Page 9 - MORPHOLOGIE DES STRUCTURES

www.academieroyale.be

INTRODUCTION

1. La morphologie structurelle

De nombreux paramètres interviennent dans la recherche de l'efficience ou dans l’optimisation d’une structure,
soumise à la gravité terrestre, sous un état de charge principal donné.
La résistance et la raideur d’une construction dépendent de sa taille et de son matériau constitutif, certes, mais aussi
de sa forme générale et de celle de ses composants. À chaque état de charge différent correspond en outre une
forme optimale différente.
La faisabilité ou le coût d’une construction sont aussi déterminés par les caractéristiques géographiques, politiques,
socio-économiques, technologiques, voire législatives du lieu.
Finalement, les performances physiques de la construction dans son ensemble, telles que la corrosion, la résistance
au feu ou les besoins physiologiques auxquels elle doit satisfaire, influencent de manière tout aussi décisive le
choix structural.
Au niveau philosophique, il apparaît cependant utile, en dépit de ces considérations, de réfléchir à la morphologie
structurelle des systèmes constructifs simples. Ceux-ci se résument à cinq types dans un espace à deux dimensions :
l'arc, le câble, la colonne fléchie, le tirant et la poutre (voir figure 1.1.).
L'arc, le câble et la poutre concernent le franchissement d'une portée.
La colonne fléchie renvoie à toutes les structures verticales reprenant des charges horizontales et verticales pour les
ramener directement au sol.
Le tirant, quant à lui, ne fait que compléter les autres types.

Figure 1.1.

La réflexion peut alors s'étendre aux systèmes composés de ces archétypes, tels que, par exemple, la structure
haubanée, le portique ou la coupole.
L'objet du présent livre est limité à l'étude du franchissement d'une portée (par certains types de poutres en treillis à
nœuds articulés, la poutre continue, prismatique ou de section variable, l'arc parabolique, le câble parabolique et la
structure haubanée), des mâts, des portiques et des coupoles de révolution. Les éléments de ces structures sont
constitués d’un matériau homogène ; ils peuvent cependant, dans leur combinaison, être de matériaux différents.
Les structures qu'ils constituent peuvent ensuite être combinées pour former des structures hybrides.
La recherche vise à limiter le volume de matière consommée par la structure et à en évaluer la raideur.
Elle trouve son origine dans l'observation que, dans certaines conditions, il est possible, pour une structure isostati-
que de géométrie donnée, de dimensions longitudinale L et transversale H, soumise à un ensemble de forces
d'intensité totale F, dont chaque élément (en un matériau homogène de module d'élasticité E) est sollicité à sa con-
trainte admissible ou convenue σ, de déterminer son volume de matière V et sa déformation maximum δ par simple
connaissance de son élancement L H . Ceci reste vrai, dans certaines conditions, pour les structures légèrement
hyperstatiques.