mÉcaniquetechsceniques.clg.qc.ca/html/pdf/mecanique-materiaux... · 2019. 9. 23. · 3 stratÉgies...

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MÉCANIQUEdes

MATÉRIAUXet des

STRUCTURES

MÉCANIQUEdes

MATÉRIAUXet des

STRUCTURES

Texte et illustrations : Serges PéladeauTexte et illustrations : Serges Péladeau

STRATÉGIES STRUCTURALESSTRATÉGIES STRUCTURALES

• Concept scénographique– Esthétique

• Revêtements et formes– Technique

• Matériaux et structures

• Le concept et la technique sont étroitement liés– Un choix esthétique impose certaines contraintes

structurales– Structure comme concept

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4 contraintes qui s’imposent au concept• 1re Budget

– Matériaux– Outillage– Main-d’œuvre

• 2e Matériaux de revêtement– Structure stable, légère ou lourde– Compatibilité entre les matériaux

• 3e Forme– Dynamique– Stratégie structurale

• 4e Coût de la structure– Stratégie structurale– Forme– Matériaux– Montage


• Comprendre les règles qui régissent les systèmes structuraux– Parce que c’est à cet aspect que le concept est le plus vulnérable

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• Cet atelier n'est pas une réponse aux problèmes de structure auxquels on peut être confronté dans la réalisation d'un concept, mais il est d'abord et avant tout un survol des différentes règles qui régissent les systèmes structuraux.

• Le but est d'inspirer une démarche, de guider un questionnement qui serait susceptible d’identifier les problématiques structurales et de les comprendre afin de trouver des solutions viables aux concepts scénographiques.

RÉALISATIONRÉALISATION

• Faisabilité – Forme de l’élément↨– Structure

• Possibilité – Choix matériels↨– Disponibilité ou compatibilité

• Sécurité – Surface↨– Finition

– Choix esthétiques↨– Solidité

Contraintes de réalisation

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RÉALISATIONRÉALISATION

• Conceptualisation – Propositions conceptuels ↨– Connaissances techniques

• Réalisation – Problématiques du concept ↨– Connaissances techniques

Contraintes de réalisation

MATÉRIAUXMATÉRIAUX

• Propriétés– Structurale– Esthétique des revêtements

• Contraintes de production– Prix– Disponibilité– Transformation– Compatibilité – Outillage– Main-d’œuvre– Poids – Durabilité

Propriétés et contraintes matérielles

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• Solidité– Résistance aux torsions– Capacité de charge

• Élasticité– Cohésion matérielle – Rigidité, robustesse, souplesse

• Stabilité– Homogénéité, uniformité– Déformabilité– Durabilité

Propriétés mécaniques des matériaux


• Malléabilité– Transformation (facilité, difficulté)– Plasticité

• Assemblage– Résistance (qualité)– Facilité– Compatibilité

Propriétés mécaniques des matériaux

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• Disponible• Prix plus ou moins abordable selon la variété du bois

– Épinette = abordable– Pin = peu abordable– Merisier ou érable = peu abordable

• Éventail de formats– Largeurs : 2 pouces à 12 pouces *– Épaisseurs : 1 pouce à 8 pouces *– Longueurs : jusqu’à 16 pieds

• Qualité – Déterminée en fonction du pourcentage des nœuds

(largeur de nœuds par rapport à la largeur de la planche)

Bois naturel

* Mesures nominatives


• Caractéristiques– Variables selon l’essence de bois (densité)

• Bois mous sont...• Bois semi-dures sont un peu moins...• Bois durs sont plus difficilement...

– Flexible– Malléable– Transformation facile– Assemblage facile

– Poids variable selon la densité du bois

Bois naturel

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• Contraintes – Formats

• Limité en largeur et en longueur– Homogénéité

• Densité et qualité variables– Durabilité

• Limité par le dessèchement– Qualité des assemblages

• Difficulté à en contrôler le résultat

Bois naturel


• Disponible selon la demande• Prix plus ou moins abordable selon la variété de bois

utilisée– Contreplaqué d’épinette = abordable– Contreplaqué de peuplier = moins abordable– Contreplaqué de merisier = moins abordable

• Éventail de finition– Standard = avec beaucoup de nœuds et de défauts– Beau côté (1 ou 2 côtés) = défauts bouchés et surface

poncée– Sélect = plies de parement de qualité supérieure– Plaqué : parement laminé de bois noble

• Formats – Largeur et longueur : 4 pieds par 8 pieds– Épaisseur : de ¼ à ¾

Bois manufacturé (contreplaqué)

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• Caractéristiques– Rigide, mais variable selon l’épaisseur– Plus ou moins malléable selon l’épaisseur– Transformation facile– Assemblage facile– Poids moyen à lourd




• Limité en largeur et en longueur– Homogénéité

• Selon la qualité et la variété du bois– Durabilité

• Assez longue dans de bonnes conditions– Qualité des assemblages



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• Disponible selon la demande• Prix abordable• Éventail de qualités, de finitions

– Particules = plat / lisse et chant / poreux – Fibres orientées = plat et chant / rugueux– Fibres de pin (MDF, HDF) = plat et chant / lisse– Plaqué : parements laminés de bois noble ou de polymère

• Formats – Largeur et longueur : 4 pieds par 8 pieds– Épaisseur : 5⁄8 pouce– Sauf pour les panneaux de fibres de pin *

• Largeur et longueur : 4 pieds par 8 pieds à 6 pieds par 12 pieds• Épaisseur : ¼ pouce à 2 pouces

Bois manufacturé (aggloméré)

* Grands formats sur commande


• Caractéristiques– Rigide

• sauf pour les panneaux de petite épaisseur de fibres de pin– Peu malléable– Transformation facile– Assemblage difficile– Poids lourd à très lourd


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• Éventail de formats, mais limité en longueur– Homogénéité

• Matériau uniforme– Point faible

• Arêtes friables– Durabilité





• Disponible sur demande seulement• Prix plus ou moins abordable selon le type de fabrication

– Âme d’aggloméré, assise de contreplaqué = abordable– Âme de contreplaqué, assise d’épinette = abordable– Parallam = moins abordable– Microlam = peu abordable

• Éventail de qualité et de finition– Poutrelle en I = bonne qualité, finition rugueuse– Parallam, microlam = très bonne qualité, belle finition

• Formats (variable selon le type de poutrelle)– Hauteur : 7¼ pouces à 24 pouces– Épaisseur : 1¾ pouce à 5¼ pouces– Longueur : jusqu’à 66 pieds

Bois manufacturé (poutrelle)

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• Caractéristiques – Rigide – Transformation facile– Assemblage facile– Poids moyen à lourd




• Limité surtout en hauteur (petit format peu disponible)– Homogénéité

• Uniforme– Durabilité


• Assemblages avec des étriers, très solides


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• Matériau obtenu par fusion et alliage de différents métaux dont les propriétés varient selon le mélange des métaux et la méthode de production.

• L'acier est forgé, extrudé ou roulé pour produire des profilés, des tubes ou des feuilles

• L’acier est principalement un mélange de fer et de carbone.

