Séisme et types d`ondes

TPE : LE PARASISMIQUE Avancées scientifiques et réalisations techniques

Problématique: Comment construire un bâtiment pour qu’il corresponde aux normes parasismiques ?

Par : Marion Tierrie, Donia Delezenne, Mathis Decottignies et Guillaume Thiriet de la 1ère SSI Années 2011-2012 1

Sommaire: I. Introduction

II. Séisme et types d’ondes 1) Explication d’un séisme 2) Les types d’ondes

III. Le parasismique 1) le parasismique dans l’histoire 2) Fondations et types de sol 3) Structures et matériaux 4) Expérience

IV. Conclusion

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I.

Introduction :

Les séismes sont parmi les catastrophes naturelles les plus fréquentes et les plus dévastatrices de la planète. Ces phénomènes engendrent, en effet, de graves dégâts matériels et humains. Cependant, les séismes, contrairement aux autres catastrophes naturelles tuent surtout du fait de l’effondrement des structures et autres chutes d’objets. C’est pourquoi il est nécessaire d’établir des ouvrages résistants à la puissance des séismes afin de protéger les populations civiles de cet événement imprévisible et dévastateur. Evaluer le risque parasismique est très difficile du fait de l’imprécision des prévisions et de leur apparition aléatoire. On ne peut pas réellement connaitre les lieux et les moments exacts où se produiront des séismes. C’est pour cela que des ingénieurs ont inventé/créé la notion de parasismique. Depuis l’antiquité l’homme lutte contre ces catastrophes naturelles avec des moyens et des techniques grandissantes au fil du temps afin d’éviter ou du moins de limiter les dégâts occasionnés par ces phénomènes. C’est ainsi qu’est apparu le Parasismique ou l’art de construire des infrastructures de manière à limiter les dégâts causés par les vibrations des séismes.

Comment construire un bâtiment pour qu’il corresponde aux normes parasismiques ?

Voilà la question à laquelle nous répondrons aux travers de ce TPE. Quels sont les obstacles et les difficultés qui se heurtent à sa mise en œuvre ? Quelles sont les meilleures techniques, les meilleurs matériaux nécessaires à sa construction ?

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II. Séisme et types d’ondes :

1) Explication d’un séisme Un séisme est une libération soudaine d’énergie. Elle se produit à l’intérieur de la terre, ce qui peut occasionner des dégâts considérables. Ces dégâts sont causés par des ondes qui se propagent depuis le foyer jusqu’à n’importe quel point de la surface.

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2) Les types d’ondes a) Ondes de volume : P et S -

Les ondes P aussi appelées ondes primaires ou ondes de volume. Le déplacement du sol qui accompagne leur passage se fait par des dilatations et des compressions successives. Ces déplacements du sol sont parallèles à la direction de propagation de l’onde. Ce sont les ondes les plus rapides (6km/s près de la surface de la terre) et donc les premières à être enregistrées sur les sismogrammes. Elles sont responsables du grondement sourd que l’on peut entendre au début d’un tremblement de terre. Le sol s’écarte à cause des ondes P.

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Les ondes S, ondes secondaires, ondes de cisaillement ou encore ondes transversales. Ces ondes sont beaucoup moins rapides que les ondes P (1,7 fois moins rapides) elles sont transversales, perpendiculaires à la zone de propagation. Leur vitesse augmente en milieu solide et elles ne se propagent pas dans les milieux liquides.

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b) Ondes de surface : -

L’onde de Love a un déplacement semblable à l’onde S sans le mouvement verticale. Elle provoque un ébranlement horizontal qui est la cause de nombreux dégât aux fondations d’un édifice qui n’est pas une construction parasismique. Les ondes de Love se propagent environ à 4km. s.

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L’onde de Rayleigh a un déplacement complexe, assez semblable à celui d’une poussière portée par une vague, constituant un mouvement à la fois vertical et horizontal.

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3) Biographie

John William Strutt Rayleigh (1842 – 1919) : Mathématicien et Physicien Anglais Il découvre l’onde de Rayleigh en 1885.

Augustus Edward Hough Love (1863-1940) :

Mathématicien anglais En 1911, il a découvert un nouveau type d’ondes Sismiques qui portent aujourd’hui son nom.

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III. Le parasismique : 1) Le parasismique dans l’histoire Depuis plus de 2000 ans, l’homme a constamment essayé de lutter contre les dégâts occasionnés par les tremblements de terre. Tout d’abord avec des moyens plus ou moins intuitifs, mais qui ont permis à de nombreuses églises, temples, châteaux de résister à des séismes parfois importants. Par exemple, les cités incas du Machu Picchu, et de même, à l’autre bout du monde, le palais impérial de Tokyo bâti avec des techniques plus ou moins similaires.

Machu Picchu

Palais impérial de Tokyo

Les techniques parasismiques utilisées n’ont quasiment pas évolué en deux millénaires jusqu’aux années 1960 où des règlementations ont été mises en place sur les zones à risques. Par exemple, la France dispose d’une règlementation parasismique depuis 1969. Des règlementations qui évoluent régulièrement en fonction de l’expérience de l’homme face à ces catastrophes (exemple: le séisme de 2011 sur la côte pacifique du Japon). Un projet de règlementation est prévu pour 2012 à l’échelle européenne: l’Eurocode 8 est consacré à la conception et au dimensionnement des structures parasismiques. Cela vise à rendre les bâtiments présents dans les zones sismiques conformes aux règles parasismiques.

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2) Types de sols et fondations Quels sont les problèmes de sol à vérifier avant de construire en zone sismique ? Avant de construire en zone sismique, il y a plusieurs critères à vérifier : -

Les zones de Failles: Aucun ouvrage ne doit être édifié au voisinage d’une zone faillée reconnue active.

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Les sols susceptibles de se tasser: Des études préalables sont nécessaires avant la construction d’un bâtiment sur un tel sol.

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Les sols potentiellement liquéfiables*: Des fondations profondes et s’enfonçant en dessous de la zone de liquéfaction sont nécessaires pour ce type de sol.

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Pentes instables: Il faut éviter les constructions sur les zones concernées bien qu’il existe quelques solutions pour les talus les moins instables.

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Les zones de karst et cavités (terrains rocheux et fracturés): Pour ce type de sol il faut placer les fondations minutieusement à l’aide de forages pour détecter d’éventuelles anomalies. Les zones karstiques sont connues mais la localisation des accidents du sol reste aléatoire.

Il excite d’autres zones à risques comme les falaises, les pentes, les vallées encaissées, les hétérogénéités géologiques, les sols meubles de forte épaisseur.

Le saviez-vous ? * La liquéfaction des sols est un phénomène géologique qui se produit sous sollicitation sismique. Le passage d’une onde sismique provoque, dans certaines formations géologiques, la perte de résistance d’un matériau sableux saturé en eau. La liquéfaction engendre la destruction du sol rendant particulièrement instable les constructions reposant sur ces formations.

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Voici ci-dessous un tableau représentant la vitesse des ondes de cisaillement par rapport aux types de sol. Plus l’onde est diminuée, plus le sol est de qualité.

Types de sol

Vitesse des ondes de cisaillement (m/s)

Rochers

Rochers sains et craies dures

>800

Sol de bonne à très bonne résistance mécanique

-Sols granulaires compacts -Sols cohérents (argiles ou marnes dures)

> 400

Sol de résistance mécanique moyenne

-rocher altéré ou fracturé -Sols granulaires moyennement compacts -Sols consistants moyennement consistants et craies tendres

300 à 800

Sol de faible résistance mécanique

-Sols granulaires lâches -Sols cohérents mous

150 à 400