Annexe A (normative)  Critères de choix d'un revêtement en pierre et de son système d'attache

A.1  Hypothèses de base

Les actions sur les plaques de revêtement vertical, ainsi que leurs attaches, à prendre en compte sont les suivantes :

• charges parallèles au plan des plaques :

  • poids propre de celles-ci ;

• charges perpendiculaires au plan des plaques :

  • effets du vent ;

  • chocs ;

  NOTE 1

  La norme NF P 08-302 fixe des critères de résistance aux chocs en fonction de l'exposition.

• déformations imposées par :

  • la dilatation des plaques ;

  • le retrait et le fluage du support.

  NOTE 2

  Ces déformations ne sont pas à prendre en considération si les joints de fractionnement souples sont prévus ou a fortiori si les joints sont laissés vides.

  NOTE 3

  Les sollicitations dues aux efforts sismiques ne sont pas pris en compte dans le présent document.

A.1.1  Poids propre

Le poids propre des plaques est calculé à partir de la masse volumique apparente de la pierre et de l'épaisseur nominale de la plaque.

A.1.2  Effets du vent

Les effets du vent sont définis à partir de la norme NF EN 1991-1-4.

NOTE 1

Le revêtement extérieur d'un bâtiment et ses attaches sont soumis aux pressions et dépressions créées par l'action du vent sur les faces du bâtiment. Les façades situées « au vent » sont soumises à des efforts de pression, les façades situées « sous le vent » à des efforts de dépression ou succion.

NOTE 2

Pour des bâtiments de forme inhabituelle, ou de hauteur exceptionnelle, des essais en soufflerie peuvent être nécessaires.

NOTE 3

La détermination des pressions et dépressions dues au vent par les règles de la NF EN 1991-1-4 dépend de nombreux facteurs tels que :

• la situation du bâtiment (région, site, etc.) ;

• la forme du bâtiment (influence des dimensions, etc.) ;

• la situation de la plaque dans le bâtiment (hauteur, actions locales, etc.)

En vue de simplifier les calculs pour les bâtiments courants de hauteur inférieure à 28 m situés en France Métropolitaine, il est possible de prendre les valeurs d'action de vent à l'état limite ultime Vu indiquée dans le Tableau A.1.

Tableau A.1  Pressions de vent ultime Vu en Pascals

Pour la carte de vent des régions de France, il faut se reporter à la Figure 4.3 de la norme NF EN 1991-1-4/NA (y compris pour les DOM).

Pour l'appréciation de la zone de rugosité, il faut se reporter au Tableau 4.1 et aux Figures 4.6 à 4.14 de la norme NF EN 1991-1-4/NA.

Les DPM préciseront la catégorie de terrain de l'ouvrage.

À défaut, il faut prendre en compte, par simplification les catégories de terrains suivantes selon la topographie du site de l'ouvrage :

• Mer ou zone côtière exposée aux vents de mers, lacs et plans d'eau parcourus par le vent sur une distance d'au moins 5 km : catégorie de terrain 0

• Campagne : catégorie de terrain II

• Zones urbaines ou industrielles : catégorie de terrain IIIb

Action en rive de bâtiment :

En application du 7.2 de la norme NF EN 1991-1-4, pour obtenir la valeur des actions locales majorées dans les angles des ouvrages Vua, il y a lieu d'appliquer un coefficient de 1,4 à la pression de vent ultime Vu indiquée dans le tableau.

Cette majoration s'applique sur une largeur e/5 par rapport à l'angle du bâtiment et sur la façade perpendiculaire à l'action du vent considéré (zone A).

La largeur « e » est égale à la valeur minimale des deux grandeurs suivantes :

• la largeur B du bâtiment exposée au vent,

• deux fois la hauteur H du bâtiment.

A.1.3  Déformations imposées

A.1.3.1  Déformations d'origine thermique

Les déformations d'origine thermique intéressent principalement les revêtements extérieurs. L'amplitude de ces déformations dépend :

• du coefficient de dilatation thermique du revêtement (il varie généralement de 3.10⁻⁶ m/m °C à 20.10⁻⁶ m/m °C) ;

• de l'écart de température (auquel est soumis le revêtement). Ce dernier est lui-même fonction :

  • des conditions climatiques locales ;

  • de l'orientation de la façade et de la couleur du revêtement ;

  • de la présence d'un isolant derrière le revêtement.