Acier


• Caractéristiques– Plus ou moins flexible selon les formats– Malléable – Solide – Stable– Durable

Acier

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• Contraintes – Poids très lourd– Transformation difficile– Assemblage difficile

• Nécessite de la main-d’œuvre spécialisée– Qualité des assemblages

• Très solide

Acier


• Disponible• Prix à la livre

– dépendant des fluctuations du prix de l’acier à la bourse• Fabrication

– Pousser à chaud dans une moule• Qualité uniforme

– Arêtes arrondies • Formats (hauteur, largeur, épaisseur)

– variables selon les profilés• Longueur

– disponible jusqu’à 66 pieds• Variétés

– Tuyaux ronds– Profilés :en T , en I, en H, cornière (en L)

Acier forgé

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– Pousser à chaud dans une filière• Qualité uniforme




– Tiges : rondes, carrées– Tubulaires : ronds, carrés, rectangulaires

Acier extrudé




– Roulé à chaud, plié et soudé• Qualité uniforme

– Arêtes carrées• Formats (hauteur, largeur, épaisseur)



– Tiges : plates – Tubulaires : ronds, carrés, rectangulaires

Acier allégé

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• Caractéristiques particulières• Plus léger que l’acier forgé ou extrudé • Structuralement plus fort que l’acier forgé ou extrudé• Plus malléable• Plus facile à transformer• Plus délicat à assembler

– Nécessite une main-d’œuvre plus qualifiée• Faiblesse matérielle avec certaines quincailleries de

montage– Les boulons peuvent compresser les tubulaires– Peut nécessiter l’ajout de manchons

Acier allégé




– Roulé à chaud• Qualité uniforme• Formats

– Largeur : 4 pieds– Épaisseur : jauge de 4 à 30 correspondant à des épaisseurs

en dessous de ¼ pouce (4 correspond un peu moins que ¼)• Longueur

– Vendu en 8 ou 12 pieds, mais disponible en rouleau• Variétés

– feuilles : plates ou avec relief

Acier roulé

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– Roulé, perforé et étiré• Qualité uniforme

– Arêtes carrées• Formats

– Largeur : 4 pieds– Longueur : 8 pieds

• Variétés– panneaux

Aluminium


• Métal non ferreux obtenu par fusion et alliage, à partir de bauxite.

• L‘aluminium est forgé, extrudé ou roulé pour produire des profilés, des tubes ou des feuilles.

Aluminium

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• Caractéristiques– Flexible– Malléable – Solide – Stable– Durable– Léger

Aluminium


• Contraintes – Transformation facile– Assemblage difficile

• Nécessite de la main-d’œuvre spécialisée– Contrainte majeure : les assemblages.

Les soudures sont moins solides que le matériau lui-même. Pour obtenir un produit solide, il faut cuire les éléments soudés dans un four pour aluminium. Ce qui augmente considérablement les coûts de production.

Aluminium

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• Disponible• Prix à la livre (très dispendieux)

– dépendant des fluctuations du prix de la bauxite à la bourse• Qualité uniforme




– Tiges : rondes, carrées – Tubulaires : ronds, carrés, rectangulaires– Profilés : en T , en I, en H, cornière (en L)– Feuilles : plates ou avec relief

Aluminium


• Matériau de fabrication chimique à base de pétrole• De formes très variées

– Panneau, feuille, profilé, tubulaire, tige, liquide• De densités et de textures variées

– Mou, dur, flexible, rigide, lisse, rugueux• De compositions très diverses• Chaque produit a été conçu pour une application précise

– Isolant, transparent, recouvrement, protection• Produits les plus courants

– Résine de fibre de verre, acrylique, polycarbonate, plastique, polystyrène, caoutchouc mousse

Polymères

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• Caractéristiques très variables selon les produits– Généralement malléable… – Stable…– Durable…– Poids : léger

Polymères


• Contraintes – Poids léger– Transformation facile– Assemblage plus ou moins difficile

• Nécessite des produits spécialisés – Matières dangereuses, produits toxiques

Polymères

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ASSEMBLAGEASSEMBLAGES

• En menuiserie, l’assemblage est l’étape de fabrication qui consiste à relier les diverses composantes d’une structure ou derevêtement les unes aux autres de manière permanente.

• La technique consiste à lier les diverses pièces de bois avec dela quincaillerie d’assemblage (clous, vis, agrafes) et avec de l’adhésif (colle à menuiserie).

Assemblages de bois

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• La quincaillerie d’assemblage est principalement utilisée comme serre-joint le temps que la colle sèche.

• Cela permet de manipuler les pièces assemblées afin de poursuivre la construction tout en donnant à la colle la possibilité de sécher sous pression.

• Une fois la colle sèche, la quincaillerie d’assemblage utilisée ne joue plus qu’un rôle mineur dans la solidité d’un assemblage, soit plus ou moins 10%, selon le type de quincaillerie d’assemblage utilisée.

Assemblages de bois


• Il y a plusieurs conditions qui font qu’un assemblage avec colleest plus ou moins solide.

• En voici les principaux :

Qualités d’un bon collage

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• Le contact uniforme entre les surfaces de collage.– Il est essentiel que toutes les surfaces d’un assemblage se

touchent parfaitement. – Il faut éviter les petits jeux ou défauts entre les surfaces qui

réduisent l’efficacité du collage. – Les liens entre la colle et le bois sont très forts (presque

deux tonnes au pouce carré) si l’espace entre les pièces est presque nul, car la colle renforce les liens en pénétrant le bois.

– Une des particularités de la colle de menuiserie est que plus le lien est court, plus la colle est résistante.

– Alors, plus il y a d’espace entre les pièces à joindre, plus lesliens créés par la colle sont longs, plus l’assemblage est fragile.



• La répartition uniforme de la colle sur les surfaces de collage.– Il est important d’étendre de la colle sur toutes les surfaces de

contact entre les pièces de bois, car s’il manque un certain pourcentage de colle sur les surfaces de contact, l’assemblage sera d’autant moins solide.


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• La répartition uniforme de la pression exercée sur la surface de collage par les serre-joints ou la quincaillerie d’assemblage.– Pour ce qui est de la quincaillerie d’assemblage, trop en

mettre peut fendiller les composantes de bois, ce qui affaiblit les pièces jointes.

– Ne pas en mettre pas assez ou mal les répartir sur la surface de collage crée des pressions inégales sur l’assemblage, ce qui diminue l’homogénéité du collage nécessaire à un assemblage solide.

– Il y a un juste équilibre à trouver entre le nombre et la répartition de la quincaillerie d’assemblage par rapport à la surface de collage.



• Accorder un temps de séchage avant de mettre les assemblages sous tension ou d’utiliser les éléments assemblés depuis peu. – La colle à menuiserie sèche complètement en plus ou moins

24 heures selon les conditions thermiques et d’humidité de l’atelier.

– Même si elle semble relativement très solide au bout de trente minutes de séchage, si l’on utilise les assemblages dans les minutes qui suivent leur collage, les pressions exercées sur la structure et le revêtement ou les vibrations et les chocs des mouvements peuvent réduire la pression exercée par la quincaillerie d’assemblage.


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• La solidité des assemblages dépend de la précision des étapes préparatoires des composantes à joindre et de l’uniformité du collage et de l’assemblage proprement dit.

• Toutefois, il y a un autre facteur important que l’on doit tenir compte pour s’assurer de la solidité des assemblages, les propriétés mécaniques de la colle.



• La principale préoccupation en menuiserie de décor est d'assembler les structures de manière qu'elles résistent aux pressions qui s'exerceront sur elles (ex. : poids et mouvements des comédiens, éléments de décor superposés).

• Il est donc important d'identifier dans quel sens la pression va s'exercer sur les assemblages d’une structure afin de disposer judicieusement les différentes pièces d’un assemblage pour qu’elles absorbent cette pression sans compromettre la solidité de la structure.

Propriétés mécaniques de la colle

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• Comme nous l’avons vu précédemment, dans l'assemblage du bois, la colle de menuiserie est la composante qui permet aux différentes pièces de bois d'adhérer ensemble et de créer un tout.

• La quincaillerie d'assemblage, clous, vis et agrafes, sert principalement à maintenir une pression sur les diverses pièces de bois pendant le séchage de la colle.



• Malgré sa grande efficacité, la colle ne peut, à elle seule, garantir la solidité d'un assemblage.

