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2 SOMMAIRE 1) L’acier..........................................................

2 SOMMAIRE 1) L’acier.............................................................................................................3 Généralités...................................................................................................................... 3 Principales caractéristiques ............................................................................................ 3 Autres caractéristiques ................................................................................................... 3 Nuances et qualités......................................................................................................... 4 Choix des profilés........................................................................................................... 5 2) Calcul des éléments........................................................................................6 Généralités...................................................................................................................... 6 Poutres............................................................................................................................ 9 Poteaux........................................................................................................................... 9 Tirants........................................................................................................................... 10 Planchers ...................................................................................................................... 11 Garde-corps.................................................................................................................. 12 3) Assemblages.................................................................................................13 Boulons précontraints (Norme NF P 22-460) et boulons non précontraints (Norme NF P 22-430).............................................................................................................................. 13 Soudures (Norme NF P 22-460)................................................................................... 16 Platines et tiges en pieds de poteaux............................................................................ 18 Interface avec le béton.................................................................................................. 21 Raidisseurs ................................................................................................................... 27 Détails types................................................................................................................. 31 4) Dessins – Ratios – Prix.................................................................................33 Dessins ......................................................................................................................... 33 Ratios (d’après bibliographie N°15)............................................................................ 35 Prix (base 2006) (d’après bibliographie N°15)........................................................... 35 5) Bibliographie................................................................................................38 6) Liens Internet................................................................................................38 ANNEXES A: PROFILES IPE, HE, UAP et cornières à ailes égales (extrait catalogue OTUA) B: TUBES RONDS MINCES ET PROFILES CREUX DE CONSTRUCTION (extrait catalogue TUBEUROP) C: PROTECTION AU FEU PAR PLAQUE DE PLATRE (extrait documentation placoplâtre) D: PROTECTION AU FEU PAR PEINTURE INTUMESENTE E: CTH BREZILLON CONCERNANT LA NUANCE DES ACIERS F: BACS POUR PLANCHER COLLABORANT (documentation HAIRONVILLE) G: BACS POUR COFFRAGE PERDU (documentation HAIRONVILLE) 3 1) L’acier Généralités → Produit sidérurgique à base de fer + carbone, très faiblement allié à d’autres métaux. (Manganèse, Silicium, Nickel,…) en fonction des besoins. → Matériau à comportement élasto-plastique. → Matériau ductile, homogène, sans retrait, stable dans le temps. → Parfait à la traction, sensible aux instabilités sous compression. → Sensible à la chaleur et à la corrosion. → Sensible à la fatigue, à la rupture fragile et au froid. Principales caractéristiques → Diagramme effort / déformation (essai de traction) : → fy = limite d’élasticité (Cf. nuances) → fu = limite à la rupture (Cf. nuances) → A = allongement à la rupture (Cf. nuances) → E = module d’Young = 210 000 MPa Autres caractéristiques → ν = coefficient de poisson = 0.3 → G = module de cisaillement = ( ) υ + 1 2 E = 80 770 MPa → Coefficient de dilatation thermique C m m ° = − / / 10 . 11 6 α Pour mémoire, une barre de 1 mètre, libre de se dilater, et soumise à une variation de température de +27° à -27°, subit une variation de longueur totale de +0.3 mm ou -0.3 mm. En effet mm L T l 3 . 0 1000 27 10 11 . . 