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https://authentication.coursera.org/auth//oauth/login/index.php?oauth_token=92e50e677e727296 99a2bfc682908d98e7d61844 Bienvenue dans le cours i-structures ! Dans ce cours, vous apprendrez à comprendre le fonctionnement des divers types de structures, à en choisir la forme et à en déterminer les dimensions. Le parcours des structures que vous voyez représenté dans le bandeau ci-dessus par une série d’icônes vous servira de fil rouge au travers de cet apprentissage. Mais avant de passer au contenu du cours proprement, dit, nous vous proposons de suivre les quelques leçons introductives proposées dans le menu à gauche.Elles vous permettront de mieux comprendre le fonctionnement du cours et de mieux en tirer parti. Merci de votre visite, et bonne exploration ! Bienvenue dans i-structures ! Préface Le thème de la structure constitue depuis toujours un aspect fondamental de la construction. Alors que jusqu’à la Renaissance la statique des constructions se basait uniquement sur l’expérience, sur l’intuition, sur l’expérimentation avec des maquettes et sur des règles empiriques, la Révolution scientifique a transformé cette discipline en une véritable matière scientifique. A partir de la seconde moitié du XVIIIème siècle les structures peuvent être calculées, leur comportement mécanique peut être prévu analytiquement, leur forme la plus efficace peut être établie au moyen d’instruments mathématiques et les dimensions nécessaires pour garantir leur stabilité peuvent être déterminées en comparant les efforts avec la résistance des matériaux. Grâce aux développements technologiques et aux nouveaux matériaux qui se sont imposés durant la Révolution industrielle, la science des constructions a permis une grande variété de nouvelles solutions structurelles. Cette phase historique a produit une spécialisation des rôles, et le constructeur a été remplacé par deux figures professionnelles: l’ architecte et l’ ingénieur. Ingénieur et architecte Pour l’ingénieur, ce qui était nécessaire au commencement de cette nouvelle ère, ce qui permit une extraordinaire évolution créative démontra toutefois ses limites dans le temps. L’analyse structurale et le calcul sont devenus toujours plus précis et détaillés, le dimensionnement poussé à l’extrême limite a permis des structures toujours plus hardies et efficaces, mais tout ceci s’est produit malheureusement au détriment de la conception structurale, avec un lent et inexorable affaiblissement de la composante créative. Pour l’architecte aussi, la séparation des disciplines n’a pas apporté que des avantages. La difficulté toujours croissante de comprendre le fonctionnement des structures a certainement représenté un appauvrissement. On a tenté ces dernières décennies de remédier à cette situation. La solution n’est certainement pas de retourner au passé. La séparation des professions, née d’une réelle nécessité, doit être considérée comme irréversible. Pour résoudre les problèmes toujours plus complexes auxquels nous sommes confrontés, la seule voie à suivre consiste en un dialogue et une collaboration entre les diverses figures professionnelles. Projeter ensemble Pour savoir collaborer et pour pouvoir projeter ensemble, il est indispensable d’avoir des intérêts communs, d’utiliser le même langage et surtout de se comprendre réciproquement. Ce cours sur les structures en architecture désire contribuer à réaliser ces prémisses. Concrètement, il s’agit d’aider à comprendre le fonctionnement des structures porteuses, c’est-à-dire dans la pratique comment les charges sont reprises et transmises jusqu’au sol. Ce cours se base par conséquent sur la compréhension du fonctionnement des structures: c’est dans ce but que sont abordées l’étude des charges agissantes, la détermination des forces et l’analyse des efforts internes. Pour atteindre plus facilement ce but nous avons privilégié une approche intuitive. Les bases de l’équilibre et le fonctionnement structural sont expliqués en se référant à l’expérience de tous les jours. De ce point de vue, l’équilibre du corps humain que nous avons expérimenté dès nos premiers pas constitue un bon exemple. La méthode suivie dans ce cours est en effet fort différente de la méthode conventionnelle qui se base sur la dérivation logico-déductive des lois de la mécanique, de la statique et de la science de la résistance des matériaux. D’autre part nous utiliserons les instruments de la statique graphique pour réduire autant que possible l’utilisation du calcul analytique. Pour les architectes Ce cours est une nouvelle version d’un cours élaboré spécifiquement pour l’Académie d’Architecture de Mendrisio au moment de sa création en 1996, qui représentait une tentative de développer une véritable statique pour architectes au lieu d’une simplification de la statique classique conçue pour les ingénieurs. Pour l’architecte, la compréhension du fonctionnement structural a comme finalité le projet des structures. Concrètement, il s’agit d’apprendre à choisir une typologie structurale efficace et les matériaux les plus appropriés, à déterminer sa forme statiquement correcte, à comprendre quelles zones sont les plus sollicitées et à