La pathologie du béton armé Le béton armé est un matériau aujourd’hui bien connu : de multiples expérimentations en ont été faites ; la théorie en est très au point ; les règlements r èglements se sont succédé, succédé, toujours plus précis et plus étoffés : circulaires de 192 et de 19!" ; #$ %& ; ''#$ %( ; #$)L (&*
Introduction à la pathologie du béton armé Le béton armé est un matériau aujourd’hui bien connu : de multiples expérimentations en ont été faites ; la théorie en est très au point ; les règlements r èglements se sont succédé, succédé, toujours plus précis et plus étoffés : circulaires de 192 et de 19!" ; #$ %& ; ''#$ %( ; #$)L (&*
Pourquoi se produit-il encore des sinistres ? +l a d’abord les sinistres -ue le béton armé subit sans en .tre la cause : tassements de fondations ; protection insuffisante des re/.tements* 0uant aux autres, nous dirons -u’il se produit des accidents parce -u’il existe malheureusement, malheureusement, comme dans toutes les branches de l’acti/ité humaine, des cas fortuits, des constructeurs ou utilisateurs plus ou moins compétents ; parfois m.me peu consciencieux et enfin, plus rarement, des cas de mal/eillance* Les désordres gra/es ou bénins -ui se sont produits depuis l’origine de l’utilisation du béton armé, sont dus des causes relati/ement très restreintes* 'e sont pres-ue toujours les m.mes erreurs -ui se reproduisent sous des formes for mes différentes* )t la base de cha-ue erreur, on décou/re en général une faute élémentaire de bon sens* Les règles du béton armé étant maintenant très précises, un bon nombre de fautes élémentaires, dues une méconnaissance fondamentale fondamentale des propriétés du matériau, se sont faites heureusement très rares* $ucune cependant n’a complètement disparu* epuis une /ingtaine d’années le matériau 3 béton 4 a changé, il est de/enu plus résistant, plus adaptable sa mise en place place et de meilleure -ualité, bien contr5lée contr5lée ; de m.me, l’informati-ue a permis de mieux ma6triser le calcul et de rendre les constructions plus fiables* +l con/iendrait alors de penser -ue la pathologie du béton armé est /ouée dispara6tre* 'ependant, un récent accident 7aérogare de 8oiss prou/e le contraire et nous incite rester encore très /igilant : il ne faut f aut pas oublier la notion d’erreur humaine*
Analyse des causes des sinistres #ien plus, l’expertise d’un sinistre fait f ait très sou/ent appara6tre la concomitance de plusieurs causes et il n’est pas toujours facile d’en discerner la principale* our .tre clairs dans nos exemples, nous é/iterons d’insister sur les causes secondaires, de manière bien bi en illustrer le phénomène cha-ue cha-ue fois é/o-ué* é/o-ué* L’exposé, cidessous, peut para6tre dépassé ; néanmoins, les conseils d’hier, confortés d’exemples de l’épo-ue pertinents, méritent d’.tre repris tant ils restent formateurs et d’actualité*
Erreurs de conception
Instabilité statique
Équilibre de la balance >ous les li/res de phsi-ue élémentaire enseignent aux élè/es, dans leur première le?on, l’é-uilibre de la balance -ui impli-ue deux poids égaux dans les plateaux* uis ils montrent, en expli-uant la balance romaine 7 cf * @ig* 1 -ue le bras de le/ier a autant d’influence -ue le poids 7cf 7cf * @ig* 1a, c’est pour-uoi on s’intéresse au produit appelé moment*
bascule. Fig ! A Le A Le problème de la bascule. 0uand on a compris, on /oit immédiatement -ue la corniche de la figure 1b /a basculer autour de son ar.te a et s’effondrer* )t pourtant, on a /u construire des corniches du genre de la figure 1b, et bien sBr s’effondrer, s’effondrer, en blessant des ou/riers*
Instabilité en cours de construction arfois aussi, l’instabilité est précaire en cours de construction* +l con/ient de s’en soucier et sérieusement 7cf 7cf * @ig* 2*
Fig " A Instabilité en cours de construction. Cn poteau est une barre -ui transmet un effort sui/ant sa direction* D’il est incliné, il transmet un effort incliné -ui comporte par consé-uent une composante hori=ontale 7 cf * @ig* !*
Fig # A Équilibre de forces à un noeud. Er, en statisti-ue, tout effort doit .tre é-uilibré par un autre effort égal et opposé* '’est é/ident et parfois c’est oublié, tellement on a l’habitude de /oir les poteaux transmettre indi/iduellement leur chargement aux fondations* ans cet élément de construction, la charge se décompose en une charge < et un effort hori=ontal F -ui doi/ent .tre é-uilibrés par 2 réactions A < et A * Le reste de la construction estil capable de résister A F G
E$emple ! % stabilité d&un b'timent Cne remise en cause de dernière minute de la stabilité, en cours de construction, d’un bHtiment d’habitation, pré/ient d’un effondrement assuré*
