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CONSTRUCTION METALLIQUE CHAPITRE I: GENERALITE 1750 : Industrialisation de l’ac

CONSTRUCTION METALLIQUE CHAPITRE I: GENERALITE 1750 : Industrialisation de l’acier fondu 1779 : Premier pont métallique sur Severn (Angleterre) en fonte, de 31 m de portée 1801 : Première véritable ossature métallique de bâtiment poutre poteau (Angleterre) 1881 : Découverte et développement de la soudure à l’arc électrique 1889 : Réalisation, à Paris, de la tour Eifel structure rivetée de 300 m de hauteur 1931 : Construction de l’Empire State Building à New York 380 m de hauteur HISTORIQUE DE LA CONSTRUCTION METALLIQUE 1931 : Utilisation de fils étirés à froid résistance à la traction 1520N/mm2 (Pont George Washington long de1410 m) 1973 : Construction du World Trade Center New York deux bâtiments de 110 étages et 410 de hauteur chacun 1981 : Réalisation du Humber Bridge (Grande-Bretagne):pont suspendu de 1410 m de portée centrale 2004 : Réalisation du Viaduc de Millau (France) de 2.5 km de longueur. HISTORIQUE DE LA CONSTRUCTION METALLIQUE • Il n y a pas de superstructures où la construction métallique ne peut être envisagée • Parmi les principaux secteurs d’utilisation de la construction métallique dans les constructions, civils citons: − Les ossatures de bâtiments − Les ouvrages de franchissement − Les structures de halles industrielles et commerciales − Les pylônes, mâts et antennes − Les engins de levage et de manutention − Les ouvrages hydrauliques − Les échafaudages et les coffrages − Les réservoirs et enceintes métalliques − Divers structures particulières: télescopes, structures off-shore, silos DOMAINE D’APPLICATION DE LA CONSTRUCTION METALLIQUE • Il faut garder à l’esprit que les règles de dimensionnement qui seront exposées dans la suite sont principalement orientées vers: − Les charpentes de bâtiments − Les halles industrielles et commerciales − Les ponts métalliques DOMAINE D’APPLICATION DE LA CONSTRUCTION METALLIQUE ACIER MATERIAUX DE CONSTRUTION • Teneur en fer de l’écorce terrestre 4.5% en poids, • Confusion entre l’acier et le fer pur C% > 2% fonte - C%< 2% acier • Les propriétés d’un acier dépendent de : −La teneur en carbone généralement (0.2% <C%<0.5%) −La présence d’autres éléments d’alliages (Si, Cu, Mn, Ni, …) −La présence d’autres impuretés (phosphore, soufre) 1. Élaboration de l’acier et des produits de construction • Les avantages de l’acier −Très bonne résistance en traction et en compression −Module d’élasticité élevé −Bonnes performances en terme de ductilité (forgeage, laminage) • L’aluminium est utilisé en cas où légèreté et corrosion déterminantes • L’élaboration de l’acier −FeO, Fe2O3, Fe3O4, réduit dans H.F à l’aide de la coke −La coke (C pur) fonte (C% > 4%) fragile −Affinage de la fonte : opération destinée à abaisser C% < 2% −Affinage se fait dans l’aciérie, elle se réalise dans un convertisseur BESSMER où THOMAS soit dans un four SIEMENS-MARTIN 1. Élaboration de l’acier et des produits de construction 2. Produits laminés à chaud • Après l’opération d’affinage le métal en fusion est coulé dans des lingotières • Ces lingots sont réchauffés puis transformés par laminage à chaud Figure.1 Phases principales du laminage à chaud 2.1. Profilés en double T classés en deux groupes • Profilés à ailes étroites IPE, IPN, Iz « Iy • Profilés a larges ailes Iz important −On distingue trois types de sections HEA, HEB, HEM • Profilés à ailes renforcées HHD (effort très important – colonne • Profilés spéciaux américain W, M et S 2.2. Profilés en T • Obtenus par coupure des IPE, HEA, HEB ( demi - profilés ) désignés par IPET, HEAT, HEBT Figure. 2 Exemple de profilés en double té 2.3. Profilés en U classés en deux groupes Figure. 3. Exemple de profilés en U • La série UPN avec les faces internes inclinées • La série UPA a épaisseur d’ailes constante 2.4. les fers marchands ( figure. 4) comprenant : Figure. 4 Exemples des fers marchands • Les cornières ( profilés en L ) à ailes égales ou inégales. • Les fers T a ne pas confondre avec les demis-profilés IPET,IHEAT, IHEBT −Les fers T à âme haute (TPH) −les fers T à semelle large (TPB) • Les fers Z (éléments secondaires) • Les fers plats ( pour réaliser les PRS) • Les fers ronds et carrés ( barres de treillis ou de contreventement ) 2.5. les produits plats (figure. 5) • On distingue entre les larges plats et les tôles −Les larges plats sont laminés à chaud sur les quatre faces −Les tôles sont laminées seulement sur les grandes faces Figure.5 Exemples de produits plats 2.6. les produits façonnés à froid (figure. 