Les ingénieurs en structure utilisent souvent les termes « charges mortes » et « charges vives ». Comprendre la différence entre ces deux types de charges est essentiel pour maintenir la stabilité et l’intégrité structurelle des constructions en acier. Ces notions permettent de mieux concevoir un système de structure en acier sur mesure.
Dans cet article, Xinguangzheng examinera en détail la différence entre les charges vives et les charges mortes afin de vous aider à mieux comprendre ces concepts.
Charges vives contre charges mortes
Lors de la conception d’une structure en acier, il est essentiel de comprendre les différents types de charges structurelles. En général, on distingue trois types principaux de charges : les charges verticales, les charges horizontales et les charges longitudinales. Chacune de ces catégories peut être subdivisée en plusieurs types. Aujourd’hui, nous allons discuter des charges vives et des charges mortes, qui sont toutes deux considérées comme des charges verticales majeures.
Charge morte
La première charge verticale à considérer est la charge morte. Ces charges sont toujours présentes dans le bâtiment et ne bougent pas. Dans la plupart des cas, les charges mortes sont les forces exercées sur la structure par des éléments fixes tels que les murs, les éléments structurels ou les équipements permanents. Cette catégorie inclut généralement toutes les poutres, toitures, supports, murs et autres éléments structurels. À moins que la structure du bâtiment ne soit modifiée, la charge morte reste constante.
Caractéristiques des charges statiques
- Poids fixe : Les charges statiques ne changent pas au fil du temps, sauf en cas de modification de la structure du bâtiment.
- Permanentes : Les charges statiques comprennent le poids des composants de construction et des parties intégrées de la structure.
- Distribution verticale : La gravité agit sur les charges statiques en les tirant vers le bas, exerçant une pression constante sur les composants du bâtiment.
Exemples de charges mortes
- Poids propre des éléments structurels tels que les murs, les briques, les poutres et les colonnes.
- Installations fixes, comme les systèmes CVC (chauffage, ventilation, climatisation), la plomberie et les câblages électriques.
- Matériaux de revêtement de sol, comme l’acrylique, les carreaux et les panneaux de bois.
- Toitures et leurs revêtements.
- Extérieur d’un bâtiment, comme la peinture, le plâtre et les bardages.
Avant d’introduire des charges vives dans un bâtiment, il est crucial d’estimer correctement la charge morte. Lors de ces estimations, on oublie souvent d’inclure les installations comme les systèmes CVC, les systèmes de plomberie ou les ascenseurs. Pourtant, ces éléments ont un impact significatif sur les calculs.
Charge vive
La charge vive, également appelée charge imposée, correspond aux charges temporaires ou mobiles exercées sur un bâtiment par des personnes, des meubles, des véhicules ou d’autres facteurs de courte durée. Contrairement aux charges mortes, les charges vives peuvent varier dans le temps, ce qui peut créer des forces dynamiques sur la structure. Les ingénieurs doivent prendre cela en compte pour garantir la sécurité et la durabilité de leurs conceptions.
La taille et la position des charges vives changent avec l’usage du bâtiment et les activités qui s’y déroulent. Par conséquent, le plancher doit être conçu pour supporter aussi bien des charges lourdes uniformément réparties que des charges lourdes concentrées. En pratique, un plancher ne supporte jamais la charge maximale à tout moment, permettant une certaine flexibilité dans la conception des colonnes, des murs porteurs, des supports et même des fondations.
Caractéristiques des charges vives
- Amplitude variable : L’intensité d’une charge vive dépend du nombre de personnes utilisant la structure et du poids qu’elles transportent. Par exemple, un bâtiment résidentiel supportera des charges différentes de celles d’un bâtiment commercial.
- Non fixes : Les charges vives varient en fonction des déplacements des personnes et des activités.
- Distribution dynamique : Les charges vives peuvent agir en différents points et se déplacer dans la structure, ce qui entraîne des variations des forces exercées sur différentes parties de la structure.
Exemples de charges vives
- Personnes habitant ou travaillant dans des bâtiments résidentiels ou commerciaux, ainsi que leurs meubles.
- Véhicules, comme les voitures et camions, sur les routes, les parkings et les ponts.
- Marchandises et entreposage dans les hangars.
- Outils et machines dans les bâtiments industriels.
- Accumulation de neige sur les toitures, également appelée charge de neige.
Différence entre charges vives et charges mortes
- Nature : Une charge morte est un poids fixe qui ne bouge pas. Une charge vive est un poids mobile ou temporaire.
- Taille : Une charge morte est généralement plus importante qu’une charge vive, car elle inclut le poids propre de la structure. Une charge vive correspond à des charges temporaires appliquées à la structure.
- Relation avec le temps : Une charge morte reste constante, tandis qu’une charge vive varie en fonction des activités et du nombre de personnes présentes dans le bâtiment.
Il est essentiel de connaître les valeurs des charges vives et mortes avant de commencer tout projet de construction. Ces données influencent directement les coûts de construction, car elles déterminent les matériaux nécessaires. Par exemple, utiliser du béton au lieu de l’acier ou du bois peut augmenter les coûts.
