Guide à l'intention du client : Avantages de l'acier dans les constructions résidentielles

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1 Guide à l'intention du client : Avantages de l'acier dans les constructions Ce document présente la large gamme de formes de constructions en acier pour les logements résidentiels et détaille leurs principaux avantages pour les promoteurs, propriétaires/occupants, associations de logement et locataires. Sommaire 1. Introduction 2 2. Types de clients/parties prenantes 2 3. Avantages de la construction en acier dans les bâtiments résidentiels 3 4. Formes de construction et conseils quant à leur applicabilité 5 5. Conclusions 9 Page 1

2 1. Introduction Le secteur résidentiel représente 25 % des travaux de construction dans l'u.e.. Au sein de ce marché global, les appartements et les bâtiments résidentiels de plus grande taille représentent entre 15 à 50 % des foyers selon les pays. Le secteur des maisons et des immeubles d'habitation exige des bâtiments à plus forte efficacité énergétique, plus adaptables et de meilleure qualité. Des tendances régionales et démographiques se font également sentir, demandant des types de logements différents, qu'il s'agisse de logements pour une personne ou d'habitations à plus forte densité d'occupation. Dans beaucoup de pays européens, les terrains résidentiels de premier choix se font rare ; on encourage de plus en plus à construire sur d'anciens terrains industriels reconvertis et sur des terrains aux propriétés géotechniques médiocres. La construction en acier est bien adaptée pour répondre aux besoins de constructions. La possibilité de préfabriquer permet d'accélérer la construction, de dégager des avantages financiers, d'accroître la qualité et de réduire l'impact environnemental. Sa construction intrinsèquement légère permet d'en faire un usage économique sur les terrains dont la capacité de charge est faible. Tout un éventail de technologies relatives à l'acier peut être utilisé dans les secteurs des maisons et des immeubles d'habitation à plusieurs étages. Les principaux systèmes sont décrits ci-dessous. La construction en acier s'est taillée une importante part de marché dans plusieurs autres secteurs et sur les marchés nationaux, ce qui est un fait important. Les mêmes technologies et les mêmes avantages peuvent être obtenus dans les secteurs des maisons et du résidentiel. Il ne s'agit ici que d'un guide à l'intention du client : à ce titre, des informations détaillées n'y trouvent pas leur place. L'annexe A souligne quelques-unes des évolutions qui se sont produites ces vingt dernières années dans le domaine de la technologie de la construction en acier pour le secteur résidentiel. 2. Types de clients/parties prenantes Il existe principalement quatre types de clients/parties prenantes directement concernés par la construction résidentielle : Les propriétaires à but lucratif pour occupation en location, qui comportent les sociétés de placement, les fonds de pension, les propriétaires privés et ceux qui achètent dans le but de louer. Les propriétaires à but non lucratif pour occupation en location, qui comportent le gouvernement local et national, les propriétaires sociaux enregistrés et les associations de logement. Les propriétaires/occupants. Les locataires. Toutes ces parties prenantes partagent les mêmes exigences : des bâtiments de haute performance, d'entretien économique et durables. Les entrepreneurs et promoteurs désirent Page 2

3 une construction rapide, facile et à bas coût, qui leur permet d'offrir à leurs clients finaux le meilleur rapport qualité-prix. Par ailleurs, par l'intermédiaire de ses hommes politiques et de ses services d'aménagement du territoire, la société dans son ensemble manifeste des attentes dans les domaines suivants : Réduction des impacts des nouveaux logements Un aménagement urbain favorable au développement de communautés locales plus soudées, sans doute par le biais d'une densité de logement plus forte qu'au siècle dernier Un besoin croissant d'habitations abordables, tout particulièrement pour les travailleurs clés Chacun reconnaît désormais, ou devrait reconnaître, le besoin urgent d'un environnement bâti plus durable. La section suivante souligne comment la construction en acier peut satisfaire ces attributs très divers. 3. Avantages de la construction en acier dans les bâtiments résidentiels 3.1 Pour l'occupant Performances thermiques Les matériaux d'isolation modernes utilisés dans la construction à ossature chaude produisent des valeurs U faibles et de hautes performances d'herméticité à l'air capables d'engendrer un environnement interne chaud, dépourvu de courants d'air, d où une réduction des factures énergétiques pour l'occupant. Performances acoustiques Dans la construction légère en acier, d'excellentes performances acoustiques sont obtenues par la présence d'un vide et par l'isolation que confèrent des couches multiples de matériaux et des couches résilientes. Entretien La construction à sec et l'utilisation d'un matériau structural dépourvu de mouvements de fluage ou de retrait permettent de minimiser les fissures et les travaux d'entretien associés. Durabilité Les tests effectués sur les constructions existantes ont prouvé que, en cas d'utilisation d'éléments légers en acier galvanisé dans une construction à ossature chaude, la durée de vie prédite par le calcul est de plus de 200 ans. Page 3

