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Phase avant-projet : Joints de dilatation dans les structures en acier SS017a-F

Phase avant-projet : Joints de dilatation dans les structures en acier SS017a-FR-EU Phase avant-projet : Joints de dilatation dans les structures en acier Ce document propose quelques conseils pour la conception de joints de dilatation dans les structures en acier. Sommaire 1. Contexte 2 2. Effets des variations de température 3 3. Traitement des joints de dilatation 5 4. Références 10 Page 1 Phase avant-projet : Joints de dilatation dans les structures en acier SS017a-FR-EU 1. Contexte La performance d'un bâtiment peut être influencée par plusieurs phénomènes physiques dont les effets sont difficilement quantifiables : Variations de température et dilatation thermique Tassement différentiel des fondations Fluage et retrait lors du durcissement du béton Vibrations Pour les petits bâtiments et les constructions courantes, ces phénomènes peuvent être le plus souvent ignorés. Pour une construction de grande dimension, ou en cas de circonstances particulières, il convient d'adopter une ou plusieurs des dispositions constructives suivantes pour absorber les mouvements relatifs prévisibles entre différentes parties de la structure : Joints de dilatation : ces joints permettent d’absorber les déplacements liés à la dilatation ou au retrait des matériaux sous les effets des changements de température. Leur spécification dépend des variations prévisibles de température et du coefficient de dilatation thermique des matériaux (voir section 2). Joints de retrait : ces joints contrôlent le retrait du au séchage des planchers et des dallages en béton. Joints de rupture : ces joints permettent les déformations différentielles des parties de bâtiment qui sont de hauteur ou de forme différentes. Joints de tassement : ces joints sont des dispositifs spéciaux qui limitent l'effet des tassements différentiels des fondations. Les flèches indiquent les efforts de poussée dus à la dilatation lorsque celle ci est bloquée. Figure 1.1 Effets de la restriction de la dilatation dans un bâtiment de grande longueur 1 1 1 = joint de rupture Figure 1.2 Séparation d'un bâtiment en blocs indépendants Page 2 Phase avant-projet : Joints de dilatation dans les structures en acier SS017a-FR-EU La conception et le dimensionnement des structures de bâtiment doivent prendre en compte la position de ces joints et notamment leur influence sur l'analyse et le comportement global de la structure. Ces joints doivent être étudiés pour absorber l’amplitude prévisible des déplacements horizontaux et/ou verticaux. La position, la conception et le dimensionnement des contreventements verticaux et horizontaux doivent être compatibles avec la position de ces joints. La position des contreventements ne doit pas entraver les mouvements pour lesquels les joints ont été prévus. Chaque partie distincte d'un bâtiment doit être adéquatement contreventée. Tous les autres composants d'un bâtiment et de ses équipements (par exemple un convoyeur) doivent également prendre en compte la position des joints et la valeur prévisible de leurs déplacements. Les joints de dilatation sont les joints les plus courants; ils sont présentés de façon plus détaillée ci-dessous. Les autres types de joints requièrent généralement une conception particulière qui n’est pas couverte dans le cadre du présent document. 2. Effets des variations de température L'EN 1991-1-5 donne les principes et les règles de calcul des effets thermiques sur les bâtiments, les ouvrages d'art et autres structures ou éléments de structure [1]. Les valeurs des températures de l'air à l'ombre, maximale Tmax et minimale Tmin devront être spécifiées par les Annexes Nationales de l'EN 1991-1-5. Pour les structures en acier avec un coefficient de dilatation thermique linéaire α = 12 x 10-6 par °C (tel que donné dans le § 3.2.6 de l'EN 1993-1-1 [2]), les effets des variations de température peuvent être significatifs. Lors de l'évaluation des variations de température, il est important de faire la distinction entre ossatures métalliques intérieures et extérieures. Ces dernières sont généralement soumises à de plus grandes variations que les structures intérieures. Par exemple, pour des ossatures extérieures pouvant être exposées à une plage de températures de -23 °C à + 35 °C (valeurs à ajuster en fonction des annexes nationales de l’EN 1991-1-5), par rapport à leur température de construction, la dilation/contraction naturelle de l’acier varie de - 0,3 à + 0,4 mm par mètre de longueur du bâtiment. En pratique, la dilatation est toujours partiellement soit bloquée ou soit absorbée par les jeux d’assemblage de la structure et les mouvements sont en réalité légèrement plus faibles. Ces mouvements thermiques peuvent provoquer : L'endommagement des appuis, y compris la fissuration, voire l'instabilité, des murs porteurs de longues poutres ou de treillis ; La ruine des assemblages ; Des efforts internes importants, plus