Avanc

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Avancée scientifique et réalisation technique
Les bâtiments
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• Général
• La création dimmeuble fait intervenir
  plusieurs métier, cest ce qui fait sa
  complexité. En général, le maître douvrage est
  un propriétaire privé. Je vais décrire les
  différentes phases exécuté au cours de la
  construction dun bâtiment.
• 1ère Partie Phase détude
• Létude est faite par larchitecte qui
  commence la conception générale du bâtiment
  (aligner les bâtiments, les chemins daccès, les
  réseaux dénergies, etc...) et la conception
  architecturale (gabarits, formes, structure,
  etc.). Viens lingénieur civil calculant et
  dimensionnant les chemins daccès, des
  canalisations et des éléments porteurs (murs,
  dalles, toiture,). Pour réaliser cette étude,
  ils doivent disposer de plans de base détaillés,
  dun relevé détat des lieux et dun relevé
  topographique fait par lingénieur géomètre.
• 2ème Partie Phase dexécution
• Dès lautorisation de construire, limmeuble
  entre dans sa phase dexécution. Lingénieur
  géomètre (IG) procède à limplantation pour le
  terrassement et à la mise en place des repères
  altimétriques (appelés niveaux de chantier).
  Lorsque lédification du sous-sol est terminée,
  et que le bâtiment entre dans sa phase de
  construction hors-sol, lIG procède à
  limplantation des axes du rez-de-chaussée et au
  contrôle de conformité du niveau de la dalle du
  rez-de-chaussée. De même, en cas d'assemblage
  déléments préfabriqués, lingénieur géomètre
  reporte la trame des axes de construction à tous
  les étages, afin dassurer une pose précise et
  fiable d'éléments, tels que façades, murs,
  escaliers, etc. Durant toute la phase
  dexécution, larchitecte mandataire et/ou les
  entreprises peuvent faire appel à lingénieur
  géomètre pour des implantations complémentaires
  ou des contrôles.
• 3ème Partie Phase finale
• A la fin des travaux, le maître douvrage
  fait procéder à la cadastration des éléments
  modifiés ou nouveaux et au rétablissement des
  points limites disparus.

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Introduction
Le gratte-ciel , bien définit, est née au
États-Unis vers la fin du XIXe siècle. Les
nouveaux moyens de construction naissent et
sinnovent de jours en jours, ils doivent
correspondre à de nouvelles contraintes pour se
protéger et simposer (pour les sociétés), ces
moyens devait être rapide, solide et facile
dassemblage. Les premiers architectes ont créé
par leurs œuvres et par leur influence un modèle
de développement urbain qui a caractérisé toutes
les villes américaines au XXe siècle, ce quon
appelle aujourdhui le style international .
Chaque innovations apportent aux futurs bâtiments
une meilleure qualité et de nouveaux records.
Quelles ont été les innovations qui ont permis
de faire grandir chaque immeuble et den assurer
la sécurité ? En général, les architectes
et ingénieurs sont confrontés aux mêmes problèmes
et contraintes que je définis en sept points
les fondations, la mobilité, les matériaux, la
température, la construction, le vent et la
sécurité. Si ingénieurs et architectes trouvent
les bonnes solutions à ces 7 éléments, alors la
construction de leur gratte-ciel sera quasiment
terminé et tiendra pendant de longues années.
Nous allons donc voir les 7 innovations qui
permettent les plus grandes constructions
daujourdhui...

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1ère innovation Les fondations
En 1836, Washington veut rendre hommage à
George Washington en lui édifiant un obélisque.
Mais en 1854, après 5 ans de travaux, la guerre
de sécession commença et laissa le chantier
pendant 20 années. A la fin de la guerre,
lAmérique fait appel à leur meilleur architecte.
En effet lobélisque sétait enfoncé dun coté et
ressemblait à la tour de pise. Après des études,
ils remarquèrent que les fondations étaient
faîtes sur du meuble et du sable. Larchitecte
décide donc de refaire des fondations plus solide
sur largile en sous-sol. Aujourdhui, il
est difficile de trouver de bonnes terres pour
les grandes constructions très lourdes,
principalement ces constructions sont faîtes
proche de rivière ou de mer. A chaque excavation,
les parois seffondre dû à la pression de leau.
Les géotechniciens ont donc recourt à plusieurs
solution par exemple, sur canton, la tour de
télévision construite près dune rivière, ils ont
décidés de mettre des cylindres de béton autour
pour éviter leffondrement des trous. La dernière
invention sur un meilleur moyen dexcavation à
été faite sur le Burj Khalifa à Dubaï, pendant
que lexcavatrices faisait son trou, elle
laissait derrière elle un polymère à base deau
qui évitait aussi leffondrement. Ensuite le
polymère plus léger que le béton, il suffisait
dy introduire du béton pour pouvoir récupérer le
polymère.

