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Notes de cours : Construction Métallique Cycle Ingénieur: GM El Haouzi Ahmed En

Notes de cours : Construction Métallique Cycle Ingénieur: GM El Haouzi Ahmed Enseignant chercheur à l’ENSAM de Casablanca, Maroc elhaouzi4@gmail.com Année Universitaire : 2018/2019 Construction Métallique Sommaire CHAPITRE 1 : INTRODUCTION GÉNÉRALE ET PRINCIPES DE BASE CHAPITRE 2 : CLASSIFICATION DES SECTIONS TRANSVERSALES SELON EUROCODES 3 CHAPITRE 3 : DIMENSIONNEMENT VIS-À-VIS DES PHENOMENES D’INSTABILITE ELASTIQUE CHAPITRE 4 : RÉSISTANCE DES SECTIONS TRANSVERSALES CHAPITRE 5 : ENVELOPPES ET ÉLÉMENTS DE STRUCTURES 2 Année Universitaire : 2018/2019 CHAPITRE 1 : INTRODUCTION GÉNÉRALE ET PRINCIPES DE BASE Année Universitaire: 2018/2019 3 4 1- DOMAINES D’UTILISATION • Bâtiments industriels : bâtiments de grandes hauteurs et portées (avec ou sans ponts roulants) 5 DOMAINES D’UTILISATION • Couvertures des bâtiments de grandes portées : constructions sportives, marchés, hangars, ateliers d’aviation, grandes surfaces … 6 DOMAINES D’UTILISATION • Ossatures des bâtiments à plusieurs étages 7 DOMAINES D’UTILISATION • Ponts et passerelles : à poutre, en arc, suspendu, à haubans … 8 DOMAINES D’UTILISATION • Les tours et les mâts : pylônes des lignes électriques, de télécommunication … 9 DOMAINES D’UTILISATION • Les constructions métalliques en tôle : réservoirs, silos, châteaux d’eau…… … 10 2- PRINCIPAUX AVANTAGES DES CONSTRUCTIONS EN ACIER La légèreté : Les constructions en acier sont, en général, plus légères que celles en béton armé ou précontraint, en bois, en pierre …. Elle peut être caractérisée par le rapport entre le poids volumique et la résistance (appelé rendement). La solidité : Grâce à l’homogénéité des matériaux utilisés en construction métallique. La résistance mécanique : Grande résistance à la traction . Bonne tenue aux séismes (ductilité). 11 L’industrialisation : La préparation et la mise en forme des éléments de structures en acier se font en atelier. Ces éléments arrivent sur le chantier prêts à être montés et assemblés. Cela nécessite des techniques et des équipements modernes. L’imperméabilité : L’acier se caractérise par son imperméabilité (fluides: liquide + gaz). Les possibilités architecturales: Beaucoup plus étendues qu’en béton. Les modifications: Aisément réalisables. 2- PRINCIPAUX AVANTAGES DES CONSTRUCTIONS EN ACIER 12 3- QUELQUES INCONVÉNIENTS DES CONSTRUCTIONS EN ACIER La corrosion : L’acier tend à s’oxyder et à se corroder lorsqu’il est soumis à des atmosphères humides, à des agressions chimiques, à la condensation, qu’il est en contact avec l’eau ou les sols. La protection contre la corrosion peut se faire par: l’ajout d’additifs à l’acier. Le revêtement périodique de la surface d’acier (galvanisation, métallisation au pistolet, électozinguage …) avec peinture ou vernis.  Mauvaise tenue au feu : Le module d’élasticité de l’acier commence à diminuer à partir de la température T=200°C. L’acier perd sa capacité portante et passe à l’état plastique à partir de la température T=600°C.  Susceptibilité aux phénomènes d’instabilité élastique: En raison de la minceur des profils. 13 4- LE MATÉRIAU ACIER L’acier est un matériau issu de la réduction du minerai de fer ou du recyclage de ferrailles. Les aciers de construction sont constitués essentiellement de fer. Ils contiennent en général de 0,1 à 1% de carbone +des additions variables (manganèse, silicium, molybdène, chrome, nickel, titane, tungstène...). Les aciers de construction peuvent être laminés, étirés ou tréfilés. 14 5- CLASSIFICATION DES PRODUITS SIDÉRURGIQUES Les produits en acier peuvent être classés en 2 grandes catégories : • Les produits longs qui sont obtenus par laminage à chaud, étirage ou tréfilage (poutrelles, câbles, fils, ronds à béton...) • Les produits plats qui subissent en général un laminage à froid supplémentaire, à l’exception des tôles de forte épaisseur (tôles, bardages, profils minces, profils creux...). 15 CLASSIFICATION DES PRODUITS SIDÉRURGIQUES 5-1-1- Les laminés marchands : on distingue : 5-1 : Les produits longs a) Les ronds pleins b) Les carrés pleins c) Les hexagones pleins d) Les plats e) Les cornières (L) à ailes égales f) Les cornières (L) à ailes inégales g) Les fers en T h) Les petits U 5- CLASSIFICATION DES PRODUITS SIDÉRURGIQUES 16 Elles peuvent avoir différentes sections, en I, en U, ou en H. Les longueurs maximales varient de 18 à 33m suivant le profilé. Les poutrelles en I sont de deux sortes : - IPN : poutrelles en I normales. Les ailes sont d’épaisseur variable , ceci entraîne des petites difficultés pour les attaches. - IPE : poutrelles en I européennes. Les ailes présentent des bords parallèles. 