Concevoir Et Construire en Acier Livre

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Marc Landowski

Bertrand Lemoine

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Collection Mmentos acier

Concevoir etconstruire

en acierMarc LandowskiBertrand Lemoine

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Nous remercions galement pour leur contribution :Louis Fruitet, les ditions du Moniteur, les ditionsParenthses, les ditions Publimtal, les Presses polytechniques et universitaires romandes, lOtua,les socits Arcelor Sections Commercial, Haironville,PAB, Lafarge pltre, Profil du Futur, Ugine & ALZ.

Ralisation

Building & Construction Support19 avenue de la LibertL-2930 Luxembourgwww.constructalia.comwww.arcelor.com

Auteurs Marc LandowskiBertrand Lemoine

Direction ditorialeCedam / Bertrand Lemoine130, avenue de VersaillesF-75016 Paris France

Coordination ditorialeEve Jouannais

Conception graphiqueJoseph Dfossez

Nous remercions pour leur relecture attentive et leurs corrections judicieuses : agence Dubosc et Landowski,Thierry Braine-Bonnaire, JeanDalsheimer, Grard Delassus,Jean-Louis Gauliard, Patrick Le Pense, Pierre Quaquin, BrunoThret, Loc Thomas, AurlienTrutt.

Tous droits de reproduction,de traduction et dadaptation rservs pour tous pays.

Arcelor, Luxembourg, 2005

ISBN : 2952331804

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Concevoir et construire sont les phases essentielles et complmentaires de lactede btir assures par les matres duvre, architectes et ingnieurs, et les entre-prises. Leurs savoir-faire, leurs comptences, leurs cultures doivent saccorder pourproduire une architecture de qualit, qui rponde au mieux aux pratiques et exi-gences des usagers et sinsre durablement dans un environnement donn.

Concevoir et construire se font avec des matriaux et chacun dentre eux a ses sp-cificits tant sur le plan conceptuel que technique, mcanique et formel. Matriaude structure, mais aussi de plancher, de faade, de couverture, de cloisonnement,damnagement, lacier peut tre partout prsent dans un difice et ce des degrstrs divers, en gros uvre comme en second uvre, suivant le dsir des concepteurset des clients. Il reprsente un choix dterminant ds la conception, structurelnotamment, qui exige rigueur et prcision mais qui donne matrise du projet, libertde cration et choix de solutions adaptes.

Construire avec de lacier relve de la filire composite. Cest un matriau dont laprparation et la mise en forme se fait en grande partie en atelier et dont les l-ments arrivent sur le chantier prts tre monts et associs dautres matriaux.La logique de la construction avec lacier est une logique dassemblage, o lossa-ture se fait par points porteurs de type poteaux-poutres, sur lesquels viennent segreffer les lments de planchers, denveloppe et de partitions. L aussi, lantici-pation des choix techniques permet de tirer parti au mieux des possibilits archi-tecturales du matriau.

Lacier relve dun univers bien spcifique avec ses familles de produits, longs ouplats, ses profils froid, ses pices moules, forges ou mcanosoudes, sespoutres, poutrelles et poteaux en forme de H de I, de U, etc. Suivant le projet, lastructure sera plane, spatiale ou encore suspendue, haubane Elle pourra tremixte, en acier-bton, ou tout acier, souvent associe des faades en verre, des pan-neaux de bois, de bton, de pltre Elle peut tre forme darcs, de poutres cintres,de poutres en treillis, de poutres alvolaires, de tubes et tre associe des plan-chers secs ou mixtes. Les portes peuvent tre grandes, sans point dappui inter-mdiaire, etc. Lacier se prte toutes sortes de mises en uvre et offre une gammeimportante daspects. On peut mme dire quil existe des aciers puisque lacierinoxydable par exemple na pas la mme composition que lacier au carbone, et queceux-ci se dclinent en de multiples nuances.

Dans cet ouvrage de la collection Mmentos acier sont abords de manire syn-thtique et didactique tous les aspects importants de la construction en acier. Lesqualits mcaniques de ce matriau, les possibilits techniques et formelles quiloffre sont prsentes et largement illustres de dessins et de photographies, avecle souci constant de faire de ce manuel un outil daide la conception la foissimple et pratique, utile aux professionnels et aux tudiants.

(Avant-propos)

1 LE MATRIAU ACIERLes produits longs 8Les produits plats 10

2 LE COMPORTEMENT MCANIQUE DE LACIER

3 LA CONCEPTION GNRALE DE LA STRUCTURELes efforts appliqus la structure 19La stabilit de louvrage 23La descente de charges 28La note de calcul 29

4 LES LMENTS DE LA STRUCTURELes poutres en treillis et les fermes 34Les cadres articuls et les portiques 36Les arcs et les catnes 39Les structures spatiales 40Les structures tendues et haubanes 44Les ossatures lgres 48Les assemblages 49

5 LES PLANCHERSLes dalles bton 55Les dalles sur bacs acier 56Les dalles avec bacs collaborants 57Les planchers secs 60

6 LES FAADESLe contrle des ambiances 63La composition de la faade 65Les types de faade 67Les faade rideau et faade panneau 69Les bardages 72Les points singuliers 74

