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Construction mixte Acier - béton à base de poutrelles laminées Sections

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  • Construction mixteAcier - bton base de poutrelles lamines

    Sections

  • Sommaire Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

    Les normes europennes . . . . . . . . . . . . . .5

    Les poutres mixtes classiques . . . . . . . . . . .8

    La connexion dans les poutres . . . . . . . . .10

    Calcul des poutres mixtes . . . . . . . . . . . .12

    Les poutres mixtes partiellement enrobes . . . . . . . . . . . . . .14

    Calcul des poutres prbtonnes . . . . . . .16

    Vrification de la rsistance au feudes poutres partiellement enrobes . . . . .17

    Types de poteaux mixtes . . . . . . . . . . . . .19

    Calcul des poteaux mixtes . . . . . . . . . . . .21

    La connexion dans les poteaux mixtes . . .24

    Rsistance au feu des poteaux mixtes . . .26

    Dtails constructifs . . . . . . . . . . . . . . . . .29

    Choix du type de poteau mixte . . . . . . . .31

    Les poteaux prfonds . . . . . . . . . . . . . .32

    Les assemblages . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

    Stabilit densemble des structures . . . . .41

    1

    Construction mixteAcier - bton base de poutrelles lamines

  • 2City Centre Kirchberg, Luxembourg (L)

  • Figure 1

    (a) Sans liaison

    (b) Avec liaison

    Introduction

    La construction mixte acier-bton est connuedepuis longtemps pour la ralisation de pou-tres mixtes classiques utilises pour les bti-ments et pour les ponts.

    Par cette conception simple, le profil mtal-lique est connect mcaniquement la dallede bton quil porte. Grce la rsistance aucisaillement apporte linterface par la con-nexion, les deux matriaux de constructiontraditionnels sont ainsi associs en flexion. Ladalle en bton arm qui remplit dj son of-fice de surface porteuse horizontale, est uti-lise en outre comme lment comprim dela section mixte. Elle apporte ainsi un gain dersistance et de rigidit la poutrelle, quiconstitue essentiellement llment tendu delensemble en flexion (figure 1).

    Les poteaux mtalliques, de leur ct, ont tsouvent enrobs de bton dans le pass pourdes raisons de protection au feu, avant quenapparaissent de vritables poteaux mixtes,dans lesquels le bton arm enrobant les pro-fils contribue la reprise des charges verti-cales (figure 2).

    Dans les annes 80, on a dcouvert (ou red-couvert) que mme un enrobage partiel debton (figure 3) confre un poteau mixteune rsistance au feu apprciable. La formecreuse des profils H favorise un remplissagede bton plat au sol avant montage despices, liminant ainsi les frais de coffrage.Cette conomie compense un certain surdi-mensionnement, parfois ncessaire pour at-teindre les plus hautes classes de rsistanceau feu. De nombreux travaux de rechercheont abouti mettre au point des mthodesde calcul fiables pour la prvision de la rsis-tance au feu de poteaux prbtonns entreles ailes.

    3

    Figure 2 Figure 3

    Charpente en construction mixte acier-bton

  • La mme technique a t ensuite tendueaux poutres (figure 4) pour augmenter leurrsistance au feu. Dans cette configuration,laile infrieure soumise au feu se relcheprogressivement, mais sa perte de rsistanceest compense par les armatures situes enbas des chambres du profil mtallique.

    En mme temps, le calcul des poutres mixtessest enrichi de mthodes permettant la priseen compte de continuits (bton fissur) etdune connexion mcanique partielle, condui-sant un certain glissement entre les deuxcomposants.

    La construction mixte offre donc des possibi-lits supplmentaires aux structures tradition-nelles en acier, protges du feu ou non selonles exigences de stabilit au feu. En raisondes facilits dassemblage inhrentes lacier,des lments mixtes et non mixtes, protgsou non, peuvent tre associs dans un mmeprojet.

    La rsistance au feu structurelle de la cons-truction mixte a beaucoup contribu sonsuccs, avec lavantage de pouvoir conserver la structure porteuse des surfaces mtalli-ques apparentes et utilisables. Relevons enoutre lexcellent comportement aux sollicita-tions sismiques des structures mixtes acier-bton.

    4

    Figure 4

    Construction mixte, ouvertures dans les mes des poutres pour le passage des gaines techniques

  • Les normes europennes

    Base gnrale du calcul

    La construction mixte sest rapidement dve-loppe dans les pays qui disposaient de nor-mes et de recommandations sur le sujet. Desmthodes dvaluation de la rsistance au feuont t proposes dans les annes quatre-vingt sous forme dagrments particuliers chaque pays.

    A prsent, les Eurocodes apportent une gn-ralisation apprciable des mthodes de calcul,non seulement pour les conditions normalesdutilisation, mais aussi pour la situation din-cendie.

    Dans le concept gnral des Eurocodes, lesactions extrieures appliques sur une struc-ture sont affectes dun facteur de pondra-tion dpendant de leur nature et de leur va-riation dans le temps. Pour toute combinaisonpossible de ces actions, la rsistance ultimede chaque lment et de lensemble doit treassure. En outre, pour les poutres essentiel-lement, il convient encore de vrifier que cer-taines limites ne sont pas dpasses en situa-tion relle de service : ce sont les critres dedformation, de vibration, et de fissuration dubton, constituant ce quon appelle les tatslimites de service.

    LEurocode 4 (ENV 1994-1-1) fournit des rglesde calcul pour les poutres mixtes ou pour lespoteaux mixtes dans les conditions normales,tandis que la partie 1-2 (ENV 1994-1-2) donnediffrentes mthodes dvaluation de la capa-cit portante lincendie de ces mmes sec-tions.

    LEurocode 1 (ENV 1991) dfinit quant luiles actions combiner dans les calculs, maisaussi les facteurs de pondration utiliser en

    service normal et pour la vrification de la sta-bilit au feu. Dans une situation accidentelledincendie, ces facteurs sont infrieurs 1,00pour la plupart des actions non permanentesdont la probabilit doccurrence avec une in-tensit maximum en mme temps quun in-cendie majeur est faible.

    Ces normes ont t compltes dans chaquepays par un Document dApplication National(DAN).

    Les exigences en matire de rsistance au feurestent dfinies au niveau national, et, mal-heureusement, prsentent une certaine dis-parit entre les diffrents pays.

    Qualit des matriaux

    LEurocode 4 couvre lutilisation dun grandchoix de qualits des matriaux acier et btonassocis dans un lment mixte.

    La gamme des aciers usuels de constructionS235, S275 et S355 est complte par lesqualits suprieures S420 et S460, disponi-bles partir du procd QST (poutrellesHISTAR) et particulirement intressantes pourdes lments soumis de fortes charges.

    De plus, lexcellente soudabilit de lacierHISTAR permet un parachvement conomique(pas de prchauffage ni de post-chauffage).

    Ces aciers peuvent tre associs aux btonsde qualit C20 C50, dagrgats normauxou lgers, et aux armatures disponibles sur lemarch, dont la qualit S500 est la plus com-mune.

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    Scandia Building, Madrid (E)

  • Rsistance au feu:ENV 1994-1-2

    Les lments mixtes partiellement ou compl-tement enrobs possdent une rsistance aufeu apprciable. Elle ne peut cependant plustre value partir de la temprature criti-que de lacier, notion simple applicable auxpices mtalliques nues ou protges lorsqueleur temprature est quasi uniforme sur unesection transversale.

    La prsence du bton augmente leffet demasse et linertie thermique de llment. Lechamp des tempratures internes un mo-ment donn dun incendie est fondamenta-lement non uniforme, dans lacier commedans le bton, et prsente des gradients im-portants. Lexistence de zones relativementfroides au coeur de la masse assure encoreune rsistance suffisante pour maintenir pen-dant un certain temps la stabilit de llmentsoumis au feu.

    6

    Ecole Nationale des Ponts et Chausses, Marne-la-Valle (F)

  • Immeuble de bureaux, rue Reaumur, Paris (F)

    La partie 1-2 de lEurocode 4 admet diffren-tes possibilits pour justifier la rsistance aufeu dun lment mixte :- Utilisation de tables rsultant essentielle-

    ment de conditions observes lors dessais.- Calcul dune capacit portante ultime par

    une mthode simplifie, tablie sur basede nombreux essais.

