30/09/2017

Vent et dynamique des structures

te%CC%81le%CC%81chargement-2.jpegLa dynamique des structures est un champ d’expertise dont la maîtrise est désormais indispensable pour tout projet de construction. Le développement de structures toujours plus légères et élancées impose en effet à l’ingénieur civil d’en connaître les principes, tout comme ceux du génie parasismique. 


Le vent et le séisme sollicitent les structures de manière horizontale et dynamique. Tous les deux font partie du thème général des dangers naturels et sont susceptibles de provoquer des dégâts catastrophiques aux constructions.

Bien qu’ils soient de nature similaire, le vent et le séisme ne sont pas traités de la même manière dans les normes en général et dans la norme SIA 261 en particulier. Le vent est considéré comme une action usuelle alors que le séisme est traité comme une action accidentelle. Par conséquent, les actions dues au vent doivent être considérées avec les autres actions dans le dimensionnement alors que le séisme est supposé agir seul et sans majoration (facteur partiel) sur les structures. Les périodes de retour sont également différentes, 50 ans pour le vent et environ 500 ans pour le séisme.

Les grandes tempêtes peuvent produire des dégâts considérables. Des dégâts catastrophiques découlent naturellement des grands cyclones tropicaux, pensons au cyclone Katrina qui a dévasté la Floride et la Louisiane en août 2005 et dont les conséquences sont loin d’être effacées. En Suisse, les quelques exemples tirés de tempêtes récentes attestent que ces dégâts ne concernent principalement que le second œuvre. Les dégâts ne sont pas seulement importants pour les constructions touchées mais sont aussi la source de débris qui vont propager les dégâts sur de grandes distances. Le cas de la tornade survenue dans la vallée de Joux en 1971 est particulier car les vitesses du vent ont, localement, largement dépassé les valeurs de dimensionnement. Il y a eu des effets de soulèvement de l’ensemble de quelques toitures et la ruine par instabilité de hangars. On observe généralement ce type de dégâts uniquement sur le passage de cyclones tropicaux. Ce phénomène est donc très rare en Suisse (la période de retour est supérieure à 100 ans).

En bref, la nature et l’ampleur des dégâts peuvent être très différentes:

  • soulèvement total ou partiel de toitures ;
  • arrachement de façades ;
  • rupture par fatigue d’éléments, ou de l’ensemble d’une construction, sollicités par des vibrations entrant en résonance avec l’action du vent;
  • dégâts secondaires induits par l’impact de débris volants emportés par le vent.

Sans-titre-298x300.jpgLa figure montre l’évolution du poids propre des constructions à travers les âges. Ce graphique montre que le XXe siècle représente un tournant dans ce domaine. En effet, grâce aux matériaux et aux techniques de construction développées depuis cette époque, le poids propre des constructions et leur élancement sont devenus tels que le vent représente une charge de dimensionnement principale. Sous cet angle, le cas de charge vent est devenu critique pour de nombreuses constructions. Il est aussi évident que la tendance à réaliser des constructions plus audacieuses ira en s’amplifiant dans le futur. Par conséquent, la connaissance des phénomènes liés aux interactions dynamiques complexes entre les turbulences du vent et les structures continueront de jouer un rôle essentiel dans la sécurité des constructions.

Lorsqu’il s’agit de constructions de grande hauteur, de ponts de grandes portées, de constructions spéciales tant par leur géométrie que par leur souplesse ou leur allongement, la question de la détermination des charges dues au vent se pose avec une grande acuité.

Le vent dans la norme SIA 261

D’une manière générale, la norme SIA 261 ne considère que des géométries simplifiées de bâtiments. Des informations supplémentaires se trouvent dans la documentation SIA D0188. De plus, la norme SIA 261 ne s’applique pas aux ouvrages exceptionnels tels que les:

  • ouvrages de géométrie particulière ;
  • ouvrages construits sur des sites exposés ;
  • structures dynamiquement sensibles (ponts haubanés et suspendus, cheminées);
  • très grandes toitures ;
  • ouvrages soumis à des interactions ou interférences avec d’autres constructions;
  • constructions dont la hauteur dépasse 200 m.

Notons que dans le cas de vents extrêmes, des objets peuvent être transportés par le vent même dans des altitudes élevées. Les façades et les fenêtres peuvent être détruites par ces objets les frappants. De tels dégâts sont constatés surtout dans les étages supérieurs d’un aménagement de bâtiment. La SIA 261 ne prévoit pas de mesures contre de tels événements ce qui signifie qu’ils sont considérés comme des risques acceptés.

A lire aussi : Séisme et dynamique des structures

Le lecteur intéressé trouvera des explications plus complètes et des compléments d’information dans le livre présenté ci-dessous.

978-2-88915-194-3-278x300.pngPour en savoir plus : C’est à l’exposé des bases théoriques et fondamentales de cette branche commune à plusieurs domaines de l’ingénierie que s’attache ce manuel, illustré de nombreux exemples d’application au génie civil. Les principes de la dynamique des structures sont tout d’abord présentés avec un, puis plusieurs degrés de liberté, à l’image de l’amortisseur à masse accordée dont le fonctionnement, reposant sur un système à deux degrés de liberté soumis à une excitation harmonique, fait l’objet d’une attention particulière. Autre point décisif de l’ouvrage: le concept de spectre de réponse, qui constitue un outil essentiel pour l’ingénieur praticien. 
Le lecteur y trouvera également un développement consacré aux actions dynamiques provoquées par le vent et les séismes, une introduction à la dynamique non linéaire, et de nombreux exemples d’utilisation de mesures de vibration insitu pour l’analyse dynamique. Enfin, l’ensemble des procédures de calcul importantes sont formulées avec les instructions du logiciel de calcul numérique MatLab. 
Une référence solide et durable pour tous les étudiants et ingénieurs praticiens en construction.

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Extrait du titre Dynamique des structures

De Pierino Lestuzzi et Ian F.C. Smith

Collection Complément au Traité de Génie Ci...

Publié aux Presses Polytechniques et Universitaires Romandes (PPUR)

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