La nouvelle CEN/TS 19100 : Conception des structures en verre

Oct 21, 2023

Date : 9 juin 2023

Auteurs:Markus Feldmann, Maximilian Laurs, Jan Belis, Nebosja Buljan, Annie Criaud, Eric Dupont, Martina Eliasova, Laura Galuppi, Paavo Hassinen, Ruth Kasper, Christian Louter, Giampiero Manara, Anne Minne, Tim Morgan, Gabriele Pisano, Mauro Overend, Gianni Royer -Carfagni, Jens Schneider, Gregor Schwind, Christian Schuler, Geralt Siebert et Anna Sikynova

Source: Structures en verre et ingénierie | https://doi.org/10.1007/s40940-023-00219-y

Depuis début 2021, la CEN/TS 19100 Conception des structures en verre est disponible dans ses trois premières parties. Le quatrième volet est attendu prochainement. Cette spécification technique de l'organisme européen de normalisation CEN est une pré-norme d'un futur Eurocode correspondant. Ces documents constituent le premier code de conception complet pour l'ensemble du domaine de l'ingénierie du verre structurel sur le marché européen pour la première fois. En plus d'un aperçu clair, la spécification technique a été rédigée pour être compatible avec l'EN 1990 "Bases de conception" et pour traiter des questions de conception spécifiques au verre, en particulier liées à la robustesse et à la redondance. Bien que la norme ait toujours le statut de CEN/TS, laissant ainsi aux pays européens le choix de l'introduire, en totalité ou en partie, elle contient déjà des ouvertures nationales à travers lesquelles les pays européens peuvent adapter les résultats de conception à leurs besoins. propre niveau de sécurité par les paramètres nationaux déterminés (NDP). Une telle approche anticipe déjà le futur Eurocode, qui devrait être publié en tant que EN 19100 — Calcul des structures en verre. Cet article fournit un contexte sur l'historique et le concept derrière les nouveaux documents et donne un aperçu des règles de conception et du contexte technique correspondant des différentes parties du CEN/TS 19100.

Le verre joue un rôle de plus en plus important dans les bâtiments modernes, que ce soit dans les applications permettant à la lumière du jour d'inonder les espaces intérieurs, ou dans la conception extérieure esthétique ou les façades durables, comme indiqué dans la Fig. 1. La large utilisation des matériaux de vitrage a été reconnue par les institutions européennes il y a quelque temps (Feldmann et al. 2014). Les normes relatives aux produits verriers incluent la normalisation des produits de construction. D'autre part, il existe des normes portant sur la conception des structures en verre. Ils doivent présenter les derniers progrès techniques pour une réalisation sans problème et chercher à promouvoir des niveaux de sécurité cohérents. Ces normes harmonisent également les méthodes de conception et le niveau de sécurité permettant l'utilisation de méthodes numériques avancées.

Historiquement, il existe une multitude de réglementations nationales différentes relatives au verre dans le bâtiment, Fig. 2, dont certaines sont contradictoires, incomplètes, obsolètes ou ne correspondant pas à la base européenne de conception de l'EN 1990 (2010). Cette situation a souvent abouti à des conceptions de verre structurel qui ne peuvent être réalisées qu'avec des approbations spéciales, ce qui rend le processus de conception inefficace et la construction de structures en verre particulièrement grandes relativement risquée. Une telle situation a entravé le progrès technique, le développement économique du secteur et le libre-échange des services et indirectement des marchandises.

L'existence d'une telle multitude d'approches différentes sur le marché a encouragé une approche plus paneuropéenne de la conception du verre structurel, similaire à ce qui existait pour les autres matériaux de construction depuis les années 1990. Avec des discussions initiales et des mesures préparatoires commençant en 2006, le mandat spécifique M/515 (2012) a été délivré en 2012 par la Commission européenne pour une nouvelle génération d'Eurocodes incluant la création d'un nouvel Eurocode pour le calcul des structures en verre.

Le projet a été divisé en trois phases. Dans la première phase (tâche I), un rapport scientifique et politique du JRC (SaP-) "Guidance for European Structural Design of Glass Components" (Feldmann et al. 2014) a été préparé, donnant un aperçu de l'état de l'art sur la conception du verre afin d'identifier les points techniques nécessaires de la future norme et de proposer la structure la plus appropriée pour un tel document, Fig. 3. Ce travail a été achevé lors de la publication du rapport en 2014 par le Centre commun de recherche de la Commission européenne (JRC , Ispra). Par la suite, le groupe de travail 3 (WG3) du CEN/TC250 a reçu le statut de sous-comité (CEN/TC250/SC11), ce qui était nécessaire pour permettre à un tel comité de prendre ses propres décisions techniques pour la poursuite des travaux de normalisation. En parallèle, le CEN/TC250/SC11 a obtenu le feu vert pour produire une pré-norme sous la forme d'une Spécification Technique (CEN/TS) en tant que précurseur d'un futur Eurocode. Après l'achèvement de la deuxième phase (Tâche II) avec la production de la CEN/TS 19100—Conception des structures en verre (2021) (ci-après également dénommée "CEN/TS") dans ses trois premières parties, Fig. 3, une groupe de travail a été ajouté en tant que CEN/TC250/SC11/WG1. La troisième phase (Tâche III), dans laquelle le Comité travaille actuellement, est la conversion du CEN/TS en un Eurocode.

