Priorité: rédaction!

Après toutes les recherches qui ont été effectuées dans les dernières semaines, notre équipe PAAF se concentre maintenant presque exclusivement sur la rédaction du travail final. Ces temps-ci, cela se fait davantage de façon individuelle. De plus, notre équipe travaille sur la conception d'un dépliant bilingue. Celui-ci sera bientôt achevé.

Bonne fin de journée à tous !

Les gratte-ciel les plus hauts du monde

Jusqu'à maintenant, la plupart des articles contenus dans ce blog abordent les contraintes reliées à la construction des gratte-ciel ainsi que les solutions qui s'y rapportent. Ce qui montre sans aucun doute la réussite du travail des ingénieurs et des constructeurs constitue leurs réalisations. Voici donc un article sur les gratte-ciel les plus hauts du monde construits jusqu'à aujourd'hui.

La tour la plus haute du monde n'est plus un secret pour nos lecteurs puisqu'elle est fréquemment citée en exemple. Il s'agit évidemment de la Burj Khalifa, à Dubai. Cette tour haute de 828 mètres abrite un hôtel Armani, des bureaux et des appartements de prestige depuis 2010.

http://projets-architecte-urbanisme.fr/tour-burj-khalifa-dubai-fermeture-travaux/

Ensuite, la deuxième tour la plus haute du monde est la Taipei 101, à Taiwan. Celle-ci avait été nommée lorsque le Tuned mass damper avait été expliqué dans un des premiers articles du blog. Effectivement, ce gratte-ciel d'une hauteur de 509 mètres, soit 101 étages, possède un des plus gros oscillateurs accordés et amortis de la planète.

http://funver.com/component/content/article/65-headline/360-taipei-101.html

http://www.imaginationstationtoledo.org/content/2011/03/can-you-build-an-earthquake-proof-building/

Cette image représente l'oscillateur accordé et amorti de la tour Taipei 101.

Un peu plus petite, la tour du Shanghai World Financial occupe le troisième rang avec ses 492 mètres de hauteur (101 étages aussi). Cette tour, achevée en 2008, comporte des bureaux et un des hôtels les plus hauts de la Terre.

http://en.wikipedia.org/wiki/Shanghai_World_Financial_Center

Du haut de ses 484 mètres, c'est la tour de l'International Commerce Centre de Hong Kong qui se retrouve à la quatrième place. Les 108 étages qui la composent abritent des bureaux et un hôtel Ritz Carlton depuis 2010.

http://fr.wikipedia.org/wiki/International_Commerce_Center

Finalement, les tours jumelles Petronas de Kuala Lumpur sont les cinquièmes plus hautes du monde. Chacune d'elles mesure 452 mètres de hauteur et est constituée de 88 étages. L'une d'elles est le siège de la société Petronas tandis que l'autre est occupée par différentes entreprises. Ces deux tours existent depuis 1998.

http://www.linternaute.com/actualite/grand-projet/tours-les-plus-hautes-du-monde/tours-jumelles-petronas.shtml

Les normes parasismiques

Comme il a été décrit précédemment dans un article concernant le Japon, les gratte-ciel ont réussi à résister au séisme. Cela n'est pas arrivé par hasard, mais bien par le bon travail des ingénieurs et des architectes qui ont su répondre aux critères des normes parasismiques. 

Les modifications parasismiques s'appliquent aux bâtiments afin d'augmenter leur résistance aux différentes secousses du sol, comme un séisme. Pour y arriver, les sols doivent être étudiés, les nouveaux bâtiments doivent être parasismiques et les bâtiments déjà construits doivent être renforcés.

Lors de l'étude des sols, il est essentiel de s'assurer que la période de vibration du sol lors d'une secousse est différente de celle du bâtiment construit afin d'éviter le phénomène appelé résonance. Ce phénomène augmente l'amplitude des mouvements d'oscillations de l'immeuble et nuit à sa stabilité. À la suite de recherches scientifiques, il a été établi que les grands immeubles sont plus stables sur des sols durs ayant une faible épaisseur (par exemple: des sols granitiques). Les petits bâtiments, quant à eux, sont plus stables sur des sols argileux, c'est-à-dire des couches molles très épaisses. Cette différence de terrain idéal s'explique par le fait que les gratte-ciel oscillent, alors que les bâtiments plus petits bougent en bloc. Ensuite, lors de l'étude des sols, il faut tenir compte de la liquéfaction. En effet, il arrive souvent qu'après un séisme, un glissement de terrain ou un raz-de-marée, les sols se liquéfient. Le sol devient saturé de fluide, donc les chocs augmentent la pression dans les fluides du sol. Cela provoque des effondrements de terrains.

