Une étude propose un guide sur les fixations résistantes aux tremblements de terre pour les bâtiments

Lorsque le sol tremble violemment, la sécurité des bâtiments dépend de chaque détail structurel. Les fixations qui maintiennent ces composants ensemble deviennent d'une importance cruciale dans les régions sujettes aux tremblements de terre. Choisir des fixations sismiques appropriées n'est pas simplement une question de sélection des matériaux, c'est un défi d'ingénierie complexe impliquant la science des matériaux, la mécanique des structures et la conformité aux codes du bâtiment. Cet article fournit aux ingénieurs, aux architectes et aux professionnels de la construction un guide de sélection basé sur des données pour aider à créer des structures sismiques plus résilientes.

L'énergie énorme générée par l'activité sismique se traduit par de puissantes forces latérales et verticales agissant sur les structures des bâtiments. Ces forces se concentrent aux points de connexion, exerçant des exigences extrêmes sur les performances des fixations. Dans les zones sismiques, les structures doivent résister non seulement aux charges gravitationnelles, mais aussi aux forces sismiques soudaines et multidirectionnelles qui risquent de desserrer, de cisailler ou de fracturer les fixations. Une conception sismique efficace se concentre sur l'absorption et la dissipation de l'énergie sismique tout en empêchant la défaillance des composants structurels critiques.

La sélection de fixations résistantes aux tremblements de terre nécessite une évaluation complète et une analyse quantitative de multiples facteurs interdépendants qui déterminent collectivement la sécurité structurelle lors d'événements sismiques.

• Matériaux à haute résistance : L'acier inoxydable et l'acier au carbone de haute qualité sont préférés pour leur résistance à la traction et au cisaillement exceptionnelles. Par exemple, les boulons ASTM A325 ont une résistance à la traction minimale de 120 ksi (827 MPa), tandis que les boulons ASTM A490 atteignent 150 ksi (1 034 MPa).
• Ductilité : Mesurée par le pourcentage d'allongement, la ductilité détermine la capacité d'une fixation à absorber l'énergie par déformation plastique plutôt que par rupture fragile. Les aciers à haute ductilité peuvent atteindre plus de 20 % d'allongement.

• Normes de conception : Le respect strict des codes sismiques tels que l'International Building Code (IBC) et les normes de l'American Institute of Steel Construction (AISC) est obligatoire. Ceux-ci spécifient des exigences minimales de résistance et de ductilité basées sur les niveaux de risque sismique.
• Certification : Les produits certifiés ICC-ES sont soumis à des tests rigoureux avec des paramètres de performance documentés, notamment la résistance à la traction, la résistance au cisaillement et la capacité de charge dynamique.

• Ancrages à expansion : Leur capacité de charge dépend de la résistance du béton, du diamètre de l'ancrage et de la profondeur d'encastrement. Les versions classées sismiques doivent être sélectionnées avec des calculs de charge dynamique appropriés.
• Ancrages chimiques : Les systèmes à base d'époxy nécessitent des tests de résistance à la liaison pour les charges dynamiques. Les variables d'installation comprennent le type d'adhésif, l'état du béton et la préparation du trou.
• Encastrement et distance aux bords : Paramètres critiques qui empêchent une défaillance prématurée ou la fissuration du béton lorsqu'ils sont correctement spécifiés conformément aux exigences du code.

• Sélection des matériaux : L'acier inoxydable offre une résistance supérieure à la corrosion, tandis que la protection en acier galvanisé dépend de l'épaisseur du revêtement de zinc.
• Maintenance : L'inspection régulière et les revêtements protecteurs prolongent la durée de vie, en particulier dans les environnements côtiers ou industriels.

• Connexions flexibles : Permettent un mouvement contrôlé grâce à des isolateurs en caoutchouc ou à des détails spécialisés.
• Amortisseurs : Les dispositifs de dissipation d'énergie (frottement, rendement métallique ou types visqueux) réduisent les amplitudes de vibration structurelle.

Différentes applications structurelles nécessitent des types de fixations spécifiques avec des caractéristiques de performance quantifiables :

• Boulons à haute résistance : Les grades ASTM A325 (827 MPa) et A490 (1 034 MPa) utilisent la précontrainte pour le transfert de charge par frottement dans les connexions en acier.
• Ancrages sismiques : Offrent une résistance améliorée à l'arrachement et au cisaillement grâce à des mécanismes d'expansion ou des adhésifs spécialisés.
• Tiges filetées/attaches : Résistent au soulèvement et au déplacement latéral dans les structures en bois, les performances dépendant de la rigidité et des détails de la connexion.
• Connecteurs de cisaillement : Les goujons à tête ou les connecteurs en forme de U assurent une action composite dans les systèmes acier-béton.

Une installation correcte est tout aussi critique que la sélection des matériaux :

• Tests de pré-installation : Vérifier les performances dans des conditions de charge sismique simulées.
• Spécifications du fabricant : Respect strict des valeurs de couple, des profondeurs d'encastrement et des exigences d'espacement.
• Protocoles d'inspection : Contrôles réguliers de la corrosion, du desserrage ou de la déformation.

Dans les régions sujettes aux tremblements de terre, la sélection des fixations représente une considération de sécurité fondamentale. En évaluant systématiquement les propriétés des matériaux, la conformité aux codes, la conception des connexions et la qualité de l'installation, les professionnels de la structure peuvent mettre en œuvre des solutions basées sur les données qui améliorent les performances sismiques. Une fixation sismique appropriée représente un investissement vital dans l'intégrité structurelle et la sécurité publique.