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Top 5 des structures résistantes aux tremblements de terre dans le monde

Top 5 des structures résistantes aux tremblements de terre dans le monde

Les tremblements de terre sont l'une des forces les plus destructrices de la nature. Les structures peuvent subir de graves dommages en cas de séisme. C'est pourquoi, les charges sismiques doivent être prises en compte lors de la conception des structures, en particulier des gratte-ciel.

Parcourons le monde ensemble et découvrons les 5 principales structures antisismiques et apprenons comment les bâtiments peuvent être conçus pour résister à des charges sismiques extrêmes.

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Comment se produisent les tremblements de terre?

En tant qu'ingénieur, afin de faciliter la résolution d'un problème, il est important de comprendre de quoi il s'agit. Alors, qu'est-ce qu'un tremblement de terre exactement et comment se produisent-ils?

Tout le monde connaît l'existence des plaques tectoniques et comment elles influencent le mouvement de la croûte terrestre. Les tremblements de terre se produisent lorsque ces plaques tectoniques se déplacent ou se heurtent les unes aux autres et libèrent de grandes quantités d'énergie. Ceci est mesuré à l'aide de l'échelle de Richter.

Le mouvement de ces plaques tectoniques peut généralement être attribué à la convection du manteau, un phénomène où les courants chauds du manteau transportent des plaques de lithosphère le long d'une bande transporteuse. Elle peut également être causée par la remontée flottante du manteau au niveau des dorsales médio-océaniques. Dans ce cas, la gravité fait que la plaque supérieure de la crête repousse la lithosphère qui se trouve plus loin de la crête. Une autre cause peut être la traction de la dalle; c'est un phénomène où les plaques plus anciennes et plus froides s'enfoncent dans les zones de subduction. Par la suite, la plaque de descente plus froide tire le reste de la plaque plus chaude derrière elle.

Le professeur Iain Stewart, géologue de l'Université de Plymouth, explique comment les tremblements de terre se produisent et comment ils affectent les structures dans ce court clip. Savoir que les ondes rayonnent de la base d'une structure sur tout son corps est essentiel pour concevoir des bâtiments antisismiques.

L'un des principaux éléments de tout bâtiment antisismique est isolation de base. Jetons un coup d'œil à ce que c'est exactement.

Qu'est-ce que l'isolement de base?

La soi-disant isolation de base est une technique développée par des ingénieurs pour éviter - ou au moins minimiser - les dommages aux bâtiments lorsqu'ils sont exposés à des tremblements de terre. Ces types de systèmes sont utilisés partout dans le monde et sont plus répandus en Nouvelle-Zélande, en Inde, au Japon, en Italie et aux États-Unis.

Les constructions plus traditionnelles, comme les bâtiments à base fixe, ont tendance à être construites directement sur le sol. Bien que ce soit une bonne pratique pour les endroits qui ne subissent pas de tremblements de terre fréquents, il est fortement déconseillé sinon.

Lorsqu'un tremblement de terre frappe, le sol (et le bâtiment qui y est attaché) se déplace avec le mouvement du tremblement de terre, causant d'énormes dégâts au bâtiment. Pour contrer cela, la plupart des bâtiments antisismiques sont isolés du sol d'une manière ou d'une autre.

Cela implique généralement l'utilisation de coussinets ou de coussinets flexibles appelés isolateurs de base. Ces types de systèmes se déplacent pendant un tremblement de terre, mais ils se déplacent pour contrecarrer les forces générées par le mouvement du bâtiment.

Les isolateurs de base fonctionnent de la même manière que les systèmes de suspension de voiture, qui permettent à un véhicule de voyager sur un sol accidenté en isolant l'intérieur et en absorbant le choc d'un sol irrégulier, sans jeter les passagers à l'intérieur.