    - Simulation numrique au moyen dun logi-ciel suffisamment valid par des essais, telque CEFICOSS, oprationnel dans les servi-ces dassistance de Arcelor Sections Com-mercial.

    La prcision et le champ dapplication aug-mentent en passant du premier niveau cit autroisime, le grand intrt dun logiciel tel queCEFICOSS tant de pouvoir traiter des struc-tures compltes de manire raliste, quellessoient souples ou rigides.

    Les poteaux ou les poutres compltement en-robs de bton se vrifient gnralement parles tables du premier niveau qui sont dans cecas dusage trs simple, alors que les mtho-des simplifies du deuxime niveau sont uti-lises le plus souvent pour les lments b-tonns entre les ailes.

    Rfrences

    Certaines publications permettent dtendrela vrification de la rsistance au feu dau-tres sections mixtes et des cas de sollicita-tion plus complexes. Citons en particulier :

    [1] ECCS/CECM - N55. Calculation of thefire resistance of centrally loaded compositesteel concrete columns exposed to the stan-dard fire. Edition 1988[2] Report EUR 13309 EN, Schleich, Mathieu,Cajot : Practical design tools for compositesteel concrete construction elements submit-ted to ISO-fire considering the interaction bet-ween axial load N and bending moment M.[3] Hosser, Dorn, El-Nesr : Entwicklung undAbsicherung praxisgerechter Nherungsver-fahren fr die brandschutztechnische Bemes-sung von Verbundbauteilen. Abschlussberichtzum Forschungsprojekt A39 (S24/2/91) derStiftung Stahlanwendungsforschung. Institutfr Baustoffe, Massivbau und Brandschutz(IBMB), TU Braunschweig, Juni 1993.[4] B. Zhao: Abaques de dimensionnementpour la rsistance au feu des solives de planchernon protges connectes des dalles mixtes.- Revue Construction mtallique - N 1 - 1999

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  • Les poutres mixtes classiques

    Poutrelle et dalle

    Les poutres mixtes peuvent tre ralises partir de poutrelles lamines dans diffrentesconfigurations (figure 5) dont la premire(figure 5a) est la plus simple et la plus usuelle.Les portes courantes varient de 6 16 m-tres, mais peuvent dpasser les 20 mtres.

    En cas de ncessit, elles sont protges dufeu par une peinture intumescente, par unenduit ignifuge projet ou encore par despanneaux isolants rapports.

    La conception de ces poutres est lie dans unecertaine mesure la ralisation de la dalle enbton arm, coule le plus souvent sur desbacs en acier galvanis, ou sur des prdallesen bton de faible paisseur. En fait, la rsis-tance ultime de ces poutres mixtes est relati-vement peu affecte par le mode dexcu-tion des dalles, mais par contre la flche per-manente sous le poids mort de la dalledpend des conditions opratoires.

    Pour liminer ou attnuer cette flche perma-nente, on peut notamment:- tayer la poutrelle durant la prise du bton

    de la dalle ; aprs durcissement du bton etenlvement des tais, le poids propre delensemble sera report sur la section mixte.Un tel tayage est obligatoire dans le casdu systme prsent la figure 5e (stub-girder).

    - donner aux poutrelles en atelier une con-treflche calcule pour compenser la d-formation lors du btonnage de la dalle.Cette contreflche est ralise froid ( lapresse) ou chaud (technique des chaudesde retrait).

    - assurer la continuit des poutres sur lesappuis.

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    Figure 5

    a) Poutre mixte simple

    c) Poutrelle alvole (alvoles hexagonales)

    d) Poutrelle alvole (alvoles circulaires)

    e) "Stub - Girder"

    b) Poutrelle avec plat de renfort

    Parking, Helmond (NL)

    Constructionmixte avecpoutrellesalvoles

  • La premire solution donne des charges surles tais qui peuvent tre assez importantes.Elle doit tre utilise avec circonspection dansles btiments tages multiples, en tenantcompte de la rigidit et de la rsistance desniveaux infrieurs sur lesquels les tais pren-nent appui ce stade davancement des tra-vaux. Des hauteurs importantes sous les pou-tres ou les dalles tayer diminuent la renta-bilit dun taiement.

    A moins de prendre des dispositions particu-lires pour grer les mouvements de dfor-mation lors du btonnage, la deuxime solu-tion bute sur une limite pratique de quelquescentimtres, qui permet encore dassurer unepose correcte des lments coffrant, et lacorrespondance des perages dans les orga-nes dassemblage. Il convient aussi dviterune rotation nfaste ou non contrle en-gendre dans les assemblages des solives surles matresses poutres par la rotation dappuidune poutre contreflche recevant la chargede bton frais.

    Durant le btonnage de la dalle, il faut biensr vrifier les poutrelles au dversement, etprendre des mesures pour les maintenir encas de besoin. Les bacs en acier correctementclous peuvent souvent suffire.

    Un taiement des tles ou des prdalles estncessaire, lorsquelles ne peuvent porter lepoids de bton frais et la surcharge due auxoprations de mise en oeuvre sur la distancesparant les poutrelles, en particulier au delde 2,50 3,00 mtres. Par ailleurs, le poids debton additionnel rsultant de la dformationdes supports pendant le coulage (effet demare) nest pas toujours ngligeable.

    En consquence, les conditions de mise enoeuvre doivent tre soigneusement envisageslors des calculs, et reportes sur les documentsdexcution.

    9

    Plancher en cours de montage,Espace Lopold, Bruxelles (B)

    Contreflche des poutres : Parking du Stade, Luxembourg (L)

    Coffrage laide de bacs autoportants de grande porte

    Etaiement provisoire des tles de grande porte lors de la prise du bton

  • Figure 6: TYPES DE CONNECTEURS

    a) Goujon tte b) Equerre cloue c) Bute (fer T)

    d) Bute (Cornire) e) Bute (Tasseau) f) Boucle

    La connexion dans les poutres

    La connexion mcanique de la dalle sur la pou-trelle est essentielle pour garantir une colla-boration en flexion. Elle est le plus souventralise par soudure lectrique de goujons tte (figure 6a) laide dun pistolet adquat.Pour la facilit du positionnement des connec-teurs et de son contrle visuel, un espacementuniforme de ces connecteurs est souhaitable.En alternative aux goujons souds, il existedautres types de connecteurs, dont desquerres clouer (figure 6b) ne ncessitantaucune soudure, mais prsentant une rsis-tance moindre, ainsi que diffrents types debutes (figure 6).

    10

    Soudure lectriquede goujons tte

  • Les types a et b de la figure 6 sont des con-necteurs souples dans la plupart des cas, tan-dis que les autres modles sont rigides. Cettediffrenciation est importante, car des con-necteurs rigides nautorisent pas une redis-tribution des efforts rasants, tandis que desconnecteurs souples permettent de se limiter une connexion partielle dans les poutres debtiment en raison de leur flexibilit qui per-met une telle redistribution.

    Les goujons sont souds en atelier lorsquecela est possible, par exemple sur les pou-trelles o les tles sont interrompues sansrecouvrement, ou en cas dutilisation de pr-dalles. Notons au passage que ces goujons etles surfaces mtalliques en contact avec lebton ne doivent pas absolument tre exemptsde toute trace de peinture dans la mesure oladhrence bton-acier nest pas prise encompte dans la mthode de calcul.

    Sur chantier, pour les paisseurs de tles etde zinc usuelles, les goujons tte peuventtre souds travers les tles profiles, enprenant certaines prcautions. Celles-ci sont

    relatives aux conditions de contact, dhumi-dit, de propret des surfaces, et labsencede peinture, obtenue par exemple par la miseen place dune bande adhsive avant projec-tion de la peinture en atelier. Cette oprationde soudage travers les bacs sur chantier estdevenue tout fait courante, avec un qui-pement de soudage adquat.

    Sur chantier comme en atelier un test simplede pliage ralis sur quelques goujons sou-ds permet de contrler rapidement la quali-t de la soudure.

    Quelquefois, pour viter le soudage de gou-jons sur chantier, les tles sont livres avecdes dcoupes circulaires correspondant laposition des goujons souds en atelier. Celarequiert bien sr la confection de plans decalepinage trs prcis, et il faut compter avecquelques corrections invitables effectuersur chantier.

