5 Effets dans une structure

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1 5 Effets dans une structure Fonctions Gros œuvre Actions Équilibres Effets Dimensions Une structure d ouvrage est définie par : géométries de ses éléments - formes, longueurs, sections..., assemblages des éléments entre eux Sous l application de charges ou chargements à cette structure Eléments chargés Effets dans chaque élément de la structure = les «sollicitations» On dimensionne alors ces éléments en fonction des sollicitations appliquées et des capacités de résistance des matériaux utilisés 1

2 Effet 1 : la Traction N : Effort de traction appliqué N Déformations de l'élément : On constate un allongement («étirement») de l'élément sous l'effort de traction. Cet allongement est réparti sur toute la longueur de l'élément. La rupture intervient quand [N] devient trop important. 2

3 Contrainte dans la section : Chaque section transversale en tout point de l 'élément, est tendue. La contrainte normale (pression) de traction dans la section «S» vaut : σ = (N / S) Unité : en kn/m 2 soit en kpa Traction / Tension / Tendu(e) / Suspendu(e) / Tiré(e) / Etiré(e) 3

4 Banc d essai de traction sur éprouvettes 4

5 Traction dans les suspensions (plafonds suspendu) 5

6 Traction dans les suspentes du plancher suspendu 6

7 Traction dans les câbles des nacelles 7

8 Effet 2 : la Compression N : Effort de compression appliqué N Déformations de l'élément : On constate un raccourcissement de l'élément sous l'effort de compression. Ce raccourcissement est réparti sur toute la longueur de l'élément. 8

9 Contrainte dans la section : Chaque section transversale en tout point de l 'élément, est comprimée. La contrainte normale (pression) de compression dans la section «S» vaut : σ = (N / S) Unité : en kn/m2 soit en kpa Compression / Pressé(e) / Compressé(e) 9

10 Banc d essai (presse) pour essai de compression sur éprouvettes 10

11 Poteaux comprimés (plancher champignon RER B station Roissy CdG 1 11

12 «Appareil d appui» d un pont (début 20 ème ) Les parties horizontales du pont («tabliers») transmettent des charges verticales aux piles de pont par l intermédiaire de ces appareils d appuis. 12

13 Appareil d appui, ouvrage d art moderne 13

14 Des «étais» soutiennent les ouvrages en cours de construction / rénovation et reprennent des charges verticales fonctionnement en compression 14

15 «Tours d étaiement» pour des charges ou hauteurs importantes 15

16 Compression de ressorts ou «boites à ressorts» servant d amortisseur pour des machines ou bâtiments 16

17 «Butons» ou «Butonnage» : ces éléments provisoires stabilisent et «retiennent» deux parois en vis-à-vis subissant les poussées horizontales des terrains sur leur face arrière phase chantier 17

18 Tassement non homogène («tassement différentiel») du sol sous un ouvrage : compression du sol sous l ouvrage 18

19 Effet 3 : le Cisaillement État de contrainte interne d une structure, dans lequel chaque partie a tendance, sous l effet de forces de sens contraire, à glisser par rapport à la partie voisine. 19

20 Cisaillement / Tranchant / Glissement 20

21 Le cisaillement est une sollicitation dans l élément mais c est aussi un procédé de découpe / fabrication 21

22 Le «boulon» (pièce d assemblage) subit le cisaillement au niveau de la liaison Boulon écrou 22

23 La rupture dans les sols se fait généralement sous la forme «d écoulement» de la matière. Ces «grandes déformations de font généralement autour de plans ou surfaces de glissement où la matière est en rupture par manque de résistance au cisaillement. 23

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26 Effet 4 : la Flexion D'une manière général le mot flexion désigne l'action de fléchir, de courber, de plier ou son résultat. En science des matériaux, la flexion est un mode de déformation de la matière 26

27 Effort appliqué Appuis Déformation de flexion 27

28 Flèche = Déformation sous l effet de la flexion Portée = Longueur de flexion entre les points d appuis 28

29 Banc d essai de flexion (rupture atteinte) : L effort est dirigé vers le haut 29

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31 Les parties et éléments horizontaux d un plancher «travaillent» (subissent) en flexion 31

