Dans "Structures: or Why Things Don't Fall Down", James Gordon parle d'arbres précontraints avec l'extérieur en traction et l'intérieur en compression. Pourquoi rend-il un arbre plus fort pour l'avoir en tension à la surface et en compression au cœur et comment lire le graphique de la première image ci-dessous?
De plus, dans la troisième photo, il est question de faire l'inverse avec une poutre en béton. Comment créer une tension à l'aide de barres d'armature?
Réponses:
Les graphiques sont des graphiques de contrainte en fonction de la position. Le stress est la force par unité de surface exercée sur un matériau. Les valeurs positives sont la tension et les valeurs négatives la compression.
Le premier graphique (le plus à gauche) montre la contrainte normale par rapport à la position qui serait attendue de la flexion s'il n'y avait pas de précontrainte. Le graphique du milieu montre la précontrainte sur l'arbre. Le tracé le plus à droite montre la superposition , ou somme, de la contrainte de flexion et de la précontrainte.
En génie mécanique, la résistance est définie comme la contrainte maximale qu'un matériau peut tolérer avant de tomber en panne. Chaque matériau a des limites de résistance uniques, appelées leur résistance ultime . Dans certains matériaux, c'est la même chose en traction et en compression, mais dans d'autres, les résistances ultimes à la traction et à la compression sont différentes. La plupart des métaux ont approximativement la même résistance à la traction et à la compression, mais les matériaux comme le bois et le béton entrent dans cette dernière catégorie, où la résistance à la traction et à la compression sont sensiblement différentes.
L'article que vous avez fourni indique que la résistance ultime à la traction du bois est supérieure à sa résistance ultime à la compression. Si l'arbre n'était pas précontraint, le côté opposé au vent tomberait toujours en premier, car comme le montre le premier tracé, les résistances maximales à la traction et à la compression sont les mêmes en flexion sans précontrainte. En ayant une précontrainte de traction à l'extérieur de l'arbre, l'arbre peut réduire la contrainte de compression maximale et ainsi résister à des vents plus forts. Notez qu'en raison de la troisième loi de Newton, il doit y avoir une précontrainte à la fois en traction et en compression pour équilibrer les forces.
Dans le béton, la situation est différente car le béton a une résistance à la traction essentiellement nulle. Le béton précontraint évite la rupture en ayant les barres d'armature en acier dans un état de précontrainte de traction et le béton dans un état de précontrainte en compression. Cela peut être accompli soit en étirant les barres d'armature pendant le coulage du béton, soit en coulant du béton autour des câbles enduits pour empêcher le béton de coller au câble. Dans ce dernier cas, les câbles sont tendus pour précontraindre le béton après sa cure.