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Collection Mémentos acier Marc Landowski Bertrand Lemoine Construire Concevoir

Collection Mémentos acier Marc Landowski Bertrand Lemoine Construire Concevoir en acier et www.facebook.com/Cetunisia Collection Mémentos acier Concevoir et construire en acier Marc Landowski Bertrand Lemoine www.facebook.com/Cetunisia Nous remercions également pour leur contribution : Louis Fruitet, les éditions du Moniteur, les éditions Parenthèses, les éditions Publimétal, les Presses polytechniques et universitaires romandes, l’Otua, les sociétés Arcelor Sections Commercial, Haironville, PAB, Lafarge plâtre, Profil du Futur, Ugine & ALZ. Réalisation Building & Construction Support 19 avenue de la Liberté L-2930 Luxembourg www.constructalia.com www.arcelor.com Auteurs Marc Landowski Bertrand Lemoine Direction éditoriale Cedam / Bertrand Lemoine 130, avenue de Versailles F-75016 Paris France Coordination éditoriale Eve Jouannais Conception graphique Joseph Défossez Nous remercions pour leur relecture attentive et leurs corrections judicieuses : agence Dubosc et Landowski, Thierry Braine-Bonnaire, Jean Dalsheimer, Gérard Delassus, Jean-Louis Gauliard, Patrick Le Pense, Pierre Quaquin, Bruno Théret, Loïc Thomas, Aurélien Trutt. Tous droits de reproduction, de traduction et d’adaptation réservés pour tous pays. © Arcelor, Luxembourg, 2005 ISBN : 2–9523318–0–4 www.facebook.com/Cetunisia Concevoir et construire sont les phases essentielles et complémentaires de l’acte de bâtir assurées par les maîtres d’œuvre, architectes et ingénieurs, et les entre- prises. Leurs savoir-faire, leurs compétences, leurs cultures doivent s’accorder pour produire une architecture de qualité, qui réponde au mieux aux pratiques et exi- gences des usagers et s’insère durablement dans un environnement donné. Concevoir et construire se font avec des matériaux et chacun d’entre eux a ses spé- cificités tant sur le plan conceptuel que technique, mécanique et formel. Matériau de structure, mais aussi de plancher, de façade, de couverture, de cloisonnement, d’aménagement, l’acier peut être partout présent dans un édifice et ce à des degrés très divers, en gros œuvre comme en second œuvre, suivant le désir des concepteurs et des clients. Il représente un choix déterminant dès la conception, structurel notamment, qui exige rigueur et précision mais qui donne maîtrise du projet, liberté de création et choix de solutions adaptées. Construire avec de l’acier relève de la filière composite. C’est un matériau dont la préparation et la mise en forme se fait en grande partie en atelier et dont les élé- ments arrivent sur le chantier prêts à être montés et associés à d’autres matériaux. La logique de la construction avec l’acier est une logique d’assemblage, où l’ossa- ture se fait par points porteurs de type poteaux-poutres, sur lesquels viennent se greffer les éléments de planchers, d’enveloppe et de partitions. Là aussi, l’antici- pation des choix techniques permet de tirer parti au mieux des possibilités archi- tecturales du matériau. L’acier relève d’un univers bien spécifique avec ses familles de produits, longs ou plats, ses profilés à froid, ses pièces moulées, forgées ou mécanosoudées, ses poutres, poutrelles et poteaux en forme de H de I, de U, etc. Suivant le projet, la structure sera plane, spatiale ou encore suspendue, haubanée… Elle pourra être mixte, en acier-béton, ou tout acier, souvent associée à des façades en verre, des pan- neaux de bois, de béton, de plâtre… Elle peut être formée d’arcs, de poutres cintrées, de poutres en treillis, de poutres alvéolaires, de tubes et être associée à des plan- chers secs ou mixtes. Les portées peuvent être grandes, sans point d’appui inter- médiaire, etc. L’acier se prête à toutes sortes de mises en œuvre et offre une gamme importante d’aspects. On peut même dire qu’il existe des aciers puisque l’acier inoxydable par exemple n’a pas la même composition que l’acier au carbone, et que ceux-ci se déclinent en de multiples nuances. Dans cet ouvrage de la collection « Mémentos acier » sont abordés de manière syn- thétique et didactique tous les aspects importants de la construction en acier. Les qualités mécaniques de ce matériau, les possibilités techniques et formelles qu’il offre sont présentées et largement illustrées de dessins et de photographies, avec le souci constant de faire de ce manuel un outil d’aide à la conception à la fois simple et pratique, utile aux professionnels et aux étudiants. (Avant-propos) www.facebook.com/Cetunisia 1 LE MATÉRIAU ACIER Les produits longs 8 Les produits plats 10 2 LE COMPORTEMENT MÉCANIQUE DE L’ACIER 3 LA CONCEPTION GÉNÉRALE DE LA STRUCTURE Les efforts appliqués à la structure 19 La stabilité de