Qu'est-ce qu'un échec structurel?
Une défaillance structurelle se produit lorsqu'une structure, telle qu'un bâtiment, s'effondre ou tombe physiquement de manière similaire. Il existe de nombreuses causes d'échec structurel, naturelles ou d'origine humaine. Dans certains cas, la conception ou la construction même du bâtiment peut être en cause, alors que dans d'autres cas, la négligence, la surcharge ou une catastrophe naturelle en est la cause. Des capteurs et des modèles mathématiques sont utilisés dans la conception et la maintenance des bâtiments pour réduire et surveiller les risques de défaillance structurelle.
Lors de la construction d'un bâtiment, la conception prend en compte la quantité de contraintes mécaniques qu'il est susceptible de subir. Les facteurs de stress possibles comprennent la forme et l'utilisation prévue du bâtiment - par exemple, un immeuble de bureaux de grande hauteur est physiquement différent d'un garage de stationnement sur plusieurs niveaux ou d'une maison d'habitation à un étage. Chacun de ces bâtiments réagira différemment aux fortes charges, au vent, à la pluie et aux tremblements de terre.
Le matériel est également important. Les armatures en acier et les grandes quantités de verre de construction utilisées dans les gratte-ciel, par exemple, donnent à ces grands bâtiments la flexibilité nécessaire pour résister à la force des grands vents. Les toits de bardeaux sur lesquels reposent les maisons dans les climats froids permettent à la neige de glisser plutôt que de s’accumuler sous des charges lourdes et de créer un poids qui pourrait entraîner l’effondrement du toit - un type courant de défaillance structurelle. Les bâtiments en briques, bien que moins susceptibles au feu que les bâtiments en bois, peuvent être plus dangereux en cas de tremblement de terre, car la maçonnerie lourde peut s’effondrer et créer un danger dangereux pour ceux qui se trouvent à l’intérieur.
Une défaillance structurelle peut survenir en raison d'un défaut de conception si les concepteurs du bâtiment n'ont pas tenu compte de son emplacement, de sa forme et de l'usage auquel il est destiné. Cela peut également être dû à une négligence ou à une mauvaise utilisation du bâtiment - par exemple, en surchargeant la capacité prévue avec des personnes ou en augmentant le poids d'objets tels que des machines. Ces cas d'effondrement de bâtiment sont d'origine humaine et peuvent être évités en modélisant mathématiquement les contraintes probables sur le bâtiment au cours du processus de conception et en respectant ces consignes tout au long de la vie du bâtiment.
Les catastrophes naturelles et les phénomènes météorologiques peuvent souvent constituer une menace plus ardue. Les vents violents, les incendies, le poids de la pluie ou de la neige et les tremblements de terre peuvent tous entraîner des défaillances structurelles. Bien que ces facteurs soient anticipés autant que possible lors de la conception et de la construction, des accidents se produisent encore. La corrosion inattendue d'un élément de charpente métallique due à des infiltrations d'eau peut entraîner l'effondrement d'une structure. Les défauts dans les mélanges de béton utilisés dans les fondations des bâtiments peuvent entraîner des fissures et éventuellement des défaillances.
Afin de limiter ces risques, les ingénieurs utilisent souvent des systèmes de capteurs montés à l'intérieur de la structure. Des appareils appelés accéléromètres peuvent mesurer les vibrations et sont utilisés pour évaluer le fonctionnement des ponts. Les jauges de contrainte et les fibres optiques peuvent être utilisés pour détecter les dommages dus aux contraintes et à la charge sur les structures. Ces capteurs, ainsi que d’autres dispositifs associés, aident les ingénieurs à prévoir et à prévenir toute défaillance structurelle éventuelle.