LA RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIREMINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE

SCIENTIFIQUEUNIVERSITÉ DE JIJEL

DÉPARTEMENT DE L’ARCHITECTUREMASTER 01 ARCHITECTURE ET ENVIRONNEMENT URBAIN

Réalisé par:

*- BOUANDEL Mouna *- BOUDBIA Lamia

Encadré par :

BENKECHKACH Ghofran

Année universitaire 2014/2015

Structure tendue

Plan de travail*Introduction *Définition *Origine de la structure tendue *Vers les architectures à membranes modernes*Structures des possibilités illimitées*Les éléments de la structure tendue : 1*- Les membranes Les matériaux utilisés pour les membranes 2*- Éléments de mise en tension des toiles*Typologie: 1/ Structures gonflables ou aéro-supportée 2/ Structures portées 3/ Structures à prétention ponctuelle

*Avantages et inconvénients des différentes structures textiles*Caractéristiques des structures tendues

*Exemples :1- Comment travail une Structure tendue 2- exemples de structures tendues

Aujourd'hui, l'intérêt pour les structures tendues a connu une évolution constante, liée aux préoccupations écologiques croissantes, aux exigences architecturales de légèreté, à l'intérêt transdisciplinaire pour les technos-textiles et aux nouvelles possibilités formelles que permettent les matériaux les plus modernes et les technologies de pointe.

Les structures tendues offrent en effet des solutions innovantes et significatives à des problèmes ancestraux, et permettent d'adopter de nouvelles formes, à l'esthétique séduisante et techniquement de tout premier plan.

Introduction

Structure tendue : structure constituée par un ensemble de câbles tendus associe généralement à une couverture souple ; structure Métallo-Textile.

Définition

La forme, tendue à l’intervention de poteaux intérieurs ou extérieurs comprimés et d’ancrage soumis à traction est toujours à double courbure inversée. La toile est tendue par points et en ligne le long des bords à I 'aide de câbles et de mâts.

Origine de la structure tendue Ce type de structure est très ancien. Les nomades du Maghreb ou du Moyen- Orient ont depuis fort longtemps l’usage de grandes tentes en peau. Il y a plus de vingt siècles, les Romains tendaient au-dessus des stades et des cirques d’immenses vélums en toile de lin, renforcés par des filins de chanvre et ancrés dans les maçonneries.

tente traditionnelle

amphithéâtre romain

Vers les architectures à membranes modernesLes premiers emplois significatifs des structures tendues, sous la forme de structures gonflables, apparaissent aux États-Unis dans les années 50

Piscine du Canet-Plage

les premières grandes réalisations datent d'une époque où des membranes performantes n'existaient pas encore. Pour le pavillon allemand de l'exposition universelle de Montréal en 1967 , par l’architecte Frei Otto

Frei Otto s'est servi en guise de substitut de membrane d'un réseau de câbles d'acier recouvert d'un gigantesque filet d'acier (diamètre des brins 12 mm, taille des mailles 50 cm) recouvert à son tour d'une membrane translucide, le tout faisant plus de 8000 m² et étant supporté par 8 mâts culminant à 38 m.

Aujourd'hui, l'architecture tendue à membranes, également connue sous le nom de construction textile, est une technologie de pointe qui convient à des utilisations de types divers, telles que des toitures, des façades de bâtiments ou des enveloppes de bâtiments, surtout pour la protection contre les intempéries, mais également en tant qu'élément de conception architectonique.

MOBILE ART ; MUSÉE D’ART CONTEMPORAIN PAR ZAHA HADID

l’architecture textile permet de minimiser la tension nécessaire à la stabilité des ouvrages et autorise les formes les plus diverses

Structures des possibilités illimitées

Selle de cheval Faîtage et vallée

Hyper parabolique

Chapeau chinois

Surface ondulée

Surface selle entre arches

Surfaces à bosse (saillie de forme arrondie)

Les éléments de la structure tendue 1*- Les membranes :couverture souple composées des fibres synthétiques. composites caractérisés par une dissociation des fonctions : résistance mécanique, et paroi étanche et protectrice

A*- Constitution des membranes :

1*- Âmes textiles 2*- Enduction 3*- Revêtements

elles sont constituées par l’armature en fibres et par la couche de fond ou « d’adhérisation » qui l’enrobe.