• L'agencement des pièces de bois par rapport à la pression assurera, lui aussi, la solidité d'un assemblage.


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• La pression peut agir de trois façons sur un assemblage de bois, soit par compression, par cisaillement ou par traction.



• Compression– La compression est l'action de

comprimer diverses composantes les unes sur les autres.

– Un assemblage de bois dont on comprime l'adhésif est le plus solide des collages, car la colle ne contribue qu'à retenir les pièces de bois puisque ce sont ces dernières qui font tout l'effort.

– Tout comme la colle, la quincaillerie d'assemblage, fixée verticalement par le dessus, n'apporte aucune résistance supplémentaire pour contrer la pression.


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• Cisaillement– Le cisaillement est l'action de

glissement de diverses composantes les unes sur les autres.

– Un assemblage de bois dont l'adhésif travaille en cisaillement est relativement très solide, car la surface de collage, étant verticale, offre une très grande résistance contre le glissement.

– De plus, la quincaillerie d'assemblage, fixée horizontalement, contribue elle aussi à contrer la pression par la résistance de son matériau.



• Traction– La traction est l'action qui tente

d'éloigner les diverses composantes les unes des autres.

– Un assemblage de bois dont l'adhésif travaille en traction est le moins solide des collages, car la surface de collage, étant horizontale, offre très peu de résistance contre la traction.


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• Traction– La quincaillerie d'assemblage, fixée

verticalement par le dessous, n'apporte qu'une faible résistance pour contrer la pression.

– Toutefois, la vis et le clou vrillé peuvent augmenter la résistance de l'assemblage à cause de leur prise en vrille, mais cette résistance est limitée par les propriétés du matériau (bois mou = très faible résistance, bois dur = résistance relativement solide, bois manufacturé = faible résistance).



• Quincaillerie d'assemblage– Afin d'augmenter l'influence de la

quincaillerie d'assemblage pour diminuer les effets de la pression sur les assemblages, on enfonce les clous, agrafes et vis en biais en alternant l'orientation de l'un à l'autre.

– Cependant, cette manière d'assembler n'est pas une garantie absolue contre les bris d'assemblage, surtout pas contre les effets de la traction.


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• La plupart des éléments d’un décor sont démontables et, très souvent, fractionnés en plusieurs modules pour en faciliter le transport ou la manutention.

• La solidité de leurs assemblages est importante, car ces éléments ou modules sont exposés à de multiples manœuvres de montage, de démontage et de transport.

• De plus, ils doivent jouer un rôle adéquat dans la stratégie structurale d’ensemble puisque toutes les pressions que subirontles structures passeront inévitablement par leurs assemblages.

• Ceux-ci seront donc choisis en fonction de leur utilisation et de leur solidité afin de réagir adéquatement aux conditions particulières auxquelles les éléments de décor seront soumis.

Choix des assemblage


• Le coût de la main-d’œuvre et des matériaux ainsi que le temps requis pour la préparation jouent un rôle important dans le choix des assemblages.

• Un assemblage de planches en bout avec un renfort plaqué (mouchoir) s’avère plus rapide et économique qu’un assemblage de planches en bout à mi-bois. Dans certaines conditions, il est aussi plus solide.

• On choisit les matériaux en fonction de leur utilité et de leurspropriétés, mais leur coût restreint parfois les options.

Choix des assemblage

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• Voici les propriétés d’un assemblage dont il faut tenir compte dans la planification d’une construction, en visant le meilleur rapport qualité/prix :

1. Plus la surface de collage est grande entre les différentes composantes d’un assemblage, plus celui-ci sera solide, pourvu qu’on ait un bon collage.

• Certains assemblages par emboîtements offrent une grande surface de collage par la multiplication des encastrements.

Propriétés des assemblages


2. Plusieurs emboîtements offrent une surface d’épaulement comme appui aux torsions que subira un assemblage.

• Si cet épaulement est grand, résistant ou stable, l’assemblage sera en mesure de supporter plus de pression.

• L’épaulement augmente aussi la surface de collage.


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3. Chaque matériau possède des propriétés mécaniques et des capacités de résistance qui lui sont propres.

• Tous les assemblages ne conviennent donc pas à tous les matériaux, car certains d’entre eux peuvent se fendiller (bois naturel) ou se disloquer (bois manufacturé).

• Certaines variétés de contreplaqués ne sont pas appropriées pour les assemblages à mi-bois, car le matériau se délaminelorsqu’on coupe quelques plis sur son épaisseur.



4. La précision des emboîtements est nécessaire à la solidité d’un assemblage, tant pour le collage que pour la stabilité des pièces jointes.

• Un bon assemblage doit se faire sans pression ou sans jeu entre les pièces.

• Un assemblage trop serré peut fendre les pièces jointes, tandis qu’un jeu entre les pièces rendrait l’assemblage vulnérable aux torsions.

• De plus, si un assemblage possède un épaulement, mais que ce dernier ne joint pas les pièces assemblées, cet assemblage sera fragile aux torsions.

• Le choix du matériau, de sa stabilité lors de sa transformation et la facilité avec laquelle on peut le préparer pour un assemblage sont des atouts pour obtenir de la précision.

• Il faut donc avoir les bons outils de transformation avec le bonmatériau et de la précision dans le travail de transformation pour obtenir un assemblage solide et durable.


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5. La rapidité d’exécution d’un assemblage est le nerf de la guerre d’un budget en menuiserie de décor.

• On choisit souvent les assemblages les plus rapides à exécuter, mais qui offrent, en contrepartie, une assez bonne solidité.

• Toutefois, certains assemblages sont plus appropriés à un type de construction que d’autres, offrent plus de résistance à long terme ou sont plus compatibles avec certains matériaux.

• La rapidité peut être un atout budgétaire à court terme, mais pourrait devenir un point vulnérable pour les éléments de décor qui doivent durer longtemps.



• À noter : plusieurs des techniques de montage en décor de scène s’inspirent des techniques d’assemblage, telles que : « feuillure », « tenons et mortaises » ou « queue d’aronde ».

• Il est alors possible d’adapter d’autres assemblages comme techniques de montage pour résoudre ou réduire certaines problématiques de montage.


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SYSTÈME STRUCTURALSYSTÈME STRUCTURAL

• Agencement de différentes composantes– Membrures principales– Membrures secondaires– Revêtement (s’il contribue à la stratégie structurale)

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• Ce sont les forces qui agissent sur le système structural qui enmenacent généralement la stabilité et la forme.

• Ces forces, qui sont de diverses natures, doivent pouvoir être transférées d'un point à un autre du système structural sans que cela entraîne une modification de I'organisation des systèmes.


• Un système structural, comme tout système, ne peut être isolé deson contexte sans que I'on tienne compte des liens qu'il a avec son environnement.

• Choisir un système, c'est aussi déterminer ses liens avec les autres systèmes.

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COMPOSANTESCOMPOSANTES

• Base– La cage de scène

• Plancher• Murs• Cintres• Gril et plafond

• Charpente– Assemblage de membrures

Système structuraux


• Châssis– Structure– Revêtement de toile


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• Panneau– Structure– Revêtement de bois

manufacturé– Revêtement de toile (facultatif)



• Ferme– Structure– Revêtement de bois manufacturé (plateau)


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• Tour ou colonne– Système structural– Transfère vertical– Compression– Traction



• Poutre– Système structural– Transfère horizontal vers des tours ou colonnes– Traction et compression


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• Cadre et arche– Système structural– Fusionne les propriétés

de la poutre et de la colonne

– Transfère combiné• diagonal



• Câble– Système structural souple– Tension

• Poutre• Colonne


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• Appui– Membrure horizontale ou verticale servant à joindre deux

structures entre elles– Structure servant de support à une autre structure



• Raidisseur– Sert à renforcer un système

structural soumis à une action– Rendre plus homogène

I'assemblage de plusieurs systèmes structuraux

– Maintenir l’alignement d’un ensemble de structures, d’un système structural


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• Système triangulé– Stabilise un système structural– transfert diagonal des forces

• Contrevent– Maintien la forme (équerrage)



• Système triangulé– Stabilise un système structural– transfert diagonal des forces


• Béquille– Augmente l’empiétement


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• Porte-à-faux– construction en saillie dont les appuis sont en retraits



• Membrures– pièces rigides servant à bâtir une

charpente, un châssis, une ferme généralement en planches ou madriers en bois, en tubulaires d’acier ou d’aluminium.

