La Pathologie Du Béton Armé – ETI Construction

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    6 dcembre 2010

    Dossier pratique

    La pathologie du bton arm

    Le bton arm est un matriau aujourdhui bien connu : de multiples exprimentations en ont t faites ; la thorie en est trs au point ; les rglements sesont succd, toujours plus prcis et plus toffs : circulaires de 1927 et de 1934 ; BA 60 ; CCBA 68 ; BAEL 80.

    Introduction la pathologie du bton arm

    Le bton arm est un matriau aujourdhui bien connu : de multiples exprimentations en ont t faites ; la thorie en est trs au point ; les rglements sesont succd, toujours plus prcis et plus toffs : circulaires de 1927 et de 1934 ; BA 60 ; CCBA 68 ; BAEL 80.

    Pourquoi se produit-il encore des sinistres ?

    Il y a dabord les sinistres que le bton arm subit sans en tre la cause : tassements de fondations ; protection insuffisante des revtements.

    Quant aux autres, nous dirons quil se produit des accidents parce quil existe malheureusement, comme dans toutes les branches de lactivit humaine,des cas fortuits, des constructeurs ou utilisateurs plus ou moins comptents ; parfois mme peu consciencieux et enfin, plus rarement, des cas demalveillance.

    Les dsordres graves ou bnins qui se sont produits depuis lorigine de lutilisation du bton arm, sont dus des causes relativement trs restreintes. Cesont presque toujours les mmes erreurs qui se reproduisent sous des formes diffrentes. Et la base de chaque erreur, on dcouvre en gnral une fautelmentaire de bon sens.

    Les rgles du bton arm tant maintenant trs prcises, un bon nombre de fautes lmentaires, dues une mconnaissance fondamentale des propritsdu matriau, se sont faites heureusement trs rares. Aucune cependant na compltement disparu.

    Depuis une vingtaine dannes le matriau bton a chang, il est devenu plus rsistant, plus adaptable sa mise en place et de meilleure qualit, biencontrle ; de mme, linformatique a permis de mieux matriser le calcul et de rendre les constructions plus fiables.

    Il conviendrait alors de penser que la pathologie du bton arm est voue disparatre. Cependant, un rcent accident (arogare de Roissy) prouve lecontraire et nous incite rester encore trs vigilant : il ne faut pas oublier la notion derreur humaine.

    Analyse des causes des sinistres

    Bien plus, lexpertise dun sinistre fait trs souvent apparatre la concomitance de plusieurs causes et il nest pas toujours facile den discerner laprincipale. Pour tre clairs dans nos exemples, nous viterons dinsister sur les causes secondaires, de manire bien illustrer le phnomne chaque foisvoqu.

    Lexpos, ci-dessous, peut paratre dpass ; nanmoins, les conseils dhier, conforts dexemples de lpoque pertinents, mritent dtre repris tant ilsrestent formateurs et dactualit.

    Erreurs de conception

    Nous rencontrons ici les fautes aux consquences les plus graves, car elles entranent gnralement leffondrement, ou des dformations telles que ladmolition simpose.

    Ce sont des dfauts de stabilit lgard des efforts :

    verticaux ;horizontaux ;

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    dynamiques ;de compression (flambement).

    Et cela, parfois, en cours de construction.

    Instabilit statique

    quilibre de la balance

    Tous les livres de physique lmentaire enseignent aux lves, dans leur premire leon, lquilibre de la balance qui implique deux poids gaux dans lesplateaux. Puis ils montrent, en expliquant la balance romaine (cf. Fig. 1) que le bras de levier a autant dinfluence que le poids (cf. Fig. 1a), cest pourquoi

    on sintresse au produit appel moment.

    Fig. 1Le problme de la bascule.

    Quand on a compris, on voit immdiatement que la corniche de la figure 1b va basculer autour de son arte a et seffondrer.

    Et pourtant, on a vu construire des corniches du genre de la figure 1b, et bien sr seffondrer, en blessant des ouvriers.

    Instabilit en cours de construction

    Parfois aussi, linstabilit est prcaire en cours de construction. Il convient de sen soucier et srieusement (cf. Fig. 2).

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    Fig. 2Instabilit en cours de construction.

    Un poteau est une barre qui transmet un effort suivant sa direction. Sil est inclin, il transmet un effort inclin qui comporte par consquent unecomposante horizontale (cf. Fig. 3).

    Fig. 3 quilibre de forces un noeud.

    Or, en statistique, tout effort doit tre quilibr par un autre effort gal et oppos.

    Cest vident et parfois cest oubli, tellement on a lhabitude de voir les poteaux transmettre individuellement leur chargement aux fondations.