développer les détails constructifs de façon optimale. Le calcul des sollicitations et le dimensionnement sont traités uniquement dans leurs aspects les plus importants, de façon à faciliter le dialogue avec les ingénieurs. Pour les ingénieurs A notre avis, ces thèmes devraient intéresser également les ingénieurs. Leur formation reste fortement influencée par l’approche développée dans les écoles fondées à la fin du XVIIIème siècle. Comme l’avaient proposée les Encyclopédistes, la science des constructions peut être interprétée comme une application de la mécanique, et celle-ci n’est rien d’autre qu’un chapitre de la physique. Il en résulte un enseignement logico-déductif qui a comme but de fournir les instruments nécessaires pour analyser les sollicitations des structures et pour dimensionner les éléments principaux. Mais, malheureusement, savoir calculer et savoir dimensionner ne signifie pas nécessairement comprendre le fonctionnement et savoir concevoir une structure. L’approche proposée dans ce cours peut donc représenter un nécessaire complément à l’enseignement classique. Le parcours des structures Au moyen d’exemples simples (un homme qui s’appuie à une paroi ou qui est suspendu à une corde), nous examinerons les conditions d’équilibre des forces qui agissent dans le plan et dans l’espace. Toute la matière de ce cours est organisée selon un parcours précis qui commence avec lesforces, les charges et les conditions nécessaires afin que les forces qui agissent dans la même direction soient en équilibre. Ensuite le cours traite des structures formées par des éléments simples sollicités uniquement à la compression (colonnes), ou uniquement à la traction (câbles). Sur la base de ces exemples, nous pourrons définir les concepts qui permettent de comprendre comment une structure doit être dimensionnée: la sollicitation, la résistance, la déformation et la rigidité. Nous étudierons ensuite les configurations de charges dont les lignes d’action ne sont pas parallèles et l’équilibre dans le plan. Nous examinerons ensuite les structures plus complexes sollicitées à la traction ( câbles dans le plan, réseau de câbles et membranes dans l’espace). Pour ces structures, nous étudierons les problèmes relatifs à la déformabilité et les solutions qui permettent d’en augmenter la rigidité. Dans le paragraphe suivant nous traiterons en revanche des structures fort semblables, mais sollicitées uniquement à la compression (arcs dans le plan, voûtes et coupoles, mais aussi coques dans l’espace). Nous analyserons d’autre part la problématique de la stabilité des arcs et nous discuterons les différentes solutions à ce problème. Les structures sollicitées à la traction seront par la suite combinées avec les structures sollicitées à la compression, de façon à obtenir des structures dans lesquelles la poussée des arcs et la traction des câbles se compensent réciproquement : les arcs-et-câbles. En ajoutant d’autres barres, de façon à stabiliser la structure, nous obtiendrons les treillis, aussi bien dans le plan que dans l’espace. Le pas suivant consiste à remplacer les barres des treillis par des zones étendues de matériau sollicitées à la traction et à la compression. On obtient ainsi des structures avec un fonctionnement fort semblable à celui des treillis, mais avec des formes très différentes puisque nous serons en présence des poutres. En composant les poutres dans l’espace nous prendrons en considération les grilles de poutres, alors qu’en distribuant ensuite la matière nous obtiendrons les dalles. En particulier nous analyserons le fonctionnement des poutres à portée réduite par rapport à la hauteur (poutres-cloisons et voiles), en discutant les analogies et les différences par rapport aux poutres élancées. Nous examinerons aussi les cadres, qui peuvent être interprétés comme la composition de certains éléments déjà traités: colonnes, poutres et arcs. Nous traiterons pour finir les poutres sollicitées par une forte compression dans le sens longitudinal (barres comprimées et fléchies): celles-ci seront étudiées avec une attention particulière pour le phénomène de l’instabilité élastique qui dérive de l’interaction entre sollicitation et déformation. Qu’est-ce qu’une structure porteuse ? Le terme structure a divers sens. De notre point de vue, ce qui est important est représenté par le complexe des éléments constituant l’ossature, le châssis d’une construction. Pour être encore plus précis, nous parlerons de structure porteuse. Par ce terme, nous désignerons l’ensemble des éléments qui exercent une fonction de soutien, dans le domaine du bâtiment et d’autres domaines analogues de la construction. Lorsqu’on observe un bâtiment de l’intérieur ou de l’extérieur, il est habituellement assez facile de reconnaître au moins une partie de la structure porteuse. Dans l’exemple ci-contre, un certain nombre d’éléments structuraux sont clairement identifiables. Nous voyons par exemple une série de colonnes verticales qui ont pour but de transmettre les charges à la terre, une série de treillishorizontaux qui portent les étages du bâtiment et transmettent les charges aux colonnes, des barres en uploads/Ingenierie_Lourd/ architecture-et-structures 1 .pdf