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Structures et éléments structuraux de l’édifice Cas n02: les bâtiments métalliq

Structures et éléments structuraux de l’édifice Cas n02: les bâtiments métalliques Enseignant chargé de module : Mr A. Siad 2 1- La constitution de l’acier Acier = Fer + Carbone + Autres éléments 0,050 ≤ % Ca ≤ 2,10 Des introductions volontaires (silicium, nickel..) Ajustables en fonction du résultat recherché % Ca < 0,050 => alliage malléable, on parle de FER % Ca > 2,10 => structure fragilisée, on parle de FONTE plus le pourcentage en Ca augmente, plus la résistance mécanique et la dureté de l’alliage augmentent la soudabilité de l’acier augmente avec la baisse du pourcentage en Ca 3 2- Les avantages de l’acier Caractéristiques mécaniques: L’acier possède de très bonne capacité de résistance lorsqu’il est soumis à la traction En effet, la valeur de la résistance à la traction de ce matériau est très élevés En compression, le comportement de l’acier est identique au comportement en traction, mis à part des phénomènes d’instabilité éventuels (flexion, flambement…). 4 2- Les avantages de l’acier Caractéristiques mécaniques: Très bonne ductilité : capable de subir une déformation importante avant de se rompre sans dégradation dans sa constitution, sans détérioration de sa résistance et de sa rigidité. Tenue en fatigue : supporte un grand nombre de cycles et de charges avant rupture. Résilence 5 Coût d’élaboration plutôt modéré car le minerai de fer est très abondant sur terre (environ 5% de l’écorce) et sa transformation en alliage est assez simple. Fort potentiel de recyclage. Caractéristiques économiques: 2- Les avantages de l’acier 3-Les inconvénients de l’acier Dans le contexte d’un incendie, l’acier a une mauvaise réputation Les caractéristiques mécaniques diminuent lorsque la température augmente Résistance aux températures élevées: 6 Résistance à la corrosion (durabilité): La forme de corrosion la plus courante est la corrosion uniforme ou généralisé qui se manifeste par la formation de rouille, ne se forme qu’en présence d’oxyde et d’eau L’une des principales solutions pour la protection contre la corrosion et les revêtements antirouille, Brunissage, Zingage, Galvanisation à chaud. Des autres solutions sont utilisées telle que l’utilisation des aciers inoxydable pour lesquels l’effet de la corrosion est quasiment nul. 7 3- Les inconvénients de l’acier 9 Acier inoxydable = Fer + Carbone +Chrome + Autres éléments 1,2 ≤ % Cr ≤ 10,5 Nickel, vanadium.. L’isolation thermique et acoustique L’acier est un matériau conducteur, ses capacités d’isolation thermique et phonique ne sont pas élevées. En utilisant un squelette d’acier comme ossature primaire, on contribue à diminuer l’épaisseur des parois et à diminuer l’encombrement engendré par les porteurs verticaux Dans certain cas, l’utilisation de l’acier peut être la seul solution qui réponde au contrainte technique et économique imposés (l’avantage des grandes protées, et la création de grandes surfaces libres par la réduction du nombres de poteaux). 10 3- Les inconvénients de l’acier 11 4- Les nuances d’acier La nuance est définie à partir de la valeur de l’une de ses caractéristiques mécaniques de base : la limite d’élasticité. Le choix de cette nuance se fait en fonction de la conception des assemblages et des conditions de service du bâtiment. on distingue trois nuances d’acier : S 235, S 275, S 355 Ex : aciers doux de nuance S 235 S = indique acier pour utilisations structurelles (E pour engine) valeur minimale de la limite d’élasticité en N/mm2 (ou MPa) 12 5- coupes et conceptions Le choix d’une section de profilé s’effectue selon 3 critères : Les critères de choix d’un profilé: Le rôle structurel Le rôle esthétique Le rôle secondaire Les produits d’acier utilisés dans le domaine de la construction 13 5- coupes et conceptions Les produits longs : qui sont sous la forme de barres, profilés, tubes, fils, etc, trouvent leurs usages courants dans la charpente métallique, l’ossature du bâtiment.. Les produits plats : qui sont sous la forme de bobines, de feuilles, etc, revêtus ou non sont généralement utilisés dans les planchers (bac collaborant, coffrage perdu), en façade (bardage, plateau), et en couverture (couverture sèche, support d’étanchéité). Les aciers moulés : sont des produits qui ont été coulés dans un moule à matériau réfractaire qui donne une forme et des dimensions définitives. 