Le présent article fournit une explication du contenu, des règles techniques et du contexte technique correspondant des différentes parties de la CEN/TS 19100.

La conception et la structuration du plan et du contenu de la CEN/TS ont cherché à répondre à trois points clés :

Ces exigences de conception des produits verriers structuraux ont été respectées et considérées comme des prérequis prédominants lors de l'élaboration du TS.

Par exemple, en termes de chargements, l'EN 1991 ne spécifie pas de règles et de paramètres pour déterminer la pression interne de la cavité et les combinaisons correspondantes avec d'autres actions pour les vitrages isolants. CEN/TS 19100 corrige cette omission.

Néanmoins, en raison du calendrier serré et des ressources limitées, tous les aspects de conception pertinents n'ont pas été traités dans le CEN/TS. Par exemple, le pliage à froid, les courbes de flambement et d'autres aspects de conception seront intégrés au document au stade de l'Eurocode, Sect. 3.8 de cet article. De plus, il y avait quelques points formels en termes de compatibilité avec la structure des EN et des Eurocodes comme convenu au niveau du CEN et du CEN/TC250, qui ont influencé le travail dans sa forme actuelle.

En ce qui concerne la structure du CEN/TS, Fig. 4, la structure modèle des autres Eurocodes n'a pas pu être adoptée complètement. L'approche devait plutôt être orientée vers les exigences typiques de la construction en verre. Ainsi, dès le début, il était clair que les questions cruciales liées au verre devraient être ajoutées au domaine de base des éléments de conception qui ne sont pas pris en compte dans l'EN 1990 (2010), car ils sont spécifiques à la construction en verre. Compte tenu des matériaux (propriétés du verre et des plastiques, rapport aux codes produits…), des principes de conception qui en découlent liés à l'extrême fragilité du verre et des techniques particulières d'évaluation de la sécurité du verre, il a été décidé en amont de réglementer les deux « matériaux » fondamentaux et la « base de conception » liée au verre dans une partie distincte, et en fait la première partie, du CEN/TS (2021).

Pour la deuxième partie (partie 2) (2021) la décision a été prise de couvrir la conception des structures verrières courantes, qui sont chargées latéralement, c'est-à-dire hors du plan. Cette partie du document couvre également la conception des supports couramment utilisés (c'est-à-dire les vitrages à support continu le long de leurs bords, les vitrages à support ponctuel et les vitrages en porte-à-faux, retenus sur un bord) ainsi que les problèmes liés à la vérification du verre feuilleté, des unités de verre isolant, des déviations et des vibrations, Sect. . 3.

Lors de l'examen des composants en verre chargés dans le plan, il a été convenu de réglementer ces composants dans une troisième partie distincte (partie 3) (2021) et non avec les éléments de construction à charge latérale plus typiques. Il a été reconnu que les composants chargés dans le plan sont souvent intégrés à la structure primaire en termes de performances et de stabilité globales. Cependant, les recherches sur les états limites correspondants et les concepts d'évaluation de la sécurité associés de ces éléments vitrés structuraux sont relativement récentes. Avec une partie distincte pour la conception des composants en verre principalement chargés dans le plan, on peut s'adapter aux pays qui souhaitent inclure le contenu des deux premières parties mais pas celui de la troisième partie de la CEN/TS dans leur ensemble national de règles de conception contraignantes. .

Contrairement à la nature technique des règles de conception incluses dans les trois premières parties de la CEN/TS, il y a la question parallèle et tout aussi importante des règles pour une sélection de verre appropriée concernant le risque de blessure humaine. Les aspects de sécurité d'utilisation (à ne pas confondre avec la sécurité structurelle) sont réglementés en Europe par des codes nationaux souvent étroitement liés au système juridique étatique. De telles règles sont et seront difficiles à mettre en œuvre au niveau d'une norme de conception européenne.

Pour relever ce défi, la quatrième partie fournit des informations sur la sélection de verre relative au risque de blessure humaine, fournissant ainsi des conseils pour la spécification des produits en verre dans des applications typiques. Il est envisagé que la quatrième partie conserve le statut de CEN/TS avec un caractère contraignant normatif nettement inférieur même lorsque les autres parties auront été converties en un Eurocode et introduites dans tous les pays européens.

