L'architecture des bâtiments
1. Monolithisme
Les bâtiments doivent former un bloc solidaire, c’est-à -dire que toutes les parties de la
structure d’un immeuble telles que le plancher, les murs ou le plafond doivent être solidaires
afin d’éviter que les différentes parties du bâtiment se séparent lors d’un séisme.
Dans l’idéal les bâtiments devraient être construits en un seul tenant.
Les divers éléments constituant le bâtiment doivent être fixés à la structure principale. Pour les bâtiments en maçonnerie, il faut mettre en place un système de chaînage périphérique relié aux fondations pour assurer la stabilité du bâtiment et rendre tous ses éléments solidaires. Ainsi, la contrainte liée au séisme s’exerce sur l’ensemble des murs et non sur chaque mur.
2. Symétrie et régularité de la forme des bâtiments
En observant les dégâts occasionnés sur les bâtiments lors d’un tremblement de terre, on
se rend compte que ceux qui ont une forme géométrique simple sont plus résistants.
Il faut donc respecter ce principe pour construire des bâtiments capables de résister aux
séismes.
Toute discontinuité, tant sur le plan horizontal que sur le plan vertical, engendre une
concentration des contraintes et des déformations.
a) Symétrie et régularité de plan
En ce qui concerne tout d’abord la régularité en plan, il faut privilégier les formes simples
ayant deux axes de symétrie. Ceci permet d’éviter les risques de torsion qui affectent les 9
bâtiments complexe en T, en H ou en L.
De plus, les formes simples évitent également les concentrations de contraintes entre deux
parties ayant des comportements dynamiques différents.
Enfin, les dimensions totales du bâtiment et les proportions entre ses différentes dimensions
ne doivent pas dépasser une certaine limite. Ainsi un bâtiment trop long subit une perte de
rigidité ce qui augmente les risques de torsion.
Ainsi, il est préférable que la longueur d’un bâtiment rectangulaire ne dépasse pas 3 fois sa
largeur.
Si toutefois, on souhaite recourir à des formes plus complexes, il convient de les transformer
en plusieurs formes simples (voir schéma ci-dessous).
Mais séparer les différents éléments n’est pas suffisant, il faut également prévoir des joints
parasismiques entre les différentes parties du bâtiment (voir chapitre 5.4).
D’autres solutions existent comme le montre la figure ci-dessous :
b) Symétrie et régularité d’élévation
Il convient également de respecter une symétrie en élévation.
Il existe toutefois d’autres possibilités pour contourner le problème engendré par un manque
de régularité en élévation, comme le montre la figure ci-dessous :
De plus, il est important que le bâtiment soit homogène. Il faut éviter les variations brutales
de raideur, c’est-à -dire les rigidités verticales irrégulières (étage souple).
3. Abaissement du centre de gravité
Le centre de gravité des bâtiments, notamment des immeubles élevées, doit être situé le
plus bas possible. En effet, plus les éléments lourds sont situés à un étage élevé, plus le
risque d’effondrement est grand.
En effet, le centre de gravité est le point d’application de la résultante des forces de
pesanteur sur le bâtiment. S’il est élevé, les forces d’inertie qui s’exercent sur le haut du
bâtiment seront plus fortes.
Plus le centre de gravité est bas, plus le bâtiment sera stable.
Commissariat de Kumamoto-Kita (Japon)
En cas de masse élevée en partie supérieure (terrasses plantées par exemple) il est
préférable d’opter pour une structure lourde, très rigide et hyperstatique (voiles plutôt que
poteaux par exemple).
4. Hauteur des bâtiments
La hauteur de l’ouvrage a également une influence sur son comportement parasismique. Toutefois, il ne faut pas croire que plus l’immeuble est bas, plus sa résistance aux séismes est forte. En effet, l’effondrement de bâtiments élevés est beaucoup plus rare que celui d’ouvrages plus bas.
Plus le bâtiment est grand, plus sa fréquence propre sera faible. Les scientifiques ont établi une formule pour évaluer la fréquence propre d’un bâtiment en fonction de sa hauteur :
f = 10/n ; n étant le nombre d’étages.
Un immeuble de 10 étages aura donc une fréquence propre de 1 Hz.
Ce qui intéresse les ingénieurs du génie parasismique, c’est d’évaluer les risques pour l’immeuble d’entrer en résonance si sa fréquence est proche de la fréquence des ondes sismiques.
5. Utilisation des contreventements
Une des techniques les plus utilisées en génie parasismique est la mise en place de contreventements afin d’assurer la stabilité latérale des bâtiments pour qu’ils puissent résister aux sollicitations sismiques horizontales.
En effet, lors d’un séisme, les bâtiments oscillent et des contraintes se créent au niveau des liaisons entre les différents éléments de la structure. Sous l’action des forces d’inertie, un côté du bâtiment est comprimé (à droite sur le schéma ci-dessous) et l’autre est étirée (à gauche), puis inversément.
Recourir à la technique des contreventements permet de rigidifier le bâtiment. Comme le montre le schéma ci-dessous, un escalier au centre d’un immeuble a les mêmes effets qu’un contreventement.​
Deux types de contreventements doivent être utilisés en génie parasismique:
• les contreventements horizontaux ou diaphragmes destinés à s’opposer aux effets de torsion
• les contreventements verticaux destinés à transmettre les efforts vers les fondations
Voici un exemple d’immeuble contreventé. Il s’agit du John Hancock Center à Chicago.
La technique des contreventements est également utilisée pour renforcer les bâtiments existants.
6. Utilisation de joints parasismiques
Comme nous l’avons vu au point 2., il est possible de décomposer une structure
complexe en plusieurs structures simples. Toutefois, afin que ces structures qui ont leurs
mouvements et leurs fréquences propres n’entrent pas en collision (martèlement), il est
nécessaire d’utiliser des joints parasismiques.
C’est également le cas pour les immeubles en zone urbaine qui sont souvent très
rapprochés.
Pour éviter le martèlement, il faut éloigner les bâtiments voisins en intercalant un joint
parasismique (espace) suffisamment large.
Ces joints se présentent sous diverses formes. Il peut s’agir d’un simple espace entre deux immeubles comme indiqué sur la figure 1 ou d’un espace recouvert d’un couvre joint souple sur toute la hauteur du bâtiment comme le montre la figure 2.
Il convient donc d’éviter autant que possible les rez-de-chaussée et les étages flexibles.
Toutefois, là encore, des solutions existent pour éviter le problème :
Comme nous venons de le voir, les structures complexes et irrégulières sont constituées de
différents éléments qui ne répondent pas de la même manière aux secousses sismiques.
Leurs capacités de déformation ne sont donc pas semblables et cela entraîne des zones Ã
risque.