Pour ce qui est de la construction des nouveaux bâtiments parasismiques, il est important d'éviter les asymétries puisqu'elles créent des zones de faiblesse. Cela nuit donc à la stabilité. Des matériaux adéquats de qualité doivent aussi être utilisés lors de la construction. Par exemple, le choix d'un béton de qualité est indispensable (voir article sur les bétons). Il faut également s'assurer d'avoir des structures renforcées, telles que les barres métalliques, afin de soutenir les dalles de béton. Il est à comprendre qu'il est inutile d'avoir des matériaux de qualité si la structure n'est pas stable, qu'elle ne résiste pas à la corrosion et qu'elle se brise au premier choc. 

Lors de la construction, il y a une différence majeure entre les petits bâtiments et ceux de grande taille. Pour les petits bâtiments, il est nécessaire d'unifier le bâtiment en bloc unique. Des chaînages horizontaux et verticaux sont donc conçus pour permettre aux murs de former un «caisson» plus résistant que les murs indépendants. Avec un caisson, les contraintes sont supportées par l'ensemble des murs au lieu que chacun des murs supporte les forces à lui seul. Pour les bâtiments plus petits, des fondations très profondes peuvent aussi être réalisées. Le bâtiment devient ancré avec des pieux. Cet ancrage assure que le bâtiment est fixé à une couche de qualité et qu'il sera plus stable face aux mouvements du sol. De leur côté, les bâtiments plus hauts ne doivent pas casser. Il faut donc les rendre plus souples pour qu'ils puissent bouger. De cette façon, la résistance aux secousses est augmentée. L'édifice est fixé sur des vérins et non sur le sol lui-même. Cela, en plus des joints souples, permet la liberté de mouvement.

http://eost.u-strasbg.fr/pedago/fiche2/parasismique.GIF

Sur cette image, il est possible d'observer la différence entre les gratte-ciel et les bâtiments plus petits lorsqu'ils sont soumis à une certaine force.

Finalement, les ingénieurs et les architectes ont comme travail de renforcer les vieux bâtiments. Toutefois, avant d'entreprendre des rénovations, il est essentiel d'évaluer les coûts. La construction d'un nouveau bâtiment parasismique augmente les coûts de 5% à 10%, alors que le renforcement des édifices est bien plus dispendieux. C'est pourquoi seuls les petits bâtiments peuvent être rénovés. Dans ce cas, les joints reliant les murs sont solidifiés et des longrines sont rajoutées. Les longrines ressemblent à des colonnes et donnent la chance à l'édifice de résister à de grandes forces. Ces longrines ainsi que les joints renforcent les discontinuités qui sont des zones de faiblesse.

http://www.hellopro.fr/images/produit-2/4/3/0/couvre-joint-para-sismique-murs-plafonds-esodil-jsm-tl-1158-97034.gif

Cette image représente les joints utilisés pour solidifier la structure des bâtiments.

La rédaction

Bonjour chers lecteurs,

Dans la dernière semaine, notre équipe a atteint une étape importante de la réalisation de l'activité d'intégration. Dès vendredi dernier, nous avons amorcé la rédaction du travail. Dans les derniers jours, nous avons donc continué en ce sens. Cette étape est très motivante pour nous tous puisqu'il est maintenant temps de montrer plus concrètement ce que nous avons découvert jusqu'à présent sur les gratte-ciel et ce qui s'y rapporte. Les recherches dans les multimédias se font maintenant moins fréquemment, mais nous continuons d'en réaliser quelques-unes afin d'améliorer le travail.

Japanese Building Shaking During march 2011 Earthquake

Voici un vidéo où il est possible d'observer l'oscillation d'un gratte-ciel pendant le séisme du 11 mars 2011 au Japon.

Séisme au Japon

La plupart d'entre vous avez probablement entendu parler du triste événement survenu au Japon la semaine dernière, soit vendredi le 11 mars 2011. Un violent séisme d'une magnitude 8,9 a secoué ce pays. Cette catastrophe géologique a été suivie d'un tsunami qui a fait des milliers de morts.

Cet événement a toutefois eu un impact important dans notre travail sur les gratte-ciel. En effet, plusieurs articles trouvés dans les journaux et sur Internet expliquent à quel point les dispositifs parasismiques des gratte-ciel des grandes villes japonaises ont permis à ces bâtiments de résister au séisme. Cela prouve que les ingénieurs et les architectes ont bien travaillé lors de la construction des gratte-ciel japonais.

Les informations trouvées dans les articles nous ont donné la possibilité de confirmer certains aspects et d'en découvrir d'autres.

