Votre Guide de Conception Antisismique

Qu’est-ce qu’une conception résistante aux tremblements de terre?

La conception résistante aux tremblements de terre est un domaine ou un type de conception structurelle qui vise à concevoir des bâtiments pour résister aux tremblements de terre – en fournissant des systèmes structurels qui ne s’effondreront pas lors d’un tremblement de terre et qui sauveront donc des vies et des fonds de secours.

Pourquoi avons-nous besoin de bâtiments résistants aux tremblements de terre?

En moyenne, 20 000 tremblements de terre se produisent chaque année dans le monde, dont 16 en moyenne sont des catastrophes majeures. En 2019, cinquante-cinq personnes aux Philippines sont mortes lors de tremblements de terre, dont plus de dix ont secoué le pays avec une magnitude supérieure à 6,0. Dans une seule d’entre elles, 1 200 maisons ont été détruites et au moins 500 écoles et maisons endommagées, ainsi que des églises historiques et même des hôpitaux et des centres de traitement temporaires pour ceux qui avaient été blessés lors du dernier séisme. Un tremblement de terre en octobre a endommagé 47 476 maisons, laissant 277 000 personnes déplacées en mars 2020.

Des structures et des villes impressionnantes peuvent être nivelées par un seul événement sismique majeur, à moins que nous n’intégrions cette possibilité dans notre conception.

Tous les bâtiments devraient-ils être à l’épreuve des tremblements de terre?

Éliminons cela: les bâtiments antisismiques n’existent pas. Encore. Nous pouvons concevoir des bâtiments résistants aux tremblements de terre, bien que leur résistance exacte ne puisse être testée que par l’ampleur du tremblement de terre auquel ils résistent.

Le seul inconvénient de la construction et de la rénovation de tous les bâtiments pour qu’ils résistent aux tremblements de terre est l’argent. Mais c’est un gros inconvénient, surtout dans les pays qui en ont le plus besoin. Les tremblements de terre entraînent des villes sur la rive du Pacifique, ou Anneau de feu, épuisant leur argent et leurs ressources pour un soulagement immédiat. Lorsque les répliques s’atténuent et que la poussière se dépose, il ne reste plus assez d’argent pour une conception résistante aux tremblements de terre. En avril 2015, le Népal commençait tout juste à appliquer un plan visant à réduire sa vulnérabilité aux tremblements de terre lorsque le sol a de nouveau tremblé. Dans un monde parfait, tous les bâtiments – en particulier les bâtiments le long de l’Anneau de feu – résisteraient aux tremblements de terre, mais trop d’habitants de la rive du Pacifique n’ont tout simplement pas les fonds pour le faire ou ont de plus gros problèmes que le tremblement de terre occasionnel.

Comment empêcher les tremblements de terre de détruire les bâtiments?

Alors que la conception résistante aux tremblements de terre devient la nouvelle norme dans la plupart des villes sujettes aux tremblements de terre qui en ont les moyens, il est intéressant de noter que des chercheurs de l’Université de Brighton travaillent sur une invention appelée ViBa, qui, lorsqu’elle est installée sous terre, absorbe 40 à 80% des ondes sismiques dirigées vers le bâtiment qu’elle protège. Cependant, il ne sera pas largement utilisé pendant un certain temps compte tenu de sa taille, de sa difficulté à produire en série et donc de son prix plus élevé. Retour aux solutions actuelles : design.

Comment les ondes sismiques affectent-elles les bâtiments?

En cas de tremblement de terre, les ondes sismiques se déplacent sous terre à intervalles courts et rapides dans toutes les directions à partir de la source du séisme. Les bâtiments sont généralement conçus pour supporter des forces verticales telles que leur poids et leur gravité, mais pas les forces horizontales du sol se déplaçant d’un côté à l’autre. Les ondes sismiques font vibrer les murs, les sols, les colonnes, les poutres et les connecteurs qui maintiennent les bâtiments ensemble, en particulier ceux qui sont plus proches du sol. Étant donné que le bas du bâtiment se déplace différemment du haut, le mouvement provoque une contrainte extrême sur les fondations du bâtiment jusqu’à ce que le cadre de support se rompe et que toute la structure s’effondre.

Comment rendre un bâtiment résistant aux tremblements de terre?

Le moyen le plus efficace de construire un bâtiment résistant aux tremblements de terre est de contrer les forces d’un tremblement de terre. Vous pouvez le faire en renforçant la structure du bâtiment, en le protégeant des vibrations, en « amortissant » ou en dissipant l’énergie cinétique d’un tremblement de terre avec un contrôle vibratoire ou une puissance pendulaire, ou en créant une fondation flexible pour le bâtiment.

Pour rendre un bâtiment existant résistant aux tremblements de terre, l’ingénieur kiwi Bill Robinson a conçu le système de roulement en caoutchouc de plomb (LRBs), qui peut être incorporé dans la conception d’un bâtiment ou installé sur un bâtiment existant à risque. Un LRB est une structure de support flexible et absorbant l’énergie qui sépare le bâtiment du terrain sur lequel il se trouve – afin que ses fondations ne soient pas arrachées par les ondes sismiques et qu’elles ne basculent pas.

Rendre un bâtiment existant résistant aux tremblements de terre est appelé rénovation. Les techniques de rénovation sismique varient d’un endroit à l’autre, en fonction de la structure, du sol, de la topographie et de la distance par rapport aux autres failles.