    Dans cet lment de construction, la charge P se dcompose en une charge N et un effort horizontal H qui doivent tre quilibrs par 2 ractions N et P. Le reste de la construction est-il capable de rsister H ?

    Exemple 1 : stabilit dun btiment

    Une remise en cause de dernire minute de la stabilit, en cours de construction, dun btiment dhabitation, prvient dun effondrement assur.

    Description de la structure

    La couverture dun vaste hall comportait dans sa partie centrale une alternance de grands bacs en bton prcontraint de 12 m de long et de votestranslucides, et sur ses cts une dalle en bton, lensemble tant port de chaque ct par de grandes consoles de 5,40 m de porte--faux, relies deux btiments-culasses . Lun de ces btiments tait simple rez-de-chausse et sa stabilit avait t correctement assure. Lautre btiment tait unimmeuble mixte de bureaux et habitations de dix-huit tages sur rez-de-chausse (cf. Fig. 4).

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    Fig. 4Hall dun btiment dhabitation.

    Les deux rez-de-chausse taient raliss, ainsi que les consoles et dalles latrales du hall, quand le matre de louvrage demanda que la toiture de ce hallsoit immdiatement acheve, avec grands bacs et votes translucides, de manire pouvoir loccuper et y exercer son commerce.

    Larchitecte demanda par scurit lavis de lingnieur-conseil, auteur du projet.

    Ce dernier tait pass sur un autre projet. Il tarda examiner la question. Ce fut le bureau de contrle qui attira lattention sur le fait que louvrage ainsiralis naurait pas t stable.

    Causes de linstabilit

    En effet, les consoles ct btiment senracinaient dans des noeuds o devaient aboutir :

    un poteau par ses tronons de rez-de-chausse et de premier tage de section confortable en raison des dix-huit tages porter ;et une poutre de plancher prolongeant la console.

    Le moment de flexion fort important apport par chaque console devait tre repris suivant la figure 4b, raison de 45 % dans chaque tronon du poteau et10 % seulement par la poutre de plancher.

    En labsence du tronon suprieur du poteau et de sa charge, le moment dans le tronon infrieur tait major de 50 % et celui dans la poutre tait tripl.

    Les sections de bton et darmatures ntaient pas prvues pour cela, et lon pouvait prdire sans grand risque de se tromper que, aprs une svredformation dadaptation qui aurait rendu le poteau inutilisable, les bacs de toiture seraient sortis de leurs appuis (cf. Fig. 4c).

    Renforcements

    On renfora la poutre de plancher en dnudant les aciers suprieurs par repiquage, en disposant des cadres prolongeant vers le haut les cadres existants, et

    en y enfermant de grosses barres de moment ngatif. Puis on enduisit la surface de reprise dun mortier de rsine daccrochage et on btonna lasurlvation de la poutre (cf. Fig. 4d).

    Conclusion

    Les changements dans un projet en cours de ralisation sont souvent source dennuis graves, par suite doublis ou ngligences (cf. lexemple 5).

    Exemple 2 : fissuration dun btiment

    Description du dsordre

    Un btiment se fissure. Des renforcements onreux prviennent temps leffondrement.

    Les problmes de mitoyennet, quand il sagit daccoler sur sol mdiocre un btiment nouveau un ancien sans provoquer de dsordre dans celui-ci sousleffet de nouveaux tassements, conduisent des solutions originales, tantt bonnes et tantt mauvaises.

    Ici, le projeteur avait eu lide dincliner en sous-sol les poteaux porteurs du mur de doublage en file A pour quils rejoignent les semelles de la filevoisine (cf. Fig. 5a).

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    Fig. 5 Structure dun btiment.

    Comme par ailleurs, les faades devaient tre traites en murs rideaux , les planchers portaient uniquement sur les refends, en commenant par le murde doublage de mitoyennet.

    Les travaux en taient arrivs au plancher haut du premier tage quand le chef de chantier, qui faisait consciencieusement tous les matins le tour de sesinstallations, observa que le joint de tassement rserv entre lancien btiment et le nouveau navait plus une paisseur rgulire : au niveau du plancherhaut de sous-sol, le polystyrne qui avait servi de coffrage tait moiti cras. Le chef de chantier alerta son entreprise, et lexamen attentif des lieux quisuivit rvla les dsordres suivants : les triangles forms par les poteaux inclins, les poteaux verticaux adjacents et la trave de plancher intermdiairetaient en train de basculer vers le btiment ancien. Un bon nettoyage rvla des fissures en face suprieure du plancher haut de sous-sol au-dessus despoteaux de la file B, et dautres transversales dans tous les poteaux du sous-sol.

    La prsence du btiment ancien qui contrebutait avait empch un effondrement certain.