Alors que les trois premières parties de la TS ont obtenu le soutien nécessaire lors du vote formel et ont déjà été publiées, le CEN/TS250/SC11 doit soumettre prochainement la quatrième partie à la procédure de vote formel, après quoi la publication de la CEN/TS on peut aussi s'attendre.

Parallèlement à l'ensemble de ces travaux, il existe également une relation entre le CEN/TS 19100 ou le futur Eurocode sur le calcul des structures en verre (qui ont tous deux été ou seront préparés dans le cadre du CEN/TC 250 orienté calcul) et la norme européenne existante EN 16612 (2019), qui a été préparée par le comité CEN/TC129 orienté produits. Lors de l'examen de la relation entre ces deux types de normes, il convient de rappeler que (a) l'objectif était d'obtenir la transition la plus fluide possible des résultats de conception entre les codes et (b) il était nécessaire de clarifier les domaines d'application des différentes normes . En ce qui concerne le premier problème, une explication de la manière dont cela a été réalisé est fournie dans la Sect. 3.3. Pour la deuxième question, il a été convenu que le CEN/TS ou le futur Eurocode est dédié aux cas où les pays décident que les composants en verre relèvent des règles de l'EN 1990 (2010) lorsqu'un composant doit être classé selon les classes de conséquence 1 , 2 ou 3, alors que l'EN 16612 (2019) couvrira généralement les classes inférieures, Fig. 5.

3.1 Conceptualisation, états limites et actions

Lors de la rédaction du cadre de la norme, il était évident que pour la construction en verre, en plus des situations de conception habituelles dans lesquelles la structure est intacte, il y a également des cas à considérer dans lesquels la structure se casse ou est (partiellement ou totalement) cassée . Cette caractéristique contraste nettement avec les autres matériaux de construction. La prise en compte des différentes situations de projet est prévue dans les règles de la Sect. 3.2 de l'EN 1990 (2010), qui a été appliquée lors de la préparation de la CEN/TS 19100. Dans la poursuite de cette stratégie, il est devenu nécessaire d'introduire deux états limites supplémentaires reflétant les situations de projet supplémentaires pendant et après la rupture, à savoir l'"état limite de rupture" ( FLS) et "l'état limite post-fracture" (PFLS), respectivement. En termes de caractère, les états limites supplémentaires appartiennent clairement au genre des "États limites ultimes", mais ils ont reçu leur propre nom en raison de leur signification et de leur importance dans la conception du verre, Fig. 6.

Sur la base des différentes approches historiques des produits verriers et de la conception, il est prévisible que des composants en verre identiques ou similaires dans des bâtiments identiques ou similaires seront traités différemment dans les différents pays européens en ce qui concerne leurs exigences de sécurité. Pour cette raison, la classification sous laquelle un composant verrier doit être vérifié, et dans quel état limite, outre la classification dans les différentes classes de conséquence (CC) selon EN 1990 (2010) et la sélection des facteurs de sécurité, est une prérogative des États nationaux à travers des formulations correspondantes dans les documents d'application nationaux (NAD). Le regroupement des états limites dans ce que l'on appelle les "scénarios d'état limite", en tant que définition de l'ensemble nécessaire de vérifications, aide à la spécification liée à la sécurité des composants individuels en verre, Fig. 7.

La création de robustesse et de redondance est un problème prédominant dans la conception du verre structurel et est clairement reflétée dans le CEN/TS, allant des détails au niveau des composants jusqu'à l'intégration dans le contexte global, Fig. 8.

En tenant compte de ces états limites supplémentaires, la prise de conscience des caractéristiques de robustesse nécessaires est soulignée, ce qui, comme indiqué précédemment, joue un rôle très particulier dans la construction en verre en raison de la fragilité du matériau de construction.

Sans aucun doute, le niveau de sécurité des éléments verriers qui ne sont pas intégrés dans le contexte structurel de la structure supérieure diffère de ceux qui y sont intégrés. Ceci est bien sûr dû aux conséquences de défaillance significativement différentes, Fig. 9.

La figure 10 donne un aperçu des sujets techniques de la CEN/TS 19100 selon ses différentes parties comme expliqué, différenciées selon le domaine d'application, le texte principal et les annexes.

