Système d'isolement de base pour le tremblement de terre: un aperçu des principes, des types, des avantages et des applications

Un tremblement de terre ou un socle terrestre en soi n'est pas une catastrophe, c'est un phénomène naturel qui résulte d'un mouvement au sol, parfois violent. Ceux-ci produisent des ondes de surface, qui provoquent une vibration du sol et des structures debout sur le dessus. Selon les caractéristiques de ces vibrations, le sol peut développer des fissures, des fissures et des établissements. Le risque possible de perte de vie ajoute une dimension très grave à la conception sismique, mettant une responsabilité morale sur les ingénieurs en structure. Ces derniers temps, de nombreux nouveaux systèmes ont été développés, soit pour réduire les forces de tremblement de terre agissant sur la structure, soit pour absorber une partie de l'énergie sismique.
L'un des systèmes de protection sismique les plus mis en œuvre et les plus acceptés est l'isolement de base.

L'isolement de base est l'un des systèmes de protection sismique les plus largement acceptés dans les zones sujettes aux tremblements de terre. Il atténue l'effet d'un tremblement de terre en isolant essentiellement la structure des mouvements du sol potentiellement dangereux. L'isolement sismique est une stratégie de conception, qui découple la structure pour les effets dommageables du mouvement du sol. Le terme isolement fait référence à une interaction réduite entre la structure et le sol.

Lorsque le système d'isolement sismique est situé sous la structure, il est appelé "isolement de base".
L'autre objectif d'un système d'isolement est de fournir un moyen supplémentaire de dissipation d'énergie, réduisant ainsi l'accélération transmise dans la superstructure. Le découplage permet au bâtiment de se comporter de manière plus flexible, ce qui améliore sa réponse à un tremblement de terre. Le concept d'isolement de base est expliqué à travers un exemple d'un bâtiment reposant sur des rouleaux sans frottement. Lorsque le sol tremble, les rouleaux roulent librement, mais le bâtiment ci-dessus ne bouge pas.
Ainsi, aucune force n'est transférée dans le bâtiment en raison de tremblements du sol; Simplement, le bâtiment ne ressent pas de tremblement de terre.

Le concept d'isolement de base est expliqué à travers un exemple d'un bâtiment reposant sur des rouleaux sans frottement. Lorsque le sol tremble, les rouleaux roulent librement, mais le bâtiment ci-dessus ne bouge pas. Ainsi, aucune force n'est transférée dans le bâtiment en raison de tremblements du sol; Simplement, le bâtiment ne ressent pas de tremblement de terre.
Maintenant, si le même bâtiment est reposé sur des coussinets flexibles qui offrent une résistance aux mouvements latéraux, alors un effet de tremblement de sol sera transféré dans le bâtiment ci-dessus.
Les coussinets flexibles sont appelés isolators de base, tandis que les structures protégées à l'aide de ces appareils sont appelées bâtiments isolés à base. La principale caractéristique de la technologie d'isolement de base est qu'elle introduit une flexibilité dans la structure.

Une étude minutieuse est nécessaire pour identifier le type d'appareil le plus approprié pour un bâtiment particulier. De plus, l'isolement de base ne convient pas à tous les bâtiments. Les structures les plus appropriées pour l'isolement de base sont les bâtiments bas à la hauteur moyenne reposés sur un sol dur en dessous. Des immeubles ou des bâtiments de grande hauteur reposés sur un sol mou ne conviennent pas à l'isolement de base.

Le principe fondamental de l'isolement de la base est de modifier la réponse du bâtiment afin que le sol puisse se déplacer sous le bâtiment sans transmettre ces mouvements dans le bâtiment. Un bâtiment parfaitement rigide aura une période nul. Lorsque le sol se déplace, l'accélération induite dans la structure sera égale à l'accélération du sol et il n'y aura aucun déplacement relatif entre la structure et le sol. La structure et le sol déplacent la même quantité. Un bâtiment parfaitement flexible aura une période infinie.
Pour ce type de structure, lorsque le sol sous la structure se déplace, il y aura une accélération nulle induite dans la structure et le déplacement relatif entre la structure et le sol sera égal au déplacement du sol. Structures si inflexibles La structure ne bougera pas, le sol va.

Les exigences de base d'un système d'isolement sont
1). Flexibilité
2). Amortissement
3). Résistance aux charges verticales ou autres services.

La protection contre les structures des tremblements de terre utilisant la technique d'isolement de base convient généralement si les conditions suivantes sont remplies
1. Le sous-sol ne produit pas de prédominance du mouvement du sol à longue période.
2. La structure est assez jointe avec une charge de colonne suffisamment élevée.
3. Le site permet les déplacements horizontaux à la base de l'ordre de 200 mm ou plus.
4. Les charges latérales dues au vent sont inférieures à environ 10% du poids de la structure.
 

· Lorsque le tremblement de terre est affecté sur la structure de base fixe à ce moment-là, la structure ne défend pas contre le tremblement de terre.
· Mais dans une structure isolée à base, lorsqu'un tremblement de terre est affecté sur le bâtiment de la structure se défend très bien contre le tremblement de terre.
· Dans une structure fixe, la structure se déplace avec le mouvement du sol.
· Dans une structure isolée, la structure ne se déplace pas avec le mouvement du sol. Mais l'isolement portant se déplace avec le mouvement du sol. Nous pouvons donc dire que la structure est sûre.

