Ascenseurs et tremblements de terre : une (non) sainte alliance ?

Ascenseurs et tremblements de terre : une (non) sainte alliance ?

Les experts travaillent sur les moyens d'empêcher les secousses du sol de provoquer des catastrophes de transport vertical.

Au début, un nouvel ascenseur panoramique à Hambourg, en Allemagne, était régulièrement bloqué - même sans tremblements de terre, mais aussi sans mesures de protection pour l'ascenseur. Lorsqu'un grand navire passait les jetées de St. Pauli, les vagues se propageaient dans le sol sablonneux sur lequel se dresse le bâtiment allongé.

Cependant, les tremblements de terre se produisent désormais plus fréquemment que prévu en Allemagne, en Autriche et en Suisse. Au cours des 30 jours précédant le 10 février, la terre a tremblé cinq fois en Allemagne et aux alentours, avec une magnitude de 3.0 ou plus sur l'échelle de Richter et 31 fois entre 2.0 et 2.9, ce que les gens peuvent encore percevoir. Les zones sismiques de 0.0 blanc à 3.0 rouge indiquées sur la figure sont pertinentes pour les bâtiments ou les ascenseurs.

Stephan Störmer
Stephan Störmer

Ing. Stephan Störmer de TÜV Autriche et président du comité autrichien 017 "Ascenseurs, escaliers mécaniques et trottoirs roulants" des normes autrichiennes internationales ASI a approfondi le sujet "Risk Factor Earthquake: Safe in Elevators?" lors du dernier TÜV Austria Elevator Day. Près de cet événement, le tremblement de terre le plus violent en Autriche des 20 dernières années, d'une magnitude de 4.6., s'est produit le 30 mars 2021. La méthode de calcul de la norme européenne EN 81-77:2019 pour le dimensionnement des ascenseurs sous conditions sismiques est basée sur celle de l'EN 1998-1 « Eurocode 8 : Conception des structures pour la résistance aux tremblements de terre ». L'objectif de la norme est de protéger la vie humaine, de limiter les dommages et de maintenir la fonction des ascenseurs dans les structures après l'impact d'un tremblement de terre. La norme définit quatre catégories, de 0 à 3, de résistance aux séismes pour les ascenseurs. L'accélération de dimensionnement, résultat d'un calcul prenant en compte une large gamme de paramètres, détermine l'affectation à l'une des quatre catégories. "Nous prenons l'application de la norme très au sérieux en Autriche", a déclaré Störmer. En particulier dans le cas d'infrastructures critiques et de bâtiments à utilisation intensive, tels que les hôpitaux, pour lesquels le fonctionnement d'ascenseurs fonctionnels est crucial, le facteur de risque de tremblement de terre et, bien sûr, les contre-mesures nécessaires doivent être pris en compte. "Les conséquences possibles ne doivent être ni sous-estimées, ni tolérées", a déclaré Störmer.

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Gotz Metzdorf
Gotz Metzdorf

Götz Metzdorf, ingénieur en structure chez Goldbeck Rhomberg en Autriche et président de longue date du groupe de travail 178 de l'ISO TC 6, groupe d'étude 6, « Ascenseurs et escaliers mécaniques soumis à des conditions sismiques », énumère quatre étapes de planification pour un ascenseur parasismique : 

  1. Clarifier les interfaces de l'ascenseur et du bâtiment, selon EN 81-77 et avec le ou les architectes du bâtiment
  2. Prise en compte des influences régionales sur le bâtiment et donc sur les ascenseurs via les annexes nationales (NA) à EN 1998-1
  3. Simulations et calculs (par exemple, par 3D-FEM) pour l'ancrage de machines, les câbles, les cadres de voitures et d'escaliers mécaniques, entre autres
  4. Un dimensionnement sismique spécial qui, par exemple, à Vienne - en raison des différentes accélérations du sol de référence pour le nord-est et le sud-ouest de Vienne - conduit à des exigences différentes pour les ascenseurs dans les bâtiments.

Les mesures qui en résultent pour l'ascenseur sont répertoriées dans la norme EN 81-77, en fonction de la catégorie de tremblement de terre, afin d'éviter d'éventuels dommages aux ascenseurs causés par des tremblements de terre, comme le rapporte le fabricant d'ascenseurs KONE dans des extraits : "Les supports de rail ont été cassés ou ont été endommagé. Les câbles du régulateur de survitesse étaient rompus. Les guides à rouleaux étaient cassés ou se sont détachés.

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Carte des zones sismiques de l'annexe nationale (NA) de la norme de construction parasismique DIN EN 1998-1/NA:2011-01 Allemagne ; source : GFZ Helmholtz-Zentrum Potsdam resp. VACARME.
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Catégories de tremblement de terre pour les ascenseurs basées sur l'accélération nominale ; source : TÜV Autriche

À l'aide de simulations, telles que la conception d'expériences (DOE) et l'analyse des modes de défaillance et de leurs effets (FMEA), les défauts sont identifiés dans la phase de conception et des mesures techniques sont prises pour y remédier pour une utilisation future des produits d'ascenseur ou d'escalier mécanique. Selon Metzdorf, les exemples courants incluent les simulations de vibrations pour les ascenseurs et les escaliers mécaniques dans les bâtiments plus hauts, les fréquences naturelles et les déformations des escaliers mécaniques.

