5 septembre 2024
Lors d’un séisme, les bâtiments et autres ouvrages subissent des accélérations dans les trois directions. Les composants structuraux sont conçus pour résister aux forces gravitationnelles. Pour ces composants, les ingénieurs ont donc tendance à négliger les accélérations verticales et se concentrer sur les accélérations horizontales. Mais il n’en va pas de même pour les composants non structuraux (les équipements mécaniques et électriques, la plomberie, les plafonds, le contenu …) pour qui, les accélérations verticales ont une grande incidence, surtout dans le cas de sites proches de la faille. En effet, le plancher de la structure qui supporte ces composants est flexible dans la direction verticale et pourrait interagir avec le composant. Sachant que ces composants représentent souvent plus de 70 % de la valeur de l’immeuble, ils constituent la majorité des pertes lors de séisme d’où l’intérêt de prédire leur comportement sismique avec précision.
Des phénomènes complexes à modéliser
La difficulté à modéliser la réponse des composants non structuraux à un séisme vient de l’interaction dynamique entre le bâtiment et le mouvement du sol et de la probabilité de résonance entre le composant et le bâtiment qui le supporte. En effet, si le séisme fait bouger le bâtiment, c’est la réponse de ce dernier, selon ses particularités et sa régularité, qui affectera les composants non structuraux. Le bâtiment filtre les secousses pour en modifier la fréquence et l’amplitude perçues par ces composants. D’autre part, les propriétés dynamiques du bâtiment et des composants non structuraux doivent donc être connues afin de mieux évaluer l’effet de l’interaction dynamique entre le bâtiment et le composant.
Au laboratoire DRSR (Équipe de développement et recherche en structure et réhabilitation), nous travaillons à développer des méthodes simplifiées pour aider les ingénieurs et les ingénieures à concevoir les attaches des composants non structuraux pour qu’elles résistent à un événement sismique.
Machines vibratoires : évaluer les possibilités de résonance
De façon plus appliquée, nous étudions aussi la dynamique des structures dans des contextes de machines vibratoires. Il faut vérifier que les attaches de ces machines ne subissent pas de dommages en tenant compte de la résonance de la machine elle-même et de sa rotation ainsi que de la résonance avec la structure qui la supporte.
Une autre source de vibration : le vent
Le comportement dynamique des tours d’habitation et de bureau très hautes est surtout gouverné par le vent. Les caractéristiques dynamiques de ces bâtiments, soit les modes et les périodes de vibration, et le taux d’amortissement, sont mesurées à l’aide des données de vibrations ambiantes en utilisant des instruments de vibrations ambiantes (Tromino). Ces données servent aussi à calibrer les modèles par éléments de ces bâtiments.
Des bâtiments non couverts par le code
Certains bâtiments, comme les églises, ne sont pas couverts par le Code national du bâtiment. La modélisation par éléments finis devient donc nécessaire pour évaluer leur comportement. Une autre alternative serait d’utiliser les données de vibrations ambiantes. Nous mesurons actuellement les propriétés dynamiques de l’Église Notre-Dame, au vieux port de Montréal, où des réfections sont prévues.
Conclusion
La réponse des bâtiments et des composants non structuraux aux différentes sources de vibration est un champ de recherche important visant à assurer l’intégrité et la résilience des infrastructures, et minimiser les coûts des dommages. Nous travaillons à mettre en place des outils pour simplifier le travail des équipes de conception et fournir des orientations pour le calcul précis des forces sismiques imposées aux composants non structuraux. Nous visons à faire progresser la compréhension fondamentale des paramètres clés qui influencent la réponse sismique et dynamique des structures et des composants non structuraux.
