SÉISMES ET SISMOLOGIELe génie parasismique

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Aléa probabiliste et réponse des structures

Trois paramètres contrôlent la réponse dynamique des structures, et par conséquent leur état à la fin de la sollicitation : la valeur de sa période d'oscillation par rapport à la période de la sollicitation, son amortissement et l'amplitude du mouvement du sol. Les codes de dimensionnement présentent les règles de l'art afin de rendre les constructions sûres. Les respecter, c'est s'assurer que tout a été mis en œuvre afin d'atteindre cet objectif. En particulier, le zonage sismique, issu de l'étude d'aléa probabiliste, définit un niveau d'accélération contre lequel se protéger. En fonction de l'importance de la structure et du niveau de performance à atteindre, les spectres de réponse finalisent le dimensionnement en tenant compte des propriétés dynamiques de la structure (période et amortissement) et de ses conditions de sols. Ils s'appuient sur les équations de la réponse dynamique d'une structure énoncées précédemment. Pour un accélérogramme donné, il est possible de calculer les accélérations (vitesses et déplacements) maximales que subirait une structure à 1 D.D.L. de période T et d'amortissement ξ. En répétant l'opération pour plusieurs périodes, il est possible de tracer la courbe enveloppe des accélérations maximales des structures. La courbe obtenue s'appelle le spectre de réponse (fig. 4). À période nulle, la structure étant très rigide, l'accélération subie par la structure vaut l'accélération maximale du sol. Cette dernière est fixée par l'évaluation de l'aléa probabiliste, rendant compte du niveau de sismicité de la zone et modulé en fonction de l'importance de la structure. En vue d'une application pratique, la forme des spectres de réponse est standardisée aux conditions de site près et s'applique à tout type de structure.

Spectres de réponse sismique des constructions

Dessin : Spectres de réponse sismique des constructions

Spectres de réponse en accélération calculés pour diverses valeurs de magnitude sismique. Les valeurs à période nulle correspondent aux accélérations maximales du mouvement du sol observées pour les mêmes signaux. 

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En fonction de la région, des caractéristiques de la structure et de son site, le spectre de réponse définit ainsi l'accélération et donc les efforts que devra supporter la structure pour être conforme à la réglementation (fig. 5).

Réponse sismique selon la nature du sol

Dessin : Réponse sismique selon la nature du sol

Spectres de réponse réglementaires (document Eurocode, volet 8, EC8) en accélération applicables en France, pour les différentes catégories de sols. Les catégories de sols sont définies en fonction de la vitesse moyenne de propagation des ondes de cisaillement S sur les 30 derniers... 

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Cependant, de mauvais matériaux, des erreurs de conception, des réalisations hasardeuses rendent tous les efforts inutiles, et cela quel que soit le matériau utilisé. Les constructions en béton armé ne seront pas plus sûres si elles ne respectent pas les principes élémentaires pour limiter les efforts dans les éléments porteurs, et par conséquent les dommages sismiques. Les ingénieurs et les architectes ont la connaissance et la responsabilité du dimensionnement, et ils sont en ce sens incontournables dans tous les cas. Les observations post-sismiques montrent systématiquement les mêmes dommages ou presque : des étages écrasés, des bâtiments basculés, des bâtiments accolés plus endommagés ou encore des murs de briques détruits. Plusieurs principes de conception doivent ainsi être respectés dans la conception parasismique.

La régularité des formes, la répartition homogène des masses et des rigidités sont des critères importants qui conditionnent la stabilité et la résistance des structures soumises à un séisme. Les formes irrégulières en élévation donnent lieu à des oscillations différentielles. Les parties de bâtiment de volume et/ou de hauteur distinctes vont osciller différemment et les éléments porteurs peuvent être soumis à des efforts de sens contraire, situation très défavorable pour la solidité de l'ouvrage. Par ailleurs, plus le centre de gravité est bas, plus les contraintes sur les structures verticales seront réduites en cas de séisme. À l'opposé, les constructions en forme de pendule inversé (masse importante perchée) sont particulièrement vulnérables car elles produisent des moments de renversement importants et des contraintes élevées dans les éléments verticaux et les fondations. Enfin, l'expérience montre que les structures qui possèdent des niveaux transparents (c'est-à-dire sans suffisamment d'éléments porteurs assurant une stabilité latérale) sont plus vulnérables et résistent moins aux sollicitations sismiques. De nombreux exemples montrent que l'effondrement de la structure est provoqué par l'absence de contreventements dans les niveaux transparents. Puisque ces niveaux sont plus flexibles que les autres, les poteaux verticaux y subissent de grandes déformations latérales et leurs ruptures provoquent l'effondrement du bâtiment. Cela se traduit souvent par l'écrasement du niveau défectueux.

Les bâtiments de forme irrég [...]

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Magnitudes sismiques et accélération du sol

Magnitudes sismiques et accélération du sol
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Effet de site sismique

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Pour citer l’article

Philippe GUÉGUEN, « SÉISMES ET SISMOLOGIE - Le génie parasismique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 22 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/seismes-et-sismologie-le-genie-parasismique/