En quoi la construction d’une tour forme un défi technique symbolisant la puissance d’un territoire depuis la fin du XIXème siècle ?
Tout objet subit son propre poids donc sa masse.
Si une tour ne peut pas remplir cette tâche, des contraintes de cisaillement, de traction, de compression ou encore un couple de torsion seront trop importants. Dans ce cas, la tour cédera et s’effondrera.
Ainsi l'étude de la densité des matériaux, leur résistance à un effort et leur élasticité est très importante, surtout dans la construction de bâtiments colossaux. Par exemple, le bois de chêne a une densité de 6,1 à 9,8, alors que l'acier est à 7,8 et le béton à 2,4. Leur élasticité respective est de 12 GPa, 210 GPa et de 20 à 50 GPa pour le béton. Cela signifie que le Bois cassera avec une pression bien moins élevée que celle du béton ou de l'acier.
La densité influencera la masse donc le poids (puisqu'ils sont liés)et le volume de la structure: un kilo de plomb ne prend pas la même place qu'un kilo de plume !
Cela explique pourquoi les premières constructions en bois ne pouvaient pas prendre de la hauteur.
Ainsi pour soutenir son propre poids, les tours doivent adopter une structure autoportante. Ce type de construction va répartir le poids sur l'ensemble du bâtiment ou sur plusieurs axes particuliers et pas seulement sur certains points. Pour cela, la construction va se faire en "triangle" voire en "hexagone". De plus, la tour sera édifiée en flèche afin de limiter les forces subies par les fondations.
Murs reliant murs contre-ventement et raidisseurs
Murs contre-ventement, réduisant les effets causés par les vents
Raidisseurs limitant les effets de torsion
Poids
Schéma représentant l'architecture d'un étage de la Jeddah Tower. Cette structure propose une solution efficace pour lutter contre les effets négatifs des différentes forces en présence.
Sculpture illustrant une des conséquence de la densité: le plomb d'un côté à le même poids que les plumes. Mais leus volumes sont très différents.
Expériences sur la flexion et l'élasticité
Force de gravité. Elle s'excerce sur centre d'inertie de la tour. Sa direction est à la vertical (elle joint les centres d'inertie de la Terre et de la tour) et la force est orienté vers le centre de la Terre.
Force normale. Elle s'excerce sur le centre de la surface de contact. Sa direction est la droite joignant les centres d'inertie des deux objets. Si cette droite n'est pas confondue à la direction de la force de gravité l'objet risque de tomber (la tour s'effondre). Cette force est orientée vers le centre de la tour.