particulièrement dans les structures hyperstatiques. Page 3 Phase avant-projet : Joints de dilatation dans les structures en acier SS017a-FR-EU 2.1 Conception et calcul de bâtiments industriels courants en acier Dans les bâtiments industriels courants en acier, la stabilité transversale est généralement assurée par un système de portique, tandis que la stabilité longitudinale est assurée par un contreventement vertical. Deux cas peuvent être considérés : Pour les portiques, les effets de la dilatation peuvent être pris en compte par calcul, Pour les stabilités verticales longitudinales, les effets de la dilatation peuvent être pris en compte lors de la conception et du dimensionnement du contreventement vertical. Une part de la dilatation des composants structuraux dans la direction longitudinale peut généralement être absorbée par le glissement des assemblages. En alternative, il convient de prévoir des joints de dilatation lorsque le différentiel de température devient important (structures extérieures ou construction non isolée), ou si le glissement des assemblages devient insuffisant pour absorber toute la dilatation thermique. La longueur de bâtiment au-delà de laquelle des joints de dilatation sont recommandés varie selon les pays. Par exemple, en France, avec un climat continental, les joints de dilatation sont recommandés pour les longueurs de dilatation supérieures à 50 m, c'est-à-dire pour une longueur de bâtiment de 100 m avec contreventement à mi-longueur. Au Royaume-Uni, avec un climat plus tempéré et des traditions de construction différentes, des joints de dilatation ne sont recommandés que pour des longueurs de bâtiment supérieures à 150 m. Même au-delà de ces longueurs, les règles de l’art permettent d’omettre les joints de dilatation si les éléments principaux tels que pannes, poutres et chemins de roulement sont calculés pour résister aux contraintes dues aux effets de la dilatation. Position des contreventements verticaux : La disposition de contreventements verticaux aux deux extrémités d'un bâtiment est déconseillée en l’absence de joint de dilatation intermédiaire. Une telle disposition empêcherait la dilatation des barres longitudinales et pourrait induire des efforts importants dans les composants structuraux des longs pans du bâtiment et dans leurs assemblages. Pour les bâtiments de grande longueur, il est recommandé de ne prévoir qu'un seul contreventement vertical au milieu des longs pans, permettant ainsi la dilatation dans les deux directions vers les extrémités du bâtiment. Figure 2.1 Dispositions des contreventements NON recommandées Page 4 Phase avant-projet : Joints de dilatation dans les structures en acier SS017a-FR-EU < 50m to 75m < 50 m to 75m (1) (2) Légende : 1 Contreventement permanent 2 Contreventement provisoire nécessaire pour la stabilité de montage. Lorsque le montage du bâtiment doit commencer à une extrémité, il est nécessaire de prévoir un contreventement provisoire afin de stabiliser le montage des deux premiers portiques. Il convient ensuite de retirer ce contreventement provisoire. Figure 2.2 Dispositions des contreventements recommandées 2.2 Cas particuliers Profils composés Les composants des profils composés peuvent parfois être soumis simultanément à des températures très différentes, par exemple dans le cas d'un élément composé de deux membrures dont l’une est située à l'extérieur et l’autre à l'intérieur d'un bâtiment. Les efforts induits dans les barres en treillis ou les traverses de liaison par ces différences locales de température doivent être pris en compte dans leur calcul. Montage De la même façon, si l'ossature est montée par temps exceptionnellement chaud ou froid, le réglage des éléments de structure doit être effectué afin de leur permettre de revenir à une position conforme aux tolérances de pose lorsque la température redevient normale. Incendie Il peut aussi être nécessaire d'assurer la libre dilatation de la structure en acier en cas d'incendie, afin d'assurer une meilleure stabilité au feu des éléments de la structure. 3. Traitement des joints de dilatation La fonction principale des joints de dilatation est d'absorber les effets des dilatations ou retraits thermiques des matériaux au cours de la vie du bâtiment. Si nécessaire, ils peuvent aussi agir en tant qu'autres types de joints : Joints de rupture Joints de tassement. La conception et le calcul des joints de dilatation, doivent prendre en compte : L'architecture du bâtiment ; La géométrie locale et globale de la structure ; Les efforts ou réactions transmis à travers le joint ; Page 5 Phase avant-projet : Joints de dilatation dans les structures en acier SS017a-FR-EU Les déplacements et rotations spécifiés dans une ou plusieurs directions. Dans la plupart des structures en acier, le joint de dilatation sépare le bâtiment en deux blocs. A l'emplacement du joint, plusieurs solutions sont possibles, telles que décrites uploads/Ingenierie_Lourd/ joints-de-dilatation-dans-les-structures-en-acier.pdf