Phénomène de résonance dans le cadre d'un TPE sur les bâtiments parasismiques

[invitee8d22590]

Bonsoir, voila je suis en 1èreS et je fais un TPE sur les bâtiments parasismiques. Donc en recherche d'info pour rédiger ma partie sur "une histoire de fréquence..."
je tombe sur ce site : ici
et je vois: "Influence de l'amortissement : Si l'amortissement augmente (en fixant sous le disque une feuille de carton de masse négligeable, perpendiculairement à la figure) la fréquence de résonance diminue et la résonance devient plus floue. Il n'y aurait plus de résonance si l'amortissement devenait très important."

Voila donc ma question :
Est ce que cela veut dire que si l'on place des amortisseurs sous la construction, le phénomène de résonance n'exiserait plus ?

Merci beaucoup
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[invite53b4d664]

Bonsoir,

L'amortissement d'une structure est inhérent à son mode de construction (béton armé, acier soudé, acier boulonné etc...). Si cet amortissement augmente, la réponse de l'ouvrage sera moindre. La résonance sera "limitée". Pour te donner une idée, on prend en compte pour le béton armé (puisque c'est un matérieu privilégié dans la construction) un pourcentage d'amortissement de 4%. Les spectres de dimensionnement réglementaires en france sont donnés pour un pourcentage d'amortissement de 5%. Rien de bien extraordinaire donc.

Si l'on place des amortisseurs sur un ouvrage on va dissiper l'énergie. On pourra donc limiter la réponse en absorbant l'énergie des mouvements de l'ouvrage. Cette énergie qui devrait se traduire en forts déplacements "s'évade" (par frottement visqueux par exemple, comme pour l'exemple de ton lien) . Mais la structure a toujours la même fréquence propre. On agit simplement sur le terme d'amortissement.
On limitera la réponse du bâtiment, oui mais d'ici à l'"étouffer", le maître de l'ouvrage aura mal au portefeuille.

Si l'on veut prévenir la résonnance d'autres considérations de conception sont possibles. Si notre sol de fondation est très dur, très compact, il transmettra fortement les secousses de fréquences hautes. L'idée est alors d'opter pour une structure souple car sa fréquence propre sera d'office écartée des fréquences d'excitation les plus dangereuses. A contrario une structure très rigide se comportera d'autant mieux que le sol est relativement "mou". Attention...le sol peut répondre particulièrement: liquéfaction. Et il est tout de même question que notre structure puisse être portée par le sol. Ces considérations expliquent le bon comportement des tours élancées au séisme. En effet, de par leur élancement elles constituent des structures relativement souples mais les descentes de charges arrivant aux fondations étant colossales, un sol très compact, très résistant est recquis. La fréquence propre de la tour sera donc d'office éloignée des fréquences les plus dangereuses. Ceci dit un autre problème prend le dessus pour ces édifices: le vent. Eh oui...peu sensibles au séismes mais très sensibles au vent. D'où l'utilisation de systèmes amortisseurs sur certaines ou encore de pendule accordé (ex: Taipei 101) .

On peut encore dans certains cas (les coûts étant élevés on ne peut guère le généraliser) utiliser des isolateurs parasismiques. Là on va en quelque sorte découpler le bâtiment de l'excitation en interposant un élément très souple.
L'isolateur parasismique est d'autant plus efficace qu'il permet de déplacements de la structure qu'il supporte. En effet, n'oublions pas que le séisme c'est aussi des déplacements imposés. Ceux-ci, s'ils sont repris par l'isolateur n'imposeront donc pas de déformation à la structure et donc pas de contraintes potentiellement dangereuses. Evidemment ces déplacements permis ne peuvent qu'être limités mais ces dispositifs sont remarquablement efficaces. Ces dispositifs trouvent aussi des applications directement observables (heureusement nous ne subissons pas de séismes d'ampleur notable tous les jours): par exemple l'isolation d'un bâtiment vis à vis d'une excitation due au métro passant à côté.

Bref, je ne sais pas si j'ai précisément répondu à ta question. J'ai, je pense un peu dévié de ta préoccupation première.

Cordialement,

[aNyFuTuRe-]

La résonance est un phénomène physique inhérente aux systèmes oscillants.

