Des solutions structurales qui garantissent notre sécurité

Dans le monde entier.


Comme on peut le voir sur la carte ci-dessous, le risque sismique concerne le monde entier. Certaines zones plus que d'autres mais la majorité doivent se soumettrent aux règles parasismiques.


La sismicité dans le monde

 

- L'étude des sols:


Comme nous l'avons vu précédemment, le choix du site est primordial notamment en raison des nombreux effets de site (= l'amplification ou la minimisation des ondes sismiques selon la nature du sol). On peut désormais admettre qu'un bâtiment construit sur un rocher sera moins vulnérable que les autres. Les éléments du paysage sont ainsi privilégiés, par les architectes, comme appuis pour les fondements d'une construction (rocher, montagne...).
Les sols sont donc rigoureusement analysé par les spécialiste et plus particulièrement la fréquence des séismes. Grâce à ceci, ils déterminent la période de ces mouvements, de ces vibrations et en déduisent ainsi les dégâts causés par de tels mouvements tectoniques.
Certains sols seront plus adapté que d'autres. L'épaisseur du terrain n'importe peu, seule sa ductilité est prise en compte. Les immeubles situés sur des terrains plus épais mais très ductiles subiront plus de dommages qu'une construction sur un sol peu épais mais dur.
Les effets induits, c'est à dire toutes les autres catastrophes qui peuvent découler d'un séisme sont à étudier pour la nature d'un sol. Effectivement, un sol instable sollicité par des tassements ou bien des glissements de terrain sont à proscrire. L'autre phénomène important est la « teneur » en eau de certains terrains. Suite à un tremblement de terre ceux ci peuvent s'affaisser et entraîner la destruction de plusieurs bâtiment: c'est la liquéfaction des sols.

Le phénomène de liquéfaction des sols 


- L'isolation à la base:


L'énergie d'un séisme, déployées par les nombreuses ondes sismiques sont directement en provenance du sol. Ces forces sont transmises à tous les objets situés à la surface tel que les bâtiments. L'objectif, réfléchi depuis le début des années 1900 est d'isoler et de réduire les forces exercées par les différentes ondes et secousses.
Le but est ici de différencier, de dissocier les mouvements du sol avec ceux de la structure: les forces transmises sont donc minimiser au maximum. Une construction isolée verra les forces exercées sur elle beaucoup moins importantes qu'une structure non isolée.
L'isolation est réalisée au point de transmission des forces, c'est à dire à la base. C'est cette dernière qui subit l'essentiel des forces et a pour but de minimiser les déformations. La base exerce comme un filtre sur les accélérations. La structure qui surmonte ce socle isolateur ne subit qu'une infime partie des accélérations. En cas de séisme très puissant, l'ensemble de la construction peut se mettre à osciller ou bien se comporter d'une manière rigide puis reprend sa forme initial avec des dégats limités et des vies préservées. Ce sont en fait les forces d'inertie transmises qui sont limitées et restent en dessous des capacités élastiques de la structure.


Afin que les forces d'inertie transmises à la structure soit raisonnables par rapport à la résistance de la structure, la durée des vibrations ne doit pas excéder la durée d' « excitation » maximale du séisme. Si cette durée des vibrations augmente considérablement, toutes les forces libérées par les ondes sismique vont se concentrer au niveau de l'isolateur, de la base.
Un dispositif annexe doit servir de renfort pour dissiper ces pressions, tels que les amortisseurs. Les forces seront ainsi mieux maîtriser et le risque d'un effondrement de la construction situé au dessus de la base (superstructure) sera réduit.

L'isolation sismique à la base


- Les fondations.


Sur certains terrains, il n'est pas toujours possible d'avoir une nature de sol correct et en adéquation avec la construction envisagée. Souvent utilisées pour les bâtiments très lourds, les fondations profondes peuvent s'avérer être une option adaptée. Elles sont généralement mise en œuvre par un système de pieux, de puits et de poteaux.


- Systèmes s'appuie, les amortisseurs.


Très utiles pour dissiper l'énergie sismique, en renfort des isolations à la base, les amortisseurs sont employés dans de nombreux cas: ils sont en effet indispensables. Cependant, de nombreuses études sont à réaliser notamment leur adaptation aux bâtiments et au terrain: chaque type d'amortisseur s'installe sur des infrastructures définies. L'usure doit également être prise en compte pour éviter qu'ils ne vieillissent plus vite que le bâtiment lui-même. Elle peut-être occasionné par de multiples facteurs tel l'humidité ou encore la température.
Il existe 3 principaux systèmes d'appuis:

Amortisseur parasismique

- les amortisseurs visqueux.
Ceux ci sont les plus courants et les plus utilisés puisqu'il sont montables très facilement malgré leur grande sensibilité aux variations de température.
Les amortisseurs à fluide visqueux sont de simples boîtes fixées aux fondations et contenant comme son nom l'indique un fluide d'une grande viscosité, tel le bitume. Il s'agit en fait d'un barreau rigide relié d'un côté aux fondations de la structure et de l'autre, il beigne dans un liquide visqueux qui ralentit son mouvement aux cours des secousses sismiques. Les forces sont ainsi atténuées de 15 à 20%
L'ensemble des éléments dissipateurs sont généralement en acier spécial, matière favorisant la dissipation des efforts sismiques.