    Causes

    La composante horizontale H de leffort dans les poteaux inclins ne pouvait tre reprise dans la structure du sous-sol du btiment nouveau. Peut-treavait-elle mme provoqu un lger glissement des semelles S.

    Remdes

    il fallait raliser une structure capable, soit de supprimer la pousse H, soit de lquilibrer par une bute gale et oppose.

    On adopta la seconde solution en ajoutant des diagonales SC mises en charge par vrin et des tirants AC.

    Le matre douvrage ne fut pas trs satisfait, car ces adjonctions lui supprimrent quelques places de parking en sous-sol, les largeurs prvues nepermettant plus louverture des portes. Il nusa pas de son droit de faire dmolir.

    Conclusion

    Quand on tudie un noeud de barres non orthogonales, il est toujours utile de se rappeler le principe du paralllogramme des forces .

    Mconnaissance des efforts

    On entend parfois des raisonnements tonnants tels que celui-ci : une table pose sur deux pieds inclins tient parfaitement daplomb (cf. Fig. 6a). On levoit bien en tenant une rgle entre deux doigts. Inclinons le tout (cf. Fig. 6b), cela doit bien sr tenir encore, et nous avons obtenu un poteau vertical.Dessinons limage symtrique (cf. Fig. 6c), et les nouveaux efforts seront symtriques. Associons-les toutes deux en arc-boutant (cf. Fig. 6d) et nous avonslimage dun hangar.

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    Fig. 6Art de dmontrer quun arc ne pousse pas.

    Un raisonnement aussi dsastreux conduit arc-bouter des votes les unes aux autres et affirmer que lensemble est en quilibre, du moment quonassure lquilibre des traves dextrmit par un tirant (cf. Fig. 7).

    Fig. 7Manque de stabilit dun ouvrage vot.

    Exemple 3 : effondrement dun hangar agricole au dcoffrage

    Description du dsordre

    Un hangar agricole seffondre au dcoffrage.

    Chacun des deux versants symtriques tait constitu de poutrelles en cramique arme, formant plancher inclin sur lequel devait tre pose une toitureen tuiles canal. Un simple chanage formait fatage. Le tout reposait sur deux files de poteaux et deux pignons en briques creuses. Louvrage couvrait ainsiun rectangle de 20 10 m (cf. Fig. 8a et b).

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    Fig. 8Hangar agricole.Les tirants forms dun Adx diamtre 25 taient nettement insuffisants pour reprendre les pousses. De plus, ils taient fort mal ancrs.

    Leffondrement survint fort logiquement, pendant quon enlevait les tais qui soutenaient le fatage.

    Causes

    Le hangar avait t construit dans la mconnaissance totale des rgles de lquilibre statique (cf. Fig. 8c).

    Estimons q = 75 kg/m2la masse de la sous-toiture ainsi ralise, constitue de deux plaques pratiquement articules en fatage et en sablire, de portetotale

    avec : I = 10 m ;

    f = 1,60 m de flche.

    crivons lquilibre des forces de gauche par rapport au fatage C o la raction est horizontale par raison de symtrie. La stabilit de chaque versantimplique en sablire une raction verticale :

    V = ql/2 = 75 10/2 = 375 daN/m

    et deux ractions horizontales antagonistes, lune en fatage et lautre en sablire, de :

    H = ql2/8f = 75 100/8 1,60 = 585 daN/ml.

    Dans des votes correctement ralises, cette pousse est reprise par une poutre noye dans la vote, et reporte ainsi aux tirants. supposer que lacramique arme ait pu, par effets de vote , reporter ces efforts sur 5 m de chaque ct, cest 585 5 = 2 925 daN que devait reprendre chaque tirant.Or la transmission des efforts ny tait pratiquement pas assure (cf. Fig. 8d).

    Et il restait encore poser les tuiles, dun type assez lourd. En outre, louvrage devait encore pouvoir rsister la neige et au vent.

    Conclusion

    Inventer un nouveau type de construction est toujours hasardeux.

    Exemple 4 : fissuration de votes au dcoffrage

    Description du dsordre

    Des votes se fissurent gravement au dcoffrage.

    Ce sinistre est dj ancien, mais il convient de le citer en exemple pour convaincre de la fausset dun raisonnement malheureusement assez rpandu.

    On avait construit une srie de quatre votes sur poteaux pour constituer un abri en bordure dune cour, et lon navait quip de tirants que les deuxvotes dextrmit (cf. Fig. 9a).

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    Fig. 9 Srie de votes.

    Par bonheur, les votes taient solidaires dun mur de fond, et cela les sauva du dsastre (cf. Fig.9b).