Selon le Science Learning Hub, "lors d'un tremblement de terre, un bâtiment peut se déplacer 11 pouces (300 mm) ou plus par rapport au sol. Par conséquent, l'utilisation de l'isolation de la base signifie également qu'il doit y avoir un moyen de s'adapter au mouvement pendant un tremblement de terre. Cela signifie généralement qu’un «hochet» ou un «fossé» doit être mis en place autour du bâtiment afin que le bâtiment ne heurte pas quelque chose à proximité. Les services de construction tels que l'eau, les égouts et l'électricité doivent tous être conçus pour s'adapter à ce mouvement sans être endommagés. "

Bien que l'isolation de la base puisse être une grâce salvatrice pour de nombreux bâtiments en brique ou en pierre de hauteur moyenne et peut renforcer ceux en béton, elle ne convient pas à tous les types de structures. Les isolateurs de base ont tendance à avoir une capacité limitée à faire face à la tension.

Cela signifie que les bâtiments plus hauts ont un risque très réel de renversement ou de basculement lors de tremblements de terre s'ils ont des isolateurs de base installés. Pour ces types de bâtiments, d'autres mesures sont nécessaires.

Les isolateurs de base ne conviennent pas non plus à certains sites pour d'autres raisons géotechniques et géographiques. Par exemple, il se peut qu'il n'y ait pas assez d'espace pour les installer.

Ils nécessitent également un sol dur, pas un sol mou, pour fonctionner à un rendement maximal.

Quels sont les différents types de tremblements de terre?

Un fait aléatoire sur les tremblements de terre: saviez-vous qu'il y a des millions des tremblements de terre chaque année? Mais ne vous inquiétez pas, la plupart d'entre eux sont très petits et pratiquement imperceptibles.

Certains d'entre eux, cependant, peuvent être des bâtiments incroyablement destructeurs, en ruine et voler aux gens leur vie et leurs moyens de subsistance.

Les tremblements de terre appartiennent généralement à l'une des quelques catégories distinctes. Ceux-ci sont:

  • Tremblements de terre tectoniques.
  • Tremblements de terre volcaniques.
  • Effondrement des tremblements de terre.
  • Tremblements de terre d'explosion.

Tremblements de terre tectoniques se produisent aux limites tectoniques des plaques. Parfois, le frottement entre les plaques tectoniques les fait se verrouiller et devenir incapables de bouger. Cependant, le reste de la plaque continue à se déplacer, ce qui entraîne une augmentation de la pression sur la section verrouillée. Finalement, la section verrouillée succombe à la pression et se brise, les plaques se déplacent rapidement, libérant de l'énergie et provoquant un tremblement de terre.

Tremblements de terre volcaniques sont des tremblements de terre qui se produisent chaque fois que l'activité tectonique provoque également une activité volcanique.

Effondrement des tremblements de terre sont des tremblements de terre mineurs qui se produisent chaque fois que quelque chose comme une mine ou une caverne souterraine s'effondre.

Tremblements de terre explosifs sont toute forme de tremblement de terre causé par une explosion massive, comme la détonation d'une arme nucléaire. Comme les tremblements de terre d'effondrement, ceux-ci ont tendance à être très mineurs.

Les tremblements de terre sont aussi parfois causés par l'activité humaine telle que l'injection de fluides dans des puits profonds, l'excavation de mines et le remplissage de grands réservoirs.

La force relative de tous les tremblements de terre est mesurée à l'aide de l'échelle de Richter. SelonMichigan Tech, les plages typiques pour diverses magnitudes de tremblements de terre comprennent: -

Ordre de grandeurEffets des tremblements de terreNombre estimé
Chaque année
2,5 ou moinsHabituellement non ressenti, mais peut être enregistré par un sismographe.900,000
2,5 à 5,4Souvent ressenti, mais ne cause que des dommages mineurs.30,000
5,5 à 6,0Légers dommages aux bâtiments et autres structures.500
6,1 à 6,9Peut causer beaucoup de dégâts dans les zones très peuplées.100
7,0 à 7,9Tremblement de terre majeur. Dégâts sérieux.20
8.0 ou supérieurGrand tremblement de terre. Peut totalement détruire les communautés proches de l'épicentre.Un tous les 5 à 10 ans

Si vous voulez en savoir plus sur ce que sont les tremblements de terre, l'article de l'Encyclopedia Britannica sur ce sujet est assez complet.

