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Construction métallique ST4 2006 COURS GENERALITES CARACTERISTIQUES DE L’ACIER UTILISE EN CM ASPECTS REGLEMENTAIRES ASSEMBLAGES SIMPLES 8 créneaux de TD 1 contrôle

Généralités Consommation d'acier par type de construction Japon États - Unis Europe de l'Ouest Logements Bâtiments industriels Autre s bâtiments Pylônes Ponts et ouvrages hydrauliques 21 % 34 3 8 4 33 45 5 13 2 58 31 Total 100

Généralités – Chiffres France

Généralités – Chiffres France Utilisation des produits acier dans la construction Produits plats d'ossature (bac acier..) 5,90% Produits plats de séparation 7,10% d'équipement (visserie..) 11,60% d'enveloppe 9,40% Produits spécifiques TP (rails, palplanches) 8,90% Armatures 25% Produits longs (hors armatures) 32,10% Source: Moniteur 3 Octobre 2003

Entreprises du secteur Classement du Moniteur / Extraits

Élaboration acier

Élaboration acier

Élaboration acier

Laminage

Laminage - Extrémité de brame

Laminage produits longs Rouleaux primaires Rouleaux d’ébauche, faces horizontales et verticales

Laminage produits longs Réalisation des bords Rouleaux de finition

Laminage

Laminage produits longs Et voilà le travail!

Caractéristiques mécaniques acier résistance: limite d’élasticité résistance à la traction, Voir diagramme dureté

Caractéristiques mécaniques acier Résistance à la traction : fu Limite élastique: fy

Caractéristiques mécaniques acier ductilité et malléabilité: allongement après rupture, aptitude au pliage; résilience / fragilité : fragilité: propriété qu’ont certains corps de se briser sans déformation permanente perceptible lorsqu’ils sont soumis à un choc. Les corps fragiles sont peu tenaces ou peu « résilients ». Si K est la résilience d’un métal, 1/K est l’indice de fragilité.

Caractéristiques mécaniques acier Essai au mouton de Charpy (résilience) CHOC Mesure de l’absorption d’énergie

Dénominations des aciers - Normalisation Nuances (composition chimique) fu

Aciers de charpente et aciers pour boulons fu = 1000 MPa fy = 900 MPa Acier 8-8 : fu = 800 MPa fy = 640 MPa Acier 6-8 : fu = 600 MPa fy = 480 MPa Acier de charpente S 235 ou Fe 360 : fu = 360 MPa fy = 235 MPa Acier de charpente S 355 ou Fe 510 : fu = 510 MPa fy = 355 MPa

Produits laminés - Poutrelles Archimetal.com : Profils HE A/B/M C’est une gamme de profils caractéristique et économique. En forme de H, ils sont dotés d’ailes larges et offrent une bonne résistance au flambement dans les deux directions. Leur section est compacte, inscrite dans un carré ; la largeur de l’aile est pratiquement égale à la hauteur du profil. Pour une même hauteur de profil, la gamme HE existe en trois séries : HEA, HEB, HEM permettant une progression de la capacité portante par la variation des épaisseurs d’âme et d’aile. Les différences de dimensions intérieures entre les trois séries pour une même hauteur nominale sont faibles Profils IPE/IPN Il s’agit d’une autre gamme caractéristique de ce type de produits formant une série unique. La forme est inscrite dans un rectangle et le profil présente des ailes plus étroites et plus épaisses que l’âme. Jusqu’à 300 mm de hauteur, la largeur des ailes est sensiblement la moitié de cette hauteur. Par sa forme, il est plus flexible dans la direction yy et est de ce fait préconisé pour l’utilisation en poutres. À hauteur de profil égale avec un H, sa masse est approximativement divisée par deux. Les côtés des ailes d’un IPE sont parallèles entre eux. Profils UAP/UPN Contrairement aux deux précédents exemples, ce profil est mono symétrique. Sa forme se prête à une utilisation en poutres de rive, assurant la fonction d’arrêt de coulée. À l’image des profils en I, sa forme est inscrite dans un rectangle et le profil présente des ailes plus étroites que l’âme. Selon la hauteur, la largeur des ailes varie, de façon dégressive de la moitié à un peu plus du tiers de cette hauteur. À hauteur de profil égale avec un I, sa masse est approximativement supérieure de 10 %. Les côtés des ailes d’un UAP sont parallèles entre eux. Poteaux, poutres en flexion composée Poutres en flexion

Laminés marchands Cornière à ailes égales Cornière à ailes inégales Cornière accolées en croix Té Cornière accolées dos à dos

Profils formés à froid (pliage) Z L C S W

Semelle ou aile (flange) Notations Attention aux axes !!! Axe fort = YY Semelle ou aile (flange) Âme (web)

Sciage, tronçonnage profilés

Produits dérivés: Oxycoupage

Composants Distinguer: Portiques Pont-roulant Pannes Lisses de bardage

Enveloppe : Produits plats Bardage Toiture sèche

Composants principaux ossature D’après SteelCust Panne faîtière Panne sablière Panne courante Poutre au vent Portique de rive potelet Lisse de bardage Palées de stabilité Portique courant Fondations

Différents composants principaux Portique courant : Stabilité transversale Fondation

Mais comment ces charges arrivent-elles jusqu’au portique ? Fonctionnement Portique D’après SteelCust VENT CHARGES PERMANENTES NEIGE Mais comment ces charges arrivent-elles jusqu’au portique ?