Les caractéristiques de résistance des fibres synthétiques sont sensiblement dix fois plus élevées que celles des fibres végétales employées antérieurement. Le choix des fibres synthétiques s’opère en fonction des critères suivants :— module d’élasticité ;— résistance à la rupture ;— masse volumique (assortie de la densité relative par référence au polyester qui est le plus utilisé) ;— compatibilité avec la matrice dans laquelle elles sont enrobées ;— prix.

A –L’armature en fibres :

1*- Âmes textiles :

1 er les fibres :

Les fibres Les plus couramment utilisées en architecture textile sont le polyester-PVC (polychlorure de vinyle) à 95 % et le tissu de verre enduit PTFE [polytétrafluoroéthylène (Téflon )] à 5 % .

Les fibres, liées entre elles sous forme de fils, sont généralement assemblées par tissage, afin de constituer une nappe continue résultant de l’entrecroisement à angle droit des fils. Les fils positionnés dans le sens des lisières (longueur du tissu) forment la chaîne, les fils dans le sens perpendiculaire (largeur du tissu) forment la trame. Le mode d’entrecroisement des fils de chaîne et des fils de trame constitue l’armure.

2 Emme ,l’armature ou tissu :

b - Couche de fond ou « d’adhérisation »

Elle est destinée à favoriser la liaison entre le tissu et l’enduction qui le recouvre sur chacune de ses faces. Son épaisseur est d’environ 20 μm.

Le tissu doit être rendu imperméable et durable. Ces fonctions sont réalisées par une protection continue ( l’enduction double face). L’enduction ne modifie pas sensiblement les caractéristiques mécaniques principales de la toile, sauf à renforcer sa tenue .Les enductions sont généralement appliquées en épaisseurs dissymétriques (0,5 à 0,8 mm) sur chaque face du tissu, la plus importante se trouvant en face extérieure.

2 *- Enduction

— l’étanchéité à l’eau et au gaz— la fonction protection du tissu ( durabilité intrinsèque) — l’adhérence— la souplesse — la translucidité

Caractéristiques des enductions

3*- Revêtements : Certaines des caractéristiques requises, ne peuvent être assurées par les seules enductions. On a alors recours à des revêtements de surface, principalement en face extérieure du tissu.Les fonctions essentielles de ces revêtements de surface sont d’éviter l’encrassement et les salissures prématurées de la toile, et de protéger le complexe du rayonnement UV qui, associé à l’humidité, constitue le facteur prépondérant de vieillissement des toiles. Dans le cas des toiles translucides ou diffusantes, le revêtement protecteur a également pour but de freiner l’évolution de la transmission lumineuse.Ces revêtements se présentent :— soit sous la forme d’un film collé sur l’enduction (≈ 100 μm) ;— soit sous la forme de vernis

Les matériaux courants pour les structures à double courbure de tissu sont :

•- PTFE (Le polytétrafluoroéthylène) doté d'un revêtement en fibre de verre(laine de verre)*- PVC (Le chlorure de polyvinyle) doté d'un revêtement polyester . Ces matériaux sont tissés avec les différentes forces dans des directions différentes. Les chaîne fibres (les fibres qui sont à l'origine directe équivalent à des fibres de départ sur un métier à tisser) peuvent transporter une plus grande charge que le fil de trame ou remplir fibres , qui sont tissés entre les fibres de chaîne.le polytétrafluoroéthylène ( PTFE ) est un synthétique polymère

fluoré de tétrafluoroéthylène, a un des plus faibles coefficients de frottement contre tout solide. Il est très non-réactif,

Le chlorure de polyvinyle (PVC ) produit plastique utilisé dans la plomberie, l'isolation de câble électrique, simili cuir, la signalisation, les produits gonflables, et de nombreuses applications où il remplace caoutchouc

Les matériaux utilisés pour les membranes:

Une fibre de verre structurel individu est à la fois rigide et solide dans la tension et de compression , (ce est-, le long de son axe); D'autre part, la fibre de verre est faible cisaillement,( ce est- à travers son axe). 