Composantes d’une structure

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• Membrures principales– Périmètre de la forme de la

structure• Montant

– Membrure verticale (portant)• Patin

– Membrure horizontale à la base (longeron, sole, lisse)

• Tête– Membrure horizontale au sommet

(longeron)



• Membrures secondaires– Liées aux membrures principales– Maintien la forme

• Traverse– Membrure horizontale– Maintien l’espacement de deux

montants• Contrevent

– Membrure diagonale– Maintien l’équerrage– Renfort de structure


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• Membrures secondaires– Liées aux membrures principales– Maintien la forme

• Cadre– Membrures périphériques d’une

ouverture (chambranle)• Linteau

– Membrure supérieure d’un cadre• Appui

– Membrure inférieure d’un cadre



• Noeud– Jonction entre les membrues


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• Noeud– Jonction entre les membrures– Jonction entre les revêtements



• Noeud– Jonction entre les membrures– Jonction entre les revêtements– Jonctions entre les systèmes

structuraux


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• Renfort d’assemblage– Pièce d’assemblage– Sert à lier deux ou plusieurs

membrures• Écharpe

– Forme trapézoïdale– Assemblage en T– Châssis

• Mouchoir– Forme triangulaire, rectangulaire

ou polygone irrégulier– Assemblage en coin– Châssis et panneau



• Revêtement bois manufacturé– peut faire partie intégrante

d'un système structural, tel un renfort de structure ou d’assemblage…

– … mais ne peut pas jouer le rôle d’une membrure pour transférer des pressions,

– car il n'a pas les propriétés requises


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• Âme– Partie centrale d’une structure (poutre en I)ou– Section de la structure servant au transfert des forces

Terminologie complémentaire

SYSTÈMES STRUCTURAUXSYSTÈMES STRUCTURAUX

• Squelette interne– La structure est non apparente (pour les spectateurs) – Le revêtement ne joue qu'un rôle de membrane

(un panneau)• Squelette externe

– Le revêtement contribue au système structural ou il est le système structural (structure coquille)

– Une structure apparente telle que l’armature d’un pont

Types de systèmes structuraux

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• Structure temporaire– Construction à utilisation unique de courte durée – Décor réalisé pour une salle, pour quelques semaines

seulement• Structure permanente

– Construction à utilisation unique et de longue durée– Décor réalisé pour une salle et pour plusieurs mois ou

années, comme à Broadway ou Las Végas• Structure démontable

– Construction à utilisation répétée sur une période plus ou moins longue

– Décor de tournée, décor d'opéra



• Stratégie structurale plane– Un ou plusieurs systèmes structuraux disposés sur un même

plan (horizontal ou vertical) • Stratégie structurale spatiale

– Agencement de plusieurs stratégies structurales planes disposées sur plusieurs plans (horizontaux et verticaux)

ou – un système structural tridimensionnel comme un dôme, une

arche.


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FORCESFORCES

• Force– toute cause capable de déformer un corps, d'en modifier

l'état de repos ou de mouvement• F = M x A

– la force est la masse multipliée par I'action• Masse

– caractéristique d'un corps relativement à I'attraction qu'il subit de la part d'une autre masse. Autrement dit, I'effet de la gravité sur un corps, le poids.

• Action – effet produit par quelque chose ou quelqu'un agissant sur la

masse en créant une pression sur sa forme ou son état.

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FORCESFORCES

• Masse– Élément de décor (gravité)– Positionnement spatial

• Action– Déflexion (action par laquelle une structure fléchit, se

déforme)– Mouvement

Force intrinsèque

FORCESFORCES

• Masse– Autres éléments de décor qui s’y appuient (liaisons)– Objets qui s’y ajoutent (charges)– Personnes qui s’y déplacent (acteurs, danseurs, acrobates)

• Action– Pressions imposées (liaisons)– Pressions variables (charges)– Pressions ponctuelles (vent, pluie, saut, chute)

Force extrinsèque

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FORCESFORCES

Pression externe (force indépendante)• pression que subit une structure et qui doit être transférée par

I'ensemble de la structure

Pression interne (force dépendante)• pression que transfère une structure par I'ensemble de ses

composantes, vers les points de contact (amarrage ou liaisons)

Force d’inertie• résistance structurale qui détermine le rapport entre la masse et

la forme d’une structure et sa capacité à s’opposer à une action

FORCESFORCES

Pression latérale• action horizontale appliquée à une structure (tirer, pousser)

Pression verticale• action verticale appliquée à une structure (gravité, charges)

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FORCESFORCES

Compression• action de pousser, de comprimer, de charger

Traction• action de tirer, d’étirer, d’entraîner

Cisaillement• action de glissement entre deux composantes

TRANSFERT DES FORCESTRANSFERT DES FORCES

Transfert des forces• Réaction d'un système structural pour contrer les pressions

auxquelles il est soumis, afin qu'il conserve sa forme et sa position par rapport à un ensemble.

Transfert latéral• Réaction horizontale d'un système structural (pont, poutre)Transfert vertical• Réaction verticale d'un système structural (tour, colonne)Transfert diagonal• Réaction combinée, de la verticale et de l’horizontal, d'un

système structural (cadre, arche)

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Structure• Agencement de membrures

– Chacune à une fonction précise– Travaille conjointement

• Maintenir les propriétés de la structure malgré les forces agissantes

Stratégie structurale• Agencement de structures

– Chacune à une fonction précise– Travaille conjointement

• Maintenir les propriétés de l’ensemble malgré les forces agissantes

Principes d’assemblage des structures

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Structure adéquate• Qualité des assemblages• Qualité des matériaux• Principes de construction

Structure inadéquate• Occasionner des bris• Occasionne des coûts• Occasionne des délais



Membrures principales• Repose sur la baseou• Transfère les pressions aux

membrures principales aux structures jointes

• Membrures continues• Périphérie de la structure• Toutes ses dimensions


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Membrures principales• Membrures non continues

– Transfert des pressions non adéquat

– Bris potentiels



Membrures secondaires• Nouer aux membrures principales• Transfère les pressions vers les

membrures principales Hors de la structure principale• Une extrémité en lien avec une

membrure principale


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Membrures secondairesHors de la structure principale• Nouer aux membrures

secondaires seulement• Section de la structure est plus

vulnérable… • … et moins rigide



Organisation des membrures• Alternance de directions• Diminuer le nombre de nœuds

sur une même membrure Ordre des membrures

1. Longerons à l’horizontal2. Montants à la verticale3. Traverses à l’horizontale4. Montants du cadre à la verticale


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STRATÉGIES STRUCTURALESSTRATÉGIES STRUCTURALESPrincipes d’assemblage des structures


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Répartition des nœuds à joints perdus

• Alterner la position des nœuds d’assemblage

• Consolider avec une membrure continue d’une structure à l’autre



Répartition des nœuds à joints perdus

• S’il y a alignement de noeuds– Effet charnière– Bris potentiels


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Nœuds de revêtement• Soutien nécessaire sous les

noeuds



Nœuds de revêtement• Sans soutien sous les nœuds

– Joints de revêtement plus apparent


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Régularité des membrures• Uniformité des transferts de forces• Répartition des forces sur

l’ensemble de la structure



Régularité des membrures• Non uniformité des transferts de

forces• Pressions plus grande sur certains

membrures– Déflection– Bris potentiels


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Régularité des membrures• Uniformité et régularité pour les contrevents



Dispersion des pressions• La dispersion des pressions sur la

plus grande partie de la structure par l’intermédiaire des membrures secondaires et du revêtement est nécessaire afin de conserver la forme de la structure.