(escription de la structure La cou/erture d’un /aste hall comportait dans sa partie centrale une alternance de grands bacs en béton précontraint de 12 m de long et de /oBtes translucides, et sur ses c5tés une dalle en
béton, l’ensemble étant porté de cha-ue c5té par de grandes consoles de I,"& m de porte faux, reliées deux 3 bHtimentsculasses 4* L’un de ces bHtiments était simple re=de chaussée et sa stabilité a/ait été correctement assurée* L’autre bHtiment était un immeuble mixte de bureaux et habitations de dixhuit étages sur re=dechaussée 7 cf * @ig* "*
Fig ) A Hall d’un bâtiment d’habitation. Les deux re=dechaussée étaient réalisés, ainsi -ue les consoles et dalles latérales du hall, -uand le ma6tre de l’ou/rage demanda -ue la toiture de ce hall soit immédiatement ache/ée, a/ec grands bacs et /oBtes translucides, de manière pou/oir l’occuper et exercer son commerce* L’architecte demanda par sécurité l’a/is de l’ingénieurconseil, auteur du projet* 'e dernier était passé sur un autre projet* +l tarda examiner la -uestion* 'e fut le bureau de contr5le -ui attira l’attention sur le fait -ue l’ou/rage ainsi réalisé n’aurait pas été stable* *auses de l&instabilité )n effet, les consoles c5té bHtiment s’enracinaient dans des noeuds oJ de/aient aboutir : un poteau par ses tron?ons de re=dechaussée et de premier étage de section confortable en raison des dixhuit étages porter ; et une poutre de plancher prolongeant la console* Le moment de flexion fort important apporté par cha-ue console de/ait .tre repris sui/ant la figure "b, raison de "I K dans cha-ue tron?on du poteau et 1& K seulement par la poutre de plancher* )n l’absence du tron?on supérieur du poteau et de sa charge, le moment dans le tron?on inférieur était majoré de I& K et celui dans la poutre était triplé* Les sections de béton et d’armatures n’étaient pas pré/ues pour cela, et l’on pou/ait prédire sans grand ris-ue de se tromper -ue, après une sé/ère déformation d’adaptation -ui aurait rendu le poteau inutilisable, les bacs de toiture seraient sortis de leurs appuis 7 cf * @ig* "c* •
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+en,orcements
En renfor?a la poutre de plancher en dénudant les aciers supérieurs par repi-uage, en disposant des cadres prolongeant /ers le haut les cadres existants, et en enfermant de grosses barres de moment négatif* uis on enduisit la surface de reprise d’un mortier de résine d’accrochage et on bétonna la surélé/ation de la poutre 7 cf * @ig* "d*
*onclusion Les changements dans un projet en cours de réalisation sont sou/ent source d’ennuis gra/es, par suite d’oublis ou négligences 7cf * l’exemple I*
E$emple " % ,issuration d&un b'timent (escription du désordre Cn bHtiment se fissure* es renforcements onéreux pré/iennent temps l’effondrement* Les problèmes de mitoenneté, -uand il s’agit d’accoler sur sol médiocre un bHtiment nou/eau un ancien sans pro/o-uer de désordre dans celuici sous l’effet de nou/eaux tassements, conduisent des solutions originales, tant5t bonnes et tant5t mau/aises* +ci, le projeteur a/ait eu l’idée d’incliner en soussol les poteaux porteurs du mur de doublage en file $ pour -u’ils rejoignent les semelles de la file /oisine 7 cf * @ig* Ia*
Fig A Structure d’un bâtiment. 'omme par ailleurs, les fa?ades de/aient .tre traitées en 3 murs rideaux 4, les planchers portaient uni-uement sur les refends, en commen?ant par le mur de doublage de mitoenneté* Les tra/aux en étaient arri/és au plancher haut du premier étage -uand le chef de chantier, -ui faisait consciencieusement tous les matins le tour de ses installations, obser/a -ue le joint de tassement réser/é entre l’ancien bHtiment et le nou/eau n’a/ait plus une épaisseur régulière : au ni/eau du plancher haut de soussol, le polstrène -ui a/ait ser/i de coffrage était moitié écrasé* Le chef de chantier alerta son entreprise, et l’examen attentif des lieux -ui sui/it ré/éla les désordres sui/ants : les triangles formés par les poteaux inclinés, les poteaux /erticaux adjacents et la tra/ée de plancher intermédiaire étaient en train de basculer /ers le bHtiment ancien* Cn bon nettoage ré/éla des fissures en face supérieure du plancher haut de soussol audessus des poteaux de la file #, et d’autres trans/ersales dans tous les poteaux du soussol* La présence du bHtiment ancien -ui contrebutait a/ait emp.ché un effondrement certain* *auses La composante hori=ontale F de l’effort dans les poteaux inclinés ne pou/ait .tre reprise dans la structure du soussol du bHtiment nou/eau* eut.tre a/aitelle m.me pro/o-ué un léger glissement des semelles D* +em.des
