Le gratte-ciel situé au numéro de rue 235 East 42nd Street à Manhattanancien siège de Pfizer, a récemment subi d’importants dommages structurels causés – vraisemblablement – par les travaux de reconversion architecturale et fonctionnelle en cours. Quelqu’un les colonnes porteuses en acier ont atteint un état d’équilibre instablec’est-à-dire le leur charge axiale maximale supportable. Suite à l’atteinte de cet état limite, les poteaux ont présenté d’importantes déformations en flexion, avec pour conséquence une rupture des planchers supérieurs. Actuellement, le bâtiment et les blocs environnants ont été évacués par mesure de précaution, avec d’autres bâtiments des environs, avec une circulation bloquée dans les rues adjacentes, et des enquêtes et investigations techniques sont en cours pour clarifier la dynamique. Dans cet article, nous expliquons d’un point de vue technique et technique le phénomène d’instabilité impliquant les colonnes effondrées.
Qu’est-il arrivé au bâtiment new-yorkais : la dynamique de l’événement
Le gratte-ciel en question en est un Tour de 37 étagesavec structure porteuse en acier et enveloppe extérieure de mur-rideau (mur rideau). Le projet en cours prévoit la conversion du bâtiment d’un usage de gestion (bureaux) à un usage résidentiel, avec la construction de plus de 1 600 appartements. L’intervention aurait prévu l’ajout de nouveaux niveaux au sommet et l’agrandissement du volume supérieur. Les autorités municipales et les pompiers de New York (FDNY) ont confirmé que l’effondrement a touché deux colonnes principales entre les 21e et 22e étages, entraînant l’effondrement ultérieur des étages jusqu’au 26e niveau. En résumé, ces piliers ont été surchargés par l’intervention, un une condition qui était évidemment attendue et prévisible dès la phase de conception. Cependant, il reste à déterminer si la structure manquait de renforts adéquats pour supporter l’augmentation de la charge, s’il y avait une grave sous-estimation de l’action axiale produite par le dévers, ou si, dans cette phase de construction, des charges supérieures à celles autorisées étaient présentes. Heureusement, aucun blessé n’a été signalé pour le moment.
Le phénomène de flambage: instabilité due aux pics de charge
D’un point de vue structurel, le phénomène observé est connu et largement étudié : les colonnes en acier ont épuisé leur capacité à résister à la compressionen direction du charge critique de flambageterme anglais qui, en ingénierie des structures, identifie l’instabilité due au flambage. Ce type d’instabilité, qui implique entièrement l’élément structurel impliqué, se manifeste par la création de mouvements de flexion notables, absents pour les charges appliquées inférieures au seuil critique. Ce phénomène physique insidieux constitue la première limite de stabilité d’un élément comprimé et dépend directement, outre les caractéristiques mécaniques du matériau, de sa finessequi est une combinaison de trois paramètres fondamentaux :
- Longueur de l’élément : plus un élément est long, plus sa charge sera faible flambage;
- Degré de contrainte aux extrémités de la colonne : moins elle est contrainte, plus sa charge sera faible flambage;
- Inertie (rigidité en flexion) du profilé métallique utilisé, qui est également une mesure indirecte de la « forme » du profilé.
Lorsqu’une colonne est soumise à des charges axiales, tend initialement à se raccourcir élastiquementavec des mouvements pratiquement imperceptibles. Cependant, un élément réel (même s’il est produit selon des procédés industrialisés) ce n’est jamais géométriquement parfait: il existe d’inévitables micro-imperfections de fabrication, de petits désalignements d’assemblage sur chantier et des tensions internes (appelées « tensions résiduelles » dans le jargon technique) liées au processus de laminage de l’acier.
En raison de ces écarts par rapport à la configuration optimale, les charges verticales ne compriment pas simplement la section, mais ils en déclenchent un flexion dès les premiers instants où la colonne est chargée. Ces flexions restent modestes – et donc également imperceptibles – si la contrainte axiale présente reste relativement faible. Cependant, à mesure que cet effort approche de la charge de flambagela colonne ne peut plus conserver la configuration rectiligne d’origine et peut « bombé » latéralement à la recherche d’un nouvel équilibrequi semble extrêmement instable ; la moindre perturbation, ainsi que les vibrations physiologiques d’un chantier, génèrent un glissement latéral prononcé qui est révélateur du déclenchement du phénomène instable, et donc de l’effondrement. Le phénomène est le même que celui observé quand on comprime trop fort les extrémités d’une règle flexiblela flexion au centre augmente sensiblement jusqu’à atteindre, dans le cas de la colonne, la plastification et la déformation permanente du métal.
Dans cet état critique, la colonne il perd presque toute sa capacité portante. La charge, ne pouvant plus être transférée verticalement le long de son axe, se redistribue anormalement vers les éléments environnants – poutres et colonnes adjacentes – d’une manière non prévue par la conception structurelle. Cette migration de contraintes provoque inévitablement des déformations des tabliers, comme cela a été documenté ces dernières heures. Évacuation d’urgence et mesures de sécurité immédiates du bâtiment représentent la priorité absolue face à ce type de crise, qui est techniquement identifiée comme la violation totale d’un état limite ultime (SLU) pour la structure.