Il s’agit de voir quels sont les effets sur les bâtiments, leur importance et les conséquences au niveau de la structure.

 

• Tout d’abord, il est important de cerner les notions suivantes.

 

Quand un objet rencontre une force dont la fréquence est identique à la sienne, son amplitude sera maximale. On dit que les bâtiments entrent en résonance et très souvent ils ne résistent pas à une telle force, ils s’effondrent. Quand la fréquence de l’oscillation est plus ou moins importante que celle du bâtiment, l’amplitude est plus faible.

Un bâtiment “rigide” a une fréquence propre élevée, au contraire un bâtiment moins rigide a une fréquence propre basse.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lorsqu’un séisme a lieu, les fondations d’une structure sont soumises à la force des ondes dans le sol. Ensuite, cette force se répercute sur le bâtiment. Si le bâtiment est  trop rigide, il va bouger de la même façon que le sol et les fondations (c’est la deuxième relation fondamentale de la dynamique de Newton: F=mü avec m la masse du bâtiment, ü l’accélération qu’il subit et F les forces générées au bâtiment) et le bâtiment va donc être  facilement détruit.

Si au contraire le bâtiment est trop flexible et souple, la fondation va subir des déformations jusqu’à la destruction. Il s’agit donc de construire un bâtiment dont la structure est souple et résistante à la fois pour résister aux ondes sismiques.

En plus de devoir affronter les efforts de base de la construction, comme le poids de la structure, le vent, la pluie ou encore la neige, il faut maintenant pouvoir répondre aux contraintes des séismes. Les éléments comme la période de vibration, la déformation, la résistance et enfin la capacité à absorber l'énergie sismiques définissent la réponse du bâtiment aux mouvements du sol.

Un séisme présente de grandes variabilités au niveau des grandeurs physiques: pour désigner ses forces on parle d’aléa sismique.

 

Étude des forces exercées sur un bâtiment lors d’un séisme. (schéma plus bas)

 

• Soient 4 énergies:

E, l’énergie exercée sur le bâtiment par le séisme,

Es, l’énergie temporairement stockée,

Ed, l’énergie dissipée,

Ec, l'énergie cinétique.

 

• On pose: E=Es + Ed + Ec lors du mouvement dû aux secousses sismiques sauf lors de 2 états 

précis. On imagine un balancement du bâtiment.

-Lorsque le bâtiment est dans sa position initiale,

Ep=0 et Ed=0 donc E=Ec.

La structure n’est pas déformée mais la vitesse y est maximale car Ec est à son maximum.

-Lorsque l’oscillation du bâtiment atteint l’amplitude maximale, Ec=0 (car le bâtiment va repartir dans l’autre sens et n’a plus de vitesse) donc E=Es+Ed.

 

• En outre, on peut dire que plus l’amplitude est importante, plus l’énergie cinétique (Ec) est élevée,et à l’inverse, plus l’amplitude est faible, plus l’énergie stockée (Es) est importante. Il y a donc un lien entre ces deux types d’énergies. Cependant l'énergie cinétique (Ec) ne peut pas faire effondrer un bâtiment, contrairement aux énergies, stockées (Es), et dissipées (Ed). Donc le moment le plus dangereux pour le bâtiment est lorsque l’oscillation atteint l’amplitude maximale et E=es+Ed.

• Il s’agira donc de réduire cette énergie stockée car si elle est supérieure à la capacité maximale

de stockage d’énergie du bâtiment. Le bâtiment perd son équilibre et/ou certains éléments de la structure peuvent  se détruire. Le bâtiment a, dans ce cas  de nombreuses chances de s’effondrer.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Conséquences des séismes sur les bâtiments.

 

Tout d’abord il faut comprendre que chaque bâtiment réagit à sa manière à un séisme. Il s’agit des conséquences les plus communes de conséquence qu’ont les séismes sur les bâtiments

• Éléments porteurs:

Les éléments porteurs sont des éléments de la structure qui soutiennent le poids du bâtiment tels que des piliers, des poutres verticales ou encore des murs. Lors d’un séisme, les éléments porteurs subissent plus d’énergie que les autres éléments. En effet, ils font le lien entre deux éléments qui ne n’ont pas toujours à la même vitesse ou le même mouvement. Si ces éléments cassent, le bâtiment s’effondre.

Les poteaux courts ou les colonnes courtes sont des exemples d’éléments porteurs.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Autres:

En outre, des éléments sont plus fragiles que d’autres comme les fenêtres et autre type d’ouvertures. En effet, lorsque le mouvement des ondes entraîne les murs dans des directions opposées à l’horizontale, cela crée des fissures en croix à 45° qui partent des angles des fenêtres ou autres percées. C’est en général mauvais signe car cela indique que le mur ne résiste pas au sollicitations sismiques et qu'il risque de s’effondrer.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le problème de l’étage souple est très répandu  au sein des effondrements de bâtiments. En effet, il apparaît lorsqu’il y a une différence de rigidité entre les étages et cet étage en particulier. Il s’agit en général du rez-de-chaussée où pour gagner de l’espace on retire des éléments porteurs de la structure. Cet étage est parfois la cause d’effondrement d’un bâtiment.