    11

    Bacs en acier avec fermeture des ondespar crasement

    Bacs en acier avec dcoupes circulaires Soudage de goujons sur chantier travers les bacs en acier

    Parking aroport,

    Bruxelles (B)

  • Figure 7

    Largeur collaborante

    (L/4 cartement des poutres)

    bac acierou prdalle

    Axeneutreplastique

    Calcul des poutresmixtes

    Rsistance aux tats limites ultimes

    Suivant lEurocode 4, la rsistance des sec-tions transversales dune poutre mixte auxtats limites ultimes doit tre vrifie pourtoute section critique de la poutre, quellesoit simplement appuye sur deux appuis, oucontinue sur plusieurs appuis. Hormis cer-tains cas plus complexes de continuit et deredistribution des moments (couverts aussi parcette norme), cela conduit le plus souvent une simple vrification du moment plastiqueultime dans une ou deux sections critiques,pour les poutres mixtes ralises partir deprofils lamins.

    Dans le cas courant dune poutre simplementappuye ses extrmits et charge de ma-nire uniforme, il suffit en pratique de vrifierque le moment pondr appliqu Msd resteinfrieur au moment ultime rsistant Mpl,Rd.Celui-ci est calcul suivant le schma classi-que de la figure 7 avec des diagrammes rectan-

    gulaires de contraintes. Dans ce calcul on neprend pas en compte le bton situ au niveaudu bac acier transversal ou sur la hauteur dujoint sec dans la prdalle.

    Leffort tranchant est suppos repris entire-ment par lme du profil mtallique. La rsis-tance ultime leffort tranchant doit tresuprieure la valeur pondre agissante. Uneinteraction est prendre en compte entreflexion et effort tranchant dans les zones dap-pui des poutres continues ou dans les zonesdaction de charges concentres, si lefforttranchant atteint la moiti de la rsistance ul-time de lme.

    12

    Parlement Europen, Luxembourg (L)

  • Etats limites de service

    Il convient de vrifier les flches, la fissurationdu bton, et la frquence propre de vibration.On vrifiera en outre que les contraintes rellesde service nengendrent aucune plastificationlocale qui invaliderait les calculs effectus sui-vant la thorie de llasticit.

    Les flches dpendent du mode de construc-tion. Selon que la poutrelle et la dalle sonttayes ou non, le poids propre de btonfrais de la dalle dformera la section mixtecomplte, ou le seul profil mtallique moinsrigide. Ce calcul dtermine la contreflcheventuelle donner la poutrelle en atelier.Il est bas sur les mthodes habituelles dellasticit, transformant le bton collaborantde la dalle en une section dacier quivalentepar le biais du rapport des modules dlasti-cit des deux matriaux. Il doit tenir compte dufluage du bton sous les charges de longuedure, du retrait du bton, et ventuellementaussi de leffet majorateur dune connexionpartielle.

    Le contrle de louverture des fissures dansle bton est faire lorsque le bton peut tremis en traction, dans les continuits de poutresur appuis. Il dtermine un pourcentage mini-mum darmatures longitudinales dans la dalle,qui ne peut de toute faon descendre en des-sous de 0,4% ou de 0,2%, suivant que lapoutre est taye ou non en phase de cons-truction.

    Dans la plupart des cas o des personnes sedplacent normalement sur les planchers, lesnormes recommandent une rigidit telle quela frquence propre fondamentale soit sup-rieure 3Hz. Cette vrification est assez sim-ple par le biais dune formule faisant interve-nir la porte, la masse et la rigidit EI.

    Connexion

    Des connecteurs et des armatures transver-sales sont prvoir au-dessus de la poutreafin de transmettre leffort de cisaillementlongitudinal entre la dalle et la poutrelle ltat limite ultime, en ngligeant ladhren-ce naturelle entre acier et bton.

    13Htel des Arts et Tour Mapfre(immeubles de bureaux), Barcelone (E)

    Les goujons tte courants sont gnrale-ment ductiles, offrant une capacit de dfor-mation suffisante pour un comportementplastique de la connexion et autorisant uneconnexion partielle. On parle de connexionpartielle lorsque la rsistance ultime de lapoutre mixte est limite par la rsistance de laliaison acier-bton. Autrement dit, il est pos-sible de diminuer le nombre de connecteursdans certaines limites lorsquune rserve dersistance plastique est disponible, ce qui estsouvent le cas.

    Poutrelles munies de connecteurs

  • Les poutres mixtes partiellement enrobes

    On augmente considrablement la rsistanceau feu dune poutre mixte classique en rem-plissant de bton arm les chambres de lapoutrelle (figure 8). Cette opration nest pos-sible en pratique qu partir dune largeur deprofil de 180 200 mm, permettant encorela pose dtriers dans le bton avec un recou-vrement suffisant.

    La structure est certes alourdie par le poidsdu bton quil convient de prendre en comp-te dans les calculs, mais cette surcharge pon-drale est le plus souvent compense par lac-croissement de rigidit de la poutre, et ne con-duit pas changer le profil quune poutremixte non enrobe aurait requis, moins quecelui-ci ne soit trop troit pour tre rempli debton.

    Avant montage, on procde au remplissagedes poutrelles au sol. Celles-ci sont disposessur des traverses rigides et bien alignes, dontlespacement nest pas trop grand pour viterune dformation des profils sous le poidsde bton frais. Les paniers darmatures pr-fabriqus sont dposs dans la chambre,

    positionns et maintenus en place pour ga-rantir les recouvrements de bton prvus. Lecoulage du bton est effectu si possible direc-tement du camion malaxeur dans les poutresprpares. Celles-ci seront retournes aprsun dlai trs court pour renouveler loprationsur lautre face.

    Ce btonnage au sol demande donc une livrai-son des pices mtalliques paracheves unesemaine environ avant leur montage. Il re-quiert la disponibilit dune aire de travail ac-cessible un engin de manutention, aire quiest souvent amnage sur le chantier, ou par-fois dans un atelier ou dans un dpt den-treprise.

    Les armatures principales de rsistance au feuqui sont ajoutes dans les chambres des pou-trelles doivent tre compltes par des barresconstructives, et surtout par des triers dont lerle essentiel est dempcher, en cas dincen-die, un clatement local du bton, qui provo-querait un chauffement prmatur du coeurde la poutre cet endroit.

    14

    Btonnage au sol de poutres mixtes

    Figure 8

    Armature principale :40 60 mm

  • Les blocs de bton arm dans les chambresdoivent tre ancrs mcaniquement lmede la poutrelle, pour viter que les contraintesthermiques ne les dsolidarisent de lacier etne les fassent sortir des chambres. Diffrentestechniques sont proposes dans lEurocode 4:on peut souder des goujons tte sur lme,ou bien prvoir des barres traversant lme,ou encore souder les triers sur lme du pro-fil.

    En principe, les surfaces en contact avec lebton ne sont pas peintes, lexceptionventuellement dun retour de 3cm vers lin-trieur des ailes. Il faut noter toutefois que laprsence de peinture sur lme et sur les gou-jons ne nuit nullement au comportement despoutres, puisque, encore une fois, ladhrencenaturelle entre bton et acier nest pas prise encompte dans les calculs.

    15

    Muse Museum fr Verkehr und Technik, Berlin (D)

  • Si le bton arm des chambres na pas tpris en compte dans les calculs dinertie, il fauttre conscient cependant que les flches rellesseront infrieures aux valeurs calcules, austade final comme en phase intermdiaire dechantier. Ce fait ne doit pas tre oubli lors-que les contreflches sont dfinies, et lorsquilest ncessaire de prciser les flches dans lesstades intermdiaires, par exemple pour d-terminer les capacits de rglage prvoir lorsde la pose dlments prfabriqus (escaliers,faades).

    Eurocode 4 (ENV 1994-1-1)Annexe G

    Les essais ont dmontr que le bton armsitu entre les ailes augmente non seulementla rigidit de la poutre, mais aussi sa rsistan-ce ultime en flexion et leffort tranchant.

    LAnnexe G de lEurocode 4 propose des r-gles supplmentaires autorisant une prise encompte de ce bton arm dans les calculs enservice normal. Le cas de poutres sans dallecollaborante est couvert galement.

