Généralités sur la technique d’isolation parasismique

Les différents types de système d’isolation

Constitution des ponts 

Appuis:
Un pont est constitué d’un ensemble d’élément assurant sa résistance et son fonctionnement. Le premier élément est les appuis qui transmettent au sol les actions provenant du tablier qui constitués de :
Pile : Elles comportent au minimum 2 parties : La superstructure ou fût, reposant éventuellement sur une nervure.
Fondation : Elle comporte des éléments verticaux qui peuvent être :
Des voiles -éléments longs, de section allongée-. Ils comportent au moins 2 points d’appui pour supporter le tablier. Des colonnes (section circulaire) ou des poteaux (section rectangulaire) – éléments courts, de faible section -. Chaque élément comporte un point d’appui ou bien les éléments sont reliés en tête par un chevêtre sur lequel repose les points d’appui du tablier. De plus, les piles participent fortement à l’aspect esthétique du pont .
Les culées :
Appuis d’extrémité, elles assurent le soutènement du remblai d’accès à l’ouvrage. Les culées comportent 4 parties : Une fondation, Un Mur de front, sur lequel s’appuie le tablier et qui assure la stabilité du remblai d’accès. Un Mur de tête, qui assure le soutènement des remblais latéralement.
les piles-culées : Ce sont des appuis d’extrémité, enterrés dans le remblai d’accès (complètement ou partiellement). La pile culée n’assure pas la fonction de soutènement du remblai d’accès (sauf en tête de remblai dans certains cas). Ces dernières comportent 3 parties :
Une fondation, Une partie intermédiaire constituée par des éléments verticaux (voiles, poteaux, colonne) et une partie supérieure (chevêtre) sur laquelle s’appuie le tablier.

Composantes des systèmes d’isolation sismique à la base

Un appui capable de transmettre les charges verticales mais ayant une faible rigidité horizontale :
C’est le noyau de l’isolateur. La rigidité latérale de l’appui est le paramètre clé dans l’augmentation de la période et par conséquent dans la réduction des forces sismiques.
Dispositif de dissipation d’énergie :
Ce dispositif sert à contrôler la déformation de l’isolateur et par conséquent le déplacement absolu de la superstructure située au-dessus. La composante de dissipation d’énergie peut aussi amener à une réduction des forces et des accélérations dans la structure.
Une multitude de systèmes de dissipation d’énergie ont été mis au point avec une application. Les systèmes de dissipation d’énergie les plus courants sont : les amortisseurs à fluide visqueux (viscous dampers), les amortisseurs à base de friction (comportement plastique ou élasto-plastique), les amortisseurs à comportement hystérétique, les appuis en élastomères à haut taux d’amortissement, etc.
Un système de retenue :
Le système d’isolation doit avoir une rigidité initiale élevée afin de minimiser les déplacements sous les charges de service tel que le freinage et le vent. Pour certains types d’isolateurs, il peut s’avérer nécessaire d’incorporer un mécanisme de retenue dont la résistance minimale et maximale sont établis avec soin.
Pour les ponts et pour les ouvrages assimilable, les appuis parasismiques sont disposer entre les piles (ou poteaux) et le tablier ; Les déplacements induits par le tremblement de terre se concentrent au niveau de ces appuis, conçus pour pouvoir absorber d’importants déplacements.

Réhabilitation des ponts 

La réhabilitation sismique des structures existantes est une technique qui nous permet soit de réparer les dommages, soit de renforcer les structures. Le renforcement des structures peut se faire soit par l’augmentation de la résistance de la structure (Augmenter la résistance et la ductilité des éléments porteurs piles). La totalité de l’action sismique), soit par réduction de l’action sismique en fonction de la masse et/ou la rigidité (isolation à la base) de la structure.
Les isolateurs y sont décrits comme des systèmes qui découplent la structure des mouvements du sol et/ou de ses supports en augmentant la flexibilité de la structure, en d’autres termes en allongeant sa période fondamentale de vibration, tout en fournissant un amortissement approprié. Dans le cas des ponts cependant, qui comprennent généralement des piles qui sont relativement légères comparativement au tablier, les isolateurs sont placés entre le dessus des piles ou des culées et le tablier .