Selon la directive de planification VDMA, les architectes doivent fournir au fabricant d'ascenseurs les informations suivantes : zone sismique, classe de sol du bâtiment et, le cas échéant, classe de substratum rocheux, selon EN 1998-1 NA, coefficient d'importance du bâtiment et dimensionnement ou sol de référence accélération. « Si l'ingénieur civil inclut la sécurité antisismique dans ses calculs structurels d'un nouveau bâtiment dès le début, des coûts supplémentaires ne dépassant pas un pour cent peuvent être attendus », note le fabricant suisse d'ascenseurs Schindler. Metzdorf regarde vers l'avenir : « Le BIM (Building Information Modeling) contribuera à la coopération entre les métiers, par exemple en transmettant les paramètres de dimensionnement nécessaires, ou les déformations des niveaux de plancher.

Outre la planification, une bonne gestion de la qualité dans la fabrication et la construction est particulièrement importante — selon Metzdorf. Calculé et dessiné est un état idéal de l'ascenseur ou de l'escalier mécanique : "Pour assurer la sécurité, les dimensions de l'écart entre les pièces relativement mobiles, en particulier, doivent être maintenues, à la fois dans l'atelier et après le transport des composants sur le chantier." Cela peut empêcher les doigts, les vêtements ou les pieds des enfants d'être tirés entre la porte et la cage ou les marches de l'escalator.

Exigences relatives aux mesures de protection pour les ascenseurs
Exigences pour les mesures de protection des ascenseurs, selon EN 81-77 ; source : Schindler

À la catégorie de tremblement de terre 0, aucune mesure technique supplémentaire n'est encore requise dans l'ascenseur ; le nombre et le type d'interventions techniques sur l'ascenseur augmentent jusqu'à la catégorie de séisme 3. Des développements plus récents offrent de nouvelles possibilités. Par exemple, Mitsubishi Electric Corp. à Tokyo a développé un appareil avec un aimant permanent qui « contrôle passivement le balancement des câbles d'ascenseur dans les immeubles de grande hauteur causé par des vents violents ou des tremblements de terre de plus longue durée. En permettant aux ascenseurs de continuer à fonctionner dans de telles conditions, le nouveau dispositif contribue à stabiliser le fonctionnement des ascenseurs et contribue à un meilleur confort d'exploitation. Ascenseurs Travasso AW GmbH en Suisse prend soin dans ses ascenseurs parasismiques de positionner le contrepoids de sorte « qu'il ne puisse pas sortir des rails de guidage, de sorte que vous ne serez pas heurté par la cabine d'ascenseur lors d'un tremblement de terre ». Les composants de puits fabriqués par Jäger Betonteile à Mengen, en Allemagne, sont reliés les uns aux autres dans les zones sujettes aux tremblements de terre, par exemple de manière étanche.

Non seulement leur conception, mais aussi les tests sont cruciaux pour le développement et l'utilisation d'ascenseurs et de composants antisismiques. Par exemple, TK Elevator (TKE) a équipé sa tour d'essai de 246 m à Rottweil, en Allemagne, d'un pendule actif de 240 mT à 193 m pour l'amortissement. Cela peut également faire osciller la tour afin que les ingénieurs de développement puissent simuler des charges de vent ou de tremblement de terre.

Metzdorf insiste sur sa conviction que même en cas de tremblement de terre, les passagers de l'ascenseur ne seront pas blessés si les exigences des normes sont respectées. «La corde ne se détachera pas, même lors de tremblements de terre en dehors de la force standard en raison des points de retenue. L'ascenseur parcourra en toute sécurité les 4 à 5 m restants jusqu'au prochain étage. L'escalator est éteint au moment où le tremblement de terre se produit.

Pendule en béton
Pendule en béton dans la tour d'essais TKE à Rottweil ; source : Hans-Wilhelm Berghoff

Undine Stricker-Berghoff est propriétaire de ProEconomy, un bureau d'ingénierie basé à Luebeck-Travemuende, en Allemagne, à travers lequel elle travaille en tant que coach et consultante pour la gestion et le marketing, principalement dans les services énergétiques et de construction. De 2008 à 2013, elle a été directrice générale de VFA-Interlift eV à Hambourg, en Allemagne. Elle a étudié l'ingénierie mécanique à l'Université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne, et, immédiatement après l'obtention de son diplôme, a travaillé comme consultante en énergie pour ERPAG à Lugano, en Suisse, et à Campione, en Italie. Avant de rejoindre VFA-Interlift, Stricker-Berghoff a travaillé pour VDI, l'association des ingénieurs allemands à Düsseldorf, en Allemagne, en tant que secrétaire des services du bâtiment, et était responsable du département VDI-Standards. Elle a également exercé un mandat en tant que directrice générale de la Chambre de commerce et d'industrie de Luebeck. Elle dirige ProEconomy depuis 2005.

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