Les fibres de verre

Par conséquent, si un ensemble de fibres peut être agencé de manière permanente dans une direction préférentielle à l'intérieur d'un matériau, et se ils peuvent être empêchés de flambage en compression, le matériau sera de préférence solide dans cette direction.

Tissage Composé de :36% Fibre de verre - 64% PVC

Les fibres de verre

tissus en polyester peuvent fournir des avantages spécifiques sur des tissus naturels, tels que l'amélioration de la résistance des rides, la durabilité et la rétention de la couleur. En conséquence, les fibres de polyester sont parfois filées avec des fibres naturelles afin de produire un tissu avec des propriétés mixte

Tissu polyester sans PVC ,utilisation intérieure

Le polyester

Toit en polyester et en PVC

2*- Éléments de mise en tension des toilesA*- Ossatures

Charpentes ancrages

Tous les types usuels de charpentes (bois lamellé collé, béton, métal) peuvent être associés aux membranes textiles tendues

On distingue deux types d’ancrages : *-les lests *- les ancrages au sol

les ancrages au sol

les lests

les lests

Charpentes métallique

B*- Éléments accessoires

câbles attaches de câbleséléments de mise en tension éléments de liaisonnement portés par

la toilece sont des

éléments souples, filiformes,

qui transmettent les efforts d’un

point à un autre. on distingue les

câbles

permettent le raccordement des extrémités

de câbles

destinés à l’application des efforts destinés à la précontrainte de latoile et/ou à compenser les fluages ultérieurs de celle-ci

sont les œillets ,les ralingues ou les plaques rapportées sur les pointes de toiles, afin d’exercer les efforts concentrés de tension à ces endroits. Gaine plastique

éventuelle

fils de couverture en Z

Typologie1/ Structures gonflables ou aéro-supportées

Elles représentent environ 10 % des constructions actuelles en architecture textile. Ce type de structure permet de couvrir de petites ou grandes surfaces (aires de sport, de stockage, recouvrement de piscine de plein air).Les structures gonflables épousent des formes élémentaires (sphères, cylindres, dômes, etc.). Elles sont généralement simples du point de vue calcul et conception, mais ne permettent pas une grande liberté de formes. Ce type de structure reste assez sensible aux effets du vent.L’élément support de la toile est l’air qui, par la pression qu’il exerce sur la face intérieure du tissu, réalise une prétension surfacique de la toile. La rigidité de forme est obtenue par simple ou double courbure. couverture terrain de tennis

2/ Structures portées

Elles englobent toutes les structures dont la prétension résulte des efforts appliqués le long des rives de membranes assujetties à des arcs, fermes ou portiques généralement métalliques,La prétension linéaire des rives souples, dans la direction des lignes de courbures principales de la membrane, doit être équilibrée par la charpente support qui transmet les efforts aux ancrages.

3/ Structures à prétention ponctuelle

Les efforts de prétension de la membrane sont, dans ce cas, localisés à des zones limitées en surface, à l’intérieur et en périphérie de la membrane.Ces structures autorisent une grande liberté de formes grâce aux multiples combinaisons possibles de localisation des points de tension de la surface. Un seul impératif de base consiste à veiller à ce qu’en tout point il existe une courbure inverse.Les formes les plus simples de structures tendues ponctuellementsont du type « chapeau chinois » ou « feuille de houx ».