6) on distingue : • Les tôles ondulées ou nervurées (couverture de toit) • les profilés laminés à froid (serres, constructions standardisées ) Figure.6 Exemples de produits façonnés à froid • Les plats ( 160 l 600 , 5 e 50 ). • Les tôles subdivisées en trois catégories −Les tôles fortes t 5 mm −les tôles moyennes 3 mm t < 5 mm −Les tôles fines t < 3 mm( danger de corrosion) 2.7. les profilés tubulaires (figure.7) on distingue : Figure.7 Exemples de profilés tubulaires • Les tubes sans soudure ( lingots laminés à chaud) • les tubes soudés 3. Propriétés de l’acier: • Acier de construction −Résistance mécanique, rupture fragile, soudabilité • Acier de construction mécanique − Résistance, dureté, usinabilité, traitement thermique. Caractéristiques mécaniques : Figure.8 Allure générale de la relation contrainte-déformation spécifique de l’acier de construction • La plupart des propriétés sont obtenus à partir d’essai de traction sur éprouvettes normalisées. 4. Contraintes résiduelles, retrait: • Pour obtenir dans une pièce des déformations de retrait et des contraintes résiduelles, trois conditions sont nécessaires −Matériau déformables thermiquement −Passage par une répartition thermique non uniforme −Passage par plastification • Les matériaux qui obéissent à ces trois lois peuvent être le siège de contraintes résiduelles (quartz (T)=0) 5. Choix d’un acier: • Le matériau doit satisfaire aux exigences de la structure projetée • Préoccupations économiques (fy ↑↓) • Le choix conduit à distinguer les nuances et les qualités d’acier 5.1. Nuances d’acier • La nuance d’acier est désignée par les symboles, Fe, S , AE assortie d’un nombre qui est fy ou fu . • L’affinage de la fonte sans artifice particulier permet d’obtenir un acier doux Fe 360 − Dont la résistance en traction s’échelonne entre 340 et 390 MPa − De telles résistances étaient déjà obtenues il y a plus d’un siècle 7. Protection de l’acier contre la corrosion • Durabilité est tributaire de la sensibilité à la corrosion • Perte d’épaisseur par corrosion 0.075 mm/année • Traitements préalables −Enlever les éléments indésirables; rouille, graisse … −Nettoyage manuel ( brossage, sablage, grenaillage, brûlage au chalumeau 6. Imperfection des produits laminés • Les caractéristiques mécaniques varient d’un élément à l’autre • D’un point à l’autre d’un même élément • Notion de valeurs caractéristiques au lieu de valeur de calcul fyk • Imperfections des produits de laminage − Dimensions réels # dimensions théoriques • Contrainte résiduelles 7.1. les peintures • Le revêtement protecteur comporte: −Une à plusieurs couches de peinture de 40 à 80 m −Suivi d’une ou plusieurs couches de finition 7.2. les matières plastiques • On plastifie les surfaces à protéger par: −Projection d’une couche de matières plastiques à l’état liquide ou fondu −Ou par immersion dans des poudres en suspension 7.3. Galvanisation et éléctrozingage • Dépôt d’une mince pellicule de zinc ( bain de zinc fondu ) • Electrozingage recours à l’électrolyse pour effectuer le dépôt de zinc • Comme tout autre matériau de construction, la mise en ouvre de l’acier ne présente pas que des points positifs • Parmi les avantages de la construction métalliques, on peut relever principalement: −Un poids peu élevé, intérêt particulièrement apprécié en présence du mauvais sol de fondation (à cet égard l’aluminium est encore plus intéressant que l’acier) −Une bonne résistance aux séismes, en raison de la grande capacité de déformation de l’acier −Une possibilité de standardisation et de préfabrication −Un montage rapide, non interrompu par des phases d’attente −Des possibilités de modification en cours d’exécution ou d’exploitation 8. Caractéristiques de la construction métallique BATIMENT METALLIQUE BATIMENT METALLIQUE FACADES VUE DU BATIMENT BATIMENT ET VERSANT BATIMENT A PLUSIEURS VERSANTS COUVERTURE METALLIQUE • BAC ACIER NERVURE GALVANISE (PRELAQUE) • POIDS RELATIVEMENT FAIBLE 6 a 10 KG/m2 • MAUVAIS ISOLANT THERMIQUE • Différents types de couverture: - COUVERTURE SECHE - COUVERTURE SUPPORT ETANCHEITE - COUVERTURE PAR PANNEAUX SANDWICHS COUVERTURES SECHES COUVERTURES SECHES COUVERTURES SECHES COUVERTURE SUPPORT ETANCHEITE COUVERTURE SUPPORT ETANCHEITE COUVERTURE PAR PANNEAUX SANDWICHES PANNEAU SANDWICH COUVERTURE PAR PANNEAUX SANDWICHES BARDAGE METALLIQUE BARDAGE SIMPLE PEAU BARDAGE SIMPLE PEAU BARDAGE METALLIQUE SIMPLE PEAU PORTEE LIMITE BARDAGE VERTICAL SIMPLE PEAU BARDAGE DOUBLE PEAU BARDAGE DOUBLE PEAU BARDAGE PAR PANNEAUX SANDWICHES BARDAGE PANNEAU SANDWICHE BARDAGE PAR PANNEAUX SANDWICHES uploads/Ingenierie_Lourd/ cm.pdf