Quels sont les meilleurs bâtiments antisismiques au monde?

Et donc, sans plus tarder, voici quelques-uns des meilleurs bâtiments antisismiques du monde entier. Cette liste est loin d'être exhaustive et ne présente aucun ordre particulier.

1. L'aéroport international Sabiha Gökçen est l'un des bâtiments les plus antisismiques au monde

L'un des principaux aéroports pour desservir la ville historique d'Istanbul, c'est également l'un des bâtiments les plus antisismiques au monde. Appelé Sabiha Gökçen, c'est l'un des deux aéroports internationaux d'Istanbul, en Turquie, situé près de la faille nord de l'Anatolie.

Il a été conçu par la firme d'ingénierie Ove Arup pour avoir 300 systèmes d'isolateurs de base qui peut résister à un tremblement de terre jusqu'à un maximum de 8,0 Mw (magnitude du moment). Les isolateurs de base peuvent réduire les charges sismiques latérales en 80%, ce qui en fait l'une des plus grandes structures isolées sismiquement au monde.

L'une des principales caractéristiques de l'aéroport qui le rend si résistant aux tremblements de terre est son soi-disant «dispositif à pendule à triple friction».

Journal des architectes explique que "l'ensemble du terminal repose sur une plate-forme qui est, dans une large mesure, isolée du sol en dessous. Cela a permis à l'équipe de concevoir le terminal presque comme s'il était situé dans un endroit non sismique, et d'inclure des éléments telles que [les structures avec] de grandes portées parce que la plate-forme et les dispositifs à pendule signifient que les mouvements latéraux violents du sol ne l'affecteront guère. "

Le palier pendulaire à triple friction de l'aéroport a été fabriqué parSystèmes de protection contre les tremblements de terre (EPS). Ils utilisent le principe d'un pendule de base pour prolonger l'isolement d'une structure lors de séismes graves.

Lorsqu'un tremblement de terre frappe la structure, les structures antisismiques de l'aéroport se déplacent avec de petits mouvements de pendule. Les déplacements dus aux tremblements de terre se produisent principalement dans les roulements, de sorte que les charges latérales et les mouvements transmis à la structure sont considérablement réduits.

2. La Transamerica Pyramid peut vraiment prendre un coup et rester debout

La Transamerica Pyramid est une structure emblématique des années 1970 située dans la ville californienne de San Francisco, qui se trouve tout près des failles de San Andreas et Hayward. En 1989, le tremblement de terre de Loma Prieta a frappé la région à une magnitude de 6,9 Mw ce qui a fait balancer le dernier étage de la structure de près d'un pied (30 cm) d'un côté à l'autre pendant plus d'une minute, mais le bâtiment était haut et en bon état.

Cet exploit de résistance aux tremblements de terre peut être attribué à la 52 pieds de profondeur fondation en acier et en béton conçue pour se déplacer avec des charges sismiques. Les charges verticales et horizontales sont soutenues par un système de treillis unique au-dessus du premier niveau, avec des cadres intérieurs s'étendant jusqu'au 45e niveau. La combinaison complexe de ces systèmes structurels rend le bâtiment résistant aux mouvements de torsion et permet l'absorption de grandes forces de cisaillement horizontales de la base.

3. Le Burj Khalifa est également spécialement conçu pour résister aux tremblements de terre

Ce gratte-ciel ne nécessite vraiment aucune introduction. Le Burj Khalifa est simplement l'une des structures supertall les plus emblématiques au monde. C'est aussi un bâtiment antisismique!

La structure est composée de planchers mécaniques où des murs à balancier relient les colonnes de périmètre à la paroi intérieure. Ce faisant, les colonnes périmétriques sont capables de supporter la résistance latérale de la structure. La verticalité des colonnes aide également à supporter les charges gravitationnelles.

