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Dubai Tour Burj Khalifa

Written By: Jean-Paul Cipria - août• 28•12

Dubai – Tour Burj Khalifa

Je dédie cet article à Stef, Pat, Eloïse, Noé, Augustin et Marion

L’immense tour Burj Khalifa de Dubaï m’a littéralement scotché. La forme en tréfle à trois feuilles de la base et la hauteur de 828 m dépassant très largement les gratte-ciel environnants, qui sont loins d’être petits, est extrêmement impressionnante !

Nous pouvons monter en quelques dizaines de secondes au 124 ème étage (sur 160) soit au deux tiers du skyscrapper (building). Et la vue est magnifique. Songez à sortir sur la plateforme en plein air même si la température avoisine les 40°C car le site est bien ombragé. Et pensez à faire vos photos par les claire-vues et non au travers des vitres.

Je remercie mon beau-fils ingénieur chez Besix qui m’a fourni les premiers éléments généraux techniques, ma belle-fille pour m’avoir accompagné jusqu’au pied de cette vertigineuse fusée que nous avons visitée, ma femme et moi, par une très chaude journée du mois d’août.

[tab:Structure]

of 16Dubai Tour Burj Khalifa « Sciences Appliquées

30/08/2012http://www.nanotechinnov.com/dubai-tour-burj-khalifa

Structure

Vue générale

Burj Khalifa

Autoportance

La structure est autoportante (free-standing structure). C’est à dire qu’elle n’a pas besoin de haubans ou de piles extérieures ou de renforts pour compenser les efforts longitudinaux et horizontaux.

Toute l’astuce est alors que la somme des moments des forces s’appuient, ou le mieux, suivent, les piliers les plus externes. Ceci assure le non basculement de l’édifice en dirigeant les forces parallèlement aux piliers. Ainsi très peu de couples de torsion, de cisaillement ou d’étirements (ou traction) existent. La majorité des forces s’exercent en compression. La structure est essentiellement en béton et acier – la résistance principale des matéraiux est en compression – contrairement aux ponts suspendus où les câbles possèdent leur maximum de résistance en traction.

Comme nous le verrons plus loin (Base ou Fondements) les trois ailes (Wings) contribuent à répartir les charges latérales du noyau hexagonal (hub).



Compression-traction

Exemple des différentes forces Haubans-Piles en fonction des matériaux Acier-Béton

Pont suspendu – Forces – Traction et Compression

Structures portantes

Les structures portantes sont les éléments qui assurent la rigidité mécanique de l’immeuble.

Structures portantes du passé ?

Anciennement les constructions massives en pierres de taille dépassaient rarement la centaine de mètres de hauteur. Seule une structure pyramidale permettait d’atteindre de grandes hauteurs mais au prix d’une masse énorme de matériaux. Au douzième siécle est apparue la technique des voûtes et des contre-forts de style Roman qui permettent de soutenir plus efficacement la masse de l’édifice et qui répartissent les forces horizontales. La technique des voûtes croisées de style Gothique à permis d’élever un peu plus les bâtiments en faisant supporter les forces principales sur des axes particuliers. Les cathédrales ont gagné ainsi plus de luminosité par les perçages de fenêtres sur les surfaces non-portantes.

Structures portantes d’aujourd’hui

Les anciens building sont construit autour d’une matrice de piliers (quadrillage hyperstatique) et permettent de monter des immeubles de 100 étages dans un rapport de 200 kg/m².

Les nouveau buildings sont construit autours de piliers centraux, en général évidés, qui permettent d’atteindre des hauteurs autours de 600 m. dans un rapport de 140 kg/m². Le Burj Khalifa n’y coupe pas. Les 228 m suivants sont construit en structure métalique. .



Structures Portantes

Base de fondation

La base

Base : 46 000 m3 de béton (concrete). .

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Immeuble : 110 000 tonnes – 330 000 m3 de béton. 39 000 tonnes d’acier. .

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Nous pouvons remarquer que la base est en forme d’un trèfle à trois feuilles constitué d’un socle en béton porté par trois ensembles de 64 piles de 43 m de hauteur s’appuyant sur la roche. Les piles permettent à la fois de supporter la masse du socle et de l’immeuble entier et répartissent les charges également sur des structures plus solides et élastiques en acier que le béton. L’espacement entre les piles permet les glissements de terrains meubles entre le socle et le roc.

