WO2010048966A1 - Systeme de construction en beton blinde d'acier - Google Patents

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WO2010048966A1
WO2010048966A1 PCT/DZ2008/000009 DZ2008000009W WO2010048966A1 WO 2010048966 A1 WO2010048966 A1 WO 2010048966A1 DZ 2008000009 W DZ2008000009 W DZ 2008000009W WO 2010048966 A1 WO2010048966 A1 WO 2010048966A1
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concrete
mixed
reinforced concrete
beams
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PCT/DZ2008/000009
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Noureddine Haouam
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Noureddine Haouam
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    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
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    • E04C3/32—Columns; Pillars; Struts of metal
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    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/30—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts being composed of two or more materials; Composite steel and concrete constructions
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    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/24—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts consisting of metal
    • E04B1/2403—Connection details of the elongated load-supporting parts
    • E04B2001/2415—Brackets, gussets, joining plates

Definitions

  • the present invention relates to a new reinforced concrete construction system.
  • reinforced concrete and steel structure There are two methods most commonly used in construction worldwide: reinforced concrete and steel structure.
  • reinforced concrete construction is unsuitable for the seismic zone, and requires special care and oversizing.
  • the concrete consists of an armature of ordinary steel scrap coated with concrete. Steel is supposed to give a certain degree of elasticity to the element thus manufactured.
  • reinforced concrete we can mention:
  • the steel frame structure uses the hot section to create the building framework. There are also the disadvantages of the metal frame and we can mention:
  • the metal elements are relatively slender and subject to buckling, the concrete can prevent buckling.
  • the sizing of building and bridge structures is dominated mainly by the construction and support of horizontal surfaces.
  • the floors are usually made of reinforced concrete with tensile steel reinforcements.
  • the spans increase, it is more economical to support the slab, for example by beams, rather than thicken the floor.
  • the grid of beams is supported in turn by poles.
  • Beams and columns can be made using steel sections, generally I and H laminates, respectively. It was customary to size the metal framework to take over all the loads alone, but since the 1950s, it has become increasingly common to connect concrete slabs to beams supporting them using mechanical means. These eliminate or at least reduce the slip at the steel-concrete interface so that the slab and the metal beam act together as a single element, commonly called "mixed beam".
  • connection is provided by studs or other connectors that are welded or gun-fixed to structural steel and surrounded by concrete.
  • the mixed elements that are mixed beams, mixed poles and mixed slabs with profiled sheet have been used for many years. Simplifying assumptions about the interaction between structural steel and the concrete slab made it possible to consider the mixed construction as a simple extension of the metal construction. As the application of this technology has proved effective, large-scale research projects have started globally to improve knowledge.
  • any dimensioning must not only take into account the optimization of the load resistance, the stiffness and the ductility but also the architectural, economic, manufacturing and use aspects of the beams, slabs and poles.
  • Mixed structures allow many architectural variations to combine different types of mixed elements. In addition to reducing the dimensions of the beams, the mixed construction allows:
  • the space between the fallout and the bottom flange of a composite beam is an ideal area in which the equipment can be installed.
  • Mixed floors are now the preferred solution for a wide variety of structures as they offer designers and customers the following benefits: • Before concreting, the profiled sheet is a safe work platform and can accelerate the process of building other elements.
  • the profiled sheet beam girder door and serves as permanent formwork to the concrete such that usually provisional struts are not necessary.
  • the profiled sheet is also an effective barrier to steam.
  • the fallout of the beam remains clean after concreting and the use of painted sheets can give a good appearance to the ceiling but the paint can cause difficulties when welding the studs through the sheet.
  • the steel section of the metal section is generally sufficient to withstand the positive bending moment. Additional reinforcement may be present in the slab to withstand shrinkage, temperature movements or to provide continuity to the supports (negative moments).
  • the mixed action is achieved through the shape of the profile or using mechanical means such as indentations or a boss of the profiled sheet.
  • the profiled sheets make it easy to transport and store materials on site.
  • a truck is often able to carry up to 1500m 2 of floor.
  • a team of four men can install 400m 2 of floor per day.
  • the panels are lightweight and are prefabricated elements that can be easily transported and installed by two or three men.
  • the metal elements of mixed structures are manufactured and controlled at the factory. They allow the establishment of strict quality procedures that reduce the uncertainty of work on site. The result is a higher build accuracy. Comparison with other methods.
  • the mixed elements In order to be able to use synergy effects and to take advantage of the possible available advantages, it is necessary to use mixed elements, the mixed elements having a greater rigidity and load capacity. larger than a metallic element with the same dimensions.
  • the load capacity is substantially identical but the differences in stiffness and overall height are clearly highlighted.
  • the dimensions of the mixed element sections are much smaller than those of the corresponding elements of reinforced concrete or steel alone.
  • two opposing methods of construction are used, each with its advantages and disadvantages that it is worth mentioning.
  • the conventional concrete construction method allows for a wide variety of styles and shapes, is simple to implement on site and offers thermal resistance, sound insulation and resistance against aggressive chemical agents.
  • the self-weight is high compared to the strength, formwork and hardening of concrete require a significant time.
  • reinforcing is necessary, which further increases the construction time.
  • the main advantage of metal construction is its high load bearing capacity for low weight. Since manufacturing can take place independently of the weather conditions, the erection that follows is very simple and is carried out with low tolerances.
  • the fire resistance of metal structures can cause problems. This difficulty can only be solved by using larger sections or using costly prevention measures. The need for better-trained workers must also be mentioned in defense of metal construction. The comparison of these two methods shows that their combination is the most economical way.
  • the mixed elements may have higher load capacities than metallic or reinforced concrete elements. Rigidity and plastic redistribution can also be increased by combining steel and concrete. On the one hand, this makes it possible to take advantage of the plastic reserves of the structure and on the other hand to reduce the safety factors thanks to the ductility inherent to the modes of ruin of the mixed structures.
  • mixed construction it is important to point out that in many cases, mixed construction technologies are the most effective solutions.
  • the term mixed only describes the interaction of two materials in the same building element (for example a metal tubular pole filled with concrete) whereas the mixed construction technologies relate to the combination of constructive elements made according to different construction methods (for example a concrete pole used in conjunction with a composite beam and a prefabricated slab). Achieving a mixed structure economically can be done according to the following operations:
  • the braced metal frame or not is erected. If hollow tubes are used for the columns, the reinforcement cages can already be positioned in the workshop.
  • reinforced concrete slabs depending on the complexity of the floor shape, planning and prefabrication capabilities in the workshop, reinforced concrete slabs can be manufactured: on-site using formwork, using partially prefabricated elements, using fully prefabricated elements
  • Head studs are the most used in practice. They have the advantage of combining a relatively high rigidity with a large capacity of deformation. Therefore, with respect to shims, the studs can be arranged with sufficient spacing that greatly facilitates their use. Their disadvantage is related to the weldability problem, particularly when using galvanized sheets or painted beam flanges but also in the presence of water between the profiled sheet and the sole.
  • the high rigidity and bearing capacity of the composite beams allow the construction of very large free parts of any post for a limited construction weight.
  • composite beams have been built as bi-leaning or continuous, with rigid joints to the columns being avoided for lack of knowledge.
  • IPE-, HEA-, HEB-, U - but also welded composite profiles are used for common spans.
  • perforated beams or lattices may be required.
  • the metal sections of the beams may be partially coated to provide fire protection.
  • I-rolled sections as well as rectangular or circular tubes are suitable.
