La mécanique statique et la mécanique des structures sont pour le dimensionnement des ouvrages ce que l’addition et la multiplication sont pour les équations mathématiques. Découvrez le rôle de ses deux disciplines dans la construction des structures qui vous entourent.
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Quelle est l’utilité de la statique et la mécanique des structures ?
La statique et la mécanique des structures expliquent les phénomènes régissant le dimensionnement des ouvrages. Ces deux disciplines permettent alors d’appréhender les ruptures ou déformations d’une construction. La statique est la science de base de la mécanique des structures. La mécanique des structures étant la science de base de calcul du béton armé, du béton précontraint, d’une charpente métallique, du bois, etc.
Une structure reçoit des charges, elle est donc sollicitée. Sous ce stress, des déformations et des fissures se produisent sur les matériaux. Il est alors primordial de réaliser une étude pour des raisons évidentes de sécurité de ces structures. L’étude de ces structures, appelées corps ou solides, peut se décomposer en trois domaines.
- la statique : étude des corps indépendamment du mouvement;
- la cinématique : analyse du mouvement d’un corps indépendamment de ses causes;
- la dynamique : étude des relations liant le mouvement du solide et sa cause.
La place de la statique dans la construction en génie civil
Une structure est victime d’efforts et de forces diverses. L’effort qui s’applique au plancher depuis une table. Cette action agit de son point d’application, jusqu’à son ou ses points de transfert à une autre structure. Tout au long de son parcours, l’action agit sur la structure et peut engendrer des désordres. L’étude du parcours de ces efforts s’appelle la descente de charge. Elle fait partie du processus d’analyse aboutissant au dimensionnement de la structure.
La statique, c’est l‘étude des conditions d’équilibre des forces appliquées aux systèmes indéformables. Une équation linéaire reliant les forces extérieures appliquées à un système matériel immobile est donnée par le théorème de la statique.
De quelle manière la mécanique des structures est-elle utile au génie civil ?
La mécanique des structures permet de prévoir l’évolution d’un ouvrage au cours du temps. On y a alors recours pour dimensionner des constructions fiables en génie civil. Pour cela, ils suivent un processus d’analyse de cinq étapes.
Étape 1 : Le dessin de la structure par l’architecte du projet de génie civil
Le dessin d’architecture est un travail d’observation et de rigueur. Il nécessite de l’attention et surtout de la patience. Ici, l’architecte dessine les lignes de construction ainsi que les détails architectoniques.
Étape 2 : Le modèle de structure par l’ingénieur civil
Cette étape permet de simuler l’évolution de l’ouvrage au moyen de calculs mathématiques et d’un logiciel. Ici, on supprime les paramètres qui ne participent pas à la résistance de la structure. C’est le cas du revêtement de sol, des faux plafonds, des cloisons, etc.
Étape 3 : L’évaluation des actions et forces agissant sur la structure et les matériaux
Selon son environnement, une structure peut être soumise à diverses contraintes. Celles-ci peuvent générer des charges positives ou négatives. Il est important de les évaluer et de les catégoriser pour un dimensionnement optimal.
Il existe deux types de charges.
- Les charges permanentes comprenant le poids des parties porteuses non porteuses. Comme parties porteuses, on retrouve les poutres et les poteaux. Les parties non porteuses quant à elles comprennent les isolants et les revêtements.
- Les charges variables constituées des charges d’exploitation et des charges climatiques. Dans les charges d’exploitation, on a le poids des personnes et des meubles. Pour ce qui est des charges climatiques, on a le poids de la neige et la contrainte du vent.
Étape 4 : L’étude des sollicitations des éléments par les ingénieurs de génie civil
Une fois que les professionnels du génie civil ont répertorié et classé les charges de la structure, ils doivent réaliser une étude. Pour cela, ils analysent le cheminement des contraintes dans la structure porteuse : c’est la descente des charges. Durant cette étape, les ingénieurs évaluent le stress subi par la structure grâce à des calculs et équations statiques. La descente des charges permet également de prévoir les problèmes engendrés par une sur sollicitation.
Étape 5 : Le dimensionnement de la structure porteuse pour le calcul des paramètres
La structure porteuse d’un bâtiment supporte la charge de sa charpente et de ses planchers. Elle comprend : les murs, les poteaux, les poutres, les dalles, les nervures, les escaliers et les linteaux. Le dimensionnement de la structure porteuse permet le calcul des paramètres tels que :
- le nombre de poutres;
- la hauteur et l’épaisseur des poutres;
- la hauteur et l’épaisseur des murs;
- la distance entre les poutres.
À l’instar des autres disciplines du génie civil, la statique et la mécanique des structures ne se limitent pas qu’à une succession de calculs mathématiques. Ces deux sciences sont liées. Par ailleurs, elles tiennent une place de choix dans le dimensionnement des systèmes qui abritent l’espèce humaine. Sans elle, les monuments dépourvus d’équilibre comme la tour de Pise seraient encore répandus.