    Une simplification des calculs dinertie est pro-pose dans cette annexe, en partant de la po-sition de laxe neutre plastique, et en ngli-geant les zones de bton tendu.

    Un bton usuel de qualit relativement mo-deste (C20) est gnralement choisi pour leremplissage des chambres de poutres.

    16

    Calcul des poutresprbtonnes

    Calcul en service normal

    Les poutres btonnes entre les ailes sontsouvent calcules en service normal commedes poutres mixtes classiques. Le bton armsitu entre les ailes est pris en compte commecharge permanente, mais compltement n-glig dans les calculs de la rsistance, voiremme dans le calcul des flches.

    Cette manire simplifie de procder est scu-ritaire, lEurocode 4 dans sa version initialene donnant aucune rgle spcifique pour lespoutres remplies de bton. Cest la dure dersistance au feu requise qui dtermine en-suite la section des armatures placer dansle bton des chambres.

    En ralit, le gain de rigidit rsultant de laprsence du bton et des armatures entre lesailes peut tre apprciable. De quelques pour-cents pour les plus petites poutrelles utilisa-bles, il dpasse 20% pour les plus grandes austade final, et nest pas ngliger en phase decoulage de la dalle.

    Une valuation prcise de la rigidit pour lescalculs de flche est assez fastidieuse. Elle re-quiert plusieurs analyses lastiques de la sec-tion pour les diffrentes tapes de la cons-truction et de la mise en charge progressive dela poutre, compte tenu de lvolution de lasection portante et des caractristiques dubton en fonction de son ge et de son re-trait.

    Sige de lentreprise deconstruction SKANSKA,

    Gteborg (S)

  • Figure 10SECTION TRANVERSALE REDUITE POUR LE

    MOMENT RESISTANT NEGATIF

    Les contraintes de calcul dans lacier sont progressivement rduites par zones

    Vrification de larsistance au feu despoutres partiellementenrobes

    Rsistance au feu ISO

    La partie 1-2 de lEurocode 4 propose deuxmthodes de justification de la rsistance aufeu ISO de poutres partiellement enrobes.La premire, dite mthode des valeurs tabu-les, ncessite des calculs de rsistance etquelques interpolations. Elle est trs scuri-taire, et conduit des sections darmaturestrs leves. Aussi, la deuxime mthode ditemthode de calcul simplifie lui sera ida-lement prfre.

    Lors dun essai au feu, la progression delchauffement dans la section peut tre me-sure. Elle dfinit pour chaque matriau dif-frentes zones dans lesquelles on peut va-luer la perte de rsistance lie la tempra-ture atteinte.

    Dans la mthode simplifie de calcul au feu,un moment rsistant ultime est calcul en d-coupant la section en diffrentes zones. Lesproprits mcaniques des matriaux sont af-fectes dun facteur de rduction dpendantde la temprature moyenne approche de cha-que zone aprs une exposition au feu ISO cor-respondant au temps de rsistance requis.

    Cette mthode est dfinie aussi bien pour desmoments positifs (figure 9) que pour des mo-ments ngatifs sur appui (figure 10). Bienque simple, son utilisation en calcul manueldemande un certain temps. Elle a t pro-gramme, et un logiciel est disponible surdemande au service dAssistance Techniquede Arcelor Sections Commercial.

    17

    h

    Figure 9SECTION TRANSVERSALE REDUITE POUR LE

    MOMENT RESISTANT POSITIF

    Les contraintes de calcul dans lacier sont progressivement rduites par zones

  • 18

    La rsistance au feu est assure, si les mo-ments rsistants ultimes calculs pour la durerequise sont suprieurs aux moments obtenuspour les combinaisons de charges correspon-dant au cas accidentel dincendie.

    LEurocode 4 partie 1-2 autorise une redistri-bution des moments dans les poutres souscertaines conditions, mme lorsquelles ontt conues comme simplement bi-appuyesen service normal. En fait, les normes de b-ton arm imposent dans la dalle une sectionminimum darmatures de continuit (anti-fissuration). Celles-ci resteront froides au coursdun incendie, et limiteront la capacit derotation de la poutre mixte. Pour pouvoir b-nficier de cette redistribution des moments,il faut en particulier que le jeu labout despoutres ne dpasse pas une valeur dfinie quina rien dexceptionnel (10 15 mm suivantles cas).

    En pratique, on peut se passer de faire appel une redistribution des moments dans laplupart des cas de poutres simples. Un mini-mum constructif de deux barres de 12 20mm(suivant la poutre, 5.3.2 de ENV 1994-1-1)places en bas des chambres de la poutrellesuffit souvent pour atteindre une rsistanceau feu de 90 ou 120 minutes dans les solivesde plancher.

    Muse Landesmuseum, Mannheim (D)

    Isothermes dans une poutrepartiellement enrobe soumise un feu ISO aprs 90 minutes

  • 19

    Types de poteauxmixtes

    Les sections lmentaires de poteaux mixtesdcrites sur la figure 11 sont les plus courantes.Elles prsentent une section transversale car-re ou rectangulaire, et seront compares parla suite. La section compltement enrobepeut aussi contenir deux profils juxtapossavec un cart suffisant permettant un remplis-sage correct de bton.

    La section circulaire se rencontre aussi, rpon-dant certains critres architecturaux. Ellepeut tre ralise soit par un coffrage circu-laire classique (figure 12), soit en positionnantle profil lintrieur dun tube mtallique(figure 13). Dans le premier cas, elle est en faitune variante sur la section compltement en-robe rectangulaire, dont elle possde lesavantages et les inconvnients qui seront ex-poss par la suite.

    Figure 12Profil H enrob de bton,

    avec section de bton circulaire coffre

    Figure 13Profil H enrob de bton,

    l'intrieur d'un tube circulaire

    poteau mixte rempli de bton

    poteau mixte enrob de bton

    Figure 11Formes courantes de poteaux mixtes

    Banque Bruxelles Lambert, Bruxelles (B)

    Edifice Winthertur, Barcelone (E)

  • 20

    La section cruciforme (figure 14) fait appel deux profils, identiques ou non, dont lunest dcoup en deux T qui sont ensuite res-souds de part et dautre de lme du second.Cette section convient pour des longueurs deflambement importantes dans les deux direc-tions. Elle se conoit partir de profils net-tement plus hauts que larges, dune hauteurgnralement suprieure 400 ou mme500 mm. Un prbtonnage au sol est possible,mais ncessite quatre oprations, et le ferrail-lage des chambres nest pas trs ais.

    On trouve aussi dautres types de section quicombinent deux profils (figure 15). Dans cecas, le grand profil est renforc dans chaquechambre par 1 ou plusieurs petits profils enH ou en T ailes paisses, souds sur son me.Cet acier ajout lintrieur de la masse debton de remplissage contribue videmment assurer au poteau mixte une excellente rsis-tance lincendie.

    La prsente liste des diffrents types de sec-tion nest pas exhaustive, et bien dautrescombinaisons sont imaginables.

    Figure 14Section cruciformeremplie de bton

    Figure 15Section mixte remplie de bton,

    avec renfortssouds sur lme

    Usine de montage automobile Saab,

    Malm (S)

    renfortsavec ou avec

    T H

    Poteaux mixtes avec renforts souds sur lme

  • 21

    Calcul des poteauxmixtes

    LEurocode 4 propose une mthode de calculau stade ultime des poteaux mixtes, dont lacomplexit nest en fait quapparente et quise programme aisment. Elle couvre les casusuels de sections soumises compressionaxiale, combine ventuellement avec desmoments de flexion additionnels.

    Charge axiale de compression

    Il convient de vrifier que la charge axiale deservice, pondre par les facteurs de scurit,reste infrieure la rsistance de llmentmixte au stade ultime. Cette rsistance ultimecorrespond la rsistance plastique en com-pression de la section transversale, diminuepar un coefficient de rduction au flambementqui dpend de llancement rduit du poteau(figure 16).

    Figure 16

    Figure 16

    Sony Center Potsdamerplatz, Berlin (D)

  • 22

    Compression et flexionmonoaxiale

    Lorsque la charge axiale est accompagne demoments de flexion agissant dans un plan, ildevient ncessaire de tracer la courbe din-teraction N-M pour la section dans le plan deflexion considr (figure 17). On vrifieraensuite quau stade ultime le moment deflexion (pondr) ne dpasse pas une limiteacceptable, qui augmente lorsque le niveaude chargement axial dcrot (zone grise dudiagramme).Cette courbe dinteraction peut tre calculepar points successifs, en dplacant un axe deflexion plastique travers la section, ou en selimitant quelques points que lEurocode 4permet de dterminer assez rapidement.

