Sol et construction

1. Sol et construction

2. Problématique Comment la nature et la structure du sol déterminent les caractéristiques des constructions de bâtiments?

3. Sommaire • Introduction • Plan: 1.La structure du sol 2.La nature du sol 3.La construction para sismique • Conclusion • Annexes / Sources / Remerciements

4. Un séisme résulte de la libération brusque d'énergie accumulée par les déplacements et les frictions des différentes plaques de la croûte terrestre (tectonique des plaques).Il se produit de très nombreux séismes tous les jours, mais la plupart ne sont pas ressentis par les humains (environ 100 000 sont enregistrés tous les ans). Un tremblement de terre peut avoir trois origines : - rupture d'une faille ou d'un segment de faille (séismes tectoniques)‏ - intrusion et dégazage d'un magma (séisme volcanique)‏ - explosion, effondrement d'une cavité (séismes d'origine naturelle ou dus à l'activité humaine)‏ Un Séisme

5. Les séismes sont dus à des phénomènes géologiques très lents... cela a permis, à partir de la mémoire « des hommes », d'élaborer des cartes faisant apparaître des zones à faible risque et les zones dans lesquelles il convient d'anticiper ces sinistres Carte des zones a risque

8. On a compris que les séismes frappent des zones bien identifiées (cartes précédentes), mais on remarque aussi que l'importance des démolitions dus à un tremblement de terre peuvent être très irréguliers sur une petite zone (par exemple au sein d'un même quartier).On s’interroge donc sur le lien entre l’importance des dégâts, la nature et la structure du sol.Afin de mettre en évidence ces liens, nous réalisons des expériences.Après avoir confirmé les résultats obtenus à l’aide d’exemples concrets, nous étudierons selon la nature et la structure du sol, les différents moyens de construction, pour limiter les dégâts matériaux et les pertes humaines.

9. Partie I:LA STRUCTURE DU SOL

10. Plan de la première partie • expérience • explications • résultats sur zones mouillées. • exemples

11. Mise en avant de l’importance de la structure du sol par une expérience

12. Nous effectuons l'expérience suivante :Nous mettons du sable sec dans un récipient. Le sable représente le sol terrestre. On fait attention à ce que la surface du sable ne soit pas lisse.

13. Afin de stimuler un séisme, nous secouons le récipient. Nous observons que la surface du sable est devenue entièrement plane.

14. Explication de l’expérience • Les molécules d’air qui se trouvent entre les grains de sable empêchent les grains de se frotter les uns aux autres. Lors des secousses cela entraîne une annulation des forces de frottement. • Si cela se produit sur une zone habitée, il est courant d’observer un enfoncement des bâtiments dans le sol, ce que nous allons confirmer par une deuxième expérience

15. Nous reprenons le récipient rempli de sable. Nous posons sur la surface une pierre qui représentera un bâtiment.

16. Nous stimulons à nouveau un séisme en agitant le récipient. On observe que la pierre s’enfonce dans le sol, comme le montrent les photos suivantes.

18. Aggravation sur sol mouillé

19. Lorsque le sol est mouillé, le tremblement de terre augmente la pression de l’eau qui se trouve dans le sol. Sous l’effet de la pression, l’eau sépare et met en suspension les grains de sable qui forment le sol. Les frottements entre les grains sont donc annulés. Cela entraîne donc une liquéfaction du sol, ce qui enfonce les bâtiments dans le sol.

21. Quelques exemples de séismes qui ont entraîné une liquéfaction du sol

22. Tremblement de terre de Taïwan le 21 septembre 1999

23. Tremblement de terre de Turquie le 17 août 1999

24. Tremblement de terre de Niijita en 1967

25. Tremblement de terre de Caracas en 1967

26. Partie 2:LA NATURE DU SOL

27. Plan de la deuxième partie • Le cas de Mexico -introduction -expérience -résultat • Un exemple concret: le Colisée à Rome • Conclusion

28. Un violent tremblement de terre de magnitude 8,1 sur l'échelle de Richter, frappa cruellement Mexico City en 1985. Son épicentre était situé à quelque 350 km de là, dans la région de Michoacan. Paradoxalement, cette zone située plus proche de l’origine du séisme ne connut que des destructions beaucoup plus faibles.

29. Zone totalement détruite Zone partiellement détruite

30. Une expérience pour illustrer le séisme de Mexico

31. Le problème de Mexico: Comment expliquer cette différence de dégât selon les zones de la ville? Pourquoi cette amplification des dégâts si loin de l’épicentre? Une modélisation de la situation nous permettra peut-être de l’expliquer

32. La maquette • Deux capteurs sont reliés à un ordinateur • Ces deux capteurs vont enregistrer des ondes à l’aide du programme AUDACITY

34. Un témoin • Pour vérifier la véracité de l’expérience les 2 capteurs ont été disposés de manière identique afin de vérifier qu'ils ont la même sensibilité.

35. Les résultats Les deux capteurs enregistrent sensiblement la même chose, l'expérience ne sera donc pas faussée.

36. L’expérience • Le premier capteur est situé sur le bois, le second est situé sur de la gélose.

37. Les résultats

38. On constate que le capteur situé sur la gélose enregistre une amplitude plus forte que l’autre capteur situé sur le bois. De plus la vibration dure beaucoup plus longtemps Ce résultat s’explique par la différence de composition du sol

39. Dans le cas de Mexico • Le sol de Mexico peut-être divisé en trois zones: -Foothill zone:sol granulaire, basalte (situé au sud-ouest de la ville)‏ -Lake zone:épais dépôts mous constitués de limons, argile, cendre (provenant des volcans situés aux alentours)‏ -Transition zone:située entre les deux zones précédente

40. Foothill zone Lake zone Transition zone Accélération des ondes sismiques  0  10  2 Tableau du comportement des ondes dans ces différentes zones • Nous constatons que dans la Lake zone les ondes sont 10 fois plus rapides. La nature du sol à un rôle important dans la propagation des ondes

41. Pour illustrer ces données nous allons parler du Colisée situé à Rome

42. Le Colisée

43. Le Colisée est construit à cheval sur 2 sols différents.Une partie est construite sur un sol sédimentaire et l’autre sur un sol magmatiqueLa partie construite sur le sol sédimentaire est complètement détruite

44. La colline d’Alban en Italie

45. Scénario de la propagation des ondes sismiques sur la colline d’Alban Cette colline est composée de pierre volcanique

46. On constate que les ondes sismiques sont amplifiées à cet endroit • Cela s’explique par le seul paramètre variable qui est la nature du sol

47. Conclusion • La nature et la structure du sol entraînent un phénomène appelé effet de site lors d'un séisme. • L'effet de site est un phénomène capital dans la construction de bâtiments résistants aux tremblement de terre: chaque site doit être étudié méticuleusement.

48. Partie 3:LA CONSTRUCTION PARA-SISMIQUE

49. Introduction Nous ciblerons les moyens de construction para-sismique pour les petits bâtiments comme des maisons individuelles. Pour les grands bâtiments ou les immeubles, on retrouve les mêmes principes avec des contraintes d'autant plus fortes que le bâtiment est important et élevé.

50. Une expérience pour le montrer