conception parasismique des batiments (structures) - Le Plan SÃ©isme

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4. Forces d’inertie : représentation de l’actiond’un séisme4.1. Paramètres des forces d’inertie, conséquences pour laconception des structures4.1.1. GénéralitésLorsque la vitesse d’un objet varie en grandeur (accélération positive ou négative), ilest soumis à des forces d’inertie (translation), s’il y a une variation de direction il estsoumis à une force centrifuge (rotation). Il y a proportionnalité entre ces forces et lesvariations de vitesse et de direction.Rappelons que la force d’inertie agissant sur un corps est égale au produit de samasse par son accélération : F i = m.a (2 ème loi de Newton).(On acceptera par simplification que a est une « pseudo-accélération » sur le repèrerelatif de ses fondations en déplacement)(Accélération du sol)Pour le dimensionnement des structures aux charges sismiques selon les règlesparasismiques on considère, par commodité, que ces charges sont les forces d’inertieengendrées dans la construction par l’accélération maximale que cette constructionest censée subir pendant le séisme. L’analyse « modale spectrale » (ou sonapplication simplifiée) est la méthode retenue par les règles pour évaluer cetteaccélération maximale pour chacun des modes significatifs d’oscillation de lastructure sous l’effet des ondes sismiques (voir plus loin).4.1.2. Maîtrise de la masseLes Forces d’inertie s’appliquent sur les masses de la construction. Dans le casgénéral on considèrera que les masses sont concentrées dans les planchers.Ainsi, la réduction des masses permet de minimiser les sollicitations d’originesismique. Pour le projet on considèrera, en fonction de sa nature et sesvolumes, que la recherche d’un rapport résistance/masse volumique élevéest un facteur à optimiser.Eléments de conception parasismique à l’usage des techniciens du bâtimentPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 - page 20
4.1.3. Maîtrise des accélérationsLorsque le matériau utilisé ne présente pas un « bon rapport » résistance/massevolumique, on essaiera plutôt de minimiser les accélérations en réponse au séismede la structure. Il s’agit des accélérations de la structure en réponse à celles du sol.On peut difficilement agir sur les accélérations du sol, sauf à éviter les zonessusceptibles d’effets de site. Mais nous avons vu (volume 1 de ce cours) que leseffets de site sont sélectifs de certaines fréquences du signal sismique qui sontamplifiées localement. Nous avons vu aussi que des méthodes plus ou moinsprécises permettent d’identifier ces périodes (pics spectraux).La maîtrise des accélérations signifiera concrètement l’éviction pour lastructure des périodes propres susceptibles d’entrer en résonance aveccelles du sol (Ou la recherche du sur-amortissement, voir plus loin).L’analyse modale a pour but d’identifier les périodes propres de chaque moded’oscillation (avec la marge d’imprécision de la réalité de la mise en œuvre au regardde la théorie du comportement des matériaux). Nous verrons plus loin ce que sontles modes d’oscillation.4.2. Bilan énergétique d’une structure en mouvementEn termes de forces, on peut dire que les forces d’inerties F i doivent être équilibréespar les forces de rappel F r (qui permettent à la structure de revenir à sa positiond’origine après l’arrêt des sollicitations externes) et par les forces dissipées F d (sousforme de chaleur) pendant le mouvement. Si l’équilibre n’est pas assuré il y arupture. (Illustration Milan Zacek pour les GAIA).Représentation schématique de l’équilibre desforces en présence dans la structure, équilibrenécessaire pour la « résistance » de la structureauséisme.Le mot « résistance » ne signifie pas forcément, en termes de bilan énergétiqueoptimisé, le non-endommagement, dans la mesure où celui-ci permet d’amortirbeaucoup d’énergie.Eléments de conception parasismique à l’usage des techniciens du bâtimentPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 - page 21
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