Présentation PowerPoint

Maquette sismique
Etude expérimentale du comportement des bâtiments sous contrainte sismique
Descriptif du support technologique
Les observations photographiques de séismes montrent une grande disparité
des dégâts causés en fonction de la hauteur, de la forme et des choix
constructifs des bâtiments.
Secondes SI/CIT
Bac STI2D: Etude des systèmes, AC
Par une étude expérimentale rigoureuse basée sur l’observation de l’impact
d’ondes vibratoires très proches des ondes sismiques sur des maquettes de
bâtiments mettant en œuvre différents procédés constructifs, il s’agit de faire
comprendre la nature des ondes sismiques, des risques pour les bâtiments, et des
techniques des constructions parasismiques.
Thématiques abordées
Architecture & Construction
Plusieurs niveaux d’utilisation sont possibles. Un niveau très simple permet de
montrer la nécessité d’une réflexion dans la construction de bâtiments dans les
zones à risques sismiques. A un niveau plus élevé, les résultats expérimentaux
pourront être comparés à des résultats de simulation afin de valider des modèles
de comportements sismiques
Contenu du produit didactique « Maquette sismique »
La « Maquette sismique » (Référence: SQ10) est composée d’une table vibrante reconstituant
fidèlement les vibrations sismiques, d’éléments de construction modulaire d’un bâtiment, d’un
système d’interface avec PC permettant de générer les signaux sismiques et récupérer les
mesures d’accélération.
La table vibrante est constituée d’un plateau de fixation de la maquette de bâtiment et d’un générateur
de vibrations sur un axe fonctionnant avec une amplitude réglable à la fréquence réelle des séismes
de 3Hz à 30Hz. Le signal de vibrations est injecté au générateur par un interface PC
La maquette de bâtiment à tester est assemblée par les élèves à partir des nombreux éléments de
construction fournis en inox et en aluminium (Poteaux, poutres, contre-ventements, planchers,
murs, amortisseurs…) apportant une grande modularité et diversité de maquettes. Le montage
des éléments se fait par clipsage, sans aucun outil, ce qui facilite le montage.
Grâce aux 4 accéléromètres et logiciel fournis, les données d’accélérations, vitesses et
déplacements peuvent être mesurées sur un interface PC. Il est possible de comparer l’onde
sismique et la réaction du bâtiment.
L’option SQ11 « Analyse d’images » permet, à partir d’une caméra USB et d’une application
LabVIEW de remonter des informations de position et de fréquence de déplacement de la structure
réalisée. Ces informations peuvent être tracées sur un graphe temporel.
Ce produit est accompagné d’un dossier technique et pédagogique sous format numérique avec:
 Site HTML avec les activités, projets, corrigés et ressources
 Base de données photographiques des dégâts des séismes.
 Base de données architecturale.
 Proposition d’organisation pédagogique
Test de 2 bâtiments en parallèle
Caméra de l’option SQ11
« Analyse d’images »
Activités et projets pédagogiques
 Etude de la sensibilité des bâtiments
Boîtier accéléromètre
Visualisation vidéo d’un poteau (Option SQ11)
aux séismes en fonction de:
Forme du bâti (Hauteur…)
Appuis du bâtiment (Directs ou amortis par silentblocks)
• Type et position des renforts (Croix de Saint André, Contreventements…)
• Répartition des masses
• Liaisons hyper/iso statiques
• Masse et inertie
 Exemple de protocole expérimental:
• Questionnement : Observations de photographies mettant en évidence la disparité des
dégâts urbains de séismes
• Hypothèses : Impact d’une caractéristique sur la résistance d’un bâtiment (Taille, forme,
masse…)
• Construction de maquettes de bâtiments permettant de tester l’hypothèse de travail
• Observation (Résonance, Nœud, Mode vibratoire…) et mesures du comportement
(Accélérométrie) des maquettes de bâtiments sous l’effet de vibrations sismiques
• Interprétation et conclusion
20130902
•
•
Activités et projets pédagogiques
Objectifs pédagogiques :
 Etude de l’influence du paramétrage sur le comportement de la structure dans les 3 situations proposées :
 Statique (table vibrante au repos),
 Oscillation libre (table vibrante au repos),
 Oscillation forcée – séisme.
