Structure
MONOLITHISME
Un principe primordial dans la conception architecturale des bâtiments parasismiques est celui du monolithisme. Ce concept est basé sur le fait que les différentes parties du bâtiment doivent être correctement liées entre elles pour
éviter qu’elles se fractionnent lors d’un séisme. Par exemple le plafond, les murs et le plancher ne doivent pas être indépendant l’un de l’autre mais liés. Pour cela, il existe différentes solutions comme par exemple la mise en place de chaînage dans la structure qui va permettre d’unifier l'ensemble des parties des murs du bâtiment. Ainsi lors d’un séisme le chaînage va pouvoir répartir équitablement les secousses dans tous les pans de mur. Une structure monolithique apporte de la solidité et une unité dans l’ensemble du bâtiment.
éviter qu’elles se fractionnent lors d’un séisme. Par exemple le plafond, les murs et le plancher ne doivent pas être indépendant l’un de l’autre mais liés. Pour cela, il existe différentes solutions comme par exemple la mise en place de chaînage dans la structure qui va permettre d’unifier l'ensemble des parties des murs du bâtiment. Ainsi lors d’un séisme le chaînage va pouvoir répartir équitablement les secousses dans tous les pans de mur. Une structure monolithique apporte de la solidité et une unité dans l’ensemble du bâtiment.
SYMÉTRIE ET RÉGULARITÉ
Dans la construction d’un bâtiment parasismique la structure mise en place est essentielle. La première règle est d’avoir une conception régulière dans l'architecture du bâtiment ce qui va permettre au bâtiment de posséder un
comportement régulier et simple lors d’un séisme. De plus cette conception régulière ne doit pas seulement être dans la forme géométrique du bâtiment mais aussi dans l’uniformité des matériaux et des modes constructifs utilisés dans les
différentes parties du bâtiment qui va se refléter dans la répartition de charges du bâtiment. Ainsi avec une conception régulière du bâtiment on va pouvoir prévoir la réaction d’un bâtiment lors d’un séisme.
L’étude de différents dégâts sismiques met en évidence que les bâtiments possédant une architecture régulière et symétrique se comportaient mieux et étaient plus résistants que les bâtiments aux formes géométriques complexes lors de séismes. La résistance à la déformation des bâtiments en forme de L,T,U,V,Z, est très inférieure à celle des bâtiments symétriques. En effet à la jonction de deux parties formant une forme complexe les concentrations de contraintes sont importantes à cause de la différence de rigidité transversale et longitudinale. Par exemple, l’aile dans la lettre L n’oscillera pas à la même fréquence que le reste du corps du L. En effet, chaque forme géométrique possède sa propre réaction lors d’un séisme.(voir figure 1) Or, si on assemble un bâtiment avec des formes dissymétrique, chaque partie aura une réponse sismique différente et des capacités de déformations différentes. Ainsi, les liaisons entre les différents éléments du bâtiment vont « souffrir » et le noyau sera soumis à des efforts considérables et il sera impossible de prévoir la réaction du bâtiment lors du séisme.
Les solutions pour construire des formes géométriques dissymétriques tout en possédant une résistance parasismique : diviser la structure complexe de base en plusieurs sous structures qui seront reliées entre elles grâce à des joints parasismiques ou tout simplement seulement les diviser (voir figure 2).
comportement régulier et simple lors d’un séisme. De plus cette conception régulière ne doit pas seulement être dans la forme géométrique du bâtiment mais aussi dans l’uniformité des matériaux et des modes constructifs utilisés dans les
différentes parties du bâtiment qui va se refléter dans la répartition de charges du bâtiment. Ainsi avec une conception régulière du bâtiment on va pouvoir prévoir la réaction d’un bâtiment lors d’un séisme.
L’étude de différents dégâts sismiques met en évidence que les bâtiments possédant une architecture régulière et symétrique se comportaient mieux et étaient plus résistants que les bâtiments aux formes géométriques complexes lors de séismes. La résistance à la déformation des bâtiments en forme de L,T,U,V,Z, est très inférieure à celle des bâtiments symétriques. En effet à la jonction de deux parties formant une forme complexe les concentrations de contraintes sont importantes à cause de la différence de rigidité transversale et longitudinale. Par exemple, l’aile dans la lettre L n’oscillera pas à la même fréquence que le reste du corps du L. En effet, chaque forme géométrique possède sa propre réaction lors d’un séisme.(voir figure 1) Or, si on assemble un bâtiment avec des formes dissymétrique, chaque partie aura une réponse sismique différente et des capacités de déformations différentes. Ainsi, les liaisons entre les différents éléments du bâtiment vont « souffrir » et le noyau sera soumis à des efforts considérables et il sera impossible de prévoir la réaction du bâtiment lors du séisme.
Les solutions pour construire des formes géométriques dissymétriques tout en possédant une résistance parasismique : diviser la structure complexe de base en plusieurs sous structures qui seront reliées entre elles grâce à des joints parasismiques ou tout simplement seulement les diviser (voir figure 2).