Bref, en gros imaginons que tu es un système stable (ton immeuble), la secousse va l'écarté de cette position d'equilibre stable. Tout le problème pour les ingénieurs qui construisent ce genre de structure est de prévoir le mieux possible la réponse du système a l'excitation (le séisme ici). La réponse à l'excitation est généralement oscillante c'est-à-dire en gros que tu peux la considérer comme sinusoïdale.

Deux notions sont nécessaires pour comprendre ce genre de phénomène : celle de fréquence propre d'un système et la fréquence excitatrice (toujours du séisme). La première correspond a la fréquence des oscillations qui vont ramener l'immeuble vers sa position d'équilibre, la seconde a la fréquence de l'onde du séisme (S ou P peut importe).
En gros il y a résonance lorsque ces deux fréquences sont similaires ce qui entraîne une amplification de l'amplitude des oscillation (ca s'écarte de plus en plus de la position d'équilibre et entraîne la chute de l'immeuble)

Tu l'a bien compris il faut éviter la résonance a tout pris pour que l'immeuble reste debout... et c'est la que l'amortissement intervient.
Pour ne rien te cacher tout ces phénomènes sont régis par des équations différentielles dans lesquelles on peut faire "apparaître" ces amortissements. Et a partir de quelque calculs tu peux voir que plus l'amortissement est important, moin il y a d'oscillation et donc plus le phénomène de résonance est atténué.

J'espère avoir été assez clair

Hésites pas si tu as d'autres questions

Cyaz

[invitee8d22590]

Hello
Finito ! aha nous venons de passer l'oral parées de nos plus beaux habits (just joking ... )
Le jury était plutôt cool sur le temps, on est bien resté 30minutes alors qu'on était que deux (exposé + questions)
Ben la présentation c'est bien déroulée à part que le logiciel powerpoint était une ancienne version.
Je pense que ce qui intéresse le plus ce sont les questions,
en fait on est parti de l'exemple du Japon pour expliquer notre sujet qui est : "Les séismes, comment s'en protéger"
Les questions portait surtout sur ce qu'on disait vu que c'était relativement différent du dossier.
Pour la partie physique, seulement deux ptites questions : pourquoi on a besoin de faire apparaitre les forces d'inertie quand on est dans un référentiel non galiléen?[pour pouvoir utiliser les lois de Newton] et comment fait-on pour remettre les anciens bâtiments aux normes [çà coûte très cher, il vaut mieux détruire]
Ensuite SVT, ma "partenaire" a eu le droit a plein de questions (je pense que notre plus gros probleme c'était qu'on ne connaissait pas vraiment en profondeur la partie de l' "autre") du genre : qu'est ce qu'un tsunami, comment sont-ils provoqués, les zones sismiques en France, les plaques que vous nous avez citez sont elles océaniques ou continentales, de quoi sont formées les plaques tectoniques (de lithosphère... et préciser de quoi est formé la lithosphère). Puis on nous a demandé comment se formait une dorsale. On a cité tout les noms de failles qu'on savait... hum les filles qui ont déjà oublié le programme. Ah oui aussi on nous a demandé comment on fait pour repérer un épicentre. Alors on a dit : ben suffit de regarder où les dégâts les plus importants en surface sont ; et réponse : et si c'est sous l'eau ? réponse : on utilise v=d/t lol en fait la réponse c'était qu'il faut comparer les données de plusieurs stations qui mesurent les ondes.

Voilà il me semble que c'est tout. Reste pu que le français

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite7b820067]

Bonjour, je me permet de relancer la conversation.
Je desire faire mon TIPE sur ce sujet... cette année le thème est "dynamique et mouvement" ainsi je souhaiterai m'interresser aux ondes sismiques, et aux constructions parasismiques. Le theme me parait très vaste et limité a la fois (je n'arrive pas a trouver de juste milieu entre vulgarisation et calculs impossibles d'ingénieur expérimenté!)
ainsi, pensez vous que la resonnance des batiments peut etre a elle seule un sujet "complet" de tipe??
mais par ou commencer? (et terminer?) influence des sols (sans tomber ds la géologie?...) type d'ondes sismiques qui les traversent? moyens de les enregister, influence de la hauteur et de la structure d'un batiment (mais peut on trouver de la doc précise à ce sujet?), équations de reponse d'un batiment à une certaine exitation (existe-il des logiciels capables de produire des graphes, je pense que oui, mais...?)

j'avais également penser à la tour taipei 101, mais la encore je ne trouve pas de doc!?? (a part le poids et l'amplitude de l'amortisseur...)

merci d'avance!