Fascicule de Cours Cm

8/10/2019 Fascicule de Cours Cm

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WISSEM TAKTAK

Niveau : 3

Edition 2005

Rads


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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

INTRODUCTION

Jusqu 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 ACIER

2.1 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 DE

STRUCTURE

3.1 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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4

CARACTERISTIQUES DES PROFILES

Caractristiques des profils H europens HEA

Tableau 1-1


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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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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 CONSTRUCTION

METALLIQUE:

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

DEFINITIONS

Aiguille :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.


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Fatage : Arte longitudinale forme au sommet dune toiture par la rencontre des 2

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 pourfonction de supporter la couverture.

Versant :Plan inclin dune toiture.


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GENERALITES SUR LES CHARGES ET

SURCHARGES REGLEMENTAIRES :

1 ETATS LIMITES

Les 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) f2 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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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 Ceet 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 EXTERIEURES

La 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= 0.3

Constructions 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 INTRODUCTION

Le 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 AUTRES

SURFACES

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


34/76

Toitures simples deux versants plans

Figure 5-5


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ETUDE DES ELEMENTS FLECHIS

1

CHOIX ENTRE ANALYSE PLASTIQUE ET ANALYSE

ELASTIQUE

Les 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 TRANSVERSALES

Les 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 MvMRsi 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 EFFORT

AXIAL ( 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 fredpour 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

++

++


40/76

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 : Myet 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


41/76

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.


42/76

LES PHENOMENES DINSTABILITE ELASTIQUE

1

INTRODUCTION

Le 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


43/76

2

FLAMBEMENT

On 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

=


44/76

2.1 Flambement simple

Le risque de flambement nest considrer que si : 0.2>

En ce cas, la sollicitation N de compression simple doit satisfaire :

1M

y

Af.A..N

A M1

Classe 1, 2 et 3 1 1.1

Classe 4A

Aeff

1.1

Tableau 7-2

: est le coefficient de rduction quon peut dterminer partir du tableau suivant en

fonction du mode de flambement considrer.

Coefficient de rduction Tableau 7-3


45/76

Tableau 7-4


46/76

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 M

el= W

el. f

y


47/76

Facteurs de moment uniforme quivalent

Tableau 7-5


48/76

LES ASSEMBLAGES EN CONSTRUCTION

METALLIQUE

1 INTRODUCTION

Une 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.


49/76

2

FONCTIONNEMENT DES ASSEMBLAGES

2.1 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 BOULONNES

3.1 Composition :Les boulons sont constitus de :

Une vis

Un crou hexagonal.

Eventuellement 1 ou 2 rondelles.

Terminologie

Figure 8-3


50/76

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


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



51/76

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

=


52/76


53/76

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 fubAs 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.


54/76

3.3.1 Caractristiques mcaniques des boulons :

Il existe deux classes de boulons HR, dfinies en fonction de leur contrainte limite

dlasticit fybet 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 Fsdun boulon HR prcontraint vaut :

FS = ksm Fp/ MS

Avec:

Fpest la force de prcontrainte, telle que dfinie au paragraphe suivant,

est le coefficient de frottement des pices,

m est le nombre dinterfaces de frottement,

ksest 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


55/76

4

PRECAUTIONS CONSTRUCTIVES

Les 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


56/76

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


57/76

LES ASSEMBLAGES SOUDES

1

INTRODUCTION

Le 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


58/76

2

PROCEDES DE SOUDAGE

On 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


59/76

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.


60/76

3

DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES

3.1 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.


61/76

Dispositions constructives vitant larrachement lamellaire

Figure 9-8

3.4 Autres types de liaisons soudes

Figure 9-9

4 PRECAUTIONS CONSTRUCTIVES

Le 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.


62/76

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.


63/76

5

CALCUL DES CORDONS DE SOUDURE

Les 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


64/76

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 wet Mwvariables 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


65/76

PROTECTION ET ENTRETIEN

1

INTRODUCTION

L'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 ACIER

La 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.


66/76

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.


67/76

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, 60mreprsentant

un maximum en des circonstances normales et 100 mun 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


68/76

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.


