1 Revue Construction Métallique CALCUL D’UNE POUTRE MIXTE ACIER-BÉTON PARTIELLE

1 Revue Construction Métallique CALCUL D’UNE POUTRE MIXTE ACIER-BÉTON PARTIELLEMENT ENROBÉE COMPTE TENU D’UNE EXIGENCE DE RÉSISTANCE R90 AU FEU ISO par J. MATHIEU Référence MIX-CAL 1-99 Les symboles qui ne sont pas définis sur une figure sont ceux qui apparaissent dans l’Eurocode 4. 1. – INTRODUCTION Les essais ont démontré qu’un enrobage de béton même partiel augmente beaucoup la durée de résistance au feu d’une poutre mixte. Cette technique est favorisée par la forme creuse des profilés I qui autorise un remplissage de béton des pièces couchées au sol avant montage, sans frais de coffrage. Dans cette configuration, l’aile inférieure non protégée est exposée au feu et s’affaiblit progressivement. Sa perte de résistance est compensée en partie par les armatures incorporées en partie basse des chambres bétonnées du profilé métallique. Celles-ci restent relativement plus froides et collaborent avec les parties de l’âme et de la semelle supérieure noyées dans la masse de béton. Cette technique s’est développée dans différents pays européens depuis les années quatre-vingts, notamment en Allemagne. Elle a l’avantage de ne mettre en œuvre que des matériaux traditionnels – l’acier et le béton – et d’offrir une résistance au feu inté- grée, non dégradable. Elle bénéficie des facilités d’assemblage inhérentes au métal, et conserve à la structure porteuse des surfaces métalliques apparentes appréciées pour la fixation d’équipements techniques. 2. – BASE GÉNÉRALE DU CALCUL Suivant le concept général des Eurocodes, les actions agissant sur une structure sont affectées d’un facteur de pondération. Pour toute combinaison des actions, la résistance ultime de chaque élément et de l’ensemble de la structure doit être assurée, aussi bien en service normal (E.L.U.) qu’en situation d’incendie. 1 CENTRE TECHNIQUE INDUSTRIEL DE LA CONSTRUCTION MÉTALLIQUE Domaine de Saint-Paul, 78470 Saint-Rémy-lès-Chevreuse Tél. : 01-30-85-25-00 - Télécopieur 01-30-52-75-38 Construction Métallique, n° 1-1999 J. MATHIEU – Ingénieur Ulg, Assistance Tech- nique, EUROPROFIL Luxembourg MIX-CAL 1-99 Construction Métallique, n° 1-1999 72 Rubrique TECHNIQUE ET APPLICATIONS 2 Pour les poutres, il convient en outre de vérifier que certaines limites ne sont pas dépas- sées en situation de service normal : ce sont les critères de déformation, de vibration, et de fissuration du béton, constituant les états limites de service (E.L.S.). 3. – DOCUMENTS NORMATIFS DE RÉFÉRENCE 3,1. – Combinaison des actions Les combinaisons d’actions et les facteurs de pondération en situation normale comme en situation accidentelle d’incendie sont définis dans l’Eurocode 1, dans ses parties 1 et 2-2 [1]. En attendant la mise en application définitive de ce document au niveau national, on peut se référer au D.T.U. feu-acier [2] ou aux Règles FPM 88 [3] pour les combinaisons d’actions avec lesquelles il convient de justifier la stabilité au feu d’un élément de struc- ture. Une solive de plancher usuelle, objet de l’exemple traité ici, n’est pas soumise en prin- cipe aux actions climatiques de neige et de vent. Dans la plupart des cas, la combinai- son incendie selon le D.T.U. feu-acier se résume à : A = 1,1 G + 0,8 Qn où G désigne les charges permanentes et Qn les charges normales d’exploitation. Les combinaisons à prendre en compte pour la stabilité en service normal sont, pour rappel : – en ELU : A = 1,35 G + 1,50 Qn – en ELS : A = 1,0 G + 1,0 Qn La combinaison du D.T.U. pour la situation d’incendie est plus sévère que celle prévue dans l’Eurocode 1, qui serait : A = 1,0 G + y1 Qn Dans cette expression, le facteur de pondération y1 varie entre 0,5 et 0,9 suivant la caté- gorie du bâtiment projeté (0,5 pour des bureaux ou des résidences, et un maximum de 0,9 pour des locaux de stockage). A l’occasion nous mettrons en évidence la consé- quence pratique de cette différence entre D.T.U. et Eurocode pour des locaux de bureaux (y1 = 0,5). 3,2. – Dimensionnement de la poutre mixte L’Eurocode 4 Partie 1-1 [4] – en abrégé EC4-1.1 – permet le calcul des poutres mixtes dans les conditions normales, tandis que sa Partie 1-2 [5] – en abrégé EC4-1.2 – propose différentes méthodes d’évaluation de la capacité portante en situation d’incendie. Construction Métallique, n° 1-1999 MIX-CAL 1-99 Rubrique TECHNIQUE ET APPLICATIONS 73 3 Il faut insister sur le fait que ces documents constituent des normes françaises expéri- mentales dont l’application à la justification d’ouvrages est dorénavant envisageable. 