• Plus il y aura de membrures secondaires et plus elles seront réparties uniformément, plus la structure sera stable et en mesure de supporter de fortes pressions externes.


63


Continuité des membrures• Transfert des pressions

d’une membrure à l’autre• Transfert des pressions

d’une structure à l’autre • Stabilité• Uniformité• Rigidité



Continuité des membrures• Interruption du transfert des

pressions d’une membrure à l’autre

• Interruption du transfert des pressions d’une structure à l’autre

• Pressions ponctuelles• Déflexions• Bris potentiels


64


Effet de levier• Plus courte est la portée

entre le point d'appui et l’extrémité d’une structure moins grande sera les pressions dues à l’effet de levier.



Effet de levier• Ajout de contrevents • Diminution de la portée• Moins d’effort• Plus de stabilité


65


Nœuds de montage• Positionner la quincaillerie de montage le plus près des

membrures principales.



Nœuds de montage• Les pressions internes se dispersent directement et efficacement

sur I'ensemble des membrures des structures.


66


Nœuds de montage• Si on positionne la quincaillerie de montage trop loin des membrures

principales…



Nœuds de montage• … les pressions internes déformeront les membrures des structures.

Ce qui accroît les risques de bris.


67

DYNAMIQUE DES FORMESDYNAMIQUE DES FORMES

Formes géométriques tridimensionnelles• Dynamique propre à chaque forme

– Forme d’une structure– Forme des membrures

Orientation spatiale• Dynamique différente selon l’orientation

– Horizontale– Verticale

68


Dimensions et épaisseur de la paroi• Masse périphérique• Masse centrale

Épaisseur des parois de la forme• Grande résistance structurale

– Plus la forme est grande– Plus la périphérie peut supporter la

charge


Forme pleine• Périphérie

– 15 % de la masse– 80 % de résistance

structurale• Centre

– 85 % de la masse– 20 % de résistance

structurale

69


Paroi• Mince

– Structure légère– Résistance structurale

limitée• Épaisse

– Structure plus lourde– Plus grande résistance

structurale,mais…

– Doit aussi gérer sa propre masse


Paroi épaisse• Problématique

– L’efficacité structurale d’une paroi diminue au fur et à mesure que l’on se rapproche du centre d’une forme.

Inversement– L’influence négative de la

masse sur la structure augmente.

70


Paroi épaisse• Doubler l’épaisseur

d’une paroi ne doublera pas sa capacité à gérer les pressions externes et internes.


Analyse• Différence d’épaisseur de paroi pour deux tubulaires

71


Analyse• Différence d’épaisseur de paroi pour deux tubulaires


Analyse• Différence de format pour deux tubulaires

72


Analyse• Différence de format pour deux tubulaires

MÉCANIQUE DES FORMESMÉCANIQUE DES FORMES

Réaction différente à la pression selon la forme• Pression interne centrifuge

– Caractéristiques de la forme– Caractéristiques de l’assemblage– Orientation spatiale

73


Forme plane• Forme simple• Pression interne

– Tendance à déformer à partir du centre

• Structure précaire• Force résultante

– Points faibles de la structure– Répartition sur deux directions

Directions

→ Pression interne

→ Force résultante

→ Noeud

Pression

↓


Forme en T• Ajout d’une structure perpendiculaire• Pression interne

– Tendance à déformer à partir du centre d’un côté

– Tendance à déformer à angle bissectrice de l’autre côté

• Structure stable• Force résultante

– Répartition sur trois directions• Nœud

– Faiblesse d’un assemblageDirections



→ Noeud

Pression

↓

74


Forme en croix• Ajout d’une seconde structure

perpendiculaire• Pression interne

– Tendance à déformer à angle bissectrice

• Structure plus stable• Force résultante

– Répartition sur quatre directions• Nœuds

– Faiblesses d’un assemblage Directions→ Pression interne


→ Noeud

Pression

↓


Forme carrée• Structure périphérique• Quatre côtés égaux• Pression interne

– Tendance à déformer à angle bissectrice par les arêtes

• Structure très stable• Force résultante

– Répartition sur quatre directions– Inégale selon le type d’assemblage

• Nœuds– Faiblesses d’un assemblage

Directions



→ Noeud

Pression

↓

75


Forme carrée• Pour améliorer la performance• Épaissir deux parois

– Opposer aux nœuds externes des nœuds perpendiculaires

– Créer une résistance en cisaillement• Assemblages plus solides

– Augmentation de la masse• Force résultante

– Répartition plus égale sur quatre directions

• Nœuds– Faiblesses d’un assemblage

Directions



→ Noeud

Pression

↓


Forme carrée• Pour équilibrer la force résultante • Opposer les nœuds d’assemblage

– Nœuds perpendiculaires aux nœuds adjacents

• Force résultante– Répartition plus égale sur quatre

directions– Dynamique giratoire

Directions



→ Noeud

Pression

↓

76


Forme rectangulaire• Structure périphérique• Quatre côtés, dont deux plus grands• Pression interne

– Plus importante sur les grands côtés• Structure plus stable

– Si ajout d’une ou plusieurs traverses• Force résultante

– Plus importante sur les grands côtés

Directions



→ Noeud

Pression

↓


Forme en U• Carré dont un côté est ouvert• Pression interne

– Tendance à déformer les parois verticales

• Structure plus ou moins stable• Force résultante

– Torsion vers l’intérieur ou l’extérieur des parois verticales

• Consolidation– Traverse au centre de la forme Directions



→ Noeud

Pression

↓

77


Forme en I• Âme centrale avec deux appuis• Pression interne

– Stabilité latérale• Structure relativement stable• Force résultante

– Tendance à déformer à angle bissectrice vers le centre de la forme

Directions



→ Noeud

Pression

↓


Forme en H• Âmes latérales avec une traverse• Pression interne

– Moins de stabilité latérale– Plus fort à la verticale

• Structure relativement stable• Force résultante

– Tendance à déformer à angle bissectrice vers le centre de la forme

Directions



→ Noeud

Pression

↓

78


Forme triangulaire• Trois côtés• Compromis entre le carré et le U• Pression interne

– Tendance à déformer par les arêtes• Structure relativement stable

– Deux parois obliques servent d’âmes– Paroi horizontale sert d’appui

• Force résultante– Répartition sur trois directions

• Nœuds– Côtés égaux

Directions



→ Noeud

Pression

↓


Forme triangulaire• Répartition inégale des noeuds• Longueurs différentes des membrures• Côté droit est le plus long

– Plus forte verticalement (plus longue)– Plus faible latéralement (succion)

• Côté inférieur est le plus court– Assemblage (cisaillement)

• Côté gauche– Assemblage (cisaillement et succion)– Dynamique giratoire

• Force résultante– Inégale

Directions



→ Noeud

Pression

↓

79


Forme triangulaire• Pour équilibrer la force résultante • Nœuds d’assemblage

– Opposés aux nœuds adjacents• Force résultante

– Répartition plus égale sur trois directions

– Dynamique giratoire

Directions



→ Noeud

Pression

↓


Forme circulaire• Sans arête, ni extrémité• Pression interne

– Uniforme dans toutes les directions• Nœud d’assemblage

– Faiblesse structurale• Force résultante

– Dynamique giratoire– Interrompu par la faiblesse

Directions



→ Noeud

Pression

↓

80


Forme circulaire• Pour améliorer la performance• Doubler la paroi à joints perdus• Nœuds d’assemblage

