaque poussée augmente l’amplitude et l’énergie de chaque balancement jusqu'à ce que cela devienne dangereux ou destructeur pour un bâtiment.

LIEUX À VISITER

  • Museu de Engenharia Civil, Instituto Superior TécnicoExplore
  • Laboratório Nacional de Engenharia CivilExplore
  • Instituto Dom LuizExplore

POURSUITE DE L'EXPLORATION

The Millennium Footbridge had to be closed shortly after its opening due to alarming swaying motion. It was reopened after some additional engineering that included Tuned Mass Dampers.

Taipei 101 is a 508.2 tall building that uses Tuned Mass Dampers. to mitigate the oscillations caused by wind but also by typhoons and earthquakes

Video that explains step-by-step how to build a model of a Tuned Mass Damper and how to test it.

An application that illustrates interactively how earthquakes act on structures, buildings, bridges and dams. Available in English and Portuguese, for Windows and Mac.

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