30

62

6

12

18

54

(Sommaire)

7 LES COUVERTURES Les toitures-terrasses pente nulle 77Les toitures-terrasses plates ou rampantes 78Les toitures inclines ou cintres 79Les typologies de couverture 81

8 LES AMNAGEMENTS INTRIEURS ET LA SERRURERIELes cloisonnements 85La plafonds 87La serrurerie 88

9 LA PROTECTION CONTRE LA CORROSIONLes revtements mtalliques 91Les peintures 92Les aciers inoxydables 94Les aciers patinables 95

10 LA PROTECTION CONTRE LINCENDIELe comportement des structures 99La protection des structures 101

11 LE DVELOPPEMENT DURABLE

ANNEXESLa fabrication de lacier 109Bibliographie 111Crdits iconographiques 112

76

84

90

96

106

109

Lacier est un matriau issu de la rduction du minerai de fer ou du recyclagede ferrailles. Le fer est un lment trs rpandu dans lcorce terrestre dontil reprsente 5 % mais on ne le trouve pas ltat pur. Il est combin avecdautres lments et ml une gangue terreuse. La rduction de cet oxydencessite lemploi dun combustible : du charbon de bois jusquau XVIIIe sicle,puis du charbon de terre. Le mtal ainsi obtenu est de la fonte qui contient96 % de fer et 3 4 % de carbone et partir de laquelle on produit de lacier.

Lutilisation de lacier dans la construction remonte la fin du XIXe sicle, bienque les mtaux ferreux soient connus depuis environ quarante sicles.Auparavant on employait la fonte qui peut se mouler facilement mais se rvlecassante et impossible forger. Il faut donc lassembler laide de boulons,de vis ou de clavettes. On est progressivement pass, partir des annes 1840,de lusage de la fonte celui du fer puddl, la fonte tant affine industriel-lement pour obtenir du fer pur, plus souple et plus facile laminer, perceret forger. Le principe des rivets poss chaud a permis de disposer dunmode dassemblage universel et facile mettre en uvre.

Cest une cinquantaine dannes plus tard que lacier a pu tre produit defaon industrielle et simposer ainsi partir des annes 1890 comme le mat-riau de la construction mtallique, avec des caractristiques physiques biensuprieures au fer grce la prsence de traces bien doses de carbone etdautres lments chimiques. Lassemblage sest dabord fait avec des rivets,puis, partir des annes 1930, par la soudure ou le boulonnage. La sidrurgiena cess de perfectionner les qualits de ses aciers. La masse volumique delacier est de 7850 kg/m3. Un mtre cube dacier pse donc prs de 8 t.

Les familles dacier

On distingue les aciers dits aciers au carbone des aciers inoxydables. Lacierau carbone est aujourdhui fabriqu par deux grandes filires dimportance peu prs gales : la filire fonte, o lon rduit du minerai de fer dans un haut-fourneau avant passage au convertisseur pour transformer la fonte en acier,et la filire lectrique, o lon traite directement des ferrailles (voir La fabri-cation de lacier en annexe). Dans les deux cas lacier est mis nuance dans une station daffinage. Lacier inoxydable est quant lui produit uni-quement partir de la filire lectrique.

Les aciers de construction contiennent en gnral de 0,1 1 % de carbone.Les additions sont variables : manganse, silicium, molybdne, chrome, nic-kel, titane, tungstne... En fonction de ses composants lors de la mise nuance et des traitements thermiques subis par les alliages lors de leur la-boration, lacier aura des rsistances mcaniques variables. Il existe plus de3 000 nuances dacier.

M m e n t o s a c i e r6

1 LE MATRIAU ACIER

Exemples de types dacier. Acier inoxydable austnitique :acier alli avec 17 % minimum dechrome, 7 % minimum de nickel, plus ventuellement du molybdne,du titane, du niobium.... Acier inoxydable ferritique : acieralli avec 17 % 28 % de chrome, 0,1 % maximum de carbone, ventuellement du molybdne. Acier inoxydable martensitique :acier alli avec 12 17 % de chrome,0,1 1 % de carbone, ventuellementdu molybdne, du nickel, du soufre. Acier autopatinable (Corten,Indaten, Paten...) : acier faiblementalli avec un faible pourcentage de cuivre, du nickel et du chrome.

Les formes de produits

Pour obtenir leur forme de finition et leurs caractristiques mcaniques lesaciers courants dans la construction sont : lamins : ce sont les produits les plus couramment utiliss dans la construc-tion mtallique. Les demi-produits sont dforms successivement au traversdes laminoirs constitus par des cylindres qui compriment et tirent la masserelativement mallable en raison de sa temprature encore leve. Ltape ult-rieure possible est le laminage froid. Ce procd est principalement utilispour faonner des tles minces qui sont ensuite galvanises et/ou pr-laques ; tirs ou trfils : par tirage ou trfilage ( chaud ou froid) on amne unproduit dj lamin une section plus rduite et une plus grande longueurpour former des barres ou des fils.