Amortisseurs visqueux


- les amortisseurs hystérétiques.
Ils constituent un assemblage de pièces en acier doux ou bien en plomb soit des alliages malléables. Lorsque les fondations et la structure sont en mouvement, ces matériaux se déforment de manière à dissiper l'énergie sismique.
Ces amortisseurs ne demandent pas d'entretien et sont faciles à remplacer. Ils se présentes, comme ceux à fluide visqueux, sous forme de barreaux en acier, en plomb ou bien grâce à des poutres.

Amortisseurs hystérétiques


- les amortisseurs à frottement.
Ces amortisseurs ne sont pas les plus faciles d'installation tel les deux précédents mais sont sans doute les plus efficaces. Après un séisme, ceux ci se déforment peu et retrouvent aisément leur position initiale.
Dans le cas de ses amortisseurs, l'énergie sismique est dissipée grâce à des dispositifs disposés à divers endroits stratégiques de la structure par frottement sec. Le bâtiment peut alors se déformer sans dommage important et de risque pour les occupants.

Amortisseurs par frottement


- Les joints parasismiques.


Une construction quelle quelle soit est généralement constituée de plusieurs éléments simples qui reliés entre eux forme une véritable structure. Ainsi, comment relier ces éléments, dans les normes parasismiques?
Afin que chaque partie du bâtiments bouge séparément en subissant les ondes sismiques. On utilise des joints parasismiques. En effet, ceux ci créent un espace vides sur toute la hauteur des façades et des éléments de la structure. Ainsi, au cours d'un séisme, chaque composant du bâtiment subit des déformations individuellement et séparément des autres. Si l'un de ces blocs s'effondre, par l'effet de site par exemple, dans sa chute, il s'entraînera pas son bloc voisin, évitant toute collision et le basculement intégrale de l'édifice.
Ces joints parasismiques sont d'autant plus larges que le bâtiment est sujet à de fortes déformations, dont notamment des mouvements horizontaux très importants. Des études sont donc mise en œuvre afin de déterminer des dimensions précises et la largeur optimale. Un mauvais écartement entre les deux blocs, trop large ou pas assez, pourrait entraîner la collision des deux masses en question.
En zone Ib (risque normal), la largeur est fixée à 40 mm et 60 mm pour les zones à sismicité moyenne et forte.

 

Joint parasismique


- Le contreventement.


Le contreventement est un système statique destiné à assurer la stabilité globale d'un bâtiment et le protéger des déformations vis à vis des effets horizontaux tel que le vent, les séismes, les chocs... Il peut également stabiliser les parties stratégiques d'une structure comme les poutres, les colonnes, les murs porteurs.
On distingue deux types de contreventement:


- les contreventements verticaux destinés à transmettre les effets horizontaux dans les fondations. Aussi appelés palées de stabilité, ils dirigent les ondes verticales fortes vers le bas de l'édifice. Plusieurs critères doivent être respectés afin que l'efficacité de ce système soit garantit. Dans le cas d'un immeuble, 3 palées, c'est à dire 3 rangées de pieux de soutien, doivent être disposées par étage non parallèlement et non concourants.
De plus, ces palées sont situées de façon symétrique vis à vis du centre de gravité des planchers. Pour que la propagation des ondes vers les fondations soit efficaces, les palées doivent communiquer facilement donc être superposés sur les différents niveaux.
Ils sont généralement mis en œuvre par un système de voiles disposées sur toutes les surfaces verticales des bâtiments avec des matériaux spécifiques.


- les contreventements horizontaux destinés à s'opposer aux effets de torsions dus à ces efforts. Ils assurent la transmission des ondes latérales vers les contreventements des plans verticaux. Ceux ci s'appellent également des diaphragmes, lesquels doivent être ni trop flexibles, ni trop rigides.
A l'inverse, des contreventements verticaux, ce sont des plaques qui assurent le dispositif. Elles peuvent être en béton armé, en acier, en maçonnerie, en bois ou en tôle ondulée, comme pour les contreventements précédents.

Le contreventement


- La conception des bâtiments.


L'architecture des bâtiments est une des règles parasismiques la plus importante pour assurer le maintien et éviter l'effondrement d'une structure. En effet, la configuration spatiale des constructions, la disposition des bâtiments entre eux et la prévention aux niveaux des éléments non structuraux qui peuvent devenir dangereux sont des principes architecturaux incontournables.