69/76

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 recouverte d'une

peinture primaire. De cette manire, les soudures peuvent tre prtraites avant peinture

au mme degr de prparation que le mtal environnant.Les pistolets aiguilles sont des appareils mcaniques portatifs: ils contiennent un

faisceau d'aiguilles en acier tremp qui peuvent se dplacer indpendamment les unes

des autres. Ceci permet d'effectuer un bon nettoyage sur des cordons de soudure de

forme irrgulire. Le degr de propret n'est toutefois pas aussi bon que celui obtenu par

grenaillage.

Le meulage des soudures ne se fait que lorsque des raisons esthtiques l'exigent. La

surface est alors entirement propre et de bonne qualit.

3 REVETEMENT DES STRUCTURES PAR PEINTURE

L'emploi des peintures est le procd le plus couramment utilis pour protger l'acier

contre la corrosion. Comme beaucoup d'autres, la technique des peintures a fait de

grands progrs. En consquence, on obtient une dure de vie beaucoup plus longue

avant la premire priode d'entretien.

3.1 Choix du type de peinture

Type Caractristiques

Peintures alkydes et lhuile

Huiles siccatives ;

Rsines alkydes ;

Rsines alkydes

modifies ;

Vernis phnoliques ;

Esters poxydiques.

Elles conviennent des atmosphres modrment agressives ;

Elles ne rsistent pas aux attaques chimiques directes ni

limmersion dans leau ;

Elles conservent leur brillant lair libre ;

Elles conviennent presque tous les modes dapplication ;Elles peuvent tre repeintes mme aprs un service


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prolong ;

Elles sont peu coteuses ;

Peintures un constituant rsistant aux produits chimiques

Caractristiques

communes

Elles ont une excellente rsistance leau (y compris en

immersion) ;

Elles ont une bonne rsistance aux acides inorganiques et

aux alcalis ;

Leur rsistance la temprature est de 65C maximum.

Peintures vinyliquesElles ont une bonne rsistance aux produits chimiques ;

Elles peuvent tre repeintes sans difficult.

Les peintures faible consistance :

Elles prsentent une assez bonne rsistance aux agents

chimiques et sappliquent facilement ;

Elles sont surtout utilises en milieu moyennement agressif

et en milieu marin. (entre autres comme peintures marines)Peintures au

caoutchouc chlorLes peintures forte consistance et rsistance maximale aux

agents chimiques :

Elles sont utilises dans les atmosphres chimiques

agressives et en industrie chimique

Peintures

bitumineuses

Elles sappliquent surtout aux structures immerges et

souterraines ;

Elles ont le grand avantage dtre impermables leau ;

Elles ne rsistent pas lhuile ni aux faibles couches dhuile

la surface de leau.

Peintures base de

rsines base deau

Elles ont dexcellentes proprits mcaniques

Peintures base de

polyurthanne schant

lhumidit

Elles offrent la plupart des performances des peintures

base de polyurthanne deux constituants.

Peintures deux constituants rsistant aux produits chimiques


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Peintures poxydiques

Elles ont une bonne adhrence ;

Elles ont une bonne rsistance labrasion (usure par

frottement) ;

Elles ont une bonne rsistance mcanique une large

gamme dacides, alcalis, huiles et solvants ;

Elles supportent une lgre dformation ;

Elles se ternissent (perdent leur clat) sous leffet dun soleil

ardent et ont tendance poudrer au bout dun certain

temps.

Peintures base de

polyurthanne

Leur comportement mcanique et chimique est sensiblement

le mme que celui des rsines poxydiques mais elles

gardent leur brillant plus longtemps.

Tableau 10-1

3.2 Systme de peinture

Un systme de peinture de lacier de construction comprend :

Une ou des couches primaires : constituer une base dadhrence pour les couches

ultrieures et inhiber le processus de corrosion.

Une ou des couches intermdiaires : contribuer lpaisseur totale du revtement.

Une ou des couches de finition : rsister linfluence de latmosphre

Le systme de peinture sapplique sur une surface prpare. Plus une peinture est de

bonne qualit, plus la surface doit tre prpare.


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3.3 Modes d'application des peintures

Dans le cas de l'acier de construction l'application se fait : la brosse ; au rouleau ; par

pulvrisation pneumatique ; par pulvrisation sans air.

Le choix d'un mode d'application ne se fait pas seulement en fonction du rsultat

technique mais aussi du prix de revient. Celui-ci varie beaucoup d'une mthode l'autre.

Un autre point important est la distinction entre couche primaire, intermdiaire ou de

finition. Certaines peintures, par exemple les peintures haute viscosit, ont une

consistance leve et exigent de ce fait des techniques particulires d'application.

