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Centre Scientifique et Technique de la Construction

23/04/2018

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  4. Résistance du verre en flexion

Résistance du verre en flexion 2010/02.08

CT Vitrerie

Les architectes et concepteurs de projets souhaitent de plus en plus de transparence, d'élancement et de légèreté dans leurs constructions. Le verre permet de satisfaire ces différents besoins de manière très élégante. L'évaluation de la résistance du verre en flexion constituera un chapitre important d'une série de nouvelles normes actuellement en préparation. Le verre est néanmoins un matériau fragile dont les caractéristiques évoluent dans le temps et qui méritait donc qu'on mène une recherche afin de mieux en définir les propriétés.

La résistance mécanique du verre en flexion dépend surtout du type de traitement thermique que le matériau a subi et des conditions de micro- et macrofissuration à sa surface. Chaque fissure est un point de concentration de contraintes locales pouvant entraîner plus rapidement la rupture du verre. La résistance à la traction par flexion d'un élément en verre (rupture en traction de la face tendue) est dès lors très aléatoire et environ dix fois inférieure à sa résistance en compression. De plus, lorsqu'un élément en verre est chargé, on observe une diminution progressive de sa résistance. On gardera donc à l'esprit que les valeurs de résistance du verre doivent être réduites par un coefficient kmod afin de tenir compte de ce phénomène (*).

1. Etude expérimentale

Le CSTC a analysé 541 résultats d'essais réalisés ces dernières années par le laboratoire 'Structures' du CSTC : 11 % concernent le verre recuit, 35 % le verre durci et 54 % le verre trempé. Le durcissement et la trempe sont des procédés thermiques appliqués au verre recuit afin d'en augmenter la résistance. Tous les essais ont été effectués selon la méthode décrite dans la norme d'essai NBN EN 1288-3. Il s'agit d'essais de flexion 4 points sur des échantillons de 110 cm de longueur, 36 cm de largeur et de 1,5 à 19 mm d'épaisseur provenant de différents fabricants.

2. Analyse statistique

Le nombre important d'échantillons testés permet d'évaluer le type de distribution statistique associé à la rupture de chaque catégorie de verre. La loi log-normale est parfaitement adaptée pour décrire la probabilité de rupture du verre recuit et du verre trempé. En revanche, en ce qui concerne le verre durci, il n'a pas été possible d'établir de correspondance claire avec une loi statistique, nos données s'éloignant en effet significativement des droites de prédiction. Des études paramétriques complémentaires sont actuellement en cours.

Les lois statistiques déduites des résultats d'essais permettent de déterminer les valeurs caractéristiques expérimentales de la résistance en flexion sur les échantillons testés en laboratoire : 44,8 N/mm² pour le verre recuit et 140,8 N/mm² pour le verre trempé. Ces valeurs peuvent être comparées aux valeurs prescrites par les normes 'produit', à savoir 45 N/mm² pour le verre recuit (NBN EN 572-1) et 120 N/mm² pour le verre trempé (NBN EN 12150-1). Pour le verre recuit, la résistance caractéristique de l'échantillonnage est quasiment identique à la valeur normative prescrite. En ce qui concerne le verre trempé, nous constatons, par contre, une valeur de 17 % plus élevée que celle indiquée dans la norme, ce qui montre que le processus actuel de trempe est maîtrisé de telle manière qu'il permet de satisfaire plus largement à la norme 'produit' en termes de résistance mécanique à la flexion.

3. Conclusion

Correspondance avec une loi log-normale pour du verre recuit (à gauche) et du verre trempé (à droite).

Récemment encore, le document de référence du CSTC pour le calcul des vitrages était la NIT 214 'Le verre et les produits verriers. Les fonctions des vitrages' publiée en 1999. La résistance caractéristique du verre recuit considérée y était de 41,2 N/mm² et le coefficient de sécurité appliqué de 2,5 induisait une valeur de résistance de calcul (instantanée) de 16,5 N/mm². Pour le verre trempé, les valeurs étaient respectivement de 196 N/mm² pour la résistance caractéristique et de 4 pour le coefficient de sécurité, soit une valeur finale de 49 N/mm² pour le calcul.

La nouvelle NIT à paraître, 'Ouvrages particuliers en verre', et le Rapport n° 11 disponible en ligne, 'Application des Eurocodes pour la conception des menuiseries extérieures', présentent les méthodes les plus récentes de dimensionnement du verre basées sur les dernières recherches réalisées au CSTC et sur les derniers projets de norme, dont le projet prEN 13474-3.

Ainsi, ces documents se différencient de la NIT 214 notamment en ce qui concerne les valeurs de résistance du verre à prendre en compte. Toutefois, s'il existe une certaine augmentation de ces valeurs, les coefficients de sécurité restent relativement élevés par rapport à d'autres matériaux car le verre est un matériau fragile dont la capacité d'absorption des chocs durs est relativement faible.


Article complet


G. Zarmati, ir., chercheur, laboratoire 'Structures', CSTC
B. Parmentier, ir., chef de la division 'Structures', CSTC
V. Detremmerie, ir., chef adjoint du laboratoire 'Eléments de toiture et de façade', CSTC


(*) Dans la suite de cet article, seules les résistances instantanées sont considérées; ce coefficient n’apparaît donc pas dans les formules présentées.