Seismisk konstruksjon

Den seismiske bygningen (eller anti-seismikk) inkluderer studiet av oppførselen til bygninger og strukturer som er utsatt for dynamisk belastningstype seismikk og bygging av bygninger og jordskjelvbestandig infrastruktur.

Hovedmålene for jordskjelvresistent konstruksjon er:

Historie

Jordskjelvresistente konstruksjonsmetoder, mer eller mindre intuitive eller basert på erfaringer fra tidligere jordskjelv, har eksistert i minst 2000 år. De har gjort det mulig for mange kirker, templer, moskeer, pagoder og mange slott å tåle noen ganger betydelige jordskjelv. Dette er for eksempel tilfellet med Inca-byene, inkludert spesielt Machu Picchu , hvis steininnredning er bemerkelsesverdige eksempler på jordskjelvresistent arkitektur. På samme måte på den andre siden av verden har det keiserlige palasset i Tokyo og dets nærliggende vegger som omgir det, bestående av massive steinblokker, tålt sterke støt bedre enn mange moderne bygninger, takket være teknikker som er ganske like. Av de som ble brukt av inkaene.

De første europeiske jordskjelvbestemmelsene ble født i Napoli takket være Bourbons vilje etter det forferdelige jordskjelvet som skjedde i 1783 i Sør-Calabria.

Jordskjelvbestandige konstruksjonsstandarder

Jordskjelvbestandige bygningsstandarder er et sett med design- og konstruksjonsregler som skal brukes på bygninger slik at de er så motstandsdyktige som mulig mot et jordskjelv .

For eurosonen har Eurokodene (fra 1 til 9) blitt avgjørende for strukturberegningen (betong, metall, tre ...), men det viktigste av alt for jordskjelvet er Eurokode 8 som oppsummerer for de forskjellige seismiske sonene ulike tiltak som skal brukes. Sistnevnte er på ingen måte faste regler som PS-MI, den er basert på den gamle PS-92 og de nye Eurokodene.

Områdets natur er viktig (seismisk jordklasse fra A til E): tilstedeværelsen av løse sedimenter kan forsterke de seismiske bølgene lokalt . Disse sist gjør det mulig å definere en akselerasjonskoeffisient av eiendommen som gjør det mulig å beregne ved å modellere forskyvningene til bygningene.

Metode for beregning av forplantning av seismiske bølger

Før 1960-tallet ble strukturer noen ganger beregnet ved å legge til en statisk horisontal kraft. Dette ignorerte fullstendig resonansfenomenene knyttet til frekvensinnholdet i bakkebevegelser og til de spesifikke vibrasjonsmåtene til strukturer.

Klassisk betraktes bygninger som flere oscillatorer  : flere masser som er koblet til hverandre og til bakken av fjærer og støtdempere, modellert av barer eller av endelige elementer .

I rommet har en node seks frihetsgrader  ; visse modelleringer reduserer dette tallet.

Forblir i feltet elastisk og lineært, forholdet mellom vektoren til kraften og forskyvningen innebærer en matrise av stivhet konstant i tid.

I dette feltet er det to hovedberegningsmetoder, basert på prinsippet om modal nedbrytning:

Problemet med gamle bygninger

Det samler en stor del av problemene fordi bygningsmassen blir fornyet med en hastighet på rundt 1% per år, og det vil ta rundt hundre år å bringe alle bygningene på standard uten å forsterke de gamle bygningene. Noen ganger kan disse operasjonene være forbundet med isolasjon, lydisolering og energibesparelser som reduserer de totale kostnadene.

På et rent teknisk nivå består den store vanskeligheten i å ha pålitelige data om konstitusjonen av den eksisterende, når det gjelder stivhet og motstand. Denne kunnskapen er faktisk nødvendig for å vurdere bygningens innledende kapasitet og for å kunne velge valg av passende armering. Eurocode 8-3 behandler disse punktene på et ganske kvalitativt nivå og gir noen beregningsverktøy. Men ingeniøren er fremdeles ganske hjelpeløs når de eksisterende dataene er knappe eller for usikre.

