Conception et calcul des structures en verre

Conclusion du chapitre

Dans ce chapitre, on a pu voir qu'il existait différents modes d'assemblage. Actuellement, le mode d'assemblage le plus souvent utilisée est celui constitué d'éléments métallique car il existe des normes pour ce type d'assemblage. Les assemblages collés permettent d'augmenter la perméabilité de ne plus avoir d'éléments opaque au sein de la structure. Cependant, ce mode d'assemblage ne nous permet de remplacer une partie de structure si celle-ci est endommagée. Les connecteurs métalliques sont utile car ils allient à la fois les connaissances des connecteurs métalliques mais ils limitent les connections à quelques éléments ponctuels, la transparence n'est que très légèrement altéré par la présence de ces connecteurs. Cependant, les déplacements des trous lors du processus de trempe pose des problèmes de superpositions de feuilles de verre trouées. Chaque assemblage possède ses qualités et ses défauts et le choix du mode d'assemblage doit faire partie intégrante de la conception de la structure en verre.

Chapitre
7
		Avantages et inconvénients

7.1 Inconvénients

7.1.1 Connaissances limitées, l'obligation de faire des essais

L'utilisation du verre comme élément de structure est assez très récente. Les réalisations sont encore assez rares et peu développées. Bien qu'il existe plusieurs références sur les structures en verre et que les différentes méthodes de calcul se basent sur la résistance des matériaux, les essais sont encore très importants. Il existe énormément de type d'essais pour le verre ayant chacun leurs propres caractéristiques.

A l'heure actuelle, il n'existe pas de normes ni de code de calcul pour le dimensionnement des éléments porteurs en verre. Cette carence, le manque de connaissance du comportement structurel du verre et le peu de réalisations ne permettent pas encore de valider la conception d'une structure en verre sans essais. La résistance du verre qui se base sur des principes probabilistes et le phénomène de fissuration sous critique sont des valeurs variables. Une prénorme européenne [60] existe actuellement pour déterminer la résistance de calcul du verre. Cependant, la résistance du verre diminue avec le temps car il n'y a pas de plastification dans les zones en traction et les fissures peuvent donc continuer à se propager même sous un chargement constant (phénomène de fatigue statique). Ce phénomène est pris en compte dans la prénorme par le biais d'un coefficient minorateur.

Dans le paragraphe 5.6, il a été expliqué que la résistance aux chocs d'une structure en verre n'est validée qu'après une série d'essais en fonction de la classe que l'on désire obtenir. Actuellement, c'est la seule manière d'offrir une garantie suffisante pour la résistance aux chocs sur une structure en verre.

C'est pour toutes ces raisons qu'il est fortement recommandé de faire des essais grandeur nature sur une partie de la structure lors de la construction d'une structure totalement en verre. Ceux-ci permettent de s'assurer du bon dimensionnement et de la résistance de la structure. L'effet à long terme n'est pas encore maîtrisé mais le coefficient de sécurité de 1,8 dans la résistance de calcul assure une sécurité sur cette valeur.

7.1.2 Matériau fragile

Le verre est un matériau fragile. Cette caractéristique est très contraignante pour les structures car on préfère les matériaux ductiles. Ceux-ci se déforment considérablement avant de se rompre, on a donc le temps de se rendre compte d'une surcharge éventuelle et surtout d'un début de rupture. Dans le cas du verre, les grands déplacements ne sont pas possibles, la rupture du verre survient bien avant car il n'y a pas de redistribution ni de plastification dans le matériau. Une fois le mécanisme de rupture atteint, la ruine est quasi instantanée.

Cependant, des chercheurs de l'université de Delft (P-B) ont mis au point un verre « armé » en analogie au béton armé. La présence d'armature n'altère presque pas la transparence de la poutre (Figure 7.1.1). Le béton possède une faible résistance à la traction et s'il n'est pas précontraint peut se fissurer très vite. L'apparition de ces fissures fait chuter considérablement sa résistance, heureusement dans le cas du béton armé la présente d'armature permet de reprendre les efforts de traction dès l'ouverture de fissures.

