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25/04/2018

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  4. La construction mixte acier-béton, 3e partie : vérification des états limites de service des planchers selon l'Eurocode 4

La construction mixte acier-béton
3e partie : vérification des états limites de service des planchers selon l'Eurocode 4 2005/04.06

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La conception des constructions mixtes en acier-béton doit être conforme aux règles décrites dans l'Eurocode 4 (EC 4). Les méthodes de calcul pour le dimensionnement des éléments structuraux mixtes aux états limites ultimes et de service ont fait l'objet de la 1ère et de la 2e partie du présent article. Ce troisième volet examine de manière plus détaillée l'importance des états limites de service lors du dimensionnement et de la mise en œuvre de planchers mixtes.

1. Introduction

Les planchers mixtes en acier-béton sont constitués de tôles profilées écrouies à froid sur lesquelles on coule du béton. Après durcissement de ce dernier, l'ensemble forme un matériau composite au sein duquel les tôles font office d'armatures de traction extérieures. La résistance au feu exigée peut être garantie par la pose d'armatures complémentaires au sein de chaque nervure. On prévoit généralement des armatures de traction traditionnelles au-dessus des appuis intermédiaires.

Plancher mixte en acier-béton en cours d'exécution.
Ce type de plancher mixte est principalement mis en œuvre dans des structures en acier, mais il peut aussi être combiné à une structure en béton ou à une maçonnerie (surtout en cas de rénovation).

Les planchers mixtes en acier-béton offrent une série d'avantages par rapport aux systèmes classiques (tels les hourdis et le béton coulé in situ), et ce principalement lors de l'exécution. Ainsi, par exemple, comme les tôles sont livrées en lots sur le chantier, elles prennent moins de place lors du stockage. De plus, elles peuvent être mises en place manuellement en raison de leur faible poids. Si elles tolèrent une circulation pédestre durant la phase de mise en œuvre, il est en outre possible de préparer plusieurs étages en même temps (sans étayage) avant de procéder au coulage du béton. Cette méthode de travail permet d'atteindre une plus grande flexibilité dans la planification et de réduire les délais d'exécution.

2. Phases de construction et états limites de service

Bien que les états limites ultimes (ELU) jouent généralement un rôle déterminant dans le calcul des structures, les états limites de service (ELS) sont au moins aussi importants pour les constructions mixtes en acier-béton. Les possibilités et/ou les limites d'exécution exercent en effet une influence non négligeable sur la conception de ce type de construction. Le choix final des ELS dépend notamment de la portée à couvrir, de la possibilité d'utiliser ou non des poutres secondaires et d'étayer les tôles jusqu'au durcissement du béton. Etant donné que les tôles profilées et le béton remplissent une fonction différente au cours de chaque phase de construction, il importe de vérifier les conditions d'utilisation spécifiques.

2.1. Coffrage en tôles profilées écrouies à froid

Coulage du béton sur une tôle profilée écrouie à froid.

Les tôles profilées écrouies à froid font en premier lieu fonction de surface de travail et de coffrage permanent. Elles doivent en outre être capables de reprendre les charges qui se produisent durant les travaux, le poids du béton frais et les armatures complémentaires. Durant la phase de coffrage, il y a lieu de veiller à ce que la flèche des tôles reste limitée sous le poids du béton frais. Cette flèche étant irréversible après durcissement du béton, la déformation totale du plancher sera plus importante lors de l'utilisation. Etant donné la faible rigidité des tôles, les travées doivent être réduites. En l'absence d'étayage complémentaire, ces dernières s'élèvent à environ 3 à 4 m. Pour pouvoir franchir des distances plus importantes, on opte pour l'utilisation de poutres secondaires ou pour l'étayage des tôles durant le bétonnage.

2.2. Plancher mixte en acier-béton

Après le durcissement du béton, le plancher forme un ensemble monolithique au sein duquel le béton reprend les efforts de compression et les tôles font office d'armatures de traction extérieures. Durant cette phase, il importe de vérifier les états limites de service suivants :

3. Vérification des états limites de service

Mise en œuvre dans un bâtiment multi-étagé.

L'article complet, qui paraîtra prochainement dans les Dossiers du CSTC n° 4/2005, explicitera l'importance des états limites de service dans le dimensionnement et la mise en œuvre des planchers mixtes en acier-béton. La vérification des ELS s'opère selon les méthodes de calcul décrites dans l'Eurocode 4.

Le projet SIRIUS
Subsidié par l'IWT, le projet SIRIUS (Scientific Integrated Research Into Utility on Steeldeck composite floors) a été lancé en octobre 2002 dans le cadre du fonds HOBU et se poursuit depuis septembre 2004 via le projet TETRA 'Integratie van staalplaat-betonvloeren in het bouwproces' (Intégration des planchers mixtes en acier-béton dans le processus de construction).

Ce projet a pour objectif le développement et la diffusion des connaissances portant sur les planchers mixtes en acier-béton, ceci principalement via la publication de brochures informatives sur le site Internet www.staalplaatbetonvloeren.be, ainsi que par l'organisation de conférences et de journées d'études.

Le CSTC, et plus particulièrement son Antenne Normes 'Eurocodes', collabore avec l'équipe du projet 'Sirius', notamment au sein de sa commission d'utilisateurs.





A. Van Gysel, dr. ir.
chargée de cours à la Hogeschool voor Wetenschap & Kunst - De Nayer Instituut
chef du projet SIRIUS

B. Parmentier, ir.
chef du laboratoire 'Structures, Menuiserie et Eléments de façade'
CSTC
AN Eurocodes http://www.normes.be/eurocodes