Dans les cas courants de revêtements extérieurs, on se contentera de prendre en compte les déformations d'origine thermique en se basant sur un écart maximal de température de 100 °C, soit une variation de température par rapport à l'état initial de ± 50 °C.

Par exemple, pour une plaque de 1 m × 1 m, avec un coefficient de dilatation de 10 μm/m °C, on obtient un allongement de (50 × 10 × 10⁻⁶) m = 500 μm = 0,5 mm, absorbé par l'attache dans le cas d'une fixation mécanique.

A.1.3.2  Déformations imposées par le support

Les déformations imposées par le support à prendre en compte sont de deux ordres :

• déformations élastiques, sous l'effet de variations de charges ;

• déformations permanentes dues au retrait et au fluage, principalement dans le cas d'ossature en béton.

NOTE

Le phénomène de retrait est surtout sensible pendant les premiers mois d'existence du bâtiment. Le fluage provoque un raccourcissement sous charge permanente et se développe sur plusieurs années : Il peut atteindre 400 μm/ml à 500 μm/ml dans les cas courants d'ossature en béton armé.

A.2  Principe de fonctionnement du système plaque/attache

A.2.1  Généralités

Conformément au NF DTU 55.2 P1-2, ce paragraphe s'applique aux plaques de longueur L et de largeur l pour lesquelles L × l ≤ 1 m² et L/l ≤ 3.

L'équilibre des plaques de revêtement soumises aux actions du poids propre, du vent et de la dilatation, est maintenu grâce aux réactions des attaches qui sont, au nombre de quatre.

Les actions verticales sont reprises par les attaches « porteuses » situées en partie inférieure, au nombre de deux.

Le déversement, sous l'effet des actions perpendiculaires à la plaque, est repris par les autres attaches dites de retenue.

A.2.2  Charges verticales

A.2.2.1  Attaches disposées symétriquement et de même rigidité

Si les attaches sont disposées dans les joints horizontaux, chaque attache reprend P/2, P étant le poids de la plaque (voir Figure A.1).

Figure A.1  Principe de répartition des charges

Si les attaches sont disposées dans les joints verticaux :

• si le joint horizontal directement inférieur à la plaque est souple (vide ou calfeutré au mastic), il est admis que pour simplifier le calcul et compte tenu des dispositions constructives indiquées dans le présent document, que chaque attache reprend P/2 ;

• si le joint horizontal immédiatement inférieur à la plaque n'est pas un joint souple (vide ou calfeutré au mastic), chaque attache est dimensionnée pour reprendre P.

A.2.2.2  Attaches non disposées symétriquement ou de rigidité différente

La charge totale reprise par les deux attaches est le double de la charge calculée, dans l'Article A.2.2.1 ci-dessus, pour une seule attache et la répartition de cette charge entre les deux attaches se fait selon les règles classiques de l'équilibre des sollicitations statiques.

A.2.3  Charge horizontale

A.2.3.1  Résistance intrinsèque de la pierre en flexion

R_fmoy est la résistance moyenne à la flexion de la pierre sous charge centrée obtenue par essais selon la norme NF EN 12372. R_fdu est la valeur de calcul de la résistance de la pierre.

Dans le cas des pierres naturelles, on prendra R_fdu = R_fmoy/C_s,f.

Le coefficient de sécurité C_s,f est indiqué au A.2.4

À l'état limite ultime de résistance, la valeur de la contrainte maximale dans la pierre E_fdu due à l'action du vent V_u appliquée à une pierre doit être inférieure à la valeur de calcul R_fdu. Cette vérification est à réaliser pour des pierres d'élancement strictement supérieur à 3.

E_fdu < R_fdu

• P est la charge de vent repartie sur la pierre en fonction de sa largeur : P = V_u * b

• L est la dimension de la pierre dans le sens de la portée

• b est la dimension de la pierre dans le sens perpendiculaire à la portée

• h est l'épaisseur de la pierre

Ce coefficient de sécurité C_s,f est calculé suivant le paragraphe A.2.4.

A.2.3.2  Résistance de la pierre

R_emoy est la résistance moyenne de la pierre aux attaches obtenue par essais selon la norme NF EN 13364. R_edu est la valeur de calcul de la résistance aux attaches de la pierre.

Dans le cas des pierres naturelles, il faut prendre R_edu = R_emoy/C_s,e

Le coefficient de sécurité C_s,e est indiqué au A.2.4.