À la suite de cet événement, il est à comprendre qu'un tremblement de terre fait que les édifices se déforment, et ce, au risque de rompre. Plus ils sont hauts, plus la distorsion de ces édifices est importante.  Afin d'éviter la catastrophe, il y a notamment des boudins de caoutchouc, des roulements à billes et des ressorts dans la structure des gratte-ciel. De plus, certains principes doivent être respectés lors de la construction. Par exemple, il ne doit pas y avoir de piscine sur le toit d'un gratte-ciel, car cela peut le déséquilibrer. Beaucoup d'acier et de métal doivent aussi se retrouver dans sa structure.

Burj Dubai - Fire and Evacuation

Voici un vidéo trouvé sur Youtube qui explique bien l'aspect de la sécurité dans le Burj Khalifa à Dubai.

La sécurité dans les gratte-ciel

À la suite d'une question d'un de nos lecteurs, nous avons pensé qu'il serait pertinent d'aborder les mesures prises par les ingénieurs afin d'assurer que les gratte-ciel soient sécuritaires. Évidemment, il est inconcevable que tous les gens présents dans un gratte-ciel puissent l'évacuer en même temps, surtout ceux qui se trouvent au sommet.

Nous savons que dans le plus haut gratte-ciel au monde, le Burj Khalifa, neuf salles en béton armé renforcé avec un revêtement contre le feu sont présentes. Ces «pièces de refuge» permettent aux gens de l'immeuble d'être en sécurité en cas d'évacuation. Les personnes peuvent y rester pendant deux heures puisque les pièces sont munies de ventilateurs très puissants qui repoussent la fumée vers les cages d'aération et qui sont reliés à un conduit ventilé provenant de l'extérieur. Avec ce surplus de temps avant de voir une catastrophe, les secours ont le temps de venir chercher les gens. 

De plus, les cages d'escaliers sont aussi munies de ces ventilateurs très puissants assurant une aération constante dans ces endroits souvent engorgés de fumée. Rajoutons que la structure du Burj Khalifa avec son noyau de béton s'assure que ce gratte-ciel restera toujours en place malgré les intempéries. De ce fait, les pièces en béton armé ne peuvent s'effondrer. 

Le X-Seed 4000 est un bâtiment futuriste. Nous imaginons donc que des mesures de sécurité semblables vont être mises en place afin de s'assurer de maximiser la sécurité de tous. 

Les ascenseurs: indispensables!

Qui dit gratte-ciel dit nécessairement ascenseurs. Il est inconcevable de construire un gratte-ciel sans y intégrer des ascenseurs performants. Cette semaine, une partie de nos recherches a donc été faite sur les ascenseurs.

D'abord, il est à savoir que l’ascenseur n’utilise pas beaucoup d’énergie grâce à un principe très simple. Il s'agit de la présence d'un contrepoids. Celui-ci a sensiblement le même poids que l’ascenseur, alors le moteur n’a qu’à lever la différence selon la position de l’ascenseur.

Généralement, un ascenseur utilise six câbles d’acier, mais un seul serait suffisant pour monter deux ascenseurs. C'est donc pour un aspect de sécurité qu'autant de câbles sont disponibles. OTIS, la plus grande compagnie d'ascenseurs, teste actuellement une bande d’acier qui pourrait remplacer les câbles, mais qui serait beaucoup plus légère tout en étant plus forte et plus durable.

Ensuite, il faut comprendre que pour activer les freins d’urgence, les ascenseurs utilisent une corde qui est attachée à l’ascenseur et à une poulie au sommet du bâtiment. Ainsi, si cette poulie tourne trop vite (l’ascenseur est en chute libre par exemple), elle s’arrête et bloque la corde. Cela active un mécanisme qui fait fonctionner les freins. Toutefois, si les freins tombent en panne, il y a un amortisseur au bas du bâtiment, mais il ne sera pas très efficace à grande vitesse.

Finalement, il semble que la vraie limite de l’ascenseur constitue le passager et sa capacité d’adaptation à l’accélération et aux changements de pression. En effet, quand une vitesse de 10 m/s est atteinte, il faut que la cabine soit pressurisée sinon les passagers souffrent de maux aux oreilles. Lors de la montée, la pression doit varier de façon linéaire jusqu’au sommet (puisque la pression change d’étage en étage). Lors de la descente, les dispositifs s’avèrent moins efficaces. La meilleure solution est donc de réduire la vitesse à 9 m/s. 

