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Comment déterminer la portance résiduelle

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La structure peut-elle supporter seule le poids d’un ou plusieurs niveaux ajoutés, ou doit-elle être renforcée, voire doublée d’une ossature indépendante ? Une auscultation de l’existant puis une phase calculatoire prenant en compte les réglementations sont indispensables.

Surélever un bâtiment équivaut à lui ajouter une charge en partie haute. Celle-ci varie fortement selon l’usage des locaux (*), le nombre de niveaux créés, ou le type de construction. Néanmoins, cela n’enlève rien au fait que les descentes de charges des éléments porteurs jusqu’aux fondations sont modifiées, ainsi que le comportement dynamique de l’ouvrage vis-à-vis des efforts horizontaux, parmi lesquels ceux dus au vent ou à un séisme.

« Une surélévation peut également remettre en cause la catégorie de l’ouvrage au regard de la réglementation incendie, constate Antoine Baugé, ingénieur structure au BET Sylva Conseil. Or le passage d’une catégorie à une autre peut induire un renforcement des exigences de stabilité au feu. Pour un bâtiment d’habitation de 2e famille dont les éléments porteurs verticaux présentent une SF 1/2h par exemple : s’il passait en 3e famille du fait de sa surélévation, sa structure verticale nécessiterait une SF 1h et la règle du C+D en façade devrait être appliquée. C’est pourquoi comprendre l’existant est une condition essentielle avant de se lancer dans une surélévation. »

Comprendre le fonctionnement du bâtiment

L’analyse de l’existant est essentielle pour caractériser l’état du bâti sur lequel on souhaite s’appuyer, vérifier son état de conservation, ses déformations, ses fissures, ainsi que ses pathologies éventuelles. Elle permet de reconnaître les trames de la structure, contrôler ses fondations, bref, déterminer sa capacité portante résiduelle. Mais elle s’avère également indispensable pour comprendre le fonctionnement du bâtiment au travers des déplacements des personnes et des réseaux et, selon les contraintes, prévoir l’adjonction de circulations complémentaires (ascenseurs, escaliers), ou l’accessibilité des personnes à mobilité réduite à certains locaux. Jean-Christophe Habot, chef du service structure-pathologie et maîtrise d’œuvre au Ginger CEBTP d’Aix-en-Provence, compare volontiers ce travail à l’examen mené par un médecin avant la prescription d’un remède.
Quels que soient la typologie du bâti et les matériaux structurels en présence, - maçonnerie ou béton en général, métal ou bois plus rarement -, la première étape consiste à exhumer toutes les données techniques (plans de coffrage, d’armatures, de fondations, etc.) et à réaliser une inspection visuelle de l’ouvrage. Ces éléments suffisent à dresser un premier bilan, et donner le feu vert à une surélévation, sous réserve d’investigations plus poussées. A contrario, ils peuvent montrer l’incapacité de l’existant à supporter une charge supplémentaire. Cela a été le cas pour l’université Paul-Valéry, à Montpellier, une construction de plain-pied en voiles minces de béton et toitures-terrasses métalliques : six nouveaux points d’appui verticaux ont dû être aménagés à l’intérieur de l’édifice pour reprendre le poids d’un nouvel étage de locaux d’enseignement. Lorsqu’il s’agit d’une construction métallique, une recherche bibliographique peut également être utile pour identifier des profilés anciens, la nuance de l’acier, etc.

Relever, sonder et réaliser des essais en laboratoire

Des campagnes de reconnaissance plus approfondies sont indispensables quand les documents ont été perdus ou détériorés. Elles sont de toute manière nécessaires pour aller plus en avant dans le projet de surélévation, caractériser les matériaux et redessiner avec exactitude la structure de l’existant. Les mener à bien suppose de pouvoir accéder à l’ossature et, souvent, de réaliser des sondages non destructifs, ou destructifs à travers des habillages de type faux plafonds. De telles interventions sont pratiquées par quelques bureaux d’études spécialisés qui s’appuient sur un arsenal d’appareils de mesure et les services de laboratoires de matériaux. Elles complètent l’analyse du sol et la reconnaissance des fondations (nature, largeur, profondeur) effectuées par un géotechnicien. Elles consistent notamment à relever la profondeur des ancrages, l’enrobage des armatures, l’avancement de la carbonation du béton, l’épaisseur des profilés, etc., et à prélever des échantillons, par exemple, de joints de maçonnerie, pierres, acier, ou de carottes de béton pour la réalisation d’analyses physiques, mécaniques ou chimiques. Dans le cas d’un ouvrage en béton, des essais de traction peuvent par ailleurs être menés sur site pour connaître la résistance du matériau et étudier une solution de renfort local par profilé métallique, tissu de carbone ou projection de béton. Piquages, contrôles magnétiques, caméra thermique ou images radar permettent en outre de détecter la présence d’éléments métalliques ou de vides, quand les ultrasons renseignent sur la compacité du béton. « Il arrive que les méthodes de calcul modernes ne permettent pas de justifier de la résistance des bâtiments anciens », remarque Jean-Christophe Habot. Parfois, des essais de chargement avec piscine ou bac que l’on remplit d’eau et capteurs de déplacement sont alors conduits pour valider expérimentalement ce qui ne pourrait l’être par le calcul, mettant ainsi en évidence le fonctionnement hyperstatique de l’ouvrage.
Pour autant, « l’évaluation des bâtiments urbains est rendue complexe par leur fréquente hétérogénéité », souligne Stéphane Herbin, chef du service écoconstruction au Centre technique industriel de la construction métallique (CTICM). Lequel travaille sur le projet « Lign2 Toit », afin de fournir des méthodes d’aide à la décision dans le cadre d’un projet de surélévation (2). « Les façades sur rue et sur cour sont bien souvent traitées avec des éléments structurels différents, par exemple, des murs en pierre dans un cas et des murs en brique dans l’autre, si bien qu’elles ne présentent pas les mêmes capacités résiduelles. »
À cela s’ajoute le fait que certains matériaux sont par nature plus difficiles à caractériser. C’est le cas du bois, dont les propriétés varient en fonction de son hygrométrie, de sa coupe, de sa composition (massif, lamellé-collé, etc.), mais également des constructions anciennes en maçonnerie, souvent en matériaux de composition et de qualité variables, que les bureaux d’études justifient par des méthodes qui leur sont propres en utilisant des abaques ou, de plus en plus souvent, des calculs aux éléments finis.

Dimensionner les éventuels renforcements

Une fois le diagnostic achevé et tous les résultats d’analyse connus, le bureau d’études structure est en mesure de valider la capacité de la superstructure à supporter une nouvelle descente de charges. Il dimensionne alors les éventuels renforcements à prévoir au niveau des éléments porteurs, ou les dispositifs de répartition à créer pour reprendre des efforts localisés et éviter la formation de zones de poinçonnement (plaque, poutraison métallique, plancher de reprise). Comme le rappelle Stéphane Herbin, « il est important de diffuser les efforts en cohérence avec le bâti existant ». Mais cette phase calculatoire doit par ailleurs permettre de vérifier le comportement statique et dynamique de la structure au regard de la réglementation en vigueur, ce qui n’est pas toujours chose aisée sur un bâti ancien, notamment vis-à-vis des nouvelles règles parasismiques.

N°346

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