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WISSEM TAKTAK
Niveau : 3
Edition 2005
Rads
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AVANT PROPOS
Ce fascicule de cours (version II), traite des mthodes de calcul des constructions
mtalliques. Cest une contribution qui sajoute lensemble des ouvrages qui traitent
des mthodes modernes selon lEUROCODE 3 de calcul des structures en acier.
Destin aux tudiants de 3me
niveau, en gnie civil, des instituts suprieurs des tudes
technologiques et respectant le programme difi par la commission dlaboration des
programmes nationaux, ce travail constitue un support dinitiation et de familiarisation
avec le vocabulaire et les techniques de calcul dans cette discipline.
La premire partie de ce cours est consacre aux gnralits sur le matriau acier, les
procds dobtention des produits sidrurgiques, le vocabulaire de la construction
mtallique.
La deuxime partie prsente les mthodes de calcul des actions climatiques (vent et
neige), le choix de prsenter la mthode simplifie pour le calcul de laction du vent
sur les constructions courantes base rectangulaire a pour objectif la prsentation
dune dmarche de calcul simple comprendre et qui est la base de la mthode
gnrale.
La troisime partie est consacre aux dveloppements des organigrammes de
dimensionnement des lments flchis et la vrification de la stabilit au flambementdes lments comprims.
Dans la quatrime partie il est question de moyen dassemblage (boulons et soudures).
Enfin une cinquime partie est consacr la protection et lentretien.
On achve ce document par deux annexes, dans le premier on a rsum les formules de
calcul et dans le deuxime on a recueilli la traduction en anglais et en arabe des
principaux termes techniques rencontrs dans ce support.
Nous tenons exprimer nos remerciements ladministration de lISET de Rades,
lensemble du dpartement de gnie civil, aux collgues qui, avec leurs conseils etsuggestions, contribuent lamlioration du contenu de ce cours.
Wissem TAKTAKTunis, juin, 2005
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AMELIORATIONS APPORTEESVERSION II
Des amliorations de formes ont t apportes la version prcdente de ce fascicule,
ces amliorations ont t suggres en partie par le jury du concours de recrutement
des technologues (juin 2004), ces recommandations sont les suivantes :
- Ajouter un avant propos ce support ;- Ajouter les dates dditons des ouvrages consults (rfrencs en
bibliographie) ;
- Corriger le double emploi de certains symboles.
En plus de ces amliorations, nous avons estim intressant de rajouter deux annexes,dans le premier nous avons rsum les principales formules rencontres dans ce cours
et dans le deuxime nous avons regroup la traduction en anglais et en arabe de la
terminologie propre la construction mtallique.
Wissem TAKTAKTunis, juin, 2005
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Sommaire
CONTENU DU PROGRAMME ..................................................... ............................................................. ...................1
GENERALITES : ................................................................ ................................................................ .............................2
1 INTRODUCTION ........................................................ ........................................................... .............................2
1.1 Avantages de la construction mtallique : .................................................................... .............................21.2 Inconvnients...................................................................................... ......................................................... 2
2 LE MATERIAU ACIER ..................................................... .............................................................. ...................3
2.1 Lacier....... ................................................................ ............................................................... ...................3
2.2 Les procds dlaboration de lacier......................................................... ................................................3
3 PRINCIPAUX PRODUITS UTILISES COMME ELEMENTS DE STRUCTURE............................................6
3.1 Produits lamins chaud................................. ................................................................ ...........................6
3.2 Produits forms froid ............................................................ .......................................................... .........7
3.3
Produits drivs des profils lamins et profils reconstitus souds ............................................................ 8
4 CARACTERISTIQUES DES PROFILES............................................................................................................9
5 ESSAIS MECANIQUES :..................................................................................................................................11
5.1 Essai de traction : ............................................................... .............................................................. ........11
5.2 Essai de flexion par choc (essai de rsilience) : ...................................................................... .................12
5.3 Essais de duret : ............................................................. ................................................................. ........12
5.4 Essai de pliage :........................................................ ............................................................... .................12
6 DESIGNATION SYMBOLIQUE DES ACIERS :.............................................................................................13
7 PROPRIETES DES ACIERS LAMINES: .............................................................. ...........................................14
8 CRITERES DE CHOIX DES ACIERS EN CONSTRUCTION METALLIQUE: ............................................158.1 Choix de la nuance : .................................................................................................................................15
8.2 Choix de la qualit :..................................................................................................................................15
TERMINIOLOGIE : .......................................................... ................................................................. ...........................16
1 BATIMENT EN PROFILS AME PLEINE :..................................................................................................16
2 STRUCTURE TOITURE EN TREILLIS :.....................................................................................................16
3 DEFINITIONS .................................................. ........................................................... ......................................17
GENERALITES SUR LES CHARGES ET SURCHARGES REGLEMENTAIRES :............................................19
1 ETATS LIMITES .................................................... ............................................................ ...............................19
2 ACTIONS :.........................................................................................................................................................19
3 DISPOSITIONS DES CHARGES ET CAS DE CHARGES .......................................................... ...................20
4 COMBINAISONS DACTIONS : ......................................................... ............................................................ 20
4.1 Combinaisons dactions aux E.L.U :.........................................................................................................20
4.2 Combinaisons dactions aux E.L.S : .........................................................................................................20
5 CHEMINEMENT DES CHARGES VERTICALES : ........................................................... ............................21
6 CHEMINEMENT DES CHARGES HORIZONTALES : ..................................................................... ............22
6.1 Vent sur longpan :.....................................................................................................................................226.2 Vent sur pignon :.......................................................................................................................................22
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ACTIONS DU VENT SUR LES CONSTRUCTIONS COURANTES A BASE RECTANGULAIRE (METHODE
SIMPLIFIEE)..................................................................................................................................................................23
1 CARACTERISTIQUES ............................................................... .............................................................. ........23
2 PRESSIONS DYNAMIQUES .......................................................... ......................................................... ........24
3 ACTION RESULTANTE SUR UNE PAROI :..................................................................................................25
4 ACTIONS EXTERIEURES ...................................................... ................................................................. ........264.1 Parois verticales........................................................................................ ................................................26
4.2 Toiture.......................................................................................................................................................26
5 ACTIONS INTERIEURES ........................................................ ................................................................ ........27
6 ACTIONS LOCALES :......................................................................................................................................27
7 ACTIONS DENSEMBLE :...............................................................................................................................28
ACTIONS DE LA NEIGE SUR LES CONSTRUCTIONS ....................................................... .................................29
1 INTRODUCTION ........................................................ ........................................................... ...........................29
2 CHARGE DE NEIGE SUR LE SOL..................................................................................................................29
3 CHARGE DE NEIGE SUR LES TOITURES OU AUTRES SURFACES .......................................................29
3.1 Facteurs influenant les valeurs de : .................................................................................. ...................30
3.2 Cas de charge : .........................................................................................................................................31
ETUDE DES ELEMENTS FLECHIS...........................................................................................................................34
1 CHOIX ENTRE ANALYSE PLASTIQUE ET ANALYSE ELASTIQUE ....................................................... 34
2 CLASSIFICATION DES SECTIONS TRANSVERSALES ......................................................... ....................35
3 FLEXION SIMPLE ( M ) :.................................................................................................................................37
4 FLEXION SIMPLE ET EFFORT TRANCHANT ( M + V ) :...........................................................................37
5 FLEXION COMPOSEE SEULE ( M + N ) : ............................................................... ......................................38
6 MOMENT DE FLEXION, EFFORT TRANCHANT ET EFFORT AXIAL ( M + V + N )..............................38
7 FLEXION DEVIEE :..........................................................................................................................................39
7.1 Calcul en lasticit (sections de classe 3).......................................................................... .......................39
7.2 Calcul en plasticit (sections de classes 1 et 2) ........................................................................................39
