Pathologie Pathologie des structures des structures métalliques métalliques

Les journées techniques du CTC Centre

Pathologie des structures métalliques Alger le Jeudi 11 Novembre 2010

par: M. Abdelhamid BECHEUR Enseignant de Constructions métalliques

Maître de conférences Université Abderrahmane Mira Bejaia.

SOMMAIRE I.

II.

Les causes récurrentes : 1.

Erreurs liées à la conception et aux calculs

2.

Erreurs liées à la réalisation

3.

Erreurs liées à l’exploitation et à la maitrise d’ouvrage

Les causes accidentelles : 1.

Les effets des actions climatiques

2.

Les effets des actions sismiques

I- Les causes récurrentes

I-1 Les erreurs liées à la conception et aux calculs

1. Erreurs liées à la conception et aux calculs 1.1 Absence ou insuffisance du cahier des charges Tout projet devrait être défini par un cahier des charges techniques spécifiant toutes les exigences de chargement, de déformation et d’exécution. 1.2 Erreurs sur le chargement de la structure, Exemple 01 : Pour le calcul des actions de vent sur la toiture, le projeteur calcula les coefficients de pression extérieure par rapport à l’abaque répondant au critère : f < h /2 (f = flèche de la toiture, h = hauteur des poteaux) et trouva pour le versant au vent un coefficient de succion ce = – 0,20. Or pour ce bâtiment f = 14 m > h /2 = 3 m. Ce qui conduit, à un versant au vent, et à un coefficient de pression ce = + 0,134. Au lieu de se retrancher, les actions de vent se cumulent avec celles des charges gravitaires.

Figure 1 – Bâtiment de stockage

Moralité : Bien connaitre la signification physique d’une face de paroi au vent et sous le vent.

Exemple02 — Désordres suite au phénomène de fatigue au niveau des assemblages des appuis de chemins de roulement (rupture de boulons, fissuration au voisinage des soudures).. La cause : les hypothèses d’action du chariot verseur données par le constructeur étaient sous-estimées de 50 % et imprécises, car n’indiquant pas le spectre de chargement (nombre de cycles et avec quelle intensité).

Figure 2 – Hall de stockage

•1.3 Erreurs dues aux modifications architecturales : Ce genre d’erreur est souvent dû au manque de coordination entre l’architecte et l’ingénieur de structure. Exemple : — Initialement, la stabilité longitudinale d’une structure métallique industrielle était prévue assurée, dans chaque long pan, par deux palées triangulées positionnées entre les files 8 et 9. Pour des raisons de position de portes, ces palées ont été déplacées entre les files 9 et 10. Le tableau de descente de charges n’a pas été mis à jour en fonction de cette modification. Au chantier, les massifs renforcés devant recevoir les palées n’étaient pas au bon endroit.

•1.4 Utilisation parfois erronée des logiciels de calcul Leur utilisation est souvent délicate. Ils génèrent malheureusement des excès de confiance.

Mieux connaitre les théories de base tels : la MEF, la RDM, la théorie de l’élasticité, de la dynamique des structures ainsi que des règlements de calcul. Effectuer systématiquement un contrôle assez critique sur les résultats obtenus. Exemple : Un calcul manuel simple des réactions d’appuis et leur comparaison avec les efforts normaux au niveau des poteaux a permis de révéler une erreur grave au niveau de la mise à jour d’un logiciel. Suivre les forums de discussion (ou foire aux Questions FAQ) : Certaines remarques soulevées par les utilisateurs au niveau de ces forums sont parfois très révélatrices. Les limites d’utilisation doivent être respectées.

Faire attention aux fichiers de données : une erreur peut entacher les résultats et avoir de graves conséquences. Avant son achat ou sa mise à jour, le logiciel doit être sévèrement contrôlé et testé.

1. 5 Non-respect des hypothèses de calcul ou de modélisation La concordance entre hypothèses de calcul et la réalité doit être la plus fidèle possible. Ce problème est particulièrement posé au niveau des assemblages et de l’établissement des modèles de calcul par éléments finis. Exemples — L’étude prévoyait une articulation au point A à la liaison entre les deux pièces (figure 3). En réalité l’assemblage, par platine d’extrémité soudée et boulonnée, était un encastrement partiel. Etant soumis à des charges alternées (circulation d’un appareil), les désordres apparurent très rapidement (rupture de boulons, fissuration).

Figure 3 – Non-respect du modèle

— Erreur de modélisation (figure 04). Pour le modèle de calcul d’une poutre à treillis isostatique appuyée sur des éléments de fortes raideurs horizontales, un des appuis n’avait pas été libéré horizontalement. La distribution des efforts dans la poutre était fausse du fait des réactions horizontales générées.