Figure 7.1 1 et Figure 7.1 2 Photographie et coupe d'une poutre en verre renforcée [47]

Dans le cas du verre « armé », la présence d'armature permet de reprendre un effort de traction et laisser le verre travailler en compression. Cependant, tout comme dans le cas du béton, l'armature intervient dès que le verre est fissuré. La présence de cette armature augmente la sécurité des occupants lors de la fissuration du verre et confère au matériau une certaine ductilité. Cependant, l'aspect visuel de la structure est altéré par les fissures et ne correspond plus aux attentes de l'état limite de service (ELS).

Figure 7.1 3 et Figure 7.1.4 Evolution de la résistance et des fissures lors d'un chargement d'une poutre renforcée [47]

Il existe différentes solutions d'éléments composites pour offrir une certaine ductilité aux structures en verre qui ont été développées par d'autres instituts :

- Fibre de carbone (Palumbo)

- béton-verre (développé par TU Graz)

- bois-verre (dévelopé par l'EPFL)

- Acier-verre (RWTH Aachen et l'université de Dortmund)

L'intérêt d'une structure en verre est la transparence des éléments porteurs. Si le maître d'oeuvre désire utilisé ce matériau c'est pour utiliser cette caractéristique et la mettre en avant. La proposition de l'université de Delft (TU Delft) a très bien compris l'aspect architecturale de la structure car l'ajout des éléments en acier n'altère pas la transparence de la poutre et sa présence n'est quasi pas remarquée (voir Figure 7.1.1).

7.1.3 Sensible à l'état de surface

La résistance du verre se base sur une théorie probabiliste qui est fonction du type de microfissures de la surface. Le nombre de micro fissures et aussi leur géométrie altèrent la résistance du verre. Il est donc important de protéger au maximum la surface des feuilles de verre lors des différentes manutentions. Si on utilise du verre feuilleté pour la réalisation d'éléments structurel en verre. Il est préférable de déposer un film plastique sur les feuilles extérieures afin de les prémunir contre toutes dégradations supplémentaires liées aux divers frottements.

7.1.4 Effet psychologique

Les structures en verre ne sont pas répandues à cause de l'image que dégage ce matériau. Tout le monde a déjà laissé tombé un verre et celui-ci s'est brisé par contre si on laisse tomber un élément en métal ou en béton ce dernier ne se rompra pas. Le verre ne supporte pas les concentrations de contrainte car il ne peut pas redistribuer les efforts. Quand un verre tombe, il y a une concentration de contrainte au point de contact entre le verre et le sol qui peut dépasser la résistance du verre et il y a donc rupture.

L'inquiétude est également présente dès que l'on utilise un nouveau matériau dans la construction. Cela a été le même problème pour le métal, lors de l'inauguration du Crystal Palace à Londres, les responsables ont demandé de couvrir la structure afin que les invités ne remarquent pas la finesse de la structure.

De plus, un élément opaque (béton, acier, bois, ...) offre une impression de matérialité plus importante qu'un élément transparent où la structure semble être dématérialisée voir inexistante. Plus un élément est massif et visible plus il dégage une image de sécurité.

Les matériaux traditionnels de structure ont déjà fait leur preuve et montrer qu'ils pouvaient résister dans le temps aux surcharges. Les structures en verre doivent se généraliser et résister afin de dégager la même confiance.

7.1.5 Vandalisme

Les éléments en verre sont victimes d'actes de vandalisme. C'est à cause de l'image cassante, et de la faible résistance aux chocs qu'il est facile de faire des dégâts et de le briser sans trop de difficulté. Les premières applications de structures en verre sont à l'intérieur de bâtiments et dans des zones privées afin de limiter l'accès à des personnes extérieures. Des structures en verre existent dans des lieux publics, cependant, l'accès aux différents éléments de la structure par les passants est quasi impossible. Si la généralisation des structures en verre est possible, il faut cependant penser à la conception générale du bâtiment et à la facilité d'atteindre oui ou non un élément de structure en verre.

L'utilisation de structure dans des lieux publics où il n'existe pas de véritable contrôle semble être difficile. Son usage sera limité à des fonctions où son accès sera difficile voir impossible comme des poutres par exemple.