l’ouvrage 23 La descente de charges 28 La note de calcul 29 4 LES ÉLÉMENTS DE LA STRUCTURE Les poutres en treillis et les fermes 34 Les cadres articulés et les portiques 36 Les arcs et les catènes 39 Les structures spatiales 40 Les structures tendues et haubanées 44 Les ossatures légères 48 Les assemblages 49 5 LES PLANCHERS Les dalles béton 55 Les dalles sur bacs acier 56 Les dalles avec bacs collaborants 57 Les planchers secs 60 6 LES FAÇADES Le contrôle des ambiances 63 La composition de la façade 65 Les types de façade 67 Les façade rideau et façade panneau 69 Les bardages 72 Les points singuliers 74 30 62 6 12 18 54 www.facebook.com/Cetunisia (Sommaire) 7 LES COUVERTURES Les toitures-terrasses à pente nulle 77 Les toitures-terrasses plates ou rampantes 78 Les toitures inclinées ou cintrées 79 Les typologies de couverture 81 8 LES AMÉNAGEMENTS INTÉRIEURS ET LA SERRURERIE Les cloisonnements 85 La plafonds 87 La serrurerie 88 9 LA PROTECTION CONTRE LA CORROSION Les revêtements métalliques 91 Les peintures 92 Les aciers inoxydables 94 Les aciers patinables 95 10 LA PROTECTION CONTRE L’INCENDIE Le comportement des structures 99 La protection des structures 101 11 LE DÉVELOPPEMENT DURABLE ANNEXES La fabrication de l’acier 109 Bibliographie 111 Crédits iconographiques 112 76 84 90 96 106 109 www.facebook.com/Cetunisia L’acier est un matériau issu de la réduction du minerai de fer ou du recyclage de ferrailles. Le fer est un élément très répandu dans l’écorce terrestre dont il représente 5 % mais on ne le trouve pas à l’état pur. Il est combiné avec d’autres éléments et mêlé à une gangue terreuse. La réduction de cet oxyde nécessite l’emploi d’un combustible : du charbon de bois jusqu’au XVIIIe siècle, puis du charbon de terre. Le métal ainsi obtenu est de la fonte qui contient 96 % de fer et 3 à 4 % de carbone et à partir de laquelle on produit de l’acier. L’utilisation de l’acier dans la construction remonte à la fin du XIX e siècle, bien que les métaux ferreux soient connus depuis environ quarante siècles. Auparavant on employait la fonte qui peut se mouler facilement mais se révèle cassante et impossible à forger. Il faut donc l’assembler à l’aide de boulons, de vis ou de clavettes. On est progressivement passé, à partir des années 1840, de l’usage de la fonte à celui du fer puddlé, la fonte étant affinée industriel- lement pour obtenir du fer pur, plus souple et plus facile à laminer, à percer et à forger. Le principe des rivets posés à chaud a permis de disposer d’un mode d’assemblage universel et facile à mettre en œuvre. C’est une cinquantaine d’années plus tard que l’acier a pu être produit de façon industrielle et s’imposer ainsi à partir des années 1890 comme le maté- riau de la construction métallique, avec des caractéristiques physiques bien supérieures au fer grâce à la présence de traces bien dosées de carbone et d’autres éléments chimiques. L’assemblage s’est d’abord fait avec des rivets, puis, à partir des années 1930, par la soudure ou le boulonnage. La sidérurgie n’a cessé de perfectionner les qualités de ses aciers. La masse volumique de l’acier est de 7850 kg/m3. Un mètre cube d’acier pèse donc près de 8 t. Les familles d’acier On distingue les aciers dits aciers au carbone des aciers inoxydables. L’acier au carbone est aujourd’hui fabriqué par deux grandes filières d’importance à peu près égales : la filière fonte, où l’on réduit du minerai de fer dans un haut- fourneau avant passage au convertisseur pour transformer la fonte en acier, et la filière électrique, où l’on traite directement des ferrailles (voir « La fabri- cation de l’acier » en annexe). Dans les deux cas l’acier est « mis à nuance » dans une station d’affinage. L’acier inoxydable est quant à lui produit uni- quement à partir de la filière électrique. Les aciers de construction contiennent en général de 0,1 à 1 % de carbone. Les additions sont variables : manganèse, silicium, molybdène, chrome, nic- kel, titane, tungstène... En fonction de ses composants lors de la « mise à nuance » et des traitements thermiques subis par les alliages lors de leur éla- boration, l’acier aura des résistances mécaniques variables. Il existe plus de 3 000 nuances d’acier. M é m e n t o s a c i e r 6 1 LE MATÉRIAU ACIER Exemples de types d’acier . Acier inoxydable austénitique : acier allié avec 17 % minimum de chrome, 7 % minimum de nickel, plus éventuellement du molybdène, du titane, du niobium... . Acier inoxydable ferritique : acier allié avec 17 % à 28 % de chrome, 0,1 % maximum de carbone, éventuellement du molybdène… . Acier inoxydable martensitique : acier allié avec 12 à 17 % de chrome, 0,1 à 1 % de carbone, éventuellement du uploads/Ingenierie_Lourd/ concevoir-et-construire-en-acier-par-cetunisia-2.pdf