    Peu aprs le dcoffrage, des fissures largement ouvertes apparurent en intrados au droit des cls de votes intermdiaires.

    Causes

    On avait commis lerreur de raisonnement voque plus haut. Lconomie des tirants intermdiaires tait tellement minime que le projeteur ne pouvaitmme pas lvoquer pour se disculper.

    Les votes se seraient certainement croules si le mur du fond navait apport une action stabilisatrice en empchant louverture en ventail que devaitprovoquer laplatissement des votes (cf. Fig. 9c).

    Conclusion

    On ne doit pas compter deux fois les efforts lorsque cela arrange. H. Freyssinet disait : On ne peut pas monter au ciel en se tirant par les cheveux .

    Exemple 5 : effondrement dun btiment en fin de travaux

    Parfois lapprciation du comportement des matriaux passe par un arrt des tudes, et leur reprise par une autre personne qui nen ressaisit pas tous leslments.

    Un btiment seffondre, une fois la dernire tuile pose.

    Description du dsordre

    Un propritaire avait fait construire un btiment deux niveaux, dont la toiture devait tre porte par une charpente mtallique de type classique deuxversants. Les fermes, de forme traditionnelle tirant, devaient reposer sur des poteaux en bton arm dimensionns pour rsister la charge et au ventsoufflant sur ltage (cf. Fig. 10a).

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    Fig. 10Manque de stabilit dun ouvrage vot.

    La charpente ntait pas encore pose quand ce propritaire mourut ; larchitecte aussi.

    Le nouveau propritaire trouva plus conomique de remplacer la charpente par des portiques en bton arm trois articulations sans tirant, en vogue lpoque (cf. Fig.10b). Comme il trouvait dj sur place des poteaux de dimensions rassurantes, il commanda des portiques amputs de leurs poteaux etles fit poser sur les poteaux existants (cf. Fig.10c).

    On posa les pannes, chevrons, liteaux et la couverture en tuiles. Puis, tout ltage seffondra.

    Causes

    La liaison ralise entre poteaux et arbaltriers en bton arm ne pouvait gure transmettre le moment de continuit.

    Ds lors, un moment considrable devait se dvelopper en pied des poteaux, dans une section qui ntait pas calcule pour ces efforts.

    Conclusion

    Il convient de toujours sintresser de trs prs aux existants sur lesquels on sappuie.

    Instabilit mcanique Flambage

    Au temps o tous les calculs de bton arm se faisaient la rgle, partir de formules obligatoirement simples, valables pour des formes simples, leprojeteur avait tendance donner son ouvrage les mmes formes simples de manire ce que son comportement soit le plus proche possible de celuiquil calculait. Et il faisait bien.

    Mais dans beaucoup de cas, il perdait lnorme avantage quoffre gratuitement lhyperstatisme d au monolithisme du matriau. Il faisait parfois dpenserbeaucoup dargent dans la ralisation darticulations, pour la seule raison quil ne savait pas calculer sil y avait continuit.

    Une telle dmarche vitait sans doute quelques fissurations, mais elle tait parfois prjudiciable la stabilit densemble et certains projeteurs, atteints decette maladie que lon appelait articulite , connurent des dboires, parfois cuisants.

    Exemple 6 : effondrement dune faade possdant une large ouverture

    Description du dsordre

    Une faade de garage large ouverture en rez-de-chausse seffondre.

    Le garagiste souhaitait, avec juste raison, une trs large ouverture sur la rue pour faciliter la manoeuvre des vhicules.

    Larchitecte projeta donc de faire reposer la faade sur une poutre de 15 m de long appuye sur deux poteaux, lun de largeur confortable car il dlimitaitun bureau, lautre amincir au maximum, car il se trouvait devant un pignon.

    Le projeteur conut une poutre de 25 110 cm, utilisant toute la hauteur possible, et larma fort correctement, avec chapeaux se retournant dans le grospilier. Lautre fut trait comme un poteau ordinaire (cf. Fig. 11a).

    Fig. 11 Faade de garage.

    Vers la fin de la construction, louvrage seffondra.

    Causes

    Lexamen des dcombres rvla que le pilier mince avait flchi vers lextrieur (cf. Fig.11b).

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    Sous les charges, la poutre avait pris sa flche, avec rotation aux appuis et communiqu cette rotation au petit pilier. Celui-ci, rduit une section quiatteignait dj la contrainte admissible sous charge centre, ne pouvait supporter le moment de flexion supplmentaire issu de la rotation et les contraintesatteignirent la rupture.

    Le sinistre ne se serait sans doute pas produit si le petit pilier avait t quip de deux articulations.

    Conclusion

    Dans les problmes de flambage plus quailleurs, les calculs doivent cerner la ralit au plus prs.