A l'état limite ultime de résistance, la valeur de la sollicitation sur l'ensemble de la pierre E_edu due à l'action du vent doit être inférieure à deux fois la valeur de calcul R_edu.

E_edu < 2 * R_edu

E_edu = Vu * S

S est la surface totale de la pierre soumise au vent : S = L*b

Ce coefficient de sécurité C_s,e est calculé suivant le paragraphe A.2.4.

A.2.4  Résistance de la pierre à la liaison ergot/pierre

Pour chacun des résultats des rapports d'essais, on définit le coefficient de variation de la pierre C_v = écart type/valeur moyenne.

On appelle C_v,f le coefficient de variation issu de l'essai de flexion effectué suivant la norme NF EN 12372.

On appelle C_v,e le coefficient de variation issu de l'essai à l'arrachement des ergots effectué suivant la norme NF EN 13364.

Les pierres présentant un coefficient de variation C_v,f ou C_v,e supérieur à 0,45 ne peuvent pas être employées.

Le coefficient de sécurité C_s,f ou C_s,e dépend du Coefficient de variation C_v,f ou C_v,e.

Le coefficient de sécurité se détermine suivant la formue C_s = 1.35 + 2.75C_v + 6.43C_v ² avec un minimum de 1,5.

Tableau A.2  coefficient de sécurité Cs

Figure A.2  Courbe d'évolution de Cs

NOTE

Le modèle de fonctionnement considéré entrant dans l'expression de l'état limite de résistance correspondant est le suivant : dans le cas d'une plaque reliée au support par l'intermédiaire de 4 attaches, le caractère indéformable de la plaque, l'équilibre statique de cette dernière ainsi que les tolérances de pose conduisent à considérer que les efforts de vent sont majoritairement repris par 2 attaches situées aux extrémités d'une même diagonale. En cas de rupture de l'une d'elles, les charges de vent se reportent alors sur les deux attaches situées aux extrémités de la diagonale opposée. La rupture de l'une de ces deux attaches conduit in fine à la défaillance du système, modélisé par un système redondant passif de type série-parallèle.

La méthode de calcul donnée dans la révision d'octobre 2000 basait la justification du dimensionnement sur la vérification que la résistance moyenne de la pierre vis-à-vis de chaque attache devait être supérieure à la force de vent extrême s'exerçant sur la totalité de la plaque, intégrant ainsi un coefficient de sécurité global fixe et unique censé intégrer toutes les causes d'incertitude. Cette simplification, qui ne tenait compte ni de la combinaison d'action considérée ni de la dispersion propre des caractéristiques mécaniques de la liaison ergot-pierre, pouvait conduire à des niveaux de sécurité globaux sensiblement hétérogènes d'un projet à l'autre. Or, le principe même de la présente méthode consiste justement à calibrer les coefficients de sécurité Cs de manière à ce que ce niveau de sécurité soit égal à un niveau cible unique, indépendant de l'incertitude attachée à la connaissance des performances mécaniques des pierres. Le niveau de fiabilité retenu ici est celui recommandé dans l'Eurocode 0 pour un état limite ultime de résistance relatif à un ouvrage courant exploité sur une période de référence de 50 ans.

A.2.5  Exemple de calcul

• Caractéristiques de la pierre :

  • Pierre calcaire dont les caractéristiques géométriques sont :

    • L = 0,80 m

    • b = 0,50 m

    • h = 0,03 m

• Pierre calcaire dont les caractéristiques mécaniques sont :

• Flexion charge centrée (NF EN 12372)

• R_fmoy = 5,7.106 Pa (Coefficient de variation C_v,f = 0,10)

• Résistance aux attaches en 3 cm (NF EN 13364)

• R_emoy = 1000 N (Coefficient de variation C_v,e = 0,16)

• Vérification des effets du vent

  • En partie courante, on se réfère au Tableau A.1 :

    • Pour un immeuble de 28 m à Paris (75)

    • Site région 2, rugosité Zone IIIb, hauteur 28 m

D'où V_u = 1113 Pa

• Résistance à la flexion

• C_v,f = 0,10

• Le coefficient de sécurité est donné par le Tableau A.2

• Pour un coefficient de variation de 0,10 :

  • C_s1 = 1,35+2,75*0,10+6,43*0,10² = 1,69

• En partie courante du bâtiment :

  • R_fdu = 5,7.106/1,69 = 3,37.106 Pa

  • E_fdu = (3*Vu*b*L²)/(4*b*h²) = (3*1113*0,50*0,80²)/(4*0,50*0,03²) = 0,593.10⁶ Pa

