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COURS CHARPENTE METALLIQUE 2022-2023 Préparé par:Mme Aya Rezgui CONTENU I. Intr

COURS CHARPENTE METALLIQUE 2022-2023 Préparé par:Mme Aya Rezgui CONTENU I. Introduction générale et Notions de base II. Définitions des Charges extérieurs III. Les phénomènes d’instabilité élastique IV. Les assemblages CHAPITRE I Introduction générale et Notions de base I. Généralités sur les constructions en métal Le concept de la construction métallique est une industrie nouvelle qui a apparait au 19 éme siècle après la deuxième guerre mondiale et qui a remplacé la charpente en bois L’un des premiers exemples parisiens est la reconstruction de la charpente de la Halle aux blés entre 1806 et 1811 Domaines d’utilisation Bâtiments industriels : bâtiments de grandes hauteurs et portées (avec ou sans ponts roulants) Couvertures des bâtiments de grandes portées : constructions sportives, marchés, hangars, ateliers d’aviation, grandes surfaces AZUR CITY STADE RADÉS Ossatures des bâtiments à plusieurs étages Ponts et passerelles : à poutre, en arc, suspendu, à haubans pont du Bosphore, Istanbul- Turquie Les tours et les mâts : pylônes des lignes électriques, de télécommunication … Les constructions métalliques en tôle : réservoirs, silos, pipelines …  Les calottes sphériques Les mécanismes mobiles : les grues Les plates-formes off-shore Les châteaux d’eau Principaux avantages des constructions en métal Légèreté et robustesse : les pièces de métal étant plus légères que le bois, les fondations nécessaires sont moins importantes, et le montage sur le chantier pendant les travaux est plus aisé. Elle peut aussi supporter toutes sortes de matériaux de couverture, même les plus lourds. L’installation en est donc facilitée. NB: La légèreté peut être caractérisée par le rapport entre le poids volumique et la résistance (appelé rendement). Flexibilité : dans sa mise en œuvre, l’acier bénéficie d’une flexibilité permettant de modifier la charpente, même au dernier moment. Il permet en outre de concevoir des formes architecturales originales s’adaptant à tous types de projets de travaux. Rapidité : l’assemblage des éléments métallique reste rapide, par boulonnage. Ecologique : recyclable, l’acier est un matériau écologique. La résistance mécanique : • Grande résistance à la traction → franchissement de grandes portées. • Bonne tenue aux séismes (ductilité + mêmes résistances à la traction et à la compression ) Economique :. Ce matériau a remplacé le bois et notamment la charpente en bois le béton armé et le béton précontraint vue le coût relativement acceptable. Quelques inconvénients des constructions en métal Conception : il est impératif de faire concevoir la charpente métallique auprès d’un professionnel de l’ossature métallique. Mauvaise isolation : le métal est moins isolant que le bois pour une charpente. Il est donc nécessaire de prévoir une isolation renforcée sur ce type d’ouvrage. Sensibilité au feu : le métal reste plus sensible que le bois. Sous l’effet de la chaleur, les poutres résistent moins longtemps et la charpente métallique va s’effondrer plus rapidement. Il faut donc protéger le métal avec une peinture ou un enduit ignifuge qui retardera l’effet de la chaleur comme le fait le bois. NB: 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 Sensibilité à la rouille : le métal nécessite de recevoir une couche de protection contre l’oxydation.  COMPOSITION CHIMIQUE : L’acier est un matériau issu de la réduction du minerai de fer ou du recyclage de ferrailles. Les aciers sont des alliages Fer-Carbone contenant moins de 2% de carbone. Les aciers couramment utilisés sont des aciers doux (0.05% < C < 0.3%) ou des aciers durs (0.5% < C < 1%). On peut également utiliser des aciers inoxydables (alliage fer 73 %, chrome 18 %, nickel 8 %, carbone 1 %). II. Matériau Acier métallurgie de l'acier Les aciers de construction peuvent être laminés, étirés ou tréfilés. L'acier laminé est un acier qui a été pressé à de très hautes températures— au-delà de 1.700°F, ce qui est au-dessus de la température de re-cristalisation pour la plupart des aciers. Ceci rend l'acier plus facile à mettre en forme, et il en résulte des produits plus faciles à travailler. Les produits sidérurgiques les plus connus sont la tôle laminée, les profilés en acier (produits plats, ronds, carrés) ou encore les cornières L'acier étiré: L'acier étiré à froid est fondamentalement l'acier laminé à chaud étiré passant à travers des matrices pour obtenir