Figure 04 – Erreur de modélisation

1.6 Quelques exemples d’erreurs de conception ou d’études 1.6.1 Cas des Poutres à treillis • Problème de l’absence (ou du manque ) de triangulation dans une poutre à treillis : Le mot treillis possède les mêmes origines linguistiques que celles du mot triangulation. A ce titre, l’absence ou le manque de triangulation dans une poutre à treillis fait perdre à celle-ci tout son sens. Exemple : Selon les calculs théoriques et si le chargement est parfaitement symétrique, l’effort tranchant est nul dans les panneaux de poutre à treillis situés à mitravée (figure 5). Toutefois, la suppression de la triangulation dans ces panneaux crée un risque grave si un effort parasite secondaire apparaît ou si le chargement n’est plus symétrique. A ce titre, les anciennes règles CM 66 définissent un effort tranchant minimal à prendre en compte pour les poutres de plancher ou de couverture.

Figure 5 – Poutre à treillis

• Le flambement de barres comprimées

L’étude vis-à-vis du risque de flambement des barres comprimées des constructions à treillis doit être effectuée aussi bien dans le plan de la poutre que dans le plan perpendiculaire. Pour tenir compte des encastrements partiels éventuels dus à la réalisation des assemblages avec les goussets, un maximum de prudence doit être observé lors de la réduction des longueurs de flambement. Pour que deux cornières soient considérées effectivement jumelées, il faut que le nombre de liaisons soit suffisant et justifié, le minimum étant deux liaisons entre deux goussets d’assemblage. . Le voilement des goussets d’assemblage Lorsqu’ils sont très élancés, les goussets d’assemblage, doivent faire l’objet de vérifications vis-à-vis du risque de voilement local.

• Les fermes dissymétriques : cas de l’effondrement de la toiture d’un gymnase Les poutres à treillis de type dissymétriques par rapport à leur plan moyen, sont soumises, en plus des efforts dus aux chargement extérieurs, à des efforts secondaires de flexion qui se développent dans les diagonales et les montants et qui se traduisent par des efforts supplémentaires dans certaines barres. Exemple : Les fermes de toiture d’un gymnase étaient constituées par des fermes en treillis sur appuis simples et supportant des pannes en leurs nœuds. Les diagonales et les montants étaient réalisés en fers ronds mais tous les montants comprimés étaient soudés sur une face de goussets, toutes les diagonales tendues l’étaient sur l’autre (figure 6). Les charges appliquées provoquaient un moment secondaire proportionnel à la distance entre les plans de centres de gravité des montants et des diagonales. Ceci a engendré une traction supplémentaire, sans conséquence, dans les diagonales mais aussi une compression supplémentaire dans les montants, qui ont subi le flambement suivi de l’effondrement de la toiture.

Figure 6 – Poutre à treillis dissymétrique

• Assemblages des fermes continues sur poteaux Les encastrements de poutres calculées sur appuis simples introduisent, aux appuis, des moments (non prévus au niveau des calculs) comprimant les entraits au voisinage des poteaux. Pour éviter ce flambement inesthétique des barres, il suffit de prévoir des trous oblongs(ovalisés) à leurs assemblages sur poteau (figure 7).

Figure 7 – assemblage à trous ovalisés

A cause de la hauteur importante de la section des poteaux, l’épurage ou non de l’assemblage d’une poutre treillis sur l’axe neutre du poteau fait que le moment secondaire à prendre en compte dans les calculs, est à reprendre soit par l’assemblage (figure 8a ) ou par le poteau lui-même (figure 8b). Dans le cas d’ un épurage sur l’axe du poteau, le moment secondaire introduit des tractions, souvent omises, dans les boulons supérieurs de l’assemblage.

Figure 8 – assemblages sur axe neutre

• Voilement des goussets Les goussets assemblant des barres comprimées doivent être étudiés au voilement. Sous charges verticales, le voilement du gousset de l’assemblage de poinçon de ferme constitue l’une des causes fréquentes de sinistre (figure 09). Le remède à ce risque de voilement consiste à réduire le plus possible l’écart entre les extrémités des arbalétriers et à raidir transversalement l’assemblage par un couvre-joint (cornières de doublage pliées ou soudées).