Contrôle passif avec isolation à la base (les isolateurs sismiques)

L’isolation sismique est une stratégie de conception fondée sur l’idée qu’il est possible de séparer la structure du mouvement du sol en introduisant des éléments souples entre la structure et les fondations. Les isolateurs permettent de réduire sensiblement la rigidité structurelle du système, offrant une période fondamentale de la structure isolée beaucoup plus grande que celle de la même structure sans isolateurs. Les isolateurs qui sont utilisés sont :
L’isolateur d’amortissement bas (NRB) et l’isolateur d’amortissement élevé (HDRB), l’isolateur de base en élastomère avec barreau de plomb (LRB) et l’isolateur en pendule de friction (FPS) .

Contrôle passif avec dissipateurs d’énergie (Amortisseurs Parasismiques) 

Les amortisseurs parasismiques sont des dispositifs spéciaux qui ont pour objectif de fournir un amortissement supplémentaire aux structures afin de diminuer à la fois les efforts et les déplacements (les amplitudes d’oscillation) de la structure en dissipant l’énergie introduite dans les bâtiments durant les cycles de chargement alternés, ils peuvent être utilisés en superstructure des bâtiments non isolés ou bien accouplés en série avec les appuis parasismiques, cette solution est aujourd’hui presque toujours utilisée sachant bien que les amortisseurs parasismiques non aucun rôle porteurs.
Un certain nombre de dispositifs d’amortisseurs sont actuellement en service ou proposés pour l’usage en structures conventionnelles ou en association avec des appuis parasismiques dans les structures isolées.

Critères choix entre les types d’appuis parasismiques 

Le choix de types d’appuis appropriés pour isoler la base des constructions nécessite une évaluation des caractéristiques, des normes de performance parasismique et des coûts de ces appuis parasismiques. Il est par ailleurs nécessaire de prendre en considération le rendement et l’entretien à long terme de ces appuis. Puisque le caoutchouc peut durcir ou s’étirer, il est nécessaire d’effectuer des inspections périodiques afin de s’assurer en tout temps de sa souplesse.
D’après ces critères en lés résume comme suit :
Stabilité du comportement à long terme. L’effet du fluage sur les appuis à néoprène ne doit pas affecter le comportement de l’isolateur. Le retour d’expérience acquise chez le fabricant et les tests des ouvrages isolés ayant subi des excitations sismiques sont la meilleure justification.
Stabilité du comportement de l’isolateur vis-à-vis des conditions de son environnement comme la température.
Réversibilité du comportement de l’isolateur. Au terme de l’excitation sismique l’isolateur revient à son comportement élastique après dissipation d’énergie.