Distribution des charges D’après SteelCust Les charges sont distribuées uniformément sur la surface du bardage et de la couverture. Ensuite, elles sont distribuées uniformément sur les pannes et les lisses de bardage. Enfin, les pannes et les lisses de bardage s’appuient sur le portique sous forme de charges concentrées.

Différents composants Portique de rive

Portique de rive. Zone de reprise des efforts D’après SteelCust

Exemple de portique de rive D’après SteelCust

Stabilité longitudinale Panne sablière Bardage vent Vers palée de stabilité longitudinale Potelets Poutre au vent

Différents composants: Palée de stabilité longitudinale

Panne faîtière (double) Illustration pannes Panne courante Panne sablière Panne faîtière (double)

Composants secondaires D’après SteelCust Bretelles Liernes Bretelles Tendeur de lisse Potelet de bardage suspente Poutre de porte

Composants secondaires – Lisses de bardage D’après SteelCust Sollicitées en flexion déviée

Composants secondaires – Bretelles, tendeurs D’après SteelCust Tendeur de lisse bretelle

Association avec le béton.. Fondations, bien sûr! Planchers Ponts, construction mixte

Avantages et inconvénients CM Éléments élancés: Légèreté de l’ossature Fondations simples Grandes portées Sensible aux charges climatiques Risques soulèvement

Avantages et inconvénients CM Éléments élancés: Esthétique Ouvertures Gain de place Risques d’instabilité - flambement éléments comprimés - déversement poutres fléchies - voilement plaques

Avantages et inconvénients CM Montage simple et rapide - Matériel réduit, gain de temps - Préparation à l’atelier, montage au sol - Préparation rigoureuse, peu de modifications de dernière minute

Avantages et inconvénients CM Matériau acier - Mise en charge immédiate - Possibilités de recyclage - Corrosion, sensibilité au feu (protection adaptée) Modes d’assemblage - Structures facilement démontables - Modifications, renforcements aisés

Aspects réglementaires CM 66 (Élasticité linéaire – type cours RDM) Additif 80 (États limites – début calculs en plasticité) Eurocode 3 (États limites – Calculs en plasticité)

États limites ultimes Équilibre statique : voir notamment les dispositifs de contreventement. Niveau OSSATURE Stabilité élastique: problèmes de déversement, voilement, flambement Niveau ELEMENT Résistance des SECTIONS Résistance des ASSEMBLAGES

Problèmes de stabilité élastique: Voilement

Problèmes de stabilité élastique: Voilement

Déversement poutres fléchies Déplacement latéral

Résistance des sections Combinaison de charges (ELU) RDM Détermination des diagrammes N,V, M le long du portique Recherche de la section la plus sollicitée EFFORT SOLLICITANT (ex: moment de flexion) dans cette section

Résistance des sections (suite) Nature acier Caractéristiques géométriques Effort résistant (exemple : moment résistant) VERIFIER QUE Effort sollicitant < Effort résistant

États limites de service - flèches Calcul sous chargements non pondérés Attention module de Young 210 000 MPa Due aux charges variables. Planchers :1/300° État final . Planchers : 1/250°

Notions de plasticité

Notions de plasticité Wel équivalent de I/v en RDM Limite du domaine élastique Cas classique RDM Moment résistant correspondant : Mel = Wel x fy Wel équivalent de I/v en RDM

Notions de plasticité Dépassement de la déformation ee Contrainte limitée à fy Plastification partielle

Notions de plasticité Rotation suffisante pour plastification complète. Moment résistant correspondant: Mpl = Wpl x fy

Rotules plastiques

Classements sections Moment plastique atteint M plastique atteint mais rotation limitée Pb voilement local

Pb voilement local La classe d’une section est fonction de la classe de chacune de ses parois

Vérification en flexion RDM : soit : Moment résistant Module de résistance à la flexion Contrainte admissible choisie

Vérification en flexion Eurocode 3: Classes 1 et 2 : Classe 3 : Plastification section On se limite à Mel (Comme en RDM) Équivalent du I/v Équivalent de la contrainte admissible

Vérification éléments tendus Section nette et brute (pièces assemblées par boulons) Section brute Section nette