Figure 09 – Voilement de goussets

• Assemblages des tronçons de poutres à treillis Les joints de tronçons de poutre à treillis doivent permettre la transmission de la traction dans les membrures inférieures tendues. Exemple : Des fermes de toiture étaient constituées par des poutres à treillis sur deux appuis. Elles avaient été exécutées en deux tronçons symétriques assemblés, au milieu de la portée, par boulonnage entre deux demi montants. Cet assemblage a été calculé en adoptant l’hypothèse d’une répartition linéaire des efforts dans les boulons (figure 10). Or cette hypothèse de répartition linéaire des efforts était dans ce cas erronée car elle supposait des rigidités très grandes pour les éléments de liaison. Il fallait donc tenir compte du fait que : — l’effort de traction était apporté par la membrure inférieure tendue de la poutre ; — le demi montant présentait une rigidité beaucoup trop faible pour pouvoir répartir cet effort linéairement dans les boulons. En réalité, la transmission de l’effort de traction était assurée par les seuls boulons voisins de la membrure inférieure. Ce qui était insuffisant. Par ailleurs, du fait de la souplesse des montants, l’effet de levier a amplifié cet effort au droit du boulon. Pour éviter l’effondrement, il fallait prévoir dans ce cas, un couvre-joint au niveau de la membrure inférieure, et qui permettra d’assurer directement la transmission de l’effort de traction.

Figure 10 – Joints de poutre

Problème des fermes posées sur la maçonnerie

Exemple : des fermes à tirant intermédiaire étaient liées rigidement à des murs en maçonnerie (figure 11). L’ingénieur, dans son étude, avait considéré les appuis des fermes bloqués en déplacements horizontaux. Sous l’effet de la neige, le bâtiment s’effondra, les poussées horizontales dues aux charges verticales étant trop importantes pour les murs en maçonnerie non prévus pour les reprendre. Pour reprendre ces poussées, il fallait prévoir une poutre de chainage horizontale en béton armé à l’interface entre la ferme métallique et la maçonnerie

Figure 11 – Liaison ferme maçonnerie

1.6.2 Cas des poutres à âmes pleines • Absence de raidisseurs au droit des appuis Pour réduire les risques de voilement dans les poutres à âme pleine, des raidisseurs d’âme doivent être disposés au droit des charges concentrées importantes ainsi que des appuis. Exemple : Au fur et à mesure du montage des travées sur la rive, un pont à poutre métallique était mis en place par lancement. Ce pont était constitué de deux travées de 30 m encadrant une travée de 50 m (figure 12). À une étape du lancement, une travée de 30 m se trouvait donc dans la portée de 50 m, de sorte que les poutres principales s’appuyaient sur la deuxième pile en rivière C en un point où elles ne possédaient pas de raidisseurs verticaux d’âme. Pour éviter le voilement des poutres, on avait donc créé un appui provisoire « flottant » au droit des raidisseurs B′. Le niveau de la rivière baissa au cours d’une nuit, supprimant l’appui provisoire B et reportant les charges sur la pile C au droit de laquelle les âmes des poutres n’étaient pas raidies. Elles commencèrent à se voiler et il fallut souder d’urgence des raidisseurs provisoires afin d’éviter l’effondrement.

Figure 12 – Pont à poutre métallique

• Grugeages

La vérification de la section affaiblie est nécessaire, en cas de grugeage important (figure 13). De plus, afin d’éviter les concentrations de contraintes qui peuvent engendrer des amorces de ruptures, les découpes devront être arrondies. Il faut également effectuer les vérifications vis-à-vis du risque de cisaillement de bloc.

Figure 13 – Grugeage

1.6.3 Les Poteaux • Longueurs de flambement Les longueurs de flambement des poteaux doivent être évaluées avec rigueur, et ce, dans ses deux plans principaux d’inertie.

Exemple : un poteau métallique de 5 m de hauteur, libre en tête, était encastré en pied sur la tête d’un poteau en béton armé de 6 m de hauteur, lui-même encastré en pied (figure 14). Après sa mise en place, On constata que sa tête pouvait être déplacée par une simple poussée de la main. Le poteau métallique avait été calculé avec une longueur de flambement de 2 x 5 = 10 m. En réalité, elle était beaucoup plus importante. La structure aurait dû être calculée dans son ensemble en homogénéisant les sections acier et béton (coefficient d’équivalence) et en étudiant le flambement par rapport à une longueur de 2 (6 + 5) = 22 m. Il a été nécessaire de contreventer les poteaux en béton armé par des voiles armés, afin : — de limiter le déplacement en tête de poteau ; — d’éviter la rotation de la surface d’appui du poteau métallique.

