Les séismes ne sont pas nécessairement destructeurs : depuis des siècles, les ingénieurs construisent des ouvrages capables de résister aux mouvements du sol. Le nom moderne de cette approche est l’isolation sismique. L’isolation sismique avec ProtaStructure réduit les charges sismiques appliquées aux structures en limitant les déplacements entre étages et les accélérations. Elle dissipe l’énergie sismique au niveau de la couche d’isolation et allonge la période propre de vibration de l’ouvrage. La tenue en service et la sécurité sont ainsi préservées.
Dans ces applications, le concepteur fait en sorte que la superstructure reste dans le domaine élastique linéaire. La couche d’isolation, souple, absorbe l’énergie du séisme et protège des dommages les éléments situés au-dessus comme au-dessous du niveau d’isolation.
Le calcul des isolateurs tient également compte du vent, de la température, du fluage et de l’humidité.
Deux familles d’isolateurs sont couramment employées : les appuis en élastomère et les appuis glissants (systèmes à pendule de friction).
Appuis en élastomère à noyau de plomb (LRB)
Ces appuis conviennent particulièrement à l’isolation à la base : faible module de cisaillement, forte rigidité axiale et capacité à revenir à leur position après de grandes déformations sous faible contrainte. Ils se composent de couches alternées de plaques d’acier et d’élastomère vulcanisé, avec un noyau de plomb. Les plaques d’acier apportent résistance et stabilité pour porter la structure, tandis que le noyau de plomb améliore l’amortissement.
Appuis glissants (pendule de friction)
Les appuis glissants reposent sur un élément coulissant placé entre des plaques d’acier planes ou concaves, à la manière d’un pendule. La surface courbe et le poids de la structure génèrent une force de rappel, tandis que le frottement entre les surfaces dissipe l’énergie.
Les étapes de calcul d’un bâtiment isolé
L’organisation architecturale et structurelle détermine largement l’emplacement des isolateurs : au niveau du sous-sol, au-dessus de celui-ci ou au niveau des fondations. L’ingénieur commence par une analyse préliminaire pour déterminer la période cible, les déplacements, les capacités axiales et les types d’isolateurs.
Une fois ces choix arrêtés, il mène un prédimensionnement, avec analyses sismiques pour le séisme de calcul (DBE) et le séisme maximal considéré (MCE). Périodes cibles, déplacements et rigidités sont vérifiés et affinés par itérations.
En phase finale, l’ingénieur sélectionne des mouvements sismiques compatibles avec le spectre cible et définit les types d’isolateurs et leurs propriétés non linéaires. L’analyse structurelle porte alors sur la superstructure isolée comme sur l’infrastructure non isolée. Les vérifications de calcul et de déplacement closent le processus.
Cas pratique : le complexe hospitalier d’Erzurum, en Turquie
Le complexe hospitalier d’Erzurum est le plus grand établissement médical de l’est de la Turquie, avec 201 500 m². Il comptait alors parmi les plus grands hôpitaux isolés sismiquement au monde, avec une capacité de 1 600 lits.
L’ouvrage a été conçu pour rester opérationnel après un séisme. Plus de 1 200 isolateurs ont été installés afin de préserver les équipements médicaux critiques et les réseaux du bâtiment : gaz médicaux, protection incendie, assainissement.
Modéliser les isolateurs sismiques avec ProtaStructure
Une fois le prédimensionnement du système d’isolation réalisé, les isolateurs se modélisent sur le modèle structurel. La conception et l’évaluation du système supposent des itérations pour atteindre les objectifs économiques et de performance. ProtaStructure permet de modéliser différents types d’isolateurs sous chaque poteau ou voile. Des conseils détaillés figurent dans le manuel technique correspondant.
Au fil des années, ProtaStructure a servi de nombreux projets, dont plusieurs hôpitaux isolés sismiquement :
Pour aller plus loin
Seismically Isolated Hospital Design Practice in Turkey: Erzurum Medical Campus
Seismic Retrofit of an Existing Multi-Block Hospital by Seismic Isolators
Applications concrètes
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