– Divise la pression ponctuelle• Force résultante

– Dynamique giratoire plus uniforme

Directions



→ Noeud

Pression

↓


Forme circulaire• Autre technique pour améliorer la

performance• Ajout d’une structure en croix• Pression interne

– Variable selon l’orientation de la forme• Verticale• Horizontale

• Force résultante– Combinaison de la dynamique

giratoire et de la forme en croixDirections



→ Noeud

Pression

↓

81


Orientation de la pression• Pression latérale ponctuelle• Force résultante

– Amplifiée sur le côté opposé– Amplifiée sur les côtés adjacents selon la

dynamique de la forme


Orientation spatiale de la forme• Structure verticale

– Effet de compression de la gravité– Compression des nœuds d’assemblage

les plus importants– Compression des nœuds de montage– Plus stable– Stratégie structurale moins complexe

82


Orientation spatiale de la forme• Structure horizontale

– Effet de traction dû à la gravité– Tractions des nœuds d’assemblage les

plus importants– Traction des nœuds de montage– Moins stable– Stratégie structurale complexe

83

STRATÉGIES de CONSOLIDATIONSTRATÉGIES de CONSOLIDATION

• Corriger des problématiques structurales– Solidifier– Stabiliser

• Modifier la forme• Ajouter des composantes

Stratégies de consolidation


Extension d’une structure• Espace disponible hors scène, hors de la vue du spectateurou• à vue du spectateur

– Intégration à l’esthétique

Exemple : porte-à-faux

Prolongement de la structure

84


• Stratégie– Prolonger la structure

• Effet– Contrebalancer la structure

• Incidence– Réduction de la portée

Contrebalancement de la structure


• Stratégie idéale– contreventer la structure sous le porte à faux

• Effet– Supporter la structure en compression

• Incidence– Réduire de la portée– Esthétique ?

Contreventement de la structure

85


Contreventement de la structure• Stratégie alternative

– Contreventer la structure sous une structure de contrebalancement• Effet

– Contrebalancer et soutenir la structure en tension • Incidence

– Réduction de la portée


Contreventement de la structure• Stratégie alternative

– Contreventer la structure au dessus de la structure– Prolonger la structure en hauteur

• Effet– Soutenir la structure

en tension • Incidence

– Réduction de la portée

86


Amarrage de la structure• Stratégie

– Ancrer ou haubaner la structure à une base stable, la scène et ses équipements fixes

• Effets– Immobiliser la structure– Consolider la structure

• Incidences– Réduction des flexions de la structure– Stabilisation de la structure


Amarrage de la structure• Contextes

– Décor fixe à montage unique– Décor de tournée dont on connaît les particularités techniques

de chacune des salles• Conditions

– Stratégie structurale autonome qui a la capacité de gérer les pressions externes et internes sans l’aide des amarrages

• Objectifs– Augmenter la stabilité d’une structure– Soutenir certaines parties d’une structure

87


Amarrage de la structure• Problématique

– Si les amarrages sont nécessaires à une structure pour qu’elle soit solide ou stable…

– …la stratégie structurale n’est pas adéquate.• Conséquence

– Les amarrages sont très sollicités– Peut infliger des distorsions structurelles entre les membrures

amarrées et les autres composantes de la structure.


Amarrage de la structure• Risque

– Prédispose au bris de structure– Soutenir certaines parties d’une structure

• Règle– Une structure doit être en mesure de gérer les pressions

internes auxquelles elle sera soumise, sans l’aide des amarrages.

88


Compression des structures• Application

– Structure horizontale avec peu de surface d’appui (pont, passerelle, porte-à-faux)

– Structure verticale servant d’appui à une autre structure


Compression des structures• Stratégie

– Générer des tensions structurales– Comprimer la structure

• Effets– Compresser les nœuds d’assemblage et de montage– Consolider la structure

• Incidence– Réduction des flexions de la structure– Stabilisation de la structure

89


Compression des structures• Contextes : éléments de décor...

– Horizontaux à longue portée– Porte-à-faux– Formes à faible force d’inertie– Appui à faible force d’inertie – Décor de tournée

• Problématiques matérielles– Démontable en petites sections– Faible force d’inertie des matériaux– Sans amarre aux équipements de la salle


Compression des structures• Techniques

– Tensions structurales (précontrainte structurale)– Compression structurale à l’aide d’un câble ou d’une tige

d’acier (précontrainte mécanique)• Objectifs

– Réduire les déflexions critiques (point de rupture)– Augmenter la force d’inertie d’une structure

90


Compression des structures• Facteurs : équilibre entre…

– Stratégie structurale– Force d’inertie des matériaux– Force d’inertie de la forme– Qualité des assemblages– Technique de montage


Poutrelle• Stratégie structurale permettant de transférer les pressions

externes vers ses appuis, aux extrémités de la poutrelle.• Si la pression est bien transférée par la structure vers ses appuis,

celle-ci se déformera légèrement.

• Par contre, si la structure n'est pas en mesure de transférer adéquatement la pression, elle se déformera jusqu'aux limites structurelles des assemblages ou des matériaux, avant de céder.

91


Porte-à-faux• Poutrelle dont l'un des appuis est en retrait d'une des extrémités,

laissant cette dernière sans appui.• Si la pression est bien transférée par la structure vers ses appuis,

celle-ci se déformera légèrement en se courbant vers le bas, pour la partie sans appui, et se courbera vers le haut entre les deuxappuis.


Porte-à-faux• Si la structure n'est pas en mesure de transférer adéquatement la

pression, elle se déformera à partir de l'appui en retrait jusqu'aux limites structurelles des assemblages ou des matériaux, avant decéder.

• C'est généralement près de cet appui que la structure se brise.

92


Porte-à-faux• Cet appui en retrait est très important dans la stratégie

structurale, car il est le pivot de la déformation de cette structure.

• Lorsqu'il y a une pression sur l'extrémité du porte-à-faux, cet appui travaille en compression alors que l'autre appui travailleen traction.

• Résultat, l'appui au point de pivot subit beaucoup plus de pression et de torsion que l'appui à l'extrémité.


Précontrainte structurale ou autocontrainte• Technique d'assemblage qui impose une forme légèrement

courbe aux composantes de la structure en les mettant sous tension.

• Stratégies– Contraindre la structure à se maintenir au dessus de son point

de rupture – Conserver la structure sous tension

• Procédé– Déformer la structure inversement à la pression externe afin

de lui opposer une résistance• Réaction

– Transfert graduel à angle des pressions par une courbe

93


Précontrainte structurale ou autocontrainte• Limites

– Choix des matériaux– Compatibilité des matériaux– Type de structure– Qualité des assemblages– Techniques de montage


Précontrainte structurale ou autocontrainteTechnique : forme de la structure• Membrures principales courbes

– Découper ou cintrer les membrures principales• Avantage

– Technique facile à réaliser• Inconvénient

– Courbure prononcée

94


Précontrainte structurale ou autocontrainteTechnique : déformation de la structure• Membrures principales courbes

– Imposer une courbe inverse à la pression externe aux membrures principales lors de l’assemblage des composantes (structures et revêtement)

• Avantages – Technique facile à réaliser– Courbure peu prononcée– Structure avec revêtement sous tension– Plus de rigidité


Précontrainte structurale ou autocontrainteTechnique : déformation de la structure• Inconvénients

– Assemblage plus long dû au temps de séchage (indispensable)

– Requiert des appuis stables• Attentions

– Qualité des assemblages (précision, colle, pression)– Disposition des nœuds d’assemblage à joints perdus– Orientation des propriétés structurales des matériaux

95


Précontrainte structurale ou autocontrainteTechnique : stratification d’un matériau• Membrures principales ou structure coquille courbe

– Stratifier plusieurs couches d’un matériau afin de former des membrures principales courbes ou un revêtement structural courbe

• Avantage – Plus il y a de couches, plus c’est résistant– Courbure peu prononcée– Structure ou revêtement sous tension– Plus de rigidité


Précontrainte structurale ou autocontrainteTechnique : stratification d’un matériau• Inconvénient

– Assemblage plus long dû au temps de séchage (indispensable)

– Technique plus longue et plus difficile (guide ou gabarit)– Requiert des appuis stables

• Attentions– Qualité des assemblages (précision, colle, pression)– Disposition des nœuds d’assemblage à joints perdus

96


Précontrainte structurale ou autocontraintePoutrelle• Pour que la structure cède, elle doit fléchir sous la ligne d'axe entre

les deux appuis.