il fallait réaliser une structure capable, soit de supprimer la poussée F, soit de l’é-uilibrer par une butée égale et opposée* En adopta la seconde solution en ajoutant des diagonales D' mises en charge par /érin et des tirants $'* Le ma6tre d’ou/rage ne fut pas très satisfait, car ces adjonctions lui supprimèrent -uel-ues places de parMing en soussol, les largeurs pré/ues ne permettant plus l’ou/erture des portes* +l n’usa pas de son droit de faire démolir*
*onclusion 0uand on étudie un noeud de barres non orthogonales, il est toujours utile de se rappeler le principe du 3 parallélogramme des forces 4*
/éconnaissance des e,,orts En entend parfois des raisonnements étonnants tels -ue celuici : une table posée sur deux pieds inclinés tient parfaitement d’aplomb 7cf * @ig* %a* En le /oit bien en tenant une règle entre deux doigts* +nclinons le tout 7cf * @ig* %b, cela doit bien sBr tenir encore, et nous a/ons obtenu un poteau /ertical* essinons l’image smétri-ue 7 cf * @ig* %c, et les nou/eaux efforts seront smétri-ues* $ssocionsles toutes deux en arcboutant 7 cf * @ig* %d et nous a/ons l’image d’un hangar*
Fig 0 A Art de démontrer qu’un arc ne pousse pas. Cn raisonnement aussi désastreux conduit arcbouter des /oBtes les unes aux autres et affirmer -ue l’ensemble est en é-uilibre, du moment -u’on assure l’é-uilibre des tra/ées d’extrémité par un tirant 7cf * @ig* *
Fig 1 A anque de stabilité d’un ou!ra"e !o#té.
E$emple # % e,,ondrement d&un hangar agricole au déco,,rage (escription du désordre Cn hangar agricole s’effondre au décoffrage* 'hacun des deux /ersants smétri-ues était constitué de poutrelles en cérami-ue armée, formant plancher incliné sur le-uel de/ait .tre posée une toiture en tuiles canal* Cn simple cha6nage formait fa6tage* Le tout reposait sur deux files de poteaux et deux pignons en bri-ues creuses* L’ou/rage cou/rait ainsi un rectangle de 2& N 1& m 7 cf * @ig* (a et b*
Fig 2 A Han"ar a"ricole. Les tirants formés d’un $dx diamètre 2I étaient nettement insuffisants pour reprendre les poussées* e plus, ils étaient fort mal ancrés* L’effondrement sur/int fort logi-uement, pendant -u’on enle/ait les étais -ui soutenaient le fa6tage* *auses Le hangar a/ait été construit dans la méconnaissance totale des règles de l’é-uilibre stati-ue 7cf * @ig* (c* )stimons - O I MgPm 2 la masse de la soustoiture ainsi réalisée, constituée de deux pla-ues prati-uement articulées en fa6tage et en sablière, de portée totale a/ec : + O 1& m ; f O 1,%& m de flèche* Qcri/ons l’é-uilibre des forces de gauche par rapport au fa6tage ' oJ la réaction est hori=ontale par raison de smétrie* La stabilité de cha-ue /ersant impli-ue en sablière une réaction /erticale : R O -lP2 O I N 1&P2 O !I da
/oBte 4, reporter ces efforts sur I m de cha-ue c5té, c’est I(I N I O 2 92I da< -ue de/ait reprendre cha-ue tirant* Er la transmission des efforts n’ était prati-uement pas assurée 7 cf * @ig* (d* )t il restait encore poser les tuiles, d’un tpe asse= lourd* )n outre, l’ou/rage de/ait encore pou/oir résister la neige et au /ent* *onclusion +n/enter un nou/eau tpe de construction est toujours hasardeux*
E$emple ) % ,issuration de 3o4tes au déco,,rage (escription du désordre es /oBtes se fissurent gra/ement au décoffrage* 'e sinistre est déj ancien, mais il con/ient de le citer en exemple pour con/aincre de la fausseté d’un raisonnement malheureusement asse= répandu* En a/ait construit une série de -uatre /oBtes sur poteaux pour constituer un abri en bordure d’une cour, et l’on n’a/ait é-uipé de tirants -ue les deux /oBtes d’extrémité 7 cf * @ig* 9a*
Fig 5 A Série de !o#tes. ar bonheur, les /oBtes étaient solidaires d’un mur de fond, et cela les sau/a du désastre 7 cf * @ig*9b* eu après le décoffrage, des fissures largement ou/ertes apparurent en intrados au droit des clés de /oBtes intermédiaires* *auses En a/ait commis l’erreur de raisonnement é/o-uée plus haut* L’économie des tirants intermédiaires était tellement minime -ue le projeteur ne pou/ait m.me pas l’é/o-uer pour se disculper* Les /oBtes se seraient certainement écroulées si le mur du fond n’a/ait apporté une action stabilisatrice en emp.chant l’ou/erture en é/entail -ue de/ait pro/o-uer l’aplatissement des /oBtes 7cf * @ig* 9c* *onclusion En ne doit pas compter deux fois les efforts lors-ue cela arrange* F* @ressinet disait : 3 En ne peut pas monter au ciel en se tirant par les che/eux 4*
E$emple % e,,ondrement d&un b'timent en ,in de tra3au$ arfois l’appréciation du comportement des matériaux passe par un arr.t des études, et leur reprise par une autre personne -ui n’en ressaisit pas tous les éléments* Cn bHtiment s’effondre, une fois la dernière tuile posée*
