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1 LA STABILITE DES CONSTRUCTIONS 2 PRÉAMBULE En Architecture, en Construction,

1 LA STABILITE DES CONSTRUCTIONS 2 PRÉAMBULE En Architecture, en Construction, de nombreux matériaux sont utilisés tels le béton, l'acier, le bois, le verre, la terre .... et autres. Quand on parle d'architecture métallique, le métal employé est l'ACIER. Bien sûr, dans un même ouvrage, d'autres matériaux peuvent être joints à ce métal. Mais dans ce cas, l'acier est le matériau le plus utilisé dans toute ou partie de l'ouvrage construit. Ainsi pour un immeuble possédant un parking souterrain, le parking non visible, sera en béton et la structure d'ensemble de l'immeuble sera édifiée en acier. Sur cette structure porteuse, des « murs » sont accrochés, l'architecte aura aussi prévu le matériau, les ouvertures, les coloris etc..... En bâtiment et travaux publics, une construction est généralement appelée « ouvrage », ainsi un ouvrage pourra être - d'un bâtiment à usage d'habitation ou de bureaux - d'une bibliothèque - d'une piscine, d'une tribune... - d'un bâtiment à usage industriel - d'une passerelle - d'un pont routier ou ferroviaire - d'un barrage sur un cours d'eau Les ponts, sont toujours appelés ouvrage d'Art. Les ouvrages dont on parle ont des dimensions d'ensemble importantes. DESCRIPTION D'UN OUVRAGE EN ARCHITECTURE MÉTALLIQUE Aujourd'hui les bâtiments où l'ACIER est utilisé sont techniquement conçus comme l'indique sommairement la figure 1. Fig 1-1, c'est le bâtiment tel que l'a imaginé l'architecte et tel que nous le voyons de l'extérieur. Fig 1-2 c'est la structure (ossature) en acier, conçue par l'ingénieur et réalisée par les ateliers d'une entreprise. Elle sert à supporter le poids des personnes, du matériel, des machines, le souffle du vent, le poids de la neige... etc... Sous l'action de ces différentes charges le bâtiment doit rester stable... c'est-à-dire debout, Autrement dit, il ne doit pas y avoir ruine, pour des raisons de sécurité humaine et économiques. 3 Fig, 1 Pour se protéger des intempéries (pluies, neige, vent...), d'une chaleur ou d'un froid excessif, on enveloppe le bâtiment d'une couverture et de murs. Ces murs sont des parois percées ou non d'alvéoles pour les portes et fenêtres. Ces parois sont appelées bardages 4 quand elles sont verticales et couvertures pour les versants. Elles sont fixées sur la structure. Elles sont en matériaux divers et variés: métallique, verre, béton léger, bois... etc ... Leur présentation varip en fonction du matériau employé et de leur position dans l'ouvrage. On trouve souvent des tôles en acier, elles ont les coloris demandés par l'architecte. Les pieds de la structure sont liés à des massifs de fondation en béton. 5 6 Au cours des siècles précédents et jusqu'au début du vingtième siècle, c'était les murs qui supportaient les charges évoquées précédemment. Ces- murs étaient maçonnés au moyen de briques, de blocs de terre séchée et dans le meilleur des cas à l'aide de pierre taillée. Les maisons à colombages, Fig 2 , sont déjà des maisons avec ossature. Cette ossature était en bois et les espaces entre les poutres sont comblés par un torchis (mélange de terre et de paille) ou briques. Fig. 2 COMPOSANTS PRINCIPAUX DES STRUCTURES La structure se compose de « poutres », (ou « barres »), chacune ayant son rôle et son nom, ce sont les éléments principaux d'une structure. Les poutres, sont obligatoirement assemblées entre elles. La section de ces poutres, pour des raisons de résistance et d'économie d'acier, a des formes appropriées comme les sections de la figure3. 7 « profil creux », improprement appelés « tubes » Fig. 3 De par sa configuration, « ... vue de loin... », la poutre apparaît analogue à un trait épais, c'est sous cette forme que nous la dessinerons sur le papier (ou l'écran), il en est de même pour un ensemble de poutres fig. 4-1 et 4-2 Remarque Ces poutres peuvent être rectilignes (très souvent), mais aussi curvilignes. 8 Les liaisons entre poutres En construction, le « point » de rencontre, et donc de liaison, entre deux poutres se nomme assemblage. Nous considérerons trois liaisons : le nceud rigide, l'encastrement parfait et l'articulation. LE NŒUD RIGIDE ET L'ENCASTREMENT PARFAIT Deux poutres métalliques peuvent être assemblées entre elles rigidement soit par soudure, soit par boulons (avec utilisations d'éléments métalliques intermédiaires) fig. 5 9 Dans les deux cas de la figure 5, il n'y a pas de mouvement relatif possible entre la poutre 1 et la poutre 2. Quand la poutre ne peut pas « bouger » par rapport au massif, fig. 6, sa liaison avec le massif se nomme « encastrement parfait ». Une différence importante entre le neeud rigide et l'encastrement parfait : le nceud rigide peut se déplacer par rapport au sol, mais pas l'encastrement. L'ARTICULATION L'assemblage des deux poutres se fait au moyen d'un axe ou d'un boulon fig.7. Le seul mouvement relatif possible entre les deux poutres est la rotation autour de l'axe. 10 11 L'articulation peut, bien sûr, se situer entre une poutre et un massif de fondation en béton, fig. 9. 