• Pour ce faire, la structure doit écarter les appuis. C'est donc, en partie, la stabilité de ces appuis qui offrira une résistance adéquate à la structure. La structure de la poutrelle sous tension peut toutefois bien résister à la pression extérieure.


Précontrainte structurale ou autocontraintePorte-à-faux• La précontrainte structurale d'un porte-à-faux est

généralement utilisée pour diminuer la flexion indésirable de la structure au bout de la section sans support.

• La partie plate de la structure, entre les deux points d'appui, diminue l'efficacité de la précontrainte, car elle n'est pas sous tension, ce qui rend cette section plus ou moins fragile. Cette technique de précontrainte est adéquate pour les petits porte-à-faux ou pour de faibles pressions externes.

97


Précontrainte structurale ou autocontraintePoutrelle• Pour que la précontrainte d'un porte-à-faux soit plus résistante, il

faut que la section de la structure entre les deux appuis soit courbée en continu avec la section en porte-à-faux.

• Cette courbe continue permet à la structure de mieux transférer la pression appliquée au bout du porte-à-faux. La section entre les appuis doit donc se courber inversement à sa forme pour céder.


Précontrainte mécanique• La précontrainte mécanique consiste à ajouter à une structure des

câbles (ou des tiges d'acier) qui la comprimeront tout en lui imposant une forme courbe permettant de contrer les pressions externes.

• Stratégies– Contraindre la structure à se maintenir au dessus de son point

de rupture – Compresser la structure

• Procédé– Déformer la structure inversement à la pression externe afin

de lui opposer une résistance• Réaction

– Réduction de l’élasticité des matériaux et de la flexibilité desassemblages

– Augmentation de la solidité structurale

98


Précontrainte mécanique• Avec la précontrainte mécanique, contrairement à la précontrainte

structurale, la courbure nécessaire pour contrer la pression est moins importante (moins visible) et peut résister à une plus forte pression.

• De plus, la compression diminue les flexions indésirables de la structure lorsque les pressions externes varient.


Précontrainte mécanique• Cette technique confère à un élément de décor, divisé en

plusieurs sections pour les besoins du montage, une homogénéité structurale qui lui permet de gérer efficacement les pressions externes presque aussi bien que si cet élément de décor était construit d'une seule pièce.

• C'est donc l'effet combiné de la compression et de la courbure engendrées par la précontrainte mécanique qui renforce la structure et la rend relativement autonome.

• Conséquemment, la structure avec une précontrainte mécanique sollicitera moins celle des appuis pour rester stable, contrairement à la précontrainte structurale.

99


Précontrainte mécaniquePoutrelle• L'effet de courbe est obtenu par la compression de la structure si

le câble servant à la précontrainte mécanique est installé en V.

• Ce câble doit être ancré solidement dans le haut des deux extrémités de la structure, vis-à-vis des appuis, en passant par le centre, au bas de la structure.


Précontrainte mécaniquePoutrelle• Lorsque le câble est mis sous tension, il tend à former une ligne

droite, ce qui force la structure à courber vers le haut en son centre.

• Comme le câble d'acier (ou la tige d'acier) est peu extensible sous tension, la pression externe exercée sur la poutrelle ne risque pas de déformer la structure jusqu'à la ligne d'axe entre les deux appuis.

100


Précontrainte mécaniquePorte-à-faux• Afin d'obtenir un résultat semblable pour un porte-à-faux, le V que

formera le câble de la précontrainte mécanique sera monté à l'inverse de la poutrelle, de manière que la pointe du V soit dans le haut de la structure, vis-à-vis de l'appui en retrait du porte-à-faux.

• Lorsque le câble est mis sous tension, il cherchera à soulever le nez du porte-à-faux.

101


• Il peut y avoir plusieurs choix de stratégie structurale pour unmême concept. L'important est de bien identifier les forces en cause, de visualiser le chemin qu'elles parcourront le long des structures et de comprendre leur impact sur les matériaux et la forme de chacun des éléments.

• L'expérience est un atout et une assurance pour la compréhension et la réalisation de stratégies structurales, mais elle ne peut être une garantie. Chaque nouveau concept apporte son lot de défis et de contraintes qui nous obligent très souvent à revenir à la case départ et à remettre en question nos connaissances acquises.

Conclusion

1

MÉCANIQUE

des

MATÉRIAUX

et des

STRUCTURES

MÉCANIQUE

des

MATÉRIAUX

et des

STRUCTURES

Texte et illustrations : Serges PéladeauTexte et illustrations : Serges Péladeau


• Concept scénographique– Esthétique

• Revêtements et formes

– Technique• Matériaux et structures

• Le concept et la technique sont étroitement liés– Un choix esthétique impose certaines contraintes structurales

– Structure comme concept

2


• 4 contraintes qui s’imposent au concept– 1re Budget

• Matériaux• Outillage• Main-d’œuvre

– 2e Matériaux de revêtement• Structure stable, légère ou lourde• Compatibilité entre les matériaux

– 3e Forme• Dynamique• Stratégie structurale

– 4e Coût de la structure• Stratégie structurale• Forme• Matériaux• Montage


• Comprendre les règles qui régissent les systèmes structuraux– Parce que c’est à ce niveau que le concept est le plus vulnérable

3


• Cet atelier n'est pas une réponse aux problèmes de structure auxquels on peut être confronté dans la réalisation d'un concept, mais il est d'abord et avant tout un survol des différentes règles qui régissent les systèmes structuraux.

• Le but est d'inspirer une démarche, de guider un questionnement qui serait susceptible d’identifier les problématiques structurales et de les comprendre afin de trouver des solutions viables aux concepts scénographiques.


• Agencement de différentes composantes– Membrures principales

– Membrures secondaires

– Revêtement (s’il contribue à la stratégie structurale)

4


• Ce sont les forces qui agissent sur le système structural qui enmenacent généralement la stabilité et la forme.

• Ces forces, qui sont de diverses natures, doivent pouvoir être transférées d'un point à un autre du système structural sans que cela entraîne une modification de I'organisation du ou des systèmes.


• Un système structural, comme tout système, ne peut être isolé de son contexte sans que I'on tienne compte des liens qu'il a avec son environnement .

• Choisir un système, c'est aussi déterminer ses liens avec les autres systèmes.