•   Trois paramètres vont déterminer la taille
  des fondations  
• - Le climat renseigne sur la rudesse de l'hiver
  pour ensuite connaître la pénétration du gel dans
  le sol. Il renseigne sur les pluies, et donc
  l'engorgement des terrain en eau.
• La nature des terrains apprends à quelle
  profondeur il vous faudra chercher le sol capable
  de porter le gratte-ciel.
• Du type de la construction dépend les contraintes
  techniques à appliquer au sol, essentiellement le
  poids, le tassement différentiel autorisé, et la
  cohésion.
• La largeur des fondations dépend surtout du poids
  du bâtiment. Le poids n'est pas forcément réparti
  uniformément sur les fondations. Des calculs
  exacts de descente de charges peuvent aussi être
  réalisé.
• Descente de charge (bar) poids total du
  bâtiment (tonnes) / surface d'appui des murs (m²)

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2nd innovation La mobilité
Au XIXème siècle, la mobilité dans les
immeubles était réduite, il était interdit de
construire au dessus de 6 étage dû aux marches
fatigantes à monter et à descendre. Bien que le
monte-charge existait, il ny avait aucune
sécurité si lunique câble (en corde) venait à
lâcher. Pour construire plus haut, il fallut un
moyen de transport plus rapide. Cest donc en
1853 que Elisha Graves Otis invente le
parachute . Un système de frein de sécurité
révolutionnaire empêchant la chute des ascenseurs
en cas de rupture du câble. La plate-forme chute
de quelques centimètres, puis sarrête. Cette
invention permit au public d'avoir confiance dans
les ascenseurs, cela fut déterminant pour
l'émergence des gratte-ciel. Dans les
immeubles classiques, magasins ou
parkings, les ascenseurs ont des vitesses
typiques de 0,6m/s à 2,5m/s, soit 2 à 9
km/h. Au-delà, les ascenseurs ont des
vitesses