    Exemple 7 : effondrement dune toiture comprenant de grandes poutres porteusesLordinateur et ses programmes de calcul aux lments finis , aux quivalences ou suivant dautres mthodes modernes, permettent heureusementaujourdhui de calculer nimporte quelle forme douvrage, jusquaux plus compliqus. Mais ces calculs cotent trs cher et ne sont employs que lorsquecela en vaut la peine. Dans les autres cas, la bonne vieille mthode consistant encadrer la structure relle par deux exemples de structures accessibles aucalcul simple, et dimensionner et ferrailler selon lenveloppe des deux rsultats, reste bien valable.

    Description du dsordre

    Une vaste toiture comportant de grandes poutres porteuses en bow-string seffondre le jour de la rception des travaux.

    Cette toiture, dune conception trs originale, devait couvrir un vaste garage de 69 36 m, avec seulement deux poteaux intermdiaires (cf. Fig. 12a). Lemme principe tait dailleurs repris pour une extension plus vaste encore, dont la construction tait en cours.

    Fig. 12 Couverture comportant des grandes poutres.

    Les mailles taient de 34,40 11,90 m et comportaient :

    les grandes poutres bow-string en cause, de 34,40 m de porte, avec suspentes tous les 5 m (cf. Fig. 12b et c) ;des poutres rectangulaires de 11,90 m de porte ;des votes de 5 m de porte avec lanterneau longitudinal, reposant sur ces poutres.

    Les arcs des bow-strings de file intermdiaire prsentaient en cl une section en t, avec table de 1 m de large ; ceux de files extrmes avaient une sectionen cornire, la table ayant t supprime dun ct, pour ne pas dborder des limites de proprit. Vers les naissances, les tables se rtrcissaient

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    progressivement pour disparatre compltement, laissant une section de 22 cm de large chaque extrmit sur 6,50 m de long.

    1rephase de leffondrement

    Le sinistre aurait commenc par le dversement des arcs B1 et A1 lun vers lautre. Quelles en furent les causes ? On peut voquer plusieurs facteursconcomitants sans pouvoir apprcier leur importance.

    Pour ce qui est de larc B1, il y eu (cf. Fig. 12d) :

    sa section dissymtrique, qui dviait la ligne des compressions de 9 cm vers lintrieur ;

    la flexion des poutres porteuses des votes. Leur section ntait que de 22 50 cm pour une porte de 12 m. La flche calcule sous les seulescharges existantes avoisinait 1/500ede la porte et langle de rotation en rive : 1/100 rad, provoquant un faux aplomb de 6 cm en cl ;peut-tre aussi un faux aplomb dorigine dans cet ouvrage singulirement fragile ;le fluage, un coup de vent

    Une fois le dversement amorc pour B1, la toiture saffaissa sur cette ligne, pivotant autour du tirant de larc A1 et faisant pivoter cet ensemble vers elle.Puis lcroulement se poursuivit jusqu B3.

    2ephase de leffondrement

    Une fois anantie la toiture entre A1 et B1, un clatement se fit entendre, attirant lattention sur larc A4. Une importante fissure de 2 m de long venaitdapparatre au noeud daccrochage dune suspente (cf. Fig. 12e).

    Le dveloppement de cette fissure fut lent et donna cette fois aux visiteurs le temps de se mettre labri. Au bout de trois heures, la suspente rompit son

    ancrage, la toiture se disloqua et toute la toiture entre B2 et B4 sabattit son tour.

    On peut voquer ici :

    un ancrage tout fait insuffisant des armatures de la suspente dans larc, la position de ces aciers ntant dailleurs pas conforme au plan. Il etfallu les remonter jusque dans les fibres suprieures de larc pour permettre des bielles de reprise de se dvelopper dans le bton (cf. Fig. 12f) ;une forme parabolique des arcs qui ne suivait pas le funiculaire en ligne polygonale, de sorte que sy dveloppaient des moments qui rduisaientles compressions (ou dveloppaient peut-tre des tractions) en intrados au droit des suspentes, favorisant louverture de fissures.

    Autres erreurs

    Lexamen de louvrage permit de dceler dautres erreurs :

    les armatures longitudinales des arcs ntaient pas leur place : le premier lit infrieur tait 7 cm de lintrados et lautre 15 cm ; certainesbarres suprieures taient 10 cm de lextrados ;

    les armatures des suspentes arrivaient, en bas, de part et dautre des armatures de tirant, sans sy ancrer correctement ;la table des arcs tait insuffisamment cousue la nervure, alors quil y avait une surface de reprise cet endroit.

