Les charges durant la construction : que faut-il prendre en considération et quelles méthodes utiliser?

Les défis

Très souvent, lors de projets industriels, les ingénieurs concepteurs doivent valider les structures partiellement achevées durant les phases de construction en raison d’exigences précises en matière de constructibilité, de limites au chapitre de l’installation de l’équipement ou de la séquence de construction.

Dans la pratique, certains ingénieurs en structures n’utilisent pas les charges de construction lors de l’analyse des conditions temporaires et s’appuient plutôt sur les charges qui s’appliquent au cours du cycle de vie de la structure. Cette approche peut engendrer de coûteuses demandes de conception menant à une hausse des coûts et de la quantité des matériaux de construction requise. Aussi, afin d’assurer la sécurité de tous les travailleurs sur le chantier, il faut tenir compte des charges durant la construction, mais les questions importantes s’imposent : « Que faut-il prendre en considération et quelles méthodes utiliser? »

Il n’est pas toujours facile de déterminer quel code ou quelle référence doivent être utilisés pour bien appliquer les charges de construction. C’est pourquoi les ingénieurs en structures de BBA ont examiné plusieurs références parmi le Code national du bâtiment, Canada (CNB), les normes de l’Association canadienne de normalisation, les Eurocodes, les codes de l’IBC et les normes de l’ASCE. Nous avons conclu que la référence la plus appropriée pour les conditions nord-américaines correspond à la norme ASCE 37 – Design Loads on Structures during Construction, car :

• Elle définit clairement toutes les charges qui peuvent se produire durant la construction et comment les appliquer.
• Les pratiques de construction américaines et canadiennes relatives à la conception, la fabrication, l’érection et l’exécution sur le chantier sont identiques.

Les solutions

Les charges de construction se définissent comme étant les charges exigées pour une structure temporaire ou partiellement achevée pendant le processus de construction. Les charges de construction incluent, sans s’y limiter, les matériaux, le personnel et l’équipement exigés pour la structure temporaire ou permanente durant le processus de construction. Autres que les charges de conception pour les structures destinées à un usage permanent, il faudra tenir compte des charges suivantes pendant la construction :

Charges occasionnées par des activités de construction

C = charges de construction

Les charges produites par la construction incluent le poids des structures temporaires, les charges matérielles, les charges d’exécution de construction et la poussée latérale des terres. Si aucune information n’est disponible au cours des premières phases, la norme ASCE 37 peut être utilisée à titre de ligne directrice lors de l’estimation des charges. Toutes les charges susmentionnées doivent en fin de compte être confirmées auprès de l’entrepreneur en construction.

Charges environnementales durant la construction

W = charges dues au vent

La conception des charges dues au vent pour les structures durant la construction peut s’appliquer selon un facteur de réduction :

Une attention particulière devrait être accordée aux charges pour les structures phasées et les structures partiellement fermées, notamment celles situées à proximité des bords.

T = charges thermiques

Des dispositions doivent être prises pour les distorsions thermiques de la structure et des composants architecturaux lorsque les structures sont érigées dans les conditions suivantes :

1. Lorsque le produit de la dimension et l’écart de température est supérieur à 7 000 pi-°F (1 185 m‑°C).
2. Lorsque des parties de la structure, qui seront protégées lorsque la structure sera achevée, sont assujetties à des radiations solaires directes par temps froid ou chaud.
3. Chaque fois que des changements de température créent des distorsions qui pourraient endommager les composants structurels ou architecturaux.

S = charges dues à la neige

Lorsque des chutes de neige sont prévues durant la période de construction, les charges dues à la neige doivent être prises en considération. Si la construction n’a pas lieu au cours des mois d’hiver et si aucune chute de neige n’est prévue, les charges dues à la neige n’ont pas à être prises en compte. La conception de charges dues à la neige sur les structures durant la construction peut s’appliquer selon un facteur de réduction :

R = charges dues à la pluie

Pour les conditions temporaires qui persistent pendant un mois ou moins, les charges dues à la pluie n’ont pas à être prises en considération pour la construction pendant les mois dont les moyennes de précipitations historiques mensuelles sont inférieures à 1 po (25 mm). Sinon, les charges dues à la pluie doivent être prises en considération. Il faut s’assurer de maintenir les drains libres et de fournir des voies non obstruées d’évacuation des eaux pluviales depuis les structures. L’eau qui s’accumule dans les structures non achevées doit être retirée.

I = charges dues à la glace

Pour la construction durant les saisons où les structures ne sont pas enclines à l’accumulation de glace, les charges dues à la glace n’ont pas à être prises en considération. Les structures qui seront fermées une fois la construction terminée et qui sont conçues pour les surcharges de 1,0 kPa ou plus n’ont pas à être considérées comme des structures sensibles à la glace pendant qu’elles sont ouvertes durant la construction. Sinon, il faut tenir compte des charges dues à la glace.

Cependant, si de la glace s’accumule sur ces structures, elle doit être retirée. Sinon, les charges de construction et les surcharges appliquées à la structure doivent être réduites d’une part correspondant au poids de la glace accumulée.

E = effets dus aux séismes

Il n’est pas raisonnable d’exiger une résistance sismique pour les travaux temporaires lorsque les séismes d’envergure sont peu fréquents ou peu probables. Autrement dit, les effets dus aux séismes n’ont pas à être prises en considération, sauf si l’autorité compétente l’exige et que le paramètre d’accélération de réponse spectrale amortie à 5 % de l’aléa sismique référencé et axé sur le risque est égal ou supérieur à 0,40 pour une période de 1 s, S1, comme le définit l’article 11.4.1 de la norme ASCE/SEI 7-10. Il faut tenir compte du fait que les données sismiques ne sont pas équivalentes entre la norme ASCE et le CNB, en raison des critères d’amortissement divergents utilisés.

Pour conclure

En résumé, on peut prendre en considération, de manière pratique, les charges sur les structures durant la construction en procédant ainsi :

• Les charges produites par les activités de construction doivent correspondre à la stratégie de construction et être évaluées par l’équipe de construction conformément à la norme ASCE 37 ou, du moins, à titre de ligne directrice;
• Les charges environnementales ne doivent pas être prises en considération si leur occurrence n’est absolument pas prévue durant la construction; sinon
• Les charges environnementales doivent s’appliquer avec certains facteurs de réduction fondés sur l’échéancier de construction.

Pour toute question à ce sujet, veuillez communiquer avec nous. L’équipe de BBA possède une solide expérience en ingénierie des structures, ainsi qu’en analyse de constructibilité et en assistance technique durant les travaux de construction.

Références

1. CNB 2015 – Code national du bâtiment, Canada
2. ASCE 37-14 – Design loads on Structures during Construction
3. EN 1991-1-6 – Actions générales – Actions en cours d’exécution