  • the I-sections can be completely or partially coated, only the space between the soles being then coated.
  • the hollow sections have the advantage of not requiring additional formwork during concreting. They are generally favored by architects and behave very well in the fire.
  • metal sections can be placed in the hollow sections.
  • shear connectors must be installed in the concentrated load introduction areas, and therefore at the floor level or just in below. Head studs or angles can be used for rolled sections.
  • headless bolts inserted through holes and welded to the surface of the section satisfy the tests and additionally ensure the spacing between the bars so as not to impede concreting.
  • the welding of these shear connectors requires time.
  • a cost-effective alternative is the nailing technique of shear connectors in the hollow column sections developed by Hilti. The laying is simple, very fast and the observed resistance is very high for a good ductility.
  • assemblies have been considered part of the pole and have not been considered in the overall analysis.
  • an assembly consists only of a part of the columns, beams, slabs, fasteners and sometimes stiffeners, its actual behavior can only be translated by considering it as a separate element from the structure to the structure. same as the beams and poles.
  • this allows more efficient constructions but on the other hand, the influence of the assemblies on the overall behavior is so important that the old methods considering the assemblies as perfect joints or perfect embeddings do not describe the real behavior semi-continuous assemblies.
  • assemblies must be defined according to three main characteristics:
  • the so-called component method is now everywhere considered the best method to describe the behavior of assemblies analytically.
  • the assembly is divided into logical parts exposed to internal forces.
  • the component method focuses on component spring deformations and internal forces.
  • large-scale test campaigns have been conducted in many countries to study the non-linear behavior of individual components and their assembly to obtain the nonlinear behavior of the assemblages formed of these components.
  • a reduced raven can be welded to the pole surface and support either the top or bottom sole.
  • Lower sole support requires raven fire protection. In cases where no false ceiling is used, the architect may refuse to use such unsightly elements.
  • the use of a crow for the upper sole is more difficult during construction, especially when a rigid joint is desired in the final state.
  • Mixed element is a structural element consisting of concrete and structural or cold-formed steel, connected by shear connectors in such a way that the longitudinal sliding between concrete and steel and the separation between them are limited.
  • Shear connection is a connection between the concrete and the metal components of a mixed element that presents sufficient strength and rigidity to allow these parts to be calculated as a single structural element.
  • Sliding is defined as the relative displacement between the two materials assembled in the interface layer along the axis of the beam.
  • the lifting between steel and concrete must be prevented by anchors (eg studs) or other elements capable of transferring tensile forces such as stirrups.
  • anchors eg studs
  • stirrups The overall behavior of a beam or slab constructed by positioning the shear connectors one behind the other is strongly influenced by these three characteristics.
  • the degree of connection to the shear of a beam, apart from the number of connectors is directly connected to the resistance of the single connector.
  • the shear interaction depends on the initial stiffness of the connectors used and their number.
  • the deformation capacity of the entire beam is also connected to that of the individual connector itself.
  • the degree of connection determines the ratio between the bearing capacity of the shear connection and that of the mixed section itself dominated by its weakest part (steel or concrete). Considering a perfectly plastic behavior, the degree of connection D depends on the relative importance of the resistances of the steel and the concrete and can be expressed by the given formula:
  • a zero slip can be obtained only by a very high degree of connection which depends on the connectors themselves. Therefore, increasing the degree of connection above 100% by adding shear connectors does not increase the resistance of the beam to the ultimate limit state but causes a reduction of the slip and the limit state deflection. on duty. However, care must be taken not to exceed the shear capacity of the concrete footings, which can lead to fragile ruin. Shear interaction (rigidity)
  • the shear connectors and their number determine whether the shear connection is complete (rigid, stiff) or incomplete (semi-rigid, weak, light) compared to the stiffness of the assembled elements (metal beam and concrete slab). Therefore, a clear definition between these two cases can not be given.
  • the ideally rigid interaction means that there is no relative displacement (slippage) between the elements at the shear interface. Since shear connectors act as parallel springs, an increase in the shear connection goes hand in hand with an increase in the shear interaction (slip reduction). An infinitely rigid interaction will only be possible for infinitely rigid connectors or for an infinite number of them (which is impracticable in practice). The term full interaction therefore means that the movements are small enough that their effects can be neglected.
  • D Shear type dependent factor (0.3 or 0.5). This formula shows that the code considers that a complete connection (100%) can be considered to correspond approximately to an infinitely steep shear interaction. Which means the construction of 2 to 2.5 floors per week. A concrete core containing lifts and stairs ensures horizontal stability of the building. Around this heart, slim-floor floors are on the very slender mixed posts of the facade. Thanks to the restraint provided by the semi-continuous assemblies (developed especially) between the floor beams and the tubular composite posts, the total thickness of the slab has been reduced to only 19cm. This resulted in a reduction in materials consumption, foundations and costs. Special calculations have been made at the serviceability limit state for vibrations and differential indentations between the external composite structure and the internal concrete core.
  • a further example of a mixed structure is a new car park in Innsbruck, Austria, which shows how technology leads to innovative solutions in terms of design, execution and construction.
  • the structural charges and the boundary conditions are explained quickly, the solution using an adequate structural system is explained.
  • the particularity is the 26cm slim-floor floor assembled semi-continuously to the mixed posts.
  • the maximum span of the composite floor beams is 10.58m.
  • Armored concrete is the result of the development of the metal frame. It increases the degree of safety and reduces earthquake damage. We chose mixed concrete for the following reasons:
  • Composition of the process of the reinforced concrete the posts and the assemblies.
  • the constitution of the poles it is a profiled tube manufactured from hot-rolled steel coils (E24, X42, X52, X60 and X80).
  • the tube is filled with concrete using a vibrator to ensure proper filling of the hollow tube.
  • the concrete is supported by horizontal nails inside the tubes to allow a better stability of the concrete in case of dilation of the metal tube.
  • a hollow tube is introduced into the concrete for the evacuation of excess pressure.
  • reinforcement coated with concrete is a possibility to increase its resistance to fire and erosion.
  • perforated plates are welded in order to fix the beams.
  • the assembly consists of three elements: the base part, the pressure disc and the fixing bolts.
  • the base piece is a hollow tube of diameter smaller than the post, the length of which is par, with respect to the post, to which is welded a disc called base disc of calculated thickness (according to the load) at mid distance. Shims are welded to the outside of the base piece tube to allow proper embedding and to ensure perfect verticalization of the upper and lower columns.
  • the basic disk The metal disk is pierced with 16 holes to immobilize the assembly and thus minimizes horizontal and vertical displacements.
  • the beams are fixed to the post by bolts on welded and pierced plates.
  • the metal disk plays the role of support beams and thus minimizes the risk of accident (falling beam).
  • the pressure disk is a hollow metal disk identical to the disk of the base piece that slides through the top of the pole (the central opening has the same diameter as the diameter of the post) until contact with the disc of the base piece. It acts as a distributor of inertial forces and acceleration forces evenly on the 16 bolts, on the vertical axis and on the two discs. It also limits the degree of freedom and therefore plays the role of bracing. Fixing bolts: these are HR bolts numbering 16 (if R + 5). The overall resistance of the node is up to 100 times greater than that of conventional nodes. The tests carried out with machines intended for the conventional concrete did not reach the breaking point (laboratory of technical control of public works of Kouba in Algiers).
  • Laminated walls are composite walls made of cement mortar, polystyrene, standard elements such as bricks or blocks, wire mesh or high strength plastic.
