Lors d'un séisme, des ondes se propagent dans le sol. Elles appartiennent à la famille des ondes mécaniques. On distingue deux types d'ondes, les ondes de volume et les ondes de surface.

Les ondes de volume se propagent dans la matière, dans le globe, dans toutes les directions. Il existe deux types d'ondes, qui se différencient par leur impact :

• les ondes P, ou ondes primaires, sont liées à la pression et agissent parallèlement au sens de propagations de l'onde. 
  

• les ondes S, ou ondes secondaires, génèrent des déplacements perpendiculaires à la direction de la propagation de l'onde.

Quand les ondes de volume atteignent la surface du globe, elles se transforment en ondes de surface. Leur amplitude est plus importante que celles des ondes de volume. Il y a deux catégories d'ondes :

• les ondes L, ou ondes de Love, induisent des forces latérales par rapport aux déplacement de l'onde qui génèrent des forces de cisaillement engandrant des dégâts importants sur les fondations des bâtiments.
  

• les ondes R, ou ondes de Rayleigh, se traduisent par une ondulation de la surface similaire à une vague. Elles ont une action verticale sur les bâtiments qui se traduit par une poussée de bas en haut.
  

Action d'une force de cisaillement sur une structure :

La force de cisaillement F agit perpendiculairement à la structure du bâtiment et induit une déformation horizontale Δx.

Les matériaux utilisés dans les constructions doivent être choisis pour résister aux forces de cisaillement. En effet, le béton n'est pas résistants à ces forces, c'est donc pour cela qu'il faut mettre en oeuvre des techniques de conceptions particulières.

 Les sols sont classés en différentes classes selon leur capacité à retransmettre les accélérations dues à un séisme.

Ils sont répartis selon 5 classes :

• A : sols de rochers
• B : Dépôts raides de sable, de gravier et d'argile très dense
• C : Sable, gravier et argile de densité moyenne et moyennement raide
• D : Sol sans cohésion de densité faible à moyenne
• E : Sol mou, argileux

Voici les valeurs de leurs paramètres :

En conséquent, en fonction de ces sols, les ondes Tb, Tc et Td varient de différentes manières :

 Un séisme est divisé en différentes périodes qui correspondent à différentes amplitudes de mouvement. La durée d'une période est exprimée avec une précision de l'ordre du dixième de seconde. Dans notre cas, nous utiliserons Tb, qui correspond à l’instant où les vibrations sont les plus intenses.

Bardage: Revêtement protecteur mince, à dilatation libre, de l'ossature ou des murs extérieurs au bâtiment.

Dorsale : Ce sont des chaînes de montagnes sous-marine où se forme la croûte océanique. Elles sont à l'origine des plaques lithosphériques et ce situent donc à la limite de plaques divergentes car elles sont la cause de leur écartement. En effet le magma remontant à leur surface est refroidi et forme de nouvelles plaques. 

Ductilité : capacité de déformation au-delà du comportement élastique.

Elément non structuraux : cloisons, fenêtres, portes…

Palée : contreventement de façade

Zones de subduction : Lieux où une plaque lithosphèrique plonge sous une autre, pour s'enfoncer dans le manteau.

Comme nous l'avons vu tout au long de ce dossier, une construction antisismique qui résisterait jusqu'au bout de tout séisme, n'existe pas !

Une construction parasismique c’est avant tout une construction qui vous sauve la vie en limitant la casse. De nombreuses techniques sont en développement autour notamment des matériaux et des types de construction pour permettre de limiter davantage les dégâts causés et de se rapprocher du bâtiment parasismique parfait!

En effet, es ondes sismiques produites lors d'un séisme peuvent causer différents types de dommages. Pour prévenir, on a créé des systèmes de zones sismiques ainsi que la classifiction des bâtiments et des sols. Par des calculs, on peut obtenir le déplacement que subit un bâtiment et ainsi déterminer les meilleur types de contreventements à utiliser grâce à ces catégories. Certaines mesures parasismiques sont obligatoires en toutes circonstances, comme le monolithisme et les formes simples qui sont à doubler avec le type de contreventement adapté. Nous avons aussi découvert quels sont les matériaux les plus efficaces selon les situations grâce à des calculs. 