5


• Base– La cage de scène

• Plancher

• Murs

• Cintres

• Gril et plafond

• Charpente– Assemblage de membrures



• Châssis– Structure

– Revêtement de toile


6


• Panneau– Structure

– Revêtement de bois manufacturé

– Revêtement de toile (facultatif)



• Ferme– Structure

– Revêtement de bois manufacturé (plateau)


7


• Tour ou colonne– Système structural

– Transfère vertical

– Compression

– Traction



• Poutre– Système structural

– Transfère horizontal vers des tours ou colonnes

– Traction et compression


8


• Cadre et arche– Système structural

– Fusionne les propriétés de la poutre et de la colonne

– Transfère combiné• diagonal



• Câble– Système structural souple

– Tension• Poutre

• Colonne


9


• Appui– Membrure horizontale ou verticale servant à joindre deux structures entre elles

– Structure servant de support à une autre structure



• Raidisseur– Sert à renforcer un système structural soumis à une action

– Rendre plus homogène I'assemblage de plusieurs systèmes structuraux

– Maintenir l’alignement d’un ensemble de structures, d’un système structural


10


• Système triangulé– Stabilise une système structural

– transfert diagonal des forces




• Système triangulé– Stabilise une système structural

– transfert diagonal des forces


• Béquille– Augmente l’empiètement


11


• Porte-à-faux– construction en saillie dont les appuis sont en retraits



• Membrures– pièces rigides servant à bâtir une charpente, un châssis, une ferme généralement en planches ou madriers en bois, en tubulaires d’acier ou d’aluminium.


12


• Membrures principales– Périmètre de la forme de la structure

• Montant– Membrure verticale (portant)

• Patin– Membrure horizontale à la base (longeron, sole, lisse)

• Tête– Membrure horizontale au sommet (longeron)



• Membrures secondaires– Liées aux membrures principales

– Maintien la forme

• Traverse– Membrure horizontale

– Maintien l’espacement de deux montants

• Contrevent– Membrure diagonale

– Maintien l’équerrage

– Renfort de structure


13


• Membrures secondaires– Liées aux membrures principales

– Maintien la forme

• Cadre– Membrures périphérique d’une ouverture (chambranle)

• Linteau– Membrure supérieure d’un cadre

• Appui– Membrure inférieure d’un cadre





14



– Jonction entre les revêtements




– Jonction entre les revêtements

– Jonctions entre les systèmes structuraux


15


• Renfort d’assemblage– Pièce d’assemblage– Sert à lier deux ou plusieurs membrures

• Écharpe– Forme trapézoïdale– Assemblage en T– Châssis

• Mouchoir– Forme triangulaire, rectangulaire ou polygone irrégulier

– Assemblage en coin– Châssis et panneau



• Revêtement bois manufacturé

– peut faire partie intégrante d'un système structural, tel un renfort de structure ou d’assemblage…

– … mais ne peut pas jouer le rôle d’une membrure pour transférer des pressions,

– car il n'a pas les propriétés requises


16


• Âme– Partie centrale d’une structure (poutre en I)

ou

– Section de la structure servant au transfert des forces

Terminologie complémentaire


• Squelette interne– La structure est non apparente (pour les spectateurs)

– Le revêtement ne joue qu'un rôle de membrane (un panneau)

• Squelette externe– Le revêtement contribue le système structural ou qui est le système structural (structure coquille)

– Une structure apparente telle que l’armature d’un pont


17


• Structure temporaire– Construction à utilisation unique de courte durée

– Décor réalisé pour une salle, pour quelques semaines seulement

• Structure permanente– Construction à utilisation unique et de longue durée

– Décor réalisé pour une salle et pour plusieurs mois ou années, comme à Broadway ou Las Végas

• Structure démontable– Construction à utilisation répétée sur une période plus ou moins longue




• Structure temporaire– Construction à utilisation unique de courte durée

– Décor réalisé pour une salle, pour quelques semaines seulement

• Structure permanente– Construction à utilisation unique et de longue durée

– Décor réalisé pour une salle et pour plusieurs mois ou années, comme à Broadway ou Las Végas

• Structure démontable– Construction à utilisation répétée sur une période plus ou moins longue



18


• Propriétés mécaniques particulières– Structure

– Revêtement

• Contraintes matérielles – Prix

– Disponibilité

– Transformation

– Outillage

– Main-d’œuvre

• Contraintes mécaniques– Rigidité - élasticité

Propriétés et contraintes

19


• Bois

• Métaux

• Polymères

Assemblages


• Bois

• Propriétés

• Contraintes

Bois

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• Bois manufacturé

• Propriétés

• Contraintes

Bois manufacturé


• Acier extrudé

• Propriétés

• Contraintes

Acier extrudé

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• Acier allégé

• Propriétés

• Contraintes

Acier allégé


• Aluminium

• Propriétés

• Contraintes

Aluminium

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• Polymère

• Propriétés

• Contraintes

Polymère

FORCESFORCES

• Force : toute cause capable de déformer un corps, d'en modifier l'état de repos ou de mouvement

• F = M x A : la force est la masse multipliée par I'action

• Masse : caractéristique d'un corps relativement à I'attraction qu'il subit de la part d'une autre masse. Autrement dit, I'effet de la gravité sur un corps, le poids.

• Action : effet produit par quelque chose ou quelqu'un agissant sur la masse en créant une pression sur sa forme ou son état.

23

FORCESFORCES

• Masse– Élément de décor (gravité)

– Positionnement spatiale

• Action– Déflections (action par laquelle une structure fléchit, se déforme)

– Mouvements

Force intrinsèque

FORCESFORCES

• Masse– Autres éléments de décor qui s’y appuient (liaisons)

– Objets qui s’y ajoutent (charges)

– Personnes qui s’y déplacent (acteurs, danseurs, acrobates)

• Action– Pressions imposées (liaisons)

– Pressions variables (charges)

– Pressions ponctuelles (vent, pluie, saut, chute)

Force extrinsèque

24

FORCESFORCES

Pression externe (force indépendante)• pression que subit une structure et qui doit être transférée par I'ensemble de la structure

Pression interne (force dépendante)• pression que transfère une structure par I'ensemble de ses composantes, vers les points de contact (amarrage ou liaisons)

Force d’inertie• résistance structurale qui détermine le rapport entre la masse et la forme d’une structure et sa capacité à s’opposer à une action

FORCESFORCES

Pression latérale• action horizontale appliquée à une structure (tirer, pousser)

Pression verticale• action verticale appliquée à une structure (gravité, charges)

25

FORCESFORCES

Compression• action de pousser, de comprimer, de charger

Traction• action de tirer, d’étirer, d’entraîner

Cisaillement• action de glissement entre deux composantes

TRANSFERT DES FORCESTRANSFERT DES FORCES

Transfert des forces• Réaction d'un système structural pour contrer les pressions auxquelles il est soumis, afin qu'il conserve sa forme et sa position par rapport à un ensemble.

Transfert latéral• Réaction horizontale d'un système structural (pont, poutre)

Transfert vertical• Réaction vertical d'un système structural (tour, colonne)

Transfert diagonal• Réaction combinée, de la verticale et de l’horizontal, d'un système structural (cadre, arche)

26


Structure• Agencement de membrures

– Chacune à une fonction précise– Travail conjointement

• Maintenir les propriétés de la structure malgré les forces agissantes

Stratégie structurale• Agencement de structures

– Chacune à une fonction précise– Travail conjointement

• Maintenir les propriétés de de l’ensemble malgré les forces agissantes



Structure adéquate• Qualité des assemblages

• Qualité des matériaux

• Principes de construction

Structure inadéquate• Occasionner des bris

• Occasionne des coûts

• Occasionne des délais


27


Membrures principales• Repose sur la base

ou

• Transfère les pressions aux membrures principales aux structures jointes

• Membrures continues

• Périphérie de la structure

• Toute ses dimensions



Membrures principales• Membrures non continues– Transfert des pressions non adéquat

– Bris potentiels


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Membrures secondaires• Nouer au membrures principales

• Transfère les pressions vers les membrures principales

Hors de la structure principale

• Une extrémité en lien avec une membrure principale



Membrures secondairesHors de la structure principale

• Nouer au membrures secondaires seulement

• Section de la structure est plus vulnérable…

• … et moins rigide


29


Organisation des membr

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