  • the brick or block wall is raised as standard.
  • Two pairs of lattices are arranged symmetrically on both sides of the wall.
  • the pair of lattices consists of a lower lattice cast in the lower slab and an upper lattice cast in the upper slab.
  • Concerning the filling by the (Walls Ext and Int) one proposes a type of the adaptable walls or invented process. Consisting of polystyrene plates with two grids (Ext-Int) filled with cement mortars in the (2) sides. The advantages of this technique are:
  • the two upper and lower lattices are deployed on the wall and are attached to each other on a covering surface of at least one third on both sides of the joint axis .
  • the join is done either by welding or by sewing, or by wire connection.
  • the lattice thus arranged is covered with a polystyrene lined cement coating. The latter allows the finishing of the wall and the polystyrene component provides an element of improvement of sound and heat insulation.

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Abstract

La présente invention a pour objet un nouveau système de construction en béton blindé, comprenant deux pièces métalliques ou couronnes de renforcement, soit carrée ou circulaire, percées sur les cόtes en fonction du nombre de boulons a fixer, ces couronnes de renforcement sont percées en leur centre permettant a un tube rond et métallique de différents diamètres de passer et s'emboîter dans un autre tube rond et métallique de diamètre légèrement supérieur en amont ou en aval. Ces tubes rond et métalliques constituent les piliers de l'ouvrage a bâtir. Ces deux couronnes de renforcement sont fixées par boulons en fonction de la charge et de l' importance de l'ouvrages, entre les deux couronnes peuvent être également fixes des éléments de charpente métallique.

Description

SYSTEME DE CONSTRUCTION EN BETON BLINDE D1ACIER
La présente invention a pour objet un nouveau système de construction en béton armé. Il existe deux méthodes les plus utilisées en construction à l'échelle mondiale: le béton armé et la charpente métallique. En références aux documents du CGS et du rapport de l'association française parasismique du 08 juillet 2003, faisant référence à la mauvaise tenue au séisme du béton armée, il est devenu évident que la construction en béton armée est inadaptée au zone sismique, et nécessite un soin particulier et un surdimensionnement .
En effet, le béton est constitué d'une armature de ferraille d'acier ordinaire enrobée de béton. L'acier est supposé donner un certain degré d'élasticité à l'élément ainsi fabriqué. Parmi les inconvénients du béton armé, on peut citer :
• ne résiste pas au séisme, peut provoquer de qrand nombre de victimes lors de séisme. Il nécessite un moulage manuel très encombrant. Il demande de grands délais de séchage et de prise pour passer d'un étage à un autre. Il ne se répare pas une fois cassée. Il nécessite un coût de mise en œuvre important et un temps de préparation important. Il nécessite de gros moyens humains et matériels et une consommation importante d'intrants, de ciment, de gravier, de sable etc. Avec des conséquences néfastes sur l'environnement. Il y a risque de fraude dans le mélange des agrégats. Il ne peut pas résister au phénomène de flambage, non-conformité à la mise en œuvre, ségrégation, zones sèches, risque fissuration au démoulage.
La structure en charpente métallique fait appel au profilé à chaud pour réaliser l'ossature du bâtiment. Il y a également les inconvénients de la Charpente métallique et on peut citer :
• Un coût élevé, un produit totalement importé non disponible localement, de gros moyens de levage, des moyens humains qualifiés, une sérieuse difficulté à l'assemblage, une transmission importante de vibration, une mauvaise isolation thermique et phonique, il ne résiste pas aux incendies, une vérification régulière et périodique des ancrages et boulons de fixation est nécessaire, un traitement de surfaces anticorrosion, elle est soumise aux phénomènes climatiques; elle subit une dilatation et fatigue thermique. Le phénomène de décapage du béton au niveau des liaisons est dû au différentiel de propagation des ondes vibratoires entre milieu ferreux et milieu béton. Ceci est visualisé par le tableau de propagation d'un type d'onde vibratoire, en l'occurrence les ondes sonores.
Figure imgf000003_0001
Donc il devient évident pour nous que la structure doit être en charpente métallique et que tout adjonction de béton doit être enfermé dans la structure métallique afin de permettre 1' évacuation des ondes rapides et de ne pas provoquer des phénomènes de concentration d' énergies dues aux différences d'impédances de passages d'un milieu à un autre. Afin de concrétiser les caractéristiques de la charpente métallique et de répondre à l'hypothèse que nous nous sommes fixé, nous avons étudié le tube en acier laminé à chaud formé à froid, disponible en grande quantité localement et à prix réduit. Les références d'acier L235, X42, et X52 suivant les normes internationales sont celles utilisées. De plus, les résultats de laboratoire pour les tests de fatigues L et T montre qu'après formage les pertes de caractéristiques sont inférieures à 2 %. La forme du profilé soudé augmente les caractéristiques en compression et en flexion. D'où un matériau de construction résistant, de poids raisonnable, facile à mettre en œuvre et disponible. Dans ce qui suit nous écrivons la structure du béton mixte. L'association de l'acier et du béton est la combinaison de matériaux de construction la plus fréquemment rencontrée tant dans les bâtiments que dans les ponts. Bien que de nature franchement différente, ces deux matériaux sont complémentaires:
• Le béton résiste en compression et l'acier en traction.
• Les éléments métalliques sont relativement élancés et sujets au voilement, le béton peut empêcher le voilement.
• Le béton assure à l'acier une protection contre la corrosion et une isolation thermique aux températures élevées.
• L'acier permet de rendre la structure ductile.
Le dimensionnement des structures de bâtiments et de ponts est dominé principalement par la réalisation et le support de surfaces horizontales. Dans les bâtiments, les planchers sont généralement réalisés en béton armé par des armatures en acier résistant à la traction. Cependant lorsque les portées augmentent, il est plus économique de supporter la dalle, par exemple par des poutres, plutôt que d'épaissir le plancher. Dans les structures de bâtiment, le grillage de poutres est soutenu à son tour par des poteaux. Les poutres et les poteaux peuvent être réalisés en utilisant des sections acier, généralement des profilés laminés en I et en H respectivement. Il était usuel de dimensionner l'ossature métallique pour reprendre seule l'ensemble des charges, mais depuis les années 1950, il est devenu de plus en plus courant de connecter les dalles de béton aux poutres les supportant à l'aide de moyens mécaniques. Ces derniers éliminent ou du moins réduisent le glissement à l'interface acier-béton de telle façon que la dalle et la poutre métallique agissent ensemble comme un élément unique, communément appelé "poutre mixte" . Pratiquement, la connexion est assurée par des goujons à tête ou d'autres connecteurs qui sont soudés ou fixés par pistolet à l'acier structurel et ceinturé par le béton. Les éléments mixtes que sont les poutres mixtes, les poteaux mixtes et les dalles mixtes avec tôle profilée sont utilisés depuis de nombreuses années. Des hypothèses simplificatrices sur l'interaction entre l'acier structurel et la dalle de béton ont permis de considérer la construction mixte comme une simple extension de la construction métallique. L'application de cette technologie ayant montré son efficacité, des projets de recherche à grande échelle ont démarré à l'échelle mondiale en vue d'améliorer les connaissances .