En termes d'actions, en plus des dispositions de l'EN 1991 (2002), la CEN/TS 19100 donne des conseils supplémentaires spécifiques au produit. En particulier dans le cas des vitrages isolants (IGU), les paramètres d'entrée pour déterminer la pression de la cavité interne (qui est généralement appelée dans le monde du verre "actions climatiques", mais peut être confondue avec les autres "actions climatiques" comme indiqué dans EN 1991 (2002)) sont fournis. Les facteurs de combinaison pour la pression d'empreinte spécifiés par CEN/TS 19100-1 se trouvent dans le tableau 1. La procédure pour déterminer la pression d'empreinte interne suit la méthodologie décrite dans EN 16612 (2019). Une autre procédure prometteuse qui permet de prendre en compte un plus large éventail de géométries et de configurations de chargement est représentée par l'approche BAM (Betti's Analytical Method), voir Galuppi et Royer-Carfagni (2020a), Galuppi (2020) et Galuppi et Royer-Carfagni (2020b) . Une telle approche peut être ajoutée dans la version finale de l'Eurocode.

Tableau 1 Facteurs de combinaison pour les pressions d'empreinte des vitrages isolants (IGU) dans CEN/TS 19100-1 (2021) -Tableau pleine grandeur

De plus, pour prévenir la fracture thermique dans le verre, l'annexe C de CEN/TS 19100-1 (2021) fournit des informations précieuses sur la détermination des gradients thermiques et des contraintes induites par la température dans les vitres, Fig. 11.

3.2 Types de composants en verre, types de verre et autres matériaux

Comme on pouvait s'y attendre, la CEN/TS 19100 traite de la famille européenne des produits verriers dans la construction, Fig. 12, en utilisant les valeurs de résistance des matériaux de base caractéristiques fournies dans les normes de produit. En ce qui concerne le verre de silicate sodo-calcique basique, l'approche commence avec différents types de verre recuit selon. EN 572 (2012) sur verre renforcé thermiquement selon. EN 1863 (2011) au verre trempé thermiquement selon. EN 12150 (2015) ou même au verre renforcé chimiquement selon. EN 12337 (2000). En plus des formes standard de substrat en verre, CEN/TS 19100 fait également référence à d'autres produits verriers tels que le borosilicate, le verre de silicate alcalino-terreux, le verre d'aluminosilicate, etc. Cependant, étant donné que ces produits ne sont actuellement pas largement utilisés dans la construction, seules les normes sont référencés, sans fournir d'autres valeurs.

Les produits traités dans la CEN/TS 19100 sont du verre plat soit sous forme d'assemblages de verre monolithique, feuilleté, isolant, soit de combinaisons de ceux-ci, comprenant les types de traitement des bords habituels. La conception du verre acrylique n'est pas couverte.

3.3 Résistance de calcul à la flexion

Peut-être qu'aucun sujet n'intéresse plus la communauté des concepteurs de verre que la détermination de la résistance à la flexion du verre de conception qui en résulte. Sur la base des résistances des matériaux des normes de produits, des règles de calcul correspondantes ont été créées dans l'annexe A de CEN/TS 19100-1 (2021) pour les surfaces (Laufs et Sedlacek 1999a ; b ; Veer et al. 2009 ; Pisano et Royer-Carfagni 2015), bord (Kleuderlein et al. 2014 ; Vanderbroek et al. 2012, 2014), trou (Schneider et Wörner 2001 ; Schneider 2004) et zones d'angle pour diverses durées d'application de charge, dimensions, qualités de bord et degrés de précontrainte , Fig. 13. Dans cette approche, la composante de résistance intrinsèque est séparée de la composante de précontrainte. La procédure et le concept correspondent à ceux de la norme EN 16612 (2019). CEN/TS 19100-1 (2021) est à cet égard compatible et peut être considérée comme l'extension correspondante.

Bien que cette méthode de détermination de la résistance ait été considérée comme l'état de l'art il y a quelques années, d'autres développements peuvent être observés dans certains domaines aujourd'hui. En particulier, les évaluations et les comparaisons avec des tests auraient révélé un conservatisme, qui est dû au fait que la probabilité de surfaces plus pauvres ou d'une orientation défavorable des rayures ne coïncide pas (ou seulement dans une moindre mesure) avec la probabilité de résistances intrinsèques plus faibles. (Pisano et al. 2019a). Ceci conduit à un facteur d'interférence ki permettant une résistance plus favorable. Le facteur ki peut alors être introduit dans l'annexe B de la CEN/TS 19100-1 (2021) via le NAD. Le calcul de cette prédiction de résistance améliorée n'est pas très différent de l'annexe A. Cependant, jusqu'à présent, le nouveau modèle de l'annexe B ne précise pas numériquement les améliorations par ki, qui diffèrent selon le type de verre. Selon le CEN/TS, ces valeurs doivent être déterminées au cas par cas ou spécifiées séparément dans les pays. Mais des valeurs numériques correspondantes ont déjà été élaborées pour la future version de l'Eurocode. Le contexte peut être trouvé dans (Pisano et al. 2022) et dans la Fig. 14 et le Tableau 2, selon Pisano et al. (2022).