Figure 14 – Flambement de pôteau

• Pieds des poteaux - Encastrement insuffisant Exemple : En raison d’une longueur insuffisante des tiges d’ancrage et à la mauvaise qualité du béton de scellement, des poteaux prévus encastrés au niveau de la note de calcul, se sont comportés comme des poteaux semi articulés. Les ancrages se sont désolidarisés de leurs massifs d’appui, ce qui a entraîné des désordres au niveau des bardages.. - Encastrement des poteaux articulés Il s’agit d’une erreur relativement fréquente. Le pied d’un poteau prévu articulé est noyé dans une dalle. Ce qui a pour conséquence une fissuration du sol autour du pied de poteau. Les désordres sont donc le plus souvent d’ordre esthétique, mais ils peuvent aussi mettre en cause l’étanchéité.

• Voilement des âmes dans les panneaux d’encastrement La vérification vis-à-vis du voilement des âmes des poteaux de portique au droit de l’encastrement des traverses est souvent omise. Ce phénomène est très sensible dans les constructions en profilés reconstitués soudés de grande hauteur d’âme (figure 15)

Figure 15 – Profilés reconstitués soudés

1.6.4 Les palées de stabilités Mettant en cause la stabilité d’ensemble de la construction, les désordres dus aux palées de stabilité sont souvent graves. Ils sont particulièrement rencontrés dans les constructions légères (hangars agricoles, par exemple) situées dans des sites exposés. Exemple 01 — La stabilité d’ensemble d’un hangar agricole était assurée, dans le sens longitudinal, par une palée de stabilité dans chacun des deux longs pans (figure 16). Dans la NDC (Note De Calcul), les jambes de force (ou diagonales) ont été supposées travailler uniquement en traction. Il n’avait pas été jugé utile de prévoir, dans le plan de la palée, des treillis de renforts pour les maintenir. En réalité les deux diagonales travaillent toujours simultanément, l’une en traction, l’autre en compression. Cette dernière flamba sous l’action du vent. Des treillis ont été ajoutés pour la maintenir.

Figure 16 – Palée de stabilité

Exemple 02 Comme dans l’exemple précédent, la stabilité longitudinale d’un bâtiment était assurée par des palées triangulées dans chaque façade. Au lieu de les assembler sur les poteaux au niveau des appuis, Les diagonales étaient fixées à 0,5 m plus haut. Il en résultait un moment important qu’il fallait reprendre par un renforcement des parties inférieures des poteaux (figure 17).

Figure 17 – Palées triangulées

— La traverse supérieure d’une palée de stabilité était constituée par une poutre porteuse de plancher (figure 18a ). Des efforts de compression ont été transmis aux diagonales qui subirent des déformations permanentes. Il aurait fallu : • soit prévoir une traverse indépendante du plancher ; • soit prévoir un dispositif d’appui glissant dans le sens vertical permettant à la poutre de prendre une flèche sans charger les diagonales; • soit remplacer la palée par une croix de St André s’attachant aux extrémités des poutres de plancher (figure 18b ).

Figure 18 – Poutre de plancher

1.6.5 Les portiques - Omission de vérification au déversement Le cas le plus fréquent est la perte de résistance latérale des jarrets de portique (figure 19) construits en profilés reconstitués soudés avec hauteur d’âme importante. Le maintien par des bracons transversaux est souvent nécessaire.

Figure 19 – Jarrets de portique

- Portiques transversaux de raideurs différentes Exemple Un bâtiment industriel était conçu contreventé transversalement par des portiques alternés de raideur très différente. Afin d’éviter les déformations différentielles importantes entre chaque file de portiques et de prévenir des désordres sur la couverture, un contreventement de versant continu a été prévu et ce, afin de répartir élastiquement les efforts en fonction des raideurs de portique . (figure 20).

Figure 20 – Portiques alternés

1.6.6 Les instabilités d’ensemble

Exemple : flambement d’ensemble des membrures supérieures (ou arbalétriers) de ferme Dans le cas où les membrures supérieures comprimées de ferme ne sont solidaires entre elles que par l’intermédiaire de pannes, et cela sans liaison avec le contreventement de toiture, rien ne s’opposera pour elles à un flambement simultané. L’exemple est celui d’un entrepôt contenant un plancher fortement chargé et qui était supporté par des fermes de toiture par l’intermédiaire de suspentes fixées aux nœuds (figure 21). Suite à ce chargement, des efforts de compression importants apparurent dans ces membrures qu’on croyait stables du fait qu’elles aient été reliées rigidement aux pannes pour les maintenir au flambement latéral (perpendiculairement au plan de la ferme). Malheureusement, rien n’empêchait un déplacement longitudinal de ces pannes car, on avait omis de les solidariser avec le contreventement qui existait dans chacun des versants de toiture. Ces membrures flambèrent brutalement tout en provoquant l’affaissement des fermes Moralité : pour éviter le flambement des membrures supérieures, il aurait suffit de solidariser rigidement les contreventements avec les pannes. Les déplacements longitudinaux de celles-ci auraient été empêchés, et le flambement des arbalétriers aurait été empêché.