relativement proportionnelles à la hauteur des
tours ou gratte-

ciels

Au-delà de 11 m/s il y a des risques pour la
santé, donc la

cabine doit être pressurisé (vu dans les plus
grandes tours

atteignant 18m/s).
Système des ascenseurs sur Burdj Khalifa
3ème innovation La température
En 1947, LONU voulait couvrir son bâtiment
en verre pour la luminosité, mais les
rayonnements solaires et ses radiations sont
absorber par les objets qui devient insoutenable
pour lhomme. Lingénieur Willis Carrier invente
une machine qui refroidis et assèche lair chaud
en lhumidifiant. Cest ce quon appelle le
climatiseur. Dans les bâtiments semi récent, ils
fonctionnent tous de même manière Il assèche
lair chaud puis est redistribué de manière
équitable dans les bureaux et appartements qui
fait refroidir lair asséchée. Aujourdhui,
les climatiseur sont assez mal vu, puisquils
participent au réchauffement climatique. Cest
donc plusieurs ingénieurs qui travaillent non
plus sur un moyen de rafraîchir lair mais
dempêcher les rayonnements solaires de traverser
les vitres. Sur le Burdj Khalifa, les vitres sont
recouverte dune très fine couche de métal
anti-ultraviolet et dargent pour le rayonnement
infrarouge venant de la lumière réfléchie du
sable.
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4ème innovation Les matériaux
Un des plus gros problème de lépoque est
surement le choix des matériaux. Principalement,
les matériaux des plus grosses structures est la
pierre, mais dans le monde moderne, cela ne
semble pas assez efficace. Pendant lélaboration
de la tour Eiffel, par exemple, où Eiffel
démontrant que le  phare de paris  ne tiendrait
jamais (prouvé par lingénieur Carl Broox).
Aussi, à New-York où le Fuller Flatiron naurait
jamais été créer sans la structure dacier.
Les matériaux sont de plus choisis en fonction
des disponibilités dans le pays de construction,
et les méthodes de fabrication ont beaucoup
évoluées avec le temps la découverte de nouveaux
matériaux et de nouvelles techniques permettant
de construire toujours plus haut. Les matériaux
possèdent des caractéristiques classés en
différents critères  la fragilité, la ductilité,
lélasticité, la dureté, la malléabilité, la
ténacité, la résistance à la corrosion, la
résistance à labrasion, la dilatation et
contraction thermique, la fatigue. Ces matériaux
sont soumis à des contraintes  la traction, la
compression, le cisaillement, la torsion, la
flexion 
5ème innovation La construction
Lune des plus belle construction du monde
est sans doute la tour Eiffel, elle fut
construite comme un pont vertical. 4 étapes ont
suffit pour ériger cette tour de fer la 1ère
fut de riveter puis assemblé 3 tronçons en 4
piliers, la 2ème assembler ces quatre piliers
pour former une plateforme, la 3ème de
recommencer le processus jusquau deuxième étage
et enfin la dernière étape fut de bâtir la flèche
au dessus de 300 mètres. Deux années ont suffit
pour assembler plus de 18000 pièces Mais pour la
première étape, il doit aligner les 4 piliers
avec précision si il ne veut pas que sa tour
penche. Pour cela il utilisera la boîte à sable.
La deuxième construction qui innova la
rapidité de construction fut le world Trade
center. Ce fut le premier gratte-ciel qui fut
dabord préfabriqué en usine puis assemblé sur le
chantier, mais un problème surgit très vite,
comment faire monter des pièces de plus de 50
tonnes en haut des bâtiments ? Dhabitude les
gratte-ciels tel que lempire state building ont
recourt à des grues Derec quil faut démonter,
transporter puis remonter à létage suivant
(prenant deux jours). La solution a été trouvé en
Australie, des grues soulèvent plus de 50 tonnes.
Dès quelle ont finit de faire trois étage la
structure se détache de limmeuble, monte de 3
étage avec la base puis se rattache (prenant que
plusieurs minute). On les appelle les grues
kangourou. Avant pour le WTC, il fallait 1
semaine pour deux étages, maintenant 1 semaine
pour 3 étages. Une nouvelle conception, le
jumpforming qui consiste à faire les cages
dacier au sol puis de les faires monter grâce à
des grues qui les installe dans des moules
(jumpform), 12 heures après (béton sécher), la
plateforme s'élève et recommence le processus.
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6ème innovation La résistance au vent
Les efforts exercés par le vent sont
retransmis au noyau par l'intermédiaire
d'éléments horizontaux positionnés dans le
plancher des étages. Une structure dacier
à plus de 500 mètre risque de se courber quand le
vent vient frapper la surface exposé et ferais
ainsi vaciller limmeuble. Lidée pour maintenir
les plus gratte-ciels est de mettre la structure
métallique intérieur à lextérieur, appelé
exosquelette, elle fait moins tanguer la tour.
Mais à plus de 750 mètre (vu sur le Burj Khalifa
arab), lexosquelette est moins efficace, on doit
alors recourir au meilleur plan daérodynamisme .
En effet, quand le vent frappe dun coté, des
vortex se forment de lautre et vaciller
lensemble. Lidée résolue sur le Burj Khalifa
est de créer une structure dîtes "aléatoire" pour
tromper le vent qui créera des vortex qui se
formeront nimporte où et seront donc moins
puissant. Sur canton, par exemple, la tour
de télévisons fut la meilleur construction face
aux violents vents et typhons de la région. En
effet, le vent na aucune prise grâce à la forme
torsadé de lédifice, les vortex ont des
différence de taille. Aussi lexosquelette sans
aucune surface fait traversé les vents violents
qui ne procurent plus aucun danger sur la tour.
Mais dans la région de canton, des typhons
faisant des vents supérieurs à 250 km/h feraient
écrouler les plus hautes structure, pour répondre
à ce problème, les ingénieurs installent cent
milles litres deau au sommet pour contrebalancer
la tour.
? air  masse volumique de lair Cx  coefficient