(escription du désordre Cn propriétaire a/ait fait construire un bHtiment deux ni/eaux, dont la toiture de/ait .tre portée par une charpente métalli-ue de tpe classi-ue deux /ersants* Les fermes, de forme traditionnelle tirant, de/aient reposer sur des poteaux en béton armé dimensionnés pour résister la charge et au /ent soufflant sur l’étage 7 cf * @ig* 1&a*
Fig !6 A anque de stabilité d’un ou!ra"e !o#té. La charpente n’était pas encore posée -uand ce propriétaire mourut ; l’architecte aussi* Le nou/eau propriétaire trou/a plus économi-ue de remplacer la charpente par des porti-ues en béton armé trois articulations sans tirant, en /ogue l’épo-ue 7 cf * @ig*1&b* 'omme il trou/ait déj sur place des poteaux de dimensions rassurantes, il commanda des porti-ues amputés de leurs poteaux et les fit poser sur les poteaux existants 7 cf * @ig*1&c* En posa les pannes, che/rons, liteaux et la cou/erture en tuiles* uis, tout l’étage s’effondra* *auses La liaison réalisée entre poteaux et arbalétriers en béton armé ne pou/ait guère transmettre le moment de continuité* ès lors, un moment considérable de/ait se dé/elopper en pied des poteaux, dans une section -ui n’était pas calculée pour ces efforts* *onclusion +l con/ient de toujours s’intéresser de très près aux existants sur les-uels on s’appuie*
Instabilité mécanique 7 Flambage $u temps oJ tous les calculs de béton armé se faisaient la règle, partir de formules obligatoirement simples, /alables pour des formes simples, le projeteur a/ait tendance
donner son ou/rage les m.mes formes simples de manière ce -ue son comportement soit le plus proche possible de celui -u’il calculait* )t il faisait bien* Tais dans beaucoup de cas, il perdait l’énorme a/antage -u’offre gratuitement l’hperstatisme dB au monolithisme du matériau* +l faisait parfois dépenser beaucoup d’argent dans la réalisation d’articulations, pour la seule raison -u’il ne sa/ait pas calculer s’il a/ait continuité* Cne telle démarche é/itait sans doute -uel-ues fissurations, mais elle était parfois préjudiciable la stabilité d’ensemble et certains projeteurs, atteints de cette maladie -ue l’on appelait 3 articulite 4, connurent des déboires, parfois cuisants*
E$emple 0 % e,,ondrement d&une ,a8ade possédant une large ou3erture (escription du désordre Cne fa?ade de garage large ou/erture en re=dechaussée s’effondre* Le garagiste souhaitait, a/ec juste raison, une très large ou/erture sur la rue pour faciliter la manoeu/re des /éhicules* L’architecte projeta donc de faire reposer la fa?ade sur une poutre de 1I m de long appuée sur deux poteaux, l’un de largeur confortable car il délimitait un bureau, l’autre amincir au maximum, car il se trou/ait de/ant un pignon* Le projeteur con?ut une poutre de 2I N 11& cm, utilisant toute la hauteur possible, et l’arma fort correctement, a/ec chapeaux se retournant dans le gros pilier* L’autre fut traité comme un poteau ordinaire 7cf * @ig* 11a*
Fig !! A $a%ade de "ara"e. Rers la fin de la construction, l’ou/rage s’effondra* *auses L’examen des décombres ré/éla -ue le pilier mince a/ait fléchi /ers l’extérieur 7cf * @ig*11b* Dous les charges, la poutre a/ait pris sa flèche, a/ec rotation aux appuis et communi-ué cette rotation au petit pilier* 'eluici, réduit une section -ui atteignait déj la contrainte admissible sous charge centrée, ne pou/ait supporter le moment de flexion supplémentaire issu de la rotation et les contraintes atteignirent la rupture* Le sinistre ne se serait sans doute pas produit si le petit pilier a/ait été é-uipé de deux articulations*
*onclusion ans les problèmes de flambage plus -u’ailleurs, les calculs doi/ent cerner la réalité au plus près*
E$emple 1 % e,,ondrement d&une toiture comprenant de grandes poutres porteuses L’ordinateur et ses programmes de calcul 3 aux éléments finis 4, aux 3 é-ui/alences 4 ou sui/ant d’autres méthodes modernes, permettent heureusement aujourd’hui de calculer n’importe -uelle forme d’ou/rage, jus-u’aux plus compli-ués* Tais ces calculs coBtent très cher et ne sont emploés -ue lors-ue cela en /aut la peine* ans les autres cas, la bonne /ieille méthode consistant encadrer la structure réelle par deux exemples de structures accessibles au calcul simple, et dimensionner et ferrailler selon l’en/eloppe des deux résultats, reste bien /alable*
(escription du désordre Cne /aste toiture comportant de grandes poutres porteuses en boUstring s’effondre le jour de la réception des tra/aux* 'ette toiture, d’une conception très originale, de/ait cou/rir un /aste garage de %9 N !% m, a/ec seulement deux poteaux intermédiaires 7 cf * @ig* 12a* Le m.me principe était d’ailleurs repris pour une extension plus /aste encore, dont la construction était en cours*
