Acier inoxydable – Règles de dimensionnent PUREST: Promotion of new Eurocode rules for structural stainless steels RFCS Dissemination Project 709600 Barbara Rossi – Barbara.Rossi@kuleuven.be

Contenu de la présentation Le but de cette présentation est de vous donner un bref aperçu des propriétés de l’acier inoxydable et des règles de dimensionnement. En termes de règles de dimensionnement, on comparera brièvement l’acier inoxydable à l’acier au carbone. Pour un aperçu plus complet, veuillez télécharger le Guide de conception.

Contenu de la présentation Introduction et exemples applications Sélection de la nuance Propriétés Règles de dimensionnement Flèches Effets de l’écrouissage à froid

Structures en acier inoxydable – Guide de conception Règles de dimensionnement Exemples de dimensionnement Commentary Software et Apps STRUCTURES EN ACIER INOXYDABLE – GUIDE DE CONCEPTION 4ème édition 1ère Edition: 1993 2ème Edition: 2002 3ème Edition: 2006 4ème Edition: 2017 Cette quatrième édition du Guide de Conception sur lequel est basée cette présentation est une révision complète de la troisième édition, les changements majeurs concernent : L’alignement avec les amendements aux règles de l’EN 1993-1-4 (2015), L’ajout des aciers inoxydables ferritiques, basé sur les résultats du projet Européen RFCS Structural applications of ferritic stainless steels (SAFSS) (RFSR-CT-2010-00026), De nouvelles données sur le comportement thermique et mécanique des aciers inoxydables soumis au feu ont été ajoutées, Les données et règles de dimensionnement ainsi que les références aux dernières versions des codes Européens (y compris EN 10088, EN 1993 et EN 1090) ont été mises à jour, L’ajout d’une annexe concernant la modélisation du comportement du matériau, L’ajout d’une annexe permettant l’évaluation des effets bénéfiques du formage à froid sur la résistance, L’ajout d’une annexe permettant d’exploiter les effets bénéfiques de l’écrouissage non-linéaire des aciers inoxydables via une nouvelle méthode de dimensionnement dénommée Continuous Strength Method. Tous les documents dans toutes les langues du projet PUREST sont disponibles ici: www.steel-stainless.org/designmanual

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Qu’est-ce que l’acier inoxydable? Famille de nuances d’acier résistants à la corrosion et à la chaleur et contenant un minimum de 10.5% de Chrome. Tant que le taux de Chrome atteint 10.5%, que la surface est propre et exposée à l’air ambient ou tout autre environnement oxydant, une fine couche transparente et hautement adhérente d’un oxyde riche en Chrome se forme spontanément à la surface de l’acier inoxydable. En cas de dommage par abrasion ou de coupe, cette fine couche protectrice se régénère automatiquement en présence d’oxygène. Oxyde riche en Chrome Acier inoxydable Couche protectrice d’oxyde riche en Chrome Endommagement de la couche protectrice Acier inoxydable est le nom donné à une famille de nuances d’acier résistant à la corrosion, réfractaire et contenant un minimum de 10,5% de chrome. Comme pour l’acier qui présente de nombreuses nuances possédant une résistance, soudabilité ou ténacité différente, il existe une grande variété d’aciers inoxydables caractérisés par une résistance à la corrosion ou des propriétés mécaniques différentes. Tant que le taux de chrome atteint 10,5%, que la surface est propre et exposée à l’air ambiant ou tout autre environnement oxydant, une fine couche transparente et hautement adhérente d’un oxyde riche en chrome se forme spontanément à la surface de l’acier inoxydable. En cas de dommage par abrasion ou de coupe, cette fine couche se régénère automatiquement en présence d’oxygène. Régénération automatique

Familles d’acier inoxydable Austénitique Duplex (aussi connus sous le nom austéno-ferritique) Ferritique A durcissement par précipitation Martensitique L’acier inoxydable peut être classé en cinq grandes familles caractérisées par certaines propriétés et une capacité différente à résister à toutes formes de corrosion. Les familles austénitique et duplex, sont les familles qui font l’objet de cette présentation, car elles sont le plus souvent utilisées dans le domaine de la construction. Les familles austénitiques et duplex sont les plus utilisées dans le domaine de la construction

Pourquoi utiliser l’acier inoxydable? Résistance à la corrosion et longue durée de vie Maintenance et inspection difficile Pour raisons esthétiques Pour raisons d’hygiène Pour ses propriétés non-magnétiques Pour sa ténacité aux basses températures Les nuances austénitiques sont généralement utilisées dans les applications structurelles pour lesquelles une bonne résistance mécanique et à la corrosion, une bonne déformabilité (inclus la capacité à former des courbes plus serrées), une excellente soudabilité en atelier et sur site et, en cas de séisme, un large domaine de déformation à la rupture sont requis. Les nuances d’acier inoxydable duplex sont utiles dans les applications où résistance mécanique et à la corrosion ainsi qu’un bon comportement à la corrosion par crevasses et à la fissuration par corrosion sous tension sont requises.

Famille d’acier inoxydable Nuances Le système de numérotation utilisé dans l’EN 10088 est la numérotation Européenne. Il est composé d’un numéro Européen (acier inoxydable) et d’un numéro désignant la famille d’acier inoxydable. Par exemple, la nuance 304L est numérotée 1.4307, ce qui signifie: Les familles sont numérotées suivant l’EN 10027-2 comme suit: 1.40XX: Acier inoxydable avec Ni < 2,5 % sans Mo, Nb ni Ti 1.41XX: Acier inoxydable avec Ni < 2,5 % et Mo mais sans Nb ni Ti 1.43XX: Acier inoxydable avec Ni  2,5 % mais sans Mo, Nb ni Ti 1.44XX: Acier inoxydable avec Ni  2,5 %, et Mo mais sans Nb ni Ti 1.45XX: Acier inoxydable avec additions spéciales 1.46XX: Nuances chimiquement résistantes et nuances au Ni résistantes aux hautes températures 1. 43 07 Type d’acier Famille d’acier inoxydable Nuance individuelle Chaque famille d’acier inoxydable contient un certain nombre de nuances qui diffèrent par leur composition chimique. Le système de désignation adopté dans l’EN 10088, qui est introduit ci-dessus, est composé du numéro de matériau européen et d’un nom de matériau. Ils donnent une indication sur la composition chimique de la nuance en question.

Nuances traditionnelles pour la construction EN désignation Nom populaire Coût relatif approx. (matière) Cr-Ni Austénitiques 1.4301 304 1 1.4307 304L Cr-Ni-Mo Austénitiques 1.4401 316 1,3 1.4404 316L “Lean” Duplex 1.4162 2101 Duplex 1.4462 2205 La nuance d’acier inoxydable – austénitique – la plus utilisée contient 17 à 18% de chrome et 8 à 11% de nickel. Les nuances duplex ont une structure cristalline contenant de l’austénite et de la ferrite et sont, par conséquent, souvent nommés aciers austéno-ferritiques. Ils contiennent en général 20 à 26% de chrome, 1 à 8% de nickel, 0,05 à 5 % de molybdène et 0,05 à 3% d’azote. Ils contiennent moins de nickel que les nuances austénitiques et leur coût est donc sujet à moins de fluctuations.