Pour calculer la charge structurelle d’une construction en acier, il faut connaître les limites de charges et les charges admissibles dans la région où le bâtiment sera construit. Ces valeurs sont souvent alignées sur le Code Résidentiel International (IRC).
Enfin, il est primordial de vérifier les codes de construction locaux avant de débuter le projet. Ceux-ci peuvent inclure des normes spécifiques pour les charges vives et mortes. Ce qui est faisable dans une région peut ne pas l’être dans une autre. Prendre en compte ces détails est crucial pour garantir que la structure passe l’inspection.
Facteurs à considérer lors du choix du code de construction à suivre pour le projet
Quel est le type d’utilisation du bâtiment ?
L’utilisation prévue d’un bâtiment détermine les valeurs des charges structurelles à prendre en compte. Par exemple, un atelier métallique avec beaucoup de machines nécessite des valeurs plus élevées pour les charges vives. En revanche, un bâtiment destiné au stockage de foin ou d’aliments pour animaux nécessitera des valeurs significativement plus faibles. L’ingénieur structure doit donc adapter la conception de la structure en fonction de l’utilisation prévue du bâtiment.
Quels matériaux peuvent supporter les charges statiques ?
De nombreuses maisons sont construites en bois. Cependant, la plupart des bâtiments commerciaux sont construits en acier, en béton ou en bois. Pour les bâtiments de grande taille, il est préférable d’utiliser des structures en acier. Cela s’explique par les nombreux avantages offerts par l’acier, tels que :
- Une haute résistance.
- Un faible poids.
- Des délais de construction réduits.
- Une rentabilité accrue.
- Une grande flexibilité de conception.
Quelle est la conception des charges vives ?
L’ingénieur structure doit comprendre les exigences en matière de charges vives pour la structure en cours de construction. Cela l’aide à choisir les matériaux les mieux adaptés. En effet, les charges vives d’une maison sont très différentes de celles d’un centre commercial en acier. Il est également essentiel de se rappeler que différentes pièces auront des charges vives différentes. Il est donc utile de connaître la fonction prévue de chaque pièce avant de commencer la construction.
Ce qu’il faut faire pour utiliser les tableaux de portée
- Analyser le plan pour identifier la portée et la distance entre chaque point d’appui.
- Vérifier le code afin de déterminer les limites pour les charges mortes, charges vives, charges de neige, et même les déformations.
- Sélectionner le tableau de portée approprié.
- Faire correspondre vos conditions de conception avec les plages indiquées dans le tableau pour trouver les valeurs minimales de Fb et E.
- Choisir la classe de matériau dans la liste des valeurs du tableau de conception.
- Calculer la compression perpendiculaire en fonction des valeurs de conception du tableau.
- Vérifier les chiffres sélectionnés aux étapes 5 et 6 pour s’assurer qu’ils sont corrects et cohérents.
Quelques valeurs de charges vives du Code Résidentiel International :
- Balcons extérieurs : 60 lb/ft²
- Terrasses : 40 lb/ft²
- Garages pour voitures particulières : 50 lb/ft²
- Combles sans rangement : 10 lb/ft²
- Chambres à coucher : 30 lb/ft²
- Pièces autres que les chambres : 40 lb/ft²
Ces charges vives représentent les valeurs minimales qui doivent être réparties uniformément dans ces zones.
Si les valeurs correctes des charges vives et mortes ne sont pas utilisées, le bâtiment peut devenir dangereux. Un bâtiment conçu pour supporter ces charges peut tout de même s’effondrer avec le temps si les règles ne sont pas suivies. Il est également impossible d’assurer la sécurité des occupants dans des bâtiments où ces normes ne sont pas respectées.
Beaucoup pensent que les bâtiments sont stables, quel que soit le matériau utilisé. Cependant, sans des matériaux adaptés pour résister aux charges mortes et vives, les structures peuvent devenir instables et inhabitables. Par exemple, un entrepôt en acier nécessite des matériaux spécifiques pour garantir sa solidité face à ces charges.
De nos jours, les bâtiments contiennent plus d’objets qu’autrefois, ce qui augmente les charges. Il est donc crucial de s’assurer que les structures sont conçues pour éviter tout effondrement. Bien que les charges mortes et vives aient pu sembler secondaires auparavant, il est temps d’en comprendre l’importance pour garantir des constructions sûres et durables à l’avenir.
En suivant ces principes, vous contribuerez à la construction de bâtiments plus sûrs et mieux adaptés aux exigences modernes.
Résumé
Lors de la construction d’une structure, les ingénieurs en structure prennent en compte à la fois les charges mortes et les charges vives. Cela garantit la sécurité de la structure et évite son effondrement. Les charges mortes déterminent la solidité et la stabilité que la structure doit atteindre. Les charges vives, quant à elles, influencent la conception et l’utilisation du bâtiment. Pour tenir compte des facteurs inconnus et des variations des charges vives, le processus de conception doit inclure un facteur de sécurité adéquat.
En résumé, les notions de charges mortes et de charges vives sont essentielles en ingénierie structurelle. Le poids permanent d’un bâtiment et de ses composants correspond aux charges mortes, tandis que les charges variables à court terme imposées par les occupants ou les objets sont appelées charges vives.