Les structures : ponts et bâtiments

Exercices corrigés

1. Une pièce que l'on tire et qui s'étire est soumise à :

   • A.La tractionBonne réponse
   • B.La torsion
   • C.Le cisaillement
   • D.La compression

   Réponse : A — La traction

   Quand on tire sur une pièce et qu'elle s'allonge, elle subit une traction. La compression, à l'inverse, l'écrase. La torsion la tord, le cisaillement tend à la trancher. Tirer = traction : c'est le repère à retenir.

2. Un pilier qui supporte tout le poids qui appuie dessus travaille en :

   • A.Flexion
   • B.Torsion
   • C.Traction
   • D.CompressionBonne réponse

   Réponse : D — Compression

   Le poids qui pèse sur un pilier l'écrase : il est comprimé, donc en compression. La traction correspondrait à un étirement (comme un câble), pas à un écrasement. Un pilier « pousse » vers le haut pour résister au poids qui appuie : c'est bien de la compression.

3. Quelle forme géométrique est indéformable et sert de base à la triangulation ?

   • A.Le cercle
   • B.Le triangleBonne réponse
   • C.Le rectangle
   • D.Le carré

   Réponse : B — Le triangle

   Le triangle est indéformable : ses trois côtés fixent complètement sa forme. Le carré et le rectangle, eux, se déforment en losange sous une poussée. C'est pour cela qu'on ajoute des barres en diagonale (triangulation) pour rigidifier une structure.

4. Quel type de pont utilise des câbles obliques fixés directement aux pylônes pour retenir le tablier ?

   • A.Le pont-levis
   • B.Le pont à poutres
   • C.Le pont en arc
   • D.Le pont à haubansBonne réponse

   Réponse : D — Le pont à haubans

   Le pont à haubans retient son tablier par des câbles obliques (les haubans) attachés directement aux pylônes. Le pont suspendu, lui, accroche le tablier à de grands câbles porteurs. Le pont à poutres repose sur des piles, l'arc reporte les efforts par sa courbe.

5. Pourquoi ajoute-t-on des barres en diagonale dans une grue ou une charpente métallique ?

   • A.Pour la décorer et lui donner un aspect plus esthétique et moderne
   • B.Pour former des triangles indéformables et rigidifier la structureBonne réponse
   • C.Pour la rendre plus lourde exprès, afin qu'elle résiste mieux au vent
   • D.Pour économiser du métal en réduisant le nombre de barres verticales

   Réponse : B — Pour former des triangles indéformables et rigidifier la structure

   Les barres en diagonale créent des triangles, une forme indéformable : c'est la triangulation. Elle empêche la structure de se déformer sous les efforts et la rend plus rigide. Ce n'est pas pour décorer ni pour l'alourdir ; au contraire, cela permet une structure solide sans excès de matière.

6. Un boulon placé entre deux plaques qui tendent à glisser l'une sur l'autre subit surtout :

   • A.De la compression
   • B.De la traction
   • C.Du cisaillementBonne réponse
   • D.De la flexion

   Réponse : C — Du cisaillement

   Quand deux plaques glissent en sens contraire, elles tendent à « trancher » le boulon qui les relie : c'est le cisaillement, produit par deux forces opposées et décalées. Ce n'est ni un étirement (traction), ni un écrasement (compression), ni une courbure (flexion).

7. Un axe que l'on fait tourner en le tenant par ses deux extrémités opposées subit une sollicitation de :

   • A.TorsionBonne réponse
   • B.Flexion
   • C.Traction
   • D.Compression

   Réponse : A — Torsion

   Faire tourner une pièce dans deux sens opposés à ses deux bouts la vrille : c'est la torsion. La traction l'étirerait, la compression l'écraserait, la flexion la courberait. Un mouvement de vrille = torsion.

8. À quoi servent les fondations d'un bâtiment ?