(chapeau chinois ) Station Elf (feuille de houx )

Avantages et inconvénients des différentes structures textilesStructures gonflables Structures tendues

(prétention ponctuelle)Structures portéesstructure

Avantages

inconvénients

- mise en œuvre rapide et aisée- conception et études simplifiées- démontage facile-faible coût d’investissement- possibilité de coupler ventilateurs,chauffage et climatisation-usages très divers : couvertures, arcs ,moules et coffrage, réservoirs- amagnétiques (radôme)

- translucidité- grandes portées- grande liberté de forme - accrochage aisé aux constructions existantes- temps de montage très rapide

- translucidité- formes architecturaux variés-possibilités d’adaptation à des structures existantes- rapidité de mise en œuvre (montage,démontage)-possibilités de panachage entre :* structures rigides et textiles* structures portées et tendues par points— acoustique améliorée (par rapport aux structures gonflables)

-formes limitées- déperditions thermiques importantes, -nuisances acoustiques (ventilation permanente)-effet de serre l’été pour structures non ventilées- nécessité d’accès spéciaux

- conduite des calculs etobtention de la surfaced’équilibre complexes- constructions souventOuvertes

- calculs plus délicats que pour la structure gonflable- difficultés de mise en prétension dues au frottement sur les arcs— nécessité d’un contrôle périodique de la prétension

Caractéristiques des structures tendues 1*- Un confort optimal grâce à la toile tendue :

La translucidité de la membrane est un facteur déterminant dans la conception car elle préserve la lumière naturelle.

2*- Une durabilité sans faille :Les membranes des ouvrages permanents sont d'une grande stabilité dimensionnelle. Grâce au traitement de surface , elles offrent une exceptionnelle résistance aux Ultraviolet, aux agents atmosphériques, à la salissure et au vieillissement. Leur entretien est facile.3*- Des structures légèresLa légèreté de la toile permet de concevoir des structures légères. Cela est particulièrement important pour les façades textiles et pour les structures des plafonds tendus .

4*- Haute Qualité Environnementale (HQE)

Les membranes sont 100% recyclables grâce à ses composantes

Exemples

Comment travail une Structure tendue

Structures de construction classiques, tels que le béton, acier, bois ou en maçonnerie ont deux propriétés principales: GRAVITY et RIGIDITÉ . Ce sont ces propriétés qui les rendent stable et capable de transmettre la charge.

En structure tendue gravité et la rigidité ne sont pas disponibles comme les propriétés structurales critiques, car ils sont si légers et leurs composants sont souvent flexibles. Donc, pour parvenir à la stabilité et la force, leurs composants nécessitent arrangement sous une forme géométrique spécifique (forme de la surface), tout en étant soumis à un modèle spécifique de contraintes internes 

Nous pourrions décrire ce à travers le cas d'une corde à linge.

Cas d'une corde à linge :

Une corde à linge avec buanderie assumera un arc en douceur à la baisse en réponse à la fois son propre poids et le poids des pièces de linge. Tant qu'il n'y a pas d'autres forces agissant sur le système, il restera cette forme. Si ajouter une chemise mouillée au milieu, cette forme va changer, dévier vers le bas où la chemise est ajouté et aplatissement de chaque côté pour conserver sa longueur totale et rester tendue.

Si il ya du vent, la situation va changer de façon spectaculaire: dans des conditions de rafales, la corde à linge va perdre sa forme initiale, le battement de haut en bas. Pendant ce processus, notre ligne passera par une phase de jeu, au cours de laquelle la force de traction de stabilisation est perdu.

Puis la corde à linge arrive à un nouveau tendue.

Ajout de plus de poids pourrait résoudre le problème.

Alternativement, la corde à linge pourrait être stabilisé en ajoutant un câble inversé sur le dessus, poussant vers le bas sur la ligne avec des entretoises. Mais cela ne suffit pas, pour la structure sera tout simplement retourner sur le côté ou inverser. Haubans ancrés retour à l'arbre va éviter cela.

Une ligne de corde renversé au-dessous du câble principal, avec des cordes verticales reliant les deux, est plus simple et plus efficace. Ce est la plus stable et la solution la plus sensée.

Le cas d’une structure tendue (à double courbure inversée).