4 3.2 Pour l'entrepreneur/le promoteur Montage en usine Les panneaux et modules légers en acier sont montés à sec dans un environnement d'usine. Celui-ci offre une continuité de travail et un cadre de travail favorable pour la main-d'œuvre. Stabilité des matériaux Du fait de la stabilité des propriétés des matériaux et de l'absence de fluage ou de retrait des éléments en acier, les finitions ne sont pas endommagées lors de la période de séchage. Sont ainsi diminués les rappels pour effectuer des travaux de réparation : il est en effet possible d'obtenir une construction avec zéro défaut. Planchers de grande portée Historiquement, dans la construction traditionnelle de bâtiments, la taille des pièces s'est trouvée limitée par la portée des poutres en bois. Les poutres légères en acier permettent d'obtenir des portées très grandes, ce qui permet de réduit le nombre de murs porteurs et de fondations. Système de construction à sec L'utilisation de matériaux de construction secs accélère les temps de construction en réduisant les délais de cure et en permettant un accès continu. Elle élimine dans le même temps les risques de problèmes liés à l'humidité, comme le développement de moisissures et de champignons. 3.3 Pour la société : Construction durable répondant aux besoins actuels de la société En ce qui concerne la construction en acier pour les logements résidentiels, l'éventail de solutions envisageables est très large. Celles-ci peuvent, et doivent, être utilisées de manière créative pour répondre à l'étendue de nos besoins émergents. Une architecture qui fait preuve d'inspiration peut réduire les impacts des nouvelles constructions tout en assurant un aménagement du territoire par la juxtaposition de bâtiments encourageant la création de constructions au plan local. Dans le contexte de logements abordables, il convient de noter que lors du concours récemment lancé par le gouvernement britannique pour encourager des logements abordables au Royaume-Uni, les quatre premiers finalistes ont tous retenu le choix de la construction à ossature métallique. Il existe en outre des avantages spécifiques en termes de durabilité et de qualité : La fabrication en usine présente une sécurité de travail accrue par rapport à une construction in situ. Le travail en usine facilite une exécution précise et de qualité : cette réduction des défauts améliore la durabilité du produit fini. Il devient alors possible d'optimiser l'utilisation des matériaux et, par conséquent, de minimiser au mieux les déchets. Tout déchet provenant de l acier est récupéré et recyclé. Page 4

5 Les poutres légères en acier sont de grande portée : cela peut impliquer des fondations moins importantes et des cloisonnements internes adaptables. Du fait que de grands panneaux ou modules sont fabriqués en usine, les livraisons sur le chantier sont moins nombreuses et exercent donc une nuisance moindre sur la circulation aux environs du chantier. 4. Formes de construction et conseils quant à leur applicabilité Il existe deux approches différentes vis-à-vis de la construction moderne en acier pour les logements résidentiels. Une ossature légère en acier, les murs porteurs étant constitués de montants où les éléments en acier sont formés à froid à partir de bandes d'acier galvanisé de 1,5 à 2,0 mm d'épaisseur. Des structures laminées à chaud, où les éléments en acier sont des profils conventionnels laminés à chaud. 4.1 Ossature légère en acier Les éléments individuels en acier sont montés pour former des systèmes structuraux. Ils sont généralement fabriqués hors chantier et peuvent être livrés sur le chantier, ils ne nécessitent qu'un temps minimum d assemblage et d installation. Les principaux systèmes sont récapitulés ci-dessous : Systèmes volumétriques S'agissant de la méthode de construction la plus communément basée en usine, les systèmes volumétriques utilisent des modules en trois dimensions qui peuvent être utilisés soit seuls soit conjointement pour former l'ossature du bâtiment. Ces modules peuvent être préfinis en usine pour inclure l'ensemble des équipements et installations, nécessitant un délai de montage très court sur le site. Un module structural type est illustré à la Figure 4.1. Systèmes à panneaux ouverts Les structures bidimensionnelles du bâtiment sont montées en usine. Les systèmes à panneaux ouverts sont généralement livrés sur le chantier simplement comme des éléments structuraux, l'installation des réseaux et équipements techniques, l isolation, la pose du bardage et les finitions internes étant réalisées in situ. La Figure 4.2 illustre un bâtiment, utilisant des panneaux ouverts, en cours de construction. Systèmes à panneaux fermés Ils sont similaires aux systèmes à panneaux ouverts, dans le sens où les éléments structuraux du bâtiment sont livrés sur le chantier en panneaux plats. Toutefois, les systèmes à panneaux fermés nécessitent un temps plus important de fabrication en usine non seulement pour l'application des matériaux de revêtement et d'isolation, mais aussi pour l installation du bardage, des finitions internes, des réseaux et équipements techniques, des portes et des fenêtres. Page 5