On distingue ds lors : les produits longs (poutrelles, palplanches, cbles, fils, ronds bton...), obte-nus par laminage chaud, tirage ou trfilage ; les produits plats (tles, bardages, profils minces, profils creux...) qui subis-sent en gnral un laminage froid supplmentaire, lexception des tles deforte paisseur.

Il existe aussi dautres procds moins courants de fabrication de pices tellesque le forgeage, le moulage...

La classification des produits

tant donn la vaste gamme de produits en acier offerte aux concepteurs, lancessit dune rglementation des produits sidrurgiques apparat vidente,concernant le produit (forme, dimensions, aspect et tat de surface) mais aussisa mise en uvre. Actuellement, lheure est la transition des normes natio-nales aux normes europennes.

La norme europenne comporte toujours les deux lettres EN (EuroNorme)prcdes pour chaque pays par celles son sigle national (par exemple : NFpour la France, DIN pour lAllemagne, BS pour la Grande-Bretagne) ; viennentensuite de un cinq chiffres.

La norme indique les exigences techniques, les procds dlaboration, ltatde livraison, la composition chimique, les caractristiques mcaniques et tech-nologiques, ltat de surface.Nous retiendrons deux types de normes : les normes dfinissant les nuances dacier ; les normes spcifiques aux produits accompagnes de leur tolrance.

Laminage froid dun bardage.

Exemples de normes franaises. NF EN 10025 : rgit la fabrication desproduits lamins chaud en acier deconstruction.. NF EN 10088 : pour les aciers inoxydables dusage gnral.. NF EN 10034 : sur les tolrancesdimensionnelles des poutrelles IPE.

Laminage chaud dune bobinedacier.

Laminage de poutrelles.

C o n c e v o i r C o n s t r u i r e7

1 LE MATRIAU ACIER 2 LE COMPORTEMENT MCANIQUE DE LACIER 3 LA CONCEPTION GNRALE DE LA ST


On distingue plusieurs sous-familles de produits longs. Certains sont directe-ment fabriqus dans les usines sidrurgiques et sont disponibles en stock surcatalogue.

Les lamins marchands

Ce sont les ronds, les carrs, les ronds bton, les plats, les cornires (L), lesfers en T, les petits U Tous ces produits ont une section pleine.

Les poutrelles

Les poutrelles lamines peuvent avoir diffrentes sections, en I, en U, ou en H.Elles conviennent aussi bien pour les poteaux que pour les poutres et sontfabriques en diffrentes nuances dacier (en gnral 235 ou 355 Mpa), y com-pris dacier haute limite dlasticit (460 Mpa). Les longueurs maximalesvarient de 18 33 m suivant le profil. Il existe diffrentes gammes suivant lespays : europenne, britannique, amricaine, japonaise...

Les poutrelles en I

Les poutrelles en I sont de deux sortes : IPN : poutrelles en I normales. Les ailes sont dpaisseur variable, ce quientrane des petites difficults pour les attaches ; IPE : poutrelles en I europennes. Les ailes prsentent des bords parallles,les extrmits sont angles vifs (seuls les angles rentrants sont arrondis). LesIPE sont un peu plus onreux, mais plus commodes et sont dusage courant.

Les poutrelles en U

Il existe aussi deux sortes de profils, les UPN, les UAP et les UPE. De la mmefaon, les UPE prsentent des ailes bords parallles et tendent supplanterles UPN, moins commodes mettre en uvre. Les hauteurs vont de 80 400 mm.

Les poutrelles HE (gamme europenne)

Elles se dcomposent en trois sries : HEA, HEB et HEM, suivant lpaisseurrelative de leur me et de leurs ailes. Leur section sinscrit approximative-ment dans un carr (la semelle a une largeur sensiblement gale la hau-teur du profil jusqu 300 mm de hauteur). Les ailes prsentent toujours desbords parallles. Les hauteurs varient de 100 1100 mm (jumbos). Les profilsHEA, les plus lgers, prsentent le meilleur rapport performance/poids engnral et sont donc les plus utiliss. La progression des trois sries est int-ressante techniquement et architecturalement pour des composants en pro-

(Les produits longs)

Lamins marchands :a : rond pleinb : carr pleinc : hexagoned : plate : cornire ailes galesf : cornire ailes ingalesg : fer en Th : petit U ou UPN.

Poutrelle IPNLes hauteursvont de 80 600 mm.

Poutrelle IPELes hauteursvont de 80 750 mm.

Poutrelles HEA, HEB et HEM.

a b c

d

g h

fe

RALE DE LA STRUCTURE 4 SOLUTIONS CONSTRUCTIVES ACIER 5 LES PLANCHERS 6 LES FAADES 7 LES


longement : poteaux dun btiment tages dont la section peut varier pro-gressivement en fonction des efforts. Du fait de lutilisation des mmes trainsde laminage, les trois profils de mme hauteur prsentent la mme dimensionintrieure entre ailes. Les paisseurs ne varient que vers lextrieur. Il existeaussi des poutrelles HL ( trs larges ailes), HD (poutrelles-colonnes) et HP(poutrelles-pieux).

Les demi-poutrelles

Le dcoupage des poutrelles I et H suivant laxe longitudinal a de multiples uti-lisations : sections T, membrures de poutres...

