Le projet se réfère à une méthode et à une structure géotechnique, utilisées de préférence pour la protection des habitats humains contre les tremblements de terre avec l’épicentre localisé. Au présent, la protection des bâtiments contre les séismes se réalise à l’aide de diverses solutions constructives, basées sur des superstructures faites des matériaux légers mais résistants aux sollicitations mécaniques, prévues parfois avec des éléments flexibles ou même avec des dispositifs d’amortissement qui assimilent les chocs séismiques mais ce sont coûteuses et difficilement à appliquer à large échelle.
Le projet élimine ces inconvénients par cela que la protection géotechnique des bâtiments contre les tremblements de terre est réalisée à l’échelle zonale par des structures souterraines artificielles emplacées à la traverse des ondes séismiques à la proximité de l’habitat humain protégé, qui assure le changement de la direction de la propagation des ondes séismiques incidentes par les phénomènes de réflexion et de réfraction grâce à la modification des propriétés mécaniques du milieu où elle a été inclue.
Par l’application du projet, on obtient les avantages suivants :
- protection commune contre les séismes, à des intervalles de temps de l’ordre des siècles, de toutes les constructions de la zone aménagée ;
- la croissance de la stabilité du terrain aménagé antiséismiquement devant les processus tectoniques ;
- l’amortissement des investissements de l’aménagement antiséismique des habitats humains par la réduction considérable des pertes matérielles et des vies humaines.
Le problème technique résolu par le projet consiste dans la réalisation des structures géotechniques souterraines qui assurent la protection zonale des habitats humains contre les tremblements de terre par l’atténuation et la déviation des ondes séismiques. L’énergie immense élibérée dans un foyer séismique se propage par des ondes mécaniques de volume- longitudinales P, transversales S – jusqu’à la surface de la Terre où apparaissent par interférence les ondes de surface L avec une grande longueur d’onde, de type Love et Rayleigh qui aux grandes magnitudes produisent des ruptures dans la croûte et des dégats des constructions.
Le tremblement de terre est un processus complexe ayant pour les composantes spectrales significatives, obtenues par l’analyse Fourier, la longueur d’onde comprise entre les valeurs minimes d’ordre de centaines de mètres et des valeurs maximes d’ordre des dizaines de kilomètres. L’amplitude des ondes séismiques baisse au fur et à mesure que la distance parcourue s’accroît grâce aux processus d’absorbtion de l’énergie par la matière terrestre. Le changement de la direction de propagation des ondes séismiques a lieu sur les surfaces qui séparent deux milieux avec des propriétés physiques différentes, phénomène rencontré, par exemple, à la discontinuité Moho entre la croûte et le manteau.
La réflexion des ondes est caractérisée par un angle de réflexion egal avec l’angle d’incidence et au cas de la réfraction des ondes, le rapport entre le sinus de l’angle de l’incidence et le sinus de l’angle de réfraction est égal avec le rapport des vitesses de propagation des ondes dans les deux milieux. En général, la réflexion et la réfraction des ondes sont des phénomènes qui se produisent simultanément, mais si la vitesse de propagation des ondes dans le premier milieu est plus petite que la vitesse de propagation des ondes du second milieu, alors pour des angles d’incidence plus grands que l’angle limite, le phénomène de réfraction disparaît, sur la surface de séparation se produisant le phénomène de réflexion totale.
La prévision des séismes présente encore plus des inconnues, les seules mesures de protection des habitats humains sont offertes par les constructions sûres ou par les sollutions géotechniques d’aménagement zonal antiséismique qui redirige l’énergie colossale des ondes séismiques. Parce que les structures antiséismiques souterraines ont un gabarit immense, la variante constructive réalisable en pratique est celle de type réseau qui modifie les propriétés physiques du milieu où se trouvent englobées, en particulier, la rigidité et la densité moyenne.
Les dimensions d’ensemble d’un réseau antiséismique régulier doivent être avec au moins un ordre de grandeur plus grand que la longueur d’onde pour que celle-ci ne soit pas évitée par les ondes séismiques par le phénomène de diffraction, mais la longueur des côtés du réseau doit être plus petite d’au moins 5...10 fois que la longueur d’onde pour que le phénomène de réflexion se manifeste significativement envers l’importance des ondes séismiques transmises. La longueur d’onde à laquelle on se réfère correspond aux séismes d’intensité maxime qui se propagent dans la zone aménagée antiséismiquement – prise en considération dans la réalisation des cartes de séismicité.