Figure 21 – Flambement des arbalétriers de ferme

1.6.7 Qualité et choix des aciers • Défauts naturels Pouvant constituer des amorces de fissures, les défauts de l’acier peuvent être à l’origine de ruptures de poutres. Ils sont malheureusement indécelables à l’œil nu, sauf s’ils débouchent en surface. On peut les détecter par radiographie, ultrasons et, pour ceux qui débouchent en surface, à l’aide d’une substance liquide fluorescente qui permet de les visualiser. • Fragilité La fragilité des aciers peut être préjudiciable dans les cas suivants : — contraintes résiduelles élevées ; — pièces épaisses avec variation brusque de section ; — sollicitations élevées sous actions dynamiques (le séisme par exemple); — basses températures de service. Les dispositions préventives sont les suivantes : — choix d’un acier de résilience élevée ; — adoption de formes régulières d’éléments tout en évitant les variations brusques de section ; — traitement thermique diminuant les contraintes résiduelles internes (particulièrement lors du soudage).

• Arrachement lamellaire ou feuilletage des platines

Lorsque des efforts de traction transitent à travers des épaisseurs (relativement importante) de platines, il est recommandé d’utiliser des aciers à résistance garantie en travers court (dits aciers Z,) et ce, pour se prémunir du risque de l’arrachement lamellaire (figure 22). La présence du feuilletage peut être décelée par des contrôles aux ultrasons.

Figure 22 – Arrachement lamellaire

1.6 Erreurs de dessin et de transcription : •Exemple :

Figure 23 – Poutre métallique Sur le plan d’exécution, l’assemblage de l’extrémité A de la poutre AB a été muni de l’indication « assemblage identique à celui de l’extrémité B ». Le poteau C situé au voisinage de l’appui B, transmet une charge d’environ 1400 kN au lieu des 600 kN de l’appui A. Désordres : Cisaillement brutal et simultané de tous les boulons de l’assemblage B. Moralité : Vérifier soigneusement la concordance entre la note de calcul et les plans d’exécution.

1.7 Contrôle au chantier

Il doit être aussi bien quantitatif que qualitatif. Quantitatif Contrôle dimensionnel : réglage, vérification des faux aplombs et alignements, conformité aux plans (pas d’éléments manquants), etc.… Qualitatif Vérification de la classe des boulons, du serrage des boulons précontraints, des soudures éventuellement , etc.….

I-2 Les erreurs liées à la réalisation

2. Erreurs liées à la réalisation 2.1 Erreurs au niveau de l’atelier • Problème de conformité des matériaux utilisés : absence des résultats d‘essais de laboratoire : traction, résilience, dureté, fatigue, etc… •. Existence de vice cachés au niveau des matériaux utilisés car malheureusement les essais de conformité demeurent une condition nécessaire mais pas suffisante. • Erreur sur le choix des matériaux (choix de la nuance d’acier, classe des boulons et surtout la classe de qualité)) • Erreur d’identification des pièces à monter •.Erreurs lors de l’opération d’assemblage (soudage et boulonnage)

2.2 Erreurs au niveau du chantier • Manque de coordination entre les intervenants •Exemple : Les erreurs d’implantation fréquemment rencontrées au niveau des chantiers de Construction métallique où les tolérances admises par l’entreprise réalisant l’ossature métallique et celle réalisant l’infrastructure, ne sont pas compatibles. Ceci a souvent pour conséquence des difficultés au niveau du montage ainsi que des retards considérables. Sur ce point, il faut associer l’entreprise de CM lors de l’opération de l’implantation.

• Erreur d’identification des pièces à monter •. Erreur sur le choix des classes géométriques et mécaniques de boulons •. Erreur au niveau de la manutention •. Nécessité d’un contrôle stricte au niveau des assemblages boulonnés tels les couples de serrage pour les boulons précontraints.