3,3. – Détails de ferraillage Les plans de ferraillage doivent respecter les clauses particulières définies dans l’EC4-1.1 et dans sa partie 1.2 relative à la résistance au feu. Ils respecteront en outre les règles régissant la disposition des armatures en béton armé, énoncées dans les B.A.E.L. [6] ou dans l’Eurocode 2 [7]. 4. – DONNÉES DE L’EXERCICE Fig. 1 – Données géométriques 4,1. – Disposition géométrique Portée : 12,50 mètres – Espacement des poutres : 2,50 mètres Plancher à usage de bureaux. 4,2. – Données relatives à la dalle Épaisseur totale de la dalle : 14 cm, en béton C30/37 Le dimensionnement de la poutre mixte n’est pas tout à fait indépendant du choix de l’élément coffrant la dalle. Un coffrage classique étant peu rentable, les solutions sui- vantes se présentent : – un bac acier utilisé en simple coffrage perdu, – un bac acier collaborant en flexion avec le béton de la dalle, qui est alors une dalle mixte, – une prédalle, habituellement de 5 à 7 cm d’épaisseur.                                         2,50 m 2,50 m h = 0,14 m 2,50 m Portée des poutres : 12,50 m MIX-CAL 1-99 Construction Métallique, n° 1-1999 74 Rubrique TECHNIQUE ET APPLICATIONS 4 Dans chaque cas, la hauteur des nervures du bac ou celle du joint transversal sec de la prédalle n’est pas prise en compte dans la section de béton mobilisable en flexion. Il existe par contre des différences entre ces systèmes coffrants sur les points suivants : – la rapidité et la facilité de pose, – les quantités d’armatures, et en particulier le besoin d’armatures additionnelles pour assurer la résistance au feu de la dalle, suivant la classe de résistance au feu requise, – la nécessité ou non d’étayer pendant le bétonnage de la dalle; si la dalle doit être étayée, il en coûtera moins pour étayer aussi les poutres, – la disposition des goujons sur la poutre dans le cas de bacs continus, et le soudage d’une partie des goujons au chantier à travers les bacs dans ce cas, – le poids réel de la dalle et la quantité de béton, – la nécessité pour certains bacs ouverts de refermer les vides des nervures pour pro- téger du feu l’aile supérieure de la poutre prébétonnée, – etc... Nous admettrons dans l’exemple que nous allons traiter qu’un bac acier de 59 mm de hauteur sera utilisé comme coffrage perdu ou collaborant. Il sera à nervures ouvertes et sera autoportant entre les poutres. Nous ne nous attarderons pas ici sur le dimensionnement de la dalle elle-même, et nous admettrons pour la dalle un poids total de 0,14 ´ 25 = 3,50 kN/m2. A titre de simpli- fication, le poids propre du bac est négligé, et aucune réduction de poids n’est opérée pour les vides dus aux nervures. 4,3. – Hauteur sous plancher La hauteur sous le plancher constitue un critère important dans la prise de décision d’étayer ou non. Elle sera considérée ici comme assez importante en phase chantier pour qu’il soit décidé de ne pas étayer les bacs ni les poutres pendant le bétonnage de la dalle. 4,4. – Effet de mare (en anglais « ponding ») Fig. 2 – Effet de mare entre poutres                                           Lo hc f f < Lo –––– 180                                                 Construction Métallique, n° 1-1999 MIX-CAL 1-99 Rubrique TECHNIQUE ET APPLICATIONS 75 5 La structure recevant la charge de béton frais se déforme dans certaines limites admis- sibles lors du bétonnage. Comme celui-ci se fait presque toujours avec une mise à niveau de la surface de béton à l’horizontale d’un repère défini, la flèche des supports engendre un accroissement local d’épaisseur et donc de poids. L’amplitude de cet effet de mare résulte de l’addition de la flèche des tôles de coffrage (fig. 2), de la flèche des solives, et de celle des poutres principales éventuelles. Elle tend vers zéro lorsque tous les éléments supportant de la dalle sont idéalement étayés, ce qui uploads/Ingenierie_Lourd/ calcul-d-x27-une-poutre-mixte-acier-beton-partiellement-enrobee-compte-tenu-d-x27-une-exigence-de-resistance-r90-au-feu-iso-1999.pdf

Tags
Ingénierie béton construction dalle option poutre
Documents similaires
  • 40
  • 0
  • 0
Afficher les détails des licences
Licence et utilisation
Gratuit pour un usage personnel Attribution requise
Partager