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Recherche d'une synergie des propriétés physiques

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Recherche d'une synergie des propriétés physiques

La collaboration de l'acier et du béton permet de réaliser des parkings aériens multi-étagés. La performance des planchers mixtes, alliée au taux d'ouverture des façades à plus de 50 % permet, dans une approche d'ingénierie du comportement au feu, de laisser les structures apparentes, en faisant ainsi l'économie d'une protection incendie rapportée de type flocage ou peinture intumescente. (Parking des Machines à Nantes - Architecte Barto + Barto - Photos ConstruirAcier)

© Photo DR

Dans l'alliance des matériaux, les concepteurs ont toujours cherché l'optimisation de l'ouvrage. Il s'agit de profiter des qualités des uns et des autres pour procurer à l'ouvrage la plus grande efficacité possible en solidité, légèreté, optimisation des portées, résistance au feu et... esthétique.

La mixité des matériaux, au sens physique du terme, qui en associe plusieurs pour optimiser les performances de l'ensemble, est une pratique très courante dans des ouvrages simples comme ceux en béton armé. On retrouve d'ailleurs majoritairement de l'acier dans toute association de l'acier ou de ses dérivés avec un autre matériau, l'acier étant essentiellement retenu pour ses qualités de résistance. Au point que, dans les ouvrages d'une certaine taille, surtout pour s'assurer des architectures de qualité, il est un passage quasiment obligé. Pour Bernard Vaudeville, de l'Atelier d'ingénierie T/E/S/S, « c'est d'abord LE matériau de l'assemblage mécanique, dont l'usage est quasiment irremplaçable. Dès qu'il faut de la précision, de la finesse et de la force, l'acier s'impose. C'est vrai pour le béton qu'il faut, au minimum, armer, mais aussi pour le bois, dès lors que les portées sont significatives ». Finesse, résistance à la traction, puissance et solidité, ductilité, souplesse, élasticité, les avantages de l'acier se conjuguent plus fort que ses rares faiblesses, comme la nécessité de prendre les protections nécessaires contre le risque incendie. Avec le béton, le bois, le verre, les membranes et toiles métallo-textiles, plus récemment l'ETFE, aucune construction significative ne peut s'en passer. Et cette mixité, parfois imposée par la technique, devient un support de création architecturale. Plus la surface est lisse et meilleure sera la résistance à la corrosion. L'entretien est facile, se limitant généralement à un rinçage régulier à l'eau douce. En couverture, les eaux pluviales font le travail !

Allier résistance et raideur

La mixité acier béton est exploitée sous plusieurs formes comme l'armature, mais aussi la mixité des poutres ou des dalles. Dans le cas des planchers (ou des tabliers de pont), l'intérêt du mariage réside dans l'exploitation optimale d'une fine tôle d'acier nervurée pour une plus grande rigidité et associée au béton coulé en place.

La résistance de la tôle d'acier en traction s'allie à la résistance de la dalle de béton en compression. Cette association, désormais courante comme dans les planchers collaborants, permet également de résoudre les problèmes liés à la stabilité au feu tout en assurant des planchers de faible épaisseur puisque la collaboration des deux matériaux optimise chacune de leurs qualités propres complémentaires.

Dans le cas des poutres de béton, même armées, le béton nécessite malgré tout des épaisseurs qui peuvent devenir un obstacle architectural. Quand on veut l'éviter ou pour diminuer la quantité de matière qui finit par être nécessaire pour porter le poids propre de la poutre elle-même, il est possible de marier acier sous forme de poutre en I ou en H et béton. L'ouvrage ainsi obtenu est beaucoup plus léger et moins encombrant. Dans le cas des formes souples, le béton étant difficile à travailler en dehors des formes rectangulaire (sauf avec de l'autoplaçant et dans certaines limites), l'acier prend évidemment la relève.

Résister ensemble au feu

Ce qui est vrai pour les poutres l'est évidemment pour les poteaux, que ce soit pour le corps lui-même avec des ouvrages métalliques porteurs, remplis de béton pour la tenue au feu, ou le schéma inverse comportant une âme de métal enrobée de béton. « Mais dans le cas des articulations ou des appuis glissants, précise Bernard Vaudeville, le métal devient, une fois de plus, irremplaçable. Il constitue une solution efficace et élégante, seule alternative au néoprène. Sa préfabrication imposée, qui peut présenter des inconvénients car très exigeante sur la précision, est aussi un avantage, puisqu'elle permet de composer des pièces adaptables à toutes les dispositions, y compris, par exemple, à des poteaux inclinés.» Avec le bois, le mariage des compétences est aussi efficace à commencer par l'utilisation toute simple et millénaire du clou... ou de la vis.

L'efficacité de l'acier en traction est ainsi particulièrement intéressante dans les systèmes sous-tendus. Mais c'est, bien sûr, aux nœuds de liaison entre les différents éléments de bois, aux aboutages et liens, que l'acier devient incontournable.

Les membranes sont des systèmes dans lesquels les efforts sont transmis de façon surfacique. Il faut, au droit des attaches, les rendre linéiques, voire ponctuelles.

Même si, dans certains cas, des procédés ou matériaux plastiques pourraient s'adapter à cette évolution de l'effort, seul le métal, sous forme de câble la plupart du temps est capable d'encaisser les efforts imposés et de résister.

On peut encore citer l'évident mariage de l'acier et du verre, et pas seulement un rapprochement, mais avec de véritables exemples d'hybridation, comme à La Villette. Mais si les possibilités demeurent multiples, il y a aussi des précautions à prendre liées aux caractéristiques physiques, d'usage et d'entretien des différents matériaux.

Grandes portées et résistance au feu

Le mariage acier béton est totalement optimisé à l'Hôtel de ville de Montpellier.

La mixité est une forme de philosophie de la maîtrise d'œuvre. Architecte ou ingénieur, le concepteur ne peut pas avoir d'a priori sur les matériaux. « L'objectif est de tirer le meilleur parti de chacun, explique John Hanlon, de Terrell. Dans le cas de l'Hôtel de Ville de Montpellier avec ses portées de 24 et 36 m, l'acier s'est imposé en superstructure, tant par la logique technique (grandes portées) que par le souhait des architectes de montrer la structure. La mixité se révèle dans les dalles, dans les poteaux et poutraisons où l'association permet d'optimiser le comportement au feu. La bonne connaissance des réactions de l'acier en dilatation a conduit à définir quelques noyaux fixes pour laisser la dilatation libre ailleurs. Il est ainsi possible de limiter le nombre de blocs.» « Acier-béton, acier-bois, acier-verre, nous avons eu l'occasion d'étudier des projets faisant appel à toutes sortes de mixités, poursuit John Hanlon. Mais la difficulté, pour un plus grand développement de ce type de structure est sans doute liée à l'organisation des professions. Pour l'ingénierie comme pour l'entreprise, la filière est souvent celle du matériau. Un ingénieur structure complet doit savoir aborder l'ensemble des possibilités.»

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