    Figure 17RESISTANCE A LA COMPRESSION ET A LA FLEXION

    Sony Center Potsdamerplatz, Berlin (D)

  • 23

    Compression et flexionbiaxiale

    En cas de flexion biaxiale, la courbe dinterac-tion N-M doit tre releve pour les deux plansprincipaux de flexion. Les deux points obtenussur les courbes dans les plans y-y et z-z sontrelis par une droite dfinissant avec les axesune zone lintrieur de laquelle doit resterla combinaison des moments pondrs agis-sant dans les deux plans de flexion (figure 18).

    Le facteur de rduction au flambement est ap-pliqu pour la direction juge dangereuse, cequi conduit en principe considrer successi-vement chaque plan comme plan de ruinepossible.

    Figure 18CALCUL EN COMPRESSION AVEC FLEXION BIAXIALE

    a. Plan dans lequel on suppose une ruine possible, avec prise en compte du flambement

    b. Plan sans prise en compte du flambement

    c. Diagramme dinteraction pour la rsistance la flexion

    TAZ, une maison ddition de journaux,

    Berlin (D)

  • 24

    Figure 19

    goujons de transfert b= plus petite dimension

    transversale du poteau

    zone d

    e tra

    nsf

    ert

    La connexion dansles poteaux mixtes

    Zones dintroduction descharges

    Les charges sont rarement transmises auxpoteaux par lintermdiaire dune plaque dette qui les rpartirait correctement entre lesdeux composants bton et acier du poteau.Les poutres de plancher sont le plus souventdirectement attaches sur llment mtalli-que du poteau. Il convient alors dassurer latransmission lautre composant (le btonarm) dune partie des charges, au prorata desa contribution la rsistance de lensemblemixte.Ce transfert sopre sur une longueur limite deux fois la dimension transversale du po-teau. Le plus souvent on sera amen ajouterdans cette zone quelques connecteurs pourassurer un transfert mcanique (figure 19).

    Imprimerie industrielle, Lausanne (CH)

    Imprimerie industrielle, Lausanne (CH)

    Parachvement de poteaux mixtes avec desconnecteurs supplmentaires dans les zones detransfert

  • a) triers et connecteurs entrelacs

    b et c) triers souds

    d) broches traversantes

    e) triers ferms et broches traversantes

    Figure 20

    25

    Rsistance au cisaillement

    La rsistance au cisaillement doit tre assurepar les contraintes dadhrence au niveau dessurfaces de contact, ou par une connexionmcanique au cisaillement interdisant toutglissement significatif.

    Dans le premier cas, il ne peut videmment yavoir de peinture sur les surfaces mtalliques.Ladhrence peut suffire dans le cas des po-teaux poutrelle compltement enrobe.

    Par contre, les poteaux btonns entre les ailesdoivent comporter imprativement une con-nexion mcanique minimale sur lme. Sanscelle-ci, en cas dincendie, les blocs de btonarm pourraient se dsolidariser de lme souslaction des contraintes thermiques, et sortirdes chambres du profil. Cette connexionmcanique peut tre assure de diffrentesmanires, soit par des goujons souds surlme, soit par la soudure des triers sur lme,ou encore par des broches traversant lmedu profil et liaisonnant les triers (figure 20).

    Rembrandt Tower, Amsterdam (NL)

    Poteau mixte, deux dtails

  • 26

    Figure 22PRINCIPE GNRAL DE RSISTANCE AU FEU ISO DUN LMENT

    DE STRUCTURE

    Rsistance au feudes poteaux mixtes

    Les poteaux compltementenrobs

    Les poteaux mixtes dont llment mtalliqueest compltement enrob de bton possdent

    une rsistance au feu structurelle trs leve.LEurocode 4 partie 1-2 propose un tableautrs simple (figure 21) suffisant pour justifierla rsistance au feu dun poteau dans la plu-part des cas pratiques sans avoir recours descalculs. Si ncessaire, les publications mention-nes prcdemment permettent une justifica-tion plus pointue.

    Les poteaux prbtonnsentre les ailes

    Leur rsistance au feu nest pas automatique-ment si leve que celle des poteaux enrobs,en raison des surfaces mtalliques exposes.

    La figure 22 montre le principe gnral ducomportement dun lment de structuresoumis un incendie ISO. A partir de la char-ge de rupture relle froid, des essais aufeu sous des charges progressivement dimi-nues montrent des dures de rsistance deplus en plus longues. A un lment de struc-ture quelconque correspond une courbe dontla chute est dautant plus rapide que les ma-triaux utiliss sont plus sensibles au feu.

    RESISTANCE AU FEU NORMALIS

    Figure 21ENV 1994-1-2 TABLEAU DE CALCUL

    R30 R60 R90 R120 R180 R240min hc and bc 150 180 220 300 350 400min c 40 50 50 75 75 75min us (20) 30 30 40 50 50

    ou

    min hc and bc 200 250 350 400 min c 40 40 50 60 min us (20) (20) 30 40

    Essai au feu dun poteau mixte

  • 27

    Pour le niveau de charge correspondant lacombinaison des actions sous incendie cettecourbe fournit la dure de rsistance au feuintgre de llment en question pour cetteapplication. Cette rsistance naturelle est gn-ralement suprieure 60 minutes pour lespoteaux mixtes partiellement enrobs.

    Lorsque la rsistance naturelle au feu du po-teau mixte natteint pas la dure exige, ilconvient de choisir une autre section dont lacourbe se trouvera plus haut sur le graphi-que, qui garantira la dure de rsistance re-quise (90 ou 120 minutes) pour le niveau decharge sous incendie.

    Cette procdure conduit donc en fait surdi-mensionner le poteau pour le service normal.Le surcot qui en rsulte reste assez modrpour atteindre la rsistance au feu de 90 mi-nutes (R90), condition davoir logiquementchoisi un profil ailes minces. Le surdimen-sionnement est obtenu de prfrence par unecombinaison des mesures suivantes :- choix dune qualit dacier suprieure- choix dune qualit de bton suprieure- section darmatures plus importante.Pour la dernire mesure, le taux maximum de4% prvu dans les normes pour le calcul enservice normal peut tre port 6% dans lebut dassurer la rsistance au feu.

    Dans la plupart des cas courants de btiments,il est ncessaire daugmenter aussi la taille duprofil mtallique pour atteindre une rsis-tance au feu de 2 heures (R120).

    Vrification au feu despoteaux btonns entre les ailes

    Lapplication des valeurs tabules proposesdans lENV 1994-1-2 ncessite de toute ma-nire certains calculs. Aussi, la mthode devrification simplifie qui est propose danslAnnexe F est plus usuelle en raison de sagrande diffusion sous forme dun logiciel pra-tique.Comme pour les poutres remplies de bton,cette mthode simplifie se base sur des me-sures de champs thermiques lintrieur dela section aprs 30, 60, 90 ou 120 minutesdincendie ISO (figure 23). A partir des iso-thermes on peut dcouper une section enzones (figure 24) dans lesquelles seront r-duites progressivement les caractristiquesmcaniques des diffrents constituants enfonction des tempratures moyennes atteintes.La charge ultime est calcule ensuite par unprocessus semblable celui utilis pour lecalcul de la charge ultime en service normal.

    Figure 24SECTION RDUITE DU POTEAU MIXTE POUR

    LE CALCUL DE LA RSISTANCE AU FEU

    Figure 23: isothermes dans un poteau mixte sou-mis un feu ISO de 90 minutes

  • 28

    Le dimensionnement en situation dincendiepeut tre dterminant pour ce type de poteau,en particulier pour des exigences de rsistan-ce suprieures 1 heure. Il est men pour lacombinaison des actions en cas dincendie,en adoptant si ncessaire les mesures de sur-dimensionnment nonces plus haut. En ou-tre, pour les calculs au feu, la longueur deflambement est gnralement rduite (figure25) lorsque les planchers assurent un com-partimentage au feu.

