Une défaillance structurelle se produit lorsqu’une structure, telle qu’un bâtiment, s’effondre ou échoue physiquement d’une manière similaire. Il existe de nombreuses causes de défaillance structurelle, à la fois naturelles et artificielles. Dans certains cas, la conception ou la construction même du bâtiment peut être en cause, tandis que dans d’autres cas, une négligence, une surcharge ou une catastrophe naturelle en est la cause. Des capteurs et des modèles mathématiques sont utilisés dans la conception et la maintenance des bâtiments pour réduire et surveiller la possibilité de défaillance structurelle.
Lorsqu’un bâtiment est construit, la quantité de contrainte ou de contrainte mécanique qu’il est susceptible de subir est prise en compte dans la conception. Les facteurs de stress possible incluent la forme et l’utilisation prévue du bâtiment – par exemple, un immeuble de bureaux de grande hauteur est physiquement différent d’un garage de stationnement à plusieurs niveaux ou d’une maison d’habitation d’un étage. Chacun de ces bâtiments réagira différemment aux charges lourdes, au vent, à la pluie et aux tremblements de terre.
Le matériel est également important. Les cadres en acier et les grandes quantités de verre de construction utilisés dans les gratte-ciel, par exemple, confèrent à ces grands bâtiments la flexibilité nécessaire pour résister à la force des vents violents. Les toits de bardeaux en pointe des maisons dans les climats froids permettent à la neige de glisser plutôt que de s’accumuler sous de lourdes charges et de créer un poids qui pourrait entraîner l’effondrement du toit – un type courant de défaillance structurelle. Les bâtiments en briques, bien que moins sensibles au feu que les bâtiments en bois, peuvent être plus dangereux en cas de tremblement de terre, car la maçonnerie lourde peut s’effondrer et créer un danger dangereux pour les personnes à l’intérieur.
Une défaillance structurelle peut survenir en raison d’un défaut de conception si ceux qui ont conçu le bâtiment n’ont pas tenu compte de son emplacement, de sa forme et de l’utilisation prévue. Cela peut également se produire en raison d’une négligence ou d’une mauvaise utilisation du bâtiment – par exemple, en le chargeant au-dessus de sa capacité prévue avec des personnes ou un poids supplémentaire d’articles tels que des machines. Ces cas d’effondrement de bâtiments sont causés par l’homme et peuvent être évités en modélisant mathématiquement les contraintes probables sur le bâtiment pendant le processus de conception et en respectant ces directives tout au long de la durée de vie du bâtiment.
Les catastrophes naturelles et les phénomènes météorologiques peuvent souvent être une menace plus difficile. Les vents violents, les incendies, le poids de la pluie ou de la neige et les tremblements de terre peuvent tous entraîner une défaillance structurelle. Bien que ces facteurs soient autant que possible anticipés lors de la conception et de la construction, des accidents se produisent toujours. La corrosion inattendue d’un élément de charpente métallique due à des infiltrations d’eau peut entraîner l’effondrement d’une structure. Les défauts des mélanges de béton utilisés dans les fondations des bâtiments peuvent entraîner des fissures et une défaillance éventuelle.
Afin d’atténuer ces risques, les ingénieurs utilisent souvent des systèmes de capteurs montés à l’intérieur de la structure. Des dispositifs appelés accéléromètres peuvent mesurer les vibrations et sont utilisés pour évaluer la fonction des ponts. Les jauges de contrainte et les fibres optiques peuvent être utilisées pour détecter les contraintes et les dommages induits par la charge sur les structures. Ces capteurs et d’autres capteurs connexes aident les ingénieurs à prévoir et à prévenir une éventuelle défaillance structurelle.