Les gratte-ciel (Sciences & Techniques)

« La limite de la hauteur Des considérations, d'ordre strictement technique, finissent néanmoins par instituer des limites aux hauteurs que peuvent atteindreles gratte-ciel.

Il s'agit tout d'abord de facteurs strictement géologiques : la nature et la stabilité du sous-sol déterminent lescharges qui peuvent être supportées.

Deux exemples éclairent bien cet aspect : les villes de New York et de Londres. À New York, sur l'île de Manhattan, le socle granitique affleure en surface et, en vertu de sa résistance et de sa rigidité, lesgratte-ciel peuvent être construits en très grand nombre sans risque de glissement de terrain ou d'affaissement du sol.

Londres, enrevanche, est bâtie sur de l'argile très malléable : ce type de terrain instable ne saurait supporter des édifices de plus de soixanteétages. Le second facteur important est d'ordre climatique.

Lorsqu'un vent violent fouette un gratte-ciel, il exerce sur ses parois unepoussée qui peut atteindre 15000 tonnes dans le cas des ouragans et des cyclones les plus violents.

En hauteur, ces forcesatmosphériques exercent un effet de levier sur l'ensemble de la structure, d'autant plus fort que l'édifice est élevé.

La pousséeaugmente, en effet, selon le carré de la hauteur (puisque la poussée s'exprime par unité de surface).C'est ainsi que doubler lahauteur d'un gratte-ciel équivaut à quadrupler la poussée d'un vent de facteur quatre.

Les architectes se retrouvent confrontés àdes exigences impératives de stabilité, d'ancrage en profondeur et de solidité des fondations ainsi que de matériaux. Le troisième facteur à considérer est l'accès aux étages.

Bien que l'ascenseur ait apporté une première solution efficace à ceproblème, il a des limites.

En effet, plus un gratte-ciel est haut et peut loger une foule nombreuse, plus les ascenseurs sontsollicités et les files d'attente rédhibitoires.

Pour pallier ce goulot d'étranglement, les architectes sont obligés de multiplier lenombre d'ascenseurs en fonction de la hauteur du bâtiment, ce qui a pour résultat d'augmenter la surface d'encombrement au solde ceux-ci.Proportionnellement à l'ensemble, cette surface peut devenir exagérée. Pour toutes ces raisons, les plus hauts gratte-ciel plafonnent à des hauteurs limites qui ne dépassent pas quatre cent cinquantemètres à l'heure actuelle. Vents et pressions Outre la force de levier qu'il exerce sur les gratte-ciel, le vent provoque également d'importantes vibrations.

L'effet estparticulièrement fort lorsque les gratte-ciel sont serrés les uns contre les autres et que le vent s'engouffre dans les rues étroites quiles séparent.

La vitesse et les variations cycliques du courant d'air coïncident parfois avec la fréquence de résonance du bâtiment,c'est-à-dire la fréquence à laquelle celui-ci a le plus tendance à vibrer.

Le principe est similaire à celui de la balançoire : si l'onexerce une pression sur la balançoire en étendant les jambes au bon moment du mouvement, l'oscillation du mobile iras'accentuant jusqu'à prendre une forte ampleur.

Le vent peut, de même, amplifier l'oscillation d'un gratte-ciel jusqu'à ce que sesoccupants en perçoivent les effets. Dans les cas de résonance structurelle grave, le bâtiment subit des dommages.

En 1974, la tour John Hancock, de Boston, hautede 60 étages, souffrit, lors d'une bourrasque, d'un cycle d'oscillations 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 dilater sous l'effet de la courbure : les vitresétaient descellées par l'expansion et s'arrachaient de leur cadre.

Lors de son balancement dans l'autre sens, le gratte-cielcomprimait au contraire la façade, écrasant toutes les vitres qui n'avaient pas encore été éjectées. Pour pallier ces problèmes, des mesures sont prises pour limiter au sommet du gratte-ciel l'effet du vent.

Une solution consiste àinstaller de lourdes masses qui coulissent sur des rails.

Lorsque le toit s'incline, celles-ci se mettent à bouger avec un temps deretard du fait de leur inertie.

Lorsque le bâtiment se redresse en sens inverse, les masses coulissantes se retrouvent à contresensdu mouvement du gratte-ciel et limitent ainsi l'ampleur du balancement.

Cet effet de contrepoids inertiel limite les vibrations de lastructure.

Le vent n'a pas seulement un effet notoire sur la structure d'un gratte-ciel : il se manifeste autour et à l'intérieur dubâtiment.

On a déjà vu que les rues étroites entre les gratte-ciel amplifient la vitesse du vent.

Or, non seulement l'ensemble del'édifice peut osciller, mais les piétons qui empruntent ces rues peuvent être littéralement balayés par l'accélération d'un courantd'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 quedans les cages d'escaliers (dont la présence est obligatoire) et d'ascenseurs, où ils entraînent d'importantes perturbations.

C'est. »