14 Les produits longs 5- coupes et conceptions La famille des produits longs regroupe: 1- Les poutrelles de la série des I (les profilées en I): La longueur varie de 18 à 33m selon la profil IPE : poutrelles en I européennes (h=80 à 750 mm) IPN: poutrelles en I normales (h=80 à 600mm) 15 Les produits longs 5- coupes et conceptions 2- Les profilés en H: (h=100 à 1100mm): Elles sont disponibles en trois séries, suivant l'épaisseur relative de leur âme et de leurs ailes HEA: profilés à ailes allégées, présentent le meilleur rapport performance/poids en général et sont donc les plus utilisés. HEB : Profilés à ailes longues. HEM: Profilés à ailes renforcées. HEA HEB HEM 16 3- Les profilés en U :  Il existe deux sortes: les UPE : poutrelles à ailes droites les UPN : poutrelles à ailes inclinées  Les hauteurs vont de 80 à 400 mm. Les produits longs 5- coupes et conceptions UAP UPN 17 Les produits longs 5- coupes et conceptions 4- Les profilés creux: 18 Les produits longs 5- coupes et conceptions 5- Les profilés minces: 19 6- Les profilés divers : Les produits longs 5- coupes et conceptions 20 Les produits plats 5- coupes et conceptions 1- Les tôles et larges plats laminés à chaud: Épaisseur comprise entre 3 et 20mm et une largeur limitée de 1.8m Elles servent à la fabrication des charpentes, des PRS, des profils creux ou tubes 21 Les produits plats 5- coupes et conceptions 2- Les plaques laminées à chaud : Épaisseur comprise entre 20 et 400mm et une largeur limitée de 5.2 m Elles servent à la fabrication des charpentes lourdes (offshore, oléoducs) et dans le domaine des ouvrages d’art (pont, passerelles) 22 Les produits plats 5- coupes et conceptions 3- les tôles minces laminées à froid: Épaisseur inférieure ou égale 3 mm Elles servent à la fabrication des tôles nervurées utilisées pour les toitures, planchers, panneaux sandwich 23 6- les assemblages Les rivets Boulonnage Le soudage Les assemblages 24 6- les assemblages Les rivets Les rivets ont été le premier moyen d'assemblage utilisé en construction métallique. Actuellement, l'emploi des rivets est limité, on les rencontre donc essentiellement dans des structures anciennes. leur diamètre varie généralement de 10 à 28mm. 25 6- les assemblages Le boulonnage ordinaire et HR Les boulons de charpente métallique s'emploient couramment pour réaliser les assemblages faiblement sollicités des halles et des bâtiments. Les boulons a haute résistance s'utilisent en général pour les assemblages de ponts, ainsi que pour les assemblages fortement sollicités ou soumis a des effets dynamique. 26 6- les assemblages Le soudage Le soudage présente, par rapport au boulonnage, plusieurs avantages: il assure la continuité de matière, et de ce fait garantit une bonne transmission des sollicitations il dispense de pièces secondaire (goussets, attaches,…….) il est plus esthétique que le boulonnage. En revanche, il présente divers inconvénients: le métal de base doit être soudable. Le contrôle des soudures est nécessaire et onéreux. Le soudage exige une main-d’ uvre qualifiée et un matériel spécifique 27 6- les assemblages Différentes formes d’assemblage -Les assemblages poutre- poteau (A) -Les assemblages poutre- poutre (B) -Les assemblages de continuité( C) -Les assemblages poteau- fondation « pied de poteau » (D) -Les assemblages dans un système en treillis 28 6- les assemblages Différentes formes d’assemblage Exemple 01 (portique ordinaire): Les poutres sont liées au poteau par des cornières boulonnées. - Les cornières relient les âmes des deux éléments. Les ailes sont libres Il y a un jeu entre les poutres et le poteau 29 6- les assemblages Différentes formes d’assemblage Exemple 02 (portique autostable): Liaison encastrement entre un poteau et une poutre: Une platine est soudée en bout de poutre (L'âme et les ailes sont reliées à la platine par soudage), puis boulonnées sur le poteau (2 files de 4 boulons). Il n'y a pas de jeu entre la poutre et le poteau 30 6- les assemblages Différentes formes d’assemblage Exemple 03: Articulation entre une poutre et une solive de plancher: Les solives sont fixées sur la poutre par des cornières boulonnées (les âmes sont reliées, les ailes sont libres). Pour assurer la continuité de la solive de plancher, on réalise un grugeage pour assurer le passage de l'aile de la poutre 31 6- les assemblages Différentes formes d’assemblage Exemple 04: Articulation avec un profilé carré creux/ On utilise un gousset: soit soudé sur une plaque rapporté en bout de profilé soit soudé dans une rainure pratiquée dans le profilé 32 Les fondations Les planchers Les poutres Les poteaux Système porteur Le système de plancher métallique permet de franchir de grandes portées avec des charges considérables, son exécution est rapide et précise, par contre il est coûteux et les aciers doivent être protégés de la rouille soit par la peinture soit en les enrobant de béton. On distingue les types suivants : Planchers en tôle pliée ou ondulée Planchers à uploads/Finance/ les-batimentsmetalliques.pdf