Vérification éléments tendus Ex :Assemblages par boulons ordinaires MIN Résistance plastique de la section brute Effort normal sollicitant Résistance ultime section nette

Vérification éléments tendus Résistance plastique section brute (A) Résistance ultime section nette

Longueur de flambement Éléments comprimés Risque de flambement ? Calcul de l’élancement : Si deux plans de symétrie : deux élancements Rayon de giration : i tel que I = i². A Longueur de flambement Rayon de giration

Éléments comprimés Risque de flambement ? Calcul de l’élancement réduit : Élancement eulérien Prise en compte du risque de flambement

Si risque de flambement : Effort résistant: Plastification section brute Facteur de réduction 1 en général 1,1

Courbes de flambement Choix courbe: Nature section Plan de flambement épaisseurs

Assemblages - Exemples Encastrement poutre poteau par platine soudée et boulons

Assemblages – liaisons poutres - poteaux Encastrements Articulation (seule l’âme transmet les efforts)

Assemblages – liaisons poutres - poteaux

Assemblages- Contreventements

Assemblages poutres - poteaux Exemples de ruine

Assemblage poutre - poutre

Cas des fondations - Exemples Pied de poteau articulé Fixation diagonale contreventement Encastrement

Transmission d’un effort tranchant Attache solive- poutre principale de plancher Assemblage par couvre-joint d’âme

Comportement assemblages Asymptote : Résistance Pente à l’origine: rigidité articulation

Fonctionnement boulons ordinaires Deux plans de cisaillement Pression diamétrale au niveau de la pièce Fonctionnement par obstacle

Fonctionnement boulons ordinaires Risque: rupture par cisaillement Boulons Pièces Risques : ovalisation, déchirure

Frottement : rappels Surface de frottement

Frottement : rappels Pas de glissement si : Cône de frottement Coefficient de frottement Pas de glissement si : (Réaction à l’intérieur du cône de frottement)

Principe des boulons HR précontraints Serrage contrôlé: Mise en traction du boulon Mobilisation du frottement Effort de précontrainte

Dispositions constructives Risque corrosion Pinces et entraxes Zones de serrage p: entraxe (pitch) e: pince (edge) Indice 1 : parallèle à l’effort Indice 2: perpendiculaire à l’effort

Dispositions constructives Pince longitudinale minimale

Mode de travail des boulons Boulons soumis au cisaillement ET à la traction

Mode de travail des boulons Boulons travaillant au double cisaillement Boulons travaillant en traction

Catégories d’assemblages boulonnés (EC3)

Principe de vérification des boulons Vérification des dispositions constructives Analyse transmission des efforts : détermination des efforts sollicitants pour chaque boulon En fonction du type d’assemblage, détermination de l’effort résistant par boulon (« résistance de calcul ») Vérification Effort Sollicitant<Effort Résistant

Résistance de calcul (exemple) Boulons non précontraints (travaillant au cisaillement – A) : Résistance au cisaillement. Concerne le BOULON Résistance à la pression diamétrale : concerne les PIECES ASSEMBLEES

Transmission des efforts - exemple Transmission d’un effort tranchant d’une poutre secondaire vers une poutre principale

Transmission des efforts - exemple L’effort est transmis par l’âme de la poutre secondaire Vérification poutre au cisaillement, avec problème cisaillement en bloc.

Transmission des efforts - exemple Transmission aux boulons sur porté par: - pression diamétrale au niveau de l’âme du porté - Cisaillement (double) des boulons sur porté

Transmission des efforts - exemple Transmission aux cornières par: - Cisaillement des boulons sur porté - pression diamétrale au niveau des cornières, côté porté

Transmission des efforts - exemple Transmission aux Boulons côté porteur par: - pression diamétrale au niveau des cornières, côté porteur - Cisaillement des boulons sur porteur

Transmission des efforts - exemple Transmission à l’âme de la poutre porteuse, par: -cisaillement boulons côté porteur - Pression diamétrale sur âme poutre porteuse.

Transmission des efforts - bilan Pression diamétrale Cisaillement Cisaillement Âme portée Boulons côté porté Effort appliqué Chaîne dont la résistance est égale à celle du maillon le plus faible Pression diamétrale Cornières Pression diamétrale Cisaillement Cisaillement Boulons côté porteur Âme porteur

Assemblages soudés Soudage manuel Fabrication d’un PRS – Soudage par arc submergé

Type de cordons d’angle Cordon frontal Cordon LATERAL Cordon oblique

Caractéristiques d’un cordon d’angle

Soudures- Principe de calcul Modélisation des efforts En fonction de la nature du cordon, calcul contraintes dans le plan de gorge Vérification.

C’est fini ! Sources photographies: APK Dessins réalisés sous MicroGrafx Designer 4.0