    Sections cruciformes et profils avec renforts sur lme

    Il nexiste pas directement de mthode simpli-fie pour ces sections ; on doit avoir recours la simulation numrique (CEFICOSS) ou tra-vailler par interpolations et analogies dans lestables de la rfrence [2] cres partir desimulations numriques.

    Figure 25DIMENSIONNEMENT DE POTEAUX MIXTES

    NOYAU RIGIDE(Structurescontreventes)

    POTEAUEXPOSAU FEU

    CONDITIONS NORMALES DE SERVICE (mode b)N = 1,35 G + 1,5 Q (le plus souvent)max 4% armaturesLongueur de flambement Lcr = L (gnralement)

    VRIFICATION LINCENDIE (mode c)N = 1,00 G + 0,5 Q (souvent)

    0,5 - 0,9 suivant catgorie du btimentmax 6% armaturesLongueur de flambement Lcr = 0,5 L ou 0,7 L

    TAZ, une maison ddition de journaux, Berlin (D)

  • Figure 26DETAILS CONSTRUCTIFS

    Soudage des triers lme

    Barres traversant lme

    soudage

    Goujons

    29

    Dtails constructifs

    Les deux constituants dun lment mixte - lapoutrelle mtallique et le bton arm - doiventbien entendu rpondre aux rgles de mise enoeuvre de leur domaine respectif.Cependant, les structures mixtes doivent sur-tout leur succs leur rsistance au feu, etcertains dtails constructifs sont importantspour garantir le bon comportement en casdincendie.

    Disposition des armatures

    Les rgles classiques du bton arm doiventtre observes pour les conditions de rsis-tance et de fissuration en service normal. Ellesdfinissent notamment les diamtres mini-mum des armatures et des triers, lespace-ment des triers, leur configuration en fonc-tion de lcart entre barres comprimes, lesrecouvrements de bton, etc

    Un risque additionnel doit tre pris en comptepour la situation dincendie : lclatement localdu bton. Mme si en apparence il ne diminueque faiblement laire de la section rsistante,ce phnomne acclre la pntration calori-fique dans la section cet endroit, qui risquealors de devenir un point faible de la structure.

    En consquence, lEurocode 4 donne quelquesrgles additionnelles respecter (figure 26). Enparticulier pour les poutres, les triers ne peu-vent tre espacs de plus de 250 mm, ou lesjoues doivent tre munies dun treillis de peau,la couverture de bton nexcdant pas 35 mm.

    Muse Museum fr Verkehr und Technik, Berlin (D)

  • 30

    Connexion mcanique sur lme

    La connexion mcanique sur lme peut treralise de diffrentes manires, comme djmentionn prcdemment, par soudure degoujons, par soudure des triers ou encoreen prvoyant des barres traversant lme duprofil et liaisonnant les paniers darmatures.Dans le cas des poutres remplies de bton, lesconnecteurs doivent rpondre certaines r-gles dcartement maximum et de section mi-nimum (figure 26).Il en va de mme dans le cas des poteauxremplis entre les ailes, lorsquune connexionplus importante nest pas exige pour desraisons de cisaillement en service normal.

    Armatures continues dansles poteaux btonns entreles ailes

    La densit darmatures continues dans leschambres du poteau au droit des assemblagesde poutres peut tre gnante pour crer lesrservations ncessaires au placement desboulons de montage. Il est possible damlio-rer la situation lorsque la section mtallique(ventuellement renforce) peut localementrsister seule. Les armatures peuvent alors treinterrompues dans cette zone moyennant untransfert de charge du bton vers lacier quidoit tre assur au dessus de cette zone, puisinversement en dessous.

    Ouvertures dans lme des poutres

    Des percements dans lme dune poutre rem-plie de bton entre les ailes sont envisageablescomme pour une poutre mtallique non en-robe.Il est courant de renforcer louverture par unbout de tube ou par un encadrement entles qui serviront en mme temps de coffragelors du remplissage des chambres (photo).

    Pour autant que les armatures longitudinalesdans les chambres restent relativement bienenrobes, ces ouvertures nont dincidenceque sur la rsistance leffort tranchant enaugmentant la pntration calorifique danslme du profil. La rserve de capacit por-tante en effort tranchant de lme enrobelors dun incendie est souvent assez impor-tante. Une valuation approche de la capa-cit rmanente au droit de louverture peuttre base sur les rductions de la limite d-lasticit de lacier dans lme proposes dansla mthode simplifie de lEurocode 4. Cettemthode est en principe scuritaire, car les ef-fets de la radiation sont en fait plus faiblesdans louverture.

    Bien entendu, les passages de tuyauteries peu-vent aussi tre obturs par de lisolant aprsmontage des installations.

    City Centre Kirchberg, Luxembourg (L)Poutre avec ouverture dans lme

  • 31

    Poteau compltementenrob

    - Ncessit de coffrer le primtre.

    - Btonnage le plus souvent aprs montage.

    - Pas de face mtallique apparente.

    - Se conoit de prfrence avec des profils ailes paisses (HEM, HEB, HD).

    - Le ferraillage doit tre plac autour de lapice en position finale monte.

    - Le taux de ferraillage est assez faible. Onvite si possible les barres situes ailleursquaux coins.

    - Aucune peinture ne doit tre applique surle profil

    - Un petit nombre de connecteurs mcani-ques suffit le plus souvent. Ils sont surtoutrequis dans les zones dintroduction descharges.

    - Rsistance au feu structurelle automatique-ment trs leve.

    - Au chantier, la capacit de rsistance resteinfrieure sa valeur finale, jusqu ach-vement de lenrobage.

    Poteau prbtonn entre les ailes

    - Pas de coffrage, en principe (sauf difficultsde levage, ou ncessit dobtenir une sur-face de bton trs lisse ou structure)

    - Btonnage au sol, plat, avant montage.

    - Deux faces mtalliques restent visibles.

    - Se conoit de prfrence avec des profils ailes minces, pour rduire la section dacierdirectement expose au feu (HEAA, HEA, HP).

    - Les paniers darmatures peuvent tre pr-assembls, et sont poss rapidement.

    - Pour des rsistances au feu au del duneheure, on a intrt ferrailler au taux maxi-mum autoris (6% lincendie, dont 4%seulement sont pris en compte en servicenormal).

    - Une peinture, avec ventuellement une seulefonction esthtique, est gnralement appli-que sur les ailes apparentes.

    - Une connexion mcanique (goujons ou autremthode) est prvoir sur toute la hauteurdu poteau, pour viter une dsolidarisationdes constituants lors dun incendie.

    - Rsistance au feu structurelle avec surdi-mensionnement ventuel par rapport au ser-vice normal.

    - En raison du surdimensionnement pour lin-cendie, on bnficie en phase chantier dunesurcapacit apprciable.

    Figure 27

    Largeur 240 mm

    Comparaison des deux sections les plus courantes

    Choix du type de poteau mixte

  • 32

    Les poteaux prfonds

    Le principe de la mthode

    Le recours aux poteaux prfonds est assezfrquent en milieu urbain, car il limine denombreux problmes crs par une excavationprofonde ciel ouvert au voisinage de bti-ments existants. Des poteaux dune hauteurdes sous-sols raliser sont descendus dansdes puits fors. Leur pied est scell dans unemasse de bton arm coule au fond despuits, au niveau de la fondation finale ou souscelle-ci. La superstructure du btiment est ri-ge ensuite sur ces poteaux relis par un plan-cher de dpart, tandis que simultanment onexcave en taupe sous ce plancher les ni-veaux successifs en sous-sols et on ralise lesstructures des plateaux en sous-sols.

    La technique

    Pour maintenir au flambement ces poteauxprfonds en phase de chantier, les puits sontremplis de gravier, dans lequel sont intercalsventuellement quelques bouchons de main-tien en bton maigre des niveaux pralable-ment dfinis.

    La position en plan et en niveau des ttes depoteaux peut tre rgle de manire assezprcise sur laire de travail. Par contre, il estplus dlicat dajuster la verticalit dun poteaudans son puits, et les carts peuvent tre plusgrands que dans le cas dune construction lair libre. Ils peuvent tre attnus toutefois laide de vrins hydrauliques action horizon-tale monts vers le pied de poteau et com-mands depuis le sol.