Fig !" A &ou!erture comportant des "randes poutres. Les mailles étaient de !","& N 11,9& m et comportaient : les grandes poutres boUstring en cause, de !","& m de portée, a/ec suspentes tous les I m 7cf * @ig* 12b et c ; des poutres rectangulaires de 11,9& m de portée ; des /oBtes de I m de portée a/ec lanterneau longitudinal, reposant sur ces poutres* Les arcs des boUstrings de file intermédiaire présentaient en clé une section en té, a/ec table de 1 m de large ; ceux de files extr.mes a/aient une section en cornière, la table aant été supprimée d’un c5té, pour ne pas déborder des limites de propriété* Rers les naissances, les tables se rétrécissaient progressi/ement pour dispara6tre complètement, laissant une section de 22 cm de large cha-ue extrémité sur %,I& m de long* •
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!re phase de l&e,,ondrement Le sinistre aurait commencé par le dé/ersement des arcs #1 et $1 l’un /ers l’autre* 0uelles en furent les causes G En peut é/o-uer plusieurs facteurs concomitants sans pou/oir apprécier leur importance* our ce -ui est de l’arc #1, il eu 7cf * @ig* 12d : sa section dissmétri-ue, -ui dé/iait la ligne des compressions de 9 cm /ers l’intérieur ; •
la flexion des poutres porteuses des /oBtes* Leur section n’était -ue de 22 N I& cm pour une portée de 12 m* La flèche calculée sous les seules charges existantes a/oisinait 1PI&&e de la portée et l’angle de rotation en ri/e : 1P1&& rad, pro/o-uant un faux aplomb de % cm en clé ; peut.tre aussi un faux aplomb d’origine dans cet ou/rage singulièrement fragile ; le fluage, un coup de /ent Cne fois le dé/ersement amorcé pour #1, la toiture s’affaissa sur cette ligne, pi/otant autour du tirant de l’arc $1 et faisant pi/oter cet ensemble /ers elle* uis l’écroulement se poursui/it jus-u’ #!* •
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"e phase de l&e,,ondrement Cne fois anéantie la toiture entre $1 et #1, un éclatement se fit entendre, attirant l’attention sur l’arc $"* Cne importante fissure de 2 m de long /enait d’appara6tre au noeud d’accrochage d’une suspente 7cf * @ig* 12e* Le dé/eloppement de cette fissure fut lent et donna cette fois aux /isiteurs le temps de se mettre l’abri* $u bout de trois heures, la suspente rompit son ancrage, la toiture se dislo-ua et toute la toiture entre #2 et #" s’abattit son tour* En peut é/o-uer ici : un ancrage tout fait insuffisant des armatures de la suspente dans l’arc, la position de ces aciers n’étant d’ailleurs pas conforme au plan* +l eBt fallu les remonter jus-ue dans les fibres supérieures de l’arc pour permettre des bielles de reprise de se dé/elopper dans le béton 7cf * @ig* 12f ; une forme paraboli-ue des arcs -ui ne sui/ait pas le funiculaire en ligne polgonale, de sorte -ue s’ dé/eloppaient des moments -ui réduisaient les compressions 7ou dé/eloppaient peut.tre des tractions en intrados au droit des suspentes, fa/orisant l’ou/erture de fissures •
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Autres erreurs L’examen de l’ou/rage permit de déceler d’autres erreurs : les armatures longitudinales des arcs n’étaient pas leur place : le premier lit inférieur était cm de l’intrados et l’autre 1I cm ; certaines barres supérieures étaient 1& cm de l’extrados ; les armatures des suspentes arri/aient, en bas, de part et d’autre des armatures de tirant, sans s’ ancrer correctement ; la table des arcs était insuffisamment cousue la ner/ure, alors -u’il a/ait une surface de reprise cet endroit* •
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#e phase du sinistre ans la =one d’extension en cours de construction : la bande entre arcs $(, $9, $ 1& et #(, #9, #1&, réalisée la première, subit un notable déplacement, sous la poussée probable des autres bandes et de leurs échafaudages ; la bande entre arcs $I, $%, $ et $(, $9, $ 1& n’était encore -u’amorcée ; la bande entre arcs #I, #%, # et $I, $%, $ se fissura amplement* Tais encore échafaudée, elle ne s’écroula pas* En décida de tout démolir* *onclusion Cn ou/rage d’allure exceptionnelle impli-ue une étude et une exécution de très haute -ualité* ans un 3 chHteau de cartes 4, toutes les cartes jouent un r5le capital* •
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I9 *hocs et 3ibrations Pré3enir les chocs Cn ou/rage près du-uel manoeu/rent des /éhicules est é/idemment amené rece/oir t5t ou tard l’impact de l’un d’eux au cours d’une fausse manoeu/re 7garages camions ; abris d’autobus ; entrep5ts é-uipés d’engins motorisés, au/ents de gares, etc** +l con/ient donc d’apprécier la force d’impact pré/isible et de prémunir l’ou/rage contre cette force 7 cf * @ig* 1!*
Fig !# A &hoc de roue au pied d’un bâtiment.
