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WISSEM TAKTAK Niveau : 3 Edition 2005 Radès CONTENU DU PROGRAMME Constitution d

WISSEM TAKTAK Niveau : 3 Edition 2005 Radès CONTENU DU PROGRAMME Constitution des structures métalliques Charges et surcharges réglementaires Calcul et réalisation des éléments fléchis (flexion simple et composée) Conception et calcul d’un ouvrage en construction métallique. Les assemblages boulonnés : calcul et réalisation Les assemblages soudés : calcul et réalisation Protection et entretien GENERALITES : 1 INTRODUCTION Jusqu’à 1993, la conception et le calcul des constructions métalliques étaient régis par différentes réglementations : • Les règles de calcul des constructions en acier, dites règles CM 66. • Le titre V du fascicule 61 du cahier des prescriptions communes. • Les normes NF. • L’additif 80 Depuis 1993, une nouvelle réglementation européenne est entrée en vigueur et impose, en remplacement de ces divers et précédents textes, un code unique : l’Eurocode 3. 1.1 Avantages de la construction métallique : Résistance mécanique : -résistance élevée à la traction permettant des portées et hauteurs importantes ; -possibilité d’adaptation plastique pour une plus grande sécurité ; Industrialisation totale : préfabrication d’un bâtiment en atelier et montage sur chantier ; Transport aisé grâce au poids peu élevé ; Possibilité de modification et de recyclage d’un bâtiment. 1.2 Inconvénients ¾ Prix élevé (concurrentiel avec le béton armé pour les grandes portées) ; ¾ Mauvaise tenue au feu ce qui implique des mesures de protection onéreuses ; ¾ Entretien régulier du à la corrosion du métal. 2 LE MATERIAU ACIER 2.1 L’acier L’acier est essentiellement une combinaison de fer et de carbone. On ne le retrouve pas à l’état naturel ; il résulte d’une transformation de matière première tirée du sol. Les conditions matérielles de cette transformation entraîne dans sa composition la présence, en très faibles proportions, d’autres éléments (phosphore, souffre) considérés comme impuretés. Suivant la qualité de l’acier que l’on veut obtenir, il est possible d’abaisser le pourcentage de ces impuretés au cours de l’élaboration. Mais l’acier peut également contenir d’autres éléments (silicium, manganèse, chrome, nikel, tungstène…) introduits volontairement en vue de modifier sa composition chimique et par suite ses caractéristiques physiques et mécaniques. Les éléments additionnés permettent d’obtenir des qualités différentes classées sous forme de « nuance ». 2.2 Les procédés d’élaboration de l’acier 2.2.1 Des matières premières à l’acier liquide: Les matières essentielles entrant dans la composition de l’acier sont les minerais de fer, le coke et la ferraille. 2.2.2 De l’acier liquide au demi-produits: A la fin de l’opération d’élaboration de l’acier, par quelque procédé que ce soit, les scories sont déversées dans une cuve et l’acier est recueilli à l’état liquide dans une poche garnie de réfractaire. A partir de ce stade, la mise en forme en vue du laminage final peut se faire suivant deux schémas différents : la coulée continue et la coulée en lingots. Les procédés d’élaboration de l’acier Figure 1-1 Pour les formes carrées, ces produits prennent les noms de bloom ou billette suivant que la dimension est plus grande ou plus petite que 120 mm ; le nom de brame pour les formes rectangulaires d’épaisseur supérieure à 50 mm Les demi-produits (Bloom, Billette et Brame) Figure 1-2 2.2.3 Des demi-produits aux produits sidérurgiques : Les formes des produits sidérurgiques finis laminés à chaud sont classées suivant deux familles : - les produits plats : plaque (épaisse), tôle (mince), feuille ou bobine ; - les produit longs, comprennent les profils de petites sections : rond, carré, rectangle, trapèze, T, L, U, tube (sans soudure) ; les profils lourds : poutrelle (I,H), palplanche, rail, fil machine.. Leurs dimensions et caractéristiques sont normalisées et répertoriées sur catalogues. Le laminage à chaud Figure 1-3 3 PRINCIPAUX PRODUITS UTILISES COMME ELEMENTS DE STRUCTURE 3.1 Produits laminés à chaud Gamme de profils laminés courants Figure 1-4 3.2 Produits formés à froid Produits longs formés à froid Exemples de sections transversales Figure 1-5 Produits plats formés à froid Figure 1-6 3.3 Produits dérivés des profils laminés et profils reconstitués soudés Produits dérivés Figure 1-7 Profils reconstitués soudés Figure 1-8 4 CARACTERISTIQUES DES PROFILES Caractéristiques des profils H européens HEA Tableau 1-1 Caractéristiques des profils I européens IPE Tableau 1-2 5 ESSAIS MECANIQUES : 5.1 Essai de traction : Il s’agit de l’essai fondamental qui fournit les grandeurs caractéristiques directement exploitables dans les calculs de dimensionnement. • La limite d’élasticité fy à partir de laquelle