Tableau 2 Valeurs calibrées du facteur d'interférence ki pour les familles de structures représentées sur la Fig. 14 Cas de l'action de la neige -Tableau pleine grandeur

Il faut comprendre que lorsque la CEN/TS 19100 fait référence à une "résistance à la flexion", celle-ci comprend également la résistance à la fois à la flexion ou à la force normale (ainsi que leurs combinaisons). Cela tient compte des progrès que nous traitons désormais également dans les structures à charge plane (voir CEN/TS 19100-3 (2021)).

En ce qui concerne le niveau de conception des résistances par rapport au niveau caractéristique, différentes investigations ont été réalisées, associées à des discussions avec le CEN/TC250/SC10 étant responsable de l'évolution de l'EN 1990 (Eurocode). Pour les cas de base, les coefficients de sécurité indiqués dans le tableau 3 peuvent être dérivés pour les différentes classes de conséquence (CC). Là, le coefficient de sécurité γm = 1,8 pour CC 2 se référant à un indice de sécurité de β = 3,8 a pu être confirmé par plusieurs approches statistiques. Une fois avec une analyse FORM (First Order Reliability Method) du côté de la résistance avec αR (facteur de sensibilité FORM pour la résistance), qui suppose une distribution log-normale pour la résistance (Wellershoff 2006), et une fois avec une distribution de Weibull basée sur un approche probabiliste incluant l'orientation aléatoire des rayures et la modélisation statistique de la charge à l'aide de la distribution des valeurs extrêmes (Ballarini et al. 2016 ; Pisano et al. 2019b).

Tableau 3 Coefficients de sécurité γM et γp pour différentes classes de conséquence -Tableau pleine grandeur

3.4 Conception du verre feuilleté

Face à l'évolution des technologies d'intercalaire et de leur variété de propriétés, la prise en compte de l'effet de couplage par cisaillement intercalaire est l'un des facteurs clés pour réduire la masse dans la conception verrière, Fig. 15.

Les effets de couplage de cisaillement peuvent être exprimés en termes de temps et de température. En termes simples, la CEN/TS 19100 permet trois niveaux de conception différents : (1) couplage complet ou sans cisaillement, (2) modèles analytiques pour la détermination des propriétés mécaniques effectives des sections transversales en couches élastiques et (3) modélisation numérique, Fig. 16.

Pour ce qui concerne les IGU dans des circonstances normales, la nature du couplage de la pression et de la charge dans la cavité nécessite une attention particulière lors de l'examen du cas le plus pertinent, c'est-à-dire si le comportement plus rigide ou plus souple de l'intercalaire doit être pris en compte dans quelle combinaison de celui de l'autre vitrage, c'est-à-dire s'il faut prendre la valeur supérieure ou inférieure du module de cisaillement de l'intercalaire. Bien sûr, cela nécessite la disponibilité de valeurs matérielles fiables correspondantes des deux côtés des distributions. Cependant, comme il s'agit d'une tâche très difficile, nous ne pouvons pas nous attendre à une solution simple du côté des matières plastiques, cela prendra un certain temps supplémentaire même au-delà de l'introduction de l'Eurocode. Il convient également de rappeler que l'impact sur la sécurité, dû à la partie de la résistance, n'est pas aussi élevé que, par exemple, celui de la résistance du verre lui-même.

Bien que les normes ne doivent normalement pas afficher les caractéristiques d'un manuel, le CEN/TC250/SC11 a conclu que dans le cas de la détermination des contraintes et des déformations des verres feuilletés, une assistance doit être fournie conformément aux derniers résultats pour le calcul analytique. Une telle approche offre une alternative aux simulations laborieuses et exigeantes avec la modélisation par éléments finis (FEM). Celle-ci se trouve désormais dans l'Annexe A de la deuxième partie de la CEN/TS 19100 (2021).

La théorie est basée sur la théorie de l'épaisseur efficace améliorée (EET) (Galuppi et al. 2013, 2014 ; Galuppi et Royer-Carfagni 2014) comme une amélioration par rapport à la méthode Bennison-Wölfel (Wölfel 1987). Elle fournit des résultats comparables à la norme EN 16612 (2019), mais inclut désormais une gamme d'applications considérablement plus large avec une gamme de conditions aux limites nettement plus large. À cet égard, les formules de calcul se réfèrent au verre feuilleté double ou triple pour différents types de conditions de chargement et de stockage pour les poutres et les plaques chargées latéralement. La figure 17 montre des exemples de formules de calcul.

