Période fondamentale des constructions en bois et dimensionnement parasismique

Basé sur des essais de vibrations ambiantes (AVT) interprétés, ce guide aide à déterminer et à plausibiliser la période fondamentale des constructions en bois et hybrides en bois pour le dimensionnement parasismique.

Fiche signalétique

Départements participants Architecture, bois et génie civil
Architecture, bois et génie civil
Institut(s) Institut de la construction bois IHB
Unité(s) de recherche Unité Structures en bois FGH
Organisation d'encouragement Schweizerische Eidgenossenschaft (Bundesverwaltung)
Durée (prévue) 01.08.2022 - 31.12.2026
Direction du projet Lukas Furrer
Équipe du projet Lukas Furrer
Urs Theodor Oberbach
Kylian Maître
Lukas Kramer
Partenaire Bundesamt für Umwelt BAFU
BBL
armasuisse
Swiss Timber Engineers STE
Mots-clés génie parasismique, période fondamentale, essais de vibrations ambiantes

Situation

La période fondamentale est un paramètre essentiel pour estimer l’action sismique. Pour les constructions en bois, sa détermination reste pourtant sujette à de fortes incertitudes. Alors que la masse du bâtiment peut être évaluée de manière relativement fiable, l’intégration de la rigidité horizontale effective dans des modèles structuraux simplifiés reste toutefois imparfaite. Les éléments non porteurs, les éléments sismiques secondaires et d’autres effets peuvent notamment influencer considérablement la rigidité. De ce fait, la période fondamentale est souvent surestimée dans les modèles de calcul, ce qui peut conduire à une sous-estimation de l'action sismique dans les méthodes basées sur les forces. Les approches normatives existantes ne tiennent compte de cette problématique que partiellement. Il est par conséquent nécessaire de disposer de bases pratiques permettant de déterminer de manière réaliste et de plausibiliser la période fondamentale des constructions en bois et hybrides.

Approche

Les données de référence proviennent d’essais de vibrations ambiantes (AVT) effectués sur de nombreux bâtiments en bois et hybrides. Elles intègrent des mesures réalisées dans le cadre du projet de recherche et d’autres travaux menés par la BFH, ainsi que des résultats publiés dans la littérature spécialisée internationale. Les périodes fondamentales déterminées par AVT ne pouvant pas être directement utilisées pour le dimensionnement parasismique, une confrontation détaillée entre les mesures expérimentales et le modèle structural tridimensionnel a été réalisée pour vingt-quatre ouvrages sélectionnés. Cette démarche a permis d’analyser plus spécifiquement les divergences relatives à la masse, à l’amplitude vibratoire et à la rigidité effective. De cette confrontation ont été dérivés des coefficients de conversion afin de permettre l’interprétation d’autres mesures AVT et leur transposition en périodes fondamentales pertinentes pour le dimensionnement. Le corpus de données ainsi constitué est classé par systèmes de contreventement et évalué par le biais d’analyses de régression.

Résultat

Les études montrent que les modèles structuraux simplifiés tendent à sous-estimer la rigidité horizontale effective des constructions en bois, ce qui entraine des périodes fondamentales relativement longues. Les comparaisons entre les mesures et le modèle permettent de tenir compte de manière systématique des effets de la masse, de l’amplitude des vibrations ainsi que des facteurs de rigidité supplémentaires. À partir des mesures AVT ainsi interprétées, des analyses de régression sont réalisées selon les différents systèmes de contreventement. Ces analyses permettent de déduire des formules empiriques pour déterminer la période fondamentale pertinente pour le dimensionnement parasismique en fonction de la hauteur du bâtiment. Les coefficients correspondants diffèrent selon le type de système de contreventement. Les résultats offrent ainsi une base empirique et analytique pour la détermination et la plausibilisation de la période fondamentale des constructions en bois et hybrides.

Perspectives

Les résultats de ce projet seront consolidés dans un guide pratique qui aidera les concepteurs et conceptrices à estimer par des moyens simples la période fondamentale des constructions en bois et hybrides, ainsi qu’à plausibiliser les résultats issus des modèles structuraux tridimensionnels. Cette démarche vise avant tout à prévenir le risque de sous-estimation de l’action sismique induit par une prise en compte de périodes fondamentales excessivement longues et irréalistes.