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TECHNIQUE D’ISOLATION PARASISMIQUE
GENERALITES SUR LA TECHNIQUE D’ISOLATION PARASISMIQUE
Aperçu historique
Historiquement, des morceaux de bois ont été installés entre la base et le palier des maisons en Iran (figure I.1). Des dispositifs pour l’isolement ou pour la dissipation de l’énergie ont été appliqués pour la première fois dans le domaine de la construction mécanique, telles que des amortisseurs dans les automobiles. Dans les années 50, la technologie structurale des blocs en caoutchouc flexible a été employée pour isoler des bâtiments induits par la vibration des chemins de fer (figure I.2), le trafic de véhicule, le vent…etc.
La première tentative moderne d’isoler une structure à la base contre l’effet de séisme a été réalisée à l’école de Heinrich Pestalozzi en 1969 à Skopje (ex- Yougoslavie). Par la suite, ce système a été appliqué pour le bâtiment de William Clayton en 1981 en Nouvelle Zélande, suivi du centre de droit communautaire et de justice aux Etats-Unis en 1985. La réponse favorable des structures isolées a été observée lors du séisme de Northridge aux Etats-Unis en 1994 et le séisme de Hyogoken-Nanbu au Japon en 1995qui ont également contribué à l’acceptation de cette technologie.
En Algérie, Le CTC-Chlef a été le premier à introduire la technique d’isolation parasismique des structures à travers la construction du siège de son agence à Ain-Defla.
Principe de base
L’isolation à la base repose sur un principe qui exige que si la période de vibration augmente suffisamment et s’éloigne de la période d’excitation prédominante du tremblement de terre, les accélérations transmises à la structure (et par conséquent les forces d’inertie) sont considérablement réduites. En revanche, l’augmentation de la période engendre des déplacements plus importants concentrés au niveau de l’isolateur. Dès l’incorporation d’un dispositif de dissipation d’énergie (amortissement) dont l’objectif de contrôler les déplacements, un compromis satisfaisant sera réalisé entre la réduction de la force et l’accroissement du déplacement. La figure I.3 présente, de façon idéale, l’effet de l’accroissement de la période et de l’amortissement sur les forces et déplacements sismiques.
Composantes des systèmes d’isolations ismique à la base
Les composantes ou caractéristiques essentielles d’un système d’isolation typique sont: Un appui capable de transmettre les charges verticales ayant une faible rigidité horizontale (dans la direction isolée), c’est le noyau de l’isolateur. La rigidité latérale de l’appui est le paramètre clé dans l’augmentation de la période et par conséquent dans la réduction des forces sismiques.
Un mécanisme de dissipation d’énergie (amortisseurs sismique): Ce mécanisme peut être soit incorporé à l’appui soit installé en parallèle. Le but est de contrôler la déformation de l’isolateur et par conséquent le déplacement absolu de la superstructure située au dessus. La composante de dissipation d’énergie peut aussi amener à une réduction des forces et des accélérations dans la structure. Une multitude de systèmes de dissipation d’énergie ont été mis au point avec une application. Les systèmes de dissipation d’énergie les plus courants sont : les amortisseurs hydrauliques (viscous dampers), les amortisseurs à base de friction (comportement plastique ou élasto-plastique), les amortisseurs à comportement hystérésis, les appuis en élastomères à haut taux d’amortissement, etc.
Un système de retenue: le système d’isolation doit avoir une rigidité initiale élevée afin de minimiser les déplacements sous les charges de service tel que le freinage et le vent. Pour certains types d’isolateurs, il peut s’avérer nécessaire d’incorporer un mécanisme de retenue dont la résistance minimale et maximale sont établis avec soin.
L’isolation sismique consiste à introduire des appareils d’appui dont la rigidité horizontale est nettement plus faible que celle de la structure sus-jacente. Les appuis sont généralement placés entre les fondations et la superstructure, entre le sous-sol et le rez de chaussée ou encore, entre le RDC et le premier étage pour les bâtiments (figure I.4) et entre les appuis et le tablier pour les ponts (figure I.5). Les déplacements induits par le tremblement de terre se concentrent au niveau de ces appuis, conçus pour pouvoir absorber d’importants déplacements, et la superstructure se déplace d’un bloc (figure I.6).
Réhabilitation des structures existantes
La réhabilitation sismique des structures existantes est une technique qui nous permet soit de réparer les dommages, soit de renforcer les structures.
