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Les structures tendues et haubanées

Ce type de structure est très ancien. Les nomades du Maghreb ou du Moyen-Orient ont depuis fort longtemps l'usage de grandes tentes en peau. Il y a plus de vingt siècles, les Romains tendaient au-dessus des stades et des cirques d'immenses vélums en toile de lin, renforcés par des filins de chanvre et ancrés dans les maçonneries.

Différentes raisons amènent les concepteurs d'aujourd'hui à utiliser des structures tendues :

  • le développement des technologies et de matériaux légers de grande résistance : textiles divers, aluminium, plastiques armés, aciers spéciaux, titane... Ceci permet aux concepteurs de réaliser des structures et des enveloppes de plus en plus légères pour franchir des espaces toujours plus vastes. Elles apportent des satisfactions esthétiques et répondent à des besoins nouveaux : enveloppes modulables, escamotables, laissant passer la lumière et libérant les espaces courants de toute contrainte de structure ;
  • les structures haubanées constituent une excellente réponse aux reports décharges dans les meilleures conditions à des distances toujours plus importantes. C'est en véhiculant une force par tension simple que le rapport matière- prix est en effet minimal. La traction ou tension simple utilise totalement les capacités résistantes de l'acier et évite les phénomènes annexes de flambement ou de cisaillement. Cette technique permet en outre d'utiliser des matériaux incapables de résister à la compression ou à la flexion, tels que les tissus naturels ou synthétiques, qui travaillent au maximum de leur capacité à la traction.

 

Les différentes familles de structure tendue

Les structures suspendues
Une structure suspendue est une structure qui reprend le principe de fonctionnement d'une catène. L'architecture issue de la géométrie plane ou à simple courbure (arc et voûte) est remplacée par de nouvelles formes spatiales. Le sens de la courbure des câbles indique celui de la résultante des efforts qui sont repris.
Les charges à considérer sont constituées du poids propre, de la neige, de surcharges constantes ou mobiles, de certaines sollicitations du vent.

Exemple de structure à double courbure, paraboloïde hyperbolique. Arènede Raleigh Livestock réalisée en 1953 par Matthew Nowici avec l’ingénieur Fred N.Severud.

Les structures suspendues lestées
Le lest peut être en béton armé coulé sur support métallique, en bois, en résine... Il est porté par les câbles. Ceux-ci sont toujours désolidarisés du sup¬port lesté afin de permettre leur glissement et l'équilibrage des tractions. La surface de couverture peut par exemple être un cylindre parabolique. Les câbles porteurs sont alors ancrés en tête de poteaux métalliques. Les efforts de traction sont ramenés au sol par des haubans.
La surface de la couverture peut comporter deux courbures de même signe et l'on obtient alors une coque.

Les structures suspendues évoquent aussi les ponts de grande portée. Les ponts suspendus sont classés par rapport aux formes caractéristiques de la suspension (totale ou centrale). L'ensemble des charges verticales est absorbé par les câbles porteurs liés au tablier qui transmettent les charges aux câbles principaux ancrés dans les massifs de fondation. Pour des raisons de stabilité aérodynamique les formes des suspentes évoluent vers des dispositions en V ou en X qui permettent d'amortir au mieux les vibrations de la structure.
Les structures légères en câbles non lestées
Elles peuvent être réalisées avec des poutres câbles. Dans ces structures, tous les éléments sont tendus. Aucune pièce n'est comprimée ni fléchie. Toutes les sollicitations extérieures sont reprises par des câbles. Suivant les conventions :

  • le « câble » appelé « porteur » résiste aux charges de poids propre, neige, surcharges fixes ou mobiles ;
  • le câble « tenseur » résiste aux soulèvements dus à l'action du vent.

Pour certaines réalisations, on utilisera plutôt des poutres à câbles rayonnants. On reprend dans ce cas de figure le principe de fonctionnement des roues de vélo, avec des câbles tendus qui transmettent les efforts à un élément de rive en compression qui permet d'éviter la mise en place de haubans d'ancrage.

Il existe aussi les maillages ou filets de câbles. Dans ce cas de figure, les câbles sont placés suivant une seule nappe ou surface. Les câbles porteurs et les câbles tenseurs forment deux familles sensiblement orthogonales. Leurs courbures sont inverses. Cette technique a été particulièrement développée par les ingénieurs Frei Otto en Allemagne et René Sarger en France.

Différentes figures de structures légères avec des poutres à câbles « porteur » et « tenseur »

Poutre-câble à une travée.
Poutres-câbles à travées continues.
Poutres-câbles en fuseau.

Les structures haubanées

Les structures haubanées concernent essentiellement les ponts. Le haubanage est l'élément fondamental assurant le fonctionnement statique de la structure.

 Il existe trois façons de fixer les haubans en tête de pylône : en éventail, en harpe ou en semi-éventail.

Haubanage longitudinal - en éventail, en harpe et en semi-éventail

Chaque câble reprend une partie du poids du tablier (ou de la structure horizontale) et, du fait de leur inclinaison par rapport à la verticale, ils provoquent une compression dans le tablier. À noter que les efforts de compression doivent s'équilibrer, d'où la symétrie du haubanage par rapport au pylône. Ceci explique également le mode de montage usuel de ce type d'ouvrage à partir du pylône.

Couverture textile haubannée.
Pont à haubans à Seyssel.

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