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Un impact sur la structure et la forme du bâtiment

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Un impact sur la structure et la forme du bâtiment

La conception d’un bâtiment édifié dans une zone soumise aux séismes doit prendre en compte les caractéristiques du site d’implantation et traduire, dans son système constructif et dans sa forme, le risque auquel il peut être soumis. Sans oublier la qualité de sa mise en œuvre. De mauvais bétons étant l’une des causes premières d’effondrement.

Les violents tremblements de terre survenus dernièrement, comme en Haïti en janvier 2010 ou L’Aquila (Italie) en avril 2009, ont fait ressurgir la question capitale de la conception parasismique des édifices. Son but : préserver les vies humaines et prévenir le plus possible l’effondrement des bâtiments. Une construction est considérée comme parasismique lorsqu’elle est conforme aux règles en vigueur.

L’application des règles parasismiques sert à limiter de façon notoire l’ampleur des dommages en cas de séisme. Elles intègrent des dispositifs qui limitent l’impact destructif lié aux mouvements du sol. La bonne tenue de ce type d’édifice dépend de son comportement dynamique. Comportement qui résulte d’une conception judicieuse et de techniques spécifiques. Ces mesures portent sur le lieu d’implantation, la forme du bâtiment, le choix de son système porteur et les matériaux mis en œuvre, ainsi que sur la disposition des éléments lourds et rigides. Tout d’abord, concernant l’implantation de l’ouvrage, il est impératif d’éviter le terrain en pente, la faille, le talus et le bord d’une falaise.
La forme de l’édifice doit être compacte et régulière, se rapprochant le plus possible du rectangle, du carré ou de l’ovale, afin d’éviter les contraintes inhérentes à la torsion d’ensemble, aux effets dévastateurs. Le fractionnement indispensable des bâtiments à forme complexe en plusieurs blocs peut s’effectuer au moyen de joints parasismiques de séparation évitant une collision entre les blocs. Les fondations doivent être les plus homogènes possible, avec notamment une désolidarisation des points d’appui de l’ossature. Supprimer le niveau « souple ». Quant au système constructif, élément déterminant dans l’efficacité du comportement parasismique global, il doit impérativement participer à la stabilisation horizontale de l’ouvrage.
Le choix du matériau de structure joue également un rôle essentiel. Une ossature en maçonnerie, en béton ou en acier doit faire l’objet d’une conception appropriée, selon quelques principes. Les voiles en maçonnerie non-armée ou non-chaînée, ainsi que les portiques en béton munis de remplissages en maçonnerie (parpaings, briques, etc.) sont à proscrire, à cause de leur comportement médiocre.
En revanche, les murs en béton armé, répartis de manière symétrique dans plusieurs directions, sont efficaces, car la torsion de l’ensemble est alors réduite. De plus, la continuité mécanique de descente des charges, à l’aide de poteaux alignés, est conseillée, pour gommer au maximum l’effet « baïonnette » de cisaillement des poutres.
Un autre point sensible concerne l’effet de « niveau souple », source fréquente d’écrasement d’un bâtiment. En effet, le rez-de-chaussée d’un édifice est appelé « niveau souple », lorsqu’il est plus haut et dénué de cloisonnements et devient par conséquent moins rigide que les étages le surmontant. Pour pallier ce problème, il est nécessaire d’intégrer des murs en béton ou des palées de stabilité à l’intérieur du volume, dans chaque direction principale et symétriquement. Quant au contreventement, il est fondamental, car il garantit une stabilité à la fois horizontale et verticale de la structure lors des secousses. Sur le plan architectural, plusieurs recommandations sont à prendre en compte. Il est déconseillé de mettre en œuvre des poteaux courts, vulnérables aux charges sismiques par cisaillement. Il faut éviter de créer des angles vifs et des grands percements dans les voiles porteurs. Et les ouvertures dans les façades doivent être de dimension restreinte et se superposer le plus possible les unes aux autres, pour assurer une continuité verticale.

