Cours CM [PDF]

Zitiervorschau

REPUBLIQUE DU NIGER C E T/ASNI DE NIAMEY Département Génie Civil

ILLA ADAMOU Ingenieur General de B.T.P

SOMMAIRE :

Introduction Chapitre 1 : Caractéristiques des Constructions en Acier…………………………….7 Chapitre 2 : Caractéristiques des Aciers de charpente métallique………………...…9 Chapitre 3 : Efforts pris en compte dans les calculs des charpentes métalliques-justification de la sécurité…................................................................11 Chapitre 4 : Présentation et terminologie d’une ossature métallique………………16 Chapitre 5 : Détermination des effets du vent sur une construction prismatique à base rectangulaire reposant sur le sol-cas courant des bâtiments……………………….18 Chapitre 6 : Dimensionnement des pièces métalliques en flexion..................…...24 Chapitre 7 : Dimensionnement des pièces métalliques en traction……..………….29 Chapitre 8 : Dimensionnement des pièces métalliques en compression simple……30 Chapitre 9 : Dimensionnement des pièces métalliques en flexion composée…….36 Chapitre 10 : Les fermes……………………………………………….……39 Chapitre 11 : Les assemblages……………………………………………………42 Chapitre 12 : Le calcul des assemblages particuliers--------------------------------Chapitre 13 : Pathologie des ouvrages métalliques-------------------------

INTRODUCTIO N

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Concevoir et construire sont les phases essentielles et complémentaires de l’acte de construire assurées par les maitres d’œuvre, architectes et ingénieurs, et les entreprises. Leurs savoirfaire, leurs compétences, leurs cultures doivent s’accorder pour produire une architecture de qualité, qui réponde au mieux aux pratiques et exigences des usagers et s’insère durablement dans un environnement donné. Concevoir et construire se font avec des matériaux et chacun d’entre eux a ses spécificités tant sur le plan conceptuel que technique, mécanique et formel. Matériau de structure, mais aussi de plancher, de façade, de couverture, de cloisonnement, d’aménagement, l’acier peut être partout présent dans un édifice et ce à des degrés très divers, en gros œuvre comme en second œuvre, suivant le désir des concepteurs et des clients. C’est un matériau dont la préparation et la mise en forme se fait en grande partie en atelier et dont les éléments sur le chantier prêts à être montés et associés à d’autres matériaux. La logique de la construction avec l’acier est une logique d’assemblage, où l’ossature se fait par points porteurs de type poteaux-poutres, sur lesquels viennent se greffer les éléments de planchers, d’enveloppe et de partitions. Là aussi, l’anticipation des choix techniques permet de tirer parti au mieux des possibilités architecturales du matériau. L’acier relève d’un univers bien spécifique avec ses familles de produits, longs ou plats, ses profilés à froid, ses pièces moulées, forgées ou mécano soudées, ses poutres, poutrelles et poteaux en forme de H de I, de U, etc. Suivant le projet, la structure sera plane, spatiale ou encore suspendue, haubanée… Elle pourra être mixte, en acier-béton, ou tout acier, souvent associée à des façades en verre, des panneaux de bois, de béton, de plâtre… Elle peut être formée d’arcs, de poutres cintrées, de poutres en treillis, de poutres alvéolaires, de tubes et être associée à des planchers secs ou mixtes. Les portées peuvent être grandes, sans point d’appui intermédiaire, etc. L’acier se prête à toutes sortes de mises en œuvre et offre une gamme importante d’aspects. On peut même dire qu’il existe des aciers puisque l’acier inoxydable par exemple n’a pas la même composition que l’acier au carbone, et que ceux-ci se déclinent en de multiples nuances. 3