Quels matériaux sont utilisés dans les bâtiments antisismiques?

Comme pour les bâtiments non antisismiques, deux des principaux matériaux utilisés dans les bâtiments antisismiques sont l’acier et le bois. L’acier de construction se présente sous une variété de formes qui permettent aux bâtiments de se plier sans se casser. C’est un exemple de ductilité élevée – la capacité de subir de grandes déformations et de tensions (c’est-à-dire de se plier sans se casser). Le bois est également très ductile en raison de son rapport résistance / poids.

Les autres matériaux comprennent des alliages à mémoire de forme, une pellicule plastique renforcée de fibres, de la soie d’araignée, du bambou et des matériaux imprimés en 3D. La pellicule plastique renforcée de fibres est un matériau hautement ductile pour enrouler les colonnes. Les alliages à mémoire de forme peuvent être considérés comme hyper ductiles en ce sens qu’ils peuvent être pliés et retrouver leur forme d’origine une fois le besoin de pliage terminé. La soie d’araignée, le bambou et les matériaux imprimés en 3D ont un rapport résistance / poids élevé et sont donc considérés comme des supports pour le bois lorsque le bois n’est pas le matériau le plus approprié.

Quelle est la meilleure forme pour un bâtiment antisismique?

Selon l’Université de la Colombie-Britannique, le dôme est de loin la meilleure forme pour la résistance aux tremblements de terre. Sur la « table à secousses », une méthode de test utilisée pour simuler l’effet des tremblements de terre sur certaines conceptions de bâtiments, le dôme a surpassé les maisons à structure conventionnelle. Cependant, il y a quelques mises en garde à cela sur le plan pratique: les dômes sont difficiles à construire et occupent beaucoup d’espace difficile à utiliser à l’intérieur du bâtiment. Pour de nombreuses entreprises qui construisent leurs immeubles de bureaux, par exemple, il est plus facile de compter sur des matériaux résistants, des fondations flexibles et l’amortissement de l’énergie d’un tremblement de terre.

Les bâtiments courts sont-ils plus stables que les bâtiments hauts?

Dans un tremblement de terre: non. Les bâtiments courts ont des fondations moins profondes que les bâtiments hauts, ce qui les rend plus faciles à arracher ou à détruire. Les bâtiments courts sont également considérés comme « plus rigides » que les bâtiments hauts; il est plus difficile d’intégrer de la flexibilité dans leur conception, ce qui signifie que lorsque le sol bouge, ils s’effritent plutôt que de se balancer. Les bâtiments qui se balancent survivent plus longtemps que ceux qui s’effondrent.

Quelle est la partie la plus faible d’un bâtiment ?

Chaque bâtiment sera conçu pour avoir des points faibles différents, il n’y a donc pas de partie la plus faible coupée et sèche de tout bâtiment. Cependant, des technologies telles que Scan and Solve de l’Université du Wisconsin-Madison et de la Florida International University peuvent identifier et prédire les points faibles d’une structure avant qu’elle ne commence à se décomposer. Alternativement, les concepteurs de bâtiments peuvent produire un plan avec les points faibles mis en évidence.

Quels bâtiments célèbres sont à l’épreuve des tremblements de terre?

Taipei 101

Le Taipei 101, anciennement la tour internationale de Taipei, était le plus haut bâtiment du monde de 2004 à 2010, jusqu’à ce que les EAU le battent. Il a établi des records pour l’ascenseur le plus rapide du monde et le plus grand « bâtiment écologique » au monde. Il est flexible et structurellement résistant, même les murs en verre et les rideaux étant conçus pour résister aux tremblements de terre.

La Pyramide de Transamerica

Bien que la Pyramide de Transamerica n’appartienne plus à la Transamerica corporation, elle témoigne toujours de leur audace dans la conception. Le deuxième plus haut bâtiment de l’horizon de San Francisco, la Pyramide a l’intention d’y rester. Ses fondations sont profondes et flexibles de 52 pieds, et l’agrégat de quartz préfabriqué hors sol couvre l’extérieur du bâtiment, protégeant chacun de ses étages de l’effondrement.

La Tour Historique de Yokohama

La tour historique de Yokohama est célèbre pour son hôtel 5 étoiles, son observatoire et son jardin du ciel et sa taille en tant que deuxième plus haut bâtiment du Japon. Mais la merveille ici est la structure flexible pour résister aux tremblements de terre basée sur l’ancienne conception japonaise de pagode à cinq niveaux. Les principes utilisés pour les bâtiments de 40 pieds au 8ème siècle se sont révélés dignes des mastodontes de nos jours, en témoigne la tour historique.

Quel est le bâtiment le plus résistant aux tremblements de terre?

L’Arène philippine. C’est la plus grande zone en forme de dôme au monde, avec une capacité de 55 000 places assises. Il a été conçu par Populous, un cabinet d’architecture australien, et est capable de supporter des charges latérales allant jusqu’à 40% de sa masse. Il a une conception de base indépendante, ce qui signifie que le corps structurel de l’arène est séparé de sa fondation. Il utilise des LRB pour séparer ces deux fonctionnalités. L’arène Philippine utilise une combinaison de forme, d’absorption structurelle des ondes de choc et d’une couche flexible entre elle et ses fondations pour résister aux tremblements de terre de la plus haute magnitude de tout autre bâtiment au monde.