Cahier 1 - conception architecturale parasismique, Milan Zacek : http://fr.slideshare.net/MomoOugataga/cahier-1conceptionarchitecturaleparasismiqueniveauavantprojetmilan-zacek?qid=368baf94-5830-44a1-a20a-306a0bdc5353&v=default&b=&from_search=1

Conception parasismique, Sami Sahli : http://fr.slideshare.net/Saamysaami/conception-parasismique

La nouvelle réglementation parasismique applicable aux batiments : http://www.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/La_nouvelle_reglementation_parasismique_applicable_aux_batiments.pdf

Construire parasismique, Milan Zacek : https://books.google.fr/books?id=1FLk8goS4DUC&printsec=frontcover&hl=fr&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false

 Blog Anco :  http://www.anco.pro/blog/joint-de-dilatation

 Constructions parasismiques, Jacques Betbeder-Matibet et Jean-Louis Doury: Consulté en ligne

Expérience d'un bâtiment parasismique : http://dai.ly/xhjc4g

Expérience d'un bâtiment normal : http://dai.ly/xhja6j

Expérience de la tapisserie parasismique : http://dai.ly/x3lnswk

Site L'entrepot du bricolage : http://pontarlier.e-bricodrive.fr/produit-chainage-parasismique-8x8cm-4-tors-de-diametre-10mm-3-metres,22203,31,120.htm

Site abc.maçonnerie : http://abc.maconnerie.pagesperso-orange.fr/pages-new/new-normes-parasismique.htm

Image Los Angeles : http://images.4ever.eu/batiments/villes/centre-de-los-angeles-149135

Encyclopédie Larousse : http://www.larousse.fr/encyclopedie/divers/tectonique/96183

Cours De Construction Parasismique : http://www.planseisme.fr/IMG/pdf/Polycopie_de_conception_niveau_technicien.pdf

Animation techoniques des plaques : http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=geo-0024-1

Image Humour : http://www.techniques-ingenieur.fr/actualite/wp-content/uploads/old_medias/ez/Dessin2_MateriauxW.jpg

Informations sur les calculs et données : Projet d'étude d'une plate-forme sous contrainte sismique réalisé par BAZILE Louis, HECMIL Harry, LEROY Quentin, MANIERE Louise, MENAGE Thomas à la demande de la société PROVOST DISTRIBUTION.

Site Légifrance :  http://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do?cidTexte=JORFTEXT000022941755&categorieLien=id

Site le plan séisme : http://www.planseisme.fr/Batiments-a-Risque-Normal.html

Site les différents types d'ondes sismiques : http://pedagogie.ac-montpellier.fr/svt/sismodemo/pages/les%20ondes%20sismiques.htm

Wikipédia: https://fr.wikipedia.org/wiki/Cisaillement

 https://fr.wikipedia.org/wiki/Module_de_Young

Valeurs des calculs des modules de Young: http://iut.univ-lemans.fr/gmp/cours/rebiere/proprietesmecaniques.htm

Lors d'une secousse sismique, les bâtiments peuvent se tordre à cause des forces de cisaillements. Pour empêcher ce type de dommage, on utilise le contreventement. Cette technique consiste à construire un certain nombre d'éléments qui vont assurer la stabilité et la rigidité de la structure. Cela permet de répartir les forces de compression et de traction sur différents points et ainsi transmettre les charges au sol.Le contreventement d’une structure doit être horizontal (diaphragmes) et vertical (palées de stabilité). Il existe donc différents types de contreventement:

• Les « diaphragmes rigides ». Ils maintiennent les angles à 90° et rigidifient la structure permettant de transférer les forces aux autres éléments de contreventements. Un diaphragme rigide impose le même déplacement à chaque élément vertical, ce qui permet de solliciter équitablement toutes les palées (contreventement de façade) de stabilité. Par exemple, les planchers et les pans de toitures peuvent remplir cette fonction.En cas de rupture d’une palée de stabilité, la répartition des charges se fait automatiquement sur les autres.

• Renforcement des masses et des raideurs afin d'empêcher le bâtiment de se contorsionner.

• On assure le contreventement horizontal et vertical de la structure, qui sont obligatoire dans le cas d’une construction parasismique, et on superpose les éléments de contreventements pour plus de stabilité.

• Il existe aussi le contreventement par noyaux. Ceux-ci correspondent aux cages d’ascenseurs, d’escaliers, et peuvent être  combinés avec des éléments de contreventement de la façade par des structures rigides. Ces structures rigides de liaisons peuvent être présentes à tous les niveaux ou seulement à certains.

• Une jambe de force est un élément qui sert à soutenir une construction ou qui renforce deux pièces assemblées à angle droit. Elle est particulièrement employée dans la construction des maison. La longueur de la jambe de force est précise et se définit grâce à une table de mesure et en fonction de la distance entre la base de la jambe et le début de la pièce soutenue.