 Modification des caractéristiques en fréquence et en amplitude du système
 Détermination des caractéristiques (fréquence, amplitude et déplacement)
 Calcul de la raideur k du système
 Réalisation et analyse comparative de structures différemment chargées sous l’effet d’un séisme
 TP1 : Caractéristiques
• Mise en évidence de l’influence des
 TP2 : Contreventement
solutions constructives de différentes structures soumises à des actions sismiques
• Mise en évidence de l’influence des contreventements sur une structure soumise à des actions sismiques
 TP3 : Charges pendulaires
• Mise en évidence de l’influence d’une charge pendulaire sur une structure soumise à des actions sismiques
 TP4 : Niveau souple
• Mise en évidence de l’influence du phénomène
dit de « niveau souple » rencontré lors de dommages sur des structure soumise à des actions
sismiques
 TP5 : Poteau court
• Mise en évidence de l’influence du phénomène dit de « poteau court » rencontré lors de dommages sur des structure soumise à des actions
sismiques
 TP6 : Oscillations différentielles
• Mise en évidence de l’influence du phénomène dit de « oscillations différentielles » rencontré lors de dommages sur des structure soumise à
des actions sismiques
Exemples de mesures avec exécutables LabVIEW pouvant être mis en œuvre sur le système « Maquette Sismique »
Excitation aléatoire (fréquence et amplitude) à partir de
fichiers sources réels
Mesures de la fréquence des accélérations
Exemple de paramétrage de fréquence
Le système offre la possibilité de paramétrer une fréquence
fixe élémentaire.
Calcul de déplacement de la structure à partir de la mesure de
l’accélération
Plus d’informations sur www.erm-automatismes.com
Fixation orientable des
structures sur le plateau
permettant de nombreux
montages (Articulation ou
encastrement)
Noix clipsables pour
montage rapide des
bâtiments, sans outil
Test de bâtiments complexes grâce au
système constructif modulaire
Bâtiment avec contreventements et
planchers
Bâtiment avec masse suspendue à un plancher ou en charge
Boîtier accéléromètre amovible
Comparaison de 2 bâtiments, l’un avec
amortisseurs, l’autre sans
Les accéléromètres peuvent être placés à divers
endroits de la structure
Montage à 2 accéléromètres: Accéléromètre
de référence sur la table vibrante,
Accéléromètre sur le 4ème plancher
Plus d’informations sur www.erm-automatismes.com
Eléments mécaniques
Accessoires :
 Afin de réaliser les montages présentés à la page précédente, une série d’éléments vous sont fournis.
 Plusieurs accessoires peuvent se monter sur les bâtiments (masse fixe, masse suspendue, liaison souple et accéléromètre).
Poteau long
Noix
Poteau court
Contreventement
Exemple de 2 structures
mécaniques différentes
instrumentées
Plancher
Option SQ11 « Analyse d’images »
 L’option SQ11 « Analyse d’images »
permet, à partir d’une caméra USB de filmer un poteau de la structure réalisée et d’afficher à travers une
application LabVIEW les informations suivantes :
o La position du poteau à l’instant « t »
o L’amplitude max du déplacement du poteau
o La fréquence de déplacement du poteau
o La forme du mouvement du poteau
 Cette option est composée
de :
Une caméra :
 USB2.0
 Réglage couleur ou noir et blanc
 Résolution max de 752x480
 87 images/secondes max
o Un objectif :
 Focale 50mm
 Réglage manuel de la mise au point et de l’ouverture
o Un câble et rallonge USB
o Un trépied pour caméra
o
Visualisation vidéo d’un poteau et réglage des paramètres vidéo
Visualisation du
déplacement d’un poteau
sur un graphe
Trépied pour caméra
280, rue Edouard Daladier - 84200 Carpentras - France - Tél. + 33 (0) 4 90 60 05 68 - Fax + 33 (0) 4 90 60 66 26
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