Si l'on considère ces deux lignes pour être des câbles dans une structure de toit, et tourner le câble inférieur de 90 degrés de courir à travers la partie supérieure, nous allons atteindre un point stable à leur intersection.

Modèle Câble

L'ajout de deux fois plus de câbles-bas parallèlement à la première génère deux points d'intersection plus stables.

Les additions de câbles de bord placées entre les points d'appui supérieurs et inférieurs commence à tourner dans cet agencement d'un câble réseau à deux voies qui est complété par l'ajout des ensembles denses de câbles, parallèles à ceux d'origine, dans chaque direction.

Nous obtenons une structure de filet câble bidirectionnel qui a une caractéristique particulière: des deux câbles qui répondent à un point d'intersection, ou nœud, sommes courbés dans des directions opposées, l'une tirant vers le bas et une traction vers le haut, exerçant ainsi une pression contre l'autre. Lorsque nous avons mis ce câble en tension, nous augmentons la tension interne. Le plus les tensions initiales, ou niveau d'avant-stress, le système nette câble plus stable et rigide deviendra.

pré tension résulte des efforts appliqués le long des rives de

membranes

La charpente (des arcs, fermes ou portiques généralement

métalliques)

la charpente support qui transmet les efforts aux ancrages. Puis vers

le sol

Transmission des charges

assujetties à

Salle d’exposition *- Description :Tissu opaque conçu spécialement pour les spectacles, avec des murs inclinés et plusieurs entrées

*- Dimensions :Diamètre 20 m ;hauteur 7.3 m ; coté octogone 7.65 m

*- Description :Tissu opaque conçu spécialement pour les spectacles, murs inclinés. Couverture en double courbure qui évite le claquement sous vent .

Théâtre Alibi

Foshan Stadium

Foshan Stadium, une grande structure câble-membrane, Le stade a une superficie totale de la membrane d'environ 71,000m², et la couverture de la membrane d'environ 53,420m². Sa structure de toiture, plus de 2,790m²est composé de 40 unités de membrane, d'une superficie de 901m²chacun.

toiture comprend la quincaillerie de support et de fixation et la toile de kevlar. Telles les voiles de bateaux où il faut éviter le faseyèment, la toile doit être tendue pour éviter sa détérioration ou sa rupture. Des câbles d’acier fixés au haut du Mât supportent la toile de Kevlar à l’aide de moufles et les ancrages installés au bout des consoles assurent un arrimage automatique pour tendre la toile.

stade olympique de Montréal.

Stade avec un toit ouvrant aussi grand, quelques 190,000 pieds carrés.

Parc olympique de MunichLa construction du stade pour les jeux, le travail Frei Otto. Une tente transparente se compose de trois structures. Le stade a des dimensions de 105x68m

Toiture stade

La membrane de recouvrement est suspendu par une multitude de mâts verticaux permettent des virages serrés de la surface d'enroulementle toit de l'étage principal est un tissu de polyester enduit de PVC en suspension de façon indépendante dans chacune des cellules formées par un réseau de câbles de précontrainte. Les mâts supporter les fils de plomb qui s'est tenue à la tension, fournissant l'appui nécessaire pour accrocher les surfaces vitrées. Les mâts sont les éléments structuraux responsables de la transmission des charges

Conclusion

Tout au long de l'histoire, l'architecture a été atteint par un mariage de la technologie et de l'art. En effet, la technologie et la langue de l'art contemporain ,la structure tendue incarne seulement leur combinaison.

Bibliographie

*- Structures textiles ,par Marc MALINOWSKY et Christian LYONNET*- Structures tendues: une architecture nouvelle par PHILIP DREW

*-http://www.arch.mcgill.ca/prof/sijpkes/arch374/winter2002/psyisun/index.htm

Webographie

*- http://www.acs-production.com/architecture-textile/presentation-architecture-textile/*-http://www.stadeolympiquemontreal.ca/le-toit-taillibert.aspx

*- http://fr.calameo.com/read/000899869456fa63994a8

MERCI POUR VOTRE ATTENTION