Un domaine de recherche concernait l ' interaction entre la poutre métallique et la dalle de béton. L'avantage d'une poutre mixte est évidemment de présenter une raideur et une résistance plus élevées que celles de son équivalent non mixte. Une première étape simplificatrice était de considérer l'interaction comme infiniment rigide, empêchant tout glissement entre les deux éléments. Cependant généralement, la voie la plus économique n'est pas la voie extrême mais la voie médiane, une connexion complètement rigide ne peut être réalisée pratiquement car elle requière un grand nombre de connecteurs et est donc d'un coût élevé. De même, ignorer complètement l'effet de la dalle conduit également à des coûts élevés et à une solution non économique. Aujourd'hui, de nombreuses études basées sur des essais et des simulations numériques apportent une justification sérieuse à la compréhension de l'interaction incomplète entre l'acier et le béton d'une poutre mixte.
Tout dimensionnement doit non seulement prendre en compte l'optimisation de la résistance aux charges, de la raideur et de la ductilité mais également les aspects architecturaux, économiques, de fabrication et d'utilisation des poutres, des dalles et des poteaux. Les structures mixtes permettent de nombreuses variations architecturales pour combiner les différents types d'éléments mixtes. En plus de réduire les dimensions des poutres, la construction mixte permet :
• des portées plus importantes, des dalles plus minces, des poteaux plus élancés et offre une grande flexibilité et de nombreuses possibilités lors de la conception.
• L'intérêt économique des structures mixtes provient de dimensions plus réduites (la rigidité plus élevée entraîne des flèches plus faibles, des portées plus grandes et des hauteurs totales plus faibles) et d'une construction plus rapide. Les rapports portée sur hauteur (l/h=35) des poutres sont faibles et peuvent présenter plusieurs avantages:
• La réduction des hauteurs permet de réduire la hauteur totale du bâtiment et permet dès lors une diminution de la surface de couverture
• Les portées plus grandes pour des hauteurs identiques (par rapport aux autres méthodes de construction) permettent de libérer des poteaux les pièces qui offrent alors plus de flexibilité
• Pour une même hauteur totale de bâtiment, celui-ci peut présenter plus d'étages.
Les structures mixtes sont simples à construire et présentent des temps de construction réduits: une économie de coûts suite à la réalisation plus rapide du bâtiment, des coûts de financement plus faibles, un prêt à l'emploi plus rapidement et donc revenu d'utilisation plus élevé. Les structures métalliques traditionnelles présentent des systèmes de protection au feu rapportés qui permettent d'isoler l'acier de la chaleur due à l'incendie. Les structures métalliques et mixtes actuelles peuvent présenter une résistance au feu en utilisant les principes des constructions en béton armé dans lesquelles le béton protège l'acier grâce à sa masse élevée et sa conductivité thermique relativement faible. Tout comme les planchers mixtes qui peuvent résister au feu, les poutres mixtes peuvent également être utilisées sans protection des semelles mais avec un enrobage de béton armé entre les semelles. Ce béton ne sert pas uniquement à maintenir des températures relativement basses dans la semelle supérieure et dans l'âme mais également à apporter de la résistance flexionnelle compensant la perte de résistance de la semelle inférieure portée à haute température.
Les structures mixtes s'adaptent aisément aux modifications susceptibles de se produire durant la vie d'un bâtiment. Cela est particulièrement le cas lorsque la dalle est en présence de structures en portiques. Il est alors toujours possible de créer une nouvelle cage d'escalier entre deux planchers en ajoutant simplement les poutres de renvoi nécessaires. Les évolutions récentes dans les technologies informatiques, de communication et d'information ont montré l'importance d'être capable de modifier rapidement l'organisation des équipements d'un bâtiment. De plus, dans les bâtiments commerciaux ou en copropriété, il doit être possible de modifier les équipements sans occasionner d'inconvénient aux autres occupants. Pour résoudre ces problèmes, les ingénieurs doivent choisir entre plusieurs solutions. Il y a généralement trois manières d'installer les équipements:
• dans les faux-plafonds
• dans un faux-plancher
• dans des caissons situés le long des murs
L'espace entre la retombée et la semelle inférieure d'une poutre mixte constitue une zone idéale dans laquelle les équipements peuvent être installés. Les planchers mixtes sont maintenant la solution privilégiée pour une grande variété de structures car ils offrent aux concepteurs et aux clients les avantages suivants: • Avant le bétonnage, la tôle profilée constitue une plateforme de travail sûre et qui permet d'accélérer le processus de construction d'autres éléments.
La tôle profilée porte de poutre à poutre et sert de coffrage permanent au béton tel que généralement des étais provisoires ne sont pas nécessaires. La tôle profilée est également une barrière efficace à la vapeur. La retombée de la poutre reste propre après le bétonnage et l'utilisation de tôles peintes peut donner un bon aspect au plafond mais la peinture peut causer des difficultés en cas de soudage des goujons à travers la tôle. La section d'acier du profilé métallique est généralement suffisante pour résister au moment de flexion positif. Des armatures supplémentaires peuvent être présentes dans la dalle pour résister au retrait, aux mouvements dus à la température ou afin d'assurer une continuité aux appuis (moment négatifs). L'action mixte est obtenue grâce à la forme du profil ou à l'aide de moyens mécaniques tel que des indentations ou un bossage de la tôle profilée.
Les tôles profilées combinant une rigidité élevée et un faible poids rendent aisé le transport et le stockage du matériel sur chantier. Un camion est souvent capable de transporter jusqu'à 1500m2 de plancher. Une équipe de quatre hommes peut installer 400m2 de plancher par jour. Les panneaux sont légers et sont des éléments préfabriqués qui peuvent être aisément transportés et installés par deux ou trois hommes. Les éléments métalliques des structures mixtes sont fabriqués et contrôlés en usine. Elles permettent l'établissement de procédures de qualités strictes qui diminuent l'incertitude liée au travail sur chantier. Le résultat en est une précision de construction plus élevée. Comparaison avec d'autres méthodes. Pour pouvoir user des effets de synergie et profiter des avantages disponibles possibles, il est nécessaire d'utiliser des éléments mixtes, les éléments mixtes présentant une rigidité et une capacité de charge plus grandes qu'un élément métallique présentant les mêmes dimensions. Une poutre mixte avec deux types de poutres métalliques sans connexion de cisaillement dans la dalle de béton. La capacité de charge est sensiblement identique mais les différences de rigidités et de hauteur totale sont clairement mises en évidence.
Généralement, les dimensions des sections d'éléments mixtes sont bien inférieures à celles des éléments correspondant en béton armé ou en acier seul. Généralement deux méthodes opposées de construction sont utilisées, chacune présente ses avantages et ses inconvénients qu'il est utile de mentionner. La méthode de construction conventionnelle en béton permet une grande variété de style et de formes, elle est simple à mettre en œuvre sur chantier et offre une résistance thermique, une isolation phonique et une résistance contre les agents chimiques agressifs. Cependant, le poids propre est élevé en regard de la résistance, le coffrage et le durcissement du béton demandent un temps important. De plus, comme le béton est incapable de résister à la traction, la mise en place d'armatures est nécessaire, ce qui allonge encore le temps de construction.
