INITIATION À LA TECHNOLOGIE STRUCTURE ET INGÉNIERIE Directives 1. Prendre le questionnaire. 2. Répondre sur cette feuille.

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Victor Faubert
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1 INITIATION À LA TECHNOLOGIE STRUCTURE ET INGÉNIERIE 1.11 Étape 5 Activité 2 Questions à répondre Directives 1. Prendre le questionnaire. 2. Répondre sur cette feuille. Plusieurs professionnels font partie de l'équipe d'ingénierie. Autre que l'ingénieur, nommer trois autres membres? Donner trois exemples de champs de compétence ou de travail accompli par l'ingénieur civil? Nommer trois autres types d'ingénierie autre que l'ingénierie civil? Étape 6 Continuer la lecture Notions et principes d'ingénierie Pour comprendre un peu la façon dont une structure travaille, il faut apprendre certaines notions de base et certains principes d'ingénierie. Voyons quelques-uns des facteurs que l'ingénieur doit considérer lorsqu'il fait la conception de structures. A. Matériau Définition de matériau: substance, matière à être mise en oeuvre; matière d'origine naturelle ou artificielle entrant dans la construction d'un

2 INITIATION À LA TECHNOLOGIE STRUCTURE ET INGÉNIERIE 1.12 bâtiment, d'un véhicule, d'un ouvrage, etc.... Un matériau est ce qu'on utilise pour fabriquer une structure quelconque. Le bois est un matériau, l'acier est un matériau de même que le béton, la brique, l'aluminium, le plastique, le gravier,... B. Charges mortes et charges vives Les charges mortes sont des charges permanentes qui ne changent pas. Le poids propre de la structure même est une charge morte de même que le poids de l'équipement permanent. Ils restent toujours constants (pareils). Chaque matériau a un poids différent. Par exemple, pour une même grosseur de poutre, le bois pèse quatre fois moins que le béton et quartorze fois moins que l'acier. Note: le béton est constitué de ciment + gravier + sable + eau; l'acier est constitué de fer + carbone + manganèse + autres éléments. Fig. 1.5 Les charges vives sont les autres charges qui agissent sur les structures à part les charges mortes. Elles incluent des poids ou des forces qui bougent. Par exemple le poids de personnes sur un plancher, le poids des meubles, les véhicules qui roulent sur un pont, le vent, la neige sur le toit, la glace qui pousse contre les piliers d'un pont,... Fig. 1.6

3 INITIATION À LA TECHNOLOGIE STRUCTURE ET INGÉNIERIE 1.13 C Forces et masse Par définition, une force est une action appliquée sur un objet et qui change ou qui a tendance à changer l'état de mouvement de cet objet. Lorsque vous poussez sur une voiture qui reste immobile, vous exercez une certaine force sur la voiture. La voiture est dite à l'état statique, c'est-à-dire "qui ne bouge pas". En exerçant une plus grande force sur la voiture, celle-ci finit par bouger. La voiture est alors à l'état dynamique c'est-à-dire "qui bouge". Vous embarquez sur une balance afin de connaître votre poids; la balance lit 45 kilogrammes. Ceci est votre masse, c'est-à-dire la quantité de matière que tout votre corps possède. Que vous soyez sur la Terre, dans l'espace ou sur la Lune, votre masse reste toujours pareille. Pour savoir qu'elle force votre corps exerce sur le plancher, on multiplie par 9.81 (ceci est dû à l'attraction que la terre a sur nous, c'est-à-dire que la terre nous tire vers elle). 45 kilogrammes X 9.81 = 441 newtons Ainsi votre corps applique une force de 441 newtons sur le plancher de la même façon que vous appliquez une force sur la voiture du cas précédent. D Contrainte