E$emple 2 % e,,ondrement d&un abri d&autobus (escription du désordre +l s’agissait d’un au/ent supporté par une file uni-ue de poteaux de section réduite la base* L’ou/rage n’était pas pré/u pour résister d’autres forces hori=ontales -ue le /ent et, de plus, les aciers des poteaux étaient placés a/ec un trop grand recou/rement* )n outre, les ser/ices techni-ues de la /ille a/aient demandé une hauteur libre de " m, et elle ne faisait -ue !,%& m* Cn gros camionremor-ue chargé de lourdes pièces de bois se trompa de direction et eut faire demitour cet endroit* Cn agent de la circulation /erbalisa, puis guida la manoeu/re* Tais en reculant, le haut du chargement heurta le haut de l’au/ent* 'eluici s’abattit et l’agent, posté l, fut tué* *onclusion Cn ou/rage doit résister, non seulement aux efforts de ser/ice, mais aussi aux efforts accidentels normalement pré/isibles* L’imposition des gabarits routiers aux ou/rages concernés relè/e de la logi-ue et doit .tre respectée*
E$emple 5 % e,,ondrement d&un abri d&autobus (escription du désordre Cn abri d’autobus s’effondre* +l s’agissait d’un abritpe 72 m N " m destiné aux usagers des transports en commun, comme l’on rencontre dans toutes les grandes /illes
+mplanté le long d’un boule/ard oJ se déroulaient très sou/ent les manifestations, des badauds, une -uin=aine, afin de mieux /oir ce -ui se passait étaient grimpés, par l’intermédiaire de branches d’arbres, sur le toit de cet abri calculé pour des surcharges d’exploitation bien moindres 7surcharge neige et /ent V exploitation maintenance* Le résultat ne s’est pas fait attendre, la structure métalli-ue s’est effondrée, écrasant les personnes accumulées en dessous* La société de transport en commun a été condamnée pour le motif d’une mau/aise appréciation du ris-ue de surcharge sur le toit de l’abri*
*onclusion >oute construction doit .tre /érifiée au calcul dans la situation 3 en/eloppe 4 la plus défa/orable* ans notre exemple, c’était au ma6tre d’ou/rage de prendre toutes les dispositions pour é/iter au public d’accéder la toiture afin de respecter le cahier des charges* 'e cas d’espèce est très courant, aussi, l’in/entaire des efforts et surcharges di/erses doit .tre en harmonie a/ec la réalité durant la /ie de l’ou/rage* #eaucoup plus délicate est l’appréciation des /ibrations dont l’ou/rage sera le siège et des suppléments de contraintes -ui peu/ent en découler 7machines tournantes, circulation de /éhicules* es modèles mathémati-ues utilisables sur gros ordinateurs logiciels de calculs dnami-ues de structures sont capables d’apprécier les périodes propres des ou/rages* 0uand on conna6t celle de la force excitatrice 7machine tournante, il est dès lors relati/ement aisé de conce/oir son support, aussi complexe soitil, de manière -u’il ne ris-ue pas d’entrer en résonance* +l est cependant prudent de réser/er par des fers en attente, la possibilité de le raidir da/antage par de nou/elles diagonales ou d’autres renforts, et surtout d’autres dispositions constructi/es réglementaires* Tais lors-ue la ou les périodes propres de la force excitatrice ne sont pas connues, on est complètement dans l’inconnu* >el est le cas du /ent, et les grands ou/rages dont le principal problème de stabilité relè/e du /ent, tels -ue les cheminées d’usines et les aéroréfrigérants, en subissent parfois les consé-uences* ’après les essais en soufflerie et les accidents asse= spectaculaires -ue l’on eut déplorer, il semblerait -ue la réglementation /isant ces ou/rages conduit un dimensionnement con/enable lors-u’ils sont isolés* Tais les perturbations -ue causent ces énormes mas-ues l’écoulement de l’air pro/o-uent des turbulences -ui peu/ent mettre en danger, si on ne les renforce, des réfrigérants situés trop près 3 sous le /ent 4*
E$emple !6 % e,,ondrement d&aéroré,rigérants sous le 3ent (escription du désordre @in décembre 1999, une temp.te histori-ue 7/ents 1(& MmPh en plaine a tra/ersé par deux fois la @rance dans le sens 3 ouestest 4* ’énormes dégHts ont été recensés : la réglementation a dB .tre modifiée par la suite* >rois grands aéroréfrigérants de 1&& m de haut s’effondrent un jour de grand /ent* >ous les spécialistes connaissent ce sinistre spectaculaire et il n’ a pas lieu ici d’en taire le lieu et l’épo-ue* 'ela se passa le 1 er no/embre 19%% en $ngleterre, dans le WorMshire* Le ')X# /enait de faire construire, pour sa nou/elle centrale d’électricité de @errbridge, huit réfrigérants -ui constituaient l’épo-ue des records de grandeur* 'es énormes cheminées étaient disposées par -uatre sur deux rangs, asse= serrées les unes contre les autres 7cf * @ig* 1"a*