L'avantage principal de la construction métallique est sa grande capacité portante pour un faible poids . La fabrication pouvant se dérouler indépendamment des conditions météorologiques, l'érection qui suit est très simple et se réalise avec des tolérances faibles. La résistance au feu des structures métalliques peut causer problème. Cette difficulté peut seulement être résolue en utilisant des sections plus importantes ou à l'aide de mesures de prévention coûteuses. La nécessité de disposer de travailleurs mieux formés doit être également mentionnée à décharge de la construction métallique. La comparaison de ces deux méthodes montre que leur combinaison est la voie la plus économique. En plus de présenter les avantages de chacune de ces méthodes, d'autres avantages peuvent apparaître. Ainsi par exemple, les éléments mixtes peuvent présenter des capacités de charge plus élevées que des éléments métalliques ou en béton armé. La rigidité et la redistribution plastique peuvent également être augmentées en combinant l'acier et le béton. D'une part, cela permet de tirer parti des réserves plastiques de la structure et de l'autre de réduire les facteurs de sécurité grâce à la ductilité inhérente aux modes de ruine des structures mixtes.
Parlant ici de construction mixte, il est important de signaler que dans beaucoup de cas, ce sont des technologies de construction mélangées qui constituent les solutions les efficaces. Le terme mixte décrit seulement l'interaction de deux matériaux dans un même élément constructif (par exemple un poteau tubulaire métallique rempli de béton) alors que les technologies de constructions mélangées se rapportent à la combinaison d'éléments constructifs réalisés selon différentes méthodes de construction (par exemple un poteau en béton utilisé conjointement avec une poutre mixte et une dalle préfabriquée) . Réaliser une structure mixte de manière économique peut se faire suivant les opérations suivantes:
• Tout d'abord, l'ossature métallique contreventée ou non est érigée. Si des tubes creux sont utilisés pour les poteaux, les cages d'armatures peuvent déjà être positionnées en atelier.
• Tous les corbeaux, ailettes et goujons (boulons sans têtes ou clous tirés au pistolet) assurant le transfert d'efforts entre l'acier et le béton doivent être préparés en atelier pour accélérer l'érection sur chantier qui demande une planification détaillée. Après avoir positionné les poteaux, les poutres métalliques sont simplement appuyées entre elles.
• Les éléments en béton armé ou la tôle profilée sont disposées entre les poutres servant à la fois de coffrage et de plateforme de travail. Finalement, lors du bétonnage en une même phase des dalles et des poteaux, la rigidité et la résistance des poteaux et des poutres augmentent et les assemblages cessent d'être des rotules pour devenir semi-rigides.
Les dalles portent entre des poutres qui s'appuient sur des poteaux. Le plancher est donc constitué des poutres de plancher et de la dalle. Les paragraphes suivants présentent des éléments de construction individuels utilisés fréquemment en construction mixte ou en technologie de constructions mélangées. Les dalles en béton armé, suivant la complexité de la forme du plancher, de la planification et des capacités de préfabrication en atelier, des dalles en béton armé peuvent être fabriquées : sur site en utilisant des coffrages, en utilisant des éléments partiellement préfabriqués, en utilisant des éléments entièrement préfabriqués
Pour ces différentes possibilités, il est possible d'utiliser du béton normal ou léger. Pour des dalles entièrement préfabriquées, il faut prêter attention que seule le peu de béton coulé entre les interstices pourra agir de manière mixte avec les poutres.
Ces dernières années, des dalles précontraintes ont souvent été utilisées pour de grandes portées entre poutres métalliques. Originellement, ces éléments étaient destinés à être utilisés entre des supports rigides tels que des murs raides en béton. Il faut donc être conscient des problèmes auxquelles on est confronté en augmentant le domaine d'application de ces dalles:
• des appuis flexibles comme les poutres (acier, béton ou mixte) mènent à de la flexion transversale
• L'action mixte non souhaitée mène à des contraintes de cisaillement transversal.
• L' échauffement local des semelles de poutres servant d'appui peut provoquer la rupture des ancrages et réduire la résistance au cisaillement des nervures de béton
• Une attention particulière doit être prêtée aux déformations thermiques différentielles à proximité des extrémités • Des restreintes non souhaitées pourraient nécessiter l'usage d'armatures dans la couche supérieure
• L'influence des flèches de poutre sur la rupture des dalles est fortement réduite lorsque les poutres présentent une préflèche - pour redevenir droites sous le poids propre des dalles- et lorsque les critères communs de flèches des structures métalliques sont respectés. Utiliser une couche de caoutchouc intermédiaire entre les dalles et le plat de la semelle inférieure est une règle de bonne pratique. Les remplissages de béton des alvéoles d'extrémité ont un effet favorable sur la résistance au cisaillement. Cependant, la flexion est toujours le critère dimensionnant pour les dalles précontraintes usuelles A la fois des tôles profilées trapézoïdales conventionnelles et des tôles propres aux planchers mixtes sont utilisées. S'il n'y a pas moyen d'assurer une action mixte, les profilés acier reprennent l'ensemble de la charge verticale (tôles profilées de grande hauteur; le béton entre les nervures servant uniquement à la répartition des charges) ou ils sont uniquement utilisés comme coffrage perdu en négligeant la contribution qu'ils pourraient apporter à l'état final. Ces deux extrêmes mènent à une utilisation non économique des deux matériaux.
Dans les dalles mixtes, plusieurs possibilités existent pour assurer une liaison entre l'acier et le béton:
• La liaison chimique fragile et peu fiable, dès lors, elle ne doit pas être considérée dans les calculs
• La liaison de frottement, incapable de transférer des efforts de cisaillement important.
• La liaison mécanique assurée par un bossage de la tôle profilée.
• La liaison par ancrage d'extrémité tel que des boulons à tête, des cornières ou des déformations d'extrémité de la tôle, elle entraine une introduction de charge très localisée à l'extrémité et donc une augmentation soudaine de la résistance métallique seule à la résistance mixte. Les poutres supportant les dalles et amenant les charges aux poteaux sont le deuxième élément du plancher. Dépendant de la disposition des poutres, les dalles portent dès lors dans une seule direction. Suivant la philosophie de structures mélangeant plusieurs technologies, ces poutres peuvent êtres métalliques, en béton, mixtes ou même faites d'autres matériaux ou de leurs combinaisons. Dans ce qui suit, seul les poutres de plancher mixtes seront traitées en détail.
Par l'intermédiaire des connecteurs de cisaillement, le béton de la dalle est comprimé dans les zones de flexion positive de la poutre. Les goujons à tête sont les plus utilisés en pratique. Ils présentent l'avantage de combiner une rigidité relativement élevée avec une grande capacité de déformation. Dès lors, par rapport à des cales, les goujons à tête peuvent être disposés avec un espacement suffisant qui facilite grandement leur utilisation. Leur inconvénient est lié au problème de soudabilité, particulièrement lors de l'utilisation de tôles galvanisées ou de semelles de poutres peintes mais également en présence d'eau entre la tôle profilée et la semelle.
La grande rigidité et capacité portante des poutres mixtes permettent la construction de très grandes pièces libres de tout poteau pour un poids de construction limité. Jusqu'à aujourd'hui, les poutres mixtes ont été construites comme bi- appuyées ou continues, les assemblages rigides aux poteaux ayant été évités par manque de connaissance. Pour les parties métalliques, des IPE-, HEA-, HEB-, des U - mais également des profilés reconstitués soudés sont utilisés pour les portées communes. Pour un espacement de poteaux encore plus grand, des poutres ajourées ou des treillis peuvent être nécessaires. Dans certains cas, les sections métalliques des poutres peuvent être partiellement enrobées pour leur assurer une protection au feu. • La technologie "slim-floor", Où les poutres sont complètement intégrées aux planchers a entraîné une véritable explosion de l'utilisation de la construction mixte dans les pays Scandinaves. Elle permet de disposer d'un plafond plat sans devoir descendre en dessous des poutres. Les systèmes "slim- floor" présentent les mêmes avantages que les dalles en béton conventionnelles en évitant cependant les problèmes bien connus de poinçonnement au sommet des poteaux. L'utilisation conjointe de planchers "slim-floor" et de poteaux creux semble promise à un grand avenir.