LES JOINTS PARASISMIQUES
Les joints parasismiques sont un espace vide de tout matériau. Ces joints parasismiques sont présents sur toute la hauteur d’un bâtiment pour éviter que deux bâtiments s ‘entrechoquent. Pour les ouvrages à risque normal le joint parasismique doit être de 4 cm de large en zone 3 et de 6 cm en zones 4 et 5, de façon à permettre une légère oscillation des bâtiments voisins sans chocs. Ces joints parasismiques sont aussi présents pour diviser la structure irrégulière d’un bâtiment. En effet par exemple deux murs qui n’ont pas n’ont pas la même longueur et qui ne sont pas constitués des mêmes matériaux auront une période d’oscillation différente et ils pourraient rentrer en collision. On va donc les séparer grâce à un joint parasismique. (voir schémas ci-dessous)
CONTREVENTEMENT
Le contreventement est l’un des aspects les plus important de la conception parasismique qui va assurer la stabilité globale du bâtiment face à différentes actions. Les structures contreventées sont souvent moins coûteuses que les structures avec des fondations parasismiques.
Un bâtiment subit un ensemble d’actions horizontales (vent, séisme) et actions verticales (masse du bâtiment) appliquées sur la structure. Pour faire face à ces contraintes il faut faire usage d’un système de contreventement qui consiste à transmettre jusqu’aux fondations du bâtiment les actions horizontales et verticales subies par le bâtiment. L’action des séismes qui se traduisent par des actions horizontales peut dépasser les actions causées par les vents, sauf dans les cas des bâtiments élevés où l’action du vent peut-être plus grande que celle du séisme. Ainsi le vent ou les séismes vont incliner les parois verticales ce qui va imposer des contraintes aux points d’assemblage entres les dalles horizontales (plancher) et les murs verticales. Cette inclinaison met en danger l’ensemble de la stabilité du bâtiment car l’ensemble de la structure va osciller et cela va provoquer la désolidarisation entres les fondations et le bâtiment ainsi qu’un possible effondrement de la structure. Si on visualise la situation en observant une structure de face avec deux murs verticaux deux murs horizontaux qui les rejoignent. Lors de l’inclinaison du mur vertical on peut observer une différence de longueur des diagonales. Une diagonale va s’allonger et l’autre va se raccourcir. Ainsi pour éviter l’effondrement du mur vertical il faut bloquer le raccourcissent et l’allongement des deux diagonales en rejoignant les coins des murs vertical avec des baguettes en métal.(voir figure 3) Ces baguettes vont s’opposer à l’allongement et au raccourcissent des diagonales provoqué par l’inclinaison du mur vertical. Cette technique se nomme le contreventement et se base sur la propriété incontournable du triangle selon laquelle les trois côtés d’un triangle sont maintenus à la même longueur en compression ou en traction. La rigidité du matériel utilisé va permettre de renforcer les lois de cette propriété. En effet les contreventements sont majoritairement en béton armé ou en acier. Ainsi le contreventement va permettre de maintenir la forme du bâtiment, lui apporter de la rigidité, va éviter l’effondrement du mur et la désolidarisation du bâtiment et de ses fondations.
De plus on peut aussi mettre des fusibles dans le contreventement des bâtiments à l’intersection des baguettes rigides qui rejoignent les coins des murs verticaux. Ces fusibles en cas de séismes vont permettre de dissiper de l’énergie grâce à des forces de frottement au niveau du fusible. Le fusible va concentrer les déformations et il y aura donc moins d’énergie exercée sur la structure du bâtiment. Le fusible est fait pour se rompre grâce aux forces de frottement, mais évite que le reste du bâtiment s’endommage, il est facilement remplaçable.
Les matériaux
Une des premières consignes essentielles dans la construction des bâtiments est la qualité et la nature des matériaux utilisés. Le matériau le plus couramment utilisé dans les bâtiments parasismique est le béton armé, constitué de béton et de barres d’acier. Le béton va permettre la résistance aux forces de compressions et l’acier va permettre la résistance aux forces de tractions. En effet, le béton est un matériau capable de supporter des efforts de compression considérable, de l’ordre de 25 à 35 MPa (méga pascal), ce qui est 10 fois plus important que sa résistance en traction. Pour compenser sa faible résistance en traction des armatures en acier vont être disposés à l’intérieur du béton. De plus, l’acier possède une excellente résistance aux forces de traction grâce à sa ductilité.
Ainsi, lors d’un séisme lorsque le bâtiment va osciller et une partie du bâtiment va se retrouver en compression et une autre partie en traction. Le béton armé va jouer dans cette situation un rôle essentiel. Le béton va résister à la compression et l’acier va permettre au béton de résister à la traction. Cette alliance forme un matériel qui permet d’exploiter les caractéristiques avantageuses de deux composants : la ductilité de l'acier et la rigidité du béton.
Ainsi, lors d’un séisme lorsque le bâtiment va osciller et une partie du bâtiment va se retrouver en compression et une autre partie en traction. Le béton armé va jouer dans cette situation un rôle essentiel. Le béton va résister à la compression et l’acier va permettre au béton de résister à la traction. Cette alliance forme un matériel qui permet d’exploiter les caractéristiques avantageuses de deux composants : la ductilité de l'acier et la rigidité du béton.