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Le secret de la conception à l'état liminal : comment garantir que la sécurité des bâtiments ne soit plus un problème ?
En ingénierie des structures, la conception aux états limites (LSD), également connue sous le nom de conception à facteur de charge et de résistance (LRFD), est une méthode spécifiquement utilisée pour garantir la sécurité des bâtiments. Cette méthode peut non seulement améliorer la sécurité globale de la structure, mais également optimiser l'utilisation des ressources, offrant ainsi une solution de conception plus efficace pour les bâtiments modernes.
L'état limite fait référence à une condition limite qui dépasse ce que la structure peut supporter. Lorsque la structure atteint cet état, elle ne répond plus aux normes de conception pertinentes.
L'idée de base de la conception à l'état liminal est de combiner la résistance et la durabilité de la structure et de garantir qu'elle ne provoque pas d'inconfort lors d'une utilisation quotidienne. Cette méthode de conception doit d'abord répondre à deux critères principaux : l'état limite ultime (ULS) et l'état limite de service (SLS). Ces deux normes garantissent que les structures conservent leur sécurité et leur fonctionnalité lorsqu'elles sont soumises à des charges prévues.
État ultime (ULS)
La définition des états limites couvre les situations dans lesquelles une structure peut être confrontée à une déformation excessive ou à un quasi-effondrement. Dans cet état, le comportement plastique et la déformation résiduelle de la structure doivent souvent être pris en compte. Les conditions de calcul de l'état limite sont une considération clé dans le processus de conception. La structure doit répondre aux exigences correspondantes de résistance et de stabilité sous la charge de conception.
Une structure qui répond au critère de l'état limite signifie que, après calcul par la formule, toutes les contraintes de flexion, de cisaillement, de traction et de compression sont inférieures à la valeur de résistance calculée.
Dans cette conception, les concepteurs utilisent des facteurs d'amplification pour prendre en compte les différentes charges exercées sur la structure et jugent la sécurité de la structure en comparant ces charges et résistances.
État limité du service (SLS)
En plus de vérifier l'état limite, le calcul de l'état limite de service (SLS) est tout aussi important. Cette norme exige que les structures fonctionnent correctement sous les charges quotidiennes sans causer d'inconfort aux utilisateurs. Les inspections SLS couvrent une variété de variables, telles que les limites de contrainte, les limites de déformation et la flexibilité structurelle.
Le comportement structurel doit respecter les normes d'état limite de service pour garantir confort et sécurité dans l'usage quotidien.
Développement des coefficients de charge et de résistance
Dans la conception aux états limites, les coefficients de charge et de résistance sont déterminés sur la base de statistiques et de probabilités de défaillance prédéfinies. Cela signifie que les concepteurs doivent prendre en compte la variabilité de la qualité des matériaux et son impact sur la stabilité structurelle. Différents matériaux tels que le bois, le béton et l'acier auront des coefficients différents. Cette méthode de conception améliore la sécurité globale de la structure.
État de mise en œuvre dans divers pays
Dans de nombreux pays, la conception aux états limites a remplacé la conception aux contraintes admissibles (ASD) traditionnelle. Par exemple, en Europe, selon la norme des Eurocodes de l'UE, la conception structurelle est basée sur la conception à l'état limite. Cependant, aux États-Unis, l’adoption de la conception par états limités a été relativement lente, et la plupart des codes du bâtiment incluent encore les méthodes LRFD et ASD.
Par exemple, le code du bâtiment ACI 318 de l'American Concrete Institute adopte explicitement la conception à l'état limite, tandis que d'autres normes conservent toujours l'ancienne méthode de conception aux contraintes admissibles. Une telle situation a déclenché de nombreuses discussions en termes de sécurité et d’efficacité des structures.
Bien que la conception par États limités soit considérée comme une approche de conception plus moderne, sa mise en œuvre aux États-Unis se heurte à certains défis.
Dans l'ensemble, la conception aux états limites, en tant que méthode de conception plus scientifique, joue un rôle important dans la promotion du développement de l'industrie de la construction actuelle. Cela améliore non seulement la sécurité de la structure, mais optimise également dans une certaine mesure l'allocation des ressources de la conception. La conception des futurs bâtiments dépendra-t-elle entièrement de cette approche, largement utilisée dans tous types de projets ?