les allongements A% deviennent permanents (déformation irréversible). • La contrainte de rupture à la traction fu . • Le module d’élasticité longitudinale de l’acier E = 210 000 MPa • Le module d’élasticité transversale de l’acier G ≈ 81 000 MPa • Le coefficient de poisson ν =0.3 • Le coefficient de dilatation α = 12 10-6 [ /°C] Diagrammes types d’allongement des aciers de construction métallique Figure 1-9 5.2 Essai de flexion par choc (essai de résilience) : Cet essai a pour objectif de mesurer l’énergie absorbée par une éprouvette bi-appuyée, comportant une entaille médiane en V, lors de sa rupture en flexion sous le choc d’un mouton-pendule. Cette énergie caractérise la ductilité de l’acier et sa sensibilité à la rupture fragile en fonction de la température. Energie de rupture = m g (h0 – h) Principe de l’essai de flexion par choc Figure 1-10 5.3 Essais de dureté : Les essais de dureté consistent à mesurer la pénétration d’un outil conventionnel dans la pièce à tester sous une charge prédéterminée. 5.4 Essai de pliage : Cet essai permet d’apprécier qualitativement la ductilité d’un acier et l’aptitude au formage à froid par pliage des tôles ou barres constituées de ce matériau. 6 DESIGNATION SYMBOLIQUE DES ACIERS : NUANCE QUALITE SYMBOLES PRINCIPAUX Lettre Caractéristiques mécaniques SYMBOLES ADDITIONNELS Exp : S 235 JR Symbole Désignation G Acier moulé S Aciers de construction E Aciers de construction mécanique B Aciers à béton Y Aciers pour béton précontraint Symboles principaux Ces symboles sont suivis de la valeur de la limite d’élasticité ou de la résistance minimale à la traction en MPa Tableau 1-3 Energie de rupture (J) 27 40 50 Température d’essai (°C) JR KR LR 20 J0 K0 L0 0 J2 K2 L2 -20 J3 K3 L3 -30 J4 K4 L4 -40 J5 K5 L5 -50 Symboles Additionnels pour l’acier J6 K6 L6 -60 Tableau 1-4 7 PROPRIETES DES ACIERS LAMINES: Figure 1-11 Figure 1-12 8 CRITERES DE CHOIX DES ACIERS EN CONSTRUCTION METALLIQUE: 8.1 Choix de la nuance : Il s’agit essentiellement, à travers ce choix, de fixer le niveau de la limite d’élasticité, appelée à servir de référence dans la conduite des calculs de dimensionnement. Le plus souvent, on recherche le niveau le plus élevé possible puisque la réduction de poids qui en résulte permet : • Une économie directe sur les coûts de matière, • Une mise en œuvre plus aisée en atelier, • Une amélioration des conditions de transport et de montage. Il va de soi que des facteurs limitatifs importants interviennent dans l’augmentation des caractéristiques mécaniques. Très fréquemment, le respect des critères de déformation régit le dimensionnement des ossatures métalliques et non le niveau de contrainte. De plus, l’augmentation de flexibilité de la structure qui accompagne celle des contraintes conduit à aggraver les effets dynamiques éventuels, comme ceux dus au vent, et rend aussi plus pénalisants les critères de résistance des éléments soumis aux différents phénomènes d’instabilité 8.2 Choix de la qualité : Pour une structure donnée, le choix d’une qualité d’acier doit faire intervenir différents paramètres : • La température minimale de service de l’ouvrage, • L’épaisseur maximale des pièces constitutives de la structure, • La nuance d’acier prévue, • Le niveau des contraintes de traction subies par la structure, • La nature des sollicitations du point de vue de leur vitesse d’application,… TERMINIOLOGIE : 1 BATIMENT EN PROFILS À AME PLEINE : Figure 2-1 2 STRUCTURE À TOITURE EN TREILLIS : Figure 2-2 3 DEFINITIONS Aiguille : Tige ou barre travaillant à la traction et supportant en son centre le tirant de certaines fermes. Appenti : Toiture à une seule pente adossée à un mur ou à un bâtiment par son bord supérieur (faîtage) et dont le bord inférieur est soutenu par une sablière ou des poteaux. Arbalétrier : Membrure supérieure de la poutre triangulée appelée ferme qui, dans un comble, supporte les pannes et les autres éléments de la toiture. Arêtier : Pièce de charpente placée sous l’arête ( intersection de 2 versants) et sur laquelle s’assemblent les autres éléments de la charpente. Auvent : Partie de la toiture d’une halle débordant largement à l’extérieur de la ligne des poteaux supports. Brisure : Changement de direction affectant une barre dans un système de construction quelconque. Chéneau : Canal disposé en bas de pente des toitures et servant à recueillir les eaux de pluie et à les diriger vers les tuyaux de descente. Comble : Partie supérieure (faîte) d’un bâtiment. Volume situé sous les versants de la toiture. Croupe : Versant de toiture permettant de renvoyer les eaux sur les chéneaux ou les gouttières implantés sur toute la périphérie d’un bâtiment. Contreventements : Dispositif assurant la stabilité d’un bâtiment, d’une uploads/Ingenierie_Lourd/ fascicule-de-cours-cm.pdf