    3ephase du sinistre

    Dans la zone dextension en cours de construction :

    la bande entre arcs A8, A9, A 10 et B8, B9, B10, ralise la premire, subit un notable dplacement, sous la pousse probable des autres bandeset de leurs chafaudages ;la bande entre arcs A5, A6, A 7 et A8, A9, A 10 ntait encore quamorce ;la bande entre arcs B5, B6, B7 et A5, A6, A 7 se fissura amplement. Mais encore chafaude, elle ne scroula pas.

    On dcida de tout dmolir.

    Conclusion

    Un ouvrage dallure exceptionnelle implique une tude et une excution de trs haute qualit. Dans un chteau de cartes , toutes les cartes jouent unrle capital.

    IV Chocs et vibrations

    Prvenir les chocs

    Un ouvrage prs duquel manoeuvrent des vhicules est videmment amen recevoir tt ou tard limpact de lun deux au cours dune fausse manoeuvre(garages camions ; abris dautobus ; entrepts quips dengins motoriss, auvents de gares, etc.). Il convient donc dapprcier la force dimpactprvisible et de prmunir louvrage contre cette force (cf. Fig. 13).

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    Fig. 13 Choc de roue au pied dun btiment.

    Exemple 8 : effondrement dun abri dautobus

    Description du dsordre

    Il sagissait dun auvent support par une file unique de poteaux de section rduite la base. Louvrage ntait pas prvu pour rsister dautres forceshorizontales que le vent et, de plus, les aciers des poteaux taient placs avec un trop grand recouvrement.

    En outre, les services techniques de la ville avaient demand une hauteur libre de 4 m, et elle ne faisait que 3,60 m.

    Un gros camion-remorque charg de lourdes pices de bois se trompa de direction et eut faire demi-tour cet endroit. Un agent de la circulationverbalisa, puis guida la manoeuvre. Mais en reculant, le haut du chargement heurta le haut de lauvent. Celui-ci sabattit et lagent, post l, fut tu.

    Conclusion

    Un ouvrage doit rsister, non seulement aux efforts de service, mais aussi aux efforts accidentels normalement prvisibles.

    Limposition des gabarits routiers aux ouvrages concerns relve de la logique et doit tre respecte.

    Exemple 9 : effondrement dun abri dautobus

    Description du dsordre

    Un abri dautobus seffondre.

    Il sagissait dun abri-type (2 m 4 m) destin aux usagers des transports en commun, comme lon rencontre dans toutes les grandes villes

    Implant le long dun boulevard o se droulaient trs souvent les manifestations, des badauds, une quinzaine, afin de mieux voir ce qui se passait taientgrimps, par lintermdiaire de branches darbres, sur le toit de cet abri calcul pour des surcharges dexploitation bien moindres (surcharge neige et vent+ exploitation maintenance).

    Le rsultat ne sest pas fait attendre, la structure mtallique sest effondre, crasant les personnes accumules en dessous.

    La socit de transport en commun a t condamne pour le motif dune mauvaise apprciation du risque de surcharge sur le toit de labri.

    Conclusion

    Toute construction doit tre vrifie au calcul dans la situation enveloppe la plus dfavorable. Dans notre exemple, ctait au matre douvrage deprendre toutes les dispositions pour viter au public daccder la toiture afin de respecter le cahier des charges.

    Ce cas despce est trs courant, aussi, linventaire des efforts et surcharges diverses doit tre en harmonie avec la ralit durant la vie de louvrage.

    Beaucoup plus dlicate est lapprciation des vibrations dont louvrage sera le sige et des supplments de contraintes qui peuvent en dcouler (machinestournantes, circulation de vhicules).

    Des modles mathmatiques utilisables sur gros ordinateurs logiciels de calculs dynamiques de structures sont capables dapprcier les priodes propresdes ouvrages. Quand on connat celle de la force excitatrice (machine tournante), il est ds lors relativement ais de concevoir son support, aussi complexesoit-il, de manire quil ne risque pas dentrer en rsonance. Il est cependant prudent de rserver par des fers en attente, la possibilit de le raidir davantagepar de nouvelles diagonales ou dautres renforts, et surtout dautres dispositions constructives rglementaires.

    Mais lorsque la ou les priodes propres de la force excitatrice ne sont pas connues, on est compltement dans linconnu.

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    Tel est le cas du vent, et les grands ouvrages dont le principal problme de stabilit relve du vent, tels que les chemines dusines et les aro-rfrigrants,en subissent parfois les consquences. Daprs les essais en soufflerie et les accidents assez spectaculaires que lon eut dplorer, il semblerait que larglementation visant ces ouvrages conduit un dimensionnement convenable lorsquils sont isols. Mais les perturbations que causent ces normesmasques lcoulement de lair provoquent des turbulences qui peuvent mettre en danger, si on ne les renforce, des rfrigrants situs trop prs sous levent .

