Tpe seisme (non fini, non corrige !)

Pages: 11 (2501 mots) Publié le: 30 janvier 2012
2) Tokyo
I- Résistance au vent
Les gratte-ciel ont atteint avec le temps des hauteurs vertigineuses. Mais un nouveau facteur freinant cette ascension vers le haut vint alors apparaître. Ce sont les intempéries, les conditions météorologiques.
* Comment lutter contre le vent ?
Nous allons voir à quelle force sont exposés les hauts gratte-ciels avec des vents forts. Une formule existe pourcalculer de manière « simple » cette force.
La force exercée par le vent se calcule de la façon suivante :
ρ air : masse volumique de l’air
Cx : coefficient de trainée
v : vitesse du vent (en m.s-1)
S : surface en m²
Le coefficient de trainée varie selon l’aérodynamisme du bâtiment. Nous prendrons pour effectuer les prochains calculs un coefficient de trainée égale à 1 pour une tour de formeclassique : une forme cubique.
La masse volumique de l’air est égale à 1,184 kg/m3 à des conditions standards de température et de pression.
Prenons une tour des tours du World Trade Center : 417m de haut et de 63.4m de large, soit une surface de 26 437,8m² pour un vent de 130km/h (=36 m/s), par exemple lors de fortes rafales. Le vent agira de sur le pan du gratte-ciel en face de lui.
F =½ x 1,184 x 1 x (36)² x 26 437,8
F = 20.4 x10⁶ N
Nous pouvons constater que cette force est loin d’être négligeable lors de la construction d’un gratte-ciel.
1- Comment alors pouvons-nous renforcer le gratte-ciel et ainsi éviter le risque d’effondrement du à ces rafales ?
Dans les débuts de la construction de buildings, ceux-ci n’étaient pas assez haut pour que les architectes n’aientbesoin de prendre en compte ce problème. En effet les effets du vent deviennent important qu’à partir d’une certaine hauteur, cela pour deux raisons : nous l’avons vu avec la formule plus haut, ils dépendent de la superficie du building, or comme celle-ci est proportionnelle à la hauteur, plus le building est haut, plus il est vulnérable. Deuxième raison, plus on s’élève et plus les ventsdeviennent violents et donc leur vitesse aussi.
Un facteur autre que la résistance du bâtiment face le vent entre en compte. Ce facteur est toujours liée au vent, mais cette fois ci c’est ça direction et moins sa force qui joue sur le gratte-ciel.
Pour mieux comprendre comment ce facteur intervient, nous allons observer ce phénomène sur quelque chose de beaucoup moins grand. Un camion. Lorsque celuiroule l’air s’écoule de chaque côté du camion. Un camion n’étant pas réputé pour son aérodynamisme, lorsque l’air arrive à la fin de la remorque il se forme un vortex. C’est un effet particulier du vent : lorsque le camion s’est déplacé il a formé une dépression derrière lui. Le l’air qui s’écoulait le long de celui-ci au moment où il atteint cette zone de dépression essaie de le remplir. Ainsil’air forme un « mini cyclone » qui, si le vent est assez violent, peut faire bouger la remorque de gauche à droite. Ce phénomène s’applique aussi aux bouts des ailes d’un avion. Il s’applique à tout ce qui est soumis à un vent. Plus le coefficient de trainée est faible, moins on en ressent les effets. Mais sur une tour carré, où le coefficient atteint 1, ce sont ces vortex qui sont principalement lacause de l’oscillation que l’on peut ressentir en haut d’un building.

Schéma de squelette externe
2- Comment éviter que ces vortex ne se forment ?
D’une part la forme d’un gratte-ciel peut réduire considérablement sa contrainte de traînée face aux vents, réduisant ainsi la force de pression du vent sur la tour. C’est l’aérodynamisme de l’édifice qui fait varier ce coefficient. En effet cecoefficient va par exemple être très faible pour une aile d’avion (0,005 à 0,010). Ainsi, certains nouveaux gratte-ciel ont une forme « aérodynamique » préférée à une forme classique (parallélépipède rectangle) possédant un fort coefficient de traînée.
D’autre part, la taille de sa base et la différence de surface entre la base et le sommet jouent un rôle sir l’oscillation de la tour. En...
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