Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Cours : Charpente métallique Université de Skikda 1 Chapitre 1 : Généralités Un

Cours : Charpente métallique Université de Skikda 1 Chapitre 1 : Généralités Une charpente est un assemblage d'éléments en bois, métal ou béton, servant à soutenir ou couvrir des constructions. Une charpente métallique est une structure généralement en acier, composée d'éléments usinés en atelier et assemblés sur le chantier (Figure 1). Figure 1. Charpente métallique 1. Domaines d’utilisation L’utilisation en charpente métallique a été étendu dans le monde et généralisée pratiquement pour tous les domaines de constructions en génie civil (Ponts, bâtiments, ouvrages de soutènement, hangars, usines industriels, pylônes de haute tension, tours, grues de levage…). En général une charpente représente un système de barres dont les éléments principaux sont des poutres, poteaux et des fermes. Cours : Charpente métallique Université de Skikda 2 Figure 2. Bâtiment industriel de grande hauteur Figure 3. Pylône de ligne électrique haute tension Figure 4. Grue de levage sur chantier Cours : Charpente métallique Université de Skikda 3 2. Avantages des constructions métalliques  Mise en œuvre rapide : les éléments sont produits en usine, sur plans, et seul l'assemblage est effectué sur le chantier, ce qui permet un gain de temps considérable ;  Capacité portante très élevée: résistance élevée que donne l’acier sous les différents sollicitations;  Bonne tenue aux séismes (ductilité+résistances mécaniques élevées) : la résistance et la ductilité qui caractérisent l’acier permet aux constructions métalliques d’être sécurisées (la ductilité désigne la capacité d'un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre);  La légèreté : elle est due à des sections moins compactes et moins lourdes;  Transport aisé : Grâce au poids peu élevé;  Modification : Les constructions métalliques peuvent être facilement réparées, renforcées et même démontées. 3. Inconvénients des constructions métalliques  Corrosion (entretien régulier du à la corrosion atmosphérique du métal);  Mauvaise tenue au feu : la structure est déformée par les températures élevées;  Sensibilité aux phénomènes d’instabilité élastique : minceur des profils  Flambage, correspond à une déformation importante d'un matériau sous l'effet d'une compression (affecte les barres et les poutres).  Le voilement : est un phénomène d'instabilité qui peut affecter une paroi (plaque), similaire au phénomène de flambement.  Le déversement : phénomène d'instabilité affectant une poutre subissant un moment de flexion. Lorsqu'une poutre est fléchie, l'une de ses faces est tendue et l'autre est comprimée. Figure 5. Phénomènes d’instabilité élastique Cours : Charpente métallique Université de Skikda 4 4. Description des éléments d’une charpente métallique 4.1 Les fermes Les fermes sont les poutres maîtresses dans la structure métallique, elles sont constituées par un système triangulé, dont les membrures supérieures suivent la pente de la toiture. Figure 6. Les composants d’une ferme 4.2 Les pannes Dans une construction en charpente métallique, l'élément panne fait partie de la toiture, il représente le deuxième élément principal du comble après les fermes. La panne se présente comme étant une structure métallique unidimensionnelle, ayant la configuration d'une poutre droite à section constante normalisée. Cette poutre est appuyée sur des traverses (fermes), sa fonction principale est de supporter les charges propres et les charges d'exploitations de la structure. Elles sont destinées à transmettre les charges et surcharges qui s'appliquent sur la couverture (toiture ou plancher), aux appuis (traverses ou fermes). Elles font partie de la famille des produits longs laminés à chaud et sont réalisées en série de profilé IPE, IPN, UAP et UPN. Cours : Charpente métallique Université de Skikda 5 Figure 7. Types de section des Profilés pour les pannes a) Profilé IPE, b) Profilé IPN, c) Profilé UAP, d) Profilé UPN 4.3 Les poteaux Les poteaux sont des éléments de charpente utilisés en construction métallique comme supports d’ossatures. Ils travaillent donc essentiellement en compression et ils sont contraints au flambement pour des portées importantes.  