Le renforcement des structures peut se faire soit par l’augmentation de la résistance de la structure (Augmenter la résistance et la ductilité des éléments porteurs « poteaux et poutres », introduire de nouveaux éléments capables de reprendre une partie ou la totalité de l’action sismique), soit par réduire l’action sismique en fonction de la masse et/ou la rigidité (isolation en base) de la structure
Application mondiale des systèmes d’isolation
D’après un recensement qui a été effectué par MARTELLI et al en2008, 10.000 structures nouvelles et existantes situées dans plus de 30 pays, ont utilisé la technique d’isolation parasismique. Ce recensement est basé sur le nombre des bâtiments construits à travers neuf (09) pays européenne qui sont le Japon, Chine, Russie, USA, Italie, France, Taiwan, New Zélande, Armenia ; par la suite, les dits recenseurs ont effectué un développement pour l’Italie basé sur l’utilisation des systèmes d’isolation de 1981 jusqu’à 2006 (Figure I.9)
Japon
L’excellent comportement de nombreux bâtiments protégés par des systèmes d’isolation, pendant le séisme de Hyogo-kenNanbu en 1995 a identifié un besoin de compléter les codes parasismiques existants avec les conditions de conception développées spécifiquement pour les structures isolées. Le Japon est le premier pays mondial pour le nombre d’applications des systèmes d’isolation (avec plus de 5.000 bâtiments ou maisons isolée, en plus de plusieurs ponts et viaducs isolés). La tendance est maintenant d’isoler, même les gratte-ciel et les petites maisons privées. En outre, la plus part des applications récentes se sont soit des réhabilitations des acquis culturels ou la protection des usines industrielles qui produisent des produits vulnérables.Un bâtiment de 87,4 m d’hauteur qui a été isolé à Tokyo en 2000, au moyen de 129 isolateurs, d’où une période propre de vibration de 4 sec.
République Populaire de Chine
La République Populaire de Chine est en second lieu, avec approximativement 650 bâtiments et des nombreux ponts et viaducs qui sont isolés. Elle se caractérise également par une augmentation rapide de l’utilisation de système d’isolation. Comme au Japon, l’application de ce système a commencé par la modification des acquis culturels et les toits des structures des grandes envergures (stades, etc.). L’excellent comportement de quelques bâtiments de maçonnerie isolés à la base pendant le séisme de Wenchuan (figure 0.11) a fait accélérer la pénétration de ces systèmes d’isolation dans ce pays
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LA TECHNIQUE D’ISOLATION PARASISMIQUE
I.1. Aperçu historique
I.2. Principe de base
I.3. Composantes des systèmes d’isolation sismique à la base
I.4. Réhabilitation des structures existantes
I.5. Application mondiale des systèmes d’isolation
I.5.1. Japon
I.5.2. République Populaire de Chine
I.5.3. Russie
I.5.4. Etats Unis d’Amérique
I.5.5. Italie
I.5.6. Taiwan, Arménie, Nouvelle Zélande, France, et autre pays
CHAPITRE II : LA THEORIE DE L’ISOLATION PARASISMIQUE
II.1. Dimensionnement des isolateurs de base
II.1.1. Amortisseurs parasismiques
II.1.1.1. Amortisseurs hystérétiques
II.1.1.2. Amortisseurs visqueux
II.1.1.3. Amortisseurs à frottement
II.1.1.4. Amortisseurs magnétiques
II.1.2. Appuis parasismiques
II.1.2.1. Les appuis à déformation
II.1.2.2. Les appuis à glissement
II.1.2.3. Les appuis à déformation et glissement
II.1.2.4. Les appuis à roulement
II .2. Essais de validation des propriétés mécaniques des isolateurs
II.3. Analyse mathématique des structures isolées
CHAPITRE III : REGLEMENTATION DES STRUCTURES ISOLEES A LA BASE
III.1.Introduction
III.2. Les codes d’isolement sismiques dans le monde
III.2. 1. Méthode modale spectrale
III.2. 1. 1. L’isolement séismique au Japon
III.2. 1. 2. L’isolement séismique aux Etats-Unis
III.2. 1. 3. L’isolement sismique en Italie
III.2.2. Méthode statique équivalente
III.2.3. La méthode d’analyse dynamique par accélérogramme
III.3. Expertise de la technique d’isolation
CHAPITRE IV : APPLICATION DES DIFFERENTES TECHNIQUES D’ISOLATION SUR UN BATIMENT
IV.1. Introduction
IV.2. Méthodologie de travail
IV.3. Présentation de la structure et pré-dimensionnement
IV.4. Description des excitations sismiques
IV.5. Description des systèmes d’isolation
IV.5. 1. Isolateurs en caoutchouc fretté (NRB)
IV.5. 2. Isolateurs en caoutchouc fretté avec amortisseur en barreau de plomb (LRB)
IV.5. 3. Isolateurs en pendules glissants(FPS)
IV.6. Analyse numérique
IV.7. Etude paramétrique
IV.7.1. Niveaux de la structure
IV.7.2. Types d’isolateurs
IV.7.3. L’amortissement
CONCLUSION GENERALE
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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