Fig !) A 'nsemble d’aéroréfri"érants. 'e jourl, le /ent soufflait en temp.te ; les rafales atteignaient 1!& MmPh* #ien -ue les réfrigérants aient été calculés pour résister des /ents de 1(& MmPh, trois s’écroulèrent, et ces troisl étaient abrités du /ent par d’autres -ui résistèrent* Les e,,ets du 3ent Les en-u.teurs se trou/aient l de/ant un cas très prometteur en enseignement : ces huit ou/rages, identi-ues en conception, dimensionnement, ferraillage, matériaux, réalisation, /enaient de passer un dur moment* Di trois d’entre eux étaient tombés, alors -ue les cinautres étaient restés debout 7en passant probablement fort près de leur limite de résistance, c’est -ue -uel-ue chose les différenciait, et ce -uel-ue chose ne pou/ait .tre -ue le /ent* +l n’est donc pas toujours /rai -u’un ou/rage mas-ué du /ent par un autre s’en trou/e abrité* '’est le contraire -ui se produisit : la ligne de réfrigérants 3 au /ent 4, formant obstacle, a/ait réduit la section d’écoulement, entra6nant des accélérations, des turbulences en arrière, et produisant un /ent plus dangereux pour les obstacles sui/ants* '’est d’ailleurs ce -ue montrèrent tous les essais en soufflerie réalisés depuis cette date et il arri/e -ue, dans l’étude de réfrigérants groupés, on dimensionne plus sé/èrement ceux -ui doi/ent .tre fouettés en second par des /ents dominants /iolents* En obser/a aussi -ue les règlements britanni-ues de l’épo-ue donnaient un /ent 3 normal 4 relati/ement faible, et ne prescri/aient aucune /érification sous /ent 3 extr.me 4 majoré de coefficients dnami-ues* Autres imper,ections Les réfrigérants de @errbridge présentaient d’autres causes de faiblesse* L’entrepreneur n’a/ait pas réalisé exactement le profil de 3méridienne4 pré/u* Le fait de changer de pente cha-ue 3 le/ée 4 est compli-ué* $u lieu de donner la courbure nécessaire la stabilité, il a/ait 3 tiré droit 4, transformant toute la moitié inférieure de l’ou/rage en tronc de c5ne 7cf * @ig* 1"b* u reste, la tour lui paraissait ainsi plus trapue et plus solide* )n fait, en augmentant les circonférences de seulement -uel-ues décimètres, il a/ait nui considérablement la résistance au /ent ; Les calculateurs de l’épo-ue a/aient le souci fort louable de réaliser des ou/rages proches des calculs -u’ils sa/aient faire* Er, on ne sa/ait calculer ces énormes cheminées aux épaisseurs de 3 co-uille d’oeuf 4 -ue comme des 3 membranes 4, tra/aillant en compression A traction A cisaillement* En ne sa/ait
pas prendre en compte les flexions et l’on s’arrangeait pour -u’il n’ en ait point : le /oile, en partie courante, ne mesurait -ue ( 1& cm d’épaisseur et l’armature était concentrée en une nappe croisée, miépaisseur* $ujourd’hui, l’informati-ue aidant, l’ou/rage profite amplement du supplément de résistance apporté par une épaisseur de béton plus grande 7jus-u’ 2& ou !& cm en section courante pour les très grandes tours et deux nappes d’armatures croisées*
*onclusion Les #ritanni-ues tirèrent de cette 3 expérience en /raie grandeur 4 la le?on -ue, pour un temps, il ne con/ient pas de construire plus haut et ils limitèrent réglementairement 1&& m la hauteur de leurs aéroréfrigérants* Les sui/ants furent bien entendu réalisés a/ec plus de soin et un plus fort dimensionnement* En augmenta aussi la sé/érité de la réglementation sur le /ent* Tais il subsiste dans ce pas une génération d’ou/rages d’une faiblesse relati/e* Cn -uatrième s’est effondré dans le Terseside en jan/ier 19(", par une temp.te rafales de 1(& MmPh* @ort heureusement, -uand un réfrigérant s’effondre, les décombres tombent /erticalement, sans 3polluer4 l’en/ironnement, autrement -ue par un épais nuage de poussières* +l suffit donc, -uand le /ent est trop fort, d’é/iter de s’approcher trop près des réfrigérants de la génération de @errbridge*
9ariations dimensionnelles incompatibles 9ariations dimensionnelles incompatibles au support +etrait et dilatation Le béton, comme tous les matériaux poreux, est sujet des /ariations dimensionnelles -uand changent son hgrométrie et sa température* Le séchage partir de la pHte -ue constitue le béton frais produit le retrait, -ui est le phénomène majeur* uis, toute réhumidification, toute élé/ation de température produit une dilatation* ans les =ones fragiles et exposées au soleil et au froid comme celles des toitures terrasses, ces mou/ements sont causes de fissurations s’ils sont trop importants* : E$emple !! % désordres possibles d&une toiture-terrasse Les recommandations techni-ues issues des >C relatifs aux toituresterrasses permettent aujourd’hui d’é/iter les fissurations d’hier* La figure 1I illustre les multiples désordres -ue peut causer une toitureterrasse*
Fig ! A (oiture)terrasse.