Les poutrelles dissymtriques

Ce sont des poutres reconstitues composes soit dun T et dune large semelleinfrieure soude (dnommes IFB, pour Integrated Floor Beam), soit formesdun H dont la semelle infrieure a t largie par adjonction dun plat (dnom-me SFB, pour Slim Floor Beam). Grce leur aile infrieure largie, elles sontparticulirement adaptes pour la pose de planchers prfabriqus, de cof-frages en acier permettant dincorporer la dalle dans la hauteur de la pou-trelle, soit encore pour la pose de dalles alvolaires en bton prcontraint.

Les palplanches

Ces produits sont raliss directement au laminage ou partir de tles profi-les. La section en U ouvert est la plus courante et les palplanches sont soli-darises les unes aux autres par un joint double recouvrement. On utilise desparois en palplanches pour contenir la pousse de talus, pour la constructionde murs de quais et de ports, la protection des berges, la mise en place de blin-dages de fouilles et de batardeaux, ldification de cules de pont, des paroisde parkings souterrains...

Cbles et fils machine

Le fil machine est obtenu par trfilage et tirage. En construction, il sert fabriquer des cbles. Les fils en inox peuvent aussi tre tresss ou tisss pourfabriquer des mailles de dessins varies, employes comme parements, crans,garde-corps, faux-plafond,...

Demi-poutrelles IPE et HE.

Poutrelle dissymtrique IFB.

Exemple de fils dinox tisss.

Palplanches.



Les tles et les larges plats

Les tles sont fabriques sous forme de bobines. Elles sont livres en largeursstandards ou la demande, mais les largeurs sont en gnral limites 1 800mm. Lpaisseur ne dpasse pas 16 20 mm pour les tles lamines chaudet 3 mm pour les tles lamines froid. Celles-ci peuvent tre mises en formepar profilage, pliage ou emboutissage.

Les tles nervures

Ce sont des tles minces que lon nervure par profilage froid laide dunemachine galets. Les tles nervures sont issues de bobines galvanises etsouvent prlaques. Les applications concernent les produits denveloppe (bar-dage), de couverture (bac, support dtanchit) et de plancher (bac pour plan-cher collaborant ou coffrage perdu), ainsi que les panneaux sandwichincorporant des matriaux isolants.

Les profils creux

Les tubes de construction sont appels profils creux . Ils sont fabriqus encontinu partir de tles minces ou moyennes replies dans le sens de leur lon-gueur. Les soudures sont longitudinales pour les profils creux de petits etmoyens diamtres (jusqu 400 mm), hlicodales pour les diamtres plusimportants jusqu 1 000 mm environ. Ils sont dans ce cas toujours ronds.Aprs soudage, la surpaisseur est rabote pour obtenir une surface extrieurelisse.

Les profils creux dits de forme sont en gnral forms partir de tubesronds : ils peuvent tre carrs, rectangulaires, hexagonaux, elliptiques, voiredemi-elliptiques. On fabrique aussi par extrusion des tubes sans soudurecapables de plus fortes paisseurs. Les longueurs standards sont de 6 15 m.

Les plaques

On parle de plaques lorsque lpaisseur dpasse 20 mm. On peut obtenir desplaques jusqu 400 mm dpaisseur et 5 200 mm de largeur. Les plaques sontprincipalement utilises pour la grosse chaudronnerie ou pour les ouvragesdart. Leur assemblage par soudure peut tre complexe. Il existe aussi desplaques paisseur variable pour les ouvrages dart.

Les profils minces

Les tles minces galvanises (dpaisseur infrieure 5 mm) peuvent tre pro-files froid pour raliser des profils minces. De sections trs diverses, les

(Les produits plats)

Profil nervur.

Profils creux :a : tube de section rectangulaire b : tube circulairec : tube de section carred : tube de section hexagonale.

c

a b

d

Profils minces forms froid : pro-fil sigma, C, U et Z.


profils minces sont utiliss en serrurerie, en menuiserie mtallique et en ossa-tures lgres : pannes de charpente, ossatures de murs ou de cloisons, de fauxplafond... Lgers et maniables, ils peuvent sassembler par vis autotarau-deuses.

Les autres produits

Les pices moules

Il sagit de pices aux formes complexes qui sont difficilement ralisables parsoudure et que lon coule dans des moules rfractaires. Leur utilisation ne sejustifie que par un effet de srie ou par leur taille, comme des nuds das-semblage rptitifs.

Les pices forges

Cette technologie concerne les pices pleines (bielles, poteaux) de grandesdimensions qui sont obtenues par faonnage chaud au moyen de presseshydrauliques de grande puissance.

Les pices mcanosoudes

Ces pices dattache complexes sont composes partir dlments standards(plats, cornires, profils) souds entre eux. Elles constituent une alternativeconomique aux pices moules.


Pice moule pour les poteaux dela gare TGV du plateau dArbois,prs dAix-en-Provence, France.

Pied de poteau mcanosoud.