Charactéristiques utiles pour la construction Famille Résistance Ductilité Aimantation Soudabilité Formabilité Austenitic   Duplex Austénitique: Les nuances austénitiques sont caractérisées par une grande ductilité, sont aisément formées à froid et facilement soudable. Comparées aux aciers au carbone, elles présentent une meilleure ténacité sur un domaine de température élargi. Elles peuvent être écrouis par formage à froid mais pas par traitement thermique. Leur résistance à la corrosion peut être améliorée en augmentant le taux de chrome ainsi qu’en présence d’éléments d’alliages tels que le molybdène et l’azote. C’est la nuance la plus utilisée dans le domaine des bâtiments et de la construction. Duplex: Les nuances duplex trempées sont environ deux fois plus résistantes que les nuances austénitiques ce qui rend l’optimisation des matières premières possible. Ces nuances sont appropriées pour une large gamme d’environnements corrosifs. Bien que leur domaine d’écrouissage soit étendu, leur résistance élevée ne leur confère pas autant de déformabilité que les nuances austénitiques. Ils peuvent aussi être écrouis par formage à froid mais pas par traitement thermique. Ils sont également caractérisés par une bonne soudabilité et bonne résistance à la fissuration par corrosion sous tension.

Structures portantes The Gap Western Australia © David Iles Applications: L’acier inoxydable est utilisé dans le domaine de la construction depuis son invention il y a environ 100 ans. Les produits en acier inoxydable sont esthétiques et résistants à la corrosion, ils demandent peu de maintenance et possèdent d’excellentes propriétés mécaniques telles que résistance, ténacité et comportement en fatigue. Ils peuvent être usinés suivant les méthodes traditionnelles et sont complètement et indéfiniment recyclable en fin de vie. Les applications courantes des nuances austénitiques et duplex sont : 1) Les aciers inoxydables constituent une alternative de choix pour les applications en environnements agressifs comme, par exemple, les bâtiments et structures portantes en environnements marins (cf. photo ci-dessus) ou pollués, ou exposés aux sels de déverglaçage. Colonnes, entrée à auvents, Seven World Trade Center, New York © Catherine Houska

Structures industrielles Cale pour offshore usine de regasification © Montanstahl Escaliers et échelles © Ancon Building Products 2) Poutres, colonnes, plateformes et supports utilisés dans les industries de traitement des eaux usées, de pâte à papier, nucléaires, de biomasse, chimiques, pharmaceutiques ou dans les industries de traitement de denrées alimentaires. Passerelles d’accès pour usine à papier © Outokumpu

Ponts Pont Helix, Singapour © IMOA 3) Structures primaires (poutres, colonnes), axes, barrières et rails de sécurité, gainages et joints d’expansion dans les ponts. Pont Cala Galdana, Majorque © Pedelta Fort York, Toronto © Pedelta

Mobilier urbain, Sculpture, Balustrades et Barrières Arcs Houston © Catherine Houska Barrières de sécurité, Genève © Nancy Baddoo Cloud Gate, Chicago © Catherine Houska 4) Barrière et rambarde de sécurité, mobilier urbain. Bancs © Catherine Houska

Support de maçonnerie et fixations Fixations murs Ancrages/connections 5) Ancrages et fixations pour le bois, la pierre, la maçonnerie ou la roche mère. Contreventement Photos © Ancon Building Products

Bar d’armature AVANTAGES APPLICATIONS Durée de vie plus longue (>100 ans) Enrobage de béton réduit Hauteur totale de plancher réduite Sous-structure moindre APPLICATIONS Ponts et chaussées, tunnels, parkings, bâtiments en zones côtières, quais, jetées, bâtiments historiques, rénovations, bâtiments abritant des composants électroniques sensibles. 6) Ferraillage dans les constructions en béton. ©Ancon Building Products

Contenu de la présentation Introduction et exemples applications Sélection de la nuance Propriétés Règles de dimensionnement Flèches Effets de l’écrouissage à froid Le choix de la bonne nuance d'acier inoxydable doit tenir compte de l'environnement de l'application, du processus de fabrication, de la finition de surface et de l'entretien de la structure.

Sélection de la nuance La procédure de sélection de la nuance appropriée est fournie à l’annexe A de l’ EN 1993-1-4 pour les applications structurelles. Elle est applicable aux structures européennes, aux nuances duplex et austénitiques. Facteur de Résistance à la Corrosion (CRF) pour l’environnement: Où: 𝐹1 = Le risque d’exposition aux chlorures d’eaux salées ou aux sels de déverglaçage; 𝐹2 = Le risque d’exposition au dioxyde de soufre; 𝐹3 = Fréquence de nettoyage ou exposition à la pluie. Remarque: Pour les piscines, voir 3.5.3 dans le guide de conception. Pour la procédure de sélection pour les nuances ferritiques, voir 3.5.4 dans le guide de conception. CRF = F1 + F2 + F3 La procédure de sélection de la nuance appropriée est fournie à l’annexe A de l’EN 1993-1-4 pour les applications structurelles. Elle est applicable aux constructions métalliques et les recommandations de choix de nuances pour les fixations au béton ou aux maçonneries sont respectivement fournies dans les codes EN 1992 et EN 1996. Elle inclut les étapes suivantes : - Détermination du Facteur de Résistance à la Corrosion (Corrosion Resistance Factor (CRF)) pour l’environnement considéré; - Détermination de la Classe de Résistance à la Corrosion (Corrosion Resistance Class (CRC)) pour l’environnement considéré. Le CRF dépend de la sévérité de l’environnement et est calculé comme suit : 𝐶𝑅𝐹= 𝐹 1 + 𝐹 2 + 𝐹 3 où 𝐹 1 = Risque d’exposition aux chlorures d’eaux salées ou aux sels de déverglaçage ; 𝐹 2 = Risque d’exposition au dioxyde de soufre ; 𝐹 3 = Fréquence de nettoyage ou exposition à la pluie.

F1 – Évaluation 𝑭 𝟏 Risque d’exposition aux chlorures d’eaux salées ou aux sels de déverglaçage NOTE M est la distance jusqu’à la mer et S la distance à une route soumise aux sels de déverglaçage. 1 Environnement interne contrôlé Risque d’exposition bas M > 10 km ou S > 0,1 km -3 Risque d’exposition moyen 1 km < M  10 km ou 0,01 km < S  0,1 km -7 Risque d’exposition haut 0,25 km < M ≤ 1 km ou S ≤ 0,01 km -10 Risque d’exposition très haut Tunnels routiers avec des sels de déverglaçage ou où des véhicules transportant ces sels peuvent rouler M  0,25 km Mer du Nord en Allemagne ou toutes zones côtières baltiques -15 Côte atlantique portugaise, Espagnole et française. Manche, zone côtière de la mer du Nord aux Royaume-Unis, France, Belgique, Pays-Bas et Sud de la Suède. Toutes autres zones côtières des Royaume-Unis, Norvège, Danemark et Irlande. Côte méditerranéenne. Remarque: La valeur de F 1 pour les applications proches de la côte dépend de la localisation en Europe et dérive de règles de bonnes pratiques basées sur l’expérience, de données expérimentales et de données sur le taux de chlorures. Etant donné la gamme étendue d’environnements en Europe, dans certains cas, la procédure de sélection peut être conservative.

