Déterminer les propriétés des membres des structures historiques


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De temps en temps, je suis chargé d’ajouter ou de modifier des bâtiments ou des structures anciens. Il me faudrait établir la structure «telle que construite» et, à partir de cette analyse, voir comment la structure modifiée / nouvelle convient aux composants structurels existants.

Le défi réside dans les hypothèses que l'on est obligé de faire. Au fil des ans, les choses changent, tout comme les propriétés des matériaux et les tailles des éléments standard. Par exemple, je suis tombé sur un pont bombardé qui a dû être réhabilité en Angola. Le pont a été construit par le gouvernement portugais quelque temps avant la guerre d'Angola. Le pont a été construit à partir de grandes poutres en I en acier comme principaux supports. Nous n'avons pas pu établir le type d'acier utilisé pour les poutres en I et les propriétés de section que nous avons établies en mesurant les poutres avec un ruban à mesurer.

Comment les ingénieurs déterminent-ils les propriétés matérielles des membres de structures anciennes ou historiques? Je ne connais aucun document ou base de données qui capture tous les fabricants d'acier (ou de barres d'armature) du monde avec leurs listes de produits et leurs propriétés de matériaux respectives au fil du temps, ni quelles normes de conception étaient historiquement applicables à différentes époques dans différentes régions du monde.

Réponses:


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Je n'ai jamais rencontré de ressource compilant une base de données mondiale de données structurelles historiques. Mais chaque pays dispose de certaines ressources.

Dans le travail limité que j'ai fait avec des structures historiques (au Royaume-Uni), j'ai utilisé ces ressources:

Le manuel historique de la charpente métallique contient les propriétés des matériaux et des sections pour les sections en fonte, en fer forgé et en acier du Royaume-Uni et d'Europe depuis le milieu du 19e siècle. Il comprend également des références aux codes du bâtiment historiques ainsi que des informations sur le chargement et la conception.

et

TR70 Approches historiques de la conception des bâtiments et des structures en béton contenant des propriétés historiques de renforcement et de mélange de béton ainsi que des conseils de conception historique.

Cependant, des recherches supplémentaires sont généralement nécessaires. Les bibliothèques nationales contiennent souvent des copies historiques des règlements de construction et d'autres conseils de conception. Des institutions comme l'Institution of Structural Engineers et l'Institution of Civil engineer au Royaume-Uni ont souvent des informations historiques sur la construction.

J'imagine qu'en dehors de l'Europe occidentale et de l'Amérique du Nord, trouver des orientations similaires serait très difficile, voire impossible.

Ce document peut être utile pour commencer à faire des recherches historiques: Chrimes, M. Recherches historiques: un guide pour les ingénieurs civils, Génie civil, Actes de l'Institution of Civil Engineers, Volume 159, Numéro 1, février 2006, pp. 42–47 .


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Malheureusement, ma connaissance du travail historique ne s'étend que jusqu'aux frontières des États-Unis.

Cependant, pour les travaux aux États-Unis, l'American Institute of Steel Construction (AISC) publie une base de données de formes historiques montrant les différentes tailles utilisées au cours des 80 dernières années et certains des fabricants qui ont fabriqué des éléments en acier. Si vous pouvez prendre des mesures des dimensions du faisceau, il est possible que vous puissiez déterminer la taille qu'il est censé être. Étant donné que si la forme n'est plus réalisée, vous pourrez peut-être déterminer la date de sa création et la corréler avec les spécifications de matériau courantes de l'époque.

En fin de compte, si vous n'avez pas accès aux dessins de conception ou aux spécifications utilisés pour construire le pont et que vous devez absolument connaître le type de matériau, je ne vois pas comment vous pouvez vous déplacer en prenant un échantillon et en le faisant tester en laboratoire . Pour quelque chose d'aussi critique pour la sécurité humaine qu'un pont, je pense personnellement que c'est un coût justifiable, en particulier compte tenu de certaines des défaillances de pont qui se sont produites au cours de la dernière décennie.


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En ce qui concerne le béton et l'acier, il y avait peu de normes pour les matériaux et la conception avant environ 1920, et vous n'en trouverez peut-être pas avant 1905, du moins c'est mon expérience. La technologie du béton armé était largement propriétaire avant 1910 environ - en tant que tel, le premier bâtiment en béton armé à plusieurs étages au Royaume-Uni (Weaver's Warehouse 1897 à 1906 je crois) a été construit sous licence.