Verdensomspennende...

I Japan

På grunn av sin geografiske beliggenhet er Japan utvilsomt det mest avanserte landet på spørsmålet om jordskjelvsteknikk. Japanerne har lenge vært klar over risikoen og har i årtusener utviklet jordskjelvresistente konstruksjonsstandarder (som finnes i gamle Shinto-helligdommer ). Moderne teknikker ble deretter utviklet og introdusert etter Kanto jordskjelvet i 1923 . Men Kobe jordskjelvet i 1995 for å oppfordret ingeniører trappe opp ytterligere fremgang på dette området. Slik har japanske konstruksjoner over tid blitt de tryggeste i verden.

Under jordskjelvet 11. mars 2011 i Tōhoku- regionen beviste japansk jordskjelvgeni sin verdi: ingen bygninger kollapset, selv når størrelsen var 9 på størrelses skalaen for øyeblikket . Sikkert falt broer, veier åpnet i to, branner spredte seg og interiøret ble ransaket av volden fra jordskjelvet, men alle bygningene forble stående, som sivet som bøyer seg, men ikke bryter fordi selv de høyere bygningene som slo i lang tid ( nettopp på grunn av den lave isolasjonsstandarden ), eller Tokyo Sky Tree med en høyde på 634 meter, ble det ikke skadet.

Seismiske risikoer er slike i Japan at i tillegg til utformingen av bygninger, er utformingen av dem også helt designet for å motstå jordskjelv (ingen skap eller rammer i et soverom, etc.). I tillegg er bevegelsesmidlene også designet for å unngå katastrofer, for eksempel shinkansen (japansk høyhastighetstog) som automatisk stopper motorene ved den minste rykk på skinnene. For eksempel under jordskjelvet 11. mars 2011 sporet ingen av shinkansen i tjeneste i 300  km / t .

I Europa

Den Eurokode 8 er viet til "Design og utforming av konstruksjoner for seismisk påvirkning" , og er tematisk avvist, med for eksempel:

Det tar sikte på å sikre at bygninger og anleggsarbeid i seismiske soner ikke bringer menneskeliv i fare, begrenser materiell skade, og at viktige strukturer for sivil beskyttelse forblir i drift.

I Frankrike

I Frankrike, der det har eksistert jordskjelvbestandige forskrifter siden 1969 , danner lover, forordninger, ordrer og rundskriv som regelverk som gjelder forebygging av seismisk risiko. Regelverket har alltid fokusert på nye bygninger. Spesielt oppdatert i 1982 og deretter i 1991, bør den utvikle seg etter jordskjelvet i 2011 på Stillehavskysten i Tōhoku og med europeisk lov .

I mai 1988 ble Jacques Tanzi, ingeniør i Bridges , siktet for å sette opp og lede en studie- og forslagsgruppe for å utvikle utkast til reguleringstekster, dekret og ordrer, i samsvar med loven, uten juridisk oversettelse igjen i 2010. emnet ser ut til å ha blitt lite behandlet i Frankrike, bortsett fra ufullstendig, av en doktoravhandling om dette emnet så vel som av AFPS og flere fransk-sveitsiske eller fransk-italienske konferanser. Noen bygninger kan betraktes som en prioritet, inkludert sykehus når de er gamle, fordi de vil bli veldig mobilisert i tilfelle en seismikkrise.

Siden 1990-tallet, innenfor rammen av det internasjonale tiåret for forebygging av naturkatastrofer (DIPCN , fremmet av FN), har det blitt gjort beregninger av den årlige hastigheten på å overstige en intensitet (eller en akselerasjon) til visse områder i fare og for en gitt returperiode, med GSHAP-prosjektet ( Global Seismic Hazard Assessment Program ), som resulterer i finere informative kart over den seismiske faren i verden.