𝑭 𝟐 Risque d’exposition au dioxyde de Soufre F2 - Évaluation 𝑭 𝟐 Risque d’exposition au dioxyde de Soufre NOTE Pour les environnements côtiers Européens, la concentration en dioxyde de soufre est habituellement basse. Pour les environnements dans les terres, il est soit bas soit moyen. La classification “haute” est habituellement rare et associée à des environnements industriels lourds ou très spécifiques comme les tunnels routiers. La concentration en dioxyde de soufre peut être évaluée suivant la norme ISO 9225. Risque d’exposition bas <10 µg/m³ concentration moyenne en gaz -5 Risque d’exposition moyen 10 - 90 µg/m³ concentration moyenne en gaz -10 Risque d’exposition haut 90 - 250 µg/m³ concentration moyenne en gaz

F3 - Évaluation 𝐅 𝟑 Fréquence de nettoyage ou exposition à la pluie. (s𝐢 𝐅 𝟏 + 𝐅 𝟐  𝟎, a𝐥𝐨𝐫𝐬 𝐅 𝟑 =0) Complètement exposé au lavage par l’eau de pluie -2 Soumis à un régime de nettoyage spécifique -7 Pas de lavage par la pluie et pas de régime spécifique de nettoyage NOTE SI l’élément est régulièrement inspecté pour tous signes de corrosion et nettoyé, cela doit être clairement spécifié à l’utilisateur par écrit. L’inspection, la méthode de lavage et sa fréquence doivent être renseignée. Plus la surface est lavée, plus grand sera le bénéfice. Cette fréquence ne devrait pas être inférieure à une fois par trimestre. Lorsqu’il y a lieu de spécifier un nettoyage, il devrait être prescrit à l’ensemble de la structure et non pas seulement les parties visibles et facilement accessibles.

Sélection de la nuance Facteur de Résistance à la Corrosion (CRF) Pour l’environnement Classe de Résistance à la Corrosion (CRC) Facteur de résistance à la corrosion (CRF) Classe de Résistance à la Corrosion (CRC) CRF = 1 I 0 ≥ CRF > -7 II -7 ≥ CRF > -15 III -15 ≥ CRF ≥ -20 IV CRF < -20 V Classe de Résistance à la Corrosion (CRC) I II III IV V 1.4003 1.4301 1.4401 1.4439 1.4565 1.4016 1.4307 1.4404 1.4462 1.4529 1.4512  1.4311 1.4435 1.4539 1.4547   1.4541 1.4571 1.4410 1.4318 1.4429 1.4501 1.4306 1.4432 1.4507 1.4567 1.4162 1.4482 1.4662 1.4362 1.4062 1.4578 NOTE 1 Les classes de résistance à la corrosion sont uniquement utilisables dans le cadre de cette procédure de sélection et seulement pour les applications structurelles. NOTE 2 Une nuance d’une classe plus élevée peut être utilisée à la place de celle indiquée par le facteur de résistance à la corrosion. Le tableau ci-dessus fournit les nuances adéquates à chaque CRC. Ce choix dépend de plusieurs facteurs en plus de la résistance à la corrosion, tels que la résistance mécanique et la disponibilité du produit dans la nuance souhaitée. Spécifier la nuance à l’aide de la CRC et de la résistance mécanique requise tel que, par exemple, CRC II et 𝑓 y = 450 N/mm2, est suffisant pour que le distributeur détermine la nuance adéquate.

Sélection de la nuance Plus d’éléments d’alliage, i.e. plus résistant à la corrosion Des valeurs négatives de CRF requièrent des alliages plus résistants. Classe de Résistance à la Corrosion (CRC) I II III IV V 1.4003 1.4301 1.4401 1.4439 1.4565 1.4016 1.4307 1.4404 1.4539 1.4529 1.4512  1.4311 1.4435 1.4462 1.4547   1.4541 1.4571 1.4410 1.4318 1.4429 1.4501 1.4306 1.4432 1.4507 1.4567 1.4578 1.4482 1.4662 1.4362 1.4062 1.4162 NOTE 1 Les classes de résistance à la corrosion sont uniquement utilisables dans le cadre de cette procédure de sélection et seulement pour les applications structurelles. NOTE 2 Une nuance d’une classe plus élevée peut être utilisée à la place de celle indiquée par le facteur de résistance à la corrosion. A chaque classe correspond une série de nuance, de plus en plus alliée en fonction de la résistance à la corrosion souhaitée.

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Propriétés mécaniques Résistance Lors du dimensionnement, il convient de prendre la limite d’élasticité caractéristique, fy et la résistance ultime caractéristique à la traction fu égales aux valeurs minimales de limite d’élasticité conventionnelle à 0,2 % ( 𝑅 p0,2 ) et de traction ( 𝑅 m ) spécifiées dans l’EN 10088-4 et 5 (voir prochain slide). Ces valeurs correspondent à un matériau recuit et sont donc conservatives pour des produits ou sections droites qui ont subi un écrouissage à froid lors de la fabrication. Les sections droites destinées à des applications structurelles sont rarement fournies en condition recuites. Module d’élasticité Pour le dimensionnement structural, une valeur de 200103 N/mm2 pour le module de Young est recommandée pour toutes les nuances. Autres caractéristiques Une valeur de 0,3 peut être prise pour le coefficient de Poisson et de 76,9103 N/mm2 pour le module de cisaillement, G. Il faut souligner que la limite d’élasticité mesurée des nuances austénitiques dépasse la valeur minimale spécifiée dans la norme d’environ 25 à 40% pour des épaisseurs de tôle de moins de 25mm. Pour les duplex, la différence est moindre, comprise entre 5 à 20%. La limite élastique est inversement proportionnelle à l’épaisseur ou au diamètre, les tôles minces présentant une limite élastique largement supérieure à la valeur spécifiée tandis que pour des épaisseurs supérieures à 25mm, les valeurs spécifiées sont habituellement proche de la réalité.