3.5 Sujets sur les composants en verre chargés dans le plan, la robustesse, la stabilité et les joints spéciaux améliorés

La transparence et la translucidité d'une structure sont sans aucun doute augmentées lorsque des composants en verre sont intégrés statiquement dans la structure supérieure, par exemple dans des poutres, des murs ou des panneaux de cisaillement. Une caractéristique de ces composants est qu'en plus de la charge transversale, ils sont soumis à des contraintes importantes, souvent prédominantes, longitudinales, c'est-à-dire dans le plan. Pour cette raison, la partie 3 de CEN/TS19100 (2021) est dédiée aux éléments en verre chargés dans le plan.

Dans de telles circonstances, la robustesse et la fiabilité préalables de ces composants en verre ne peuvent pas être atteintes en adoptant les règles simples pour FLS et PFLS comme prévu pour les composants subordonnés chargés transversalement couverts dans CEN/TS 19100-2 (2021). Cette approche s'applique particulièrement aux composants qui font partie du système porteur de la structure globale. En règle générale, ces composants sont fabriqués à partir de verre de sécurité feuilleté suffisamment multicouche pour obtenir une robustesse suffisante et, en outre, il doit y avoir un chemin de charge alternatif en cas d'effondrement d'un élément de verre entier. Ainsi, en plus de la CEN/TS 19100-2 (2021), la CEN/TS 19100-3 (2021) contient des conseils supplémentaires concernant les exigences renforcées pour l'évaluation théorique et expérimentale.

Il convient de noter qu'il est courant que des tests de composants potentiellement destructifs ne puissent pas être effectués dans le bâtiment lui-même car le composant restant serait alors pré-endommagé et difficile à remplacer. Pour cette raison, ces tests de composants destructifs sont généralement exécutés ailleurs (par exemple dans un laboratoire ou un atelier) sur des éprouvettes supplémentaires spécialement préparées. Cependant, dans certains cas particuliers, la CEN/TS 19100-3 (2021) permet également la vérification en FLS et PFLS sans test.

Outre l'introduction de charges sur les bords des composants, qui, outre les formules de vérification de base, doit être résolue de manière plutôt constructive, des règles sont données pour l'évaluation de la stabilité à la fois à l'état intact et à l'état cassé, ce qui revêt une importance particulière dans la conception et pour la dimensionnement des composants en verre structurel. Par exemple, si des vitres (plaques de verre) sont chargées dans le plan, elles peuvent échouer en raison d'une déformation hors du plan (flambage par flexion (Langosch et Feldmann 2016), flambement par torsion latérale (Luible et Crisinel 2004 ; Kasper et al. 2007 ; Amadio et Bedon 2011) ou voilement de plaque (Luible et Crisinel 2005)), selon le degré d'élancement, les imperfections géométriques (Belis et al. 2011) et les conditions de bord, ou rupture partielle.

La partie 3 donne des règles pour l'imperfection équivalente à utiliser lors de la vérification de tels composants soumis à un chargement dans le plan, pour les phénomènes de stabilité qui se produisent. Les imperfections géométriques équivalentes doivent être appliquées à la plus grande ordonnée de la déformation des modes propres en termes de courbure, Fig. 19. En plus des valeurs d'imperfection du composant lui-même, les valeurs d'imperfection d'installation doivent être prises en compte, qui peuvent varier du niveau de contrôle d'exécution.

Dans la future version de l'Eurocode, nous attendons des courbes de flambement cohérentes pour de tels cas, ce qui pour les cas simples rendra la vérification FEM superflue et facilitera ainsi les vérifications de stabilité, Sect. 4 de cet article.

De plus, pour le verre trempé thermiquement, des règles sont fournies pour tenir compte de la sécurité dans le cas où un pli de verre se brise soudainement, pour quelque raison que ce soit, et qu'un effet d'impact augmentant les contraintes à court terme est induit dans la section transversale intacte restante.

Mais ce n'est pas seulement l'art de concevoir et de dimensionner les composants eux-mêmes qui est couvert par la norme. Une partie du répertoire d'un concepteur qualifié doit également consister à concevoir de manière appropriée les connexions avec et entre les éléments en verre structurel. Dans le cas d'éléments chargés dans le plan, l'assemblage de tels composants constitués de verre a rarement été abordé jusqu'à récemment. Cette situation a changé grâce à d'autres travaux de recherche (Baitinger et Feldmann 2010 ; Nielsen et al. 2010 ; Watson et al. 2013).