Paleoseismicitet viser i Frankrike og rundt dette landet en forekomst av store jordskjelv med en returtid større enn den historiske perioden, men som kan være ødeleggende. Dimensjonerende og / eller jordskjelvbestandig forsterkning av visse konstruksjoner i fare (dammer, atominstallasjoner osv.) Bør ta hensyn til dette.

I 2001 ble en BRGM- database (www.neopal.net) om indekser for neotektoniske deformasjoner og paleoseismer lokalisert i Frankrike og Vestindia åpnet for publikum. En styringskomité samler BRGM, EDF , IRSN , CEA Detection and Geophysics Laboratory , Pierre-et-Marie-Curie University (Paris VI) og CEREGE. Prognosen, tidligere hovedsakelig deterministisk, utvikler seg ved å integrere like sannsynlige studier som har ført til revisjon av faresoneområdet (også ved å integrere sannsynlig eustatisk rebalansering knyttet til smeltingen av isen på Nordpolen som letter massen som hviler på berggrunnen , som deretter har en tendens til å stige igjen. ANR finansierte (via en innkalling til prosjekter på ca. 4,2  millioner euro ) i 2005 CATEL- programmet (“  Telluric disasters and tsunami  ”), og deretter i 2008 et “RiskNat” -program. " . fysikken institutt i Paris verden er en av aktørene som er involvert i den avanserte kunnskapen som trengs for å forbedre jordskjelveteknikken.

I Mai 2011regelverket utvikler seg til å være i tråd med Eurocode 8 som vil endre konstruksjonsmåten (fra design til implementering, inkludert installasjon, sertifisering), og involverer alle fagfolk i bygningen. Enhver bygning som byggetillatelsen er arkivert for1 st mai 2011er bekymret. En overgangsperiode er fastsatt av lovgiveren der den gamle forskriften forblir aktiv (til31. oktober 2012 i Frankrike, deretter presset tilbake til 1 st januar 2014); Akselerasjonsverdiene som skal tas i betraktning endres på1 st mai 2011, men de forrige jordskjelvbestandige reglene (PS92 2004) er fortsatt gyldige for konstruksjoner i kategori II, III eller IV som har vært gjenstand for en søknad om byggetillatelse, en forhåndserklæring eller en autorisasjon til å starte arbeidet.

4 designprinsipper råder:

  1. enkle og kompakte former er å foretrekke ved å begrense tilbakeslagene (i plan eller i høyde) og ved å dele strukturen i homogene underenheter ved kontinuerlige seismiske skjøter.
  2. begrense virkningene og risikoen for vridning, ved å balansere fordelingen av masser og stivhet (vegger, søyler, vegger, etc.).
  3. de seismiske kreftene blir tatt opp av horisontal og vertikal avstivning av strukturen, ved å overlegge disse seler og skape "stive membraner" på hvert nivå.

For at eksisterende bygninger skulle bli beskyttet (monumenter, kjernekraftverk, etc.) ble det utført tester i Grenoble: et rutenett av borehull i bakken, ville sentrum være beskyttet mot seismiske bølger

I Belgia

Etter jordskjelvet i 1983 fikk belgiske seismologer ekstra ressurser for å avgrense risikovurderinger.