Caractéristiques mécaniques spécifiées nominales   Grade Forme de produit Produits plats laminés à froid Produits plats laminés à chaud Tôles laminées à chaud Barres, rods et sections Epaisseur nominale t t  8 mm t  13,5 mm t  75 mm t or 𝜙  250 mm 𝑓 y 𝑓 u Austénitique 1.4301 230 540 210 520 190 500 1.4307 220 200 175 1.4318 350 650 330 630 - 1.4401 240 530 1.4404 1.4541 1.4571 Duplex 1.4062 530 1 700 1 480 2 680 2 450 380 3 650 3 1.4162 450 3 1.4362 400 400 3 600 3 1.4462 700 460 640 1.4482 500 1 660 2 1.4662 550 1 750 1 550 4 750 4 480 680 Ferritique 1.4003 280 250 5 450 5 260 6 450 6 1.4016 260 240 5 430 5 240 6 400 6 1.4509 430 200 7 420 3 1.4521 300 420 280 8 420 8 1.4621 230 5 400 9 230 8 400 8 240 7 420 7 La valeur recommandée de 𝑓 y et 𝑓 u donnée dans ce tableau peut être utilisée lors du dimensionnement sans prendre en condition l’anisotropie ou les effets de l’écrouissage. Pour les nuances ferritiques, l’ EN 10088-4 donne des valeurs de 𝑓 y dans la direction longitudinale (de laminage) et transversale. Cette table donne seulement les valeurs dans la direction longitudinale qui sont, en général, plus basses d’environ 20 N/mm2. 1.4621, 1.4482, 1.4062 et 1.4662 sont couverts pas l’ EN 10088-2 et 3. 1.4509 sous forme de barre est couvert par EN 10088-3. 1 t  6,4 mm 2 t  10 mm 3 t or 𝜙  160 mm 4 t  13 mm 5 t  25 mm 6 t or 𝜙  100 mm 7 t or 𝜙  50 mm 8 t  12 mm 9 t  6 mm Table 2.2 (Guide de conception) Valeurs nominales de la limite d’élasticité 𝑓 𝑦 et ultime 𝑓 𝑢 pour les aciers inoxydables traditionnels au sens de l’EN 10088 (N/mm2) Le tableau suivant fournit les valeurs nominales de la limite d’élasticité f y et ultime f u pour certaines des nuances d’aciers inoxydables austénitiques, duplex et ferritiques au sens de l’EN 10088 en N/mm2.

Caractéristiques mécaniques spécifiées minimales Nuance Résistance N/mm2 Ductilité % Module de Young N/mm2 Austénitique 200 - 240 40 200,000 1.4301 & 1.4307 1.4401 & 1.4404 Duplex 450 - 530 20 Lean: 1.4062, 1.4162, 1.4362 etc. Standard: 1.4462 Acier au carbone 355 22 210,000 S355 En résumé on peut retenir les domaine de résistance et ductilité suivants. Valeurs spécifiées dans l’EN 10088-4 en conditions recuites.

Autres caractéristiques mécaniques Absorption de l’énergie Leur large domaine de ductilité leur confère une plus grande résistance aux séismes puisqu’il leur permet de dissiper plus d’énergie. Ténacité Austénitique pas sujets à la rupture fragile d’application à des températures cryogéniques Duplex ont une température de transition comme les aciers au carbone ténacité adéquate à des températures en service allant jusqu’à -40°C porter une attention spéciale lors de la soudure Fragile Ductile Température Energie absorbée Courbe de transition (DBTT) Austénitique Duplex Aciers au carbone Les nuances austénitiques ne sont pas sujettes à la rupture fragile, leur ténacité diminue modérément avec la température. Ils sont d’application à des températures cryogéniques. Ils sont utilisables à des températures en service allant jusqu’à -40°C. Les nuances duplex et ferritiques ont une température de transition du comportement fragile au comportement ductile. Les nuances « lean duplex » (c’est-à-dire ayant un taux de Nickel bas) ont une ténacité adéquate à des températures en service allant jusqu’à -40°C. Les nuances duplex hautement alliées, quant à elles, comme par exemple le 1.4462s sont caractérisées par un meilleur comportement.

Courbe contrainte-déformation La courbe contrainte-déformation des aciers inoxydables diffère de celle des aciers au carbone par un certain nombre d'aspects. La différence la plus importante réside dans la forme de la courbe contrainte-déformation. L'acier au carbone montre un comportement élastique linéaire jusqu'à la contrainte d'écoulement plastique et un plateau avant que l'écrouissage apparaisse Large domaine d’écrouissage Contrainte σ Réponse non linéaire Le comportement contrainte-déformation des aciers inoxydables diffère de celui des aciers au carbone par un certain nombre d'aspects. La différence la plus importante réside dans la forme de la courbe contrainte-déformation. Alors que l'acier carbone montre typiquement un comportement élastique linéaire jusqu'à la contrainte d'écoulement et un plateau avant que l'écrouissage n’apparaisse, l'acier inoxydable possède un comportement plus curviligne sans contrainte d'écoulement bien définie. Par conséquent, les limites « d’élasticité » des aciers inoxydables sont généralement données en fonction d'une limite d’élasticité conventionnelle définie pour une déformation permanente décalée particulière (par convention une déformation de 0,2 %). L'acier inoxydable possède un comportement plus curviligne sans contrainte d'écoulement bien définie. Déformation ε

Courbe contrainte déformation Acier au carbone: Comportement linéaire jusqu’à fy Plateau plastique Ecrouissage moins étendu Acier inoxydable: Courbe non linéairee Pas de limite élastique claire Large domaine d’écrouissage Acier au carbone S235 Austénitique Duplex Écrouissage Non élastique

Loi de Ramberg-Osgood Le comportement non linéaire est modélisé grâce à la loi de Ramberg-Osgood: L’acier inoxydable présente une courbe contrainte- déformation non linéaire, sans contrainte d'écoulement bien définie et un large domaine d’écrouissage Au lieu d’utiliser le modèle élastique parfaitement plastique bien connu, on préfèrera la loi de Ramberg-Osgood Dans cette loi, le paramètre le plus important est l’exposant n, qui définit le degré de non linéarité de la courbe, pour les petites déformations La courbe contrainte-déformation avec écrouissage peut être modélisée à l’aide de l’expression suivante de Ramberg-Osgood. Le paramètre 𝑛 est obtenu à partir de la limite d’élasticité conventionnelle à 0,2 % et correspond donc à une mesure du degré de non linéarité de la courbe contrainte-déformation, les valeurs faibles indiquant un degré de non linéarité élevé.

Loi de Ramberg-Osgood Acier inoxydable: Acier au carbone: Comportement linéaire jusqu’à fy Plateau plastique Ecrouissage moins étendu (E: Strain hardening) Acier inoxydable: Courbe non linéairee Pas de limite élastique claire Large domaine d’écrouissage (E: Strain hardening) Elastique parfaitement plastique Loi de Ramberg-Osgood 𝑓 𝑦 E

Longitudinal direction Loi de Ramberg-Osgood Les valeurs du paramètre 𝑛 dépendent de la famille de nuances considérée, du procédé de fabrication, du degré de formage à froid et de la direction de chargement (traction ou compression). Table 6.5: Valeurs de n en vue de déterminer le module sécant (EN 1993-1-4) Type Grade Coefficient n Longitudinal direction Transverse direction Ferritic 1.4003 7 11 1.4016 6 14 1.4512 9 16 Austenitic 1.4301, 1.4306, 1.4307, 1.4318, 1.4541 8 1.4401, 1.4404, 1.4432, 1.4435, 1.4539, 1.4571, Duplex 1.4462, 1.4362 5 Note: If the orientation of the member is not known, or cannot be ensured, then it is conservative to use the value for the longitudinal direction.   Table 6.4: Valeurs de n en vue de déterminer le module sécant Family Coefficient 𝑛 Ferritique 14 Austenitique 7 Duplex 8 n est un coefficient repris au Tableau 6.4, ci-dessus, ou qui peut être calculé à partir de données expérimentales comme suit: 𝑛= ln(4) ln 𝑓 y 𝑅 p0,05 dans lequel : 𝑅 p0,05 est la limite d’élasticité conventionnelle à 0,05 % de déformation plastique. Pour les duplex, les valeurs de l’EN 1993-1-4 sont basées sur un nombre de test limité et sont trop faibles. Elles seront amendées lors de la prochaine révision du code et remplacées par les valeurs au tableau 6.4.