LES PHENOMENES DINSTABILITE ELASTIQUE...............................................................................................41
1 INTRODUCTION ........................................................ ........................................................... ...........................41
2 FLAMBEMENT.................................................................................................................................................42
2.1 Flambement simple ............................................................... ............................................................ ........43
2.2 Flambement flexion (sans risque de dversement).......................... .......................................................... 45
LES ASSEMBLAGES EN CONSTRUCTION METALLIQUE................................................................................47
1 INTRODUCTION ........................................................ ........................................................... ...........................47
2 FONCTIONNEMENT DES ASSEMBLAGES .................................................................... .............................48
2.1 Fonctionnement par obstacle..................................................................... ...............................................48
2.2 Fonctionnement par adhrence des pices assembles.......................... ...................................................482.3 Fonctionnement mixte ....................................................... ................................................................ ........48
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3 LES ASSEMBLAGES BOULONNES ............................................................. .................................................48
3.1 Composition :............................................................................................................................................48
3.2 Dimensionnement des boulons ordinaires : ........................................................... ...................................50
3.3 Dimensionnement des boulons prcontraints : .................................................................. .......................52
4 PRECAUTIONS CONSTRUCTIVES ...................................................... ......................................................... 54
LES ASSEMBLAGES SOUDES ...................................................... ............................................................ .................56
1 INTRODUCTION ........................................................ ........................................................... ...........................56
2 PROCEDES DE SOUDAGE..............................................................................................................................57
2.1 Procd chimique au chalumeau oxyacthylnique.................. ................................................................57
2.2 Procds larc lectrique ................................................................ .......................................................57
3 DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES................................................................................................................59
3.1 Dfinitions de la gorge des cordons dangle.......................................... ...................................................59
3.2 Soudures bout bout.................................................................................................................................59
3.3 Soudures dangle.......................................................................................................................................593.4 Autres types de liaisons soudes ....................................................................................... ........................60
4 PRECAUTIONS CONSTRUCTIVES ...................................................... ......................................................... 60
5 CALCUL DES CORDONS DE SOUDURE......................................................................................................62
5.1 Pr dimensionnement de la gorge ................................................................... ..........................................62
5.2 Cordons frontaux ......................................................................................................................................62
5.3 Cordons latraux.......................................................................................................................................63
5.4 Cordons obliques ......................................................................................................................................63
PROTECTION ET ENTRETIEN.............................................................. ........................................................... ........64
1 INTRODUCTION ........................................................ ........................................................... ...........................64
2 PREPARATION DE LA SURFACE DE L'ACIER...........................................................................................64
2.1 Propret de surface................................................................. .......................................................... ........65
2.2 Rugosit de surface ...................................................... ............................................................ .................65
2.3 Procds de prparation de surface : ....................................................................................................... 66
3 REVETEMENT DES STRUCTURES PAR PEINTURE..................................................................................69
3.1 Choix du type de peinture..........................................................................................................................69
3.2 Systme de peinture...................................................................................................................................71
3.3 Modes d'application des peintures.................................................................... ........................................72
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES......................................................................................................................74
ANNEXE I
ANNEXE II
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CONTENU DU PROGRAMME
Constitution des structures mtalliques
Charges et surcharges rglementaires
Calcul et ralisation des lments flchis (flexion simple et compose)Conception et calcul dun ouvrage en construction mtallique.
Les assemblages boulonns : calcul et ralisation
Les assemblages souds : calcul et ralisation
Protection et entretien
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GENERALITES :
1 INTRODUCTIONJusqu 1993, la conception et le calcul des constructions mtalliques taient rgis pardiffrentes rglementations :
Les rgles de calcul des constructions en acier, dites rgles CM 66.
Le titre V du fascicule 61 du cahier des prescriptions communes.
Les normes NF.
Ladditif 80
Depuis 1993, une nouvelle rglementation europenne est entre en vigueur et impose,en remplacement de ces divers et prcdents textes, un code unique : lEurocode 3.
1.1 Avantages de la construction mtallique :
Rsistance mcanique : -rsistance leve la traction permettant des
portes et hauteurs importantes ;
-possibilit dadaptation plastique pour une plus grande
scurit ; Industrialisation totale : prfabrication dun btiment en atelier et montage sur
chantier ;
Transport ais grce au poids peu lev ;
Possibilit de modification et de recyclage dun btiment.
1.2 Inconvnients
Prix lev (concurrentiel avec le bton arm pour les grandes portes) ;
Mauvaise tenue au feu ce qui implique des mesures de protection
onreuses ;
Entretien rgulier du la corrosion du mtal.
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2 LE MATERIAU ACIER2.1 Lacier
Lacier est essentiellement une combinaison de fer et de carbone. On ne le retrouve pas
ltat naturel ; il rsulte dune transformation de matire premire tire du sol. Les
conditions matrielles de cette transformation entrane dans sa composition la prsence,
en trs faibles proportions, dautres lments (phosphore, souffre) considrs comme
impurets. Suivant la qualit de lacier que lon veut obtenir, il est possible dabaisser le
pourcentage de ces impurets au cours de llaboration.
Mais lacier peut galement contenir dautres lments (silicium, manganse, chrome,
nikel, tungstne) introduits volontairement en vue de modifier sa composition
chimique et par suite ses caractristiques physiques et mcaniques.
Les lments additionns permettent dobtenir des qualits diffrentes classes sous
forme de nuance .
2.2 Les procds dlaboration de lacier
2.2.1 Des matires premires lacier liquide:Les matires essentielles entrant dans la composition de lacier sont les minerais de fer,
le coke et la ferraille.
2.2.2 De lacier liquide au demi-produits:
A la fin de lopration dlaboration de lacier, par quelque procd que ce soit, les
scories sont dverses dans une cuve et lacier est recueilli ltat liquide dans une
poche garnie de rfractaire. A partir de ce stade, la mise en forme en vue du laminage
final peut se faire suivant deux schmas diffrents : la coule continue et la coule en
lingots.
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Les procds dlaboration de lacier
Figure 1-1
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Pour les formes carres, 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 dpaisseur suprieure 50 mm
Les demi-produits (Bloom, Billette et Brame)
Figure 1-2
2.2.3 Des demi-produits aux produits sidrurgiques :
Les formes des produits sidrurgiques finis lamins chaud sont classes suivant deux
familles :
- les produits plats : plaque (paisse), tle (mince), feuille ou bobine ;
- les produit longs, comprennent les profils de petites sections : rond, carr,
rectangle, trapze, T, L, U, tube (sans soudure) ; les profils lourds : poutrelle
(I,H), palplanche, rail, fil machine..
Leurs dimensions et caractristiques sont normalises et rpertories sur catalogues.
Le laminage chaud
Figure 1-3
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3 PRINCIPAUX PRODUITS UTILISES COMME ELEMENTS DESTRUCTURE3.1 Produits lamins chaud
Gamme de profils lamins courantsFigure 1-4
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3.2 Produits forms froid
Produits longs forms froid
Exemples de sections transversales
Figure 1-5
Produits plats forms froidFigure 1-6
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3.3 Produits drivs des profils lamins et profils reconstitus souds
Produits drivs
Figure 1-7
Profils reconstitus souds
Figure 1-8
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Caractristiques des profils I europens IPE
Tableau 1-2
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5 ESSAIS MECANIQUES :5.1 Essai de traction :
Il sagit de lessai fondamental qui fournit les grandeurs caractristiques directement
exploitables dans les calculs de dimensionnement.
La limite dlasticit fy partir de laquelle les allongements A% deviennent
permanents (dformation irrversible).
La contrainte de rupture la traction fu .
Le module dlasticit longitudinale de lacier E = 210 000 MPa
Le module dlasticit transversale de lacier G 81 000 MPa
Le coefficient de poisson =0.3
Le coefficient de dilatation = 12 10-6 [ /C]
Diagrammes types dallongement des aciers
de construction mtallique
Figure 1-9
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5.2 Essai de flexion par choc (essai de rsilience) :
Cet essai a pour objectif de mesurer lnergie absorbe par une prouvette bi-appuye,
comportant une entaille mdiane en V, lors de sa rupture en flexion sous le choc dun
mouton-pendule. Cette nergie caractrise la ductilit de lacier et sa sensibilit larupture fragile en fonction de la temprature.
Energie de rupture = m g (h0 h)
Principe de lessai de flexion par choc
Figure 1-10
5.3 Essais de duret :
Les essais de duret consistent mesurer la pntration dun outil conventionnel dans la
pice tester sous une charge prdtermine.
5.4 Essai de pliage :
Cet essai permet dapprcier qualitativement la ductilit dun acier et laptitude au
formage froid par pliage des tles ou barres constitues de ce matriau.
