En 2011, un séisme de magnitude 9 frappe le Japon. S’il n’y avait eu le Tsunami qui a suivi le tremblement de terre, les japonais seraient sortis de cet événement sans dégâts majeurs. En effet, les japonais ont placé la préparation face aux séismes au premier rang en terme d’importance, en raison de leur position géographique (le pays est situé entre deux plaques tectoniques) et donc de leur histoire (12 séismes d’une magnitude supérieur à 7 depuis 1891). Nous observons que le nombre le dégâts humains s’est considérablement réduit depuis 1891 (nous ne prenons pas en compte le plus récent à cause du tsunami). Ceci nous conduit donc au questionnement suivant: comment expliquer la destruction de bâtiments moderne en Aquila alors qu’au Japon, les bâtiments résistent a des séismes tout aussi, voir plus, puissants.
Le “Génie Parasismique”, voilà une notion que nous cherchons à développer comme étant la différence entre une construction résistante et une construction qui ne l’est pas. Lors d’une construction, il est primordial de respecter chacune des règles et des normes afin d’assurer la résistance de cette dernière lors d’un séisme. Une construction parasismique est très complexe et comporte de nombreux facteurs:
III.1.1. Le choix du sol
La nature du sol est primordiale et nécessite une étude approfondie. En effet, les sols rocheux sont favorisés par rapport aux sols mous qui apparaissent comme plus mobiles et sont donc plus vulnérables lors d’une secousse. De plus, les terrains situés en relief sont également logiquement déconseillés car, à nouveau, cela augmente la vulnérabilité. L’étude du sol est donc d’une importance majeure. Lors de cette dernière, les spécialistes s’intéressent avant tout au mouvement d’un bâtiment sur ce sol particulier. Nous remarquons que la hauteur d’un bâtiment possède une grande influence. En effet, les grands immeubles sont plus endommagés lorsqu’ils sont construits sur un sol de couche molle à grande épaisseur par rapport aux sols durs à faible épaisseur. En revanche, cela est possible lorsqu’il s’agit d’un petit immeuble . Le sol est donc un facteur majeur car la construction dépend avant tout de lui.
III.1.2. Le type de bâtiment
Le modèle de construction est également primordial car selon le type, certains modèle seront plus ou moins solides. Le génie parasismique favorise les constructions simples, symétriques régulières, sans ailes, tels que des rectangles (tant que la longueur = 3 fois la largeur) ou des carrés. Par conséquent, les modèle en “L”, “T” ou encore en “U” sont déconseillés car chaque portion du bâtiment n’oscille et ne se déforme pas de la même manière. Cette irrégularité se traduit donc par un affaiblissement et un effondrement plus rapide. Il existe néanmoins un moyen de contourner ces risques lorsque le bâtiment est de forme complexe: on le fractionne en différente partie afin que, lors d’une secousse, chaque partie oscille indépendamment, et évite les chocs.
III.1.3. Le choix des matériaux
Véritablement, il n’existe pas de matériaux dits “magique”, il n’y a pas de matériaux qui sont plus parasismiques que d’autres. Seulement, leurs qualités et défauts ne sont jamais les mêmes en fonction des contraintes. Il s’agit donc de choisir le bon matériau en fonction de l’emplacement, du sol etc. Les matériaux sont étudiés et analysés en fonction des propriétés physiques suivantes:
leur résistance mécanique, c’est à dire leur capacité à absorber les 3 types d’ondes. Dans cette catégorie, le béton et l’acier sont les plus résistants.
Leur masse volumique. En effet, les structures légères sont plus susceptibles de résister. Ici, le bois et l’acier sont conseillés
Leur résilience, c’est à dire la quantité d’énergie maximale qu’ils peuvent absorber. Le matériau le plus “tenace” est l’acier.
Leur ductilité. Il est important que le matériau choisis soit capable de se plier pendant une secousse et ensuite de retrouver sa forme initiale.
Leur endurance, qui calcule leur capacité à résister à plusieurs secousses successives.
Leur durabilité. En effet, il est important que le matériau conserve ses propriétés physiques durablement.
Parmi ces matériaux, deux des plus utilisés sont notamment le béton et le bois. Cependant ces derniers ne sont qu’utilisables s’ils respectent bien toutes les règles qui assurent la résistance maximale. Par exemple, les bois utilisés ne peuvent contenir des noeuds vicieux dans leurs fibres qui les fragilisent considérablement.
Pour le béton, c’est évidemment dans sa création que les règles se font nombreuses. L’utilisation d’eau en excés est interdite pour des raisons évidentes, les gravillons utilisés doivent avoir une certaine granulométrie de 5 à 15 mm (étude ayant pour objet la mesure de la taille des particules élémentaires qui constituent les ensembles de grains de substances diverses, telles que farines, poudres, sables, etc., et la définition des fréquences statistiques des différentes tailles de grains dans l’ensemble étudié). Nous notons que la création du béton ne doit pas excéder deux heures, pour éviter de perdre certaines de ses propriétés mécaniques. D’autres règles viennent s’appliquer, notamment en ce qui concerne l’enrobage avec l’épaisseur qui varie de 1 à 5 cm dépendant des forces potentielles auxquelles le bâtiment peut être soumis mais également la structure des briques utilisées: elles nécessitent au moins une paroi intermédiaire afin d’assurer la stabilité. Il existe deux types de briques, les briques perforée à terre cuite (BPTC) et briques creuses à terre cuite (BCTC). Le béton résiste naturellement à la compression, néanmoins, il est très vulnérable aux tractions, d’où la nécessité d’introduire une armature, faite d’acier et positionnée de manière précise à l’intérieur du béton, afin que le béton soit de nouveau résistant aux tractions.