- La configuration spatiale de la construction.


Comme nous l'avons vu plus haut, une structure ne doit pas adopter des formes complexes mais ce qui est primordial est la « fusion »de tous les éléments structuraux. Effectivement, toutes les parties doivent être solidaires entre elles et ne former qu'un seul et même bloc. Tous les éléments principaux comme le plancher, les murs et le plafond doivent être reliés solidement à la structure principale. Des systèmes de chaînes peuvent être également mis en oeuvre permettant d'unifier les différents éléments de la structure. En cas de détachement due aux secousses sismiques, ces chaînes directement introduites dans la structure contribue à uniformiser chaque partie de l'édifice.

Ce principe de construction où c'est tout le bâtiment qui supporte les effets d'un séisme, en rendant solidaires chaque composante est dit le monolithisme.


- La disposition des bâtiments entre eux.


La société d'aujourd'hui est majoritairement d'ordre urbaine où dans la plupart des villes, les diverses habitations sont très proches les unes des autres ou bien mitoyennes. Ainsi, au cours d'un séisme, l'effondrement d'une structure faible et ne respectant pas les règles parasismiques peut entraîner l'écroulement d'une seconde structure située non loin de la première. Des études sont donc réalisées pour évaluer les mouvements horizontaux de certains bâtiments et par conséquent laisser un espace raisonnable entre deux constructions.

L'importance de la disposition des bâtiments entre eux


- Le danger face aux éléments non solidaires.


Sur une grande majorité du territoire français, le risque sismique, au niveau architectural repose davantage sur la rupture d'un élément non structural que sur la dislocation de la construction. Les conséquences de ces éléments engendrent la perte de vies humaines et des dégâts irréversibles. En effet, un incendie, une inondation, une fuite de gaz sont autant de répercussions qui peuvent être le résultat d'un séisme.
En ce qui concerne le risque d'inondation, les éléments de tuyauterie doivent être solidaires aux autres éléments de l'édifice. Une fois renforcés, ceux ci, en particulier les joints, ne cèdent pas et de devraient pas entraîner de dégâts des eaux.
Les systèmes de chauffage, de climatisation, de ventilation sont également étudier afin qu'ils suivent les différents mouvements du bâtiment et ne pas engendrer de sinistres supplémentaires.
Et pour finir, certains dispositifs permettent la coupure d'alimentation en gaz lorsque les secousses sismiques peuvent conduire à leur rupture.

La tuyauterie conforme aux normes parasismiques


En Charente Maritime.


Comme nous l'avons vu précédemment, la Charente Maritime se situe en zone 3, soit soumise à une sismicité faible mais non négligeable.
Les habitations sont ainsi contraints à respecter les normes parasismiques adaptées au degré de sismicité de la région. Celles ci sont généralement réaliser en collaboration avec des architectes qui définissent les normes et les objectifs de la construction parasismique aux constructeurs qui les mettent en application.


Ces normes sont liées à des lois de construction précises, et notamment aux PS92. Deux ingénieurs nous en parlent :

Entretien avec M.Adrianssens et M.Amiri

Pour aller plus loin, et continuer à suivre en intégralité l'intervention de ces deux spécialistes de la construction: cliquez sur ce lien: Entretien avec M. Adrianssens et M.Amiri  


C'est donc au tour des maçon, menuisier, charpentier de mettre en place ces normes. Ceux ci emploi des techniques de construction concises pour permettre à un bâtiment de ne pas s'effondrer en cas de séisme.


Tout d'abord, au niveau de la structure en elle-même, des raidisseurs sont installés. Ces dispositifs directement ancrés dans les fondations jusqu'en haut du mur associé et situés de chaque côté des différentes ouvertures. Noyés dans le bétons, ces poteaux en acier consolides ces ouvertures et renforcent ses angles. Les fondations elle-même sont noyés dans le béton (principe parasismique).


Ces raidisseurs sont donc positionnés verticalement et croisent les différents renforts horizontaux. Ils croisent d'abord les linteaux, c'est à dire de nouvelles armatures en acier et disposées dans le béton au dessus de chaque fenêtre ou porte. Ensuite, ils coupent les armatures situées en haut du mur suivant l'ensemble du périmètre de la structure et permettant d'accueillir la charpente.
Les murs ne disposant pas d'ouverture sont divisés en plusieurs pans de murs, afin qu'au cours d'un séisme chaque partie subissent les ondes différemment.
Pour les murs isolés relativement haut, la stabilité de la construction est assuré par des chaînages horizontaux supplémentaires, en renfort.


L'ensemble de ces techniques architecturales, déjà énoncés par Nicolas Vandon dans son intervantion sont ainsi résumées par ce schéma:

Des techniques de constructions parasismiques

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