6 Construction «stick built» Il s'agit là de la forme de construction la plus simple. Les éléments individuels sont livrés sur le chantier pour être installés in situ. Systèmes hybrides Il s'agit d'une combinaison de systèmes volumétriques, à panneaux et systèmes «stick», pour lesquels les zones de forte valeur (cuisine et salle de bains) sont généralement formées à partir d'unités volumétriques (parfois appelées nacelles). Le reste de la construction est formé à partir d'une forme ou d'une autre de systèmes d'ossatures. Sous-ensembles Les principaux éléments de construction sont fabriqués hors chantier, mais ne constituent pas la structure principale du bâtiment. Les systèmes de fondation et les panneaux à cassette en sont des exemples types. Eléments non structuraux Les éléments non structuraux sont montés en usine. Bien qu'ils soient actuellement moins habituels que les éléments structuraux, des éléments tels que des infrastructures de réseaux et équipements techniques mécaniques et électriques sont en cours de développement, une partie importante des travaux de montage étant exécutée en usine. Cela permet de réduire de beaucoup les délais de construction et, lorsque les circonstances sont favorables, de dégager d'importantes économies financières. Portée (largeur du module) Hauteur du bâtiment : Poids propre 2,5 à 3,6 m 4 à 9 étages 1,0 à 1,5 kn/m 2 Figure 4.1 Construction modulaire Page 6

7 Portée Hauteur du bâtiment : Poids propre 3 à 5 m 2 à 4 étages 0,7 à 1,0 kn/m 2 Figure 4.2 Ossature légère en acier 4.2 Ossatures laminées à chaud Cette méthode adopte des approches conventionnelles pour la construction multi-étagées, utilisant des systèmes particulièrement adaptés à des agencements de sols pour appartements. Voici une illustration des systèmes types : Portée Hauteur du bâtiment : Poids propre 6 à 15 m 3 à 20 étages 2,5 à 3,5 kn/m 2 Figure 4.3 Construction mixte utilisant un bac acier Page 7

8 Portée Hauteur du bâtiment : Poids propre 5 à 9 m 3 à 10 étages 4 à 5 kn/m 2 Figure 4.4 Retombées de poutres en acier soutenant des dalles préfabriquées en béton Portée Hauteur du bâtiment : Poids propre 5 à 9 m 3 à 10 étages 4 à 5 kn/m 2 Figure 4.5 Poutres asymétriques intégrées soutenant des dalles préfabriquées en béton Portée Hauteur du bâtiment : Poids propre 5 à 9 m 3 à 20 étages 3 à 4 kn/m 2 Figure 4.6 Poutres asymétriques intégrées soutenant un bac acier avec dalles mixtes Page 8

9 5. Conclusions Le secteur de la construction en acier a lourdement investi dans la mise au point d'une large gamme de solutions satisfaisant toutes les formes de construction résidentielle. Les technologies employées présentent des avantages en terme de qualité, de rapport qualitéprix, de performances structurales, thermiques et acoustiques, et de durabilité. Elles peuvent s'adapter facilement à toutes sortes de styles architecturaux. Ces technologies sont maintenant arrivées à maturité et sont utilisées à bon escient dans plusieurs marchés nationaux majeurs. Une compétition farouche sévit sur ces marchés. Les succès remportés dans ce domaine, délaissant des matériaux plus traditionnels, démontrent bien le potentiel de croissance qui existe en Europe et au-delà. Page 9

