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Université de Technologie Mohamed Boudiaf ORAN 1 Département de Génie Civil Lab

Université de Technologie Mohamed Boudiaf ORAN 1 Département de Génie Civil Laboratoires des Structures et Matériaux Avancés en Génie Civil Cours de Structures métalliques Licence Tavaux Publics Présenté par Dr. BOUNOUARA Fatima Maitre de conférences B DEFINITION DE METAL D’après Larousse: produit constitué d'un corps métallique ou d'un alliage chimique, corps simple, solide cristallin, caractérisé par une importante conductivité thermique et électrique, et il a une tendance à former des ions positifs . 2 [C] > 2% Fonte Fe [C] < 2% Acier Fer: Par importance, il est le 4e élément de l'écorce terrestre On le retrouve sous forme : • Native : Provenant principalement de météorites • Minerais: Oxyde, sulfure, carbonate, nitrate et silicates À l'état pur, il possède une faible résistance à la traction: 120 MPa • Acier: 380 MPa Qu'est-ce que l'acier ? Un alliage métallique Principalement constitué de Fer Fe Fer + Carbone = Acier (Alliage ?! ) Métal de base Elément d’addition chimique Un alliage est la combinaison d'un élément métallique avec un ou plusieurs métaux par fusion. les caractéristiques mécaniques des métaux purs sont relativement faible. Ajouter d’autres éléments permet de durcir le métal en augmentant ses caractéristiques mécaniques . Par rapport à l’ordonnancement des atomes d’éléments d’additions on distingue: a- Alliage homogène Un élément d'addition qui forme une solution solide avec le métal de base peut être localisé soit entre les atomes de l'élément majoritaire (on parle alors d'« insertion »), soit à la place des atomes du métal majoritaire (on parle alors de « substitution »). 4 La coulée continue l'acier est coulé dans une lingotière spéciale appelée Coulée Continue. solidification de l'acier sous forme d'une longue bande ininterrompue Découpage au chalumeaux de façon à donner des brames. parallélépipède d'acier: - (10x1.5x0.2) m3 - 5 tonnes Laminage Modification des lingots par des opérations successives de laminage. 19 laminage Rouleaux de laminoirs rainurés pour formes particulières: – rails de chemins de fer; – Poutrelles; – etc. laminage 22 Acier L'acier, c'est du fer additionné de carbone, (taux de ≈ % à 2%). Le dosage en carbone influe sur les caractéristiques du métal. On distingue 2 grandes familles d'acier : – les aciers alliés – les aciers non alliés. ( éléments chimiques autres que le carbone). exemple : 17% de chrome + 8% de Nickel (acier inoxydable). il n'y a pas un acier mais des aciers. (plus de 3 000 nuances) Formes des Produits laminés -laminés : ce sont les produits les plus couramment utilisés dans la construction métallique. Les demi- produits sont déformés successivement au travers des laminoirs constitués par des cylindres qui compriment et étirent la masse relativement malléable en raison de sa température encore élevée. L’étape ultérieure possible est le laminage à froid. Ce procédé est principalement utilisé pour façonner des tôles minces qui sont ensuite galvanisées et/ou pré-laquées ; -étirés ou tréfilés : par étirage ou tréfilage (à chaud ou à froid) on amène un produit déjà laminé à une section plus réduite et à une plus grande longueur pour former des barres ou des fils. 24 25 OSSATURE D’UNE CONSTRUCTION MÉTALLIQUE Les différentes sections droites couramment utilisées Il existe une grande variété de section droite (section transversale) ou profilés en GC. Elles se distingues les unes des autres par leur caractéristique géométrique et mécanique. Les plus utilisées sont: Profilés en double té Cornières Profilés en U Profilés tubulaires a- Les produits laminés longs On distingues les produits laminés longs par: 1- Laminés marchands : Les carrés , les ronds, les plats , les cornières en (L), les fers en T et les petits U. 13 a- Les produits laminés longs 2- Les poutres et les poutrelles: peuvent avoir différentes sections en I , en U ou en H - Sont utilisés aussi bien pour les poteaux que pour les poutres. Elles se décomposent en trois séries : HEA, HEB et HEM, suivant l’épaisseur relative de leur âme et de leurs ailes. Leur section s’inscrit approximativement dans un carré (la semelle a une largeur sensiblement égale à la hauteur du profil jusqu’à 300 mm de hauteur). Les ailes présentent toujours des bords parallèles. Les hauteurs varient de 100 à 1100 mm . Les profils HEA, les plus légers, présentent le meilleur rapport performance/poids en général et sont donc les plus utilisés. 