På sveitsisk

For nybygg er den jordskjelvbestandige dimensjoneringen regulert i standardene for bærende konstruksjoner SIA 260 til 267 fra Swiss Society of Engineers and Architects (SIA). Den sveitsiske standarden SIA 469 (1997) anbefaler at det foretas en verifisering av den seismiske sikkerheten til en eksisterende struktur under større modifikasjons-, transformasjons- eller restaureringsarbeider, under bruksendring eller når observasjonen antyder utilstrekkelig sikkerhet. Da de nye standardene for bærende konstruksjoner SIA 261 til 267 dukket opp i 2003, ble antagelsene om seismiske krefter revidert oppover i lys av ny kunnskap om faren. Behovet for å unngå uforholdsmessige kostnader for seismisk armering og å tilby pålitelige metoder for å evaluere seismisk sikkerhet i eksisterende strukturer ble umiddelbart kjent. En arbeidsgruppe for SIA, delvis finansiert av Federal Office for the Environment (FOEN), publiserte i 2004 SIAs tekniske guide "Verifisering av seismisk sikkerhet i eksisterende bygninger", som derfor fungerer som et referansedokument for vurderingen av jordskjelvbestandig sikkerhet i eksisterende bygninger samt vurdering av proporsjonaliteten til eventuelle forsterkningstiltak. I 2017 ble SIA 2018 tekniske spesifikasjoner erstattet av SIA 269/8-standarden "Vedlikehold av bærende strukturer - Jordskjelv". Denne nye standarden beholder de grunnleggende prinsippene i SIA 2018 tekniske spesifikasjoner, men har et bruksområde som strekker seg til alle bærende konstruksjoner. Den introduserer også nye metoder for å kvantifisere risikoreduksjonen ved å iverksette tiltak for å forbedre seismisk sikkerhet.

Referanser

  1. Historien om jordskjelv prosjektering av journalist og ekspert Y. Pigenet E. Jeanvoine, kunnskap Bank of Essonne på fredag 1 st april 2005.
  2. http://www.cnr.it/news/index/news/id/5595
  3. Testing av en klassisk bygningsmodell og en lavisolasjonsmodell.
  4. Referansepunkt for strukturell vibrasjonskontroll
  5. (in) Dynamics of Structures , Englewood Cliffs, Prentice Hall - 19951995( ISBN  978-0-13-855214-5 , LCCN  94046527 )
  6. http://seismic.cv.titech.ac.jp/common/PDF/lecture/seismic_design/2009/Chapter6_text.pdf
  7. http://www.kenken.go.jp/english/contents/topics/20110311/pdf/0311summary_30.pdf
  8. Eurocode 8 , på ICABs nettsted
  9. Symposium 20. november 1992 i Genève, på initiativ av den sveitsiske gruppen for parasismisk ingeniørfag og konstruksjonsdynamikk (SGEB) fra Swiss Society of Engineers and Architects (SIA) og av den franske foreningen for jordskjelvteknikk (AFPS) )
  10. Rapport ( nr .  2721) om " Er Frankrike forberedt på et jordskjelv? " (Rapport fra den offentlige høringen 7. juli 2010), MM. Jean-Claude Étienne og Roland Courteau, 2010/07/08.
  11. Thesis av Corinne Madelaigue (Universitetet Paris VI), forsvarte 2. juli 1987 om "Forsterkning av eksisterende bygninger i seismiske soner"
  12. AFP'ere praktisk håndbok prosjekt på eksisterende bygninger
  13. Fransk-italiensk konferanse om seismisk risikostyring 17., 18. og 19. oktober 1994 i Nice
  14. Design og bygging av sykehus i seismiske soner 1/17 Kapittel 8. - Rehabilitering av eksisterende sykehus Victor Davidovici - Konsulent - 29. mai 2007 8. - Rehabilitering av eksisterende sykehus
  15. Karakterisering av den seismiske faren  ; Opplæringsside for den franske jordskjelvplanen, konsultert 2011/03/19
  16. NEOPAL presentasjon (plakat, fransk "Earthquake Plan")
  17. Eksempel på respons; "Secuador" prosjektark (PDF, 2006, 57 sider), CatTel @ CRL prosjektark og liste over 14 finansierte prosjekter (PDF 4 sider)
  18. Paris Institute of Globe Physics
  19. Stéphane Miget Stéphane Miget, Artikkel i skjermen, Tekniske løsninger; Bruk de nye seismiske reglene , 2011-04-29
  20. (in) "  Brule et al (2014) Physical Review Letter  "physics.aps.org
  21. [PDF] SIA 211-dokumentasjon "Verifisering av seismisk sikkerhet i eksisterende bygninger - Introduksjon til SIA 2018 tekniske spesifikasjoner"

Se også

Relaterte artikler

Eksterne linker

Bibliografi