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6 DESIGNATION SYMBOLIQUE DES ACIERS :NUANCE QUALITE
SYMBOLES PRINCIPAUX
Lettre Caractristiques mcaniques
SYMBOLES
ADDITIONNELS
Exp : S 235 JR
Symbole Dsignation
G Acier moul
S Aciers de construction
E Aciers de construction mcanique
B Aciers bton
Y Aciers pour bton prcontraint
Symboles
principaux
Ces symboles sont suivis de la valeur de la limite dlasticit ou de la
rsistance minimale la traction en MPa
Tableau 1-3
Energie de rupture (J)
27 40 50
Temprature
dessai (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 lacier
J6 K6 L6 -60
Tableau 1-4
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7 PROPRIETES DES ACIERS LAMINES:
Figure 1-11
Figure 1-12
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8 CRITERES DE CHOIX DES ACIERS EN CONSTRUCTIONMETALLIQUE:8.1 Choix de la nuance :
Il sagit essentiellement, travers ce choix, de fixer le niveau de la limite dlasticit,
appele servir de rfrence dans la conduite des calculs de dimensionnement. Le plus
souvent, on recherche le niveau le plus lev possible puisque la rduction de poids qui
en rsulte permet :
Une conomie directe sur les cots de matire,
Une mise en uvre plus aise en atelier,
Une amlioration des conditions de transport et de montage.Il va de soi que des facteurs limitatifs importants interviennent dans laugmentation des
caractristiques mcaniques. Trs frquemment, le respect des critres de dformation
rgit le dimensionnement des ossatures mtalliques et non le niveau de contrainte. De
plus, laugmentation de flexibilit de la structure qui accompagne celle des contraintes
conduit aggraver les effets dynamiques ventuels, comme ceux dus au vent, et rend
aussi plus pnalisants les critres de rsistance des lments soumis aux diffrentsphnomnes dinstabilit
8.2 Choix de la qualit :
Pour une structure donne, le choix dune qualit dacier doit faire intervenir diffrents
paramtres :
La temprature minimale de service de louvrage,
Lpaisseur maximale des pices constitutives de la structure,
La nuance dacier prvue,
Le niveau des contraintes de traction subies par la structure,
La nature des sollicitations du point de vue de leur vitesse dapplication,
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TERMINIOLOGIE :
1 BATIMENT EN PROFILS AME PLEINE :
Figure 2-1
2 STRUCTURE TOITURE EN TREILLIS :
Figure 2-2
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3 DEFINITIONSAiguille : Tige ou barre travaillant la traction et supportant en son centre le tirant de
certaines fermes.
Appenti : Toiture une seule pente adosse un mur ou un btiment par son bordsuprieur (fatage) et dont le bord infrieur est soutenu par une sablire ou des poteaux.
Arbaltrier : Membrure suprieure de la poutre triangule appele ferme qui, dans un
comble, supporte les pannes et les autres lments de la toiture.
Artier : Pice de charpente place sous larte ( intersection de 2 versants) et sur
laquelle sassemblent les autres lments de la charpente.
Auvent : Partie de la toiture dune halle dbordant largement lextrieur de la lignedes poteaux supports.
Brisure : Changement de direction affectant une barre dans un systme de construction
quelconque.
Chneau : Canal dispos en bas de pente des toitures et servant recueillir les eaux de
pluie et les diriger vers les tuyaux de descente.
Comble : Partie suprieure (fate) dun btiment. Volume situ sous les versants de latoiture.
Croupe : Versant de toiture permettant de renvoyer les eaux sur les chneaux ou les
gouttires implants sur toute la priphrie dun btiment.
Contreventements : Dispositif assurant la stabilit dun btiment, dune ossature et
sopposant la dformation, au dversement ou au renversement des constructions sous
laction de forces horizontales.
Diagonale : Barre place en diagonale dans les panneaux dune poutre en treillis ou
dune construction triangule en gnral.
Echantignolle : Sorte dquerre en fer plat pli servant assujettir une panne sur un
arbaltrier.
Empannons : Pice destine diviser en plusieurs portes intermdiaires lintervalle
entre 2 fermes, de manire rduire la section des pannes.
Entrait : Membrure infrieure dune ferme dans un comble deux ou plusieurs pentes.
Fatage : Arte longitudinale forme au sommet dune toiture par la rencontre des 2
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versants.
Ferme : Poutre gnralement triangule, dont la membrure suprieure, simple ou
double inclinaison, rgle la pente dune toiture. Avec les pannes quelle supporte, la
ferme constitue le principal de lossature des combles dun difice.
Gousset : Pice de tle plane, sur laquelle viennent sassembler plusieurs barres
convergentes.
Lattis : Pice mtallique, gnralement en cornire, fixe sur les chevrons
paralllement au fatage et supportant une range de tuiles.
Montant : Toute barre, entrant dans la composition dune charpente mtallique en
treillis et joignant les membrures dans une direction perpendiculaire lune au moins de
ces membrures.
Nud : Point o concourent deux ou plusieurs barres dune ossature en assemblage
commun.
Panne : Poutre reliant les fermes dans un comble et reportant sur celles-ci les charge et
surcharges transmises directement par les lments de la couverture.
Poinon : Montant central dune ferme en treillis 2 pentes.
Poteau : Elment vertical dune ossature collectant les charges et surcharges des
poutres qui sy attachent et reportant sur linfrastructure ou les fondations de la
construction.
Sablire : Panne situe la partie basse dun versant de toiture prs du chneau.
Solivage : Ensemble de solives composant lossature dun plancher.
Toiture : Partie suprieure dun btiment. Ensemble de tous les lments qui ont pour
fonction de supporter la couverture.Versant : Plan inclin dune toiture.
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GENERALITES SUR LES CHARGES ET
SURCHARGES REGLEMENTAIRES :
1 ETATS LIMITESLes tats limites sont des tats au-del desquels la structure ne satisfait plus aux
exigences de performance pour lesquelles elle a t conue.
Les tats limites sont classs en :
- tats limites ultimes,
- tats limites de service.
Les tats limites ultimes sont associs la ruine par dformation excessive, rupture, ou
perte de stabilit de la structure ou dune de ses partie, y compris les appuis et les
fondations.
Les tats limites de service correspondent aux tats au del desquels les critres
spcifis dexploitation ne sont plus satisfait, on distingue :
- Les dformations ou flches affectant laspect ou lexploitation efficace de la
construction (y compris le fonctionnement des machines ou des services) ouprovoquant des dommages aux finitions ou aux lments non structuraux.
- Les vibrations incommodant les occupants, endommageant le btiment ou son
contenu, ou limitant son efficacit fonctionnelle.
2 ACTIONS :Une action (F) est :
- une force (charge) applique la structure (action directe), ou
- une dformation impose (action indirecte). Exemple : effets thermiques ou
dplacements dappui.
Les actions sont classes : ( en fonction de leur variation dans le temps) :
- actions permanentes (G), telles que poids propre des structures et quipements
fixes.
-
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- Actions variables (Q) : telles que charges dexploitation, action du vent ou de la
neige.
- Actions accidentelles (A), telles que explosions ou chocs de vhicules.
3 DISPOSITIONS DES CHARGES ET CAS DE CHARGES Une disposition des charges est dtermine en fixant la position, le niveau
dintensit et la direction dune action libre.
Un cas de charge est dtermin en fixant les dispositions compatibles des charges
et lensemble des dformations et des imperfections considrer pour une
vrification donne.
4 COMBINAISONS DACTIONS :4.1 Combinaisons dactions aux E.L.U :
Situations de projet durables et transitoires (Combinaison fondamentale) :
>
++=1i
ii,0i,Q11Qj
jj,GELUQ..Q.G.p
Situations de projet accidentelles :
> +++= 1i ii,211,1dj jj,GAELU Q.Q.AG.p
Pour les structures de btiment, dans un but de simplification, la combinaison
fondamentale peut tre remplace par :
Combinaison simplifie : pELU = max Q.9.0G.
Q.G.
1iii,Q
jjj,G
11,Qj
jj,G
+
+
4.2 Combinaisons dactions aux E.L.S :
Combinaisons rares : >++=
1iii,01
jjELS
Q.QGp
Combinaisons frquentes: >++=
1iii,211,1
jjELS
Q.QGp
Combinaisons quasi-permanentes: +=
1iii,2
jjELS
Q.Gp
-
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Pour les structures de btiment, dans un but de simplification, les expressions pour les
combinaisons rare et frquente peuvent tre remplace par :
Combinaison simplifie : pELS = max Q9.0G
QG
1ii
jj
1j
j
+
+
Coefficients partiels de scurit :ACTIONS PERMANENTES ACTIONS VARIABLES
Effet dfavorable G = 1.35 Q = 1.50
Effet favorable G = 1.00 Q = 0
Tableau 3-1
Facteurs
i :Action variable
considre
0 1 2
Charges
dexploitations
0.87 1 1
neige 0.87 1 1
vent 0.67 0.2 0
Temprature 0.53 0.5 0
Tableau 3-2
5 CHEMINEMENT DES CHARGES VERTICALES :
Figure 3-1
-
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6 CHEMINEMENT DES CHARGES HORIZONTALES :6.1 Vent sur longpan :
Figure 3-2
6.2 Vent sur pignon :
Figure 3-3
-
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ACTIONS DU VENT SUR LES CONSTRUCTIONS
COURANTES A BASE RECTANGULAIRE
(METHODE SIMPLIFIEE)
1 CARACTERISTIQUES la construction est constitue par un bloc unique, ou des blocs accols toiture
unique.
