Grand oral du bac : LES GRATTE-CIEL
Publié le 28/01/2019
Extrait du document
Pour pallier ces problèmes, des mesures sont prises pour limiter au sommet du gratte-ciel l'effet du vent. Une solution consiste à installer de lourdes masses qui coulissent sur des rails. Lorsque le toit s'incline, celles-ci se mettent à bouger avec un temps de retard du fait de leur inertie. Lorsque le bâtiment se redresse en sens inverse, les masses coulissantes se retrouvent à contresens du mouvement du gratte-ciel et limitent ainsi l'ampleur du balancement. Cet effet de contrepoids inertiel limite les vibrations de la structure. Le vent n'a passeulement un effet notoire sur la structure d'un gratte-ciel: il se manifeste autour et à l'intérieur du bâtiment. On a déjà vu que les rues étroites entre les gratte-ciel amplifient la vitesse du vent. Or, non seulement l'ensemble de l'édifice peut osciller, mais les piétons qui empruntent ces rues peuvent être littéralement balayés parl'accélération d'un courant d'air.
La lutte contre les courants d'air
Ces vents violents affectent l'intérieur d'un gratte-ciel quand ils parviennent à s'engouffrer dans les bouches d'aération ainsi que dans les cages d'escaliers (dont la présence est obligatoire) et d'ascenseurs, où ils entraînent d'importantes perturbations. C'est pour cette raison que, dans de nombreux cas, les cages d'ascenseur ne parcourent pas toute la hauteur du bâtiment mais s'arrêtent à mi-hauteur, une correspondance sur le palier donnant accès à une cage indépendante afin d'accéder aux étages supérieurs. De la sorte, la colonne d'accès que la cage d'ascenseur offre à l'air infiltré est réduite dans sa hauteur -et donc
sécurité de surveiller étroitement le flot des visiteurs et de prévenir les vols et les attentats, bien que l'explosion, en 1993, d'une bombe dans le sous-sol du World Tracte Centre à New York - heureusement sans conséquences catastrophiques-en démontre les limites.
Un autre risque majeur est celui posé par les incendies. Le nombre de personnes à évacuer en cas d'alerte étant de plusieurs milliers, il ne peut y avoir de solution rapide et efficace. Aussi, les responsables de la sécurité se tournent-ils vers des stratégies actives pour tenter de maîtriser tout début d'incendie. Les gratte-ciel sont ainsi équipés d'extincteurs automatiques en réseau, alimentés par de volumineux réservoirs aux étages supérieurs. Ces extincteurs sont mis en marche automatiquement par des capteurs de fumée ou de chaleur, à la moindre alerte. Les systèmes de lutte anti-feu comprennent aussi des cloisons qui séparent la structure des pièces en cellules indépendantes et évitent la propagation des incendies. De même, les ascenseurs sont alors arrêtés et leurs portes condamnées. Les dispositifs de contrôle n'ont pas seulement pour but de prévenir les accidents dans les tours. Ils régulent aussi l'éclairage et le chauffage des locaux et permettent d'économiser de l'énergie, en utilisant des pompes à chaleur et des climatiseurs.
Les tours sont des lieux de travail mais aussi de logement et de loisirs: de nombreux gratte-ciel offrent à tous leurs résidents des espaces verts agréables, des surfaces de jeu pourvues d'agrès, des piscines et des salles de gymnastique ainsi que des supermarchés et des cinémas.
«
Les
gratte-ciel
record absolu devint la propriété de l'Empir e
State Building, à New York, qui affichait 381 m de
hauteur pour 102 étages (448 men comptant les
67 m de l'antenne de télévision).
En 1995, trois des six gratte -ciel les plus hauts
du monde se trouvent à Chic ago et deux à New
Yo rk.
D'au tres villes d'Amérique du Nord sont
connue s pour leurs gratte -ciel telles que
Los Angeles, Houston, Dallas, Seattle et Toronto.
À l'ét ranger , Hong Kong, Pékin, Tokyo et Sing a
pour ont multiplié les gratte -ciel afin de loger leur
population et leur s activités de bur eau en expan
sion continuelle, mais aussi en raison de l'exi
guïté de leurs territoir es et de la croissance de
leur population.
La limi te de la hauteur
Des considérations, d'ordre strictement tech
nique, finissent néanmoin s par instituer des
lim ites aux hauteurs que peuvent atteindr e les
gratte-c iel.
Il s'agit tout d'abord de facteurs stricte
ment géologiques : la natur e et la stabilité du
sous-sol déterminent les charges qui peuvent être
supportées.
Deux exemples éclairent bien cet
asR ect: les villes de New York et de Londres.