E,,et de bilame ;on,lement de la terre cuite La terre cuite est, elle aussi, un matériau poreux* 'omme elle sort du four de cuisson complètement anhdre, elle /a réabsorber de l’humidité pour se mettre en é-uilibre a/ec l’air ambiant et gonfler* La réglementation relati/e ce matériau impose une limite ce gonflement* +l n’emp.che -ue lors-u’on juxtapose béton et terre cuite 7plancher hourdis creux, mur de bri-ues sur soubassement béton, cloison entre murs banchés, etc*, les déformations contraires des deux matériaux induisent des contraintes tangentes -ui peu/ent aller jus-u’ cisailler le matériau le plus faible 7cf * @ig* 1% si $ se dilate plus -ue #, les désordres ris-uent de se produire dans la =one grisée*
Fig !0 A 'ffet de bilame.
E$emple !" % e,,ondrement d&un plancher en hourdis céramique
La terre cuite est, comme chacun sait, l’un des matériaux les plus anciens* Da fabrication a sui/i, durant ces dernières décennies, l’é/olution accélérée des techni-ues, et il s’en est sui/i des perfectionnements et aussi des déboires* >out d’abord, les progrès obtenus dans la régularité de cuisson et dans la -ualité assurée du produit, ont permis d’alléger les sections* )nsuite, on associa la terre cuite au béton pour constituer des planchers hourdis creux* Er le béton fait du retrait en séchant, et la bri-ue gonfle lentement en retrou/ant un é-uilibre hgroscopi-ue depuis son état anhdre la sortie du four*
Premier sinistre % chute de hourdis dans une chau,,erie Le local était cou/ert par un plancherterrasse de N ( m, réalisé en béton a/ec hourdis creux en cérami-ue et enduitciment en sousface 7 cf * @ig* 1a* La chaufferie fonctionnait depuis -uatre ans, -uand les /oiles inférieurs des hourdis se détachèrent et tombèrent, sur une bande de 1 m de large, tout le long de la fa?ade arrière* La cérami-ue s’était rompue aux angles de raccordement entre /oiles hori=ontaux et /erticaux 7cf * @ig* 1b* *auses La =one effondrée était léchée en permanence par une circulation de /apeur sortant d’un bac eau chaude et s’é/acuant par les orifices de fa?ade* +l s’ensui/ait dans la cérami-ue une température éle/ée et une humidification progressi/e et ces deux phénomènes pro/o-uaient son gonflement, tandis -ue la dalle supérieure en béton a/ait fait progressi/ement son retrait et subissait le froid de l’hi/er, deux phénomènes pro/o-uant un raccourcissement* +l s’en est sui/i un effet de 3 bilame 4 pro/o-uant des efforts tangents et la rupture s’est é/idemment produite dans la section la plus faible 7sou/ent affaiblie aussi par des micro fissures originelles* $joutons un phénomène supplémentaire : la cérami-ue, de médiocre -ualité, contenait des inclusions de grains de chaux* 'euxci gonflèrent lentement l’humidité, pro/o-uèrent des éclatements locaux dans le matériau, et l’affaiblirent* La lenteur de la pénétration d’humidité et de la réaction chimi-ue expli-ue le délai au bout du-uel s’est produit l’accident*
Fig !1 A *lancher en hourdis de céramique. *onclusion Le /oisinage du béton et de la cérami-ue impli-ue une bonne -ualité de cette dernière : absence d’inclusions de grains de chaux, et gonflement de réhdratation limité*