• Le contreventement par « mur » ou « voiles » est fait généralement en béton ou en béton armé. Très raide, ce contreventement a pour avantage de limiter les déformations imposées par les éléments non structuraux

• Le contreventement par ossatures est plus souple que le contreventement par « voiles ». Il impose des déformations aux éléments non structuraux. En contrepartie, il réduit les effets dû aux séismes et a une meilleur ductilité, ce qui est avantageux lors de de construction sur sol rocheux. On a ainsi le principe selon lequel il faut construire souple sur sol raide et raide sur sol souple.

• Le contreventement par portique consiste à rigidifier les poteaux et poutres des cadres

• Le contreventement par croix de Saint André dont nous allons démontrer ici l'efficacité est celui qui présente le moins de déformations. Il est donc à mettre lorsque le bardage de l'ossature ou des murs extérieurs d'un bâtiment sont rigides et difficilement déformables.
  

Nous allons vous montrer une expérience faite par d'autres premières (et non désolés, nous n'avions pas le matériel nécessaire) qui permet de démontrer son utilité:

Pour cela ils avaient utilisé une table vibrante.

Voici leur construction non-parasismique:

On peut constater que le bâtiment contreventé résiste davantage aux forces horizontales que l'autre.

Par conséquent le choix du type de contreventement dépend de la nature de la structure et des
caractéristiques dynamiques du site (notamment du sol plus ou moins meuble).

 Le contreventement est donc très important lors de la construction du bâtiment.

Voici un nouveau type de protection: les trous parasismiques. Ceux-ci permettent d’annuler totalement un séisme de magnitude 4 minimum en se basant sur des propriétés d’optique. En effet les trous dévient les ondes sismiques en créant une zone où les vibrations sont absentes, neutralisant ainsi les tremblements et protégeant le bâtiment. Une expérience a été réalisé afin de le démontrer, la voici schématisée ci-contre:

Ça va, vous suivez toujours?

Ceci nous amène donc au choix des matériaux. Nous allons voir qu'il est nécessaire de choisir les bons matériaux car tous ne possèdent pas la même résistance. Bien entendu, ils doivent être d'une bonne qualité. C'est nécessaire pour que le bâiment soit parasismique.

Dans cette expérience nous testerons trois matériaux, l'aluminium le bois et le plastique.

Pour cela nous avons utilisé:

• une lame de bois de 300 x 40 x 2,5 mm
• une lame en plastique de 300 x 40 x 2 mm (moins épais sur les bords)
• une lame d'aluminium 300 x 40 x 2 mm (plus grande mais attachée de manière à obtenir la même longueur que les autres lames)
• un poids de 1kg
• un poids de 3kg

Attention: 

Cette expérience ne peut être qualifiée de scientifique.

Nous n'avons pas les moyens d'avoir des dimensions identiques pour chaque matériau, bien que nous nous sommes efforcés de nous en approcher. Nous n'avons également pas de poids intermédiaire, ce qui limite la précicion. Toutefois cela nous permet d'estimer les caractéristiques des matériaux.

La lame la plus à gauche est celle en bois. Celle du milieu est en plastique tandis que la troisième est en aluminium.

On constate que la lame de bois résiste mieux au poids de 1kg que le plastique qui se plie. Au contraire, l'aluminium ne plie que très peu sous la contrainte.

Dès que nous avons commencé à poser le poids de 3kg, la lame de bois s'est fissurée. Elle ne résiste donc pas à cette masse. Le plastique résiste lui plus longtemps et se plie énormément (quasiment à 90°), mais ne parvient pas à porter la charge. Quand à l'aluminium, il arrive à soutenir le poids, même s'il a fléchi.

Conclusion de l'expérience:

Le bois est moins flexible que le plastique et plus que l'aluminium pour une faible charge. Cepandant, si celle-ci est plus importante, le bois casse tandis que le plastique fléchit plus et tient plus longtemps. L'aluminium soutient mieux un poids élevé que les 2 autres matériaux.

On constate que tous les matériaux ont des caractéristiques différentes. C'est pour cela qu'ils ne sont pas destinés au même usage lors de la construction d'un bâtiment. C'est aussi vrai pour tous les autres constituants qui interviennent dans la construction.