A côté de la possibilité de réaliser des poteaux métalliques ou en béton uniquement, la capacité portante des poteaux mixtes est largement dominée par la partie métallique de ceux-ci. Les poteaux mixtes sont généralement utilisés en présence d'efforts normaux élevés et d'un souhait de sections de faibles dimensions. Comme les poteaux mixtes peuvent être préfabriqués ou préparés en atelier, le temps de construction peut être fortement réduit par rapport à la construction sur place en béton armé. L'avantage principal des poteaux mixtes par rapport aux poteaux métalliques est la grande résistance au feu de ceux- ci sans la mise en oeuvre de mesures préventives.
Pour les sections métalliques, des profilés laminés en I aussi bien que des tubes rectangulaires ou circulaires conviennent. Les profilés en I peuvent être complètement ou partiellement enrobés, seul l'espace entre les semelles étant alors enrobé. Les sections creuses présentent l'avantage de ne pas nécessiter de coffrage supplémentaire lors du bétonnage. Elles ont généralement la faveur des architectes et se comportent très bien au feu. Pour des charges très élevées, des sections métalliques peuvent être placées dans les sections creuses. Pour assurer une action mixte suffisante entre les parties métalliques et en béton, des connecteurs de cisaillement doivent être installés dans les zones d'introduction de charges concentrées, et donc au niveau des planchers ou juste en dessous. Des goujons à tête ou des cornières peuvent être utilisés pour des sections laminées. Pour des poteaux à section creuse, des boulons sans tête introduits au travers de trous et soudés à la surface de la section satisfont aux tests et assurent en plus l'espacement entre les barres afin de ne pas gêner le bétonnage. Cependant, la soudure de ces connecteurs de cisaillement nécessite du temps. Une alternative économique est la technique du clouage de connecteurs de cisaillement dans les sections de poteaux creux développée par Hilti. La pose est simple, très rapide et la résistance observée est très élevée en pour une bonne ductilité.
Traditionnellement, les assemblages ont été considérés comme faisant partie du poteau et n'ont pas été pris en compte dans l'analyse globale. Bien qu'un assemblage soit seulement constitué d'une partie des poteaux, des poutres, des dalles, d'éléments d'attache et parfois de raidisseurs, son comportement réel peut seulement être traduit en le considérant comme un élément séparé de la structure au même titre que les poutres et les poteaux. D'une part, cela permet des constructions plus efficientes mais d'autre part, l'influence des assemblages sur le comportement global est tellement importante que les anciennes méthodes considérant les assemblages comme des rotules parfaites ou des encastrements parfaits ne décrivent pas le comportement réel des assemblages semi-continus. Selon cette approche, les assemblages doivent être définis suivant les trois caractéristiques principales suivantes :
• rigidité: Un assemblage présentant une rigidité de rotation très faible et qui dès lors ne reprend aucun moment de flexion est une rotule. Un assemblage rigide est un assemblage dont la rigidité est plus ou moins infinie et donc tel qu'il assure une continuité parfaite. Entre ces deux extrêmes, les assemblages sont dits semi-rigides. • moment résistant: Au contraire d'une rotule, un assemblage dont la résistance ultime est plus grande que celle des éléments qu'il assemble est un assemblage parfaitement résistant. De nouveau, un assemblage partiellement résistant est le cas intermédiaire entre ces deux extrêmes. Pour simplifier, le terme "résistance" sera utilisé dans ce qui suit pour qualifier la valeur de la résistance ultime.
• capacité de rotation (ductilité) : Un comportement fragile est caractérisé par une rupture pour une faible rotation, généralement sans déformation plastique. Un comportement ductile est lui caractérisé par une non-linéarité marquée de la courbe moment-rotation et un plateau important qui précède la ruine et qui indique généralement la présence de déformations plastiques. Le coefficient de ductilité est le rapport entre la rotation ultime et la rotation élastique. Les assemblages semi-ductiles sont situés à nouveau entre ces deux extrêmes.
Le nombre de paramètres influençant le comportement des assemblages est trop grand pour pouvoir étudier ceux-ci à échelle réelle. Dès lors, la méthode dite des composantes est maintenant partout considérée comme la meilleure méthode pour décrire le comportement des assemblages de manière analytique. Au contraire de la méthode des éléments finis (FEM) , qui échoue souvent pour prendre en compte les problèmes d'introduction de charges local, l'assemblage est ici divisé en parties logiques exposée à des efforts intérieurs. De la même manière que la FEM pour les déformations et les contraintes, la méthode des composantes s'attache aux déformations et efforts intérieurs de ressorts de composante. Ces dernières années, des campagnes d'essais à grande échelle ont été réalisées dans de nombreux pays pour étudier le comportement non linéaire des composantes individuelles et leur assemblage pour obtenir le comportement non-linéaire des assemblages formés de ces composantes. De plus, comme le transfert des efforts de cisaillement verticaux est difficile dans les assemblages entre poutres et poteaux à section creuse, l'accès à l'intérieur des poteaux y étant impossible, de nombreux efforts ont été entrepris pour développer des assemblages présentant une capacité portante de cisaillement suffisante et pouvant être préparés en atelier ou aisément mis en place sur chantier. Le problème se complique suite à l'excentricité des charges dues aux tolérances et à la minceur des parois métalliques.
Un corbeau réduit peut être soudé à la surface du poteau et supporter soit la semelle supérieure ou inférieure. Le support de la semelle inférieure nécessite une protection au feu du corbeau. Dans les cas où aucun faux-plafond n'est utilisé, l'architecte pourra refuser d'utiliser des éléments si peu esthétiques. L'utilisation d'un corbeau pour la semelle supérieure s'avère plus difficile lors de la construction, particulièrement lorsqu'un assemblage rigide est souhaité à l'état final.
Pour résumer, il faut souligner que la méthode de construction la plus économique est de commencer avec des poutres métalliques (étayées ou non) simplement appuyées entre les poteaux. En plaçant des plaques de contact et des armatures, on obtiendra très simplement des assemblages semi-continus après le durcissement du béton. Comme certains termes en construction mixte sont souvent utilisés dans un contexte erroné, ce qui mène à des incompréhensions, il est utile de définir les termes suivants:
• Elément mixte est un élément structurel comprenant du béton et de l'acier de construction ou profilé à froid, relié par des connecteurs de cisaillement de telle façon que le glissement longitudinal entre le béton et l'acier et la séparation entre ceux-ci soient limités.
• Connexion au cisaillement est une connexion entre le béton et les composantes métalliques d'un élément mixte qui présente suffisamment de résistance et de rigidité pour permettre de calculer ces parties comme un élément structurel unique.
• La poutre mixte, élément mixte soumis principalement à de la flexion Poteau mixte. Elément mixte soumis principalement à de la compression ou à de la compression et de la flexion
• La dalle mixte, élément mixte à deux dimensions horizontal soumis principalement à de la flexion dans lequel la tôle profilée. Elle est utilisée comme coffrage permanent capable de supporter le béton frais, les armatures et les charges de chantier
Elle constitue ensuite une partie ou l'entièreté de l'armature de traction de la dalle en se combinant structurellement au béton durci
• Ossature mixte, ossature dans laquelle certains des éléments sont des éléments mixtes, la plupart des autres éléments étant métalliques Assemblage mixte.