Sur cette image, on peut voir un treuil. Celui-ci comprend un motoréducteur, une poulie à adhérence et un frein. Les repères jaunes sur les câbles correspondent aux niveaux.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Ascenseur

Un peu de chimie... Le béton

Cette semaine, notre équipe a avancé dans les recherches. Grâce à un article de magazine, nous en connaissons maintenant beaucoup plus sur les matériaux utilisés dans la construction des gratte-ciel. Le béton représente un matériau très important pour de telles constructions. C'est pourquoi il est pertinent de comprendre la chimie du béton.

D'abord, le béton est un mélange de ciment, d'eau et de granulats. La différence entre deux bétons est le rapport entre le volume d'eau et le volume de ciment dans 1 mètre cube de béton. Plus il y a de ciment, plus le béton est résistant. Plus il y a d'eau, plus le béton est fluide. Il est donc nécessaire de trouver une façon d'améliorer la résistance du béton tout en lui permettant de s'écouler rapidement. 


En 1960, une solution a été trouvée grâce à la chimie organique. Il s'agit de la mise au point de superplastifiants, des polymères à base de mélanine ou de naphtalène sulfonate. Ces molécules permettent de diminuer la quantité d'eau nécessaire, mais de conserver la fluidité des bétons. On assiste à la naissance des bétons à haute résistance. 


En 1980, de nouveaux superplastifiants sont élaborés. Le béton est encore plus fluide et il devient très utile pour construire des bâtiments hauts. Les molécules sont maintenant à base de phosphonates, de méthacrylatates ou de carboxilates. On dit de ces nouveaux bétons qu'ils sont autoplaçants puisqu'ils se mettent en place dans les coffrages (nul besoin d'une aide mécanique pour prendre le volume minimal). Il est à noter que de tels autoplaçants ont été utilisés lors de la construction du Burj Khalifa, à Dubai.

La plus haute tour du monde: Burj Khalifa
http://www.enmodeluxe.com/tag/burj-khalifa/

Le X-Seed 4000

Une découverte des dernières semaines est sans aucun doute le projet futuriste du X-Seed 4000. Cette construction serait en forme de pyramide et aurait 4000 mètres de hauteur. Avec ses 800 étages, le X-Seed 4000 constituerait une sorte de ville sur l'eau, et ce, à Tokyo. Ce projet d'envergure est loin d'être amorcé, mais il semble intéressant de se pencher sur la façon dont les ingénieurs veulent concevoir une telle tour.

http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/technologie-1/d/projet-fou-un-million-dhabitants-dans-une-tour-de-4-km-de-hauteur_12726-1/

Pour plus de renseignements sur la construction du X-Seed 4000, voici un site intéressant:
http://dsc.discovery.com/convergence/engineering/pyramidcity/interactive/interactive.html

Découverte du «Tuned mass damper»

Bonjour à tous!

Cette semaine, notre équipe a été en mesure de se diviser les champs de recherche. Cela permettra d'avoir plus d'informations précises pour commencer la rédaction de notre travail.

Une nouvelle source a d'ailleurs été découverte cette semaine. Il s'agit de Netflix, un site sur lequel il est possible de visionner des vidéos pertinents pour notre travail.

Finalement, notre découverte de la semaine a été le «Tuned mass damper». Cet élément fera certainement partie de notre travail. En bref, un Tuned mass damper est un dispositif qui permet la réduction des oscillations provoquées entre autres par le vent et les séismes. Il s'agit d'un oscillateur accordé et amorti, qui se retrouve habituellement au sommet de la structure, dans notre cas, au sommet du gratte-ciel. Idéalement, le Tuned mass damper oscille à la même fréquence de résonance des oscillations de la structure, mais dans le sens contraire. Il agit donc en contre poids afin de stabiliser l'édifice. La tour Taipei 101, à Taiwan, est un excellent exemple de structure contenant un Tuned mass damper. En fait, cette tour possède un des plus gros Tuned mass damper au monde. Le voici illustré ci-dessous.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Taipei_101_Tuned_Mass_Damper.png?uselang=fr

Un début

Aujourd'hui, nous, Pascale, Alexia, Frédéric et Audrey, avons décidé notre sujet pour l'activité d'intégration en physique de l'hiver 2011. Il s'agit de la physique des bâtiments, plus précisément ce qui concerne la hauteur remarquable des gratte-ciel. Ce sujet touchera évidemment la physique, mais aussi la chimie concernant les matériaux.
Avec notre sujet choisi et nos rôles établis, il a été possible de débuter nos recherches. Le visionnement de quelques vidéos ainsi que la consultation de différents sites Internet nous a permis de découvrir des éléments de base dans le but d'élaborer un plan de travail provisoire.