III.1.4. Les zones dans le bâtiment a solidifier
Nous devons d’abord isoler les facteurs responsable du mouvement d’un bâtiment pour en déduire les zones fragiles, prenons comme exemple un bâtiment de dimensions suivantes:
Ce bâtiment est soumis à l’influence du vent et d’une secousse sismique. Le vent, d’une pression de 50daN/m2 (en décanewton) frappe le bâtiment sur une surface de 60m2. Le bâtiment est donc soumis à une force de 3000daN. Pour sa part, la pression du séisme se calcule par rapport à la masse de la structure, la surface du plancher et la sismicité moyenne: 1000kg/m2 x 100m2 x 0,2g = 20 000 daN. La force subie par le bâtiment est donc en grande partie dû au séisme. Nous notons qu’il est important de concevoir les bâtiment de sorte que les forces subies soient automatiquement dirigées vers les fondations:
Ces fondations prennent la forme de pieux, creusés sous la terre et qui peuvent avoir une taille équivalente à 20-25 mètres (la taille dépendant de la classe du bâtiment qui elle dépend de la sismicité présente sur les lieux). Puisque tout l’édifice repose sur la base, il est important que cette dernière s’appuie sur un renforcement: les amortisseurs. Il existe plusieurs types d’amortisseurs: Élastoplastique, par Frottements et Visqueux. Un amortisseur n’est conçu et utilisé seulement s’il est capable de résister à un séisme de magnitude plus élevée qu’anticipée.
Logiquement, d’autres zones sont plus vulnérables que d’autres. C’est pourquoi il est primordial d’identifier ces zones et les solidifier. Pour continuer, les jointures. Ces dernières sont à l’origine de la fondation car elles tiennent toutes les pièces ensemble. Par conséquent, si elles se cassent, le bâtiment s’écroulera. Plus le bâtiment possède d’étages, plus il sera vulnérable, c’est pourquoi les piliers sont d’une importance fondamentale. Afin de les renforcer, nous introduisons des “contreventements” qui renforcent donc ces derniers, comme le montre l’image suivante:
Plusieurs règles très importantes viennent s’appliquer aux contreventements:
– Il doit exister au moins 3 plans de contreventements pour chaque mur.
– Ils ne doivent pas tous être parallèles
– Ils ne doivent pas être concourants.
– Il est également important d’organiser les contreventements de sorte que la charge soit équitablement répartie. D’où la notion omniprésente de régularité, en effet, les murs de contreventements doivent être uniforme et symétrique entre eux.
D’autres zones sont d’autant plus vulnérables, comme les premiers étages qui seront les premiers récepteurs des ondes propagées. Il est donc très important de renforcer toutes ces zones afin de pouvoir résister le plus longtemps possible aux nombreuses secousses. Puisque tout l’édifice repose sur la base, il est important que cette dernière s’appuie sur un renforcement: les amortisseurs. Il existe plusieurs types d’amortisseurs: Élastoplastique, par Frottements et Visqueux. Un amortisseur n’est conçu et utilisé seulement s’il est capable de résister à un séisme de magnitude plus élevée qu’anticipée.
III.1.5. Les inconvénients
Cependant, la construction parasismique possède quelques inconvénients qui peuvent être responsables de l’effondrement des bâtiments. Tout d’abord, le coût, un sujet qui sera toujours présent, en effet, toutes les précautions à prendre sous-entendent un investissement plus important, quelque chose que ne peuvent se permettre toutes les régions. L’accessibilité est également un réel enjeu car pas toutes les régions n’ont accès aux matériaux nécessaires à la construction parasismique et sont donc contraints à utiliser des matériaux inefficaces dans cette zone sismique. Ce sont des problèmes qui sont sans doute responsable des dégâts majeurs lors d’un séisme. Nous notons que ces problèmes touchent notamment les pays en voie de développement, avec comme exemple le séisme d’Haïti en 2010 qui, dû au manque de matériel et de personnel de construction, a coûté la vie à plus de 160 000 personnes.
III.1.6. Conclusion
Grâce à l’avancement de la technologie, les japonais ont trouvé de nombreux moyens afin de contrer les problèmes causés par les séismes. Cela explique notamment pourquoi la Tokyo Sky Tree, deuxième plus grande tour dans le monde, ne s’est pas effondrée lors du séisme en 2011. Le Japon est donc l’exemple parfait de l’importance des constructions parasismiques et l’importance de respecter toutes les règles impliquées afin de résister aux potentielles secousses.
TPE Les bâtiments face aux séismes 