Un contreventement horizontal et vertical

Côté béton, les systèmes en voiles, ou mixtes alliant voiles et portiques, présentent un excellent comportement sous l’action sismique. Ce matériau traditionnel, à la technologie bien maîtrisée par les entreprises, résiste bien, même en cas de séisme majeur, à condition d’être mis en œuvre correctement.
Imaginé par l’architecte Régis Rioton le collège de La Bâtie-Neuve (Hautes-Alpes), ouvert depuis 2009, a été conçu selon les normes parasismiques. Il se trouve en zone sismique 1b. Accueillant 350 élèves, l’équipement se dresse sur deux niveaux et comprend quatre grandes entités aux fonctions spécifiques : enseigne- ment, administration, logement et équipement sportif. D’où une organisation morcelée en blocs de formes simples, avec une répartition précise des joints de dilatation. Côté structure, l’édifice d’enseignement, ainsi que les quatre villas mitoyennes comportent une structure classique en murs de béton coulé et dalles pleines (20 et 28 cm d’épaisseur).
Ces planchers font office de diaphragme horizontal. Ils répartissent les efforts sismiques sur les murs, alors que la charge inhérente aux murs se transmet directement aux fondations. La conjugaison des deux garantit rigidité et robustesse aux bâtiments. Pour le gymnase en bois lamellé-collé, le contreventement est assuré par des palées de stabilité en croix de Saint-André posées sur les pignons et les longs pans. Quant au volume du préau, monté en charpente bois, il se greffe sur le bâtiment administratif réalisé en voiles béton et sert à le stabiliser.
Par ailleurs, les ossatures en acier résistent bien au tremblement de terre : grâce à son comportement ductile, la structure en acier à faibles sections peut s’étirer et se déformer sans se rompre. Très résistant, flexible et léger, ce type d’ossature réduit la masse construite et par là même, la rigidité de l’édifice. Ce qui permet également une mise en œuvre performante.

Une flexibilité structurelle privilégiée

Ainsi, à chaque niveau, les structures horizontales reprennent les forces sismiques horizontales et les reportent vers l’ossature verticale (ou contreventement) qui comprend une structure primaire, calculée pour reprendre les sollicitations sismiques.
Cette structure, peut accueillir une ossature secondaire à même de suivre les déformations de la structure porteuse et de soutenir les charges verticales. Pour que les assemblages des poutres sur les poteaux en acier ne subissent pas de déformations plastiques, deux techniques sont préconisées : élargir l’aile de chaque poutre, afin d’accroître sa résistance et éloigner les déformations de la liaison au poteau, ou au contraire, amincir les ailes de la poutre à côté de la liaison, afin de focaliser les déformations à cet endroit.
Par exemple, la gare de Strasbourg (Bas-Rhin), située en zone sismique 1b, a réclamé un traitement technique spécial. Restructurée en 2008 par l’agence Arep, J.-M. Duthilleul et E. Tricaud, architectes, la gare comprend un nouveau hall de transports accolé au bâtiment voyageurs en place. Il est coiffé d’une vaste verrière courbe formée d’une structure primaire en arcs raidis par des câbles, liaisonnés par une ossature secondaire transversale à poutres Fink. Conçue pour se déplacer, cette verrière n’est pas accrochée à l’existant. Elle est dotée en rive et verticalement d’interfaces en panneaux de polycarbonate, prêts à se briser et munis de joints en silicone absorbant les déplacements.
Au faîtage et horizontalement, des membranes et des joints en silicone participent à la dilatation de l’ensemble. Les poteaux de l’ossature porteuse, articulés en parties haute et basse, s’appuient sur des consoles encastrées dans la dalle béton. Le sommet de chaque arc est doté d’un axe de liaison avec le poteau, tandis que le pied est pourvu d’une articulation reliée à une poutre sablière qui repose sur un appui glissant fixé dans un massif en béton (1) .

Un système constructif adapté à l’urgence

Par ailleurs, les situations d’urgence obligent à mettre en œuvre des systèmes constructifs adaptés, à base d’éléments préfabriqués faciles à monter. À la suite du violent séisme survenu le 6 avril 2009 dans les Abruzzes, en Italie, une opération de logements collectifs conçue par l’architecte italien Mauro de Paoli est en cours de construction à L’Aquila. Objectif principal : reloger rapidement les familles sinistrées, grâce à un procédé constructif performant. L’opération comprend plusieurs bâtiments identiques de morphologie compacte. Chacun mesure 54 mètres de long par 12 mètres de large et abritera à terme 25 logements, destinés à 83 habitants.
Pour assurer un système d’isolation sismique efficace, la superstructure de chaque édifice s’appuie sur un massif de fondations en béton armé renforcé. Celui-ci se compose d’un radier de 50 cm d’épaisseur sur lequel repose une série de gros poteaux ronds (Ø 80 cm) équipés en partie haute d’isolateurs sismiques. Ces piliers soutiennent une semelle de surfondation en béton servant de base d’appui à la structure légère de type poteaux-poutres en acier, installée selon un maillage de 6 x 6 m. Cette dernière confère au bâtiment une certaine élasticité et favorise des déformations restreintes en plan et en élévation. Les poteaux sont fixés à la dalle, à l’aide de plaques et de boulons d’ancrage. Si le contreventement vertical est garanti par la mise en place de plusieurs croix de Saint-André, celui horizontal est formé de planchers collaborants mariant acier et béton. Les parois des façades sont habillées de panneaux multicouche assemblés à sec, assurant isolation acoustique et thermique aux édifices, afin de réaliser des économies d’énergie. Le doublage intérieur des murs est constitué de plaques de plâtre et la couverture, de panneaux-sandwich métalliques. Au final, la contrainte de durée de chantier limitée n’a pu être effective que grâce à l’utilisation d’un système industrialisé, de type Meccano.  

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