Effet sur la résistance Flambement: Elancement moindre Colonne dépasse la résistance plastique ⇒ effet bénéfique de l’écrouissage visible dans cette zone d’élancement ⇒ l’acier inoxydable se comporte au moins aussi bien voire mieux que l’acier au carbone Elancement haut Contrainte axiale basse, régime linéaire élastique ⇒ l’acier inoxydable se comporte comme l’acier au carbone Elancement intermédiaire Contrainte moyenne comprise entre la limite de proportionnalité et la limite d’élasticité conventionnelle à 0.2% ⇒ l’acier inoxydable est moins résistant que l’acier au carbone Le comportement plus curviligne de la courbe contrainte-déformation à des implications sur le comportement des éléments porteurs en acier inoxydable. C’est ce que résume le slide ci-dessus dans le cas des barres comprimées soumises au flambement. Le prochain chapitre détaille les différences de dimensionnement qui existent entre les éléments porteurs en acier carbone et an

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Eurocode 3 l’Eurocode 1993-1-4 Calcul des structures en acier : Aciers inoxydables Amende et complète les règles de dimensionnement pour l’acier au carbone lorsque cela est nécessaire. S’applique aux bâtiments, ponts, réservoirs, etc. CEN. (2015). NBN EN 1993-1-4/A1, Eurocode 3 - Design of steel structures - Part 1-4: General rules – Supplementary rules for stainless steels. Brussels. Supplementary Amendments

Eurocode 3 Suit la même approche que pour l’acier au carbone Mêmes règles pour les barres tendues et les poutres maintenues latéralement Coefficient partiel de sécurité: 𝛾 𝑀0 =1,1 𝛾 𝑀1 =1,1 𝛾 𝑀2 =1,25 Des différences dans les limites de classification ainsi que dans les courbes de voilement local et flambement global existent. Elles sont dues à: La courbe contrainte-déformation non linéaire Le large domaine d’écrouissage Les niveaux de contraintes résiduelles Il convient de se référer aussi à l’Annexe Nationale de l’EN 1993-1-4 et aux autres parties de l’EN 1993 du pays pour lequel la structure est conçue, car elle peut fournir les valeurs modifiées de  M qui devraient être utilisées au lieu de celle données ici.

Eurocode 3   Nuance Forme de produit Produits plats laminées à froid Produits plats laminées à chaud Tôles laminées à chaud Barres, tiges et sections Epaisseur nominale t t  8 mm t  13,5 mm t  75 mm t or 𝜙  250 mm 𝑓 y 𝑓 u Austénitique 1.4301 230 540 210 520 190 500 1.4307 220 200 175 1.4318 350 650 330 630 - 1.4401 240 530 1.4404 1.4541 1.4571 Duplex 1.4062 530 1 700 1 480 2 680 2 450 380 3 650 3 1.4162 450 3 1.4362 400 400 3 600 3 1.4462 700 460 640 1.4482 500 1 660 2 1.4662 550 1 750 1 550 4 750 4 480 680 Ferritique 1.4003 280 250 5 450 5 260 6 450 6 1.4016 260 240 5 430 5 240 6 400 6 1.4509 430 200 7 420 3 1.4521 300 420 280 8 420 8 1.4621 230 5 400 9 230 8 400 8 240 7 420 7 La valeur recommandée de 𝑓 y et 𝑓 u donnée dans ce tableau peut être utilisée lors du dimensionnement sans prendre en condition l’anisotropie ou les effets de l’écrouissage. Pour les nuances ferritiques, l’ EN 10088-4 donne des valeurs de 𝑓 y dans la direction longitudinale (de laminage) et transversale. Cette table donne seulement les valeurs dans la direction longitudinale qui sont, en général, plus basses d’environ 20 N/mm2. 1.4621, 1.4482, 1.4062 et 1.4662 sont couverts pas l’ EN 10088-2 et 3. 1.4509 sous forme de barre est couvert par EN 10088-3. 1 t  6,4 mm 2 t  10 mm 3 t or 𝜙  160 mm 4 t  13 mm 5 t  25 mm 6 t or 𝜙  100 mm 7 t or 𝜙  50 mm 8 t  12 mm 9 t  6 mm Le tableau suivant fournit les valeurs nominales de la limite d’élasticité f y et ultime f u pour les aciers inoxydables au sens de l’EN 10088 en conditions écrouies (N/mm2). Remarque: 1) Les normes EN 10088-4 et -5 sont d’application pour les produits de la construction et l’acier inoxydable au sens de ces normes doit recevoir le marquage CE. Dans ce cas, le producteur déclare que le produit est conforme à son utilisation, qu’il est en accord avec la norme correspondante, qu’il répond aux valeurs minimales requises par la norme (par exemple des valeurs minimales d’épaisseur ou de résistance) et que les procédures de mise en conformité ont été respectées. 2) Les règles de dimensionnement fournies dans le Guide de Conception, sur lequel est basée cette présentation, peuvent aussi être utilisées pour les nuances listées dans l’EN 10088. 2) La liste des nuances austénitiques de l’EN 1993-1-4 et celle des nuances ferritiques est, respectivement, plus longue et plus courte que celles fournies dans le Guide de Conception, sur lequel est basée cette présentation.

Classification des sections droites Parois comprimées internes 𝜀= 235 𝑓 𝑦 𝐸 210000 EC3-1-1: acier carbone EC3-1-4: ancienne version EC3-1-4: nouvelle version Class Flexion Compression 1 c/t ≤ 72ε c/t ≤ 33ε c/t ≤ 56ε c/t ≤ 25,7ε 2 c/t ≤ 83ε c/t ≤ 38ε c/t ≤ 58,2ε c/t ≤ 26,7ε c/t ≤ 76ε c/t ≤ 35ε 3 c/t ≤ 124ε c/t ≤ 42ε c/t ≤ 74,8ε c/t ≤ 30,7ε c/t ≤ 90ε c/t ≤ 37ε En principe, les sections transversales en acier inoxydable peuvent être classifiées de la même façon que celles en acier carbone. Il convient cependant de noter quelque légères différences entre les limites de classes pour l’acier au carbone et l’acier inoxydable en plus de celle du calcul du paramètre ε : ε= 235 𝑓 y 𝐸 210 000 0,5