Les ondes séismiques réfractées ou celles qui passent nondéviées par un réseau rigide, englobé dans un milieu de propagation avec dureté réduite, sont atténuées d’autant plus que la longueur des côtés du réseau est plus petite et la distance parcourue par le réseau est plus grande. Le projet est appliquable pas seulement pour les terrains situés en dehors des agglomérations humaines, mais aussi pour celles de l’intérieur des localités parce que la zone protégée antiséismiquement est plus grande que la zone où se trouve la structure souterraine, s’élargissant beaucoup plus derrière celle-ci sur la direction de propagation des ondes séismiques incidentes.
Par analogie avec les radiations lumineuses qui, malgré qu’elles soient de nature différente, ont des lois de propagation similaires , la zone protégée antiséismiquement correspond à la zone d’ombre créée par un paravent translucide. La protection contre les tremblements de terre avec des foyers localisés ,comme par exemple ceux de Vrancea, est assurée par des structures artificielles souterraines emplacées devant les ondes séismiques, aux confins des agglomérations humaines de la zone épicentrale. Dans la situation la plus défavorable, de l’apparition des séismes puissants avec des foyers nonlocalisés, il faut que la structure antiséismique souterraine soit disposée autour du périmètre intra-muros.
La structure antiséismique se compose d’un réseau triangulaire R qui continue en profondeur par les colonnes verticales 2, fixées à la pointe des triangles équilatéraux de côtés 1 et disposés de manière parallèle et équidistante dans la masse du milieu de propagation des ondes séismiques. Les côtés 1 du réseau régulier R au profile rectangulaire, et les colonnes verticales 2 sont de forme cylindrique. Le réseau R est emplacé aux confins de l’épicentre du périmètre intra-muros, sur une longueur d’ordre de kilomètres ou même de dizaines de kilomètres et une largeur d’ordre de centaines de mètres, étant disposé approximativement parallèle à la surface du sol et à une profondeur h plus grande de 1,5...2m, pour permettre l’éffectuation des travaux agricoles.
Pour les terrains ayant une grande pente, les colonnes 2 peuvent être disposées d’une manière inclinée envers la verticale. La structure souterraine est réalisée d’habitude en béton armé mais en principe on peut utiliser tout autre matériel ayant la rigidité et la densité différentes de celles du sous-sol aménagé antiséismiquement. Les dimensions géométriques pour les composantes d’une structure antiséismique souterraine varient entre de larges limites, par rapport de l’intensité maxime des tremblements de terre,de la distribution des foyers séismiques et éventuellement des failles tectoniques mais aussi par rapport des propriétés physiques du milieu de propagation et l’aire de la surface protégée.
Pour exemplifier, on présente les suivantes valeurs dimensionnelles des structures géotechniques souterraines : a=30...100m, b=1...3m, c=0,5...1m, d=0,4...0,8, l=100...500m, où a,b,c représentent la longueur, la largeur, respectivement la grosseur de la côté du réseau, et l et d signifie la longueur, respectivement le diamètre des colonnes 2 de la structure souterraine. Dans d’autres variantes constructives, le réseau R est formé des polygones réguliers de type carré ou hexagone, cas où la consommation des matériels est réduite mais la résistance aux sollicitations mécaniques baisse par rapport au réseau triangulaire régulier.
La technique actuelle permet l’effectuation des travaux d’aménagement antiséismiques du territoire qui suppose les étapes suivantes :
- la réalisation du projet en détail par les spécialistes en séismologie et géotechnique ;
- l’exécution sur le terrain des canaux pour le réseau R et pour forer des puits pour les colonnes 2 ;
- la réalisation de l’armature métallique sur laquelle on fait couler du beton en état humide ;
- la finalisation du travail par le recouvrement avec de la terre des canaux et le nivellement du terrain.
Pour simplifier les opérations d’exécution, la structure souterraine géotechnique s’emplace de préférence au sous-sol des terrains mous, sans grandes dénivélations, en s’évitant les terrains en pente, formés des roches dures. Il est facile à imaginer l’aménagement de certaines parties de la plate-forme continentale des mers et des océans avec des structures hydrotechniques similaires pour la protection du bord contre le tsunami par les phénomèmes de réflexion, réfraction et aténuation des vagues séismiques.
Auteur : Tudor Vasile, www.praxisinventica.com , www.voxinventica.com.