Toute structure subit des sollicitations ou actions extrieures qui provoquentdes dformations, mais aussi des efforts internes, savoir les contraintes. Lescontraintes sont principalement de cinq natures diffrentes : la traction ; la flexion ; la compression et le flambement ; le cisaillement ; la torsion.

Il reste par ailleurs dautres phnomnes mcaniques ou efforts extrieurs prendre en compte : la rsistance la rupture fragile (rsilience) ; la fatigue.

Enfin, certaines sollicitations particulires sont prendre en compte : les variations de temprature ; les sollicitations dynamiques.

La traction

Phase lastique

Soumise une traction suivant sa section, une barre en aciersallonge uniformment jusqu une certaine limite, appelelimite dlasticit. Il y a rversibilit du phnomne : si lacharge est supprime, la barre dacier reprend sa dimensioninitiale (loi de Hooke). Cest la phase dite lastique (phasesI et II sur le diagramme).

Phase plastique

Au-del de la limite dlasticit, lallongement de la barre aug-mente mme si la charge volue peu, puis passe par une phasede dformation plastique o une partie de lallongementdemeure permanent si la charge diminue. Ce phnomne estappel crouissage. Lallongement demeure permanent (phasesIII et IV).

Phase de rupture

Aprs une phase dallongement, la charge diminue car la sec-tion dacier diminue. Ce phnomne est appel striction . Ily a alors rupture de la barre, la dformation totale est appele allongement la rupture (phase V).

2 LE COMPORTEMENT MCANIQUE DELACIER

Diagramme charge-dformation delacier montrant le comportementrel de lacier (Schaper, 1994). Cf. Bibliographie [10, p.11].

0 5 10 15 20 26

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

III

III

IIIa

IV

V

E = module dlasticit

I : limite de proportionalitII : limite dlasticitIII et IIIa : limite suprieure et infrieure

dcoulementIV : charge ultimeV : charge la rupture allongement la rupture

NB : Valeur pour une barre en acier de 2,24cm2 de section.

Dformation en %

Charg

e en

t


Dans une construction, les pices de charpente sont conues et calcules pourrester la plupart du temps dans le domaine lastique. La limite dlasticitpour un acier ordinaire est de 235 Mpa (235 N/mm2 ) ou de 355 Mpa. Pour unacier haute limite dlasticit, cette valeur peut slever 460 Mpa, voire 690Mpa (aciers thermomcaniques).

La flexion

Considrons une poutre horizontale appuye sesdeux extrmits et supportant un poids plac aumilieu de sa porte. La force extrieure F exerce surla poutre par la charge quelle supporte est perpen-diculaire son axe longitudinal. Elle gnre ce quonappelle une flexion ou un moment flchissant.

La poutre se dforme pour produire une raction qui quilibre le systme.Contrairement la traction o la section du matriau est soumise unecontrainte uniforme, la flexion exerce de part et dautre de la fibre neutre descontraintes variables et de signes opposs. La face suprieure de la poutre seraccourcit sous un phnomne de compression et la face infrieure sallongesous un phnomne inverse de traction.

La variation des contraintes de la face suprieure la face infrieure, de lacompression la traction, dfinit un axe dquilibre appel axe neutre danslequel la contrainte est nulle. La matire au voisinage de cet axe joue un rlengligeable dans la rsistance de la poutre. En revanche, la matire au voisi-nage des faces extrieures de la section est la plus sollicite. Elle joue donc unrle essentiel dans la rsistance de la poutre. La gomtrie de la section despoutres et des poteaux est directement issue de ces constatations. Elle conduit concentrer la matire dans les parties les plus loignes de laxe neutre.

La rsistance de la poutre dpendra donc de la caractristique gomtriquesuivante de la section : le module de flexion, savoir le rapport du momentdinertie de la poutre sur la distance de la fibre neutre lextrmit de la sec-tion, soit I/v. Plus le module de flexion est grand, meilleure est la rsistance la flexion.

Les profils en I sont directement issus de cette considration. Sous leffet dunchargement en flexion lme sert carter laile suprieure entirement com-prime de laile infrieure entirement tendue.

noter que les dformations de la poutre en flexion sont lies linertie et quecest souvent le critre de dformation et non celui de rsistance qui est pr-pondrant dans la dtermination des sections en construction mtallique.

traction

a) Section rectangulaire

b) Section montrant les parties sollicites en flexion. La poutre estpeu sollicite au voisinage de laxe

neutre

c) Profil optimis en I

partiecomprime

aile

me

parties peusollicites

partietendue

F

compression

fibre neutre

Flexion gnre par leffort F : la partie suprieure de la poutre estcomprime, la partie infrieure esttendue.

Optimisation de la section dunepoutre flchie : de la sectionrectangulaire au profil en I.



La compression et le flambement

Les dformations dues la compression ne jouent pastoujours un rle dterminant sur les lments de struc-ture verticaux. En revanche, un phnomne dinstabilitappel flambement apparait partir dune certainecharge et en fonction du rapport existant entre la sec-tion et la hauteur de llment considr. Le flambe-ment est une forme dinstabilit propre aux lmentscomprims lancs tels que les poteaux, colonnes,barres comprimes.