    Exemple 10 : effondrement darorfrigrants sous le vent

    Description du dsordre

    Fin dcembre 1999, une tempte historique (vents 180 km/h en plaine) a travers par deux fois la France dans le sens ouest-est . Dnormes dgtsont t recenss : la rglementation a d tre modifie par la suite.

    Trois grands aro-rfrigrants de 100 m de haut seffondrent un jour de grand vent.

    Tous les spcialistes connaissent ce sinistre spectaculaire et il ny a pas lieu ici den taire le lieu et lpoque. Cela se passa le 1er novembre 1966 enAngleterre, dans le Yorkshire.

    Le CEGB venait de faire construire, pour sa nouvelle centrale dlectricit de Ferrybridge, huit rfrigrants qui constituaient lpoque des records degrandeur.

    Ces normes chemines taient disposes par quatre sur deux rangs, assez serres les unes contre les autres (cf. Fig. 14a).

    Fig. 14 Ensemble darorfrigrants.

    Ce jour-l, le vent soufflait en tempte ; les rafales atteignaient 130 km/h.

    Bien que les rfrigrants aient t calculs pour rsister des vents de 180 km/h, trois scroulrent, et ces trois-l taient abrits du vent par dautres quirsistrent.

    Les effets du vent

    Les enquteurs se trouvaient l devant un cas trs prometteur en enseignement : ces huit ouvrages, identiques en conception, dimensionnement,ferraillage, matriaux, ralisation, venaient de passer un dur moment. Si trois dentre eux taient tombs, alors que les cinq autres taient rests debout (enpassant probablement fort prs de leur limite de rsistance), cest que quelque chose les diffrenciait, et ce quelque chose ne pouvait tre que le vent.

    Il nest donc pas toujours vrai quun ouvrage masqu du vent par un autre sen trouve abrit. Cest le contraire qui se produisit : la ligne de rfrigrants au vent , formant obstacle, avait rduit la section dcoulement, entranant des acclrations, des turbulences en arrire, et produisant un vent plusdangereux pour les obstacles suivants.

    Cest dailleurs ce que montrrent tous les essais en soufflerie raliss depuis cette date et il arrive que, dans ltude de rfrigrants groups, ondimensionne plus svrement ceux qui doivent tre fouetts en second par des vents dominants violents.

    On observa aussi que les rglements britanniques de lpoque donnaient un vent normal relativement faible, et ne prescrivaient aucune vrificationsous vent extrme major de coefficients dynamiques.

    Autres imperfections

    Les rfrigrants de Ferrybridge prsentaient dautres causes de faiblesse.

    Lentrepreneur navait pas ralis exactement le profil de mridienne prvu. Le fait de changer de pente chaque leve est compliqu. Au lieu dedonner la courbure ncessaire la stabilit, il avait tir droit , transformant toute la moiti infrieure de louvrage en tronc de cne (cf. Fig. 14b). Dureste, la tour lui paraissait ainsi plus trapue et plus solide. En fait, en augmentant les circonfrences de seulement quelques dcimtres, il avait nuiconsidrablement la rsistance au vent ;

    Les calculateurs de lpoque avaient le souci fort louable de raliser des ouvrages proches des calculs quils savaient faire.

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    Or, on ne savait calculer ces normes chemines aux paisseurs de coquille doeuf que comme des membranes , travaillant en compression traction cisaillement. On ne savait pas prendre en compte les flexions et lon sarrangeait pour quil ny en ait point : le voile, en partie courante, nemesurait que 8 10 cm dpaisseur et larmature tait concentre en une nappe croise, mi-paisseur.

    Aujourdhui, linformatique aidant, louvrage profite amplement du supplment de rsistance apport par une paisseur de bton plus grande (jusqu 20ou 30 cm en section courante pour les trs grandes tours) et deux nappes darmatures croises.

    Conclusion

    Les Britanniques tirrent de cette exprience en vraie grandeur la leon que, pour un temps, il ne convient pas de construire plus haut et ils limitrent

    rglementairement 100 m la hauteur de leurs arorfrigrants. Les suivants furent bien entendu raliss avec plus de soin et un plus fortdimensionnement.

    On augmenta aussi la svrit de la rglementation sur le vent.

    Mais il subsiste dans ce pays une gnration douvrages dune faiblesse relative. Un quatrime sest effondr dans le Merseyside en janvier 1984, par unetempte rafales de 180 km/h.

    Fort heureusement, quand un rfrigrant seffondre, les dcombres tombent verticalement, sans polluer lenvironnement, autrement que par un paisnuage de poussires. Il suffit donc, quand le vent est trop fort, dviter de sapprocher trop prs des rfrigrants de la gnration de Ferrybridge.