32 Flexion de charpente de toiture Chargement = vent + neige + poids propre des éléments 32

33 On appelle «Console» des poutres ou parties de poutres qui sont en «porte à faux», c està-dire n étant pas sur un appui à l une de ses extrémités 33

34 Toiture en porte à faux 34

35 Volume en porte à faux 35

36 Planchers et volumes en porte à faux Master AUDT 2010 UE6 * B Pilliat 36

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38 Eléments en porte à faux 38

39 Passerelle en porte à faux (Grand Canyon) 39

40 Effet 5 : le Flambement Le flambage ou flambement est un phénomène d'instabilité d'une structure, qui soumise à un effort normal de compression, a tendance à fléchir et se déformer dans une direction perpendiculaire à l'axe de compression quand l effort devient trop important. (passage d'un état de compression à un état de flexion). 40

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42 Le risque ou phénomène de «flambement» augmente (à effort de compression fixe) avec «l élancement» de l élément sollicité. Elancement = approximativement, un rapport entre longueur et dimension transversale de l élément Luminaire élancé 42

43 «tour sans fin» et «Tour Aqbar», J. Nouvel, deux élancements 43

44 Effet 6 : la Torsion La torsion est une sollicitation liée à l application d un effort «rotatif»(«couple»ou «Moment de torsion») appliqué à l axe longitudinal d un élément. Cette sollicitation est quasi anecdotique ou peu fréquente dans les ouvrages ou parties d ouvrages construites. 44

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46 Ressorts fonctionnant en torsion : utilisation pour un rappel de mouvement rotatif. 46

47 Effet 7 : la Dilatation La dilatation consiste en une déformation (allongement) de la matière sous un gradient (différence) de température. En construction, les éléments les plus soumis à la dilatation sont ceux les plus exposés directement aux conditions climatiques (chaleur) : Tabliers de ponts, toiture terrasse. 47

48 Master AUDT 2010 UE6 * B Pilliat 48

49 Longueur initiale L Soit un élément de longueur L soumis à de la dilatation Longueur initiale L Cas 1 : la dilatation est «bloquée», l élément ne peut se déformer librement compression et flambement Cas 2 : la dilatation se fait librement mais cette déformation se répercute également au niveau des appuis ou extrémités 49

50 La dilatation doit donc pouvoir se faire librement sans pour autant générer des efforts et sollicitations parasites dans la structure Prévoir donc des joints de dilatation pouvant absorber ces déformations 50

51 Exemple : dilatation d une structure en béton armé soumise à l action d un feu de faible intensité (température béton = 120 degrés Celsius) 51

52 Master AUDT 2010 UE6 * B Pilliat 52

53 Exemple de mesure à prendre : Joint de dilatation (protégé par des grilles) aux extrémités des tabliers de pont Master AUDT 2010 UE6 * B Pilliat 53

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55 Joint de dilatation d un Bâtiment : Joint permettant les déplacements dus aux déformations thermiques sous des écarts de température. Pour un bâtiment a ossature en béton arme, la distance entre joints de dilatation varie en France de 25 a 50 m selon la région. Seules les fondations ne sont pas interrompues par ce type de joint 55

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57 Effet 8 : la Fatigue La fatigue n est pas en soi une sollicitation ; c est un phénomène pouvant conduire un élément à la rupture par l application répétitive et prolongée d une même sollicitation ou d un même mouvement. 57

58 Effet 9 : effets dynamiques En mécanique (résistance des matériaux, calculs de structures), on considère essentiellement des chargements de type STATIQUE : on étudie les effets une fois les efforts appliqués et ceux-ci n évoluant pas (intensité, direction ) avec le temps. La dynamique elle considère justement l évolution des efforts dans le temps et les effets propres induits. 58

59 6 Notions de dimensions Fonctions Gros oeuvre Actions Équilibres Effets Dimensions Il ne s agit pas ici d apprendre à dimensionner des éléments mais de comprendre certains paramètres importants tels que : Hauteur sous plafond Hauteur d étage Portée Travée Trame Files 59

60 Hauteur sous plafond, hauteur d étage Faux plafond D A B C A = Hauteur d étage B = Hauteur totale sous plafond C = Hauteur utile sous plafond D = Hauteur du plénum faux plafond E = Hauteur du plénum faux plancher Faux plancher E 60