La base au niveau du sol est un rectangle de longueur (a) et de largeur (b).
La hauteur (h), diffrence entre le niveau de la base de la construction et le niveaude la crte de la toiture, est infrieur ou gale 30 m
Les dimensions doivent obligatoirement respecter les conditions suivante :
a) h/a 0.25
b) h/a 2.5 , avec la condition supplmentaire b/a 0.4 si h/b > 2.5
c) f h/2 pour les toitures deux versants plans
d) f 2 h /3 pour les toitures en vote la couverture est :
a) soit une toiture-terrasse
b) soit une toiture unique de hauteur f un ou deux versants plans inclins au
plus de 40 sur lhorizontale
c) soit une vote dont le plan tangent la naissance des directrices de la vote est
inclin au plus de 40 et au moins de 22 sur lhorizontale. Les parois verticales doivent :
a) Reposer directement sur le sol
b) Etre planes sans dcrochements
c) Prsenter une permabilit 5 ou pour une seule dentre elles 35
La construction doit tre situe sur un terrain sensiblement horizontal dans un
grand primtre.
-
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2 PRESSIONS DYNAMIQUESLes pressions dynamiques sont constantes sur toute la hauteur de la construction et sont
donnes par la formule : q = (46 + 0.7 h) krks [daN/m2]
kr : coefficient de rgion ayant pour valeur :
Pression normale
Rgion I .
Rgion II
Rgion III .
1.00
1.40
1.80
Tableau 4-1
Ks : coefficient de site ayant pour valeur :
Rgion I Rgion II Rgion III
Site protg .
Site normal ..
Site expos ......
0.80
1.00
1.35
0.80
1.00
1.30
0.80
1.00
1.25Tableau 4-2
Les pressions dynamiques doivent tre affectes dun coefficient de rduction donn
par le diagramme suivant, en fonction de la plus grande dimension horizontale ou
verticale de la surface offerte au vent, affrente llment considr dans le calcul.
Rgions du vent pour la Tunisie
Figure 4-1
Abaque 4-1
-
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Pour tous les lments continus, le coefficient adopter est celui correspondant la
plus grande dimension de la surface offerte au vent affrente chaque trave,
considre comme librement appuye
La totalit des rductions ne doit en aucun cas dpasser 33% , et compte tenu de ces
rductions et de leffet de site, la pression dynamique normale corrige ne doit jamais
descendre au-dessous de 30 daN/m2 .
Actions du vent sur un portique
Figure 4-2
Pour toute construction, la face extrieure des parois est soumise :
des succions, si les parois sont sous le vent ; des pressions ou des succions, si elles sont au vent .
Ces actions sont dites actions extrieures.
Dans les constructions fermes, ouvertes ou partiellement ouvertes, les volumes
intrieurs compris entre les parois peuvent tre dans un tat de surpression ou de
dpression suivant lorientation des ouvertures par rapport au vent et leur importance
relative. Il en rsulte sur les faces intrieures des actions dites actions intrieures.
Les actions extrieures sont caractrises par un coefficient Ce et les actions intrieures
par un coefficient Ci .
3 ACTION RESULTANTE SUR UNE PAROI :Laction rsultante sur une paroi est la combinaison des actions lmentaires unitaires
sur chacune des faces de la paroi :
p = (Ce Ci) q .
-
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4 ACTIONS EXTERIEURESLa direction du vent tant suppose normale aux parois verticales de la construction, les
coefficients prendre en compte sont les suivants :
4.1 Parois verticales
Au vent Ce = + 0.8
Sous le vent Ce = - 0.5
4.2 Toiture
4.2.1 Vent normal aux gnratrices
Ce dsignant le coefficient de pression moyen (versants plans) ou le coefficient de
pression ponctuel (vote) est donn par le tableau suivant o dsigne langle en degrs
du versant avec le plan horizontal ou de la tangente la vote avec lhorizontale.
Au vent Sous le vent
Ce Ce
Versants plans 100
4010
+
10025.02
10045.02
100.33305.1
+
10060.05.0
Vote
100
4010
+
10040.08.1
avec minimum = - 0.8
10050.02
10040.08.1
10040.08.1
avec maxi.= -0.27
Coefficient Ce pour les toitures
Soumises un vent normal aux gnratrices
Tableau 4-3
-
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4.2.2 Vent parallle aux gnratrices
On adopte Ce = -0.5 partout.
5 ACTIONS INTERIEURESConstructions fermes Ci = 0.3Constructions ouvertes ouverture au vent : Ci = + 0.8
Ouverture sous le vent : Ci = - 0.5
6 ACTIONS LOCALES :Les actions locales intressent particulirement les panneaux de remplissage, Les
revtement muraux, Les lments de couvertures, Les pices secondaires de charpente(chevrons, etc.) ainsi que leurs attaches et scellements, elles nentrent pas en compte
dans le calcul de lossature principale.
Le long des rives de toitures et des artes verticales, partir de la rive ou de l'arte
verticale sur une profondeur gale au dixime de la plus petite dimension horizontale b
de la construction : c = 2 ce. (Succion).
Aux angles dans les parties communes des zones prcdentes concernant les rives dotoiture : c = 3 Ce(succion).
Parties de lenveloppe dun btiment
soumises aux pressions locales du vent
Figure 4-3
-
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A ces actions locales s'ajoutent soit d'autres actions extrieures telles que les actions
moyennes sur les faces infrieures des dbords de toiture, soit les actions intrieures,
sans que le coefficient rsultant puisse dpasser respectivement - 2 ou - 3.
7 ACTIONS DENSEMBLE :Elles sont obtenues par la composition gomtrique des actions rsultantes totales sur
les diffrentes parois de la construction.
Les actions extrieures locales ne sont pas retenir pour lvaluation des actions
densemble.
-
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ACTIONS DE LA NEIGE SUR LES
CONSTRUCTIONS
1 INTRODUCTIONLe calcul des actions de la neige sur les constructions consiste dfinir les valeurs
reprsentatives de la charge de neige sur toute surface situe au-dessus du sol et soumise
laccumulation de la neige, et notamment sur les toitures.
2 CHARGE DE NEIGE SUR LE SOL
3 CHARGE DE NEIGE SUR LES TOITURES OU AUTRESSURFACES
10SSS +=
S : valeur de la charge.
: coefficient nominal fonction de la forme de la toiture.
S0 : valeur de la charge de neige sur le sol.
h : altitude [m] S0 : valeur de la charge [KN/m
2
]h < 200 m S0 min = 0.45 KN/m
2 rgion A
200 m < h 500 m100
30-0.15hSSmin00
+=
500 m < h 1000 m100
105-0.3hSSmin00
+=
1000 m < h 2000 m100
255-0.45hSSmin00
+=
h > 2000 m Le march doit prciser la valeur
de charge de neige prendre en
compte
Tableau 5-1 Rgions de neige pour la
Tunisie
Figure 5-1
-
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S1 : majoration de la charge de neige.
S1 i : pente nominale du fil de leau
de la partie enneige de toiture
0.2 KN/m2 i 3 %
0.1 KN/m2 3 % < i 5 %
0 i > 5 %
Majoration de la charge de neige en fonction
de la pente nominale du fil de leau
Tableau 5-1
La zone de majoration stend dans toutes les directions sur une distance de 2 m au-del
de la partie de toiture vise ci-dessus.
Zone de majoration de la charge de neige
Figure 5-2
3.1 Facteurs influenant les valeurs de :
la disposition gomtrique du btiment, la nature des matriaux, lisolation
thermique, les singularits de la toiture.
Lenvironnement climatique : dure de la saison de neige, ensoleillement, fonte
de la neige et regel, vent ;
La topographie locale et, en particulier, les conditions dabri dues aux btiments
voisins, aux arbres, ;
Les actions particulires telles que lenlvement de la neige par les usagers.