Isismiques

Isolateurs élastomères
▶ Roulements en caoutchouc naturel linéaire (LNR)
▶ Roulements en caoutchouc à faible teneur
▶ Roulements de rubber de plomb (LRB)
▶ Roulements en caoutchouc à haut débit (HDR)

Isolateurs coulissants
▶ Système de frottement résilient
▶ Système de pendule de friction (FPS)

Celles-ci sont formées de couches horizontales de caoutchouc naturel ou synthétique en couches minces liées entre les plaques d'acier.
Les plaques d'acier empêchent les couches de caoutchouc de renflement et le roulement est donc capable de prendre en charge des charges verticales plus élevées avec seulement de petites déformations.
Les roulements élastomères simples offrent une flexibilité mais aucun amortissement significatif et se déplacera sous les charges de service.

1, le roulement en caoutchouc naturel à faible amortissement (LDR)
Ratio d'amortissement=2% à 3%
La fabrication est facile.
Réponse non fortement sensible, taux de chargement et vieillissement.
La tension de cisaillement est dépassée jusqu'à 100%.

2, le roulement en caoutchouc naturel d'amortissement (HDR)
L'amortissement est augmenté en ajoutant du noir de carbone extra-fin, des huiles ou des résines et autres charges.
Souche de cisaillement maximale=200 à 350%
Ratio d'amortissement=10 à 20% à 100% de contrainte de cisaillement
Un amortissement efficace dépend de:
· Velocity des charges
· Historique du chargement
· Température

3, roulements en caoutchouc de plomb (roulement en caoutchouc laminé) (LRB)
Un roulement de raquette de plomb ou un roulement en caoutchouc de noyau de plomb est formé d'une force de bouchon de plomb ajustée dans un trou pré-formé dans un roulement élastomère. Le noyau de plomb fournit une rigidité sous les charges de service et la dissipation d'énergie sous des charges latérales élevées. Des plaques en acier supérieur et inférieure, plus épaisses que les cales internes, sont utilisées pour accueillir le matériel de montage. Le roulement entier est enfermé dans du caoutchouc de couverture pour fournir une protection de l'environnement.
Lorsqu'il est soumis à de faibles charges latérales (telles que des tremblements de terre, des charges de vent ou de trafic mineures), le roulement en caoutchouc de plomb est rigide à la fois latéralement et verticalement.
La rigidité latérale résulte de la rigidité élastique élevée du bouchon de plomb et de la rigidité verticale (qui reste à tous les niveaux de charge) résulte de la construction en acier de roulement.

4, isolateurs coulissants
Le deuxième type de système d'isolement le plus courant utilise des éléments coulissants entre la fondation et la base de la structure.
Par des ressorts haute tension ou un roulement en caoutchouc laminé en faisant de la surface courbée coulissante.
Ces mécanismes fournissent une force de restauration pour ramener la structure à sa position d'équilibre.
4a. Isolateurs glissants plats (système de friction résilient)
Deux types d'isolateurs coulissants plats:
· Avec une capacité de récente
· Sans capacité de récente
1). Isolateur coulissant sans capacité de récent
Il s'agit d'une surface glissante horizontale, permettant un déplacement et ainsi dissiper l'énergie au moyen de frottement défini entre les deux composants coulissants et l'acier inoxydable.
Un problème particulier avec une structure coulissante est les déplacements résiduels qui se produisent après des tremblements de terre majeurs.
2). Isolateur coulissant avec une capacité de récent
Par rapport aux isolateurs coulissants, la pendule d'isolement coulissante (SIP) avec une capacité de récentrication a une plaque coulissante concave.
En raison de la géométrie, chaque déplacement horizontal entraîne un mouvement vertical de l'isolateur.
L'énergie potentielle, stockée par la superstructure, qui a été poussée vers le haut, entraîne automatiquement le recentrification du roulement dans une position neutre.
Ils restent horizontalement flexibles, dissipent l'énergie et récent la superstructure en position neutre.

4b. Isolateurs glissants sphériques (rouleaux) (système de pendule de friction) (FPS / FPB)
Le système de pendule de frottement est un système d'isolement coulissant dans lequel le poids de la structure est supporté sur des surfaces glissantes sphériques qui glissent les uns par rapport aux autres lorsque le mouvement du sol dépasse un niveau de seuil.

L'exigence d'installation d'un système d'isolement de base est que le bâtiment est capable de se déplacer horizontalement par rapport au sol, généralement au moins 100 mm.
La configuration la plus courante consiste à installer un diaphragme immédiatement au-dessus des isolateurs.
Si le bâtiment a un sous-sol, les options consistent à installer les isolateurs en haut, en bas ou à mi-hauteur des colonnes et murs de sous-sol.

1. Réduit la demande sismique de la structure, réduisant ainsi le coût de la structure.
2. Déplacements moindres pendant un tremblement de terre.
3. Améliore la sécurité des structures
4. Réduit les dommages causés lors d'un tremblement de terre. Cela aide à maintenir les performances de la structure après l'événement.
5. Améliore les performances de la structure sous les charges sismiques.
6. Préservation des biens

· Difficile de mettre en œuvre de manière efficace.
· Indemnité pour les déplacements de construction.
· Inefficient pour les bâtiments de grande hauteur
· Pas adapté aux bâtiments reposés sur un sol mou.
 

1. Isolement de ponts de base
2. Isolement de base des bâtiments importants
3. Améliorer la réponse des structures historiques
4. Isolement dans le champ de machines

La méthode d'isolement de la base sismique s'est avérée être une méthode fiable de conception résistante aux tremblements de terre.
Le succès de cette méthode est largement attribué au développement de dispositifs d'isolement et à une bonne planification.
Les systèmes d'isolement adaptables doivent être efficaces au cours d'un large éventail d'événements sismiques.
Des efforts sont nécessaires pour trouver les solutions pour les situations telles que les régions de la faute quasi où une grande variété de mouvements de tremblement de terre peut se produire.