A New York, sur l'île de Manhattan, le socle gra
nitique affleure en surface et, en vertu de sa résis
tance et de sa rigidité, les gratte-c iel peuvent être
construits en très grand nombre sans risque de
gl isse ment de terrain ou d'affaisse ment du sol.
Londres, en reva nche, est bâtie sur de l'argile très
malléa ble: ce type de terrain instable ne saurait
supporter des édifices de plus de soixante étages.
Le second facteur important est d'ordre clima
tique.
Lorsqu'un vent violent fouette un gratte
ciel, il exerce sur ses parois une poussée qui peut
atte indr e 15 000 tonnes dans le cas des ouragans
et des cyclones les plus violent s.
En hauteur , ces
forces atmosphériques exercent un effet de levier
sur l'ensemble de la structur e, d'autant plus fort
que l'édifice est élevé.
La pous sée augmente, en
effet, selon le carr é de la hauteur (puisque la
pous sée s'exprime par unité de surface).
C'est
ainsi que doubler la hauteur d'un gratte -ciel équi
vaut à quadrupler la poussée d'un vent de fac
teur quatre.
Les architectes se retr ouvent confron
tés à des exigence s impér atives de stab ilité, d'an
crage en prof ondeur et de solidité des fondations
ainsi que de matériaux.
.......
Des béliers
mécaniques
sur le site
de construction
d'une tour.
Les pilotis
des fondations,
enfoncés par
les béliers, sont en
acier: ils serviront
à transférer
la char ge du futur
bâtiment à la roche
dure, en profondeur.
' La structure
d'une tour est
fa ite d'un treillis
de pylônes d'acier:
ce type de charpente
offre une bonne
répartition des
char ges, tout en étant
bien plus léger
qu'une structure
en murs pleins.
Le troisième facteur à considérer est l'accès
aux étages.
Bien que l'ascenseur ait apporté une
premièr e solution efficace à ce problème, il a des
limit es.
En effet, plus un gratte-c iel est haut et
peut loger une foule nombr euse, plus les ascen
seur s sont sollicit és et les files d'attente rédhibi
toir es.
Pour pallier ce goulot d'étranglement, les
architectes sont obligés de multiplier le nombr e
d'a scenseurs en fonction de la hauteur du bâti
ment, ce qui a pour résu ltat d'augmenter la surfa
ce d'en combrement au sol de ceux-ci.
Propor
tionnellement à l'ensemble, cette surface peut
deven ir exagérée.
Po
ur tou tes ces raisons, les plus hauts gratte
ciel plafonnent à des hauteurs limites qui ne
dépassent pas quatre cent cinquante mètres à
l'heur e actuelle.
Vents et pressions
Outre la force de levier qu'il exerce sur les gratte
ciel, le vent provoque également d'important es
vibr ations.
I.:effet est particul ièrement fort lorsque
les gratte-c iel sont serrés les uns contr e les autres
et que le vent s'engou ffre dans les rues étroites
qui les séparent.
La vitesse et les variations
cycl iques du courant d'air coïnciden t parfois
avec la fréq uence de réso nance du bâtiment,
c' est-à -dire la fréquence à laquelle celui-ci a le
plus tendance à vibr er.
Le principe est similair e à
celui de la balançoir e : si l'on exerce une pres
sion sur la balançoir e en étendant les jambes au
bon moment du mouvement, l'oscil lation du
mobile ira s'accentuant jusqu'à prendre une forte
ampleur.
Le vent peut, de même, amplifier l'oscil
lation d'un gratte-ciel jusqu'à ce que ses occu
pants en perçoivent les effets.
Dans les cas de résonance structurelle grave, le
bâtiment subit des domma ges.
En 1974, la tour
John Hancock, de Boston, haute de 60 étages,
souffrit, lors d'une bourrasque, d'un cycle d'oscil
lations dévastateur qui fit éclater les vitres de la
façade.
En effet, lorsqu'elle se penchait dans un
sens, la tour voyait l'une de ses faces se bomber
et se dila ter sous l'effet de la cour bure : les vitres
étaient descellées par l'expansion et s'arra
chaient de leur cadre.
Lors de son balancement
dans l'autre sens, le gratte-c iel compr imait au
contr aire la façade, écrasant toutes les vitres qui
n'a vaient pas encor e été 'éjectées..
»
↓↓↓ APERÇU DU DOCUMENT ↓↓↓
Liens utiles
- Grand oral du bac : Arts et Culture L'ART DE LA PHOTOGRAPHIE
- Grand oral du bac : Arts et Culture LE BAUHAUS
- Grand oral du bac : Arts et Culture LE BAROQUE
- Grand oral du bac : WALT DISNEY
- Grand oral du bac : GEORGE ORWELL