Table des matières

Introduction Générale
CHAPITRE I : Généralités sur la technique d’isolation parasismique
I.1.Introduction
I.2.Problématique
I.3.Constitution des ponts
I.3.1.Appuis
I.3.2.Tablier
I.3.3.Piles
I.4.Composante des systèmes d’isolation à la base
I.4.1.Caractéristiques des systèmes d’isolation sismique
I.5.Réhabilitation des ponts
I.6.Application mondiale des systèmes d’isolation
CHAPITRE II : Les différents types de système d’isolation
II.1. Introduction
II.2. Aperçu Historique
II.3.Principe de base
II.4.Systèmes de protection sismique
II.5. Systèmes de contrôle passif
II.5.1.Controle passif avec isolation à la base (isolateurs sismiques)
II.5.1.1.NRB
II.5.1.2.HDRB
II.5.1.3.LRB
II.5.1.4.FPS
II.5.2.Controle passif avec dissipateurs d’énergie
II.5.2.1.Amortisseur Visqueux
II.5.2.1.1.Historique
II.5.2.1.2.Description
II.5.2.1.3.Fonctionnement Interne
II.5.2.1.4.Loi de comportement
II.5.2.1.5.Influence du paramètre α
II.6.Critéres choix entre les types d’appuis parasismiques
II.7.Conclusion
Chapitre III : Modélisation de systèmes d’isolation à la base
III.1.Introduction
III.2.Modélisation mathématique des appuis parasismiques
III.2.1.Isolateur de base en élastomère(NRB)
III.2.2. Isolateur en caoutchouc fretté avec amortisseur en barreau de plomb (Lead-rubber bearings) (LRB)
III.2.2.1. Système d’isolation en caoutchouc avec amortisseur en barreau de plomb LRB
III.2.2.2. Structure à N DDL montée sur système d’isolation (LRB)
III.2.3. Isolateur à pendule de friction (FPS)
III.2.3.1.Systémes d’isolation à pendule de friction(FPS)
III.2.3.2. Structure à N DDL montée sur un système d’isolation (FPS)
III.3.Caractéristique mécaniques des isolateurs
III.3.1.Isolateur en élastomère fretté (NRB)
III.3.2.Isolateur en élastomère avec barreau de plomb (LRB)
III.3.3. Isolateur en pendule à friction (FPS)
III.4.Méthode de calcul des constructions isolées
III.4.1. Méthode statique
III.4.2. La méthode d’analyse dynamique par spectre de réponse
III.4.3. La méthode d’analyse par accélérogramme
Chapitre VI : Présentation de l’ouvrage
VI.1. Introduction
VI.2. Situation
VI.3. Description
VI.4. Réglementation
VI.4.1. Règlements et Normes
VI.4.2. Logiciel utilisés
VI.4.3.Caractéristiques des matériaux
VI.5.Pré dimensionnement de la superstructure
VI.5.1 Longueur des travées
VI.5.2 Largeur des voies
VI.5.3 Hauteur des poutres
VI.5.4 La largeur de la dalle de compression
VI.5.5 Espacement des poutres
VI.5.6 Nombre des poutres
VI.5.7 Largeur De Talons
VI.5.8. Épaisseur de la table de compression
VI.6. Descente de charge
VI.6.1. Charge permanente
VI.6.2. Surcharges
VI.6.3. Effort sismique
VI.6.3.1. Composantes horizontales
VI.6.3.2. Composantes verticales
VI.7. Vérification De La Stabilité De La Culée
VI.7.1.Efforts verticaux
VI.7.2. La dalle de Transition
VI.7.2.1.Evaluation des charges
VI.7.2.2.Ferraillage de la dalle
VI.8. Etude de la pile
VI.8.1. Détermination des sollicitations
VI.8.1.1.Efforts verticaux
VI.8.2. Vérification La Stabilité et Les Contraintes Sous Semelle
VI.8.2.1. Ferraillage de la pile
VI.8.3. Les réactions des pieux de la pile
VI.8.3.1.Combinaison fondamentale
VI.8.3.2.Combinaison accidentelle
VI.8.3.3. Ferraillage de la semelle de liaison de la pile
VI.9. Le chevêtre
VI.9.1.Combinaison d’action
VI.9.2.Calcul Du Ferraillage
VI.9.3.Vérification à l’effort tranchant
Chapitre V : Application des différentes techniques d’isolation sur un pont
V.1. Introduction
V.2.Analyse des réponses temporelles pour le système LRB
a) Station de keddara
V.2.1. Variation des déplacements, accélérations en fonction du temps
V.2.2. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
V.2.3. Variation des sollicitations en fonction du temps
b) Station de Sylmar
V.2.4. Variation du déplacement, accélérations en fonction du temps
V.2.5.Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
V.2.6.Variation des sollicitations en fonction du temps
V.3.Analyse des réponses temporelles pour le système FPS
a)Station Keddara
V.3.1.Variation des déplacements, accélérations en fonction du temps
V.3.2. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
V.3.3.Variation des sollicitations en fonction du temps
b) Station de Sylmar
V.3.4. Variation des déplacements, accélérations en fonction du temps
V.3.5. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
V.3.6.Variation de la sollicitation en fonction du temps
V.4.Analyse des réponses temporelles pour le système visqueux-LRB
a)Station Keddara
V.4.1.Variation des déplacements, accélérations en fonction du temps
V.4.2. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
V.4.3. Variation des sollicitations en fonction du temps
b) Station de Sylmar
V.4.4. Variation des sollicitations en fonction du temps
V.4.5. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
V.4.6. Variation des sollicitations en fonction du temps
V.5.Analyse des réponses temporelles pour le système visqueux-FPS
a)Station Keddara
V.5.1.Variation des déplacements, accélérations en fonction du temps
V.5.2. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
V.5.3. Variation des sollicitations en fonction du temps
b) Station de Sylmar
V.5.4. Variation des sollicitations en fonction du temps
V.5.5. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
V.5.6. Variation des sollicitations en fonction du temps
V.6.Conclusion
Conclusion Générale
Références Bibliographique

Télécharger le rapport complet