Bon à savoir avant une construction parasismique.

Les séismes, contrairement aux autres catastrophes naturelles, tuent surtout par l’effondrement de bâtiments et d’autres chutes d’objets.

C’est pour cela qu’il est nécessaire d’étudier la manière dont se comportent les bâtiments pour établir des ouvrages résistants aux séismes.

Cet article vous livre quelques conseils et informations simples à observer et appliquer lors de la construction d’une maison parasismique.

Tremblement de terre et interaction sol-structure

Lors d’un tremblement de terre les ondes sismiques qui se propageant dans le sol mettent en mouvement les ouvrages (bâtiments, ouvrages d’art), lesquels doivent – pour maintenir leur équilibre – exercer sur le sol environnant des efforts importants. Ce faisant, les ouvrages génèrent en retour de nouvelles ondes sismiques. On parle alors de phénomène d’interaction sol-structure, ou « ISS ».

Les 5 piliers indissociables d’une construction parasismique

Le principe cardinal d’une construction parasismique est de sauver la vie de ses occupants, en limitant les désordres structurels.
Le principe de la construction parasismique repose sur 5 piliers indissociables :

  • 1 – Le choix du site d’implantation : 
    Les terrains situés sur les reliefs et en haut des ruptures de pente sont à proscrire.
    La zone de limite entre les sols rocheux et les sols mous est également à éviter.
  • 2 – La conception architecturale : 
    Le type d’architecture doit permettre une bonne résistance au séisme (forme, hauteur et élancement du bâtiment).
  • 3 – Le respect des règles parasismiques : 
    Les règles Eurocode actuellement en vigueur en France et en Europe fixent les niveaux de protection requis par commune (définie dans le zonage sismique national) et par type de bâtiment. Ces règles définissent également les modalités de calcul et de dimensionnement des différents organes de structure des constructions. Pour les maisons individuelles, il pourra y avoir maintien des règles simplifiées actuellement en vigueur.

    Construction parasismique : Zonage Sismique de la France en 2017
                                                                      Zonage Sismique de la France en 2017
  • 4 – La qualité de l’exécution : 
    Elle concerne non seulement les matériaux et éléments non structuraux (couplages et joints), mais également le respect des règles de l’art.
    La protection contre le feu est aussi point important de la construction parasismique.
  • 5 – La maintenance des bâtiments : 
    Elle permet de garantir l’efficacité de la construction parasismique sur le long terme.

Construction parasismique : L’étude des Sols

Pour mesurer l’influence des sols, on étudie, tout d’abord, le comportement des bâtiments par rapport aux mouvements du sol.
Après des tests en laboratoire, on a pu constater que les grands immeubles construits sur les couches molles de grande épaisseur sont plus endommagés que s’ils sont construits sur des sols durs et de faible épaisseur, alors que c’est l’effet inverse chez les petits immeubles.

Liquéfaction des sols

Parfois, l’action des mouvements sismiques sur le sol peuvent causer d’importants dégâts comme les tassements, les effondrements locaux, une dislocation ou encore un glissement de terrain. Le phénomène de liquéfaction des sols affecte généralement les sols granulaires saturés d’eau. On en déduit donc que pour les constructions parasismiques il faut éviter les sols meubles imprégnés d’eau. On appelle liquéfaction des sols la perte de cohésion du sol. Cette perte de cohésion est le résultat de l’augmentation de la pression de l’eau due aux ondes choc qui compriment le sol, lors d’un tremblement de terre. Ce phénomène est l’effet secondaire des séismes avec les feux, les glissements de terrains et les raz-de-marée appelés aussi effets induits.

Les fondations

Lorsque la modification de l’implantation des ouvrages afin de trouver de meilleures conditions de terrains est impossible, il est alors nécessaire d’étudier avec soin les mesures correctives pouvant être envisagées (compactage, injections, substitutions de sol). Le recours aux fondations profondes (pieux, barrettes, puits) est souvent la meilleure solution, dans le cas où celles-ci sont biens 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.

Isolation sismique de la base

L’isolation sismique de la base est un concept simple remontant au début du 20ème siècle. L’isolation sismique à la base consiste à désassocier le mouvement du sol du mouvement de la structure afin de réduire les forces transmises à cette dernière. Les forces qu’exercent les séismes sur la structure isolée sont normalement de l’ordre de 3 à 10 fois plus petites que les forces pouvant s’appliquer à la structure non isolée. L’isolateur reçoit les déformations et filtre les accélérations afin que la superstructure (construction élevée sur une autre) se déplace essentiellement selon un mode rigide subissant de faibles accélérations et quasiment pas de déformations. Ainsi, les forces d’inertie transmises à la structure sont limitées et restent en dessous de la capacité élastique de cette dernière. Les dommages subis par cette superstructure et par les éléments de fondation sont alors réduits. Enfin, après le séisme, la fonctionnalité de la structure est préservée.
Construction parasismique : quelques informations précieuses
Pendant un tremblement de terre, les isolateurs sismiques (voir photo ci-dessus) séparent les constructions des déplacements du sous-sol et limitent ainsi l’énergie sismique agissant sur la construction. Les isolateurs sismiques sont constitués comme un appui en élastomère de plaques d’acier vulcanisées. La matière élastomère est basée sur un mélange spécial qui permet la dissipation de l’énergie sismique par déformation et formation de chaleur.

Les isolateurs sismiques peuvent être installés sur de nouvelles constructions ainsi que sur d’anciennes afin de répondre à la mise à niveau et au renforcement sismique. Ils agissent simultanément lors de conditions normales comme appuis de déformation. C’est pourquoi ils conviennent particulièrement aux constructions ayant une capacité d’espace réduite où l’installation d’appuis et de systèmes de protection sismique séparés n’est pas possible.