Classification des sections droites Semelles en console EC3-1-1: acier carbone EC3-1-4: ancienne version EC3-1-4: nouvelle version Class Compression Compression Soudé Formé à froid 1 c/t ≤ 9ε c/t ≤ 10ε 2 c/t ≤ 9,4ε c/t ≤ 10,4ε 3 c/t ≤ 14ε c/t ≤ 11ε c/t ≤ 11,9ε

Flambement des barres comprimées ou fléchies De façon générale, même approche que pour l’acier au carbone i.e. multiplication de la charge d’écoulement plastique par un coefficient de réduction χ Mais utilisation de courbes Européennes de flambement différentes tant pour les éléments comprimés que fléchis (déversement) Attention: utiliser la limite de proportionnalité fy correspondante à la nuance choisie (valeurs minimales de limite d’élasticité conventionnelle à 0,2 % ( 𝑅 p0,2 ) et de traction ( 𝑅 m ) spécifiées dans l’EN 10088-4 et 5) Les vérifications de dimensionnement exigées pour les barres en acier inoxydable sont similaires à celles exigées pour les barres en acier carbone. Les effets du flambement peuvent être négligés et seules les vérifications de section transversale s’appliquent, pour les élancements satisfaisants : 𝜆 ≤ 𝜆 0 or 𝑁 Ed 𝑁 cr ≤ 𝜆 0 2 Les prochains slides se concentrent sur le flambement par flexion et le déversement. Remarquons que: 1) Les sections transversales doublement symétriques ne nécessitent aucune vérification du flambement par flexion-torsion. 2) Les profils creux circulaires et carrés ne sont pas susceptibles de présenter une ruine due au flambement par torsion. 3) Pour la gamme de dimensions des profils creux rectangulaires typiquement utilisés en construction, le flambement par torsion n'est pas critique. Il ne doit être considéré que pour les profils creux rectangulaires dont les rapports ℎ/𝑏 sont exceptionnellement élevés.

Flambement des barres comprimées La résistance au flambement 𝑁 𝑏,𝑅𝑑 vaut: Pour les classes de sections 1, 2 et 3 Pour la classe de sections 4 : présence de voilement locaux ➤ les propriétés efficaces doivent être utilisées Dans lesquelles χ est le coefficient de réduction pour le flambement 𝑁 𝑏,𝑅𝑑 = χ𝐴 𝑓 𝑦 𝛾 𝑀1 𝑁 𝑏,𝑅𝑑 = χ𝐴 𝑒𝑓𝑓 𝑓 𝑦 𝛾 𝑀1 Les effets du flambement peuvent être ignorés si: 𝜆 ≤ 𝜆 0 ou 𝑁 Ed 𝑁 cr ≤ 𝜆 0 2

Flambement des barres comprimées Élancement réduit: Pour les classes de sections 1, 2 et 3 Pour la classe de sections 4 𝑁 𝑐𝑟 est la charge critique de flambement élastique pour le mode de flambement considéré, calculée sur base de l’aire brute de la section droite. 𝜆 = 𝐴 𝑓 y 𝑁 cr = 𝐿 cr 𝑖 1 𝜋 𝑓 y 𝐸 𝜆 = 𝐴 eff 𝑓 y 𝑁 cr = 𝐿 cr 𝑖 1 𝜋 𝑓 y   𝐴 eff 𝐴 𝐸

Flambement des barres comprimées Coéfficient de réduction:  𝜒= 1 𝜙 +  𝜙 2  −  𝜆 2  0,5 ≤ 1 𝜙=0,5(1+𝛼( 𝜆 − 𝜆 0 )+ 𝜆 2 𝜆 0 est l’élancement réduit limite défini au Tableau 6.1 (prochain slide) ou “longueur de plateau” 𝛼 est le facteur d’imperfection défini au Tableau 6.1 (prochain slide)

Flambement des barres comprimées Le choix de la courbe de flambement dépend du type de section droite, de l’axe de flambement considéré et du mode de fabrication: Table 6.1: Valeurs de α and 𝜆 0 pour le flambement par flexion (Guide de conception) Type de section Axe de flambement Austénitique et duplex Ferritique 𝛂 𝛌 𝟎 Profils ouverts, cornières et U, formés à froid Any 0,76 0,2 Profils ouverts U avec retours, formés à froid 0,49 RHS formés à froid 0,3 CHS/ EHS formés à froid RHS laminés à chaud 0,34 CHS/EHS laminés à chaud Profils ouverts soudés ou laminés à chaud Major Minor Pour rappel: 𝜆 0 est l’élancement réduit limite défini au Tableau 6.1 ou “longueur de plateau” 𝛼 est le facteur d’imperfection défini au Tableau 6.1 Il existe donc 4 courbes de flambement différentes comme on le verra plus précisément ci-après.

Flambement Courbe de flambement par flexion: Profils formés à froid: profils en C à bords tombants, Sections creuses rectangulaires (RHS) (ferritique); Sections creuses circulaires et elliptiques (CHS/EHS); RHS/CHS/EHS formés à chaud (austénitique et duplex); Profils ouverts soudés ou laminés à chaud (axe fort) Profils ouverts formés à froid: cornières et profils en C; Profils ouverts soudés ou laminés à chaud (axe faible) Profils formés à froid: RHS (austénitique et duplex) RHS/CHS/EHS formés à chaud (ferritique); Les courbes de flambement proposées dans le Guide de Concpetion et dans cette présentation sont plus conservatives que celles proposées par l’EN 1993-1-4 (dont les valeurs de 𝛼 et 𝜆 0 sont aussi données dans le manuel). Cette différence provient du fait que les recherches expérimentales ont démontré que les courbes de flambement pour les profils formés à froid, ouverts ou fermés, de l’EN 1993-1-4 sont trop optimistes, et qu’il existe une différence de comportement entre les sections creuses rectangulaires formées à froid de nuance ferritique et celles de nuances austénitique et duplex. Les courbes de flambement présentées ici seront vraisemblablement publiées dans la prochaine révision de l’EN 1993-1-4.

Flambement des barres comprimées Remarquons que: Les coefficients fournis au Tableau 6.1 sont plus conservatifs que les valeurs fournies par l’ EN 1993-1-4. Les recherches conduites ces dix dernières années ont montrés que les courbes de flambement actuelles pour les profils ouverts et les profils creux formés à froid sont trop optimistes et qu’il existe une différence de comportement au flambement entre les nuances ferritiques et les nuances austénitiques/duplex. La prochaine révision du code contiendra les courbes de flambement proposées au Tableau 6.1. Table 6.2: Valeurs de α and 𝜆 0 pour le flambement par flexion (EN 1993-1-4) Mode de flambement Type de barre 𝛂 𝛌 𝟎 Flexion Profils ouverst formés à froid 0,49 0,4   Sections creuses (soudées ou non) Profils ouverst soudés (axe fort) 0,2 Profils ouverst soudés (axe faible) 0,76 Les valeurs de 𝛼 et 𝛌 𝟎 ne sont pas d’application pour les sections creuses recuites (ce qui est rarement le cas).

