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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 Enseignant : Ramzi ZAKHAMA Cours : Sami MONTASSAR Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tunis, 2012-2013 1 2 • Bâtiments industriels : bâtiments de grandes hauteurs et portées (avec ou sans ponts roulants) Domaines d’utilisation 3 • Couvertures des bâtiments de grandes portées : constructions sportives, marchés, hangars, ateliers d’aviation, grandes surfaces … 4 • Ossatures des bâtiments à plusieurs étages 5 • Ponts et passerelles : à poutre, en arc, suspendu, à haubans … 6 7 • Les tours et les mâts : pylônes des lignes électriques, de télécommunication … 8 9 • Les constructions métalliques en tôle : réservoirs, silos, pipelines … • Les calottes sphériques 10 • Les mécanismes mobiles : les grues … • Les plates-formes off-shore 11 • Les châteaux d’eau • Autres structures … • La légèreté : Les constructions en acier sont, en général, plus légères que celles en béton armé ou précontraint, en bois, en pierre … La légèreté peut être caractérisée par le rapport entre le poids volumique et la résistance (appelé rendement). • 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 ). 12 Principaux avantages des constructions en acier 13 • 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 réalisation des assemblages. • Les possibilités architecturales : Beaucoup plus étendues qu’en béton. • Les modifications: Aisément réalisables. 14 • 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:  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. Quelques inconvénients des constructions en acier 15 • 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. 16  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 + des additions variables (manganèse, silicium, molybdène, chrome, nickel, titane, tungstène...).  Les aciers de construction peuvent être laminés, étirés ou tréfilés. Le matériau acier 17 Phases principales du laminage à chaud 18 19  Les produits en acier peuvent être classés en 2 grandes catégories : - Les produits longs qui sont obtenus par laminage à chaud, étirage ou tréfilage (poutrelles, palplanches, câbles, fils, ronds à béton...). - 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...). Classification des produits sidérurgiques 20 Les produits longs • Les laminés marchands: on distingue : 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 … 21 • Les poutrelles laminées: elles peuvent avoir différentes sections, en I, en U, ou en H.  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 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 22  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. 23  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 HEM Il existe aussi des poutrelles HL (à très larges ailes), HD (poutrelles- colonnes) et HP (poutrelles-pieux). 24 • 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 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. 25 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. 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. 26 • 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 perdu), ainsi que les panneaux sandwich incorporant des matériaux isolants. 27 • 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. 28 • Les plaques : On parle de plaques lorsque l’épaisseur dépasse 20 mm. On peut obtenir des plaques jusqu’à 400 mm d’épaisseur et 5200 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 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... 29  = N/A0 [N/mm2] fy fu y u r  =L/L0 [%] (1) (2) (3) (4) E N N L L0 Section A0 Diagramme contrainte-déformation Comportement mécanique de l’acier Essai de traction module d’élasticité longitudinal y : allongement élastique fy : limite d’élasticité u : allongement à la rupture fu : limite de rupture r - u : allongement de striction 30  Ce diagramme contrainte-déformation se décompose en 4 phases : • Phase 1 - domaine élastique : obéissant à la loi de Hooke  = E. • Phase 2 - palier d’écoulement plastique : traduisant un allongement sous charge constante. • Phase 3 – domaine d’écrouissage : correspondant à une nouvelle augmentation de la sollicitation avec l’allongement. • Phase 4 – domaine de striction : correspondant à une réduction localisée de la section de l’éprouvette. 31  En construction métallique, les pièces et les éléments des ossatures sont conçus et calculés pour rester la plupart du temps dans le domaine élastique.  Le palier d’écoulement plastique représente une réserve de sécurité. Il traduit la ductilité de l’acier (elle permet une bonne tenue aux séismes).  L’acier a un comportement élastoplastique. 32  [N/mm2] y  [%] E = 210 000 MPa fy Comportement réel Comportement élastoplastique parfait  [N/mm2] y  [%] E = 210 000 MPa fy Comportement élastique  Traction  Compression 33 Poids volumique  = 78,5 kN/m3 Module d’élasticité longitudinale E = 2,1  105 MPa Coefficient de Poisson  = 0,3 Module d’élasticité transversale G = E / 2(1 + ) = 0,8  105 MPa Contrainte limite élastique de cisaillement pur (critère de Von Mises) uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-de-construction-metallique-i.pdf