Chaque aile, ou ‘wing’ , étaye le noyau central hexagonal ou ‘hub’et assure une rigidité en torsion élevée. Cette forme en Y s’appelle ‘buttressed core’.



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Burj Kalifa Fondation

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Orientation de la base

La structure en trèfle étant probalement orientée en présentant une arête aux vents dominants du lieu – vent de terre et de mer (voir cartes géographiques). L’arète Nord-Ouest est perpendiculaire à la côte et à la route ‘Sheikh Zayed Road’ et présente une structure en aile d’avion aux vents de mer provenants du Nord-Ouest. (CQFD).

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Orientation du Burj Khalifa



Orientation Burj Khalifa

L’axe Y du Wings Nord-Ouest est parallèle au sens du vent Mer–>Terre de Nord-Ouest.

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Diagramme de section

Forme géométrique

Critères

Les critères importants de construction en ‘extreme engineering’ pour ce type d’architecture est de tenir compte de la masse du système ou résistance des matériaux, des forces et moments des forces dues à la poussée du vent et aux mouvements terrestre comme les tremblements de terre.



Burj Khalifa – Diagramme de Section

Construction de forme

La tour est construite en technique autoportante ce qui impose une forme particulière (en flèche) par une sorte de gabarit des résultantes des moments des forces partant en exponentielle en hauteur (en z) par rapport à la base horizontale (en x). Les deux premier tiers sont constitués de béton. Le troisième est en struture métallique.

Forces maximum du vent : 3 kN/m². Vitesse maximum du vent : 250 km/h. .

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Température intérieure : Année : 22 °C. Température extérieure : Janvier 26 °C. Aout : 48 °C. .

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Puissance solaire : 900 W/m². .

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Les buildings ‘accrochés’ sur chaque aile (wing) sont disposés en progressant hélicoïdalement comme une spirale. Ceci permet à la forme de tromper le vent (confuse the wind) et éviter aux vortex de vents de se former en rencontrant tous les tiers d’immeuble une différence de forme.



Structure par étage

La strucure de forme ci-dessous associe les tranches ou tiers, les étages aux photos de l’immeuble en construction. Reconstruction de l’image par [Réf : burjdubaiskyscraper.com]. J’ai du redimensionner et assembler les photos à la main pour garder la cohérence de forme et de hauteur.



Burj Khalifa – Structure par étage

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Flèche téléscopique

La flèche (spire) télescopique est composé de plus de 4000 tonnes d’acier. Elle est construite à partir de l’intérieur du bâtiment et amenée à sa hauteur maximale de plus de 200 mètres à l’aide d’une pompe hydraulique.

Eléments de structure

http://www.burjdubaiskyscraper.com/facts.html .

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[tab:Techniques]



Techniques spéciales

Pompe à béton

Le béton est pompé jusqu’à 601 m à une pression de 200bar (200 hP). La colonne de béton représente 11 m3 d’une masse de 26 tonnes et est acheminée en 40 mn de la trémie basse à la conduite de distribution 601 m plus haut.

Béton hyper-fluide pour faciliter la mise en oeuvre (high-strength concrete). . 165 000 m3 distribué en 32 mois. .

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Masses stabilisatrices à contre-réaction

Je n’ai pas l’information des techniques utilisées dans le Burj Khalifa au sujet des stabilisations des oscillations en modes propres. Je passe en revue les deux techniques principales, passives de contre-réaction en système Masse-Ressort-Frottement.

Exemple de TMD

Amortissement des vibrations par masses stabilisatrices suspendues ou amortisseurs par masse de contre-réaction passive. (TMD : Tuned Mass Damping).

3 TMD sur le building Taipei 101.

Diamètre : 5.5 m en acier.•Masse : 662 tonnes.•Réduction d’oscillation : 40%.•

Masse à Contre-Réaction



Amortisseur à eau

Exemple : Building antisismique « One Rincon Hill » de San Francisco

195 m pour 60 étages. .

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Amortisseur à Eau

Réservoir à trois compartiments.

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[tab:Energies]

EnergiesLa gestion des systèmes du building est effectué par 7 doubles-étages de maintenance qui gèrent chacun 30 étages (BMS : Building Management System). Les systèmes de services mécaniques, électrique et de plomberie (MEP : Mechanical, Electrical and Plumbing Services) comprennent les sous-stations électriques, les réservoirs d’eau, les pompes et les unités de traitement de climatisation.