la forme finale. L'acier tréfilé. : Il s’agit d’un procédé de transformation à froid consistant à faire passer le métal à travers un orifice calibré, appelé « filière » (qui peut être assimilée à un cône) sous l’action d’une traction continue. • La classification des produits sidérurgiques s’effectue en deux catégories : LES PRODUITS PLATS: Il s’agit de produits de section rectangulaire et dont la largeur est très supérieure à l’épaisseur. LES PRODUITS LONGS: Il s’agit de produits de section droite constante ne satisfaisant pas à la définition des produits plats III. La classification des produits sidérurgiques Les tôles et les larges plats : • Les tôles sont fabriquées sous forme de plaques ou des bobines en fonction de l’épaisseur. • Elles sont livrées en largeurs standards ou à la demande, mais les largeurs sont en général limitées à 1 800 mm. • L’épaisseur ne dépasse pas 16 à 20 mm 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. LES PRODUITS PLATS La feuille ou plaque La bobine Les tôles nervurées • Par profilage à froid dans une machine à galets on transforme une tôle plate en tôle nervurée. • Les tôles nervurées sont livrées galvanisées et souvent pré laquées • Elles sont utilisés pour l'enveloppe des bâtiments, (bardage), la couverture (bac, support d'étanchéité) et les planchers (bac pour plancher collaborant ou à coffrage perdu ). • Une utilisation importante concerne les panneaux sandwich incorporant des matériaux isolants. Les profiles creux • Les tubes de construction sont appelés « profils creux ». • Ils sont fabriqués en continu à partir de tôles minces ou moyennes repliées dans le sens de leur longueur. • Les profilés creux dits «de forme» sont en général formés à partir de tubes ronds: ils peuvent être carrés, rectangulaires, hexagonaux, elliptiques, voire demi- elliptiques. • Les longueurs standards vont de 6 à 15 m Les plaques en acier • On parle de plaques lorsque l'épaisseur dépasse 5 mm. • On peut obtenir des plaques jusqu'à 400 mm d'épaisseur et 5 200 mm de largeur. • Les plaques sont principalement utilisées pour les ouvrages d'art et Les assemblage par soudure Les profils minces en acier • Les tôles minces galvanisées (d'épaisseur inférieure à 5 mm) peuvent être profilées à froid pour réaliser des profils minces. • De sections très diverses, les profils minces sont utilisés en serrurerie, en menuiserie métallique, en ossatures légères: pannes de charpente, ossatures de murs ou de cloisons, de faux plafond, dans les entrepôts ( étagères, rails), dans les équipements routiers (glissières). Les poutrelles laminées •Les poutrelles laminées existent en différentes sections : en H , I ou U. •Elles servent aussi bien pour les éléments verticaux : poteaux, pieux que pour les éléments horizontaux poutres, solives, traverses. LES PRODUITS LONGS • Les poutrelles en I sont de deux sortes: - IPN : poutrelles en I normales. Les ailes sont d'épaisseur variable entraîne des petites difficultés pour les attaches; - IPE : poutrelles en I européennes. Les ailes présentent des bords parallèles. Les extrémités sont à angles vifs (seuls les angles rentrants sont arrondis). Les IPE sont un peu plus onéreux, mais plus commodes et sont d'usage courant. Les poutrelles en I • Elles sont disponibles en trois séries:  HEA  HEB HEM • la semelle a une largeur sensiblement égale à la hauteur du profil jusqu'à 300 mm de hauteur). • Les hauteurs varient de 100 à 1100 mm. • Il existe aussi des poutrelles HL (à très larges ailes), HD (poutrelles-colonnes) et HP (poutrelles-pieux). Les poutrelles en H • ll existe aussi trois sortes de profilés:  les UPN: les faces internes des ailes sont inclinées  les UAP: l’épaisseur des ailes est constante les UPE: l’épaisseur des ailes est constante • De la même façon, les UPE présentent des ailes à bords parallèles et tendent à supplanter les UPN, moins commodes à mettre en œuvre. Les hauteurs vont de 80 à 400 mm Les poutrelles en U Les laminés marchands • On désigne sous ce terme les produits laminés autres que les poutrelles : 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 IV. CARACTERISTIQUES MECANIQUES DE L’ACIER ESSAI DE TRACTION Cet essai fondamental consiste à tirer sur une éprouvette et à enregistrer l'allongement de celle-ci en fonction de la charge appliquée, L'essai est mené jusqu'à rupture de l'éprouvette. La déformation La Contrainte diagramme Contrainte-Déformation Ce diagramme contrainte-déformation se décompose en 4 phases : • Phase 1 - uploads/Ingenierie_Lourd/ charpente-metallique.pdf