•Erreur au niveau du soudage, par exemple le refroidissement rapide qui modifie la texture, donc les caractéristiques de l’acier,

2.2 Erreurs au niveau du chantier (suite) • Erreurs au niveau du montage Elle peuvent conduire à des désordres graves dus en particulier à : — un mauvais ordre de montage pouvant générer parfois des accidents sur le chantier notamment en présence du vent; — des échafaudages et des étais provisoires défectueux ; — une manutention sans se soucier de la résistance propre des éléments. Exemple : Déversement de la poutre porteuse d’une passerelle, de 40 mètres de portée, lors de sa manutention. •Méconnaissance des règles de bonnes exécution : le personnel d’encadrement du chantier doit posséder la compétence requise. Exemple d’erreurs fréquentes : Exécuter des opérations de soudage dans certaines conditions météorologiques d’intempéries . . La négligence : Elle est à l’origine de nombreux sinistres, . L’ignorance : Elle est également à l’origine de nombreux sinistres (voir exemple suivant)

Exemple : une structure tridimensionnelle de 40 m x 40 m présentait des porte-àfaux de 10 m dans les angles (figure 24). La structure fut levée sans problème au cours de la première quinzaine d’un mois de décembre. La pose du bac métallique de couverture se fit aussi sans problème. Le couvreur approvisionna les matériaux nécessaires à la mise en œuvre de l’étanchéité (rouleaux de feutre bitumineux, etc.) et les entreposa directement sur la couverture, sur un angle en porte-à-faux, sans réfléchir. Le soir, le chantier fermait pour 4 jours. Au cours de la nuit, une faible chute de neige provoqua l’écroulement complet de l’ossature.

Figure 24 – Structure tridimensionnelle

2.2 Erreurs au niveau du chantier (suite)

2.2.1 Erreurs de montage • Instabilité générale Le contreventement de l’ossature déjà montée doit être totalement assuré pendant toute la durée du montage. • La présence de Panneau de contreventement doit être obligatoire, la suppression d’un seul panneau de contreventement, même pour une durée très courte, doit être rigoureusement exclu en raison des conséquences très graves qu’elle peut entraîner (effondrement). • Veiller à empêcher le relâchement de haubans assurant le contreventement provisoire d’une ossature métallique. Ce qui peut mettre à défaut la stabilité de l’ouvrage. • Absence de tiges d’ancrage : L’absence de tige d’ancrage peut être à l’origine de renversement de structure par les efforts de soulèvement. •Levage à plusieurs grues : Il doit y avoir parfaite coordination de manœuvre entre les grues.

Instabilité propre • Déversement des poutres Les poutres de grande portée et de faible inertie transversale peuvent se déverser si elles sont levées par des élingues fixées à leurs extrémités. Un raidissement transversal provisoire peut être nécessaire.

• Voilement des âmes de poutre Un appui provisoire peut être la cause d’un voilement d’âme dans le cas où celle-ci est mince et élancée.

Ordre de montage La condition de stabilité d’un ouvrage peut nécessiter un ordre de montage impératif.

Exemple : Dans la NDC, un bâtiment était calculé complètement fermé. Au cours du montage, toute la couverture et le bardage sur toute la surface d’un long pan et sur les deux pignons ont été placés, en laissant totalement ouvert le second long pan qui, de plus, était exposé aux vents dominants. Les pressions sur parois ont été ainsi modifiées et une rafale de vent arracha la couverture. Il aurait fallu monter d’abord la couverture et ensuite de manière simultanée les bardages sur les longs pans au vent et sous le vent.

Pièces déformées avant montage Il est fréquent que des pièces arrivent déformées au chantier. Si ces déformations sont minimes, elles peuvent être réduites à froid. En aucun cas, elles ne seront annulées par serrage des boulons d’assemblage Exemple : platine d’extrémité d’une poutre pour assemblage poutre/poteau par boulons précontraints Les déformations de la platine laissaient des vides entre elle et la semelle du poteau. Au montage, on s’efforça de réduire ces vides par serrage des boulons. Ceci a eu pour effet une mauvaise distribution des forces de contact entre les éléments. Aux premières sollicitations, il y eut rupture de certains boulons.

2.2.2 Erreurs au niveau des assemblages • Boulons ordinaires Les causes les plus fréquentes de désordres dans les assemblages réalisés par boulons ordinaires sont : — les pinces trop faibles pouvant entraîner la déchirure des pièces assemblées par pression diamétrale; — les boulons travaillant en flexion. Les boulons d’assemblage ne doivent être sollicités que par des efforts de traction et de cisaillement. Une sollicitation secondaire de flexion peut provoquer leur rupture. Ces flexions peuvent être dues à des jeux trop importants ou à des défauts de contact entre pièces assemblées ; — les assemblages trop longs.

Goussets « retroussés » (figure 26) Le gousset ne doit pas être découpé suivant l’angle rentrant sous peine d’amorce de rupture.

