Formation des enseignants
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Formation des enseignants Parcours de formation ET10 DESCRIPTION COMPORTEMENTALE DES SYSTEMES Structures porteuses Aspects vibratoires Formation des enseignants Plan des activités : Introduction Grandeurs physiques influentes Extrait du programme STI2D Expériences proposées / Matériel Construction parasismique Modélisation et description de la stratégie Formation des enseignants Introduction Les tremblements de terre sont inévitables et imprévisibles. Formation des enseignants Introduction Les tremblements de terre sont inévitables et imprévisibles. L’effondrement des constructions peut être évité. Formation des enseignants Introduction Les tremblements de terre sont inévitables et imprévisibles. L’effondrement des constructions peut être évité. Objectif des règles de construction para sismique : => garantir le non effondrement des constructions pour préserver les vies humaines Formation des enseignants Grandeurs physiques influentes 1. Caractéristiques du sol 2. Raideur de la construction 3. Masse de la construction 4. Fréquence des séismes Formation des enseignants 1. Localisation de la construction Zone sismique (statistique) Caractéristiques du sol (liquéfaction) Topographie du sol (colline) Formation des enseignants 2. Raideur de la structure inertie I [m4] Formation des enseignants 2. Raideur de la structure inertie I [m4] élancement L [m] Formation des enseignants 3. Raideur de la structure inertie I [m4] élancement L [m] matériau E [MPa] Formation des enseignants 4. Raideur de la structure inertie I [m4] élancement L [m] matériau E [MPa] liaisons n [/] Formation des enseignants 3. Masse de la construction La fréquence propre de la construction dépend : de sa raideur et de sa masse. Formation des enseignants 4. Fréquence des séismes Si la fréquence du séisme et la fréquence propre de la construction sont similaires alors la construction entre en résonance (effets du séisme amplifiés) Formation des enseignants Imbrications des différentes grandeurs physiques citées: Sollicitations & Déformations Formation des enseignants Imbrications des différentes grandeurs physiques citées: Mouvement de la structure Sollicitations & Déformations Formation des enseignants Imbrications des différentes grandeurs physiques citées: Localisation Fréquence séisme Fréquence propre Mouvement de la structure Sollicitations & Déformations Formation des enseignants Imbrications des différentes grandeurs physiques citées: Localisation Fréquence séisme raideur masse Fréquence propre Mouvement de la structure Sollicitations & Déformations Formation des enseignants Imbrications des différentes grandeurs physiques citées: Localisation élancement Fréquence séisme matériau raideur inertie liaison masse Fréquence propre Mouvement de la structure Sollicitations & Déformations Formation des enseignants Facteurs sur lesquels on peut agir lors de la conception Localisation élancement Fréquence séisme matériau raideur inertie liaison masse Fréquence propre Mouvement de la structure Sollicitations & Déformations Formation des enseignants Extrait du programme STI2D 2.3.4 Structures porteuses Aspects vibratoires « A ne traiter que sous forme expérimentale de manière à faire apparaître le lien entre amplitude des vibrations, fréquence et inertie – raideur du produit. » Formation des enseignants Expériences proposées Localisation Comportement d’un sol sablonneux humide au cours d’un séisme. Formation des enseignants Expériences proposées Petits ouvrages Comportement d’une structure en maçonnerie non chaînée Formation des enseignants Expériences proposées Petits ouvrages Comportement d’une structure en maçonnerie chaînée Formation des enseignants Expériences proposées Comportement d’une structure métallique sans contreventement Formation des enseignants Expériences proposées Comportement d’une structure métallique avec contreventement http://www.mmaya.fr/APK52/index.html Formation des enseignants Expériences proposées Monolithisme Fixation des éléments lourds http://www.irma-grenoble.com/PDF/mallettes/sismique/conceptionparasismique/0_Introduction.pdf Formation des enseignants Expériences proposées Raideur Influence de l’élancement Formation des enseignants Expériences proposées Raideur Influence de la section Formation des enseignants Expériences proposées Raideur Influence des liaisons Formation des enseignants Expériences proposées Raideur Influence du matériau Formation des enseignants Expériences proposées Fréquence propre Raideur : élancement (à masse égale) http://xxi.ac-reims.fr/sismo/productions/maquettes/02_resonance/galerie/galerie.htm Formation