Pour cette raison, la conception des "joints spéciaux" a été incluse dans la partie 3 de la CEN/TS 19100. Les "assemblages spéciaux" sont ceux qui permettent le transfert des efforts internes dans le plan du verre d'un composant en verre à l'autre . De telles méthodes comprendraient l'assemblage avec des boulons en cisaillement, des joints collés ou des joints serrés utilisant le frottement pour la transmission du cisaillement, et ne doivent pas être confondus avec des supports "normaux", comme les fixations ponctuelles (Graf et al. 2004) qui sont traitées dans le CEN. /TS 19100-2 (2021). En termes simples, il est recommandé que de tels systèmes d'assemblage soient conçus et vérifiés à l'aide de FEA (analyse par éléments finis), mais pour certaines configurations, CEN/TS 19100 - 3 donne des méthodes de conception analytiques permettant une vérification rapide de la disposition structurelle, Fig. 18,en plus des recommandations détaillées de construction.

3.6 Problèmes d'entretien

Alors que dans certains pays et dans d'autres industries, il est courant d'exclure les valeurs limites pour les déformations d'une spécification de calcul, ces limites ont été incluses dans le CEN/TS à juste titre. En effet, lorsqu'il s'agit de produits verriers, la valeur limite de déformation peut être différente selon le type de composant verrier présent. Ce problème est plus prononcé pour le verre que pour les autres matériaux de construction pour des raisons de confort et d'esthétique, ainsi que des limites fonctionnelles de flèche (Fig. 19). Par exemple, les limites de déformation des vitrages isolants sont présentes pour protéger l'étanchéité à l'air de la cavité, qui est une exigence fonctionnelle, Fig. 20.

Une déflexion excessive peut également entraîner le désengagement des produits vitrés de leurs supports, ce qui est à son tour une exigence qui affecte l'ELU (capacité portante). Pour cette raison, une morsure de verre suffisamment grande est nécessaire, ce qui est réglementé dans le CEN/TS. En plus de ces limites spécifiques, Fig. 21, des règles simplifiées pour une vérification rapide de la conception ont été fournies. De plus, des règles pour le calcul et la détermination des valeurs limites pour les fréquences de vibration admissibles (dynamique) ont été fournies dans l'annexe B de la partie 2 du CEN/TS 19100.

3.7 Partie 4 de la CEN/TS 19100

La partie 4 du CEN/TS 19100 est une caractéristique spéciale qui différencie cette suite de normes des problèmes de conception technique "classiques" liés au calcul ou aux essais. Comme défini dans son domaine d'application, la partie 4 est destinée à servir de guide pour le développement ou l'amélioration des règles destinées à aider à sélectionner le produit vitré approprié pour la protection contre les blessures et les chutes. Ces règles peuvent être considérées comme des spécifications qui peuvent couvrir une réglementation nationale, une norme nationale, des recommandations d'une association professionnelle, des exigences pour un projet particulier, etc. Ainsi, la partie 4 comprend également une section spéciale qui présente des suggestions pour un contenu possible de telles spécifications. La partie 4 traite de la sécurité des personnes lors de l'examen.

L'avis distingue les vitrages verticaux et non verticaux, la fonction, les zones critiques, le type d'élément vitré, le type de verre et les dimensions de l'élément vitré, le mode de fixation, la disposition et la géométrie de la structure environnante, le type de collision ou de chute, les conséquences de blessures etc. La figure 2 fournit un résumé des normes européennes de base qui existent déjà, par exemple DIN 18008 (2020), FD DTU 39 P5 (2017) ou NBN S23-002 (2020).

De plus, la partie 4 comprend 3 annexes. L'annexe A propose des gammes de dimensions géométriques et de géométries environnementales dans lesquelles le risque de blessure est considéré comme acceptable. L'Annexe B traite des recommandations concernant le choix du type de verre, et l'Annexe C donne des orientations possibles pour la conception des protections (voir les exemples donnés à la Fig. 22). Toutes les annexes sont informatives.

L'intention actuelle est que la partie 4 ne soit pas convertie en un Eurocode à l'avenir, car son contenu doit être compris dans le sens de "sécurité et accessibilité en cours d'utilisation" - problèmes (exigence de base 4 pour les ouvrages de construction du Règlement sur les produits de construction (RCP)). L'objet de la partie 4 n'inclut pas « la résistance mécanique et la stabilité » (exigence de base 1 pour les ouvrages de construction du CPR), comme c'est le cas pour les autres parties de la CEN/TS. Les questions relatives à la "sécurité d'utilisation" sont difficiles à inclure dans un Eurocode, en raison de la variété des systèmes juridiques en vigueur dans les différents pays d'Europe. Pour cette raison, il a été décidé que ce type de réglementation devrait être laissé au statut de recommandations, c'est-à-dire une CEN/TS, maintenant et à l'avenir.