Le flambement est possible suivant les deux axes prin-cipaux de la section de llment. Si les conditions dap-puis sont les mmes selon ces deux axes, le flambementse fera suivant laxe prsentant linertie la plus faible.

Comme pour les phnomnes de flexion, la section dela barre comprime va jouer un rle dterminant pourle choix du profil conomique. Le profil idal du point devue du flambement sera donc le tube rond, profil creuxdont la matire est conomise au maximum et dontlinertie est maximale dans toutes les directions. Lesprofils en H permettent aussi une bonne rpartition dela matire.

Le cisaillement ou effort tranchant

Lanalyse des contraintes de compression, de traction et de flexion ne suffit paspour dcrire compltement le comportement des matriaux.

comp

ressio

n

traction

F

comp

ressio

n

traction

F

Les trois types principaux de flambement suivant le type de liaison de la barre ou du poteau.La longueur de flambement varie entre1/2 L et 2 L suivant les cas.

Exemples de profils creux et de profils ouverts pour des poteaux.

2L

traction

traction

com

pres

sion

com

pres

sion

encastr sesdeux extrmits

articul sesdeux extrmits

encastr uneseule extrmit

FF

1/2 L L

Schmas dcomposant la traction et la compression dans une poutre flchieet montrant le phnomne de cisaillement longitudinal et transversal.


En effet, si on considre une poutre comme un empile-ment de strates, celles-ci ont tendance glisser les unespar rapport aux autres sous leffet de la flexion. On peutdcrire le mme phnomne si lon dcoupe la poutreen strates assembles verticalement.La flexion simple saccompagne ainsi dun cisaillementhorizontal et dun cisaillement vertical. Le cisaillementest plus important au droit des appuis car il augmenteavec la variation de la flexion. Le cisaillement vertical,ou effort tranchant, peut sinterprter comme un effortrsultant de deux forces parallles de sens opposs.

La torsion

Au cas o le point dapplication dune force se trouveen dehors dun plan passant par laxe neutre dun l-ment de structure, une autre sollicitation est gnre :la torsion. Ceci correspond leffet dun couple de forcesdont laxe de rotation et laxe neutre de la poutre sontconfondus. Lexprience et la thorie montrent que lesprofils creux sont plus rigides en torsion que les profilsouverts. Il est prfrable dviter de faire travailler lesossatures en torsion.

La rsistance la rupture fragile

Lapprciation de la rsistance de lacier au choc se fait par un essai conven-tionnel dit de flexion par choc sur prouvette bi-appuye , que lon appelleessai de rsilience . Plus le niveau dnergie ncessaire pour rompre lprou-vette est important, plus lacier est rsistant. Lnergie augmente quand latemprature augmente.

Le phnomne dit de rupture fragile est susceptible de se produire lors-quil y a un dfaut, une fissure, ce qui arrive plus frquemment quand le pro-duit est dune paisseur suprieure 10 mm. Il peut aussi apparare lorsquela temprature sabaisse, exception faite des aciers inoxydables.

Afin de rduire ce risque, il faut videmment utiliser des aciers conformesaux normes. Mais il faut aussi pour les dtails constructifs assurer un chan-gement progressif des paisseurs, meuler les pieds de cordon de soudure, enbref, assurer une meilleure circulation des efforts sans changement brusquede direction, pour viter des concentrations de contraintes.


traction

profil I

fissures

renforts dansl'me du profil

Effort tranchant au droit des appuisSchmas montrant dune part, une poutre en bton arm sur laquelle peuvent apparatre des fissurations provoques par lefforttranchant en cas de chargement vertical et, dautre part, la solutionpropose en construction mtalliquequi consiste mettre des renforts audroit des appuis pour parer ce typede problme.

fissures

profil 1

renforts danslme du profil

traction



La fatigue

Soumis des efforts rpts alterns, tout matriau peut se fissurer et serompre, alors que leffort appliqu nentrane pas de contrainte suprieure la limite de rupture. On parle de fatigue .

Prenons par exemple le cas dun fil de fer que lon tord dans un sens puisdans lautre. En rptant lopration un certain nombre de fois on finit parengendrer sa rupture. Afin dviter ce phnomne, on dfinit pour les l-ments et assemblages soumis des efforts alterns cycliques une contraintelimite ne pas dpasser et donc les efforts maximums que lon peut appliquer.Cette contrainte limite qui a t dtermine exprimentalement, est bien inf-rieure la limite dlasticit.

Dans le cas dune poutre qui a t conue pour rsister un moment de flexionM, elle ne rsistera pas indfiniment un moment altern dont le maximumest M. Il y aura rupture au bout dun certain nombre de cycles. Pour vitercela, le moment altern ne devra pas dpasser un maximum de 0,4 M 0,5 M.

Les variations de temprature

Comme tous les matriaux, lacier se dilate sous leffet de laugmentation dela temprature. Ce phnomne est rversible dans les conditions usuelles. Lecoefficient de dilatation linaire de lacier est gal 1,22 x 10-5 /C temp-rature ambiante.