3.3.1 Application la brosse

Elle ne peut tre faite qu' la main et reprsente donc un travail long et coteux. La

peinture est au mieux applique sur une surface d'acier rugueuse, par exemple

grenaille. Cette mthode convient donc pour l'application de la premire couche

primaire des peintures ordinaires.

L'application la brosse se faisant lentement, l'oprateur a le temps de contrler sonpropre travail et de retoucher immdiatement d'ventuelles imperfections. Un autre

avantage de ce procd est qu'il y a peu de perte de peinture.

3.3.2 Rouleau

Il est surtout utilis sur des surfaces planes. La mthode est beaucoup plus rapide que la

brosse et plus conomique par unit de surface. La perte en peinture est plus grande en

raison de l'coulement. Le principal inconvnient par rapport la brosse est la moins

bonne adhrence sur le subjectile. Ce procd est donc viter pour les couches

primaires.


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3.3.3 Pulvrisation pneumatique

C'est le mode d'application le plus employ et il est pratiquement universel. Nanmoins,

il prsente certains inconvnients lorsqu'il est appliqu aux charpentes mtalliques. Pour

pouvoir tre projete, la peinture doit avoir une teneur leve en solvant ce qui donne de

faibles paisseurs (30-35m)par passe si l'on veut viter des coulures.

3.3.4 Pulvrisation sans air

Dans ce procd, la peinture est amene au pistolet sous une pression leve (jusqu' 20

MPa ou 200 bars) et pulvrise sans air dans le gicleur, grande vitesse. Les particules

de peinture sont projetes violemment la surface de l'acier, ce qui produit un excellentcontact. C'est donc une bonne mthode pour appliquer les couches primaires.

Elle convient aussi aux couches intermdiaires et de finition. Elle permet galement

d'appliquer une paisseur considrable de peinture en une fois. Tous ces avantages

runis en font une mthode presque idale pour l'acier.


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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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Eurocode 3), Editions Eyrolles 2metirage (1997).

[2] JEAN MOREL - Calcul des Structures Mtalliques selon lEurocode 3, Editions

Eyrolles 3metirage (1997).

[3] PIERRE MAITRE Formulaire de la construction mtallique, Editions Le

Moniteur (1997).

[4] CLAUDE CORBET Dessin de construction en ouvrage ouvrages chaudronns et

structures mtalliques, Editions Casteilla (2000).

[5] PIERRE BOURRIER, JACQUES BROZZETTI Construction mtallique et

mixte Acier - Bton (selon les Eurocodes 3 et 4) Tome I et Tome II,

Editions Eyrolles (1996).

[6] J.-M. DESTRAC, D. LE FAIVRE, Y. MALDENT, S. VILA Mmotech (gnie

civil), Editions Casteilla (1996).

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Modulo Editeur.

[8] C.HAZARD, F. LELONG, B. QUINZAIN Mmotech (structures mtalliques),

Editions Casteilla (1997).


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[9] ELDAR RAMAZANOV Pratique des constructions mtalliques et mixtes,

Editions Centre de publication universitaire (2000).

[10] JACQUES BROZZETTI, MANFRED A. HIRT, ROLF BEZ Construction

mtallique (exemples numriques adapts aux Eurocodes), Editions Presses

polytechniques et universitaires Romandes (1995).

[11] J. F. DROUET Manuels Drouet calcul des constructions mtalliques Fascicule

(A, B, C et D), Editions G. M. Perrin (1970).

[12] J. F. DROUET Manuels Drouet calcul des constructions mtalliques Fascicule

(E), Editions G. M. Perrin (1970).

[13] MANFRED A. HIRT, MICHEL CRISINEL Conception des charpentes

mtalliques, Editions Presses polytechniques et universitaires Romandes (2002).

[14] JACQUES BROZZETTI Eurocode 3 et document dapplication nationale

Calcul des structure en acier Partie 1-1 (Rgles gnrales et rgles pour les btiments),

Editions Eyrolles (1996).

[15] MANFRED A. HIRT, MICHEL CRISINEL Charpentes mtalliques

Conception et dimensionnement des halles et btiments, Editions Presses

polytechniques et universitaires Romandes (2002).

[16] PIERRE MAITRE Formulaire de la construction mtallique A jour des

Documents

Fascicule de Cours Cm