de trainée (Le coefficient de trainée varie
selon laérodynamisme du bâtiment) v 
vitesse du vent (en ms.-1) S  surface en m²
7ème innovation La sécurité
Les grands immeubles sont donc résistant à
la nature. Mais aujourdhui la plus grande peur
pour les tours est le terrorisme. Vu sur le world
Trade center où on pensais que personne ne refera
de plus hautes tours. Mais les architectes et
ingénieurs travaillent sur le problème. Les
grandes constructions sont trop hautes pour être
évacué par la cage descalier. Les ingénieurs
pensent donc à ne plus faire sortir les occupants
mais à les faire réfugier dans des pièces
répartis équitablement. Ces pièces équipé pour
résister au feu, les occupants devront attendre
les secours pour pouvoir sortir. Pour la fumée,
des ventilateurs aussi résistant au feu
rejetterons lair toxique pour y mettre de lair
frais. Sur canton, un nouveau système de sécurité
anti-incendie fut installé, des sapeurs pompiers
robotisé. Ils puisent leur eau grâce aux citernes
vu précédemment et sactive quand une flamme fait
alerter les capteurs infrarouges pour sarrêter
une fois la tache finis.
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Conclusion Les fondations, la mobilité,
les matériaux, la température, la construction,
le vent et la sécurité sont les 7 points les plus
important pour pouvoir aboutir au plus haut
bâtiments. Ces points remarquées au cours des
siècles ont permis de construire plus haut et
plus vite Ce dossier touche maintenant à sa
fin. Comme vous avez pu le constater, la montée
des gratte-ciel n'a jamais cessé depuis la fin du
XIXème siècle. Des nouvelles techniques de
fabrication, associées à de nouveaux matériaux,
ont toujours permis aux architectes d'imaginer
des bâtiments à chaque fois plus ambitieux.
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(No Transcript)
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Journal de bord
8/09/11 Explication du TPE projet, contraintes, règles, etc. Au début, je partais sur les nouvelles énergies dans le monde et réfléchissait à une problématique (dans le temps qui me restais)
15/09/11 Aujourdhui, confirmation du thème. Nous avons choisi lavancée scientifique et réalisation technique. Nous continuons de réfléchir sur les problématiques de chacun. La mienne se concentre sur le fonctionnement dun building (en général), les innovations et ingéniosités au cours de lhistoire. Mes premières recherches seffectue sur la physique des bâtiments, les grands thèmes dun bâtiments (sa conception). Pour finir, je réaliserais le plan de mon TPE.
22/09/11 Nous trouvons une problématique général sur le thème du bâtiment  Quelles a été lévolution de la création des Immeubles dhier à aujourdhui ? . Ensuite, je commence mes recherches sur lhistorique des innovations. Après avoir sélectionné des textes pour des idées de  mise en page  de mon TPE, je commence à créer le plan (basé comme une dissertation intro. Développement et conclusion).
29/09/11 Aujourdhui, je fais une introduction sur mon dossier qui présentera la physique des bâtiments. Jai tout simplement repris les gratte-ciels mythique qui ont fait la une grâce à leurs innovations.
3/10/11 Aujourdhui je continue de faire mes recherches sur les bâtiments mythique. Chez moi je regarde plusieurs documentaire sur la réalisation des gratte-ciels. Jessaye de trouver les innovations importantes sur un gratte-ciels et essaye de trouver des cours sur la physique des bâtiments.
10/10/11 Aujourdhui, je commence à faire le développement de mon dossier. Jai fais le général en commençant par donner ce qui faut savoir sur la construction dun building, ces étapes. Je pense à le mettre dans le dossier général du groupe.
17/10/11 Ce jour-ci, jai continué mon développement. Et réfléchi à loral. Je pense faire mon oral sur des expérience qui devront confirmer les textes que jai cité dans mon dossier.
7/11/11 Jai principalement fait mon dossier pendant les vacances. Lécrit étant presque terminé, je commence à mettre la bibliographie avec lannexe. Je travaille sur solidworks pour agrémenter mon dossier dimage réalisé par moi . Je commence par faire lobélisque de Washington (qui pourrais même me servir à loral) et décide de chercher le burdj Khalifa toute faite.
14/11/11 Je continue de chercher le burdj khalifa. Après en avoir trouvé une, je remarque quil faut que jinstalle une version de solidworks plus récente. Prenant énormément de temps, je décide daller voir mon équipe pour déventuelle aide et décisions. Nous apprenons aussi que les dates ont été déplacé, nous rajoutant environ 2 mois de plus. Je vais ralentir donc mon travail. Bien que jai quasi terminé.
21/11/11 Après avoir réussi à faire mes première réalisation sur solidworks, je continue de chercher dautre immeuble, notamment le Burdj Khalifa. Aussi, Mr Gemini a eu la  superbe  idée de présenter notre dossier comme un sketch. Mais jai insisté sur le fait quil devais au moins (en exagérant) quil devais  commencer le dossier. Étant donné quils nont pas fait grand chose (par rapport à moi).
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Journal de bord
28/11/11 Je continue de chercher le Burdj Khalifa. Après avoir trouvé une structure sur Grabcab (site sur lequel je me suis inscrit pour trouver certain bâtiments pour modélisation) je remarque que le constructeur, le modélisateur, na pas mis les pièces de lassemblage et est donc indisponible Je compte continuer mon dossier et laisser des blancs pour le faire plus tard.
5/12/11 Aujourdhui, dernière démarche pour le dossier. Je vais faire ma conclusion et commencer à réécrire mon journal de bord sur lordinateur. Jai rajouté len-tête et le pied de page pour faire un dossier plus formelle. Jai aussi rajouté certains calcul et refais la mise en forme de TPE.
12/12/11
9/01/12
16/01/12
23/01/12
30/01/12
6/02/12
27/02/12
5/03/12