    Banque Bruxelles Lambert, Bruxelles (B)

    Immeuble de bureau Woluwe Garden, Bruxelles (B)

    Poteaux prfonds

  • 33

    Un poteau mtallique, lger et facile mani-puler, est idal pour ces oprations de pose etde rglage. Cependant, les exigences de rsis-tance au feu en sous-sols (souvent R90 ouR120) ne permettent pas de laisser un poteaumtallique sans une protection additionnelle,qui nest pas toujours bienvenue dans deslocaux en grande partie rservs au station-nement de vhicules.

    Un poteau mixte lui est souvent prfr pourla compacit de sa section et sa rsistance aufeu intgre. Le choix entre un poteau com-pltement enrob et un poteau prbtonnentre les ailes peut tre guid par les quel-ques considrations qui suivent.

    Poteaux compltementenrobs

    Ces poteaux pourraient tre entirement pr-fabriqus avant la pose dans le puits, mais ilest plutt en usage dutiliser la section mtalli-que seule en phase chantier, alors que les sol-licitations sont infrieures aux valeurs finalesde service. Ils sont progressivement enrobs debton arm chaque niveau par la suite, aufur et mesure de lavancement de lexcava-tion et de la ralisation des planchers.

    Pour cette application, ce type de poteau mixteprsente les avantages et les inconvnientssuivants :- La pice lever est relativement lgre, ro-

    buste, et ne doit pas tre traite par pein-ture.

    - En principe, un surdimensionnement parrapport aux sollicitations en service final neserait pas requis. Cependant, il convient devrifier le poteau dans les diffrents stadesde lvolution du chantier. Un trop grandlancement ou un enrobage trop tardif duniveau le plus bas peuvent conduire aug-menter la section du profil. Parfois le pro-

    fil mtallique peut suffire lui seul au stadefinal de service, auquel cas le bton denro-bage ne sera plus quune simple protectioncontre lincendie. Il est donc important debien valuer les vitesses davancement ensuperstructure et en sous-sol, et den d-duire les diffrentes combinaisons de char-ges et de longueurs de flambement vri-fier en phase de chantier.

    - La section est trs compacte, et peut tremoule sous diffrentes formes telles quecarre ou circulaire. Toutefois, des largeursde section trop importantes (>40 cm) peu-vent devenir gnantes pour disposer lesplaces de stationnement de voitures.

    - Les coffrages sont gnralement rutilisablesplusieurs fois. Un petit dcentrement de cescoffrages par rapport au poteau mtalliquepermet, le cas chant, de rectifier de quel-ques centimtres les tolrances de pose despices mtalliques prfondes.

    - Les oprations de coffrage, de ferraillage etde mise en place du bton ne sont pas trsaises. En particulier, il faut laisser dans lesplanchers des ouvertures ou des conduitspermettant par la suite lintroduction dubton dans le coffrage du poteau du niveauinfrieur, tout en assurant un remplissagecorrect et une transmission locale des char-ges. Dautre part, les jonctions par recou-vrement longitudinal des barres darmatureimposent de prolonger celles-ci vers le basdans une fosse remplie de sable, pour lesretrouver en attente suprieure pour le po-teau suivant de ltage sous-jacent.

    Poteau prfond en cours de montage

  • Planchers

    Les poteaux prfonds mtalliques ou mixtesse marient avec tout type de structure de plan-cher. Lorsque la manutention de poutres estpossible, celles-ci peuvent tre aussi despoutres mixtes, remplies entre les ailes ou pro-tges du feu. Tous les organes dassemblageet les rservations pour le passage darmaturespeuvent tre prvus assez facilement dans lespoteaux. On garde dans ces assemblages unepossibilit de compenser les diffrences de dis-tances dues aux carts de verticalit des po-teaux.

    Lossature de poutres du plancher est utilisablepour stabiliser les parois moules en phase dechantier, et le remplissage de ces poutres entreles ailes leur confre une rsistance accrue auflambement.

    Notons encore que lutilisation de bacs enacier galvanis pour le coffrage des planchersne ncessite pratiquement aucun engin demanutention en sous-sol, et complte idale-ment le poutrellage mtallique.

    34

    Immeuble K-Galerie, Dsseldorf (D)

    Immeuble K-Galerie, Dsseldorf (D)

    Poteaux prbtonns entre les ailes

    Ces poteaux sont remplis de bton arm sur lesol avant dtre descendus dans les puits fors.Ils prsentent les particularits suivantes :- Il faut disposer dune aire de btonnage, et

    les pices lever sont assez lourdes. Deslongueurs de poteaux trop importantes peu-vent cependant tre ralises en plusieurstronons qui sont boulonns bout boutlors de la descente dans les puits. Les jointsdassemblage sont localiss dans lpais-seur des dalles de plancher, et donc invi-sibles par la suite, ce qui permet de lesconcevoir avec plaques dabout et boulonsextrieurs. Des blocages horizontaux auflambement sont prvoir dans les puitsen fonction de lemplacement des joints.

    - Le dimensionnement lincendie conduitsouvent une surcapacit de rsistancepour le service normal, qui est directementutilisable en phase chantier pour augmen-ter la longueur de flambement autorise,et effectuer le terrassement et le montagedes planchers sur plusieurs niveaux.

    - Comme la largeur des profils lamins uti-lisables varie de 300 400 mm environ, cetype de poteau mixte convient bien pouraugmenter la surface utile en sous-sols ense logeant entre les places de stationnementde voitures.

  • 35

    Les assemblages

    Les assemblages se font presque toujours parles constituants mtalliques des pices mixtes.Ils rpondent aux rgles usuelles de la cons-truction mtallique.

    Leur conception est guide par lide directri-ce de placer les boulons ou cordons de sou-dure des endroits abrits de laction directedu feu, tout en conservant une accessibilitsuffisante lors du montage et en rduisantautant que possible les oprations ultrieuresdestines en assurer la protection ou lenro-bage.

    Par exemple, des boulons disposs dans lpais-seur de la dalle en bton et de la chape de fini-tion seront noys dans la masse de bton etprotgs sans aucune opration supplmen-taire spcifique.

    Ces considrations ont conduit quelquestypes dassemblages particuliers, devenus assezcommuns:

    Figure 28

    boulons

    Assemblage sur poteau par tasseaua) sous la poutre b) dans la poutre

    Assemblage sur tasseaux

    Poteau avec tasseaux avant montage

    Assemblages poutres surpoteaux

    - par tasseau (figure 28) : le tasseau peut setrouver sous la poutre ou dans la hauteurde poutre. Une liaison de montage est ajou-te dans lpaisseur de la dalle. Sil est assezpais, le tasseau ne doit pas tre protg dufeu condition de renforcer le cordon desoudure suprieur non expos la radia-tion dun incendie, ou de le munir de gou-jons pntrant dans le bton intrieur dupoteau travers des perages pratiqusdans laile. En service normal, ces goujonsassureront une rpartition des charges intro-duites dans le poteau entre les constituants,et ils compenseront la perte de rsistancedes soudures en cas dincendie.

  • 36

    - par gousset dme (figure 29) : lassem-blage boulonn doit tre protg du feuaprs montage, par des matriaux isolantsou par un remplissage au bton. Cette der-nire opration est facilite par les coupesobliques de laile suprieure du profil per-mettant un remplissage de la cavit lors ducoulage de la dalle.

    - par platine dabout et boulons sup-rieurs (figure 30) : lorsque cela est possible,on peut concentrer des boulons dans l-paisseur de la dalle, ou au moins en nom-bre et diamtre suffisants pour garantir larsistance ultime pour la situation acciden-telle dincendie sous la combinaison dac-tions correspondante. Une platine dcarte-ment peut tre intercale pour laisser librela rotation dappui.

    Figure 29Assemblage par gousset dme

    arrt de btonnage

    alvole rempliraprs montage

    Figure 30

    arrtsde

    bton-nage

    platine intercale

    boulons

    dalle

    chape

    Assemblage par gousset dme

  • 37

    - par appui direct dans les poteaux (figure31) : cette disposition a t utilise pour despoteaux prfabriqus de section importan-te, qui sont interrompus chaque niveau.La transmission des charges exige des pla-ques dabout paisses et des pices mas-sives en acier incorpores dans la traversedes planchers.

