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Remplacement partiel d’une charpente acier par vérinage

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Remplacement partiel d’une charpente acier par vérinage

La remise en état de cet édifice, inauguré en 1999, a entraîné 5.7 M d'euros HT de travaux de réhabilitation dont 1.4 M d'euros HT pour la charpente.

© (Doc. STC/Ville de Toulouse.)

Suite à l’explosion de l’usine AZF en 2001, la structure du Zenith de Toulouse a dû être reprise. Après une première phase de remise en état, un travail délicat de soulèvement, avec un phasage complexe, a été effectué afin de procéder au remplacement partiel d’une poutre tridimentionnelle.

VVaste vaisseau de verre et d’aluminium, le Zenith de Toulouse peut accueillir jusqu’à 9 000 spectateurs dans un espace modulable constitué de gradins fixes (1 500 à 5 000 personnes), de gradins et sièges amovibles (800 à 1 900 personnes) et d’espace nu (2 000 à 4 000 personnes). Inauguré en 1999, l’édifice a été fortement endommagé par l’explosion de l’usine AZF. Au vu des nombreux dégâts sur la structure et sur le second œuvre, le bâtiment a été immédiatement fermé au public. Après les diagnostics et les appels d’offres, les travaux de réhabilitation ont duré environ une année. Après une première phase de travaux de remise en état des cloisons, portes, fenêtres, peintures… des locaux administratifs, loges, salles de réception et de réunions, la remise en état de la salle de concert constituait la deuxième étape. À savoir la reprise d’éléments de la charpente, la remise en état du plafond acoustique (pyramides, revêtements, faux plafonds…) et l’étanchéité de toiture.

Un difficile diagnostic de charpente

La charpente est constituée d’un réseau orthogonal primaire de 10 mégapoutres acier de section triangulaire (h : 4,26 m et de base 4 m) et de 52,50 à 105 m de portée. Des poutres périphériques droites ou courbes complètent la structure sur les limites extérieures du bâtiment. Chaque poutre est constituée de deux membrures inférieures en HHEM 180 reliées à une membrure supérieure en profilé PRS 310 x 520 x 50 par un réseau de diagonales en tubes de diverses sections (101,6 x 10, 139,7 x 8, 139,7 x 12,5, 168,3 x 12,5, 324 x 6) boulonnées à leurs ­extrémités sur des attaches.

Quatre mois ont été nécessaires pour établir le diagnostic de cette charpente à partir d’observations visuelles, de relevés précis de géomètres et de radiographies. Des données récoltées, il apparaît que sous l’effet du souffle de l’explosion, la charpente s’est soulevée d’environ 10 cm et a effectué une légère rotation ­(environ 10 cm) avant de ­retomber sur ses appuis. Ce mouvement s’observe notamment grâce aux traces laissées sur la peinture de ces derniers. La toiture étant élastique, il n’y a pas eu d’arrachement mais un travail en nappe avec un effet de vague. Cette sollicitation s’est traduite principalement sur la partie centrale de la charpente, les zones périphériques ne montrant pas ou peu de dégradations. Ainsi, une mégapoutre principale de 85 m de portée affichait un fléchissement d’environ 10 cm au centre des membrures ayant provoqué la rupture de deux barres diagonales. De nombreux ­boulons ont été trouvés au sol.

À l’issue du contrôle visuel et des hypothèses sur le déroulement du sinistre, de nombreuses interrogations subsistaient quant aux désordres invisibles et à la tenue du bâtiment : identification des barres et éléments de structure affectés, résistance des boulons et des soudures, comportement de la charpente à court ou long terme… Aucune modélisation du phénomène n’étant possible faute de logiciel prévoyant ce type de soulèvement, le diagnostic s’est limité à des ­extrapolations basées sur les connaissances et le savoir-faire.Le choix de la zone de travail, l’étendue des éléments de charpente à reprendre et les modalités d’intervention ont fait l’objet d’un consensus entre les quatre principaux intervenants : le bureau de contrôle (Ainf/Socotec), le bureau d’études techniques structure (Alto), la Ville de Toulouse (Setomip) et les experts de Total.

Choix délicat du mode d’intervention

Si la Ville souhaitait une ­remise à neuf de la charpente, le renforcement systématique de tous les éléments par soudure de pièces supplémentaires n’a pas été retenu (surcharge trop importante). Après arbitrage, il a été décidé d’élargir la réfection du plan de toiture mais de circonscrire les interventions majeures sur la partie centrale de la charpente. Principalement autour de la mégapoutre principale A3-F3 d’une portée de 85 m. Selon le niveau d’endommagement, l’opération consiste soit à renforcer les éléments de charpente affectés par l’explosion, soit à les à remplacer, notamment les 17,50 m du tronçon B3-C3 de mégapoutre ainsi qu’une quarantaine de barres diagonales. Tous les boulons concernés ont également été remplacés.

Ces interventions ont nécessité le soulèvement de la charpente et le transfert de certains efforts, opérations réalisées par vérinage synchronisé après la mise en place de 6 tours d’étaiement provisoires. L’intervention, commencée par la dépose d’une partie des plafonds acoustiques et des gradins, s’est déroulée en 14 phases, sur 10 mois. La première phase assure la mise en sécurité de la charpente dans la zone centrale, grâce au montage d’une structure treillis métallique de soutien des mégapoutres 3 et 4. Six palées d’une hauteur d’environ 20 m sont disposées sous la charpente aux points B3, C3, D3, E3, C4, D4. Elles sont fixées au sol sur des fondations forées, quatre d’entre elles occupant l’espace des gradins. Larges de 3 m et constituées principalement de deux HEA500 verticaux, ces palées sont distantes de 17,50 m, reliées entre elles par des poutres horizontales et contreventées par deux diagonales 230 x 80 x 80. Ces tours d’étaiement se terminent par une partie triangulaire qui pénètre à l’intérieur de la section des mégapoutres jusqu’à la membrure supérieure. Chaque tour est coiffée d’un « plateau » (PRS ailés 500 x 20 AME 380 x 40), support des vérins et cales qui transmettent la pression à la membrure. Douze vérins de 200 tonnes couplés deux à deux sont répartis sous les 6 appuis. Après accostage, la charpente est vérinée de quelques millimètres, appui par appui, afin de mettre en place les calages pour la poser sur les palées.

Un retour à l’état d’origine

Parmi les éléments repris, les diagonales en tube ont été renforcées par deux cornières soudées en place, tandis que leurs attaches l’ont été par soudage des chapes sur les goussets ou par ajout de raidisseurs supplémentaires. Après reprise des fissures de soudure, tous les boulons d’assemblage des membrures de la file 3 ont été changés un à un. Des diagonales sont remplacées une à une.

Suit une phase de démontage avec la dépose de l’ossature du grill dans la zone B3-B4-C3-C4. Pour permettre le passage de la grue servant au levage du tronçon de poutre B3-C3 à remplacer, il a fallu retirer une poutre secondaire parallèle, après mise en place d’une ossature pour supporter les chandelles. Par la suite, une phase complexe de vérinages multiples (voir encadré) a eu lieu, avant de remettre les « compteurs à zéro » en annulant tous les efforts.

Avant le retrait des vérins et le démontage des palées, des essais de chargement de la charpente ont permis de s’assurer que les réparations l’avaient ramenée à son état d’origine. Ils ont ­consisté à la tirer en 4 points (B3, C3, D3, E3), à l’aide de 4 vérins de 50 tonnes, et d’atteindre par ­paliers de 4 000 daN, une charge maximale de 24 000 daN… ­pendant 24 heures !L. M.

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