Le défi
Le client a fait appel à Lucideon pour développer une série de tests afin de déterminer la résistance des murs construits avec des poutres de liaison et de les comparer aux murs construits avec des poteaux de vent.
Ce que nous avons livré
Initialement, quatre murs contenant des poutres de liaison, chacun de 8m de long et 5m de haut, ont été testés. Les murs ont été construits à l’intérieur d’un cadre en acier et les barres d’armature ont été insérées dans de simples taquets fixés aux colonnes à chaque extrémité. Deux autres murs contenant des poteaux de vent à la ligne centrale du mur ont été testés à des fins de comparaison.
Les résultats initiaux étaient très encourageants, mais les conceptions étaient délibérément conservatrices en ce sens que des fixations supplémentaires et un certain renforcement des joints de lit ont été utilisés. Une deuxième phase similaire a été réalisée où ces mesures conservatrices n’ont pas été prises. Les résultats ont été tout aussi encourageants, avec une légère amélioration dans le cas des poutres de liaison. Il n’y avait aucune preuve de fissuration due au retrait.
L’approche de conception pour les sous-panneaux entre les poutres de liaison est simple et suit les principes de l’EN 1996-1-1 et du PD 6697. Cependant, la conception des poutres de liaison selon la norme BS 5628-2 s’est avérée plus difficile, et la vérification contre une rupture soudaine en compression, qui est incorporée dans la norme BS 5628-2, a contrôlé la conception et a conduit à des limitations de portée. Il n’y a eu aucun signe de rupture soudaine en compression dans aucun des essais, et par conséquent une série d’essais sur des murs de faible hauteur a été entreprise, afin de déterminer certains moments de flexion limites qui pourraient être utilisés pour la conception. Parmi les quatre essais effectués, le résultat le plus faible a été utilisé pour définir un moment de flexion ultime maximal, à utiliser pour la conception et donc une vérification de l’aptitude au service n’a pas été nécessaire.
La spécification des matériaux, la conception et l’exécution ont toutes été rassemblées dans un guide de conception, qui a été publié par Lucideon en 2009 (alors Ceram).
Application initiale
La première application significative du système de poutre de liaison était dans un grand centre de données construit dans le sud-est de l’Angleterre, c’était une utilisation idéale pour le système de poutre de liaison car il présentait de longues séries non compliquées de murs élevés, chargés par une charge latérale modérément élevée. Le centre a été construit sous la forme d’un « bunker » robuste de deux étages en acier et en béton, entièrement intégré dans un grand bâtiment à ossature métallique. L’intérieur a été divisé en pièces plus petites, avec une exigence qu’un incendie ou une explosion dans une pièce ne se propage pas dans les zones adjacentes.
La solution adoptée pour la construction des murs était d’utiliser de longues séries de murs en blocs de 140 d’épaisseur, avec une charge latérale de conception de 0,5 kN/m2. Ces murs avaient généralement une hauteur de 6 m, et la conception originale comportait un renforcement des joints de lit dans chaque rangée plus des poteaux de vent à section creuse carrée de 200 x 200 à des centres de 4,5 m maximum. La quantité totale de blocs utilisés était de 11 000 m2.
L’introduction de poutres de liaison a considérablement augmenté la portée admissible des murs, éliminant de nombreux poteaux de vent intermédiaires, bien que certains poteaux de vent aient encore été nécessaires à côté des portes et sur des portées inhabituelles. L’entrepreneur en maçonnerie a indiqué que l’utilisation du système de poutres de liaison a permis de réaliser des économies d’environ 15 % par rapport à un système traditionnel de poteaux de vent.
Bien que les poutres de liaison aient permis un espacement beaucoup plus grand des poteaux de vent, il n’était pas possible de les omettre entièrement. L’étape suivante consistait à étudier une version verticale de la poutre de liaison.
Essais de colonnes
Des essais de colonnes ont été effectués sur ce qui était essentiellement des blocs creux renforcés localement. Dans chaque cas, deux barres d’acier verticales ont été utilisées dans un seul bloc vide.
Le système achevé comprend maintenant à la fois des poutres et des colonnes, des tiges de transfert de cisaillement, des taquets pour fixer les barres d’armature aux colonnes du bâtiment, et aux barres verticales dans les colonnes. Tous les détails, ainsi que les moments limites à utiliser pour les poutres et les colonnes ont été inclus dans un guide de conception révisé.
Application au centre aquatique 2012
Le système complet a été utilisé pour la première fois sur le centre aquatique 2012 de Londres. La conception des murs était compliquée par plusieurs facteurs :
- le niveau inférieur est un espace caverneux et la plupart des murs avaient une hauteur de 6-7m
- les concepteurs avaient spécifié une charge de conception latérale de 0.5 kN/m2, avec des charges plus élevées au niveau des balustrades le long des couloirs d’évacuation
- beaucoup de murs n’étaient pas de pleine hauteur et donc, n’avaient pas de retenue à leur tête
- il y avait une grande quantité de grands services distribués à un niveau élevé dans les espaces, créant de nombreuses pénétrations à travers les murs de pleine hauteur.
Lors de la conception de la maçonnerie du Centre aquatique, la résistance ajoutée par l’introduction de poutres de liaison signifiait que les murs pouvaient avoir une portée beaucoup plus grande que l’espacement recommandé des joints de mouvement. Afin d’éviter cette limitation, il a été nécessaire d’introduire un renforcement des joints de lit.
Valeur pour le client
La subdivision de grands murs en blocs soumis à des charges latérales élevées peut être réalisée sans l’utilisation extensive de poteaux de vent. La combinaison de la conception des sous-panneaux à l’aide des directives du Code et d’une approche de » conception par essai » pour les poutres et les colonnes de liaison a permis de développer une approche de conception de l’état limite ultime, sans avoir besoin de vérifier l’aptitude au service. Tout au long du programme d’essai, des améliorations progressives ont été apportées aux composants du système.
Le système a été utilisé avec beaucoup de succès sur le projet complexe du centre aquatique 2012. L’entrepreneur en maçonnerie a signalé que les murs en blocs ont été érigés plus rapidement et à moindre coût qu’en utilisant des systèmes traditionnels comparables. Ce projet a démontré la valeur du système pour les applications avec des murs longs ou hauts avec des charges latérales importantes. Une enquête plus approfondie a conduit à une amélioration des conseils sur la fourniture des effets du retrait.