Il nest, en gnral, pas possible de tenir compte, dans les calculs, de tous ces facteurs.
Les plus importants sont la gomtrie de la toiture et le vent, ce dernier intervenant dans
les coefficients par sa direction, sa grandeur et sa dure.
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3.2 Cas de charge :
Pour une toiture de forme donne, les diffrents cas de charge considrer sont les
suivants :
CAS I : charge de neige rpartie sans redistribution par le vent.CAS II : charge de neige rpartie aprs redistribution par le vent.
CAS III : charge de neige rpartie aprs redistribution et enlvement partiel ventuel
par le vent.
CAS IV : charge de neige rpartie conformment aux CAS I,II,III sur une partie de la
surface et moiti de cette charge rpartie sur le reste de la surface, de manire produire
leffet le plus dfavorable dans llment considrer.
Schmas de rpartition de la charge de neige
suivant les rgles N84
Figure 5-3
-
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Toitures simples un versant plan
(toiture type A.1)
Figure 5-4
-
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Toitures simples deux versants plans
Figure 5-5
-
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ETUDE DES ELEMENTS FLECHIS
1 CHOIX ENTRE ANALYSE PLASTIQUE ET ANALYSEELASTIQUELes sollicitations dans une structure isostatique sont obtenues en utilisant les quations
de la statique.
Dans une structure hyperstatique, les sollicitations peuvent, en gnral, tre dtermines
par lune des mthodes danalyse suivantes :
o Analyse globale lastique.
o Analyse globale plastique.
Lanalyse globale lastique peut tre utilise dans tous les cas.
Diverses conditions doivent tre respectes pour que l'analyse plastique Soit
envisageable.
L'acier doit avoir une limite de rupture suprieure d'au moins 20% la limite
d'lasticit, un allongement rupture d'au moins 15% et une dformation plastique
ultime suprieure 20 fois la dformation lastique ; tous les aciers usuels de
construction mtalliques satisfont ces conditions sans difficult:
Fu/Fy > 1,2 A %> 15 % u >20 y
Les sections transversales des lments au droit et dans le voisinage des rotules
plastiques doivent tre de Classe 1 de faon pouvoir dvelopper, sans risque de
voilement local, les dformations plastiques attendues, tout en quilibrant les
sollicitations correspondant leur capacit plastique.
Les assemblages au droit et dans le voisinage des rotules plastiques doivent
prsenter une capacit de dformation quivalente celle de l'lment attach ou, a
dfaut, prsenter une capacit rsistante suprieure d'au moins 20% par rapport celle
de cet lment.
Les tronons affects par les plastifications doivent comporter un maintien latral
contre le dversement la fois au droit et de part et d'autre de leurs sections plastifies.
Peu d'ossatures courantes runissent ces diffrentes caractristiques et, de ce fait, le
calcul en lasticit est le plus souvent suffisant pour les optimiser, notamment quand
-
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elles sont constitues d'lments en I qui, par la gomtrie de leur section transversale,
offrent dj en lasticit un trs bon rendement en flexion.
2 CLASSIFICATION DES SECTIONS TRANSVERSALESLes sections transversales sont rpertories en 4 classes par lE.C.3.Ce classement est effectu selon des critres divers :
- lancements des parois,
- rsistance de calcul,
- capacit de rotation plastique,
- risque de voilement local, etc
Le fait de dterminer la classe dune section permet davoir des renseignements sur soncomportement et sa rsistance et donc permet de choisir la mthode de calcul adapte.
Classe Mthode de calcul
1
2
34
Plastique ( autorisant la formation dune rotule plastique)
Plastique ( pas de rotule)
Elastique sur section complteElastique sur section efficace
Mthode de calcul en fonction
de la classe de section transversale
Tableau 6-1
-
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Limites pratiques dlancement gomtrique des parois
Tableau 6-2
-
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3 FLEXION SIMPLE ( M ) :En labsence deffort tranchant, le moment flchissant M dans chaque section
transversale doit rester infrieur au moment rsistant, soit : M MR .
Pour les sections de classe 1 ou 2 :
MR= Mpl =0M
yplf.w
: Moment rsistant plastique
Pour les sections de classe 3 :
MR= Mel =0M
yelf.w
: Moment rsistant lastique.
Pour les sections de classe 4 :
MR= M0 =1M
yefff.w
: Moment rsistant au voilement local.
4 FLEXION SIMPLE ET EFFORT TRANCHANT ( M + V ) :Le moment flchissant doit vrifier : M MRsi V < 0.5 Vpl .
ou M Mv MRsi V 0.5 Vpl .
0M
y
w
2
vplv
f.
t4A
wM
=
2
pl
1-V2V
=
M0
vy
pl .3
A.f
V =
Av : aire de cisaillement.
Type de profils
(I ou H)
Lamins P.R.S
( ) fwfv t.r2t2bt-AA ++= ( ) wfv t.t2-hA =
-
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5 FLEXION COMPOSEE SEULE ( M + N ) :Le moment flchissant doit vrifier : M MN
fw bt2AA =
= 5.0;
A
Amina w
plN
Nn =
6 MOMENT DE FLEXION, EFFORT TRANCHANT ET EFFORTAXIAL ( M + V + N )Lorsque leffort tranchant dpasse la moiti de leffort tranchant rsistant plastique, il
faut prendre en compte son effet, ainsi que celui de leffort axial, pour calculer le
moment rsistant plastique rduit. Si V < 0.5 Vpl rsistance de calcul sous (M) ou (M+N).
Si V 0.5 Vpl la rsistance de calcul de la section transversale aux
combinaisons de moment et effort axial doit tre calcule en utilisant une limite
dlasticit rduite fred pour laire de cisaillement Av.
Avec : ( )2
pl
yred1
V2Vetf.1f
==
yw
pl
f.A50.00.25N
MinN >
Classes 1 et 2
Classes 3
Classes 4
M < MN = Mpl
M < MN = Mel
M < MN = Meff
Classes
1 et 2
Classes 3
Classes 4
a5.01n1MM
plyNy =
( )
=2
plzNz
a1
an1MM
0Melz
z
ely
y
yM
M
M
M
f.AN ++
1Mzeff
zz
yeff
yy
yeffM
e.NM
M
e.NM
f.AN
++
++
-
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7 FLEXION DEVIEE :
Panne sur versant inclin
Figure 6-1
7.1 Calcul en lasticit (sections de classe 3)
Les moments de flexion maximaux sont : My et Mz
Les contraintes de flexion sont :z
zz
y
y
fy WM
etWM
==
On vrifie que :0
y
ydfzfy
ff
=+
On vrifie la condition de flche : 200Lf
En cas deffort axial N, il faut vrifier que : 1f.WM
f.W
M
f.AN
zdz
z
ydy
y
yd
+
+
7.2 Calcul en plasticit (sections de classes 1 et 2)
Sagissant de flexion dvie (bi-axiale), il faut vrifier que :
1M
M
M
M
plz
z
ply
y
+
O et sont des constantes :
Du ct de la scurit 1 1
Section en I et H 2 5n 1
Tubes circulaires 2 2
Tableau 6-3
-
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Avec :pl
NNn = o N est leffort normal, lors quil est nul = 1.
Les pannes soumises un effort N sont les pannes adjacentes un pignon (situes en
trave de rive) ou des pannes formant montants des poutres au vent, qui transmettent
des efforts normaux dus aux efforts du vent sur les pignons de btiment.
NOTATIONS :
NR: effort rsistant (compression/traction).
Npl : rsistance plastique de la section brute.
N0 : rsistance de calcul de la section brute au voilement local
Nu : rsistance ultime de la section nette au droit des trous de fixation
Nnet : rsistance plastique de la section nette pour les assemblages par B.P ELU
MR: moment rsistant
Mpl : moment rsistant plastique.
Mel : moment rsistant lastique.
M0 : moment rsistant au voilement local.
Mv : moment rsistant plastique rduit du fait de leffort tranchant.Aeff: aire efficace de la section
Av : aire de cisaillement.
-
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LES PHENOMENES DINSTABILITE ELASTIQUE
1 INTRODUCTIONLe calcul dune structure exige que, sous toutes les combinaisons dactions possibles,dfinies rglementairement, la stabilit reste assure. Il sagit donc de vrifier que les
contraintes et les dformations restent en dessous des limites admissibles.
- Dans le cas des petites dformations, il suffit simplement de vrifier que les
contraintes restent infrieures la contrainte de ruine.