4 INITIATION À LA TECHNOLOGIE STRUCTURE ET INGÉNIERIE 1.14 Une contrainte est la mesure de l'intensité de forces exercées sur une structure quelconque. C'est la quantité de forces divisée par la surface sur laquelle cette force est exercée. La contrainte est ainsi mesurée en Newton par millimètre carré (N/m 2 ). Contrainte = force (Newton) Aire mm 2 Prenons l'exemple d'une dame de 70 kg qui place tout son poids sur le talon d'un soulier seulement sur votre main. Le talon a une surface de 70 mm X 75 mm = 5250 mm kg X 9.81 = Newtons (forces) Contrainte = Newtons 5250 mm 2 = 0.131N/mm 2 Fig. 1.7 La main subit ainsi une contrainte de N/mm 2. Voyons si cette même dame portait un soulier à talon haut dont la surface est de seulement 525 mm 2, soit 10 fois plus petit. Contrainte = Newtons 525 mm 2 = 1.31 N/mm 2 Fig. 1.8

5 INITIATION À LA TECHNOLOGIE STRUCTURE ET INGÉNIERIE 1.15 Votre main subira alors une contrainte de 1.31 N/mm 2 soit 10 fois plus que le cas précédent (sur une surface plus petite, ça fait "plus mal"!). Donc, pour une même force, l'effet est plus "intense" sur une petite surface que sur une grande Il y a cependant une limite à ce qu'une structure peut supporter comme forces avant qu elle ne se casse, se rompt ou s effrondre. On dit que le matériau a une contrainte maximale ou contrainte ultime. Lorsqu une structure ne peut plus supporter les forces qui sont exercées sur elle et qu elle s effondre, on dit qu il y a rupture et qu on a dépassé la contrainte maximale du matériau. Pour toutes structures, il faut s'assure que l'on n'excède pas ces contraintes maximales. Si, par exemple, vous descendiez une falaise à l'aide d'une corde, vous voudriez être certain que cette corde soit capable de supporter une force plus grande que votre poids? Si elle est capable de supporter 3 fois votre poids avant qu'elle se rompt, on dit que le facteur de sécurité est de 3. Il en est de même pour les structures. L'ingénieur ajoute un facteur de sécurité lorsqu'il fait la conception de structures. Étape 8 Activité 3 Question à répondre Directives 1. Prendre le questionnaire. 2. Répondre sur cette feuile. Placer en ordre de pesanteur, du moins pensant au plus pesant, l'acier, le béton et le bois?

6 INITIATION À LA TECHNOLOGIE STRUCTURE ET INGÉNIERIE 1.16 Indiquer s'il s'agit d'une charge vive ou d'une charge morte en écrivant V pour charge vive et M pour charge morte? a) la pesanteur des meubles dans une salle b) les personnes assises dans une classe c) le poids du plancher d) le vent qui pousse contre les murs e) un tremblement de terre f) la neige sur le toit g) les bardeaux d'asphalte posés sur le toit h) les murs de la cuisine Calculer la contrainte que chaque bloc impose sur le plancher et indiquer par la lettre A pour le bloc A et B pour le bloc B où la contrainte sur le plancher est la plus petite? Prendre la calculatrice pour faire les calculs. Fig. 1.9 Bloc A Calculs: Bloc B

7 INITIATION À LA TECHNOLOGIE STRUCTURE ET INGÉNIERIE 1.17 La plus petite contrainte sur le plancher est Qu'arrive-t-il à un matériau lorsqu'on dépasse sa contrainte maximale?

8 INITIATION À LA TECHNOLOGIE STRUCTURE ET INGÉNIERIE 1.18 Étape 9 Continuer la lecture E Déformation Lorsqu'il y a des forces appliquées à un matériau, ce matériau va changer de forme. Il y a ainsi déformation. Voyons des exemples: 1. Lorsque appliquée à une poutre: Fig Lorque appliquée sur une colonne ou poteau: Fig. 1.11

9 INITIATION À LA TECHNOLOGIE STRUCTURE ET INGÉNIERIE Lorsque appliquée à un câble: Fig Comme pour le facteur de sécurité, il y a des limites à ces déformations et l'ingénieur en tient compte lorsqu'il fait ses calculs. Par exemple, on impose une limite à la déflexion du plancher dans une maison parce que cela causerait des fissurations ou déformation du plafond au sous-sol directement sous ce plancher. On ne se sentirait pas trop en sécurité en ayant l'impression de marcher sur un plancher qui semble trop "caler". De même pour les ponts, il y a des limites, par exemple, au tablier ("plancher") sur lequel les véhicules circulent. La leçon 1 est terminée. Passer à la leçon 2.

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