En conséquence, le Burj Khalifa est exceptionnellement rigide dans les directions latérale et de torsion. Un système complexe de conception de base et de fondation a été élaboré en menant des études sismiques et géotechniques approfondies.

4. Taipei 101 est un autre des meilleurs bâtiments antisismiques au monde

Taipei 101 est peut-être l'un des gratte-ciel supertall les plus fascinants au monde. Le design extérieur (par C.Y. Lee) a été inspiré par la phrase, "on grimpe pour voir plus loin".

Mis à part l'architecture, le fait époustouflant à propos de Taipei 101 est qu'il abrite le plus grand amortisseur de masse réglé (TMD) au monde! Il s'agit essentiellement d'une boule métallique géante qui contrecarre les grosses charges transitoires comme le vent et les tremblements de terre pour réduire le balancement de la tour supertall.

Le TMD est soutenu par des bras d'amortissement hydrauliques et des systèmes de pare-chocs qui fonctionnent de la même manière que l'amortisseur d'une voiture. Lorsque de grandes forces agissent sur la tour, le TMD oscille dans la direction opposée, amenant tout le bâtiment en équilibre en amortissant les forces transitoires à l'aide de la masse de la balle. Est-ce incroyable?

Ce système antisismique est situé entre le 87e étage et le 92e niveau.

5. Philippine Arena est également un bâtiment antisismique

La Philippine Arena est la plus grande arène en forme de dôme du monde et est une structure étonnante à l'épreuve des tremblements de terre. Il appartient au groupe chrétien Iglesia Ni Cristo (INC) qui a commandé ce 55,000 Arena capacité de places assises pour leur 100e anniversaire il y a trois ans le 27 juillet 2014.

C'est également la pièce maîtresse de la zone d'entreprises touristiques appelée Ciudad De Victoria à Bulacan, aux Philippines. L'arène a été conçue par le cabinet d'architecture australien Populous et le cabinet d'ingénierie d'élite Buro Happold.

La plaque philippine se trouve le long de la soi-disant ceinture de feu du Pacifique, qui abrite la chaîne de failles sismiques la plus connue et la plus active au monde. Les tremblements de terre précédents dans le pays ont atteint jusqu'à8,2 Mw, et ont fait des milliers de morts. Les activités sismiques ont également été responsables d'éruptions volcaniques et de tsunamis dans la région.

Le vaste toit du stade de Philippine Arena, 170m, a été conçu pour résister à des charges transitoires sévères telles que les tremblements de terre, les vents et les typhons. Lors d'un tremblement de terre, les charges latérales générées dans toute la structure peuvent atteindre jusqu'à 40% de sa masse.

Buro Happold a intelligemment répondu avec une conception de base indépendante pour toute la structure, ce qui signifie que le corps structurel principal de l'arène est isolé de sa base et de sa fondation. L'espace entre la structure principale et le système de fondation de base est composé de paliers en caoutchouc au plomb (LRB) qui sont un agencement flexible de matériaux avec des propriétés de dissipation d'énergie élevées.

Cela permet à la base et au système de fondation de se déplacer librement avec la force du tremblement de terre, tandis que la structure supérieure reste stationnaire. C'est vraiment un exploit d'ingénierie sismique incroyable!

C'est tout pour l'instant folk.

Ainsi, la prochaine fois que vous visiterez l'une de ces structures, prenez un moment pour apprécier non seulement l'esthétique architecturale, mais aussi les magnifiques prouesses d'ingénierie qu'elles ont à offrir.

Bien qu'il n'y ait aucun moyen de vaincre le pouvoir impressionnant de la nature, nos ingénieurs peuvent bricoler avec les outils à portée de main pour au moins tenter de l'apprivoiser. Ces bâtiments, ainsi que d'autres bâtiments antisismiques dans le monde, témoignent de l'ingéniosité de l'homme et de l'habileté des ingénieurs à l'origine de leur construction.

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