• Les assemblages entre éléments mixtes dans lequel les armatures sont destinées à contribuer à la résistance et à la rigidité de l'assemblage, comportement cisaillement-glissement d'un connecteur unique. Abandonnant les anciennes méthodes considérant qu'un élément (connecteur, assemblage,...) est soit rigide ou complètement articulé, complètement ductile ou fragile, la relation idéalisée entre l'effort de cisaillement et le déplacement d'un connecteur est liée à trois caractéristiques dominantes: La rigidité initiale, la résistance (capacité de cisaillement) , la capacité de déformation.
Le glissement est défini comme le déplacement relatif entre les deux matériaux assemblés dans la couche d'interface suivant l'axe de la poutre. Le soulèvement entre l'acier et le béton doit être empêché par des ancrages (par exemple des goujons à tête) ou d'autres éléments capable de transférer des efforts de traction tel que des étriers. Le comportement global d'une poutre ou d'une dalle construite en positionnant les connecteurs de cisaillement l'un derrière l'autre est fortement influencé par ces trois caractéristiques. Ainsi le degré de connexion au cisaillement d'une poutre, mis à part le nombre de connecteurs, est relié directement à la résistance du seul connecteur. L'interaction au cisaillement dépend de la rigidité initiale des connecteurs utilisés et de leur nombre. La capacité de déformation de la poutre entière est également reliée à celui du connecteur individuel lui-même. Le degré de connexion détermine le rapport entre la capacité portante de la connexion au cisaillement et celle de la section mixte elle-même dominée par sa partie la plus faible (soit l'acier ou le béton). Considérant un comportement parfaitement plastique, le degré de connexion D dépend de l'importance relative des résistances de l'acier et du béton et peut être exprimé par la formule donnée :
N,,Rd
V =
^Rd béton
N1JU η =
** Rd, acier avec NιJU Zj TRd,, nombre de connecteurs
Un degré de connexion nul (D=O) signifie que les deux sections agissent de manière complètement séparée. Tandis qu'une connexion complète (D>100%) signifie que la connexion au cisaillement assurée par les goujons est suffisante pour assurer une ruine de la section elle-même (plastification de toutes les couches). Entre ces deux extrêmes, il s'agit d'une connexion partielle (0<D<100%) , ce qui constitue généralement un optimum d'utilisation des matériaux et de coût. En connexion partielle, la capacité portante de la poutre est limitée par la ruine de la connexion au cisaillement. II faut remarquer que la connexion partielle n'est permise dans l'EC4 que si les conditions suivantes sont respectées: connecteurs de cisaillement ductiles, chargement statique, moments positifs, portée limitée. Il faut remarquer qu'une connexion complète ne signifie pas qu'il n'y ait pas de glissement à l'interface. Un glissement nul ne peut être obtenu que par un degré de connexion très élevé qui dépend des connecteurs eux-mêmes. Dès lors, augmenter le degré de connexion au-dessus de 100% en ajoutant des connecteurs de cisaillement n'augmente pas la résistance de la poutre à l'état limite ultime mais amène une réduction du glissement et de la flèche à d' état limite de service. Cependant, il faut prêter attention à ne pas dépasser la capacité en cisaillement des semelles de béton, ce qui peut conduire à une ruine fragile. Interaction au cisaillement (rigidité)
Les connecteurs de cisaillement et leur nombre déterminent si la connexion au cisaillement est complète (rigide, raide) ou incomplète (semi-rigide, faible, légère) par comparaison à la rigidité des éléments assemblés (poutre métallique et dalle béton) . Dès lors, une définition claire entre ces deux cas ne peut être donnée. L'interaction idéalement rigide signifie qu'il n'y a pas de déplacement relatif (glissement) entre les éléments au niveau de l'interface de cisaillement. Comme les connecteurs de cisaillement agissent comme des ressorts parallèles, une augmentation de la connexion au cisaillement va de pair avec une augmentation de l'interaction au cisaillement (réduction du glissement) . Une interaction infiniment rigide sera uniquement possible pour des connecteurs infiniment rigides ou pour un nombre infini de ceux-ci (ce qui est irréalisable en pratique) . Le terme interaction complète signifie donc que les déplacements sont suffisamment petits pour que leurs effets puissent être négligés. Dès lors, pour une interaction incomplète, terme lié à l'état limite de service, les déplacements relatifs au niveau des connecteurs doivent être pris en compte pas un saut dans la distribution des déformations. L'hypothèse de Bernoulli considérant les sections droites comme planes à l'état déformé est alors uniquement valable individuellement pour les deux parties de la section mais plus pour la section mixte toute entière.
Pour une interaction incomplète, le glissement est accompagné d'une augmentation de la flèche à mi-portée par rapport à une poutre présentant une connexion au cisaillement infiniment rigide. Dans l'EC4 [6], cet effet est pris en compte de manière approximative à l'aide d'une interpolation linéaire dépendant du degré de connexion: i
Figure imgf000021_0001
avec Da flèche de la poutre métallique seule
Dc flèche de la poutre mixte en considérant une connexion au cisaillement infiniment rigide D Degré de connexion au cisaillement
D Facteur dépendant du type de cisaillement (0,3 ou 0,5). Cette formule montre que le code considère qu'une connexion complète (100%) peut être considérée comme correspondant environ à une interaction au cisaillement infiniment raide. Ce qui signifie la construction de 2 à 2,5 étages par semaine. Un cœur en béton contenant les ascenseurs et les escaliers assure la stabilité horizontale du bâtiment. Autour de ce cœur, des planchers slim- floor portent sur les poteaux mixtes très élancés de la façade. Grâce à la restreinte amenée par les assemblages semi-continus (développés spécialement) entre les poutres de plancher et les poteaux mixtes tubulaires, l'épaisseur totale de la dalle a été réduite à seulement 19cm. Cela a donné lieu à une réduction de la consommation de matériaux, des fondations et des coûts. Des calculs particuliers ont été réalisés à l'état limite de service pour les vibrations et les retraits différentiels entre la structure mixte externe et le cœur de béton interne. Les nombreuses études initiales nécessaires pour réaliser un projet aussi novateur mises à part, l'enthousiasme des concepteurs, des architectes, de l'entrepreneur et du propriétaire du bâtiment a été énorme et permet d'attendre beaucoup du futur. C'est un exemple typique de bâtiment mélangeant plusieurs technologies. Le cœur intérieur en béton reprend les efforts horizontaux et a été construit à raison de
3m par semaine. Les poteaux mixtes et les dalles l'entourant ont été construits presque au même rythme, ce qui a permis une construction très rapide.
Un exemple supplémentaire de structure mixte est un nouveau parking à Innsbruck (Autriche) qui montre comment la technologie conduit à des solutions innovantes tant au niveau de la conception que de l'exécution et de la construction. Les impositions structurelles et les conditions limites sont expliquées rapidement, la solution utilisant un système structural adéquat est expliquée. La particularité est le plancher slim-floor de 26cm assemblé de manière semi-continue aux poteaux mixtes. La portée maximale des poutres de plancher mixte est de 10,58m. Une autre particularité du bâtiment est le cantilever de 4,8m et les poteaux très minces (poteaux mixtes: 0=355 mm) . Ce bâtiment est un exemple de simplification du processus d'érection. En utilisant des poteaux sur 2 étages et des dalles partiellement préfabriqués, le temps d'érection a pu être diminué.