14 28 OSSATURE D’UNE CONSTRUCTION MÉTALLIQUE Les différentes sections droites couramment utilisées Outre les critères architecturaux et financiers, les choix judicieux de la section transversale est intrinsèquement lié aux types de sollicitation. A titre d’exemple: •Les IPE et les IPN qui ont un moment d’inertie Iz < Iy, sont utilisés principalement comme éléments fléchis. •Les HE (HEA, HEB, HEM) ont le moment d’inertie Iz plus élevé que celui des IPE et IPN. Ils sont utilisés en flexion tout comme en compression. Pour une distance entre les deux ailes égale, le HEA est le plus léger et le HEM est le plus grand. Pour une inertie égale, le HEA est à nouveau le plus léger mais ses dimensions seront supérieures à celles d’un HEB et nettement supérieure à celle d’un HEM. •Pour une flexion déviée, il faut par rapport aux dimensions transversales, Iy et Iz élevés. Les profilés creux (rond et carré) sont mieux adaptés à la flexion déviée que les profilés en double t. POUTRE EN I POUTRE EN H POUTRE EN U POUTRE EN L POUTRELLE ALVEOLAIR E POUTRE MIXTE HPN PC PC 29 Caractéristiques des section transversales des profilés métalliques Symboles concernant les caractéristiques des sections transversales : 30 Profilé de type IPE et/ou HE Cornière de type L Profilé de type IPN Profilé de type U Ame Semelle A Air de la section transversale Axe X-X Axe suivant la longueur de l’élément (Profilé) b Largeur de la section (Largeur de la semelle) i Rayon de giration Axe Y-Y Axe de la section transversale // aux semelles d Hauteur de l’âme I Moment d’inertie de flexion Axe Z-Z Axe de la section perpendiculaire aux semelles tf Epaisseur (thikness) de la semelle (Flange) W Module de section h Hauteur de la section tw Epaisseur de l’âme (Web) Les tôles nervurées Les applications concernent les produits d’enveloppe: (bardage),de couverture (bac, support d’étanchéité) et de plancher (bac pour plancher collaborant ou à coffrage perdu), ainsi que les panneaux sandwich incorporant des matériaux isolants. b- Les produits laminés Plats 18 19 Qu’est qu’une structure (Charpente) métallique ? Le terme charpente métallique est aussi utilisé, mais souvent on préfère l'appellation ossature (Structure) métallique, car le mot charpente est ordinairement réservé au travail du bois. L'ossature métallique a sa place sur une grande diversité de chantiers. Elle est courante dans le domaine des bâtiments industriels et de stockage. Ossature : L’ensemble des éléments qui soutiennent le bâtiment , dont la ruine d’un seul élément peut entrainer celle de l’ouvrage tout entier . Cela peut être expliquer par le fait de considérer que les éléments de la structure sont parfaitement liaisonnés les uns par rapport aux autres. Domaine d’emploi des constructions en aciers : - Bâtiments industrielles et / ou résidentielles; - Les ouvrages d’arts (Ponts , Passerelles, les pont ferroviaires et les trémies métalliques); - Les stations off-shor (Les plateformes marines); - Les silos , les réservoirs métalliques; - Renforcement des éléments de la structures par des profilés métalliques 20 Les différents types de constructions métallique 21 Les avantages et les dangers des constructions en acier - Haute résistance (Critère de ductilité) - Stabilité des propriétés mécaniques (Domaine élastique parfaitement linéaire voir courbe contrainte-déformation) - Préfabrication (garantie de l’usinage par une fabrication normalisée et réduire le temps de réalisation) - Eléments de grandes portée (Structures élancées et spacieuses) - Modifications ultérieures (Structures démontables) - Economie substantielle - Faible résistance au feu -Corrosion atmosphérique (Préjudice?) - Instabilité élastique (phénomènes majeurs: Flambement, Déversement des poutres Voilement des plaques) 22 Références techniques et réglementations Avant 1993 , des réglementations pour les calculs des structures en aciers sont : 1 Règles de calcul des constructions en aciers CCM66 2 Les normes françaises (NF) (Calcul des assemblages et des éléments à parois minces) 3 Les normes européennes (EN: Euro-normes) 4 Apparition de l’additif 80 : Règles de calcul des constructions en aciers (les notions de plasticité sont introduites)  Norme: indique les exigences techniques , les procédés d’élaboration, l’état de livraison, la composition chimique, les caractéristiques mécaniques et l’état de surface.  Depuis 1993 un code unique est adopté par la communauté européenne de la normalisation (CEN). Par la suite chaque pays européen a ajusté les modalités d’application de l’Eurocode 3 (EC3) sur son territoire. 23 LES EUROCODES EN 1990 : EC0, bases de calcul des structures EN 1991 : EC1, actions sur les structures EN 1992 : EC2, calcul des structures en béton EN 1993 : EC3, calcul des structures en acier EN 1994 : EC4, calcul des structures mixtes acier-béton EN 1995 : EC5, calcul des structures en bois EN 1996 : EC6, calcul des str. en maçonnerie EN 1997 : EC7, calcul géotechnique EN 1998 : EC8, calcul des structures pour leur résistance aux séismes uploads/s3/ orca-share-media1666451666540-6989604890775391487 1 .pdf