Combiner les charges pour dimensionner une structure

Une toiture doit résister à son propre poids été comme hiver, mais aussi supporter une épaisse couche de neige accumulée un jour de tempête. Ces deux charges s'additionnent, elles ne se remplacent pas l'une l'autre.

Dimensionner une structure suppose de combiner correctement l'ensemble des charges qui peuvent s'appliquer simultanément, en retenant toujours le cas le plus défavorable.

La charge totale : une somme, pas un choix

La charge totale appliquée à un ouvrage à un instant donné résulte de l'addition de la charge permanente, toujours présente, et de la ou des charges d'exploitation effectivement présentes à ce moment.

Un élément de structure doit être capable de supporter cette somme, et non uniquement la plus grande des deux charges prises isolément.

Identifier le cas le plus défavorable

Pour certaines structures, plusieurs charges d'exploitation peuvent survenir simultanément, par exemple une forte affluence de public un jour de vent important sur une tribune extérieure.

Le dimensionnement doit envisager ces combinaisons possibles et retenir celle qui produit l'effort total le plus important, même si elle correspond à une situation rare plutôt qu'au cas le plus fréquent.

Exemple de combinaison sur une toiture

Charge	Nature	Valeur
Poids propre de la charpente et de la couverture	Permanente	0,8 kN par mètre carré
Neige accumulée en conditions normales de la région	Exploitation, climatique	0,45 kN par mètre carré

La charge totale à considérer pour cette toiture se calcule par addition : 0,8 plus 0,45, soit 1,25 kN par mètre carré, valeur à comparer à la capacité portante de la structure.

Pourquoi ne pas simplement retenir la charge la plus grande

Retenir uniquement la charge d'exploitation, sans y ajouter la charge permanente, sous-estimerait dangereusement l'effort réellement supporté par la structure, puisque les deux charges s'appliquent en même temps, jamais l'une sans l'autre.

La charge permanente ne disparaît jamais, même lorsque la charge d'exploitation atteint son maximum : les deux s'additionnent systématiquement.

La marge de sécurité

Une structure n'est jamais dimensionnée pour rompre exactement à la charge totale calculée. Une marge de sécurité, généralement fixée par des normes de construction, est ajoutée pour tenir compte des incertitudes de calcul, de la variabilité des matériaux ou d'un usage exceptionnel non anticipé.

Cette marge explique pourquoi une structure continue généralement de résister, même lorsqu'elle est momentanément sollicitée au-delà des charges prévues lors de sa conception.

Exemple de référence

La conception d'une passerelle piétonne combine systématiquement le poids propre de la structure, la charge d'exploitation liée à l'affluence maximale de piétons, et la charge du vent, avant d'appliquer une marge de sécurité normalisée à la charge totale ainsi obtenue.

L'essentiel

La charge totale est la somme de la charge permanente et des charges d'exploitation effectivement présentes, jamais un simple choix entre les deux.
Le dimensionnement retient toujours la combinaison de charges la plus défavorable, même rare.
Une marge de sécurité, ajoutée à la charge totale calculée, couvre les incertitudes de calcul et les usages exceptionnels.
Sous-estimer une combinaison de charges possible est une erreur de conception grave, jamais acceptable pour la sécurité.

Exercice : classer les charges permanentes et d'exploitation d'un gymnase