Le manuel de l'ingénieur civil au Royaume-Uni peut être un bon guide pour ce qui se passait au début (Royaume-Uni et Commonwealth), et la bibliothèque de l'Institution of Civil Engineers en a des copies plus anciennes. Par exemple, le rapport eau / ciment a été trouvé pour la première fois dans la version 1923 du Manuel au Royaume-Uni (connu sous le nom de rapport Abrams et a été exprimé en volume de ciment par rapport au volume d'eau plutôt que le rapport w / cm / m d'aujourd'hui ).

La conception de l'entrepôt du tisserand a indiqué que l'utilisation de renfort à ce moment-là avait pour résultat que les charges étaient soutenues par un effet de «cambrage» plutôt que par l'approche de conception de «ductilité» actuelle. Cela signifie que les structures plus anciennes pourraient être plus à risque de modes de rupture fragiles. Je soupçonne que c'est parce qu'il y avait peu de connaissances sur la longueur d'ancrage, etc. avant les années 1930, et l'acier était souvent «fixé» aux extrémités. Le processus de construction exclusif de ce projet a nécessité que les dalles / poutres soient testées en charge lors de la construction de la structure.

De mémoire, les premiers codes pour l'acier et le ciment (par exemple BS 12) au Royaume-Uni ont été publiés au début des années 1900, vers 1906 environ, je n'ai pas les dates exactes. Les ciments étaient beaucoup plus grossièrement broyés à cette époque et chimiquement très différents. Il y avait peu de C3A et de gypse ajoutés, par exemple, avant environ 1920, car il a été introduit à une date ultérieure lorsque les fabricants ont découvert qu'il pouvait réduire l'énergie et les coûts de production. En outre, comme on ne savait pas grand-chose du collage de l'acier d'armature et de la longueur d'ancrage, il était souvent lisse, non déformé, avant 1920.

De l'autre côté de l'Atlantique, l'American Concrete Institute a été fondé vers 1904, et les premiers règlements de construction ont été adoptés vers 1910 avec un certain nombre de normes en place vers 1912. L'association Portland Cement, avec Duff Abrams plus tard comme premier ingénieur en chef , a été fondée vers 1917. Abrams devait lancer la méthode de conception du mélange de béton ACI, le concept du rapport eau / ciment et la capacité de renforcement de l'acier aux États-Unis.

Ce que j'ai trouvé aux États-Unis et en Europe sur des structures datant d'environ 1910 (mais surtout dans les années 1920), c'est que vous pouvez trouver à peu près n'importe quoi, et les tests sont fortement conseillés. Il n'est pas inhabituel de trouver du béton généralement conçu et produit sur une base de volume lâche (c'est-à-dire à la pelle ou à la pelle 1: 2: 4 et sans rapport eau / ciment). Un projet que nous avons examiné, une ancienne fondation de pont et un tablier, avait une composition de mélange de béton qui variait d'une extrémité du pont à l'autre: les granulats étaient un gravier de rivière arrondi à une extrémité et l'autre extrémité avait un granit concassé, et ils se sont mélangés en atteignant le centre.

Un autre problème important est la conception et la construction des fondations. Vous pouvez trouver n'importe quoi. J'ai vu des structures supporter une charge avec succès pendant 50 ans ou plus, mais avec des pieux en bois qui n'étaient situés qu'à moitié sous le chapeau (c'est-à-dire s'étendant au-delà des bords). Encore une fois, rien ne remplace l'enquête et / ou les tests.

Pour le béton, il existe une norme internationale BS EN 13791 qui comprend l'évaluation statistique de la résistance des structures où aucun historique de la structure n'est connu. Cela peut être utile pour comparer le béton aux codes structurels modernes. Mais s'il doit y avoir un changement de condition de chargement, rien ne peut remplacer l'identification des profondeurs de couverture et de la géométrie acier / section à l'aide d'essais non destructifs. Et bien sûr, la corrosion de l'acier de renforcement peut être un facteur important.

Pour l'acier de construction, un problème critique concerne souvent les boulons / soudures ainsi que les sections. L'évaluation est ici un grand art et peut nécessiter des tests radiographiques / ultrasoniques / de couple si la situation l'exige. Les structures en acier très anciennes sont souvent rivetées, ce qui introduit une complexité supplémentaire. Pour autant que je sache, il n'y a pas de guides historiques sur les boulons et les rivets. Les articles précédents ont donné quelques références qui pourraient être utiles pour les sections. En cas de doute sur une structure en acier, vous pouvez obtenir des coupons des sections et les faire tester pour la capacité de traction et la ductilité.

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