Nous allons maintenant comfirmer cela par le calcul:

Pour cela nous étudions le module de Young qui associe une valeur à ce comportement:

• Si cette valeur est très élevée alors le matériau est qualifié de rigide. En effet, il ne retrouvera pas sa forme d'origine et peut même se rompre suite aux déformations subies lors d'un séisme.
• A l'inverse si le module possède une valeur très basse alors le matériau est qualifié de ductile. Cela signifie qu'il pourra reprendre en partie sa forme initiale (cette aptitude dépend de la valeur du module).

E est le module de Young. Il est exprimé en Pascal.

Sa formule est: E=[(3λ+2μ)μ]/λ+μ

λ et μ sont des coefficients de Lamé. Ceux-ci sont utilisés dans la dynamique des structures qui est utilisée pour prévoir leur comportement en fonction des forces subies. μ est aussi appelé module de cisaillement. Ces deux coefficients sont tout deux exprimés en Pascal (Pa) dans notre cas. 

λ est déterminé par la formule Ev/[(1+v)(1-2v)]

μ est déterminé par la formule E/[2(1+v)]

v correspond au coefficient de Poisson d'un matériau. C'est une constante définissant les caractériqtiques mécaniques propre à chacun d'eux mais ils ne peuvent être défini par cela car la plupart ont un coefficient de Poisson alentour de 0,3. Il n'a pas d'unité.

Nous allons comparer les modules de Young de l'aluminium, du bois et du PVC afin de pouvoir les classer de manière précise. Ce classement devrait confirmer notre expérience.

Toutes les valeurs utilisées ici sont issues du site de l'IUT.

Aluminium:

v=0,34

E=67500 MPa

λ=(67500000*0,34)/1,34*0,32

=53521455,22 Pa

μ=67500000/2*1,34

=25186567,16 Pa

Bois:

v=0,2

E=7000 MPa

λ=(7000000*0,2)/1,2*0,6

=1944444,44 Pa

μ=7000000/2,4

=2916666,66 Pa

PVC:

v=0,3

E=3500 MPa

λ=(3500000*0,3)/1,3*0,4

=2019230,77 Pa

μ=3500000/2,6 Pa

=1346153,85 Pa

Nous pouvons donc conclure que le matériaux le plus ductile est le PVC ce qui corrobore notre expérience et que le matériau le plus rigide est l'aluminium ce qui est une fois de plus en accord avec notre expérience. Le bois a cédé car il n'était pas assez ductile pour se plier sans se rompre et pas assez rigide pour pouvoir rester droit.

Cela corrobore donc les résultats de notre expérience par l'étude mathématique du coefficient de Young.

Bienvenue sur notre blog de TPE de première S !

Nous avons comme matières imposées maths et pysique et nous nous sommes mis d'accord sur le thème des structures. Nous approfondirons ce sujet avec les bâtiments parasismiques, vous l'aviez deviné... Nous espérons que notre travail vous sera utile et qu'il vous sera profitable ! Bonne découverte,

L'équipe de TPE

      Le principe?

      Les murs de briques ont une bonne résistance aux forces verticales, mais ne résistent pas aux forces de cisaillements (horizontales). Avec le temps et après avoir subit des séismes, les bâtiments construits en briques ont des murs qui s’effritent et ont des microfissures. Celles-ci peuvent mener à un effondrement des parois lors d’un nouveau tremblements de terre.

      Pour essayer de consolider ces murs, des scientifiques allemands ont créé une tapisserie parasismique qui permet aux murs de tenir plus longtemps face aux séismes. Cette tapisserie est composée d' :

• un revêtement en fibre de verre et de polypropylène élastique fait avec un tissage en quatre axes.
• une colle composée de billes de polyuréthane prises dans une matrice aqueuse.

      La matrice permet aux billes de rentrer dans les fissures et une fois l’eau évaporée elles fusionneront entre elles.

  Cette colle permet non seulement d’accrocher la fibre de verre mais aussi de colmater les fissures et faire en sorte que le mur reste entier plus longtemps.

 Grace à cette tapisserie parasismique les mur peuvent résister à des forces verticales et horizontales. C’est un moyen moins couteux pour rénover les vieux bâtiments. Cette tapisserie n’a pas pour but de garder le bâtiment debout mais de laisser du temps aux personnes de le quitter.

Voici l'expérience:

En conclusion:

La tapisserie parasismique est en deux composants; un revêtement et une colle qui colmate les fissures du mur. Cet ensemble permet de garder le mur en un seul morceau. Elle ne permet pas de garder un bâtiment debout.