10 Annexe A. Vingt ans d'investissements dans la technologie de l'acier léger A.1 Parcours difficile A l'instar des États-Unis, la France, l'allemagne et le Royaume-Uni ont mis au point plusieurs systèmes de maisons à ossature métallique après les deux Guerres mondiales. Si ceux-ci ont permis de subvenir aux pénuries de logement à court terme, la plupart d'entre eux présentaient d'importants défauts de conception. Les ossatures en acier non galvanisé étaient généralement exposées à des écarts de températures et ainsi sujettes à la condensation et à la corrosion. L'isolation y était soit absente, soit inadéquate, généralement composée de laine minérale de 25 mm ou 50 mm d'épaisseur. Les systèmes de bardage extérieur étaient souvent de mauvaise qualité, composés de panneaux en acier peint et enduits sur du treillis métallique déployé. Ils étaient dépourvus de pare-vapeur et la pénétration de l'eau pouvait être importante sur les sites exposés. Aucune attention n'était apportée aux performances acoustiques. En dépit de tous ces défauts, toute une série d'études engagées au Royaume-Uni, par le «Building Research Establishment» ont identifié relativement peu de maisons gravement détériorées. Toutefois, ces maisons étaient vilaines sur le plan architectural et n'étaient appréciées ni des occupants ni des agences de financement. Elles présentaient une barrière psychologique importante à surmonter dans tout développement de nouveau marché. A.2 Technologie robuste Vers le milieu jusqu'à la fin des années 1980, plusieurs sociétés productrices d'acier se sont lancées dans une initiative de premier ordre visant à développer l'utilisation efficace de profils légers en acier galvanisé dans des constructions modernes. Les marchés ciblés étaient vastes et comprenaient les logements résidentiels. Après avoir consulté de grandes figures de l'industrie, un programme complet d'essais fut entamé dans leurs laboratoires, étayé par des travaux de recherche et de développement de conception réalisés par le Steel Construction Institute, le Centre Technique Industriel de la Construction Métallique, l'institut suédois de la construction en acier et des universités associées. Les problèmes potentiels de corrosion furent résolus en adoptant de manière rigoureuse les principes de «l'ossature chaude», en incorporant à l'intérieur de l'enveloppe d'isolation tous les éléments en acier et en éliminant ainsi tout risque de pont froid. Les développements techniques s'intéressèrent également à la stabilité globale du bâtiment, aux systèmes de maintien, aux méthodes d'assemblage, aux méthodes de conception des éléments et des systèmes, aux systèmes modernes de bardage et à l'atténuation des nuisances acoustiques. A.3 Projets de démonstration Les projets de démonstration ont formé un élément crucial du lancement de cette technologie. Une maison à ossature métallique, aux consommations énergétiques exceptionnellement faibles, fut construite pour Ebbw Vale Garden Park en En 1994, un consortium composé du Steel Construction Institute, du Centre Technique Industriel de la Construction Métallique, de Studiengesellschaft Stahlanwendung e.v./3l et de Rautaruukki Oyj a obtenu un financement majeur de la Communauté européenne du charbon et de l'acier pour exécuter des projets de démonstration en France, en Allemagne, en Finlande et au Royaume-Uni. Page 10

11 Un immeuble d'appartements de cinq étages fut construit dans le centre de Reims, en utilisant une enveloppe mixte acier-béton et des murs de remplissage légers en acier. Une maison familiale pour particuliers fut construite à partir de profils en acier laminés à chaud et d'un remplissage en maçonnerie de brique. Un sous-sol habitable y fut inclus et l'espace interne est entièrement adaptable. Toute une série de maisons à un et deux étages et un immeuble d'habitation de trois étages furent construits pour le Salon de la maison près de Tampere, en Finlande, en utilisant des murs et des planchers légers en acier présentant un fort degré d'isolation thermique. Une résidence universitaire constituée d éléments léger en acier fut construite à Oxford. Elle consistait en une maison à quatre chambres, un appartement à deux chambres, trois chambres bureau et des combles habitables. A eux tous, ces projets de démonstration ont présenté le large éventail de solutions et de technologies possibles que l'acier peut offrir dans le domaine de la construction résidentielle. Page 11

12 Enregistrement de la qualité TITRE DE LA RESSOURCE Guide à l'intention du client : Avantages de l'acier dans les constructions Référence(s) DOCUMENT ORIGINAL Nom Société Date Créé par G W Owens SCI Contenu technique vérifié par G K Raven SCI Contenu rédactionnel vérifié par Contenu technique approuvé par les partenaires : 1. Royaume-Uni G W Owens SCI 18/04/06 2. France A Bureau CTICM 18/04/06 3. Suède B Uppfeldt SBI 11/04/06 4. Allemagne C Müller RWTH 18/04/06 5. Espagne J Chica Labein 18/04/06 Ressource approuvée par le Coordonnateur technique DOCUMENT TRADUIT Traduction réalisée et vérifiée par : eteams International Ltd. 15/08/06 Ressource traduite approuvée par : A Bureau CTICM 04/09/06 Page 12