Bien que de nombreux tremblements de terre soient de taille modérée et causent des dommages minimes, un tremblement de terre puissant frappe parfois une communauté qui n’est pas suffisamment préparée à la destruction potentielle. Certains de ces événements graves affectent des milliers de vies et coûtent des milliards en réparations. L’un des moyens les plus efficaces de prévenir les dommages importants causés par un tremblement de terre est de suivre les codes du bâtiment avec des normes de construction et de conception sismique optimales.

Les ingénieurs prennent des mesures pour se prémunir contre les tremblements de terre depuis des décennies et ils ont fait des progrès significatifs dans la compréhension des impacts des tremblements de terre sur les bâtiments. Outre la construction de nouveaux bâtiments plus résistants aux dommages, les entreprises de construction peuvent utiliser ces innovations pour rénover des structures plus anciennes, les rendant plus stables en cas de catastrophe.  

Les tremblements de terre se produisent lorsque des groupes de roches de la croûte terrestre glissent et entrent en collision. Ce mouvement se produit le long d’une ligne de faille, une fracture dans un corps de roche qui peut s’étendre sur plusieurs kilomètres. Lorsque les roches glissent, elles libèrent d’énormes quantités d’énergie qui se propagent à travers la croûte sous forme d’ondes sismiques dans toutes les directions, provoquant des vibrations et des tremblements du sol à la surface.

Les tremblements de terre sont la principale raison pour laquelle les bâtiments subissent des dommages lors d’un tremblement de terre. De multiples facteurs peuvent influencer la force des secousses, notamment la magnitude du tremblement de terre, le type de sol et la proximité du bâtiment avec la faille. Bien que de nombreux bâtiments traditionnels puissent supporter les forces verticales de gravité et de poids, certains ne peuvent pas résister aux forces horizontales causées par les ondes sismiques. 

Avant de commencer un grand projet de construction, les ingénieurs évaluent l’activité sismique d’un chantier à l’aide de cartes nationales des risques sismiques préparées par l’United States Geological Survey. Des codes du bâtiment spécifiques indiquent les dispositions de conception sismique basées sur ces cartes. Dans ces cas, les constructeurs doivent respecter des normes plus strictes pour gérer la destruction potentielle dans les zones à haut risque.

Certaines techniques de construction spécifiques qui peuvent aider à empêcher une structure de subir des dommages lors d’un tremblement de terre comprennent :

Base Isolation

L’isolation de la base nécessite la création d’une fondation flexible pour « flotter » le bâtiment à l’aide de ressorts isolants, de roulements ou de cylindres amortissants. Si la fondation bouge lors d’un tremblement de terre, ces isolateurs vibrent tandis que le reste de la structure reste stable. 

L’une des conceptions d’isolation les plus populaires utilise des roulements en plomb-caoutchouc contenant un centre en plomb solide gainé de couches d’acier et de caoutchouc. Les centres de plomb rendent ces roulements solides et rigides dans l’alignement vertical, tandis que les couches d’acier et de caoutchouc offrent une flexibilité sur le plan horizontal.

Amortissement actif de la masse

L’amortissement actif des masses consiste à placer un poids lourd au sommet d’un bâtiment relié à des amortisseurs qui absorbent les chocs. Lorsque le bâtiment tremble, cette masse agit comme un pendule et se déplace dans la direction opposée pour assurer la stabilité. Cette méthode fonctionne bien pour les gratte-ciel ou dans les bâtiments à plusieurs étages.

D’autres méthodes d’amortissement impliquent des dispositifs de contrôle des vibrations à plusieurs niveaux dans un bâtiment. Des amortisseurs contenant des têtes de piston à l’intérieur de cylindres lubrifiés s’insèrent entre les colonnes et les poutres du bâtiment. Le bâtiment transfère l’énergie vibratoire d’un tremblement de terre dans les pistons, qui poussent contre l’huile de silicone à l’intérieur des cylindres et transforment l’énergie en chaleur. 

Renforcement de la structure

Une autre méthode de redistribution des forces qui traversent un bâtiment lors d’un tremblement de terre consiste à renforcer la structure d’un bâtiment avec des murs de cisaillement, des diaphragmes et des cadres résistants aux moments.

• Murs de cisaillement : Les murs de cisaillement sont généralement constitués de plusieurs panneaux qui aident un bâtiment à conserver sa forme pendant le mouvement. Ces murs sont souvent associés à des entretoises transversales en acier pour créer une tension et une compression supplémentaires afin de contrer les forces de poussée ou de pression.
• Diaphragmes : Les diaphragmes sont un élément essentiel de la structure horizontale de chaque étage et du toit. Les ingénieurs renforcent généralement ces diaphragmes horizontalement pour partager les forces latérales avec les composants verticaux du bâtiment.
• Cadres résistants au moment : Les cadres résistants aux moments se combinent aux joints de la structure pour permettre aux poutres et aux colonnes de se plier tout en restant rigides. Ces cadres sont particulièrement essentiels pour assurer la stabilité interne.

Bien que ces processus de renforcement soient d’une aide significative pour l’absorption des chocs et des vibrations, le choix des matériaux de construction les plus efficaces est essentiel pour assurer une protection adéquate. Les structures fabriquées à partir de matériaux à faible ductilité, comme la brique et le béton, absorbent peu d’énergie et sont plus susceptibles de se fissurer. En revanche, les bâtiments constitués d’acier de construction ou de béton armé d’acier sont plus résilients car ils offrent des niveaux d’absorption des chocs plus élevés.

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