Par ailleurs, plus la temprature est leveplus la limite dlasticit et la rsistance latraction diminuent et plus la plasticit aug-mente. On distingue un seuil de 500 C envi-ron en dessous duquel les variations sontfaibles, et au-dessus duquel lacier commence perdre ses capacits de rsistance mca-nique. Il faut donc essayer de maintenir

lchauffement des lments dans des limites tolrables, cest--dire en des-sous de 500 C, et viter de trop brider la structure.

Les sollicitations dynamiques

Les structures peuvent tre soumises des chargements variant dans le temps,gnrs par des phnomnes tels que le vent, les charges roulantes, lessismes, la houle, les mouvements de foule,... De mme quavec des chargespermanentes, une structure va ragir aux excitations dynamiques.

La fatigue devient parfois le critredimensionnant pour des ouvragesdart.Cest la cas des ponts du TGV qui sontsoumis rptition des chargesalternes pendant une longue dure(120 ans). Ici le viaduc de Mondragonsur le Rhne pour le TGVMditrrane, Jean-Pierre Duval,architecte.

Dilatation dune poutrePour une pice mtallique de 12 m de longueur, une augmentation de temprature de 30 C provoque lallongement suivant :1,22 x 10-5 x 30 x 12 = 4.4 x 10-3 m = 4,4 mm souligner que si la pice tait bride,cest--dire si la pice ne pouvait se dilater librement, une contrainte de 77 Mpa apparatrait ici.


Le cas des sismes

Dans le cas particulier dun sisme, les ondes engendrent desvibrations dans le sol qui provoquent le dplacement desconstructions. Les btiments vont alors sopposer leur mise enmouvement en donnant naissance des forces dinertie Fi quisopposent au mouvement. Chaque masse m attache lastructure communiquera une force dinertie : Fi = m.g, o greprsente lacclration. Les charges sismiques doivent donctre quilibres avec ces forces dinertie et les efforts dissipssous forme dnergie, de manire assurer lquilibre dyna-mique et ainsi viter toute rupture.

Pour illustrer cette ide, nous pouvons prendre comme exemplele cas, pratiquement similaire, dun homme debout sur un tapisroulant larrt. Si lon met en marche subitement le tapis rou-lant, lhomme sera dstabilis et projet en arrire en subissantune force dinertie Fi proportionnelle sa masse.

Pour comprendre les mcanismes du comportement des bti-ments face aux sismes, nous devons garder lesprit que larponse du btiment dpend de ses caractristiques propres.

Pour amliorer la rsistance dune construction aux sismes, ilest prfrable : de minimiser laction des forces dinertie en optant pour desmatriaux lgers tels que lacier ; daugmenter la capacit de raction de la structure ; damliorer la capacit de stockage et de dissipation de lner-gie dans la construction, en utilisant un matriau de structureductile et un systme hyperstatique ; de concevoir des btiments avec des lancements modrs,une symtrie selon les deux axes, un centre de gravit bas, peude niveaux ouverts et de porte--faux importants ; dadapter la conception de la structure (souple ou rigide) auxcaractristiques du sol des fondations (ferme ou meuble). Lespriodes propres du btiment et du sol doivent tre les plus loi-gnes possibles pour viter les phnomnes de rsonance.


Exemples de contreventements par tirants.

Modes doscillation horizontale des btiments tages. Au-del du mode fondamental (en haut gauche), il existe schmatiquement autant de modesdoscillation quil y a dtages.

Exemples de ^pales de stabilit triangules : contreventement en X par diagonales rigides ( gauche) ;ossature contrevente nuds rigides ( droite).

Choix du systmeporteur : ossatureflexible sur solrigide ( gauche) ;ossature rigidesur sol meuble (droite).

Sol rigide Sol meuble


Larchitecte

La dtermination, la hirarchisation et la rsolution des contraintes tech-niques seffectuent en fonction des contraintes lies au programme et dunchoix architectural dtermin par larchitecte avec lingnieur. La conceptionoriginelle dun projet, fonctionnelle et esthtique, doit ncessairement intgrerune rflexion sur le type de structure envisag. Tout au long du processus deconception, larchitecte travaille gnralement en collaboration avec un bureaudtudes ou des ingnieurs-conseil spcialiss dans un domaine (structure,thermique, acoustique).

Le bureau dtudes

Le travail de lingnieur spcialis en structures mtalliques consiste dter-miner et tablir, en relation suivie avec larchitecte : les efforts ou actions qui sappliquent la structure ; la stabilit de louvrage mais aussi la forme structurelle optimale de lou-vrage. Le choix du matriau de structure est galement effectu ce moment ; les ractions aux appuis qui dcoulent des actions exerces. La descente decharges constitue le document de synthse de ce travail ; les sections requises pour chaque partie de lossature de manire assurerla scurit de la structure. La question de lassemblage est galement dve-loppe. Plusieurs combinaisons defforts ou cas de charges sont envisages. Lanote de calcul est le document qui rassemble ces lments.Les bureaux de contrle interviennent pour vrifier les plans et les documentsprsents par larchitecte et le bureau dtudes.

