Le verre au cœur d’un nou­veau ca­hier tech­nique

Alors que le verre s’impose de plus en plus dans la construction, un cahier technique est enfin consacré à ce matériau. Il enrichira la série de normes SIA sur les structures porteuses puisqu’il peut s’utiliser en combinaison avec ces textes.

Date de publication
24-08-2021
Andreas Luible
Prof. Dr ès sc. tech. EPFL, président de la commission SIA 268, andreas.luible@hslu.ch

Au cours des dernières décennies, l’utilisation du verre dans le domaine de la construction a grandement évolué. Non plus cantonné aux vitrages de fenêtres, ce matériau se retrouve désormais dans des éléments de construction et des structures qui requièrent à la fois un savoir-faire artisanal et des connaissances en ingénierie. En effet, on voit aujourd’hui des toitures, des façades ou encore des poteaux ou poutres avec reprise de charge entièrement réalisées en verre. Il est aussi fréquent que les vitrages présentent des capacités porteuses d’un point de vue statique ou assurent des fonctions de sécurité de type antichute. 

Sur la base des estimations de l’Institut suisse du verre dans le bâtiment (SIGAB), le verre mal dimensionné ou mal utilisé est à l’origine de dommages se chiffrant en millions. Malgré cela, il n’existait jusqu’à présent aucune base normative suisse en matière de dimensionnement du verre. Résultat, soit le dimensionnement n’était pas effectué, soit il l’était en fonction de normes et directives étrangères. Une situation loin d’être optimale: certaines sont incompatibles avec le concept de sécurité de la série de normes SIA sur les structures porteuses (260 à 269), d’autres sont soit trop sévères, soit lacunaires par rapport à la réglementation suisse. S’adressant tant aux professionnels de la conception, de la direction des travaux, de la construction qu’aux maîtres de l’ouvrage, le cahier technique SIA 2057 élaboré par la commission SIA 268 vient désormais combler cette faille. 

Vérifications en quatre points

Aligné sur la série de normes sur les structures porteuses, le cahier technique SIA 2057 Constructions en verre («Glasbau») donne aux ingénieurs toutes les clefs pour dimensionner et employer des éléments de construction en verre de manière fiable, économique et sûre. Dans le même temps, ce cadre normatif n’entrave pas la liberté créative des professionnels chevronnés, leur permettant de déployer des solutions novatrices. Les principales applications du verre y sont détaillées: vitrages verticaux, horizontaux, isolants, antichutes, accessibles, praticables, carrossables, ainsi que les vitrages à risque de flambage et de déversement (poteaux, poutres).

Le concept de vérification du cahier technique se base sur quatre points: sécurité structurale, aptitude au service, comportement sûr en cas de rupture ainsi que capacité portante résiduelle à l’état brisé. Ce dernier point est essentiel, car le verre est un matériau fragile et casse facilement: il suffit d’un coup porté avec un objet dur et contondant pour provoquer le bris d’une vitre. C’est pourquoi une attention particulière a été portée à la question de la robustesse des éléments de construction et structures en verre, de manière à ce que, le cas advenant, ils fassent preuve d’une capacité portante résiduelle satisfaisante.

La conception et le choix de la structure/du type de verre influent sur le risque de blessure en cas de bris : le cahier technique SIA 2057 apporte de précieux conseils qui permettent de minimiser le danger en fonction des contextes de mise en œuvre.

Comportement structural en cas de bris

Le comportement structural en cas de bris détermine la capacité portante résiduelle d’un verre, c’est-à-dire la durée entre l’impact subi et le moment où il cède entièrement, soit sous son propre poids, soit sous celui d’une charge. Faute de méthodes de vérification mathématiques, une évaluation exacte de la capacité portante résiduelle ne pouvait se faire qu’expérimentalement, moyennant la reproduction des conditions d’utilisation. Cette démarche pouvant s’avérer très onéreuse, le cahier technique SIA 2057 présente un procédé permettant d’évaluer la sécurité en cas de bris de manière plus économique. Particulièrement adaptée aux travaux de plus petite envergure, cette méthode ne requiert pas d’essais. Celle-ci permet aux concepteurs de vérifier par des calculs intégrant les différents paramètres propres à leur projet la résistance de verres entièrement ou partiellement brisés. Les états de rupture à prendre en compte découlent à la fois du type d’emploi et de mise en œuvre du matériau ainsi que de la catégorie d’usage selon les catégories d’usage déclinées dans la norme SIA 261. Les essais restent toutefois recommandés pour les projets de construction de plus grande envergure, afin que les capacités porteuses en cas de bris soient précisément évaluées, ce qui permet généralement d’opter pour des structures plus légères.

Le juste choix

L’objectif de ce cahier technique est de sensibiliser les utilisateurs quant aux risques pouvant découler d’un choix inadapté au niveau du type de verre ou de structure – sans exclure systématiquement certains usages. Un exemple typique est le verre monolithique, un vitrage constitué d’une seule feuille de verre qui, en raison d’inclusions de sulfure de nickel survenant lors de la fabrication, rompt parfois spontanément, ce qui se traduit par de nombreux dommages. Le cahier technique suggère ainsi aux concepteurs non seulement d’effectuer une évaluation des risques, mais aussi d’informer le maître de l’ouvrage de la problématique liée à ce matériau s’il n’est pas possible d’y remédier au niveau de la conception.

Les utilisateurs trouveront également des recommandations relatives aux vitrages isolants: lors du dimensionnement, les charges climatiques (hauteur d’installation, modification de la pression atmosphérique et de la température) doivent être prises en compte en raison du volume d’air enfermé. Jusqu’à présent, seules des normes étrangères étaient disponibles, ce qui ne correspondait pas aux conditions climatiques suisses. Le cahier technique SIA 2057 remédie désormais à ce manque puisqu’il comprend des cadres de référence solidement étayés, élaborés sur la base d’une analyse des données météo suisses des dernières décennies menée conjointement avec la Haute école de Lucerne. Autre nouveauté: les triples vitrages isolants, vitrages multicouches, et autres revêtements et systèmes d’ombrage ont été pris en compte. Pour les vitrages isolants présentant des dimensions inférieures à 2m2, il est possible de se passer d’essais – à condition de respecter certaines conditions et seuils.

Le cahier technique SIA 2057 permet maintenant la prise en compte de l’effet du couple de cisaillement lors du dimensionnement de verres de sécurité feuilletés – à condition qu’un modèle de calcul adapté soit utilisé et que toutes les données relatives au comportement des couches intermédiaires dans la durée et face aux variations de température soient disponibles.

Le CEN (Comité européen de normalisation) élabore actuellement le futur Eurocode pour le dimensionnement du verre. Les ébauches des trois parties de la future norme – auxquelles des représentants suisses ont également pris part – sont désormais disponibles sous forme de documents FprCEN/TS. L’introduction de cette norme en Suisse étant fort probable, le cahier technique 2057 a été élaboré en concordance avec ces ébauches.

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