Enfin, il convient de reconnaître que le choix du type de verre est généralement l'une des premières étapes de la conception et qu'il s'agit d'une tâche qui doit être réalisée en étroite collaboration avec l'architecte. Pour cette raison, le sujet contenu dans la partie 4 de la CEN/TS est particulièrement important, peut-être plus que l'on pourrait penser à première vue.

3.8 Postes restants pour l'eurocode

L'intention a toujours été que la CEN/TS soit rédigée dans le même style et avec le même contenu qu'une norme EN. Pour cette raison, la version de l'Eurocode sera très similaire au CEN/TS. Néanmoins, quelques révisions et ajouts sont attendus. Ces révisions et ajouts, qu'ils soient basés sur les leçons tirées des applications en phase d'essai ou sur les points que le comité CEN/TC250/SC11 a déjà identifiés lui-même, devraient inclure :

Il est probable que d'autres révisions et sujets seront inclus. Bien sûr, comme c'est le cas pour d'autres normes européennes (EN), après l'achèvement de l'Eurocode, les développements et améliorations ultérieurs qui apparaîtront seront codifiés et repris par la publication d'amendements respectifs. A cette fin, le CEN/TC 250 a fourni une "révision systématique" spéciale pour tous les Eurocodes. Un calendrier approximatif couvrant les travaux futurs jusqu'à ce que la norme soit disponible sous forme d'Eurocode est décrit dans la section suivante.

Ce document fournit un historique de la conceptualisation de la spécification technique CEN/TS 19100, parties 1 à 4, et résume certaines des règles les plus importantes et le contexte technique du code. La structure et la compatibilité de la nouvelle CEN/TS avec les autres normes de la suite des Eurocodes ont été expliquées, y compris la pertinence par rapport à l'EN 1990 (2010), ainsi que la relation avec les normes de produits européennes. En outre, l'article montre la nécessité de considérations d'état limite, y compris, mais sans s'y limiter, les états intacts et comment les inclure dans la normalisation européenne.

La plupart des sujets de conception technique pertinents et des exigences pour la normalisation dans les constructions en verre modernes sont traités dans la CEN/TS 19100. Cependant, quelques-uns sont actuellement encore à l'étude et devraient être incorporés dans le futur Eurocode.

Le CEN/TS 19100 est destiné à une utilisation expérimentale dans la conception du verre. Les retours d'expérience de l'industrie et de la communauté des concepteurs permettront d'améliorer le document lors de sa conversion en Eurocode. A cet effet, les travaux techniques correspondants sont en cours et les sujets, dont le comité CEN/TC250/SC11 est encore en discussion, ont été synthétisés.

Il est prévu que les travaux techniques décrits dans le présent document soient finalisés d'ici la fin de 2023 afin que la préparation de la phase d'enquête puisse commencer comme prévu en 2024. Après incorporation des commentaires des pays, formalités supplémentaires et travaux de traduction, et après formalisation Votez, nous espérons que l'Eurocode sera publié en 2026. À ce moment-là, il appartiendra aux pays européens de préparer leurs documents d'application nationaux (NAD), afin de s'assurer que rien ne s'oppose au retrait des normes nationales respectives. .

Le partage de données ne s'applique pas à cet article car aucun ensemble de données n'a été généré ou analysé au cours de l'étude actuelle.

Les auteurs souhaitent exprimer leurs sincères remerciements à la Commission européenne et au CEN/TC 250 pour leur confiance dans la préparation du CEN/TS 19100 dans le cadre du mandat M/515, en particulier pour leur soutien financier. En outre, les personnes suivantes doivent être remerciées pour leurs précieuses contributions dans les discussions menant à la préparation du CEN/TS (par ordre alphabétique) : Mascha Baitinger (Contura Ingenieure, Mayence) ; Luigi Biolzi (Politecnico Milano); John Colvin (Shelmersdale); Graham Dodd (ARUP, Londres); Michel Dubru (Verre pour l'Europe, Louvain-la-Neuve) ; Jo Joosten (verre kenniscentrum, Gouda); Ron Kruijs (Glasimpex Schiedam); Nils Landa (Bolseth Glass, Sandane); Peter Lenk (ARUP, Londres); Andreas Luible (Hochschule Luzern); Kent Persson (Université de Lund); Vlatka Rajcic (Université de Zagreb) ; Paolo Rigone (Politecnico Milano); Daniela Schön (DIN, Berlin); Wim Stevels (Eastman Chemical Company, La Haye); Panou Visa (Lumon, Kouvola); Norbert Wruk (Pilkington, Cologne); Anke Zillmann (DIBt, Berlin).

Financement Open Access activé et organisé par Projekt DEAL.

auteur correspondant

Correspondance à Maximilien Laurs.

Conflit d'intérêt

Au nom de tous les auteurs, l'auteur correspondant déclare qu'il n'y a pas de conflit d'intérêts.