61 Un logement comporte au moins une pièce principale, une pièce de service (soit salle d'eau, soit cabinet d'aisances) et une cuisine ou un coin cuisine aménagé dans la pièce principale (sinon c est une pièce isolée). La surface habitable d'un logement est égale ou supérieure à 14 mètres carrés, celle d'une pièce isolée à 9 mètres carrés. La hauteur sous plafond des pièces principales, des pièces isolées et de la cuisine est au moins égale à 2,30 mètres. CODE DE LA CONSTRUCTION ET DE L'HABITATION Article R111-2 La surface et le volume habitables d'un logement doivent être de 14 mètres carrés et de 33 mètres cubes au moins par habitant prévu lors de l'établissement du programme de construction pour les quatre premiers habitants et de 10 mètres carrés et 23 mètres cubes au moins par habitant supplémentaire au-delà du quatrième. Décret sur le «logement décent», Lois SRU Article 4 Le logement dispose au moins d'une pièce principale ayant soit une surface habitable au moins égale à 9 mètres carrés et une hauteur sous plafond au moins égale à 2,20 mètres, soit un volume habitable au moins égal à 20 mètres cubes. 61

62 Sofite ou Soffite : Caisson en bois, en plâtre ou en staff fixé sous le plafond. En général, il sert à masquer des canalisations. 62

63 Portée, travée Travée : Partie d une poutre ou d un plancher entre deux appui ou en porte à faux Portée : Dimension horizontale mesurée entre les points d'appui de la travée Travée en porte à faux ou console de 2,60 m de portée Travée intermédiaire de 6,00 m de portée Travée de rive 2,60 6,00 63

64 Caisson bois de plancher de grande portée 64

65 Le Pont Akashi-Kaikyō au Japon : plus grande portée au monde : m. 65

66 Une travée, dans le domaine de l'architecture, est une ouverture, un espace construit ou un élément de construction délimité par deux supports verticaux constituant les points d'appuis principaux ou les pièces maîtresses d'une construction (piliers, colonnes, arcs, fermes, poutres etc). 66

67 Exemple : portée 6.24 m de Perret. Le Havre après guerre 6,24m = portée "optimale" d'une poutre BA (distance entre axes de deux porteurs verticaux) Idée optimiser la construction (préfabrication) selon ce module. Master AUDT 2010 UE6 * B Pilliat 67

68 Les projets de bâtiments peuvent être optimisés en utilisant de plus grandes portées de pannes, avantages : Moins de poteaux intermédiaire dans les bâtiments. Moins d assemblages et de montage 68

69 Trames porteuse et files porteuses Trame porteuse : La trame porteuse est la disposition générale en plan des éléments porteurs verticaux (voiles, murs et ou poteaux) Files porteuses : Une file porteuse est la succession d éléments porteurs verticaux alignés 69

70 Exemple : la trame de parking conditionnant celle des logements «L opération est assise sur un parking souterrain ( ), les architectes ont choisi, pour la trame des logements, de s'appuyer sur la trame du parking. Simple et efficace.» Programme : 30 logements intermédiaires Surfaces : 2.450m² SHAB/ 2.700m² SHON Livraison : printemps 2009 Coût : 3,7 millions d'euros / m2 habitable 70

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72 Exemple : Trame des fenêtres bâtiments tertiaires source DGHCU C est la largeur type des fenêtres qui compose la façade du bâtiment. Cette trame est définie par les architectes afin d obtenir une efficience optimale des surfaces du bâtiment. Elle dicte le dimensionnement futur des bureaux et permet d établir une étude capacitaire du bâtiment et donc ses performances en termes d utilisation des espaces. Trame de 1.35 m : c est la trame standard des bâtiments tertiaires récents Dans cette configuration un bureau type cloisonné s implantera sur 2 trames de fenêtres (soit 2 x 1,35m = 2,70m de large) sur une profondeur de 5 m environ, ce qui donne une surface type du bureau de 13,5m² environ. Cette configuration permet d optimiser l installation d un ou deux postes de travail sans déperdition de surface. 72

73 Bâtiment haussmannien Master AUDT 2010 UE6 * B Pilliat 73

74 Tertiaire moderne Master AUDT 2010 UE6 * B Pilliat 74