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Miracles architecturaux déclenchés par des tremblements de terre : pourquoi certains bâtiments restent-ils intacts même à l'épicentre ?
Dans de nombreux cas, l'impact d'un tremblement de terre sur un bâtiment peut provoquer une destruction totale, mais certains bâtiments survivent indemnes à l'épicentre. Ce phénomène a suscité une profonde réflexion parmi les chercheurs en génie parasismique et les concepteurs architecturaux. L'une des clés est la « spectroscopie de réponse », un outil important pour évaluer la réaction d'une structure aux tremblements de terre. La spectroscopie de réponse aide les ingénieurs à comprendre comment prédire et concevoir des structures résistantes aux tremblements de terre en cartographiant les réponses maximales de plusieurs oscillateurs avec différentes fréquences naturelles lorsqu'ils sont soumis aux mêmes vibrations du substrat.
L'utilisation de spectres de réponse permet aux ingénieurs d'estimer la capacité d'un bâtiment à résister aux tremblements de terre pendant le processus de conception, non seulement en termes de fréquences fondamentales de la structure, mais également en termes de techniques d'amortissement acoustique.
La science des forts mouvements sismiques utilise également souvent les spectres de réponse du sol générés à partir des données collectées par les sismomètres pour évaluer la corrélation entre les dommages causés par les tremblements de terre. Ces données contribuent à fournir des prévisions de risques pour garantir la stabilité des bâtiments pendant les tremblements de terre. Sur la base de ces évaluations, les concepteurs peuvent déterminer les forces de conception maximales auxquelles la structure devra résister, généralement dérivées des valeurs du spectre de réponse du sol.
Par exemple, lors du tremblement de terre de Mexico en 1985, de nombreux bâtiments en béton de taille moyenne ont subi de graves dommages parce que leurs fréquences naturelles coïncidaient avec celles des fonds profonds des lacs. En revanche, ceux qui étaient plus courts et plus robustes présentaient des taux de dommages plus faibles, ce qui suggère que les caractéristiques vibratoires des bâtiments jouent un rôle clé dans les tremblements de terre réels.
"La conception des bâtiments doit prendre en compte les caractéristiques vibratoires du sol. Comme l'a montré le tremblement de terre de Mexico, la résistance et la fréquence naturelle de la structure sont essentielles à la performance sismique."
La spectroscopie de réaction ne convient pas seulement aux systèmes simples à un seul degré de liberté. Bien qu'elle puisse également être utilisée en théorie pour des systèmes complexes à plusieurs degrés de liberté, l'analyse modale est toujours nécessaire pour les paramètres d'amortissement de haut niveau. pour prédire plus précisément la réponse. Il convient de noter que la spectroscopie de réaction traditionnelle est principalement destinée aux systèmes linéaires, ce qui limite également son champ d'application, car la réponse des systèmes non linéaires ne peut souvent pas être simplement obtenue à partir du spectre de réaction.
En 1941, George W. Hausner de Caltech a publié les premiers spectres de réaction calculés à partir d'accéléromètres. À mesure que des articles de revues étaient publiés, la spectroscopie de réponse est devenue la base de la conception technique sismique actuelle. Ce concept a été affiné pour servir de guide pour la conception structurelle actuelle, en particulier dans les zones sujettes aux tremblements de terre.
"Notre objectif est d'utiliser le spectre de réponse pour aider à concevoir des bâtiments résistants aux tremblements de terre afin de garantir que les catastrophes et les victimes puissent être réduites lors de futurs tremblements de terre."
Lors de la conception de bâtiments de faible hauteur, la plupart des modes fonctionnels sont des modes de base. Ce mode de « balancement d'avant en arrière » est d'une grande importance pour la conception de structures capables de résister aux tremblements de terre. Pour les bâtiments de grande hauteur ou de structure irrégulière, une analyse multimode complexe est nécessaire pour obtenir une estimation de réponse plus réaliste, ce qui implique des méthodes plus complexes telles que l'analyse statique ou dynamique non linéaire.
En fin de compte, outre les considérations de conception, à savoir si un bâtiment peut survivre ou non à un tremblement de terre, les matériaux et les méthodes de construction affecteront tous son effet parasismique. Par exemple, lors d'un tremblement de terre l'année dernière, les ingénieurs ont découvert que certains immeubles de grande hauteur construits avec de nouveaux matériaux présentaient une bonne résistance aux tremblements de terre, ce qui a attiré une large attention dans l'industrie.
"Pour garantir que les structures des bâtiments peuvent résister aux tremblements de terre, il est nécessaire d'intégrer le développement de la technologie actuelle, de la science des matériaux et du spectre de réponse."
Enfin, alors que nous réfléchissons à la manière d'améliorer la conception des bâtiments pour résister aux futurs tremblements de terre, devrions-nous réexaminer les normes de conception des bâtiments et les stratégies de mise en œuvre pour mieux nous adapter aux circonstances et aux défis changeants ?