- Dans le cas des grandes dformations, il faut vrifier :
Le flambement : phnomne trs dangereux, il affecte les pices
simplement comprimes ainsi que les pices comprimes et flchies.
Le dversement : moins dangereux, il affecte les semelles comprimes des
pices flchies.
Le voilement : de moindre importance, il affecte les mes des pices
FLAMBEMENT VOILEMENT
Les phnomnes dinstabilit lastique
Figure 7-1
-
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2 FLAMBEMENTOn dfinit : l0 : longueur relle de la barre
lk: longueur de flambement de la barre
CONDITIONS DAPPUIS lk
l0
0.7 l0
0.5 l0
2 l0
Longueur de flambement
Tableau 7-1
i : rayon de giration :A
Ii = avec I : inertie
: lancement :i
lk=
k: lancement critique Youngd'module:EavecfE
yk
=
: lancement rduit :k
=
-
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Tableau 7-4
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2.2 Flambement flexion (sans risque de dversement)
Les lments sollicits simultanment en flexion et en compression axiale, doivent
satisfaire diverses conditions, selon la classe de leur section transversale.
2.2.1 Sections de classes 1 et 2
1M
M.k
MM.k
N.
N
1M
plz
zz
1M
ply
yy
1M
pl
min
+
+
yplf.AN =
yplplf.WM =
5.1kavecAfN
1ky
yy
y
y
=
( ) 0.9avecW
WW42
yely
elyply
Myyy
+=
1.5KavecAfN
1Kz
yz
zz
=
( ) 0.9avecW
WW42
zelz
elzplz
Mzzz
+=
min = min {y , z } : coefficients de rduction
My et Mz sont les facteurs de moment uniforme quivalent pour le flambement par
flexion.
2.2.2 Sections de classe 3
Les formules tablies pour les sections 1 et 2 restent valables la condition de
remplacer Mpl
= Wpl
. fy
par Mel
= Wel
. fy
-
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Facteurs de moment uniforme quivalent
Tableau 7-5
-
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LES ASSEMBLAGES EN CONSTRUCTION
METALLIQUE
1 INTRODUCTIONUne structure mtallique est un ensemble de pices individuelles assembles.
Il existe deux possibilits dassemblage :
Assemblage des pices bout bout :
Figure 8-1
Assemblage des pices concourantes
Figure 8-2
Le rle dun assemblage est :
Runir et solidariser plusieurs pices entre elles.
Assurer la rpartition et la transmission des diverses sollicitations entre les pices
assembles sans gnrer des sollicitations parasites.
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2 FONCTIONNEMENT DES ASSEMBLAGES2.1 Fonctionnement par obstacle
Cest le cas des boulons ordinaires, non prcontraint, dont les tiges reprennent les
efforts et fonctionnent en cisaillement.
2.2 Fonctionnement par adhrence des pices assembles
Dans ce cas, la transmission des efforts sopre par adhrence des surfaces des pices en
contact. Cela concerne le soudage, le collage, le boulonnage par boulons HR
2.3 Fonctionnement mixte
Cest le cas du rivetage (et dans les cas extrmes des boulons HR), savoir que lesrivets assurent la transmission des efforts par adhrence des pices jusqu une certaine
limite, qui lorsquelle est dpasse, fait intervenir les rivets par obstacle, au
cisaillement.
3 LES ASSEMBLAGES BOULONNES3.1 Composition :Les boulons sont constitus de :
Une vis
Un crou hexagonal.
Eventuellement 1 ou 2 rondelles.
Terminologie
Figure 8-3
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3.1.1 Dsignation des vis selon les normes internationales ISO :
Vis tte hexagonale ISO 4016 M20 x 80 4.6
3.1.2 Dsignation des vis selon la norme Franaise NF E 25-004 :
Vis H M 12-60 8.8 type 1 NF E 25-112 Zn8/B/Fe
3.1.3 Dsignation des crous selon la norme Franaise NF E 25-004 :
Ecrou H, M 16, 10, type 1, NF E 25-401, Zn8/B/Fe
Normede rfrence
Terme vis tte hexagonale Symbole deFiletage mtrique
Diamtrenominal
Symbole de laclasse de qualit
Longueurde la vis
Normede rfrence
Terme vis Symbole deFiletage mtrique
Diamtrenominal
Symbole de laclasse de qualit
Longueurde la vis
Symbole de formede tte : H
Type Revtementventuel
Revtementventuel
Terme Ecrou Symbole de
Filetage mtrique
Diamtrede lcrou
Le typeSymbole de forme H pour hexagonal
Norme
de rfrence
Symbole de laclasse de qualit
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3.2 Dimensionnement des boulons ordinaires :
3.2.1 Assemblages sollicits au cisaillement:
Dans ce cas, il convient de vrifier :
o Dune part, la rsistance au cisaillement des boulons,
o Dautre part, la rsistance la pression diamtrale des pices.
Assemblages sollicits au cisaillement
Figure 8-4
Rsistance des boulons au cisaillement par plan de cisaillement :
- pour les classes de qualit 4.6 , 5.6 , 6.6 et 8.8 :
Mb
subV
Af0.6F
=
- pour les classes de qualit 4.8 , 5.8 , 6.8 et 10.9 :
Mb
subV
Af0.5F
=
As : aire de la section rsistante en traction du boulon, si le plan de cisaillement passepar la partie filete du boulon.
fub : Contrainte limite de rsistance la traction des boulons.
Mb = 1.25 coefficient de scurit pour le cisaillement.
Rsistance la pression diamtrale des pices assembles :
Mb0uB
tdf2.5F
=
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3.2.2 Assemblages sollicits la traction:
Rsistance des boulons la traction :
Mb
s
ubT
A
f0.9F =
3.2.3 Assemblages sollicits simultanment au cisaillement et la traction:
Les boulons soumis des efforts combins de cisaillement V et de traction T, doivent
satisfaire aux conditions suivantes :
1
F4.1
T
F
V
TV
+
Classe 4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 6.8 8.8 10.9
Fub [MPa] 400 400 500 500 600 600 800 1000
Caractristiques mcaniques correspondants aux diffrentes classes
Tableau 8-1
Dsignation M8 M10 M12 M14 M16 M18 M20 M22 M24 M27 M30
d (mm) 8 10 12 14 16 18 20 22 24 27 30
A (mm) 50.3 78.5 113 154 201 254 314 380 452 573 707
As (mm) 36.6 58 84.3 115 157 192 245 303 353 459 561
Principales caractristiques gomtriques des boulons
Tableau 8-2
d : diamtre de la partie non filete de la vis ;
A : section nominale du boulon ;
As : section rsistante de la partie filete.
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3.3 Dimensionnement des boulons prcontraints :
Si Fp est leffort de prcontrainte axial dans un boulon et Fs leffort de cisaillement
transmis par lassemblage et sollicitant le dit boulon, il faut vrifier que linterface despices en contact puisse transmettre leffort tangent, sans glissement,
soit : ps F.F
Fonctionnement dun boulon HR
Figure 8-5
Avec : Fp = 0.7 fub As Le coefficient de frottement doit correspondre sa valeur de calcul. Une prparation
des surfaces est ncessaire, par brossage ou grenaillage, pour liminer toute trace de
rouille ou de calamine, de graisse, etc
= 0.50 pour les surfaces de classe A = 0.30 pour celles de la classe C
= 0.40 pour celles de la classe B = 0.20 pour celles de la classe D
Classe A
Surfaces dcapes par grenaillage ou sablage, avec enlvement de toutes les plaques de
rouille non adhrentes et sans piqres de corrosion ;
Surfaces dcapes par grenaillage ou sablage et mtallises par projection
daluminium ;
Surfaces dcapes par grenaillage ou sablage et mtallises par projection dun
revtement base de Zinc, garanti dassurer un coefficient de glissement qui ne soit pas
infrieur 0,5.
Classe B : Pas de recommandation.
Classe C
Surfaces nettoyes par brossage mtallique ou la flamme avec enlvement de toutes
les plaques de rouille non adhrentes.
Classe D : Surfaces non traites.