Figure 26 – Gousset retroussé

• Soudures Les désordres dans les assemblages soudés sont généralement dus à une mauvaise exécution des soudures. • Défauts des soudures : — manque de pénétration ; — inclusions : elles constituent des amorces de fissures ; — caniveaux : ils entraînent l’affaiblissement des pièces ; — déformations angulaires : elles entraînent des contraintes supplémentaires si l’on redresse les pièces sans précaution.

internes

• Origine des désordres : — causes dues à l’exécutant : • qualification insuffisante, • mauvaises conditions d’exécution (position incorrecte de l’assemblage, mauvais accostage des pièces, ambiance anormale, intempéries...), • baguettes inadaptées ; — causes dues à l’assemblage lui-même. Elles résultent, en général, d’une mauvaise conception de l’assemblage qui entraîne : • la difficulté de l’exécution : inaccessibilité, continuité de cordon impossible, • le travail de cordons dans de mauvaises conditions.

I-2 Les erreurs liées à l’exploitation et à la maitrise d’ouvrage

3. Erreurs liées à l’exploitation et à la maitrise d’ouvrage — utilisation abusive, non conforme au cahier des charges et au plan d’utilisation des locaux; — Absence de budget d’entretien et manque d’entretien favorisant la corrosion, notamment pour les constructions métalliques préfabriquées à usage d’habitation ; — Absence de réseaux anti incendie — Absence de consignes de sécurité relatives à l’exploitation de l’ouvrage — Obstruction des chéneaux ou des descentes d’eau de pluie : Risque de chargement cumulatif dangereux. — Les Vibrations : Elles peuvent engendrer des desserrage au niveau des boulons (ce qui est dangereux)), et peuvent également provoquer la fatigue, ou la résonance. Les remèdes consistent à les atténuer les effets de ces vibrations en modifiant la propagation ou la période des efforts (voir aussi la période de la structure) par : — création de points fixes supplémentaires ; — modification du poids des éléments vibrants ; — modification du rythme des efforts ; — utilisation d’appuis antivibratoires ; — modification de l’inertie des poutres

II Les causes accidentelles

II. Les causes accidentelles Il s’agit ici d’actions prévues dans la note de calcul lors de la conception de la construction, mais dont l’amplitude dépasse les valeurs pour lesquelles elle a été conçue. Ce sont par exemple : — les séismes d’intensités dépassant celles prévues par les cartes de microzonage sismique et par le règlement parasismique — les vents violents et rafales , entraînant des vitesses dépassant celles prévues par les Règles Neige et Vent; — des charges de neige excessives pouvant s’exercer sur les toitures dues notamment au phénomène de l’accumulation qui demeure très dangereux. — des tempêtes de sable : des charges dues poids excessifs des sables accumulés sur la toiture — les charges d’exploitation dont l’intensité dépasse la valeur en service normal Et également des actions non prévues, par exemple : . — les actions de chocs ; etc. — des explosions (gaz, bombes, etc.) ; — d’un incendie (si la tenue au feu n’est pas prévue) ; — des inondations ; — etc

II-1 Les effets des actions climatiques

1. Les effets des actions climatiques 1.1 Le vent • Effet de Venturi La vitesse du vent est augmentée dans les passages resserrés. Les Règles NV tiennent compte de ce phénomène en l’assimilant à la notion de site exposé.

• Effet de Karman L’effet de Karman apporte aux constructions élancées des efforts perpendiculaires à la direction du vent. Il se manifeste à partir d’une vitesse critique de vent, fonction de la période propre de vibration de la construction et de ses caractéristiques géométriques. Ce phénomène est particulièrement à étudier pour les cheminées métalliques et les ponts suspendus.

1.2 La neige : Faire attention au risque d’accumulation en réduisant les hauteurs des acrotères et adoptant des pentes minimales de versants (au moins 5 %) et en s’assurant régulièrement de la non obstruction de conduites d’évacuation

1.3 Les Précipitations Lors de précipitations importantes, des effondrements de toiture ont parfois été provoqués par une évacuation trop lente des eaux. Ce qui engendra des surcharges excessives de l’ossature portante. Le phénomène est « une réaction en chaine » : Plus il y a accumulation d’eau, plus la structure fléchit et plus l’accumulation s’aggrave.