• On vérifie que E_fdu = 0,593.106 Pa < R_fdu = 3,37.10⁶ Pa

• Dans les angles du bâtiment :

  • Cela conduit à vérifier E_fdu en rive de bâtiment

• E_fdu = 0,593*1,4 = 0,830.106 Pa < R_fdu = 3,37.10⁶ Pa

• Résistance de la pierre à la liaison ergot/pierre

  • C_v,e = 0,16

• Le coefficient de sécurité est donné par le tableau A.2

• Pour un coefficient de variation de 0,16 :

  • C_s2 = 1,35+2,75*0,16+6,43*0,16² = 1,95

En partie courante du bâtiment :

• R_edu = 1000/1,95 = 513 N

  • L = 0,80 m

  • b = 0,50 m

  • S = 0,4 m²

  • Eedu = Vu*S = 1113*0,4 = 445 N

• On vérifie que 2*Redu = 2*513 = 1026 > Eedu = 445 N

• Dans les angles du bâtiment : Vua : 1113*1,4 = 1558 N

• En rive de bâtiment, Eedu = Vua*S = 1558*0,4 = 623 N

• On vérifie que 2*Redu = 2*513 = 1026 > Eedu = 623 N

A.3  Choix d'un système d'attache

A.3.1  Les facteurs de choix

Les facteurs à prendre en compte sont les suivants :

1. la nature du support :

   • paroi d'éléments pleins ou creux et possibilité de fixation (scellement, etc.) et risque de poinçonnement du support par le corps de l'attache ;

   • importance des variations dimensionnelles propres du support (fluage, retrait, etc.) après la pose du revêtement ;

2. la présence éventuelle de couche isolante : distance entre support et plan axial des plaques ;

3. les efforts résultant du revêtement proprement dit :

   • poids des plaques (épaisseur, masse volumique) ;

   • importance des variations dimensionnelles d'origine thermique du revêtement ;

4. les caractéristiques propres de résistance et déformabilité des constituants (par exemple : résistance aux attaches des plaques de pierre, performance des attaches proprement dites) ;

5. la situation du revêtement :

   • situation de la construction dans son environnement (zone de classement neige et vent) ;

   • situation de l'ouvrage dans la construction : parties plus sollicitées (angles de bâtiment, soubassement, etc.) ;

   • points singuliers (exemples : encadrement de baies, dernier rang de pierres) ;

6. le type de revêtement (joints ouverts ou non, et niveau correspondant du risque de corrosion des attaches, etc.).

A.3.2  Justification d'aptitude à l'emploi

Le système d'attache choisi doit être accompagné d'un dossier technique comportant les justificatifs suivants :

A.3.2.1  Fixation de l'attache au support

Selon le cas, indication des éléments nécessaires :

• au dimensionnement :

  • dimensions du scellement et mortier ou produit de scellement utilisé ;

  • justification du bon fonctionnement, aptitude à la fixation dans le support et pour la position considérée ;

• à la protection contre la corrosion pour le site d'exposition considéré, compatibilité avec les autres éléments en contact, etc.

A.3.2.2  Justification du corps de l'attache

Caractérisation du bon fonctionnement et de l'aptitude à l'emploi visé, évaluation des performances requises suivant le NF DTU 55.2 P1-2 CGM paragraphe 5.2.

A.3.3  Contenu des justifications par le calcul des attaches non courantes en points singuliers

Le système d'attache doit être accompagné d'un dossier technique comportant les justificatifs suivants :

• la raison de l'utilisation de l'élément spécial ;

• la proportion de chaque modèle de fixation dans l'ensemble des cas de figure traitant l'opération ;

• la nature du système d'attache par ossature.

A.3.3.1  Fixation de l'attache au support

La fixation à l'ouvrage support est identique à celle décrite au A.3.2.2.

A.3.3.2  Justification du système d'attache

Les attaches spéciales pourront être justifiées par un dossier technique spécifique qui devra comporter les caractéristiques mécaniques garanties, les résistances à la corrosion, nature et caractéristiques des métaux utilisés pour la fabrication des éléments non courants.

En l'absence de fourniture du certificat matière 3.1, conformément à la NF EN 10204 il faut retenir les limites caractéristiques suivantes :

235 N/mm² pour tous les aciers, 115 N/mm² pour l'aluminium.