LA RÉPONSE AUX CHARGES
Le CSEN abordait à l’origine la fiabilité en fournissant une conception des contraintes admissibles des structures en bois, en acier et en béton. Le code a d’abord spécifié des facteurs de capacité de surcharge pour l’acier dans la sixième édition, puis les a spécifiés pour la plupart des autres matériaux en 1977. L’influence de la conception des tours de transmission en acier a été une force motrice dans ce concept. L’ASCE « Guide for Design of Steel Transmission Towers » (1971) indique dans l’introduction que « L’une des nombreuses façons dont la conception des pylônes diffère de la conception des ponts et des bâtiments est que la conception des pylônes utilise des facteurs de surcharge pour intégrer des facteurs de sécurité au lieu de réduire les contraintes admissibles. Dans la conception de la tour, la charge de base est augmentée par l’utilisation d’un facteur de surcharge et la tour est conçue pour les contraintes approchant les défaillances de rendement et de flambage. Dans la conception des bâtiments et des ponts, les charges réelles sont utilisées et la structure est conçue pour supporter des contraintes à des pourcentages spécifiés de la défaillance lors du fléchissement ou du flambage. L’approche du facteur de surcharge de la conception permet de contrôler la variation de chaque élément de résistance (verticale, transversale et longitudinale) en fonction de son importance dans la structure. »
L’énigme demeure, qu’il s’agisse de garantir la fiabilité en utilisant la disposition du facteur de capacité de contrainte ou de surcharge admissible pour la fiabilité, Qu’est-ce qu’une défaillance? La philosophie de conception consistant à utiliser une contrainte réduite à la ligne de base dans les premières éditions du code s’est tournée vers l’utilisation de facteurs de surcharge dans la conception de l’acier. Il y avait un indice de succès lorsque la tour, si elle était testée, ne montrait aucune déformation permanente. La quatrième édition du code a fourni une adaptation supplémentaire à cette philosophie en suggérant d’ajouter dix pour cent à cette charge de conception pour tenir compte de la variabilité des dimensions ou des défauts des matériaux. Les discussions du CESN portent souvent sur le terme Facteur de sécurité. Philippe L. Ferguson dans sa troisième édition des Fondamentaux du béton armé propose « Correctement défini, le facteur de sécurité est le rapport de la charge qui provoquerait un effondrement à la charge de service ou de travail. Facteur de sécurité est maintenant un terme mal utilisé, il nécessite presque une définition à chaque fois qu’il est utilisé. »
Le CSNE a reconnu des facteurs qui ont été considérés comme des facteurs de capacité de surcharge, mais la définition initiale semble aborder la performance d’une structure dans des conditions d’essai. Le CESN a évolué vers la présente édition où les structures sont conçues pour résister aux charges de la règle 252 multipliées par les facteurs de capacité de surcharge appropriés indiqués dans la section résistance du code. La contrainte maximale dans les structures en bois ne peut en outre pas dépasser la contrainte de fibre désignée. Les traverses et les conducteurs ont des facteurs matériels liés en pourcentage aux résistances à la rupture ultimes ou nominales. Les gars sont conçus à la fois pour le facteur de capacité de surcharge et pour un pourcentage de la résistance à la rupture nominale. Les méthodes historiques de conception structurelle exacte ne favorisaient pas l’analyse rapide lorsque des structures indéterminées et des contraintes secondaires étaient impliquées. Des règles à diapositives ou des calculatrices mécaniques ont été utilisées pour produire des nomographes et des tables pour les charges de fil, les affaissements, les tensions, les moments de résistance des poteaux de bois, les circonférences de lignes de sol « dépréciées », les courbes de caténaire et autres graphiques ou tableaux. Ils sont apparus dans l’annexe de la quatrième édition ou dans la discussion de la cinquième édition du CES. Lorsque les ordinateurs numériques sont devenus disponibles dans les années 1960, de nouvelles méthodes ont été développées, rapides et précises.
Les ingénieurs étaient enclins à accorder de la crédibilité à la capacité de charge sur des tests de structure à grande échelle. Le rapport entre la contrainte admissible et la contrainte ultime a été traduit pour obtenir des facteurs de charge à utiliser dans les essais de charge de structures à grande échelle. La réponse aux charges de service a généralement été ignorée et le facteur de capacité de surcharge couramment utilisé par les concepteurs de tours en acier est devenu la norme pour la mesure de la résistance dans le code.