Principe de Base des Fondements Théoriques

L’isolation à la base repose sur le principe que si la durée de vibration a suffisamment augmentée pour s’éloigner de la durée d’excitation maximale du tremblement de terre, les accélérations reçues par la structure (par conséquent les forces d’inertie) sont nettement réduites. En revanche, l’augmentation de la durée engendre des mouvements plus importants se concentrant au niveau de l’isolateur. Dans ce cas, l’intégration des unités d’isolation ou de l’usage d’un dispositif parallèle et externe du dispositif de dissipation d’énergie (amortisseurs) est requise pour contrôler les mouvements et réaliser une conciliation efficace entre la réduction de la force et l’accroissement du déplacement.

GLOSSAIRE

Tectonique des plaques

La tectonique des plaques (d’abord appelée dérive des continents) est le modèle actuel du fonctionnement interne de la Terre. Elle est l’expression en surface de la convection qui se déroule dans le manteau terrestre. La lithosphère, couche externe de la Terre, est découpée en plaques rigides qui flottent et se déplacent sur l’asthénosphère, plus ductile.

Risque sismique

Le risque sismique d’un site est un risque naturel lié à l’activité sismique. Il est la conjonction d’un aléa sismique et d’une vulnérabilité des personnes, des biens et des activités sur ce site. La nature et la vulnérabilité des enjeux (économiques, patrimoniaux, sociaux…) sont primordiales pour l’évaluation du risque sismique.

Séisme/Tremblement de terre

Ce sont des vibrations de l’écorce terrestre provoquées par des ondes sismiques qui rayonnent à partir d’une source d’énergie élastique créée par la rupture brutale des roches de la lithosphère (partie la plus externe de la terre).

Sismologie

Science qui étudie les tremblements de terre naturels ou artificiels, et d’une manière générale la propagation des ondes sismiques à travers

Sismomètre/Séismomètre

Détecteur des mouvements du sol qui comporte un capteur mécanique, un amplificateur et un enregistreur.

Vulnérabilité

Les ouvrages humains (constructions, équipements, aménagements, etc.) ne sont pas tous capables d’absorber et de dissiper, sans dommage (rupture), les efforts transmis par les ondes sismiques. Selon leur nature et leur conception ils sont plus ou moins vulnérables à ces sollicitations.
Des règles de construction parasismique sont imposées pour réduire cette vulnérabilité dans les zones sismiques.

Zone sismotectonique

Zones géographiques dans lesquelles la probabilité d’occurrence d’un séisme de caractéristiques données (magnitude, profondeur focale) peut être considérée homogène en tout point : ces zones s’articulent en général autour d’une même faille ou d’une même structure tectonique.

E. Les différents systèmes d’appuis

Les appuis parasismiques ont un grand intérêt pour la plupart des pays concernés par le risque sismique. L’installation de ceux-ci n’est pas évidente car il n’est mis en place qu’après de nombreuses études, au niveau du terrain et des bâtiments, pour savoir si celui-ci convient. En effet, il est nécessaire de voir si ces appuis vieilliront bien, et ne devront pas être remplacés avant la durée de vie du bâtiment (cette accélération du vieillissement pouvant être dû à la température à l’humidité ou aux agents chimiques). De plus, ces appuis doivent êter capables de résister à des séismes d’intensité plus forte que celle prévue lors de la conception de bâtiment.

1. Les Amortisseurs Elastoplastiques

L’appui en élastomère fretté est de forme carrée ou ronde (il est généralement de petite taille). Il est constitué d’un empilement de feuillets d’élastomère séparés par des frettes métalliques. La présence de ces dernières confère aux appuis une grande rigidité lorsqu’ils sont placés dans le sens vertical, alors qu’ils peuvent se déformer facilement en cisaillement horizontal puisqu’ils permettent dans ce cas d’obtenir une grande souplesse vis-à-vis des efforts horizontaux du séisme agissant sur le bâtiment.

2. Les Amortisseurs par Frottements

On appelle des amortisseurs par frottements les appareils d’appuis glissants utilisés pour les ponts, libérant les déplacements de longue durée du tablier (partie supportant les voies de circulation). Les frottements varie selon la pression de contact, la température ambiante, l’état de surface de glissement, etc. Le glissement intervient lorsque la force de séisme dépasse la force maximale développée par le frottement, c’est alors qu’une partie de l’énergie du séisme est dissipée.

3. Les Amortisseurs Visqueux

Ces amortisseurs sont comparables à un vérin (tube cylindrique dans lequel une pièce mobile sépare le volume du cylindre en deux chambres isolées l’une de l’autre) hydraulique à double effet et dont la capacité de dissiper l’énergie est forte. Normalement, il se compose de deux chambres remplies d’huile hydraulique ou de pâte silicone. Celles-ci sont raccordées l’une à l’autre par des soupapes (obturateurs sous tension de ressort dont le soulèvement et l’abaissement alternatifs permettent de régler le mouvement d’un fluide) calibrées afin de permettre des déplacements de longue durée et une dissipation d’énergie provoquée par le mouvement sismique.

Les éléments dissipateurs peuvent être en acier spécial, dont le rôle est d’absorber les efforts sismiques horizontaux et de dissiper l’énergie. La figure ci dessous montre un cas où ces éléments sont combinés avec un appareil d’appui classique en acier « Téflon » dont le but est de transmettre uniquement les charges verticales. On y voit également un appareil en élastomère fretté avec un noyau cylindrique en plomb.

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