Déversement La possibilité de déversement peut être éliminée pour les catégories de barres suivantes : Poutres fléchies uniquement autour de l'axe faible Poutres maintenues latéralement sur leur longueur par un contreventement approprié Poutres avec un élancement réduit pour le déversement qui répond à: 𝜆 LT ≤0,4 ou 𝑀 Ed 𝑀 cr ≤0,16 Par ailleurs, il est à noter que les barres dont la section transversale possède certaines caractéristiques, telles que les sections tubulaires carrées ou circulaires, ne sont pas susceptibles de déverser De la même façon que pour l’acier au carbone, le déversement ne devra pas être pris en compte lorsque l’élancement réduit reste inférieur à 0,4 ou que le moment sollicitant n’excède pas 16% du moment critique de déversement élastique. Remarquons que: 𝑀 cr , le moment critique de déversement élastique, peut être déterminé à l’aide de l’ANNEXE E du Guide de Conception. LTB

Déversement La résistance au déversement 𝑀 𝑏,𝑅𝑑 d’une poutre non maintenue latéralement vaut: Dans laquelle χ 𝐿𝑇 est le coefficient de réduction pour le déversement : 𝑀 𝑏,𝑅𝑑 = χ 𝐿𝑇 𝑊 𝑦 𝑓 𝑦 𝛾 𝑀1 𝜒 LT = 1 𝜙 LT  + [ 𝜙 LT 2  −  𝜆 LT 2 ]   0,5 ≤ 1 α 𝐿𝑇 est le facteur d’imperfection = 0,34 pour les profils formés à froid et pour les sections creuses (soudées ou non) = 0,76 pour les profils soudés ouverts et pour les autres sections pour lesquelles aucune donnée expérimentale n’est disponible. 𝑀 𝑐𝑟 est le moment critique de déversement élastique (voir Annexe E). 𝜙 LT =0,5 1 +  α LT ( 𝜆 LT  −0,4) +  𝜆 LT 2 Longueur de plateau 𝜆 LT = 𝑊 y 𝑓 y 𝑀 cr Facteur d’imperfection

Déversement Profils soudés Profils formés à froid Facteur de réduction Notons que l’effet de la distribution du moment entre deux restreintes latérales peut être pris en compte via un coefficient de réduction pour le déversement modifié 𝜒 LT comme pour l’acier au carbone. Elancement réduit

Contenu de la présentation Introduction et exemples applications Sélection de la nuance Propriétés Règles de dimensionnement Flèches Effets de l’écrouissage à froid

Flèches Courbe contrainte déformation non linéaire ➤ raideur diminue quand contrainte augmente, par conséquent déplacements plus important Au lieu du modèle élastique parfaitement plastique, la loi de Ramberg-Osgood est utilisée Dans cette loi, le paramètre le plus important est l’exposant n, qui définit le degré de non linéarité de la courbe, pour les petites déformations Les déplacements sont calculés à partir du module sécant 𝐸 S,i calculé au niveau de contrainte σ i,Ed,ser à l’état limite de service Il convient de calculer les flèches pour la combinaison pertinente d’actions à l’État Limite de Service. La flèche des poutres élastiques (c'est-à-dire celles qui ne comportent pas de rotule plastique) peut être estimée par la résistance des matériaux, mais il convient d'utiliser le module sécant élastique ES au lieu du module de Young. Le module sécant élastique varie avec le niveau des contraintes exercées dans la poutre. Il est donc recommandé de l’évaluer par l’intermédiaire de l’expression de Ramberg-Osgood.

Flèches Le module sécant 𝐸 S,i calculé au niveau de contrainte σ i,Ed,ser est obtenu à partir de la loi de Ramberg-Osgood 𝐸 S,i = 𝐸 1+0,002 𝐸 σ i,Ed,ser σ i,Ed,ser 𝑓 y n Contrainte σ Et σ à l’ELS Table 6.4: Valeurs de n en vue de déterminer le module sécant ES Nuance Coefficient 𝑛 Ferritique 14 Austénitique 7 Duplex 8 Déformation ε

Flèches La valeur moyenne de 𝐸 S , correspondant à 1 dans la semelle en traction et à 2 dans la semelle en compression, est: Pour simplifier, la variation de 𝐸 S le long de la poutre peut être négligée et sa valeur minimale (correspondant aux valeurs maximales de 1 et 2 dans l’élément) utilisée partout. 𝐸 S = 𝐸 S1 + 𝐸 S2 2 Étant donné le caractère non linéaire de la courbe contrainte-déformation de l’acier inoxydable, le module d’élasticité varie dans la section droite et le long de l’élément considéré. Par conséquent, une méthode de calcul complexe et non linéaire est nécessaire pour déterminer les flèches. Pour simplifier, la variation de ES le long de l’élément peut être négligée et la valeur minimale de ES pour cet élément (correspondant aux valeurs maximales de contraintes dans l’élément, σ 1 et σ 2 ) peut être utilisée pour toute sa longueur. À des niveaux de contraintes plus élevées, la méthode devient très sécuritaire et il convient d’utiliser une méthode plus exacte (par exemple la méthode qui emploie l’intégration tout le long de l’élément).

Flèches Contrainte à l’ELS en % de fy Austenitique EN 1.4404 Duplex EN 1.4462 Module sécant [GPa] Flèche additionnelle [%] 200 20% 40% 199 1 60% 184 8 195 2 80% 135 48 169 18 Le tableau ci-dessus démontre que la contrainte de service doit atteindre au moins 80% de la limite élastique pour que la flèche additionnelle (en comparaison avec un élément porteur en acier au carbone) devienne notable. Conclusion: Aux ELS, la flèche additionnelle est le plus souvent négligeable.

Contenu de la présentation Introduction et exemples applications Sélection de la nuance Propriétés Règles de dimensionnement Flèches Effets de l’écrouissage à froid

Écrouissage L'écrouissage associé aux opérations de formage à froid (lors du laminage à froid ou du formage à froid) augmente la résistance de la section transversale. Par exemple, lors de la fabrication d’une section rectangulaire, la limite d’élasticité conventionnelle à 0.2% augmente de l’ordre de 50% dans les coins de la section droite. Lorsqu'il est prévu d'exploiter les avantages de l'écrouissage, il est suggéré d’utiliser l’annexe B du Guide de conception.