des enseignants Expériences proposées Fréquence propre Masse (à hauteur égale) Formation des enseignants Expériences proposées Mise en évidence de la torsion Formation des enseignants Expériences proposées Mise en évidence de la torsion Formation des enseignants Expériences proposées Amortissement Appuis élastomères Formation des enseignants Expériences proposées Isolement La maquette est posée sur des rouleaux Formation des enseignants Matériel Table vibrante Maquettes Formation des enseignants Construire Les constructions parasismiques rassemblent en général les caractéristiques principales suivantes : - Une implantation bien choisie Des formes simples et symétriques Des éléments structuraux solidaires Des matériaux résistants, élastiques Formation des enseignants Implantation Il faut éviter de construire : - sur un terrain saturé en eau - à cheval sur deux types de sols - au pied / au sommet d’une falaise - au pied / au sommet d’une pente - dans une pente - sur un relief rocheux - au dessus d’une cavité souterraine Il faut construire sur un sol stable et ancrer les fondations dans le substratum rocheux Formation des enseignants Forme de la structure Les formes doivent être simples et symétriques Les formes en T en U en L sont déconseillées www.lyc-luynes.ac-aix-marseille.fr/disciplines/svt/ressources/.../rome.pps Formation des enseignants Forme de la structure Il est cependant possible de diviser les formes complexes en blocs rectangulaires http://www.google.fr/imgres?imgurl=http://pedagogie.ac-toulouse.fr/col-salinisauch/idd/photos/Photoscatnat/maisontrad.jpg&imgrefurl=http://pedagogie.ac-toulouse.fr/col-salinis-auch/idd Formation des enseignants La structure http://www.drome.equipement.gouv.fr/IMG/pdf/ 26_PlaquetteA3_Construire_cle211eca-1.pdf Formation des enseignants La structure http://www.drome.equipement.gouv.fr/IMG/pdf/ 26_PlaquetteA3_Construire_cle211eca-1.pdf Formation des enseignants Excitation – ouvrage – spectre de réponse Excitation sismique Excitation Formation des enseignants Excitation – ouvrage – spectre de réponse Excitation modèle simplifié (modèle dit « brochette » ou poutre équivalente) obtenu après analyse Formation des enseignants Excitation – ouvrage – spectre de réponse Excitation Le spectre de réponse, permet de déterminer l’accélération (et donc la force) maximale à laquelle les bâtiments seraient soumis si les séismes de référence se produisaient. Formation des enseignants Equation amortie du mouvement oscillatoire F(inertie) + F(rappel) + F(amortissement) = 0 cx’ + kx + m.x ’’ = 0 – m = masse – x’’ = pseudo-accélération – k = raideur – x = déplacement (déformée) – c = amortissement – x’ = vitesse http://www.planseisme.fr/IMG/pdf/Notions_de_base_ de_dynamique_des_structures.pdf Formation des enseignants Stratégies pour l’absorption de l’énergie sismique par la structure http://www.planseisme.fr/IMG/pdf/Notions_de_base_de_dynamique_des_structures.pdf • Action : Fi = m. x’’ – Maîtriser les masses – Maîtriser les accélérations Formation des enseignants • Réaction : Ri = - k.x – c.x’ – k.x optimiser les forces de rappel k coefficient de raideur x déplacement à l’instant considéré – c.x’ optimiser les forces dissipées c coefficient d’amortissement du système x’ vitesse à l’instant considéré Formation des enseignants Structure Masse Raideur Séisme Amortissement m.x ’’ + kx + cx’ = f(t) Analyse temporelle Analyse modale spectrale G-Hivin-Dyn-Struc x(t) déplacement en fct du tps x’(t) vitesse x’’(t) accélération xmax déplacement maxi x''max accélération maxi Formation des enseignants Conception des structures Augmenter le stockage d'énergie: Augmenter la résistance mécanique dans le domaine élastique Force de rappel Energie mécanique stockée (potentielle et cinétique) Augmenter la dissipation d'énergie: Augmenter l'amortissement externe ou interne (plastification de matériaux) Energie dissipée Minimiser les forces d'inertie: Diminuer la masse Diminuer l'accélération réponse (modifier les raideurs) Energie sismique G-Hivin-Dyn-Struc Formation des enseignants Objectifs de l’isolation parasismique 1. découpler l’infrastructure de la superstructure l’infrastructure se déplace avec le sol sans se déformer la superstructure réagit à l’action du sol et se déforme sous l’effet des forces d’inertie. Formation des enseignants 2. minimiser l’action sismique sur la structure en allongeant sa période propre. Le but de sa conception est de conférer à l’ensemble une période permettant la dé-amplification de l’action sismique. Formation des enseignants • remarque : L’isolation parasismique est associée à des dispositifs amortisseurs qui limitent l’amplitude des déplacements de la structure.