Type de poteaux : (a) (b) Figure 8. (a) Section en I et H, (b) Section en caisson et pleine Figure 9. Poteaux composés Cours : Charpente métallique Université de Skikda 6 4.4 Les éléments de stabilité ou contreventements On entend par contreventement, tout dispositif assurant la stabilité d’une ossature vis-à-vis des efforts horizontaux (vent, ponts roulants, poussée des terres, …) et par extension ceux assurant la stabilité transversale (flambement, déversement) de certaines parties de l’ouvrage. On peut cités comme éléments de contreventement les croix, les cadres et les systèmes de treillis qu'on peut les placées dans la toiture et sur la face longitudinale et transversale. Figure 10. Contreventements dans une structure en charpente métallique 4.5 Bardages Les bardages dans une charpente métallique constituent la couche superficielle extérieure du bâtiment, généralement composée de bois, de métal ou de matériaux composites. Ils assurent à la fois la résistance mécanique, l’étanchéité, l’isolation thermique, l'isolation acoustique et enfin l’esthétique. Figure 11. Les éléments d'un bardage double peau 4.6 Toitures (couverture) L’acier est très fréquemment utilisé comme toitures. Il peut servir de support d’étanchéité aux toitures plates ou à faibles pentes, permettant un net gain de poids par rapport à une dalle en Cours : Charpente métallique Université de Skikda 7 béton armé. Les couvertures équipant la grande majorité des bâtiments métalliques sont de deux types : − Couverture simple en tôles ondulées. − Couverture en bacs d'acier nervurés. Figure 12. Les éléments de la toiture a) couverture simple ; b) couverture en bac d'acier 5. Le matériau acier L’acier est un matériau constitue essentiellement de fer et d’un peu de carbone (généralement inférieur à 1%). La première phase de l’élaboration de l’acier est la production de fonte à partir de minerai de fer et de coke, au moyen de hauts fourneaux. La fonte obtenue contient 92 à 96% de fer, 3 à 4% de carbone et 1 à 4% d’autres éléments tels que phosphore, soufre, silicium, manganèse. La fonte de hauts fourneaux est assez fragile et ne se prête ni au forgeage, ni au laminage. Il faut donc l’affiner en éliminant le carbone et en grande partie les autres éléments pour obtenir un matériau facilement façonnable. La deuxième phase : Conversion de la fonte liquide en acier a une température de 1500°c (décarburation de la fonte). L’acier obtenu ne possède qu’un faible pourcentage de carbone. 6. Classification des aciers  Aciers non alliés : Pour ce type d’acier, on ajoute au fer uniquement du carbone ;  Aciers alliés : Pour ce type d’acier, on ajoute du carbone un ou plusieurs éléments d’addition. Cours : Charpente métallique Université de Skikda 8 7. Classification des charpentes Les aciers ont les meilleures caractéristiques mécaniques en matière de résistance et facilité de mise en œuvre, de ce fait ils offrent un choix multiple dans leurs usages. En effet, on peut citer quatre types de structures qui peuvent englobés les besoins d'un point de vue structurale et architecturale. - Charpente en profilés de commerce (Profilés IPE, UAP et HEA, Profilés HEB) - Charpente en profilés reconstitués soudés (PRS) - Charpente en treillis - Charpente en éléments tubulaires 8.1 Charpente en profilés de commerce Dans le commerce, il ya plusieurs profilés standards qui répondent au choix de formes et de dimensions obtenues après étude et détermination des contraintes selon un cahier de charges préétablit d'avance par le maître de l'ouvrage. On trouve les profilés suivants : 8.1.1 Profilés IPE, UAP et HEA Ils sont utilisés pour la charpente à charges d’exploitation légères. Figure 13. Profilés du commerce IPE Figure 14. Profilés du commerce UAP 8.1.2 Profilés HEB Ils sont employés pour les charges lourdes, comme planchers de reprise, poutres de roulement. Figure 15. Profilés du commerce (HEB) Cours : Charpente métallique Université de Skikda 9 8.2 Charpente en profilés reconstitués soudés (PRS) Les charpentes en PRS constituent des structures légères et très résistantes ayant une architecture bien pensée et des possibilités architecturales innovantes. Les profilés reconstitués soudés (PRS) sont des profilés dont la forme a été conçue de sorte à optimiser ses performances vis-à-vis des sollicitations (Figure 16). Figure 16. Structure métallique en PRS 8.3 Charpente en treillis Les treillis sont très largement utilisés en construction des structures en charpente métallique. Ce sont des structures dont les pièces sont assemblées de façon à former des triangles. Ce dernier, a été pris comme base de ces constructions parce qu'il est la seule entité indéformable du point de vue géométrique (Figure 17). L’utilisation de treillis a pour objectif de minimiser le poids de la structure et maximiser la rigidité. Ils se retrouvent comme fermes de toitures, ossatures de ponts, de grues, de ponts roulants et de pylônes, ...etc. On fait appel à ce mode de réalisation dans le but essentiel d'alléger l'ensemble d'une construction tout en assurant une plus grande stabilité. Figure 17. Pont en treillis Cours : Charpente métallique Université de Skikda 10 8.4 Charpente en éléments tubulaires Les structures tubulaires sont composées de profilés en rond creux (Figure 18). Pour avoir un bon appui des montants, les poteaux sont munis de raidisseurs. Ce genre de construction est choisi pour des raisons architecturales mais le surcoût de sa réalisation en fourniture, fabrication et montage la rend délicate et onéreuse. Figure 18. Structure tubulaire 9. Choix du type uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-charpente-metallique.pdf