Ecrouissage à froid Augmentation de la résistance suite aux déformations plastiques pendant: Le laminage à froid des plats d’acier, Le formage à froid des sections droites, Sous chargement (pendant la durée de vie). Déformation Contrainte Charge/Décharge initiale Nouvelle limite s0.2 E E 0.2% s0.2 0.2% E Les aciers inoxydables développent un écrouissage significatif durant le laminage à froid et le formage à froid, suite au caractère non linéaire de la courbe contrainte-déformation. Les slides suivants passent en revue les effets bénéfiques que l’écrouissage à froid peut avoir sur la résistance et comment les prendre en compte. Re-Chargement

Ecrouissage à froid – Laminage à froid L’acier inoxydable est disponible sous forme écroui à froid. Les règles de dimensionnement de l’EN 1993-1-4 et du Guide de Conception peuvent être appliquées aux matériaux en conditions écrouies suivants: CP350 (limite d’élasticité conventionnelle fy = 350 N/mm2.) CP500 (vu l’asymétrie des matériaux formés à froid, dans les cas où la compression dans la direction longitudinale est la sollicitation déterminante ➤ limite d’élasticité conventionnelle fy réduite à 460 N/mm2 au lieu de 500 N/mm2 pour la nuance écrouie CP500 ) Nuances Denomination de la condition CP350 CP500 𝑓 y N/mm2 𝑓 u 1 1.4301 350 600 460 650 1.4318 2 1.4541 1.4401 1.4571 1 Selon l’EN 10088, la classification CP ne donne que la limite d’élasticité conventionnelle à 0,2 %, 𝑓 𝑦 . La nuance utilisée devrait posséder une résistance ultime, f u (fournie par le fabricant) qui sont au moins égales à celles de ce tableau, à moins que des tests n’aient pu démontrer la validité du dimensionnement par des tests. 2 La nuance 1.4318 possède une limite d’élasticité à 0,2 % de 350 N/mm2 en condition recuite, cf Table 2.2. Laminage à froid: L’EN 10088 fourni des recommandations pour les matériaux écrouis à froid, soit en termes de limite d’élasticité conventionnelle à 0,2 % (par exemple : CP350, CP500 etc.) soit en termes de limite à la rupture (par exemple : C700, C850 etc.) mais seul un des deux paramètres peut être spécifié. Lors du dimensionnement, puisque la valeur minimale de la limite élastique, 𝑓 y , est requise, l’EN 1993-1-4 ne peut être utilisé que pour les nuances CP350 et CP500. Pour la nuance écrouie CP350, une valeur minimale de 350N/mm2est utilisée. Pour prendre en compte l’asymétrie des matériaux formés à froid dans les cas où la compression dans la direction longitudinale est la sollicitation déterminante (barres comprimées ou fléchies par exemple), il convient de prendre une valeur caractéristique réduite de 460 N/mm2 au lieu de 500 N/mm2 pour la nuance écrouie CP500.

Ecrouissage à froid – Formage à froid La mesure de la courbe contrainte-déformation dans les parties planes et les coins de sections droites formées à froid montre une augmentation substancielle de 𝑓 𝑦 et 𝑓 𝑢 : Parties planes Coins Début de la courbe s-e Courbe s-e complète Déformation ε (%) Contrainte (N/mm²) Diminution du domaine de ductilité Augmentation de la limite ultime Augmentation de la limite d’élasticité conventionnelle Formage à froid: L'écrouissage associé aux opérations de formage à froid augmente en général la résistance de la section transversale. Dans les coins des sections droites carrées ou rectangulaires par exemple, l’augmentation de la limite élastique peut atteindre 40% comme le démontre l’exemple suivant.

Ecrouissage à froid – Formage à froid Pour le prendre en compte, il suffit de remplacer 𝑓 𝑦 par la limite d’élasticité moyenne augmentée 𝑓 ya via l’Annexe B du Guide de Conception, voir Chapitre « Augmentation de la résistance suite au formage à froid » Peut être appliqué à toutes les sections droites formées à froid Utile tant lors du dimensionnement des sections droites que des barres 𝑓 𝑦 =230 𝑁/𝑚𝑚² Exemple: Profilé creux formé à froid (austenitique EN1.4301) + 42% 𝑓 𝑦𝑎 = 𝑓 𝑦𝑐 𝐴 𝑐,𝑟𝑜𝑙𝑙𝑒𝑑 + 𝑓 𝑦𝑓 (𝐴− 𝐴 𝑐,𝑟𝑜𝑙𝑙𝑒𝑑 𝐴 = 369×373 + 304×(1099 − 373) 1099 = 326 𝑁/𝑚 𝑚 2 Les effets bénéfiques de l’écrouissage, qui survient lors de la fabrication des sections droites formées à froid, peut être obtenu en remplaçant 𝑓 y par la limite élastique moyenne augmentée 𝑓 ya , pour le dimensionnement des sections droites et des barres. Cette limite élastique moyenne est une moyenne pondérée, basée sur l’augmentation de la résistance dans les coins et dans les parties planes des sections droites. La méthode proposée à l’Annexe B du Guide de Conception est valable pour toutes une série de formes de sections droites: sections creuses rectangulaires, carrées, circulaires, C à bords tombants, cornières… Pour le flambement des barres, il convient d’utiliser 𝑓 ya en combinaison avec les courbes de flambement présentée au chapitre précédent.

Ecrouissage à froid – Pendant la durée de vie Les effets bénéfiques de l’écrouissage pendant la durée de vie de l’élément considéré peuvent être pris en compte grâce à la Continuous Strength Method (CSM). CSM voir slide suivant et Chapitre 8 du Guide de Conception Rappelons donc une fois encore que l'acier inoxydable possède une plus grande ductilité et un écrouissage plus prononcé que l'acier carbone et qu’il n’y a pas de plateau plastique prononcé dans la courbe contrainte-déformation. L’augmentation de la résistance des sections droites en service due au comportement non linéaire de la courbe contrainte-déformation peut être pris en compte en utilisant la Continuous Strength Method. Cette augmentation peut, par ailleurs, être démontrée par des tests.

“Continuous Strength Method” (CSM) Les méthodes de dimensionnement traditionnelles ne prennent pas en compte le caractère non linéaire de la courbe contrainte déformation, ni son large domaine l’écrouissage. Les sections droites ne sont donc pas utilisées à leur taux d’efficacité maximal. La « Continuous Strength Method » inclut les effets bénéfiques l’écrouissage. Elancement sur base de la géométrie et fy Classification Modèle élastique parfaitement plastique Résistance Méthode traditionnelle Ci-dessus, on résume schématiquement les grands principes de la Continuous Strength Method. Au lieu de se baser sur un modèle élastique parfaitement plastique, la Continuous Strength Method utilise un modèle bi-linéaire à écrouissage linéaire. De plus, on se base non pas sur une contrainte limite (la limite élastique pour l’acier carbone) mais sur une capacité de déformation de la section droite qui est calculée sur base de courbes empiriques appelées « courbes de base ». Le Chapitre 8 du Guide de Conception détaille les étapes de la Continuous Strength Method. Elancement sur base de la géométrie et fy Capacité de déformation de la section droite évaluée à partir de la “courbe de base” Modèle élastique à écrouissage linéaire Résistance CSM

Conclusion PUREST

Conclusion L’acier inoxydable est un matériau remarquable qui offre de nombreux avantages par rapport à l’acier au carbone. Son utilisation dans le domaine de la construction est, encore aujourd’hui, relativement peu étendue principalement par manque de méthodes de dimensionnement adéquates. Via la publication du Guide de Conception nous espérons inciter les générations actuelles et futures à utiliser l’acier inoxydable comme matériau de construction. L’ensemble des documents est téléchargeable, dans toutes les langues du projet PUREST, à l’adresse suivante: www.steel-stainless.org/designmanual.

Merci PUREST Cette présentation a été réalisée par : Jonas Douchy, Maarten Fortan, Kathleen Lauwens, Barbara Rossi Contact: Barbara.rossi@kuleuven.be