6 = × × × = Δ = Δ − α → Masse volumique = 7.85 t/m3 → Température de fusion = 1 000 °C → Classement au feu : M0 4 Nuances et qualités Ces deux notions sont essentielles car elles permettent de caractériser un acier de construction. (voir ANNEXE E) La nuance : Elle est définie à partir de la limite d’élasticité. Trois nuances principales sont disponibles pour la CM: S: acier pour utilisations structurelles S 235 étant la nuance standard. S 355 est plus utilisé que S 275 lorsque des résistances supérieures sont recherchées (attention au délai d’approvisionnement qui peut être supérieur à celui du S 235). D’autres nuances plus performantes sont également disponibles telles que S 460 « Histar ». Il existe également des nuances spécifiques à d’autres utilisations que la CM: Aciers de précontrainte (1860 MPa), aciers HA (500 MPa), aciers pour tubes de conduites de pétrole, de gaz, d’eau ou de vapeur (X52,…), câbles de levage. → Ces limites sont fonctions de l’épaisseur (fy diminue quand l’épaisseur augmente) La qualité : Elle permet de caractériser la fragilité d’un matériau. Les ruptures fragiles interviennent sans apparition de déformation plastique. La fragilité de l’acier est définie par la valeur de la résilience, déterminée lors d’un essai normalisé : l’essai de flexion par choc (on évalue l’énergie absorbée pour rompre une éprouvette normalisée). Plus la valeur de résilience est élevée moins le matériau est fragile. Aussi, comme les matériaux deviennent plus fragiles à basse température, la résilience est déterminée pour des températures particulières (+20°C, 0°C,-20°C,…). Exemples de désignation: S 235 J0 ou S 235 JR ou S 355 K2 « J » exprime une valeur de résilience de 27 joules ; « K » pour une valeur de résilience de 40 joules. «0 » indique que température à laquelle a été effectué le test de résilience est de 0°C; S 235 (S 275) S 355 fy = 235 MPa 275 MPa 355 MPa fu = 360 MPa 430 MPa 510 MPa A = 26 % 22 % 22 % 225 5 « R » pour une température de +20°C et “2” pour une température de -20°C. Ainsi les aciers “JR” ne doivent pas étre employés en structure extèrieure. Choix des profilés → Profilés standards : Choix à partir du catalogue OTUA (voir ANNEXE A). On peut se le procurer à l’OTUA (commande possible sur le site www.otua.org) Ils sont à vérifier en flexion, cisaillement, flèche, vibrations, (et déversement) → P.R.S. : Profilés Reconstitués Soudés : Vérification supplémentaire au voilement et à la jonction de chaque tôle. → Portées usuelles: → Terminologie : → Utilisation : IPE, UAP et HEA : charpente avec charges d’exploitation légères (toitures,…) HEB : charges lourdes, planchers de reprise, poutres de roulement … HEM : le plus résistant (mais peu de fabrication → commandes spéciales → délais) Les IPN et UPN sont maintenant remplacés par les IPE et UAP ; les IAO n’existent plus (mais se rencontrent en réhabilitation). → Ouvrages provisoires: il existe d’importants stocks de profilés déclassés qui peuvent être utilisés. Mais la nuance et la qualité de l’acier est inconnue (prendre S 235) → Tubes : Les diamètres sont normalisés (voir ANNEXE B). Résistance Flèche Vibrations 6 - 8 m 10 -12 m Facteur prépondérant : 2 UAP Congé Âme Semelle ou aile 6 2) Calcul des éléments Généralités → Calculs selon les CM 66 + Additif 80 : ⇒ Pondération ELU = 1.33 (ou 1) G + 1.5 Q pour la vérification des critères de résistance (contraintes et instabilités) ⇒ Pondération ELS = G + Q pour la vérification des critères de déformation ou de vibration. → Instabilités = Flambement, déversement, voilement des âmes, cloquage des coques → Déversement = Flambement latéral de la semelle comprimée d’un profil sollicité en flexion. Facteurs influençant le déversement : ⇒ Longueur libre de la semelle comprimée. ⇒ Niveau d’application des charges produisant le moment fléchissant (une charge appliquée sur la semelle supérieure aura un effet aggravant alors qu’une charge appliquée sur la semelle inférieure aura un effet stabilisateur). ⇒ Raideur en torsion du profil. ⇒ Conditions d’appuis (appuis simples ou encastrements). ⇒ Distribution de la contrainte de compression le long de la semelle comprimée et de la contrainte de traction le long de la semelle tendue (fonction du diagramme de flexion). Pour limiter le risque de déversement, on solidarise généralement plusieurs poutres. Lorsqu’un profil est associé à une dalle BA, le déversement est alors empêché. → Voilement des âmes : se produit sous l’effet de contraintes de compression, dues : - au moment de flexion M et à l’effort normal N ; - à une charge concentrée P ou une réaction d’appui ; - ou à l’effort tranchant dans une barre 7 → Cloquage des coques = Les essais sur cylindre circulaire mettent en évidence deux modes principaux de cloquage, en « soufflet » ou en « pointes de diamants » → Critère de ruine : Lorsque sur un élément de surface agissent simultanément une contrainte normaleσ et une contrainte de cisaillement τ , cet élément reste dans le domaine élastique si ces contraintes vérifient: y f ≤ × + 2 2 36 , 2 τ σ (Von Mises) Contrainte de cisaillement seule : 54 , 1 y f ≤ τ Contrainte longitudinale simple : fy ≤ σ → Tenue au feu : Règles FA : Méthode de prévision par le calcul, du comportement au feu des structures en acier (NF P92-702). Pour des courtes périodes de résistance au feu (15 min et parfois 30 min) la résistance peut être obtenue avec des structures en acier non protégées. Pour de plus grandes durées les éléments doivent nécessairement être protégés. Principe de vérification d’un élément : La température critique Tc d’un élément doit rester supérieure à sa température atteinte Ta (température d’échauffement). La température critique Tc est la température maximale qu’un élément est susceptible de supporter avant d’être ruinée. Elle dépend notamment des conditions aux liaisons et du niveau de chargement. Il est permis de se dispenser de tout calcul en adoptant des valeurs forfaitaires de température critique, sous réserve que les éléments concernés ne soient pas soumis à un empêchement de dilatation longitudinale. - élément isostatique ou poteau : Tc=470°C - élément hyperstatique : Tc=550°C La température atteinte d’un élément est fonction de son facteur de massivité et de la durée de stabilité requise. 8 Le facteur de massivité se noteV S . Pour un même profil ce facteur varie en fonction de la protection qui lui est apporté sur son uploads/Ingenierie_Lourd/ charpente-metal-pour-les-nuls.pdf