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Cours de construction métallique I I. Introduction générale et principes de bas

Cours de construction métallique I I. Introduction générale et principes de base 1 Enseignant: Sami MONTASSAR (email: montassar@lmsgc.enpc.fr) École Nationale d’Ingénieurs de Tunis, 2008-2009 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 … 2 • Ossatures des bâtiments à plusieurs étages: 3 • Ponts et passerelles: à poutre, en arc, suspendu, à haubans … 4 • Les tours et les mâts: pylônes des lignes électriques, de télécommunication … 5 • Les constructions métalliques en tôle: réservoirs, silos, pipelines … 6 • Les mécanismes mobiles: les grues … 7 Principaux avantages des constructions en acier • La légèreté: les constructions en acier sont, en général, plus légères que celles en béton armé ou précontraint, en bois, en pierre … Elle peut être caractérisée par le rapport entre le poids volumique et la résistance. • La solidité: grâce à l’homogénéité des matériaux utilisés en • La solidité: grâce à l’homogénéité des matériaux utilisés en construction métallique • 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 ⇒Prise en compte des inversions de moments imprévus). 8 • L’industrialisation: la préparation et la mise en forme des éléments de structures en acier se font en atelier. Ces éléments arrivent sur le chantier prêts à être montés et assemblés. Cela nécessite des techniques et des équipements modernes. • L’imperméabilité: l’acier se caractérise par son imperméabilité (fluides: liquide + gaz). Attention lors de la 9 réalisation des assemblages. • Les possibilités architecturales: beaucoup plus étendues qu’en béton. • Les modifications: aisément réalisables (transformations, adaptations, surélévations ultérieures …). Quelques inconvénients des constructions en acier • La corrosion : l’acier tend à s’oxyder et à se corroder lorsqu’il est soumis à des atmosphères humides, à des agressions chimiques, à la condensation, qu’il est en contact avec l’eau ou les sols. La protection contre la corrosion peut se faire par: 10 La protection contre la corrosion peut se faire par: l’ajout d’additifs à l’acier. le revêtement périodique de la surface d’acier (galvanisation, métallisation au pistolet, électozinguage …) avec peinture ou vernis. la sélection de formes de structures sans brèches et fentes afin de se prémunir des risques de l’humidité et des poussières. • Mauvaise tenue au feu nécessitant des mesures de protection onéreuse: 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. • Susceptibilité aux phénomènes d’instabilité élastique: en raison de la minceur des profils (flambement, déversement, voilement …). 11 déversement, voilement …). • Nécessité d’entretien régulier des revêtements protecteurs contre la corrosion: pour assurer la pérennité de l’ouvrage. Le matériau acier L’acier est un matériau issu de la réduction du minerai de fer ou du recyclage de ferrailles. Les aciers de construction sont constitués essentiellement de fer. Ils contiennent en général de 0,1 à 1% de carbone + éventuellement des additions variables (manganèse, silicium, 12 éventuellement des additions variables (manganèse, silicium, molybdène, chrome, nickel, titane, tungstène...). Les aciers de construction peuvent être laminés, étirés ou tréfilés. Phases principales du laminage à chaud 13 14 Les produits en acier peuvent être classés en 2 grandes catégories : Classification des produits sidérurgiques - Les produits longs qui sont obtenus par laminage à chaud, étirage ou tréfilage (poutrelles, palplanches, câbles, fils, ronds à béton...) 