Les forces, les charges et les tensions

Module 4 – Les structures et les forces
Thème 4 – Les forces, les charges et les
tensions
Les forces externes exercées sur des structures sont des tensions qui agissent sur l’extérieur de la
structure. Ces forces produisent des forces internes, ou des tensions, à l’intérieur des matériaux dont la
structure est faite. De telles forces internes peuvent changer la forme ou la taille de la structure. Ce
changement de forme ou de taille est désigné sous le nom de déformation. La déformation peut causer
des dommages réparables ou la défaillance complète de la structure. Les ingénieurs doivent concevoir
des structures capables de résister à certains dommages.
Les forces externes
Les ingénieurs divisent les forces qui peuvent agir sur les bâtiments en 2 groupes.
1- Une charge permanente est une force qui agit sans arrêt sur la structure; il s’agit du poids de la
structure elle-même. Avec le temps, cette force gravitationnelle peut provoquer l’inclinaison,
l’affaissement et même l’écroulement de la structure, car le sol bouge ou se comprime sous la
charge.
2- La charge mobile est une force changeante qui agit aussi sur la structure. Ce type de charge
comprend la force du vent et le poids des objets qui se trouvent dans la structure ou sur celle-ci.
Les chocs provoqués par les objets qui frappent la structure constituent une autre forme de
charge mobile. La plupart des structures sont conçues pour résister à des forces 2 ou 3 fois plus
grandes que la charge mobile prévue. Parfois, la charge mobile devient très grande lors d’une
tempête ou d’une collision. La structure peut alors subir des dommages.
Les forces internes
1. Les forces de tension étirent le matériau quand elles écartent ses extrémités. La résistance à la
tension est la force de tension maximale que le matériau peut supporter sans se briser.
2. Les forces de compression écrasent un matériau quand elles le pressent. La résistance à la
compression est la force de compression maximale que le matériau peut supporter sans se
déformer ou se briser en morceaux.
3. Les forces de cisaillement font plier un matériau ou le déchirent en exerçant en même temps
sur différentes parties de ce matériau des pressions dans des directions opposées. La résistance
au cisaillement représente la force de cisaillement maximale qu’un matériau peut supporter
sans se déchirer.
4. Les forces de torsion tordent un matériau en faisant tourner ses extrémités en sens contraire.
La résistance à la torsion représente la force de torsion maximale qu’un matériau peut
supporter tout en conservant sa capacité de reprendre sa forme initiale.
5. Une force de flexion est une combinaison de force de tension et de force de compression.
Forces de tension
Forces de compression
Forces de cisaillement
Forces de torsion
Résister aux contraintes
Qu’est-ce qui détermine la résistance d’un matériau? Les scientifiques croient que la résistance et de
nombreuses autres propriétés sont liées aux forces qui s’exercent entre les plus petites particules d’un
matériau.



L’acier a une grande résistance à la tension. Des forces très grandes attirent ses particules les
unes vers les autres. Une très forte tension est nécessaire pour séparer les particules de l’acier
et briser ce matériau.
Le graphite a une faible résistance au cisaillement. Ses particules sont disposées en couches,
mais les forces qui s’exercent entre ces couches sont assez faibles. Comme ces couches glissent
facilement les unes sur les autres, le graphite est très glissant et constitue un bon lubrifiant sec.
Le caoutchouc a une grande résistance la torsion. Chacune de ses particules est attirée dans
toutes les directions par les autres particules autour d’elle. Ces particules demeurent ensemble
même lorsqu’on tord un morceau de caoutchouc dans le but de lui faire perdre sa forme.