12 STABILITE DES STRUCTURES COMPOSEES DE POUTRES Une structure est stable quand elle tient debout, elle ne se couche pas. Constatations importantes 13 La figure à trois poutres et quatre articulations, fig. 10 C'est une structure déformable, elle n'est donc pas stable. La structure triangulaire de la figure 11, est géométriquement indéformable, la structure est donc stable. Fig. 11 Le triangle est l'élément de base de la stabilité des constructions. Parfois il n'apparaît pas aussi clairement, mais il est toujours présent. UTILISATION DANS LB CADRE D'UN BATIMENT 14 Dans un bâtiment, fig. 12, il y a direction transversale et une direction longitudinale. R Nt",~ Fto„ Examen de stabilité transversale A priori les portiques transversaux présentent trois poutres (deux poteaux et une traverse) assemblées entre elles par des articulations. Ces portiques sont instables. Pour les rendre stables on peut faire apparaître un triangle, lié au sol, en installant une diagonale, fig. 13. Fig. 13 Cette solution peut être retenue pour les pignons, mais pas pour le volume intérieur du bâtiment, les diagonales gêneraient. Pour les portiques intermédiaires il suffit de faire glisser la diagonale vers le nceud 2, fig. 14- a. L'élément qui apparaît s'appelle un bracon ou encore une contrefiche. Il est articulé à ses extrémités. On prévoit toujours d'en installer deux, fig. 14- b. 15 Si on fait encore glisser le bracon, il finit par « disparaître » et on obtient le naud rigide déjà rencontré, (fig. 5 ). On obtient les schémas de la figure 15. Examen de la stabilité longitudinale fig. 16 Considérons le « long pan » de la file 2, où toutes les poutres sont articulées entre elles. Sans triangulation le long pan se couche, fig. 16, Celui de la file 1 de même et finalement, c'est l'ensemble du bâtiment qui se couche pour arriver à la ruine. 16 Une diagonale installée dans un des longs pans, palliera aisément cette instabilité, fig. 17. On notera que pour un long pan une seule diagonale suffit, une de plus serait superflue, par ailleurs la diagonale peut être prévue dans n'importe qu'elle travée. Obligatoirement on fera la même chose pour l'autre log pan. 17 Une diagonale peut être gênante ou ne pas être retenue pour des contraintes architecturales, de commodité, d'accès (porte ...)...etc...., dans ce cas on revient au portique avec deux bracons fig. 18 a et b. Très souvent, quand on utilise des bracons, on en prévoit deux dans chaque travée, Fig 18-C Aujourd'hui on prévoit surtout le portique à noeuds rigides Fig. 18-d. 18 APERÇU SUR LES PASSERELLES ET LES PONTS Les besoins sont essentiellement de faire la jonction entre deux rives, deux lieux. Les ponts reçoivent de fortes charges tels les véhicules automobiles ou ferroviaires. La passerelle s'adresse aux piétons, les charges sont donc relativement modérées. Pour les enjambement importants (des centaines de mètres) l'acier est retenu, car, paradoxalement l'ouvrage sera plus léger, aspect essentiel, en effet la fonction d'un pont n'est pas de porter son propre poids.... Quelque soit le principe de construction utilisé, un pont se compose d'une structure porteuse, d'un tablier (la surface de circulation), de supports en rive (les culées) et si cela est nécessaire, des supports intermédiaires ( les piles). On trouve globalement Les ponts à poutres. Les ponts suspendus (Tancarville pour le plus connu ... et pour ne pas être chauvin le Golden Gate qui se perd dans les brumes de San Francisco). Les ponts à haubans (le pont de Normandie sur l'estuaire de la Seine et de Brotonne près de Caudebec en Caux, toujours en Normandie, et le dernier né, le majestueux et élégant pont de Millau). Déjà ancêtre, le pont de Garabit construit par Eiffel et son équipe, c'est un ensemble de triangles juxtaposés comme l'était l'inoubliable c pont de la rivière Kwai ». Ponts en arc. Ponts à béquilles. Sans oublier les ponts mobiles, ponts levis, pont tournants. Présentation de certains d'entre eux Cette présentation ne peut être ici que schématique. 1- Les ponts à poutres fig. 20 -a et 20 – b Des poutres, deux ou plus, portent le tablier, elles reposent sur des culées et uploads/Ingenierie_Lourd/ b-carton-dossier-otua-pdf.pdf