Constructions métalliques - Pathologie des structures métalliques

Abstract

Une construction, quelle que soit sa destination (habitation, usage industriel, collectivite, spectacle...) et son principe constructif (materiau, type de structure), doit etre capable de resister aux efforts qui lui sont appliques. Dans le cadre du sujet du present article, ce role de « resistance » est assure par l’ossature ou structure en acier constituant le « squelette » de la construction. L’ acier utilise en construction metallique [1] a des caracteristiques garanties. C’est un materiau isotrope et homogene ayant un comportement ideal vis-a-vis de la theorie de l’elasticite, base des lois de la resistance des materiaux. Il est ductile, propriete necessaire a la bonne repartition des efforts dans les assemblages . Il est soudable, sous reserve de respecter les dispositions prescrites au projet  . C’est le materiau d’usage courant en construction qui presente les caracteristiques les plus elevees pour le poids le plus faible . La structure assure principalement le cheminement des efforts exterieurs appliques jusqu’aux bases solides, les fondations. La connaissance de ce cheminement est essentielle quant a l’etude des elements constitutifs de la structure ainsi que de leurs liaisons (attaches). La structure est stable si cette transmission s’effectue sans desordre . Les ossatures metalliques sont generalement « souples » et constituees de barres « elancees » ou d’elements minces. Ces caracteres specifiques sont a garder presents a l’esprit lors des etudes, les problemes de flexibilite, voilement, deversement de poutres flechies et flambement d’elements comprimes etant determinants dans la justification et le dimensionnement des structures metalliques . Les regles actuelles [2] permettent la justification des structures en acier par la theorie de la resistance des materiaux dans le domaine elastique avec prise en compte eventuelle d’un coefficient d’adaptation plastique. La justification des structures avec prise en compte de la plasticite, sous certaines conditions et precautions, est codifiee depuis 1981 [3] . Les futurs reglements de calcul des structures en acier en cours de preparation [Eurocode 3, EC3-DAN (document d’application national)] codifieront d’autres methodes de calculs (analyses non lineaires : geometrie et /ou materiau). Le respect du domaine de validite de ces codes est essentiel et doit etre verifie a chaque projet . Les reglements sont une partie des outils necessaires a la bonne realisation d’une structure . Le nombre des intervenants a la realisation d’une construction fait que, malheureusement, des erreurs et omissions peuvent etre produites et etre la cause de sinistres plus ou moins graves. Une structure peut etre sinistree : soit par effondrement total ou partiel sous l’effet de chargement ; soit par des deformations importantes rendant la structure impropre a son exploitation. Les origines de ces sinistres sont dues principalement a : des erreurs de conception : 13 %, dont 3 % de structures instables ; des erreurs de bureau d’etudes : 45 % ; des erreurs de montage : 35 %, dont la moitie est due a des instabilites provisoires, l’autre moitie se partageant entre malfacons et fausses manœuvres ; des erreurs de fabrication ; des defauts du materiau. L’analyse des causes d’un sinistre doit se faire en plusieurs etapes : examen de la structure sinistree, deformations, dechirures, ruptures ; examen des conditions et circonstances au moment du sinistre, chargement de la structure ; recherche des causes du sinistre faite, en general, par l’execution d’un nouveau calcul. Il n’est pas rare que cette nouvelle analyse fasse apparaitre des insuffisances n’etant pas a l’origine du sinistre et auxquelles il faut alors aussi remedier. La qualite des etudes est essentielle, compte tenu du caractere « industriel » des structures metalliques dans le domaine du bâtiment. On constate qu’une des principales causes actuelles des desordres provient de la mauvaise qualite des etudes. Les controles doivent donc intervenir le plus tot possible, des le stade de la conception et des etudes. Les origines des sinistres sont nombreuses et variees ; certaines sont repetitives et connues, d’autres plus confuses . Un sinistre est souvent du a plusieurs causes : charges exceptionnelles, insuffisances, et c’est leur concomitance qui le declenche. Le risque de sinistre est donc accru par la multiplicite des erreurs commises . L’etude et le recensement de l’origine des sinistres constituent la pathologie . Les sinistres ont principalement pour origine : les erreurs materielles au niveau des etudes, de la fabrication ou du montage ; les causes accidentelles comme les charges exceptionnelles ; l’ignorance au niveau du projet, de l’execution, du montage et de l’utilisation ; les erreurs de conception et d’etude ; les facteurs externes ; les erreurs d’execution ; les erreurs au montage ; la mauvaise utilisation et le defaut d’entretien ; des defauts du materiau. La gravite des desordres varie, suivant les circonstances, de l’effondrement catastrophique au simple defaut d’esthetique ne presentant aucun risque. On peut distinguer : les instabilites d’ensemble conduisant a l’effondrement ou au renversement ; les instabilites propres d’elements pouvant, par reaction en chaine, conduire a une instabilite d’ensemble ; une durabilite insuffisante, corrosion, vieillissement, fatigue ; un comportement anormal comme les deformations excessives ou les perturbations du bien-etre des usagers ; une atteinte a l’esthetique. Nous allons, dans les paragraphes qui suivent, commenter les origines des desordres et les illustrer par des exemples concrets.