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3.3.1 Caractristiques mcaniques des boulons :
Il existe deux classes de boulons HR, dfinies en fonction de leur contrainte limite
dlasticit fyb et de leur contrainte de rupture fub :
- les boulons HR 1 ou HR 10.9
- les boulons HR 2 ou HR 8.8
Le premier chiffre correspond fub / 100
Le second chiffre correspond 10 fyb / fub
Repre Appellation fub (MPa) Fyb (MPa)
HR 1HR 2
HR 10.9HR 8.8
1000800
900640
Principales caractristiques mcaniques des boulons HR
Tableau 8-3
3.3.2 Assemblage rsistant au glissement :
La rsistance au glissement Fs dun boulon HR prcontraint vaut :
FS = ks m Fp / MS
Avec:
Fp est la force de prcontrainte, telle que dfinie au paragraphe suivant,
est le coefficient de frottement des pices,
m est le nombre dinterfaces de frottement,
ks est un coefficient fonction de la dimension des trous de perage et vaut :ks = 1 pour les trous de tolrances normales, savoir :
1 mm pour les boulons 12 et 14
2 mm pour les boulons 16 et 24
3 mm pour les boulons 27 et plus
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4 PRECAUTIONS CONSTRUCTIVESLes assemblages constituent des zones particulires plus fragiles que les zones
courantes des pices, car les sections sont rduites du fait des perages ou la nature de
lacier affaiblie par la chauffe du soudage.Il faut proscrire (viter) tout assemblage par recouvrement simple et utiliser un
assemblage symtrique par double couvre-joint.
Assemblage par recouvrement simple Assemblage par double couvre joint
Figure 8-6 Figure 8-7
En effet, dans le 1ercas, la dissymtrie cre
un moment de flexion parasite et
lassemblage se dforme :
Dformation dun assemblage
par recouvrement simple
Figure 8-8
Il faut sassurer que les axes neutres des barres soient concourants aux nuds des treillis
dans les systmes rticuls.
Les axes neutres des barres sont concourants
Tableau 8-9
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Par ailleurs, il faut prendre en compte les majorations des contraintes engendres par les
moments secondaires dans les assemblages excentrs.
Assemblages de tubes avec excentricit
Figure 8-10
Des valeurs minimales et maximales des pinces longitudinales et transversales et de
lentraxe des boulons sont galement prescrites par lEurocode 3
Valeurs minimales et maximales des pinces
et de lentraxe des boulons
Figure 8-11
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LES ASSEMBLAGES SOUDES
1 INTRODUCTIONLe soudage est un procd qui permet dassembler des pices par liaison intime de lamatire, obtenue par fusion ou plastification.
Le soudage prsente, par rapport au boulonnage, plusieurs avantages :
- il assure la continuit de matire, et, de ce fait, garantit une bonne transmission
des sollicitations ;
- il dispense de pices secondaires (goussets, attaches, etc) ;
- il est de moindre encombrement et plus esthtique que le boulonnage.
En revanche, il prsente divers inconvnients :
- le mtal de base doit tre soudable ;
- le contrle des soudures est ncessaire et onreux ;
- le contrle des soudeurs est alatoire ;
- le soudage exige une main-duvre qualifie et un matriel spcifique.
Liaison de deux pices par soudage
Figure 9-1
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2 PROCEDES DE SOUDAGEOn peut citer :
- procd par pression ;
- procd par rsistance lectrique ;- procd par friction ;
- procd chimique au chalumeau oxyacthylnique ;
- procd au LAZER ;
- procd par bombardement lectronique ;
- procd larc au PLAZMA ;
- procd larc lectrique.
2.1 Procd chimique au chalumeau oxyacthylnique
Il utilise la combustion doxygne et dactylne, une temprature denviron 3000C,
le mtal dapport tant fourni par des baguettes dacier fusibles, ce procd est peu
utilis en construction mtallique, car il est plus onreux que les procds larc pour
des sections dacier paisses.
2.2 Procds larc lectrique
Ce sont les procds les plus couramment utiliss en construction mtallique.
Principe de soudage larc
Figure 9-2
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2.2.1 Procds lectrode non fusible (TIG)
Larc est produit entre une lectrode de tungstne non fusible et les pices, sous jet
dARGON, qui est un gaz inerte. Le mtal dapport est obtenu par fusion dune baguette
indpendante.En atelier, ce procd est semi-automatique ou automatique.
Soudage sous flux gazeux Procd TIG
Figure 9-3
2.2.2 Procds lectrodes fusibles
Un arc lectrique est cr entre une lectrode fusible (cathode) et les pices souder
(anode), grce un gnrateur de courant, alternatif ou continu, de faible voltage, mais
de fort amprage (de 50 600 ampres).
Les particules fondues de la cathode sont projetes sur lanode, au travers de larc, et se
dposent. Il suffit alors de dplacer la cathode le long du joint dassemblage pour
constituer un cordon continu de soudure.
Soudage sous flux gazeux
Figure 9-4
La protection vis--vis de latmosphre ambiante est obtenue par un gaz insuffl dans
une buse concentrique llectrode. Si le gaz est inerte, il sagit du procd MIG. Pour
un gaz actif, cest le procd MAG.
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3 DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES3.1 Dfinitions de la gorge des cordons dangle
Figure 9-5
3.2 Soudures bout bout
Figure 9-6
3.3 Soudures dangle
Figure 9-7
Il convient de ne pas arrter les soudures dangle aux extrmits des lments
assembls. Elles doivent contourner les coins des assemblages sans interruption, en
gardant leur dimension sur une longueur gale deux fois le pied du cordon, tous lesendroits o ce retour est possible dans un mme plan.
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Dispositions constructives vitant larrachement lamellaire
Figure 9-8
3.4 Autres types de liaisons soudes
Figure 9-9
4 PRECAUTIONS CONSTRUCTIVESLe soudage de lacier exige des tempratures leves qui vont provoquer une dilatation
locale des pices. Lors du refroidissement de la zone du cordon de soudure, le retraitva :
1. soit provoquer des dformations dans les pices, si ces dernires sont
librement dilatables.
2. soit gnrer des contraintes internes dans les pices, si ces dernires sont
brides.
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Dans le premier cas, pour remdier aux dformations, il est possible :
soit de donner aux pices des dformations initiales inverses, qui compenseront
les dformations en retrait ;
soit de redresser les pices froid, sous presse ;
soit deffectuer les cordons par tronons discontinus et espacs dans le temps ;
Cordons discontinus
Figure 9-10
soit de prchauffer les pices pour viter un refroidissement brusque.
Dans le second cas, pour limiter les contraintes internes, il est possible : soit dassouplir le bridage, ce qui autorisera de faibles dformations, acceptable ;
soit de post chauffer les pices.
Quelques autres prcautions lmentaires doivent tre prises :
viter lassemblage de pices de trop grande diffrence dpaisseur, car il y a risque
de dformation de la pice la plus mince et risque de fissuration du cordon de
soudure au refroidissement. Eviter les assemblages par soudure pour des pices dpaisseur suprieure 30mm.
Raliser des cordons de diamtre suprieur 4 mm et de longueur suprieure
50mm.
Veiller une bonne corrlation entre lpaisseur du cordon et lpaisseur de la plus
faible des pices assembler.
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5 CALCUL DES CORDONS DE SOUDURELes soudures bout bout ne se calculent pas.
5.1 Pr dimensionnement de la gorge
5.2 Cordons frontaux
uMww f
2N.l.a
Assemblage par cordons frontaux
Figure 9-11
Abaque de pr dimensionnement de la gorge a
Abaque 9-1
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5.3 Cordons latraux
uMww f
3N.l.a
Assemblage par cordons latraux
Figure 9-12
5.4 Cordons obliques
u
2
Mww fsin3N.l.a
Assemblage par cordons obliques
Figure 9-13
NOTATIONS :
a paisseur utile ou gorge, distance minimale de la racine la surface du cordon ;
l longueur utile du cordon ;
N effort pondr appliqu chaque cordon, suppos centr au milieu de la longueur
du cordon ;
Les coefficients w et Mw variables selon la nuance dacier :
Nuances dacier
fy fuMw w w.Mw
235 MPa
275 MPa
355 MPa
360 MPa
430 MPa
510 MPa
1.25
1.30
1.35
0.80
0.85
0.90
1.00
1.10
1.20
Tableau 9-1
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PROTECTION ET ENTRETIEN
1 INTRODUCTIONL'acier tend se dgrader superficiellement lorsqu'il est soumis des milieux corrosifs :atmosphres humides, condensation, eaux et sols. La rouille est donc devenue la terreur
des matres d'oeuvre... et des matres d'ouvrage. Pourtant, les prcautions prises la
conception et la ralisation des lments en acier permettent de la prvenir
totalement... lorsque le risque existe! Dans la plupart des cas, il faut le protger ou
utiliser une nuance assurant son autoprotection. L'acier entre dans les constructions
mtalliques sous des formes diffrentes qui ne seront pas protges de la mme faon
(profils lamins chaud pour les ossatures, tles formes froid pour les lments
plans: faades, couvertures, planchers, quipements). De plus, tous ces produits ne
seront pas soumis aux mmes agressions et les taux de corrosion ne sont pas identiques
dans toutes les atmosphres.