Eau

Eau potable

Le système de distribution d’eau traite 946 000 litres par jour.

Climatisation

La climatisation distribue l’équivalent 10 000 Tonnes d’eau refroidie à 0°C par 34 Km de canalisation (chilled water pipes).. Le système de récupération des condensats de climatisation récupère l’équivalent de 20 piscines olympiques d’eau en un an, ou 57 Millions de litres (156 000 litre d’eau/jour), la stocke au niveau des parkings et la redistribue dans 11 hectares de jardins (landscappings) au pied de l’immeuble.



Electricité

L’alimentation électrique est acheminée sous haute tension pour éviter les pertes en ligne puis est distribuée en basse tension.

Puissance totale : 36 MW.•

Alarmes et télécommunications.

Les alarmes sont distribuées au travers de 375 Km de fibres optiques.

Les quatre derniers étages sous la flèche sont consacrées aux télécommunications.

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[tab:Caractéristiques]

Caractéristiques principales

Géométrie

Hauteur : 828 m.•Hauteur : 2/3 béton. 1/3 acier.•Superficie : 517 240 m2 sur 104 210 m2 à la base ?•Etages : 160 étages habitables.•Visite : Au 124 ème étage.•Socle : 192 piles de 43 m de hauteur sur 1.5 m de diamètre. 90 000 tonnes de poutres en acier. 110 000 tonnes de béton haute densité à haute perméabilité. 330 000 m3.

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22 millions d’heures de travail. 7500 ouvriers.•Budget total du projet: 1,5 milliard de dollars américains. .

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Concepteurs

Projet architectural, calcul des structures et ingénierie de base de la tour : Skidmore, Owings and Merrill de Chicago (SOM)

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Ingénieur en chef pour le calcul des structures : Bill Baker.•Architecte en chef : Adrian Smith. .

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Géographie

Position géographique

Adresse : No. 1, Burj Dubai Boulevard, Dubai, United Arab Emirates. .

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Localisation terrestre (GPS) : 25° 11′ 50″ Nord = 25.197139 N

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55° 16′ 27″ Est = 55.274111 Est .

Carte géographique

http://www.mapquest.com/?q=25.196944,55.273888&zoom=7 .

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Futures tours

Jeddah Kingdom Tower – Arabie Saoudite

Hauteur : 1000 mètres.•Concepteur : Groupe Belge Besix, constructeur du Burj Khalifa . .

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Méthodes de calcul

Beam Deflection by Conjugate Beam Method

Qualitative Influence Lines using the Müller Breslau Principle :

Permet d’obtenier en un point la valeur de la flèche et de la rotation. (slope and deflection).

shear : cisaille

http://www.scribd.com/doc/7177136/BTS-Construction-Charpente

http://www.systemx.fr/meca/btsiut/methode_coupures.pdf

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[tab:Galerie]

Galerie



Orientation du Burj

Khalifa

Orientation Burj Khalifa

Burj Kalifa Fondation

Burj Khalifa –

Diagramme de Section

Structures Portantes

Masse à Contre-

Réaction

Amortisseur à Eau

Burj Khalifa

Pont suspendu – Forces

– Traction et Compression

Burj Khalifa – Structure

par étage

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[tab:Réf.]



RéférencesSite officiel : http://www.burjkhalifa.ae/ .

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Architectes SOM : http://www.som.com/ . Etapes de construction SOM : http://www.som.com/local/common/modules/gallery/dsp_image_gallery.cfm/burj_khalifa?galleryCategoryId=505281 .

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Eléments de structure photo : http://www.burjdubaiskyscraper.com/facts.html .

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Elément de structure explications : http://023app47.guardian.com/oracleprd/groups/sunguardeurope/documents/web_content/gi_01603.

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Extreme engineering : http://www.benoitmichel.be/extreme/Cours_EE_2011.pdf .

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Construction : http://www.constructionweekonline.com/article-7400-how-the-burj-was-built/1/print/

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Acronymes

BMS : Building Management System.

MEP : Mechanical, Electrical and Plumbing

SOM : Skidmore, Owings & Merrill LLP.

TMD : Tuned Mass Damping

Clefs

skyscrapper , gratte-ciel

Extreme Engineering

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[tab:END]

Jean-Paul Cipria – 28/08/2012



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