5-1 : Les produits longs 5-1-2- Les poutrelles laminées: 5- CLASSIFICATION DES PRODUITS SIDÉRURGIQUES 17 IPN : poutrelles en I normales 5- CLASSIFICATION DES PRODUITS SIDÉRURGIQUES 18 IPE : poutrelles en I européennes 5- CLASSIFICATION DES PRODUITS SIDÉRURGIQUES 19 IPE : poutrelles en I européennes 5- CLASSIFICATION DES PRODUITS SIDÉRURGIQUES 20 Les poutrelles en U souvent utilisées comme éléments secondaires. On distingue : – UPN : les faces internes des ailes sont inclinées. – UPE : l’épaisseur des ailes est constante. 5-1-2- Les poutrelles laminées: 5-1 : Les produits longs 5- CLASSIFICATION DES PRODUITS SIDÉRURGIQUES 21 UPE UPN 5- CLASSIFICATION DES PRODUITS SIDÉRURGIQUES 22 Les poutrelles en HE se décomposent en trois séries suivant l’épaisseur relative de leur âme et de leurs ailes – HEA – HEB – HEM 5-1 : Les produits longs 5-1-2- Les poutrelles laminées: 5- CLASSIFICATION DES PRODUITS SIDÉRURGIQUES 23 5-2-1- Les tôles et les larges plats : 5-2- Les produits Plats Les tôles sont fabriquées sous forme de bobines. Elles sont livrées en largeurs standards ou à la demande, mais les largeurs sont en général limitées à 1800 mm. L’épaisseur ne dépasse pas 16 à 20mm pour les tôles laminées à chaud et 3 mm pour les tôles laminées à froid. Celles-ci peuvent être mises en forme par profilage, pliage ou emboutissage. 5- CLASSIFICATION DES PRODUITS SIDÉRURGIQUES 24 Profilage Pliage Emboutissage 25 5-2-2- Les profils creux : Les tubes de constructions ont appelés «profils creux».Ils sont fabriqués en continu à partir de tôles minces dans le sens de leur longueur. 5-2- Les produits Plats 5- CLASSIFICATION DES PRODUITS SIDÉRURGIQUES 26 5-2-3- Les plaques : On parle de plaques lorsque l’épaisseur dépasse 20 mm. On peut obtenir des plaques jusqu’à 400 mm d’épaisseur et 5200 mm de largeur. Les plaques sont principalement utilisées pour les ouvrages d’art. Leur assemblage par soudure peut être complexe. Il existe aussi des plaques à épaisseur variable pour les ouvrages d’art. 5-2- Les produits Plats 5- CLASSIFICATION DES PRODUITS SIDÉRURGIQUES 27 Les tôles minces galvanisées (d’épaisseur inférieure à 5 mm) peuvent être profilées à froid pour réaliser des profils minces. Ils sont utilisés en serrurerie, en menuiserie métallique et en ossatures légères : pannes de charpente, ossatures de murs ou de cloisons. 5-2-4- Les profils minces : 5- CLASSIFICATION DES PRODUITS SIDÉRURGIQUES 5-2- Les produits Plats 28 NUANCES PRINCIPALES DES ACIERS DE CONSTRUCTION 29 7- PHENOMENES D’INSTABILITE ELASTIQUE Les grandes déformations affectent les zones comprimées des pièces , qui peuvent présenter trois types de comportements caractéristiques, dénommés phénomènes d’instabilité élastique, qui sont : • Flambement • Déversement • Voilement 30 8.FLAMBEMENT Le flambement affecte : Les éléments simplement comprimés : flambement simple Ou les éléments comprimés et fléchis : flambement flexion Figure. 1 31 8-1 : Flambement simple 8- FLAMBEMENT Charge critique d’Euler Une charge qui, une fois dépassée, provoque la perte de stabilité de la forme initiale des piéces. Pour assurer la stabilité des pièces en compression il faut donc limiter la force de compression à la force critique. Figure. 2 32 8.1.1 Force Critique (Théorie d’Euler) La Théorie d’Euler est fondée sur : • La poutre est soumise à un effort normal de compression centré N, appliqué dans l’axe ox. • Les dimensions transversale sont faibles en regard de la longueur (grand élancement ) • Les inerties sont maximales dans le plan zox et minimale dans le plan yox Figure. 3 33 8.1.1 : Force Critique (Théorie d’Euler) Considérant une barre de longueur l et de section A articulée à ses extrémités et soumise à un effort de compression , l’expression de la force critique NK est déterminée à partir de l’ équation différentielle de la déformée de la poutre.  2 2 d y x EI M dx  Figure. 4 8- FLAMBEMENT 8-1 : Flambement simple 34 La force critique : 2 2 2 K n EI N l   La force critique fondamentale (Euler) : 2 2 I K EI N l   L’ équation de la déformée:  sin n y x A x l         Avec A=ymax la flèche maximale à ‘’mi-travée’’. Figure. 5 8.1.1 : Force Critique (Théorie d’Euler) 8-1 : Flambement simple 35 Plusieurs cas de comportement de la poutre sont possibles: Si N < NK : la poutrelle est en compression simple et reste droite, elle est dite en équilibre stable. Si N = NK : la poutrelle peut rester droite ou fléchir (flamber) Si N > NK : il y a instabilité en position droite (équilibre instable) avec une forte tendance au flambement. Remarque Le flambement se produit suivant l’axe du moment quadratique le plus faible. 8-1 : Flambement simple 8.1.1 : Force Critique (Théorie d’Euler) 36 La force critique d’une poutrelle dépend de modes de uploads/Ingenierie_Lourd/ chapitre-1 7 .pdf