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Conception Mieux connaître les assemblages
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Conception Mieux connaître les assemblages

JULIEN BEIDELER |  le 27/10/2006  |  ArchitectureRéalisationsParisInternationalEurope

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Soudure ou boulonnage, le rôle de l’assemblage est immuable : restituer la continuité de la structure mécaniquement et esthétiquement. Pourtant, avec l’entrée en vigueur des Eurocodes, leur conception pourrait évoluer. C’est en tout cas le sentiment d’Ivor Ryan, spécialiste des assemblages autres que soudés au centre technique industriel de la construction métallique (CTICM) : « Les Eurocodes vont forcer les concepteurs à s’interroger, non plus sur l’assemblage en tant que tel, mais sur son influence sur le comportement global de la structure. Et ceci dans le respect des performances définies par le maître d’ouvrage en termes de durabilité, d’usage… Il faudra désormais justifier ses choix. »

C’est une responsabilité supplémentaire pour les concepteurs de construction métallique qui pourront cependant compter sur une meilleure connaissance du comportement des assemblages. Une connaissance que les chercheurs n’ont de cesse d’affiner.

Schématiquement, si l’on parlait hier d’encastrement et d’articulation, on parle aujourd’hui d’assemblages rigides, articulés et semi-rigides. « L’étude du comportement des assemblages dits semi-rigides est une voie de recherche importante, précise Ivor Ryan. Grâce aux outils et aux méthodes de calcul modernes, nous pouvons nous intéresser à la non-linéarité du comportement des assemblages. Nous pouvons explorer le domaine de l’élastoplastique. »

Essais cycliques. Pour étayer leurs études, les chercheurs ont toujours recours aux essais : des essais statiques mais aussi, de plus en plus souvent, des essais cycliques pour simuler le comportement en conditions sismiques. A ce sujet, le guide des dispositions constructives parasismiques (de l’Association française du génie parasismique, aux Presses de l’ENPC) est riche de conseils.

Quelques exemples : dans le cas d’assemblages soudés, il est recommandé d’utiliser des électrodes avec enrobage basique pour les structures à haute ductilité. Les caractéristiques mécaniques des soudures doivent être au moins aussi performantes que le métal de base, qu’il s’agisse de limite d’élasticité, de résistance ultime en traction, d’allongement à la rupture, voire de résilience.

Quant aux assemblages boulonnés, les concepteurs doivent faire en sorte de privilégier les comportements ductiles. Les assemblages qui intègrent des percements surdimensionnés par rapport au diamètre des boulons ou des trous oblongs sont à éviter.

Simplifier la mise en œuvre. Pratique, le guide des dispositions constructives parasismiques propose un catalogue d’assemblages, testés en laboratoire et issus des recommandations FEMA 350 de juin 2000, ainsi que diverses aides, comme le choix des assemblages en fonction des classes de ductilité. « L’assemblage coûte cher, explique Ivor Ryan. Il nécessite de la main-d’œuvre, que ce soit en atelier ou sur site. Beaucoup de nos réflexions visent à simplifier la mise en œuvre des assemblages, en inventant des méthodes rapides d’exécution qui ne remettent pas en cause leur intégrité. Aux Etats-Unis, les entreprises de construction métallique optent pour des assemblages emboîtables pour améliorer la sécurité des ouvriers. Une disposition encore peu suivie en Europe. On assiste également au développement de la boulonnerie de construction à haute résistance apte à la précontrainte ou à haute résistance caractérisée (HRC). »

La spécificité du boulon HRC réside dans sa précontrainte, contrôlée lors du montage par la rupture en torsion de la gorge de l’embout fusible de la vis, précisément calibrée.

Si la boulonnerie fait des progrès, la soudure aussi. Ce qui réjouit les architectes, friands de soudures et de pièces moulées. Deux choix techniques qui permettent d’assurer la continuité visuelle d’une membrure, de fluidifier le cheminement des efforts. Si les robots de soudage garantissent un travail impeccable en atelier, multiplier les soudures in situ nécessite une bonne dose de savoir-faire. Notamment dans le cas de soudure de tôles épaisses, comme sur la passerelle Simone-de-Beauvoir à Paris.

Le recours aux pièces moulées est plus problématique. Sur cette passerelle, les éléments de liaison entre lentille et consoles (les nœuds de la charpente) sont très sollicités et sensibles pour l’intégrité de l’ouvrage. La logique voudrait une conception moulée. Mais Eiffel n’a pas souhaité prendre un risque de non-qualité qui aurait conduit à un allongement des délais. « Une pièce moulée est chaque fois un prototype, dont on ne connaît la qualité qu’en toute fin d’opération. D’autant plus qu’en génie civil, les pièces sont souvent massives donc encore plus difficiles à fabriquer, explique Pascal Lepers, directeur de l’usine Eiffel de Lauterbourg (Bas-Rhin). Peu d’entreprises disposent du savoir-faire nécessaire. C’est pourquoi, lorsque c’est possible, nous préférons recourir aux pièces mécano-soudées. »

Se pose également la question de la soudabilité des pièces moulées. Pour obtenir une bonne qualité d’acier moulé, il faut ajouter des additifs qui sont préjudiciables… à sa soudabilité. Tout l’art consiste donc, par le calcul du « carbone équivalent », à trouver le meilleur compromis qualité/soudabilité.

Maître d’ouvrage : Ville de Paris.

Maître d’œuvre : groupement Feichtinger architectes - RFR bureau d’études.

Entreprises : groupement Eiffel (mandataire), Joseph Paris, Soletanche Bachy.

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Soudures haute technicité pour une passerelle

Sur la nouvelle passerelle Simone-de-Beauvoir, à Paris, le visiteur est invité à chercher les boulons, car ils sont rares. Les quelques représentants sont utilisés pour fixer le platelage en chêne. Pour ce pont, qui assurera le lien entre le parvis de la Bibliothèque nationale de France et le parc de Bercy, l’architecte Dietmar Feichtinger a souhaité multiplier les soudures et recourir à des pièces moulées.

Ces seize pièces sont très sollicitées, notamment les têtes et les genoux des « boomerangs », ces culées constituées d’un poteau en caisson à hauteur et largeur variables. « La fabrication des pièces moulées a nécessité beaucoup de soin, explique Bernard Bonnet, directeur de projet pour Eiffel. En particulier, nous avons eu recours à la trempe intercritique, un traitement qui permet d’obtenir une résilience de 27 joules à – 40°C. » La lentille a été fabriquée en sept sous-ensembles dans l’atelier d’Eiffel, lesquels ont été assemblés en extérieur. Pour les assemblages bord à bord, les appendices ont été intégrés à la tôle et coupés en même temps que le flanc. Le soudage a été réalisé au fil fourré sous flux gazeux. Les zones sensibles ont été systématiquement contrôlées par magnétoscopie et ultrasons. Au final, la passerelle franchit la Seine sans appui sur 190 m entre culées. Elle atteint 270 m avec ses passerelles d’accès. La charpente met en œuvre 1 600 tonnes d’acier.

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