   • A.À produire de l'électricité grâce à des panneaux installés en sous-sol
   • B.À isoler le bruit des voisins situés aux étages inférieurs du bâtiment
   • C.À décorer le sous-sol avec un revêtement esthétique en pierre ou en bois
   • D.À transmettre au sol les efforts et le poids de la structure pour assurer sa stabilitéBonne réponse

   Réponse : D — À transmettre au sol les efforts et le poids de la structure pour assurer sa stabilité

   Les fondations sont la partie basse de la structure : elles transmettent au sol le poids et les efforts du bâtiment, ce qui l'empêche de s'enfoncer ou de basculer. Sans bonnes fondations, même une structure solide devient instable. Elles ne décorent pas, ne produisent pas d'énergie et n'ont pas pour rôle l'isolation sonore.

9. Un ingénieur doit choisir un matériau pour un élément qui sera fortement ÉTIRÉ dans un pont. Lequel de ces raisonnements est correct ?

   • A.Il faut choisir le matériau le plus léger, sans se soucier de l'effort
   • B.Peu importe le matériau, tous résistent pareil à toutes les sollicitations
   • C.Il faut un matériau qui résiste bien à la traction, comme l'acier, car l'élément est étiréBonne réponse
   • D.Il faut de la pierre, car elle résiste bien à la traction

   Réponse : C — Il faut un matériau qui résiste bien à la traction, comme l'acier, car l'élément est étiré

   Un élément fortement étiré subit de la traction : il faut donc un matériau qui résiste bien à la traction, comme l'acier (on l'utilise pour les câbles). La pierre, au contraire, casse facilement quand on l'étire : elle convient à la compression, pas à la traction. On choisit toujours le matériau en fonction de la sollicitation qu'il subit, pas seulement de son poids.

10. Sur un pont à poutres, le tablier repose sur des piles. Le tablier se courbe légèrement entre deux piles, tandis que les piles supportent le poids qui descend. Quelles sollicitations subissent respectivement le tablier et les piles ?

    • A.Le tablier en compression, les piles en flexion
    • B.Le tablier en traction, les piles en cisaillement
    • C.Le tablier en torsion, les piles en traction
    • D.Le tablier en flexion, les piles en compressionBonne réponse

    Réponse : D — Le tablier en flexion, les piles en compression

    Entre deux appuis, le tablier plie sous les charges : c'est de la flexion. Les piles, elles, reçoivent le poids qui descend et sont écrasées : c'est de la compression. Un même ouvrage combine donc plusieurs sollicitations selon les pièces. Il faut identifier, pour chaque élément, comment la force agit : courbure = flexion, écrasement = compression.

11. Pour franchir une très grande portée (plus d'un kilomètre entre deux appuis), quelle famille de ponts est la plus adaptée, et pourquoi ?

    • A.Le pont à poutres, car sa poutre unique traverse tout d'un coup
    • B.Le pont suspendu, car de grands câbles en traction portent le tablier sur de longues distancesBonne réponse
    • C.Le pont en arc en pierre, car la pierre supporte n'importe quelle portée
    • D.N'importe quel pont convient, la portée n'a aucune importance

    Réponse : B — Le pont suspendu, car de grands câbles en traction portent le tablier sur de longues distances

    Pour les très grandes portées, le pont suspendu s'impose : ses immenses câbles, sollicités en traction, peuvent porter le tablier sur de très longues distances entre deux pylônes. Un pont à poutres est vite limité (la poutre fléchit trop si elle est longue), et un arc en pierre ne peut pas couvrir de telles distances. La portée est justement ce qui guide le choix du type de pont.

12. Qu'appelle-t-on la « structure » d'un ouvrage ?

    • A.Le prix de la construction
    • B.Sa couleur et sa décoration
    • C.L'ensemble des éléments qui lui donnent solidité et stabilitéBonne réponse
    • D.Le nom de l'architecte

    Réponse : C — L'ensemble des éléments qui lui donnent solidité et stabilité

    La structure est le « squelette » de l'ouvrage : poutres, poteaux, câbles, fondations. C'est elle qui supporte les charges et empêche l'effondrement. La couleur, le nom de l'architecte ou le prix ne font pas partie de la structure.