Pour l'acier, la forme de corrosion la plus courante est la corrosion uniforme, ou
gnralise, qui se traduit par la formation de rouille. Ce produit, compos d'oxydes
plus ou moins hydrats, ne se forme qu'en prsence d'oxygne et d'eau temprature
ordinaire. Cette corrosion est dite aqueuse et c'est la forme la plus frquemment
rencontre en construction mtallique.
D'autres formes de corrosion peuvent se manifester dans des conditions particulires :
corrosion localise, corrosion sous contrainte, corrosion haute temprature...
2 PREPARATION DE LA SURFACE DE L'ACIERLa bonne prparation de la surface de l'acier est d'une importance capitale pour obtenir
un systme de protection efficace.
Les deux facteurs principaux dans le traitement pralable des surfaces sont la propret et
la rugosit.
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2.1 Propret de surface
Le profil, ou la tle, d'acier sortant du laminoir est gnralement recouvert d'une
couche de calamine bleu fonc. Pendant le stockage l'air libre, la calamine se
transforme progressivement en rouille; celle-ci s'caille peu peu, dcouvrant l'acier
sous-jacent. Certains procds de laminage vitent la formation de calamine, tel le
laminage thermomcanique des tles.
Les diffrents procds de protection contre la corrosion, sont :
Galvanisation chaud ;
Zingage lectrolytique ; Mise en peinture ;
Mtallisation par projection suivie de mise en peinture ;
Galvanisation chaud suivie de mise en peinture.
Il existe des spcifications techniques particulires pour les prparations de surface par
grattage, piquage et brossage, jusqu' limination de la calamine et de la rouille. Cesoprations peuvent se faire au burin pneumatique, au pistolet aiguilles pneumatique ou
la brosse mtallique rotative, lectrique ou pneumatique. Le degr de soin de dcapage
correspondant ces techniques s'apprcie par rfrence la norme franaise NF E 05-50
l chantillons de comparaison viso-tactile .
2.2 Rugosit de surface
Il faut viter une rugosit excessive parce que la corrosion peut se former facilement sur
les pics de l'acier aviv, l o la couche de peinture est mince (ou au moins plus mince)
et ne constitue pas une protection suffisante. En gnral, il est souhaitable d'avoir des
carts de rugosit aussi faibles que permis par les conditions technico-conomiques.
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Des abrasifs fins nettoient plus vite et plus fond que des abrasifs gros grain, sauf s'il
est ncessaire de briser une grosse couche de calamine, d'paisses couches de rouille ou
d'anciennes peintures. Dans les installations automatiques modernes tles et profils,
la calamine est enleve au chalumeau et en chauffant avant sablage. Une rugosit(distance pic-valle) de 30 50 m est considre comme normale, 60m reprsentant
un maximum en des circonstances normales et 100 m un maximum absolu pour des
cas exceptionnels.
2.3 Procds de prparation de surface :
On distingue :
Le nettoyage par projection dabrasifs ; Le nettoyage la main ;
Le nettoyage la flamme (brlage) ;
Le dcapage chimique.
Ces procds peuvent sappliquer diffremment sil sagit de structures nouvelles,
dentretien ou de parties soudes.
2.3.1 Nettoyage par projection d'abrasifs
Le nettoyage par abrasif est le procd de prparation de surface le plus rpandu pour
l'acier de construction. Ce prtraitement peut tre fait sur des ensembles aussi bien que
sur des profils et tles. Les trois procds principaux sont les suivants :
pneumatique: particulirement utile autour des crous, boulons et ttes de rivets,
l'abrasif est vhicul par air comprim la main ou automatiquement ; centrifuge: l'abrasif est projet par une turbine, procd toujours automatique ;
humide: l'abrasif est transmis par jet d'eau sous pression (quelquefois on utilise un
inhibiteur).
Il existe un grand nombre d'abrasifs. Le sable classique (souvent du quartz) est prohib
dans la plupart des pays europens en raison du danger de silicose. Les abrasifs les plus
employs sont des particules d'acier sous forme de grenaille angulaire ou sphrique et le
corindon (oxyde d'aluminium). Ils peuvent tre rcuprs. Les abrasifs non rcuprables
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sont les scories ou produits minraux dans lesquels la silice n'est prsente que sous une
forme combine et inoffensive.
Si l'acier est trs rouill, le grenaillage peut tre assez long. Il n'est pas toujours possible
d'obtenir conomiquement des standards de premire qualit; aussi est-il recommand
de sabler l'acier ds qu'on le peut aprs laminage. Une surface sable ou grenaille est
extrmement sensible l'action des agents atmosphriques. Elle tend s'oxyder
rapidement. Il y a lieu de la protger sans attendre (le dlai s'tend de deux six heures
selon l'humidit de l'atmosphre ambiante) et de passer immdiatement l'application
d'une couche primaire.
2.3.2 Procd manuel
On dispose pour cela d'un grand choix d'outils main et mcaniques, par exemple :
grattoirs, marteaux de piquage, brosses mtalliques rotatives, disques et autres outils
abrasifs.
Dans la plupart des cas, un dgraissage pralable est ncessaire. La qualit de
prparation de la surface par procd manuel est toujours infrieure celle obtenue par
sablage. C'est donc pour l'oprateur une grande responsabilit. Dans certains cas, le
procd utilis pour la prparation de la surface dtermine le choix de la peinture
primaire.
2.3.3 Nettoyage la flamme (brlage)
Ce procd d'limination de calamine et de rouille peut tre utilis sur des tles de plus
de 5 mm d'paisseur. Le plus souvent, on utilise un dispositif balai qui envoie decourtes flammes chaudes la surface de l'acier. La rapide lvation de la temprature
provoque par le mlange oxygne-actylne ou oxygne-propane brise les impurets
de la surface. Le nettoyage n'est cependant pas complet. Pour obtenir une qualit leve,
il faut ensuite une opration de sablage, dcapage chimique ou par abrasion.
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2.3.4 Dcapage chimique
C'est un autre procd, effectu dans des installations industrielles, pour enlever
calamine et rouille. Aprs le dcapage, on effectue un rinage trs soign l'aide de
solutions neutralisantes et grande eau afin de neutraliser la formation de rouille. Il faut
procder ensuite un schage complet avant de peindre. Dans le dcapage, les rsultats
dpendent plus de l'habilet de l'oprateur que dans le sablage. Le nettoyage chimique
est le plus souvent utilis avant galvanisation. Les produits utiliss sont nombreux: ptes
ou solutions forte teneur en acide, mais aussi acclrateurs de dcapage, ralentisseurs
d'attaque, solvants, dtergents, etc.
Les acides suivants sont habituellement utiliss :
Acide chlorhydrique (Hcl) : employ froid aprs addition d'un inhibiteur afin d'viter
une attaque excessive. Grande ractivit la surface. Faible concentration (< 5 %).
Acide sulfurique (H2SO4) : employ chauff. Concentration un peu plus leve que
Hcl (environ 10 %).
Acide phosphorique (H3PO4) : plus coteux que les deux premiers. Les traces d'acide
restantes se transforment en phosphates de fer qui produisent une passivation de la
surface de l'acier. Concentration pour dcapage 15 % et pour passivation 2 %,
temprature 70 90 C. La fine couche de phosphate qui subsiste sur l'acier chaud
forme un liant suffisant pour permettre l'application immdiate de peinture.
2.3.5 Nettoyage des soudures
Lorsque les pices de charpentes sont prpares et pr peintes avant leur usinage, il faut
veiller masquer la zone des soudures (normalement une zone de 50 mm de large
suffit). Les couches de peinture existantes peuvent tre enleves par sablage ou
polissage. En nettoyant les soudures, il faut non seulement considrer la soudure elle-
mme, mais aussi les dpts alcalins laisss la surface par certains procds de
soudage et les projections ou les gouttes au voisinage des soudures.
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Pour le sablage des soudures, il existe des buses spciales: le sablage est alors effectu
dans une zone troite qui laisse intacte la surface voisine, souvent dj r