    Les poteaux prbtonns de grande dimension(sous-sols de btiments tages) peuvent com-porter des ouvertures dans lme au niveaudes planchers pour recevoir les poutres, avecune possibilit de rglage utilisable en systmeprfond pour compenser les dfauts de verti-calit (figure 32).

    Figure 31

    dalle

    boulons sur lescots de la poutre

    Figure 32Coupe B-B

    Coupe A-A

    dalle

    poutre

    poteau

    Sige des P&T, Saarbrcken (D)

    Poteaux prbotonnsavec ouvertures dans

    lme pour recevoir les poutres de plancher

  • 38

    Assemblages poutres sur poutres

    - par appui direct (figure 33) : cette solutiontrs simple conduit une hauteur de plan-cher assez importante, qui laisse cependantbeaucoup de libert pour la disposition desquipements techniques. Un plat de conti-nuit peut tre soud sur les ailes des solivesaprs montage. Les boulons de positionne-ment peuvent bien sr rester sans protec-tion incendie. Laile suprieure du sommiernon connecte une dalle peut recevoir uneplaque disolant pour augmenter sa rsis-tance au feu en diminuant la section dar-matures dans les chambres.

    - par gousset dme (figure 34) : un goussetsort du bton des chambres du sommier etreoit lme de la solive qui na pas t pr-btonne jusqu son extrmit. Ce gous-set ne gne pas le ferraillage du sommiersil nest pas prolong trop bas vers laileinfrieure ; il suffira de couper cet endroitles barres constructives suprieures des pa-niers darmatures prassembls au momentde les poser dans les chambres.

    Figure 33

    boulons depositionnement

    Assemblage poutres sur poutre Sige des P&T, Saarbrcken (D)

    Figure 34

  • 39

    Comme dans le cas dun assemblage sur po-teau, il faudra refermer ou protger la zone desboulons aprs le montage.

    - par tasseau (figure 35) : comme dans lecas dune liaison sur poteau, un accrocha-ge sur tasseau avec une attache suprieurede montage est possible. Cependant, sil estsitu trop bas dans le sommier, sa fixationpeut gner la pose des armatures principa-les du sommier, qui doit alors tre prvueen atelier.

    Figure 35boulons de montage

    Assemblage poutre dans poutre par tasseaux

  • 40

    - par bec dappui suprieur (figure 36) :une pice mtallique de forte paisseur estsoude sur laile suprieure de la solive, etrepose simplement sur le sommier avec unboulon de positionnement. Cette solutiontrs rpandue permet de remplir compl-tement toutes les pices, et ne cre aucu-ne entrave pour la disposition des armatu-res dans les chambres.

    Figure 36bec dappui pais

    Assemblages de poutres prbtonnes avec bec dappui suprieur dans la dalle

    Poutre prbtonne avec bec dappui suprieur avant montage

  • 41

    Stabilit densembledes structures

    Effet diaphragme des dalles

    Le monolithisme et la rigidit dans leur plandes dalles de plancher en bton permettentde les utiliser comme organe de transfert desactions horizontales vers les lments assu-rant la stabilit verticale. Il reste cependant stabiliser suffisamment les structures en phasechantier, pendant le btonnage des dalles.

    Contreventements verticaux

    Des diagonales de contreventement ont tralises en section mixte, mais les assemblagesaux noeuds ne sont pas de conception facile.

    Diverses solutions sont plus courantes :- on ajoute des pales de stabilit non prot-

    ges du feu, de manire quil sen trouve tou-jours une en dehors du compartiment subis-sant lincendie.

    - on dispose le contreventement derrire unmur le protgeant des flammes.

    - on scelle aprs montage un contreventementmtallique simple lintrieur dun voile enbton coul entre les poteaux, ou englobantceux-ci dans le voile.

    - on sappuie sur des voiles en bton ou desnoyaux stables au feu, condition que ceslments soient dj disponibles au dmar-rage des oprations de montage.

    Sony Center Potsdamerplatz, Berlin (D)

  • 42

    Modles statiques

    Le modle statique adopt en service normalpeut voluer en situation dincendie, en fonc-tion des dtails constructifs adopts.Voici quelques exemples :

    - Une poutre isostatique en service normalbnficie dun effet de continuit favorablesous incendie. La prsence des armatures decontinuit dans la dalle au-dessus des ap-puis limite la capacit de rotation sur appuide la poutre soumise au feu.

    - Des assemblages rigides en service normalrestent rigides ou voluent vers une articu-lation simple sous incendie, suivant le signedu moment de flexion les sollicitant, lors-que les boulons infrieurs ne sont pas pro-tgs du feu. Il faut cependant que les bou-lons suprieurs protgs dans la dalle puis-sent assumer seuls le transfert de charge aupoteau en situation accidentelle dincendie.

    - Lorsque la dalle est plutt paisse (pour desraisons disolation phonique, par exemple)et que les solives ne sont pas trs espaces(pour viter un tayage lors du btonnage,par exemple), on peut envisager de ne don-ner une rsistance au feu qu une solivesur deux. Il faut alors vrifier la dalle pour ladouble porte en situation incendie, etlarmer en consquence. La poutre rsis-tante doit aussi tre vrifie au feu dans unesituation correspondant au double espace-ment pour la combinaison de charges cor-respondant ce cas accidentel dincendie.

    En rsum, il convient de vrifier les structuresdans les deux situations de service normal etdincendie avec leurs combinaisons dactionrespectives, mais aussi avec un modle statiquequi peut tre diffrent dune situation lautre.

    Joints de dilatation

    Moyennant certaines prcautions au niveaudu ferraillage des dalles, des surfaces de bti-ments dpassant 6000m2 et atteignant 120 mde longueur ont t ralises en structuresmixtes sans joints de dilatation. Il est cepen-dant plus courant de respecter les distancesusuelles de la construction mtallique pour ladisposition des joints dans la structure poteaux-poutres, tandis que des joints intermdiairesdans le bton arm des dalles de planchersont ajouts avec des espacements correspon-dant aux normes du bton arm.

    Sony Center Potsdamerplatz, Berlin (D)

  • 43

    Intgrit structurelle

    Lintgrit structurelle et la robustesse duneossature de btiment constituent une exigencefondamentale formule comme un principede base dans les Eurocodes. Selon ce principe,une action accidentelle (explosion, choc, ...) nedoit pas endommager une structure dans unemesure disproportionne par rapport la causedorigine.

    Pour assurer cette intgrit, une mesure es-sentielle consiste liaisonner horizontalementles lments entre eux, en donnant tous lesassemblages une rsistance suffisante dessollicitations de traction horizontales. Certainspays comme le Royaume Uni ont dfini dansune annexe au Document dApplication Na-tional des Eurocodes les niveaux de rsistance atteindre dans ce but.

    Une construction mtallique rpond trs bien cette exigence fondamentale, de par la rsis-tance la traction naturelle de ses constituantset de ses assemblages classiques. Cependant,en construction mixte, certains types dassem-blages sur tasseau doivent tre vrifis par rap-port cette exigence. Il convient en effet dene pas rduire exagrment le nombre et lediamtre des boulons de montage, moinsden compenser la faible rsistance par desbarres de traction additionnelles correctementancres dans les dalles.

    Parlement Europen Espace Lopold, Bruxelles (B)

  • Assistance technique

    Arcelor Sections Commercial propose un ser-vice gratuit dassistance technique pour tousles aspects touchant lutilisation des profilslamins : conception, ralisation, mtallurgie,techniques de soudage, traitement de surfaceet rsistance au feu. Ses ingnieurs sont prts mettre au point des solutions optimales, etce en troite collaboration avec tous les inter-venants du projet qui leur sera soumis.

    Documents dinformationdisponibles

    Programme de vente Poutrelles, Profils Uet Cornires

    HISTAR - La nouvelle gnration de poutrelleslamines pour une construction mtalliqueconomique

    Parachvement Les parkings en construction mtallique Treillis Ponts en profils lamins High-rise buildings (en anglais)

    Rfrences des photos

    Bauen mit Stahl Stahl information Zentrum Staalbouw instituut v. BUYCK N. V. DYNABAT S.A. ECCS

    Le contenu de cette brochure a t tabli avecsoin. Toutefois la responsabilit de ArcelorSections Commercial ne peut tre engageen aucune faon pour dventuelles informa-tions inexactes et pour les dommages que leuremploi pourrait entraner.

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