    Variations dimensionnelles incompatibles

    Variations dimensionnelles incompatibles au support

    Retrait et dilatation

    Le bton, comme tous les matriaux poreux, est sujet des variations dimensionnelles quand changent son hygromtrie et sa temprature.

    Le schage partir de la pte que constitue le bton frais produit le retrait, qui est le phnomne majeur. Puis, toute r-humidification, toute lvation detemprature produit une dilatation. Dans les zones fragiles et exposes au soleil et au froid comme celles des toitures-terrasses, ces mouvements sontcauses de fissurations sils sont trop importants.

    B. Exemple 11 : dsordres possibles dune toiture-terrasse

    Les recommandations techniques issues des DTU relatifs aux toitures-terrasses permettent aujourdhui dviter les fissurations dhier.

    La figure 15 illustre les multiples dsordres que peut causer une toiture-terrasse.

    Fig. 15 Toiture-terrasse.

    Effet de bilame

    Gonflement de la terre cuite

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    La terre cuite est, elle aussi, un matriau poreux. Comme elle sort du four de cuisson compltement anhydre, elle va rabsorber de lhumidit pour semettre en quilibre avec lair ambiant et gonfler.

    La rglementation relative ce matriau impose une limite ce gonflement. Il nempche que lorsquon juxtapose bton et terre cuite (plancher hourdiscreux, mur de briques sur soubassement bton, cloison entre murs banchs, etc.), les dformations contraires des deux matriaux induisent des contraintestangentes qui peuvent aller jusqu cisailler le matriau le plus faible (cf. Fig. 16) si A se dilate plus que B, les dsordres risquent de se produire dans lazone grise.

    Fig. 16 Effet de bilame.

    Exemple 12 : effondrement dun plancher en hourdis cramique

    La terre cuite est, comme chacun sait, lun des matriaux les plus anciens. Sa fabrication a suivi, durant ces dernires dcennies, lvolution acclre destechniques, et il sen est suivi des perfectionnements et aussi des dboires.

    Tout dabord, les progrs obtenus dans la rgularit de cuisson et dans la qualit assure du produit, ont permis dallger les sections.

    Ensuite, on associa la terre cuite au bton pour constituer des planchers hourdis creux.

    Or le bton fait du retrait en schant, et la brique gonfle lentement en retrouvant un quilibre hygroscopique depuis son tat anhydre la sortie du four.

    Premier sinistre : chute de hourdis dans une chaufferie

    Le local tait couvert par un plancher-terrasse de 7 8 m, ralis en bton avec hourdis creux en cramique et enduit-ciment en sous-face (cf. Fig. 17a).

    La chaufferie fonctionnait depuis quatre ans, quand les voiles infrieurs des hourdis se dtachrent et tombrent, sur une bande de 1 m de large, tout le

    long de la faade arrire. La cramique stait rompue aux angles de raccordement entre voiles horizontaux et verticaux (cf. Fig. 17b).

    Causes

    La zone effondre tait lche en permanence par une circulation de vapeur sortant dun bac eau chaude et svacuant par les orifices de faade. Ilsensuivait dans la cramique une temprature leve et une humidification progressive et ces deux phnomnes provoquaient son gonflement, tandis quela dalle suprieure en bton avait fait progressivement son retrait et subissait le froid de lhiver, deux phnomnes provoquant un raccourcissement.

    Il sen est suivi un effet de bilame provoquant des efforts tangents et la rupture sest videmment produite dans la section la plus faible (souventaffaiblie aussi par des micro-fissures originelles).

    Ajoutons un phnomne supplmentaire : la cramique, de mdiocre qualit, contenait des inclusions de grains de chaux. Ceux-ci gonflrent lentement lhumidit, provoqurent des clatements locaux dans le matriau, et laffaiblirent. La lenteur de la pntration dhumidit et de la raction chimiqueexplique le dlai au bout duquel sest produit laccident.

    Second sinistre : chute de hourdis dans un btiment dhabitation en construction

    La cuisson acclre de la cramique a conduit, une certaine poque, raliser un matriau fragile, aux tensions internes mal contrles gnrant desmicrofissurations.

    Bien vite heureusement, on rectifia le procd.

    Mais certains produits en arrivaient alors se cisailler sous le simple effet du retrait du bton et des flexions locales, lorsque leur longueur dpassait 60 cm(cf. Fig. 17c).

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    Fig. 17 Plancher en hourdis de cramique.

    Conclusion

    Le voisinage du bton et de la cramique implique une bonne qualit de cette dernire : absence dinclusions de grains de chaux, et gonflement derhydratation limit.

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