Les comparaisons ont assimilé le pourcentage de résistance au facteur de capacité de surcharge, ce qui a satisfait une analyse simple des structures unipolaires où le moment en porte-à-faux à la ligne de base négligeait les moments secondaires. Des tests de tours métalliques et de cadres en H avec des facteurs de surcharge ont déterminé la capacité de défaillance. Les effets de ces pensées de négligence assimilables dans deux domaines, le premier et le plus important étant la charge que la structure devrait supporter en service et le second quel est l’effet du facteur de charge sur l’analyse de la structure. Les facteurs de capacité de surcharge requis identifient souvent des charges qui dépassent la capacité du conducteur et des composants matériels de les transmettre à la structure. Le résultat est un système inefficace avec des composants incompatibles en résistance et en fiabilité.
Le développement erratique des sections de charge et de résistance au cours des huit dernières éditions du CESN peut indiquer la nécessité de fournir un code structurel ou d’identifier correctement les charges indépendamment et en combinaison, et la capacité de résistance des différents matériaux utilisés dans les composants des systèmes de transmission, de distribution et de communication.
Si le groupe de travail chargé d’examiner les propositions de changement maintenant rejetées pour le CSNE de 1987 concernant la résistance du bois a la possibilité, au fur et à mesure de l’examen de la question du bois, d’améliorer le code en élargissant la question à l’étude de la charge et de la résistance en ce qui concerne tous les matériaux.
Une résolution raisonnable dans la section de chargement 25 du CSN est de séparer les charges de glace et de vent. Les zones de chargement de glace peuvent conserver la désignation actuelle lourde, moyenne et légère. Il faudrait envisager une disposition pour une condition de glace extrême basée sur une période de retour probable telle que 50 ans. Les charges de vent doivent également être spécifiées en fonction des districts soumis à des vitesses de vent élevées, moyennes et faibles. Des combinaisons de charges peuvent alors être attribuées de manière rationnelle pour tenir compte de la diversité des charges en combinant ces caractéristiques climatologiques avec la température. La disposition de vent extrême devrait rester.
Si des facteurs de charge supplémentaires sont jugés souhaitables en réponse au vent ou à la glace en service, ils devraient être placés dans cette section. Ces charges devraient servir de base à l’analyse des forces sur les composants de tous les matériaux depuis les fils, les câbles, à travers les structures et jusqu’à la fondation, quels que soient les matériaux utilisés pour transmettre les charges.
La section 26 sur la résistance doit spécifier la résistance requise de chaque matériau en fonction de l’état de charge et de la fiabilité souhaitée du composant en question. Un exemple typique existe dans le code actuel où la tension du conducteur est limitée à 60% de la résistance à la rupture sur la base des charges spécifiées de la section 25, mais à 60 ° F, une tension initiale déchargée ne dépassant pas 35% de la résistance à la rupture du conducteur et une tension finale déchargée ne dépassant pas 25% de la résistance à la rupture du conducteur. Dans la proposition de modification du bois rejetée par l’IEEE pour le code de 1987, la capacité de résistance nominale était de 65% de la résistance du bois et de 85% de la résistance du bois pour la construction des grades B et C respectivement. Les facteurs de capacité de résistance des matériaux similaires pourraient être de 90% pour le métal et de 65% pour le béton armé.
Le rendement ultime ou les résistances désignées des matériaux ne doivent pas apparaître dans la section résistance et doivent être déterminés par l’ingénieur responsable du système structurel en fonction de son jugement et de son expertise des matériaux.
Les efforts passés pour développer de nouveaux concepts de chargement ont été relativement infructueux parce que les dispositions du code ont prévalu et que les modifications n’ont pas été proposées ou n’ont pas été acceptées. Un effort pour utiliser les vastes données actuellement disponibles sur la probabilité de charges et la résistance des matériaux pourrait être plus productif si les études de charge et de fiabilité étaient intégrées à une modification majeure des sections de charge et de résistance du CESN. La disponibilité actuelle d’un ordinateur pour les ingénieurs et les concepteurs individuels permet une approche de conception précise, rationnelle et fiable. Le code devrait donner une certaine latitude à l’ingénieur pour utiliser les connaissances de pointe actuelles pour concevoir des systèmes structurels plus efficaces et plus fiables. Le code peut toujours prévoir des « facteurs d’ignorance » comme alternative, mais il devrait décourager leur utilisation dans les rares cas où la responsabilité de l’ingénierie n’est pas disponible. La disposition ultime devrait exiger que toute la conception soit dirigée par un ingénieur responsable.