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Analyse structurelle d’un ouvrage vernaculaire

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Définitions

• Structure : Construction, disposition et assemblage des éléments qui forment l’ossature d’un bâtiment

• Enveloppe : Ensemble des éléments de construction qui constitue la peau, la partie visible de la construction, l’interface avec l’extérieur

• Espace : Volume intérieur, délimité par l’enveloppe et organisé par les éléments qui le fractionnent ou non

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Analyse structurelle

• Objectif : comprendre le fonctionnement et les particularités de la structure porteuse

• Moyens : Répertorier les actions (forces) agissant sur la structure

• Suivre le cheminement des forces au travers de la structure jusqu’aux fondations

• Déterminer les sollicitations (M, N, V) dans les éléments de la structure

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Lire l’environnement• Objectif :

– répertorier les actions sur la structure

– comprendre le comportement du sol

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Lire l’environnement•

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Lire l’environnement•

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Les actions

• Poids propre

• Surcharges utiles

• Effets climatiques

• Poussée des sols

• Actions accidentelles

• neige

• vent

• température

• gel

• choc

• explosion

• incendie

• séisme

• phénomènes géologiques

• personnes et biens

• animaux

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Actions – les forces

?

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Les effets thermiques

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Actions : maison islandaise

• Poids propre– structure en bois

– façades pignons en bois non porteuses

– planchers en bois

– murs en pierre

– toiture en bois, couverte de terre

• Surcharges utiles– à l’étage : personnes et mobilier

– au rez : bétail

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• Effets climatiques– fort contraste thermique– parties isolées (toiture, parois latérales)– utilisation de la chaleur produite par le bétail– Neige (froid, mais isolant)– gel du sol (permanent : pas de fondation, mais

couche isolante : macadam)– vents forts

• Poussée des sols– remblai latéral– remblai arrière

• Actions accidentelles– séisme

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Système statique

• Un ou plusieurs modèles

• Simplifier le comportement de la structure

• Modèle pour :– Eléments structuraux (poutres, colonnes,

tirants,…)

– liaisons (articulations, encastrements,…)

– Appuis (fixes, mobiles,…)

– Actions

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Système statique

• Sens porteur principal

Soutirant ou button ou

les deux

Quel type de liaison ?Reprend-elle la traction ?

Contreventement ?

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Système statique

• Sens porteur principal et secondaire

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Typologie des porteurs

• Structures linéaires– Eléments tendus (tirants)– Eléments comprimés (et tendus) (colonnes)– Eléments fléchis (poutres)– Eléments sous sollicitations combinées

• Structures à deux dimensions fléchies– Dalles isotropes– Dalles orthotropes (grilles de poutres)

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• Structures à deux dimensions tendues ou comprimées– Toiles (tendues)

– Coques voutées (comprimés)

– Voiles (comprimés et tendus)

• Structures à trois dimensions– Structures de masse

par exemple : barrages

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Éléments structurels : maisons islandaises

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Éléments structurels : détail

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Éléments structurels : maisons islandaises

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Typologie des assemblages

• Assemblages par contact– imposent un effort de compression

par exemple embrèvement

– simple à réaliser

• Assemblages articulés– traction, compression effort tranchant

– impliquent une construction plus difficile àréaliser (tenons-mortaises)

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Typologie des assemblages

• Assemblages encastrés– nécessitent des moyens importants

– éléments métalliques à intégrer

• La typologie des assemblages est très marquée par le choix des matériaux de construction

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Assemblages : maisons islandaises

Assemblages par contact (simplicité)

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Les matériaux de la structure

• Typologie principale – Bois, végétaux en général– acier– Béton– Pierres naturelles– Mortier à base d’agile (pisé, adobe,…)

• ou combinaison : mixte– bois - béton– béton - métal

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Les matériaux de la structure

• Utilisés selon des critères – de disponibilité (et donc de coût)

– de résistance

– de durabilité

– de caractéristiques physiques• isolation thermique

• perméabilité

• …

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Les matériaux : maisons islandaises

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Les fondations et appuis

Besoin de fondation ?Type de solPoids de la constructionConditions météo variablesNécessité de s’éloigner du sol

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La stabilité structurelle

• La stabilité structurelle est le propre d’une structure qui n’est pas un mécanisme.

• En pratique, on le réduit à la capacité àreprendre les forces horizontales

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La stabilité structurelle

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Analyse

• Conduire les actions de leur point d’application au sol de fondation

• Analyser tous les éléments structurels de ce cheminement

• Analyser tous les passages d’un élément structurel à l’autre (assemblages)

• Evaluer différentes hypothèses de systèmes statiques

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Conclusion

• De « simples » constructions conduisent parfois à des modèles structurels complexes

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Analogie

• Approche absolument identique de l’ouvrage

• Comparaison – systèmes statiques

– matériaux

– assemblages

– …

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Analogie thématique

Analogie de fonctionnement structurel