1.4 La température • Dilatation Dans le cas de structures « bridées », les variations de température provoquant la dilatation ou le retrait des éléments métalliques peuvent conduire à des désordres ou à des instabilités. Les joints doivent être prévus et calculés pour éviter le contact entre les blocs voisins de bâtiment. • Froid La résilience de l’acier diminue avec la température (figure 27). Au-dessous de la température de transition, le métal devient particulièrement fragile. Les désordres dus à ce phénomène peuvent se produire surtout dans les régions climatiques rigoureuses et touchent plus particulièrement les éléments soumis à la fatigue, tels que les chemins de roulement de pont roulant.

Figure 27 – Résilience de l’acier

II-2 Les effets sismiques sur les structures métalliques

II-2 Les effets sismiques sur les structures métalliques Généralement, les aciers de constructions métalliques vérifient les conditions de ductilité prévues par les codes de calcul (EC03, CCM97). Cette propriété donne aux profilés métalliques, de grandes capacités d’absorption et de dissipation de l’énergie.

En effet, suite aux observations effectuées après des tremblements de terre majeurs (notamment celui de Boumerdes du 21 Mai 2003), le caractère parasismique efficace des constructions métalliques a souvent été confirmé. Toutefois, des exceptions existent. A ce titre, nos références, sont les séismes de Northridge (USA), en 1994, et de Kobe (Japon), en 1995, où de nombreuses fissurations locales ont été observées dans certains bâtiments. Cela dit, on peut affirmer que les structures métalliques ne peuvent détenir le « label parasismique » qu’en présence de conceptions réfléchies permettant d’assurer le comportement global ductile recherché et de mise en œuvre soignée. A cet effet, le projet de construction devra favoriser la formation de zones dissipatives saines où pourront se développer des déformations locales ductiles.

La structure du bâtiment abritant la centrale thermique est constituée d'une charpente métallique qui supporte les installations et le pont roulant de 72t. Elle n'a pas souffert grâce sa souplesse. (Extrait du rapport de l’AFPS)

Structure métallique: Insuffisance du contreventement au RDC et effondrement par excès de déplacements ; ( Photo : extrait du rapport de Davidovici)

La stabilisation transversale des zones de rotules plastiques sous M+ et Mest nécessaire à leur efficacité

Cisaillement plastique d’un panneau d’âme.

Des barres diagonales à larges ailes ont flambé par rapport à leur axe faible…(voir la suite)

…et se sont rompues (Kobe, Japon, 1995).

Le problème des structures métalliques réside au niveau des assemblages : Rupture des boulons à la liaison entre le poteau et la poutre (Kobe, Japon, 1995).

Rupture au noeud d’un portique : la soudure de liaison entre le poteau et la poutre a cédé, laissant la place à une large fissure (Kobe, Japon, 1995).

Un problème de ductilité : Dans un immeuble à structure en acier, une large fissure est apparue au pied du poteau. D’importantes forces normales cycliques, la vitesse de charge, des défauts dans les matériaux, des soudures défectueuses et les effets thermiques figurent parmi les causes possibles (Kobe, Japon, 1995).

Pieds de poteaux : Des réservoirs de 5 mètres de haut et de 1.50 m de diamètre sont simplement posés sur des plots en béton à l'aide d'une tige d'ancrage par platine. Les oscillations ont descellé ces tiges d'ancrage et endommagé le mortier de calage. Une isolation parasismique par plot néoprène fretté aurait pu éviter ces désordres mineurs mais qui auraientpu entraîner un basculement.

Les turbines à gaz de la centrale électrique de Cap Djinet, étaient fixées sur des massifs en béton à l'aide de dispositifs antivibratoires qui ont joué parfaitement leur rôle.

Il peut s'avérer plus judicieux d'assouplir que de renforcer!

Ce réservoir de 700 t de gaz liquéfié, pourvu d'une structure porteuse en béton armé, a été posé sur des appuis sismiques flottants (Suisse, 1999). Des appuis sismiques en caoutchouc à haut pouvoir amortisseur (diamètre 60 cm, hauteur 30 cm) ont été incorporés dans les huit poteaux en béton armé.

Références bibliographiques — Jacques Mayere « Pathologie des structures métalliques » dans la collection Techniques de l’ingénieur — Jean Morel « Cours de Constructions métalliques » Editions Eyrolles — André Plumier « Constructions parasismiques en acier contexte de l’eurocode 08 »

— André Plumier « Conception parasismique dans le contexte de l’eurocode 08 » — APK « Construction métallique et mixte acier béton » Tomes 1 et 2 Editions Eyrolles — Rapport AFPS « Séisme Boumerdes du 21 Mai 2003 » — Rapport Victor Davidovicci « Séisme Boumerdes du 21 Mai 2003 »

Merci pour votre attention.