Le développement nouveau conçu par groupe de béton blindé (GBB) , de nombreuses recherches partout en Europe ont amélioré les systèmes existants de construction mixte et ont mené au développement de nouvelles technologies comme les planchers slim-floor avec des assemblages semi continus des poteaux, de nouveaux profilés métalliques ou des systèmes minimisant les temps d'érection et d'assemblage. Nous avons conçu un nouveau système d'assemblage des poteaux améliorant de façon significative la résistance des nœuds et minimisant également les temps d'érection et d'assemblage. En voici la description du Système décrit sous le terme provisoire de béton blindé.
Le béton blindé est le résultat du développement de la charpente métallique. Elle augmente le degré de sécurité et réduit les dégâts des séismes. Nous avons choisi le béton mixte pour les raisons suivantes :
1- Diffusion des contraintes sismiques d'où une augmentation du degré de sécurité sismique du bâtiment
2- Protection du béton de l'éclatement par l'onde sismique,
3- Augmentation de la résistance du poteau de 250 kg/cm2 pour les constructions actuelles en béton à 2400-5200 kg/cm2
4- Facilitation de la pose et du montage
5- Assurance d'un faible coût économique de la construction
6- Diminution du poids de la structure de 1/6.
7- Amélioration de la e résistance du bâtiment aux vents (inconvénient de la charpente métallique pure) .
8- De son homologation en Europe sous le l'appellation EUROCODE 4.
9- de sa conformité aux normes Française 11-391.
Composition du procédé du béton blindé : les poteaux et les assemblages. La Constitution des poteaux : c'est un tube profilé fabriqué à partir de bobines d'acier laminées à chaud (E24, X42, X52, X60 et X80) .
Le tube est rempli de béton à l'aide d'un vibreur pour garantir un remplissage adéquat du tube creux. Par ailleurs le béton est soutenu par des clous horizontaux à l' intérieur des tubes pour permettre une meilleure stabilité du béton en cas de dilatation du tube métallique.
Un tube creux est introduit dans le béton pour l'évacuation d'excès de pression.
Le rajout de ferraillage enrobé de béton est une éventualité pour augmenter sa résistance au feu et à l'érosion.
Au niveau des extrémités inférieur des tubes, des plaques perforées sont soudées afin de permettre de fixer les poutrelles .
L'assemblage est constitué de trois éléments: de la pièce de base, du disque de pression et des boulons de fixation. La pièce de base est un tube creux de diamètre inférieur au poteau, dont la longueur est de Η, par rapport au poteau, auquel on soude un disque appelé disque de base d'épaisseur calculée (suivant la charge) à mi distance. Des cales sont soudées à l'extérieur du tube de la pièce de base afin de permettre un encastrement adéquat et afin de garantir une verticalisation parfaite des poteaux supérieur et inférieur. Le disque de base Le disque métallique est percé de 16 orifices permettant d' immobiliser le l' assemblage et minimise ainsi les déplacements horizontaux et verticaux.
De l'autre coté, les poutres sont fixées au poteau par des boulons sur des plaques soudées et percées. Par ailleurs, le disque métallique joue le rôle de support des poutrelles et minimise ainsi le risque d'accident (chute de poutrelle).
Le disque de pression est un disque métallique creux identique au disque de la pièce de base qu'on glisse par le haut du poteau (l'ouverture centrale est de diamètre identique au diamètre du poteau) jusqu'au contact du disque de la pièce de base. Il joue le rôle de distributeur des forces d'inertie et des forces d'accélération de façon égale sur les 16 boulons, sur l'axe vertical et sur le deux disques. Il limite par ailleurs le degré de liberté et joue donc le rôle de contreventement . Les boulons de fixation: ce sont des boulons HR au nombre de 16 (si R+5) . La résistance globale du nœud est jusqu'à 100 fois supérieure au moins par rapport aux nœuds classiques. Les tests effectués avec des machines destinées au béton classique ne sont pas arrivés au point de rupture (laboratoire de contrôle technique des travaux publics de Kouba à Alger) .
Les murs feuilletés sont des murs composites constitués de mortier de ciment, de polystyrène, d'éléments standard tels que des briques ou des parpaings, de treillis métallique ou en plastique de haute résistance. Le mur de brique ou de parpaing est élevé de façon standard. Deux paires de treillis sont disposées symétriquement de part et d'autre du mur.
D'un même coté, la paire de treillis est constituée d'un treillis inférieur coulé dans la dalle inférieur et d'un treillis supérieur coulé dans la dalle supérieur. Concernant le remplissage par les (murs Ext et Int) on propose un type des murs adaptable ou procédé inventé. Constitué par des plaques en polystyrène avec deux nappes de grillages (Ext-Int) remplie en mortiers de ciment dans les (2) cotés. Les avantages de cette technique sont les suivantes :
• L'obtention d'une ossature homogène grâce à la jonction des éléments de la structure et les murs proposés et cela pour assurer la solidarisation de cette ossature (homogène) contre toutes les sollicitations et d'éviter l' effondrent Total et partiel des parois. La diminution de la masse par mètre carré des murs (Ext-Int) . Facilité de la réalisation des parois proposées. Le type proposé offre une isolation thermique Idéale.
Augmentation de l'Isolation phonique.
Introduction de la technique des fibres pour la réalisation des parois. Une réduction importante dans le coût de revient du mètre carré. Lorsque le mur est érigé, les deux treillis supérieur et inférieur sont déployé sur le mur et sont rattaché l'un a l'autre sur une surface de recouvrement d'au moins un tiers de part et d'autre de l'axe de jointure. Le jointure se fait soit par soudure soit par couture, soit par liaison filaire. Le treillis ainsi disposé est recouvert d'un enduit en ciment allégé au polystyrène. Ce dernier permet la finition du mur et le composant polystyrène apporte un élément d'amélioration d'isolation phonique et thermique.

Claims

Revendications
1. Système de construction en béton blindé, comprenant deux pièces métalliques ou couronnes de renforcement, soit carré ou circulaire, percées sur les côtés en fonction du nombre de boulons à fixer, ces couronnes de renforcement sont percées en leur centre permettant à un tube rond et métallique de différents diamètres de passer et s' emboîter dans un autre tube rond et métallique de diamètre légèrement supérieur en amont ou en aval. Ces tubes ronds et métalliques constituent les piliers de l'ouvrage à bâtir. Ces deux couronnes de renforcement sont fixées par boulons en fonction de la charge et de l' importance de l'ouvrage, entre les deux couronnes peuvent être également fixés des éléments de charpente métallique.
2. Système de construction en béton blindé, selon la revendication 1 caractérisé en ce que deux pièces métalliques ou couronnes de renforcement sont des éléments de liaison.
3. Système de construction en béton blindé, selon la revendication 1 caractérisé en ce que deux pièces métalliques ou couronnes de renforcement sont percées sur les côtés en fonction du nombre de boulons à fixer.
4. Système de construction en béton blindé, selon la revendication 1 caractérisé en ce que deux pièces métalliques ou couronnes de renforcement sont percées en leur centre permettant à un tube rond et métallique de différents diamètres de passer et s'emboiter dans un autre tube rond et métallique de diamètre légèrement supérieur en amont ou en aval.
5. Système de construction en béton blindé, selon la revendication 1 caractérisé en ce qu' entre les deux couronnes peuvent être également fixés des éléments de charpente métallique.
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