15 - les produits plats qui subissent en général un laminage à froid supplémentaire, à l’exception des tôles de forte épaisseur (tôles, bardages, profils minces, profils creux...) . câbles, fils, ronds à béton...) Les produits longs • Les laminés marchands: on distingue : a) les ronds pleins, b) les carrés pleins, c) les hexagones pleins, 16 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 … 17 18 19 20 21 • Les poutrelles laminées: elles peuvent avoir différentes sections, en I, en U, ou en H. Les longueurs maximales varient de 18 à 33 m suivant le profilé. Les poutrelles en I sont de deux sortes : – IPN : poutrelles en I normales. Les ailes sont d’épaisseur variable, ce qui entraîne des petites difficultés pour les attaches ; – IPE : poutrelles en I européennes. Les ailes présentent des bords parallèles, les extrémités sont à 22 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. IPN IPE 23 24 25 Les poutrelles en U souvent utilisées comme éléments secondaires. On distingue: – UPN : les faces internes des ailes sont inclinées; – UAP : l’épaisseur des ailes est constante; – UPE : l’épaisseur des ailes est constante. 26 27 28 Les poutrelles en HE se décomposent en trois séries suivant l’épaisseur relative de leur âme et de leurs ailes : – HEA; – HEB; – HEM. HEA HEB 29 HEM Il existe aussi des poutrelles HL (à très larges ailes), HD (poutrelles-colonnes) et HP (poutrelles-pieux). 30 31 32 • Les demi poutrelles : Le découpage des poutrelles I et H suivant l’axe longitudinal a de multiples utilisations : sections T, membrures de poutres... • Les poutrelles dissymétriques : Ce sont des poutres reconstituées composées soit d’un T et d’une large semelle 33 reconstituées composées soit d’un T et d’une large semelle inférieure soudée (dénommées IFB, pour Integrated Floor Beam), soit formées d’un H dont la semelle inférieure a été élargie par adjonction d’un plat (dénommée SFB, pour Slim Floor Beam). Grâce à leur aile inférieure élargie, elles sont particulièrement adaptées pour la pose de planchers préfabriqués, de coffrages en acier permettant d’incorporer la dalle dans la hauteur de la poutrelle, soit encore pour la pose de dalles alvéolaires en béton précontraint. Les produits plats • Les tôles et les larges plats : Les tôles sont fabriquées sous forme de bobines. Elles sont livrées en largeurs standards ou à la demande, mais les largeurs sont en général limitées à 1800 mm. 34 1800 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 tôles nervurées : Ce sont des tôles minces que l’on nervure par profilage à froid à l’aide d’une machine à galets. Les tôles nervurées sont issues de bobines galvanisées et souvent prélaquées. Les applications concernent les produits d’enveloppe (bardage), de couverture (bac, support d’étanchéité) et de plancher (bac pour plancher collaborant ou à coffrage 35 de plancher (bac pour plancher collaborant ou à coffrage perdu), ainsi que les panneaux sandwich incorporant des matériaux isolants. • Les profils 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. 36 • Les plaques : On parle de plaques lorsque l’épaisseur dépasse 20 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. Leur assemblage par soudure peut être complexe. Il existe aussi des plaques à épaisseur variable pour les ouvrages d’art. • Les profils minces : Les tôles minces galvanisées (d’épaisseur inférieure à 5 mm) peuvent être profilées à 37 (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 et en ossatures légères : pannes de charpente, ossatures de murs ou de cloisons, de faux plafond... Autres produits • Les palplanches, • les câbles, • les pièces moulées : Il s’agit de pièces aux formes complexes qui sont difficilement réalisables par soudure et que l’on coule dans des moules réfractaires. Leur utilisation 38 que l’on coule dans des moules réfractaires. Leur utilisation ne se justifie que par un effet de série ou par leur taille, comme des noeuds d’assemblage répétitifs. • etc. … Comportement mécanique de l’acier Essai de traction Diagramme contrainte-déformation module d’élasticité 39 Limite d’élasticité Contrainte de rupture module d’élasticité longitudinal εy : allongement élastique εu : allongement à la rupture εr - εu : allongement de striction Ce diagramme contrainte-déformation se décompose en 4 phases : • Phase 1 - domaine élastique : obéissant à la loi de Hooke σ σ σ σ = E.ε ε ε ε • Phase 2 - palier d’écoulement plastique : traduisant un allongement sous charge constante 40 allongement sous charge constante • Phase 3 – domaine d’écrouissage : correspondant à une nouvelle augmentation de la sollicitation avec l’allongement • Phase 4 – domaine de uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-cm-1-chapitre-1-introduction-generale-08-09.pdf