L’utilisation de l’acier dans la construction remonte à la fin du XIXe siècle, bien que les métaux ferreux soient connus depuis environ quarante siècles. Auparavant on employait la fonte qui peut se mouler facilement mais se révèle cassante et impossible à forger. Il faut donc l’assembler à l’aide de boulons, de vis ou de clavettes. On est progressivement passé, à partir des années 1840, de l’usage de la fonte à celui du fer puddlé, la fonte étant affinée industriellement pour obtenir du fer pur, plus souple et plus facile à laminer, à percer et à forger. Le principe des rivets posés à chaud a permis de disposer d’un mode d’assemblage universel et facile à mettre en œuvre. C’est une cinquantaine d’années plus tard que l’acier a pu être produit de façon industrielle et s’imposer ainsi à partir des années 1890 comme le matériau de la construction métallique, avec des caractéristiques physiques bien supérieures au fer grâce à la présence de traces bien dosées de carbone et d’autres éléments chimiques. L’assemblage s’est d’abord fait avec des rivets, puis, à partir des années 1930, par la soudure ou le boulonnage. La sidérurgie n’a cessé de perfectionner les qualités de ses aciers. La masse volumique de l’acier est de 7850 kg/m3. Un mètre cube d’acier pèse donc près de 8t. La profession de la construction métallique connait actuellement une période de transition en matière de règles de conception et de calcul des structures en acier au Niger. Les règles CM66 et leur additif80, ainsi que les normes d’assemblages qui les complètent, restent en vigueur au Niger. Mais elles continueront à cohabiter avec l’Euro Code en occurrence EC3 qui sont présentement les règles valables en France en matière de règles de conception et de calcul des structures en acier.

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Caractéristiques des Constructions en Acier

I – INTRODUCTION Le vocable « structures métalliques » regroupe trois (3) champs professionnels : La chaudronnerie, tuyauterie et tôlerie industrielle ; ● La construction métallique ; ● La construction navale. ● Dans la nomenclature interprofessionnelle des métiers, la chaudronnerie est rattachée à la construction mécanique alors que la construction métallique est recensée dans les métiers du bâtiment. La construction métallique est un corps d’état du BTP. Ses activités s’étendent de l’étude au montage sur chantier en passant par le calcul, le dessin et la fabrication. Elle construit des ouvrages aussi variées que : Des immeubles ; ● Des bâtiments industriels ; ● Des bâtiments agricoles ; ● Des ponts ; ● Des passerelles ; ● Des pylônes ; ● Des silos ; ● Des plates-formes de forage. ● II- Avantages (de l’utilisation de l’acier) Sa légèreté : l’acier est un matériau de haute caractéristiques mécaniques ● et son ratio résistance/poids est très bon ; Son homogénéité : l’acier est un matériau homogène aux caractéristiques ● physiques et mécaniques parfaitement connue ; La rapidité d’édification des ouvrages métalliques : l’acier est un matériau ● qui se travaille en usine ; Sa flexibilité d’utilisation : les extensions ou renforcement d’ossature sont ● faciles à réaliser ; Ses performances d’exploitation : les hautes caractéristiques mécaniques ● de l’acier conduisent à des structures de grande portée dégageant des faibles encombrements en plancher (meilleure gestion des espaces).

III- Inconvénients (des structures métalliques) 7

Le prix : l’acier est un matériau de haute technicité et importé, donc ● onéreux ; La légèreté: le poids propre des structures métalliques étant faible, l’effet ● des surcharges d’exploitation et climatiques sera prédominant dans les calculs ; L’élasticité de l’acier ;: les bonnes performances de résistance mécanique ● de l’acier sont accompagnées de déformations importantes ; La corrosion de l’acier : pour éviter l’oxydation, il faut traiter l’acier en ● surface ; Le mauvais comportement de l’acier au feu : l’acier perd 40% de sa ● résistance à la traction à une température de 600°. Les structures métalliques s’effondrent entre 400 et 500° ; La normalisation des éléments métalliques : les ossatures métalliques sont ● réalisées avec des gammes discontinues de profilés normalisés (IPE, HEA, UPN, carrés, cornières etc…). Cette discontinuité provoque souvent une sur consommation d’acier. IV- La place de l’acier dans le secteur général de la construction L’utilisation de l’acier est surtout réservée : Aux constructions industrielles nécessitant des toitures de moyenne ou ● grande portée (usines, entrepôts, hangars, grands magasins…) ; Aux bâtiments de grandes hauteurs ; ● Aux ouvrages de franchissement (ponts). ●

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Caractéristiques desAciers de CharpenteMétallique ILes différentes qualités d’acier Les aciers utilisés en construction se différencient en particulier par leur pourcentage (%) de carbone et aussi leur pourcentage (%) en impuretés de soufre, phosphore, manganèse et silicium. Suivant le pourcentage du carbone on distingue des aciers de plus en plus durs : -c