Lentreprise

Ds lors que lappel doffre est lanc sur la base de lavant-projet dtaill (APD),la consultation des entreprises se fait auprs dune entreprise gnrale ou enlots spars. Les tudes de lentreprise de construction mtallique concernentla structure qui va tre rellement construite, en passant par la prparation dutravail dans les ateliers de fabrication, la phase intermdiaire de montage pourfinir la structure dans son positionnement final. noter que la fabricationne commence quaprs les tudes dexcution et les approvisionnements, etquelle ncessite la coordination de deux plannings : le planning gnral de construction du chantier, connu et matris par lar-chitecte et la matrise duvre dans son ensemble ; le planning de latelier de fabrication, gnralement inconnu de la matriseduvre, qui concerne lensemble des travaux destination de divers chantiers.Il y a donc un dlai prendre en compte entre le lancement des tudes pourlentreprise et le montage. Par la suite, la phase de montage est la plupart dutemps trs rapide.

3 LA CONCEPTION GNRALE DE LA STRUCTURE

Montage de la structure acier dunimmeuble de bureaux. CampusVerrazano Lyon. Sud Architectes.


Les structures en acier qui assurent la stabilit dun btiment reprennent descharges lies trois composantes dun btiment : sa composition : les charges permanentes ; sa localisation : les surcharges climatiques et sismiques ventuelles ; son type dutilisation : les charges dexploitation.

Il existe une grande diversit de rgles et de normes relatives aux actions exer-ces sur les structures de btiment. LEurocode 1 rglemente les actions quisont appliques aux structures.

Charges permanentes

Elles comprennent le poids propre de la structure, le poids des planchers, lepoids des parois intrieures minces et paisses le poids des faades, lepoids de la couverture, de ltanchit

Poids surfacique de divers lments

lments de structure en acier (par niveau) 30/60 daN/m2

Charpente mtallique (fermes, pannes, chevrons) 20/40 daN/m2

Couverture acier inoxydable (compris voligeage, lattis, feuillure) 25 daN/m2

Couverture tle ondule galvanise (compris voligeage) 15/20 daN/m2

Panneaux sandwich 12/15 daN/m2

Bardage simple peau 8/10 daN/m2

Bardage double peau 20/25 daN/m2

Structure secondaire 8/10 daN/m2

Bac acier (matriau seul) 8/10 daN/m2

Cloisons 10/20 daN/m2

Charges occasionnelles

Il y a aussi dautres types dactions occasionnelles ou accidentelles : les actions de nature gologique (sisme, pousse des terres) ; les chocs accidentels ; les dplacements imposs, les tassements dappui ; les efforts de prcontrainte ou de dilatation ; les charges lies des phases provisoires de montage ; les actions lies lincendie dclenches de manire accidentelle, etc.

Lensemble de ces actions est valu et pris en compte par les bureaux dtudestechniques. Lentreprise en tient galement compte lors de la phase chantier.

(Les efforts appliqus la structure)



Charges climatiques

Le vent

Daprs les rgles NV65/99, La France est divise en quatre rgions plus oumoins ventes. Les paramtres incorporer au calcul de la charge surfaciqueexerce par le vent sont leffet de site (site protg, normal, expos), leffet demasque, leffet des dimensions. On distingue par la suite les actions exerces lextrieur du btiment, puis les actions exerces de lintrieur. La forme dela toiture, leffet de rive, le fait que le btiment soit ouvert ou ferm et le faitquil y ait des dcrochements en lvation ou en plan influent galement surla valeur prendre en compte localement. Pour les formes complexes, on pro-cde des essais en soufflerie avec des modles rduits. Les rsultats obtenuspermettent de faire des extrapolations sur le modle rel.Les rgles NV 65/99 seront remplaces terme dans les Eurocodes parlEN 1991-1-4 (actuellement ENV 1991-2-4).

zone 1

zone 2

zone 3

zone 4

Vent Carte des pressions dynamiques prendre en comptesuivant les rgions de France, dfinies par la norme NV 65/99(entre parenthses les valeurs pourles sites exposs) : Zone 1 : 50 daN/m2 (67,5 daN/m2)Zone 2 : 60 daN/m2 (78 daN/m2)Zone 3 : 75 daN/m2 (93,8 daN/m2)Zone 4 : 90 daN/m2 (108 daN/m2)


La neige

Selon les rgles Neige et Vent NV65/99 et les rgles N84/95 pour les marchspublics, la charge surfacique de base de la neige varie suivant six zones go-graphiques. Laltitude et la pente des toitures influent galement sur la valeur prendre en compte.Les rgles N84 et NV 65 seront remplaces terme dans les Eurocodes parlEN 1991-1-3 (actuellement ENV 1991-2-3).


zone 1 A

zone 1 B

zone 2 A

zone 2 B

zone 3

zone 4

Neige Carte des charges de neige prendre en compte suivant lesrgions de France, dfinies par lanorme NV 65/99 (entre parenthsesles valeurs pour les surchargesextrmes et les charges accidentelles) : Zone A : 35 daN/m2 (60)Zone B : 35 daN/m2 (60 et 80)Zone 2 A : 45 daN/m2 (75 et 80)Zone 2 B : 45 daN/m2 (75 et 108)Zone 3 : 55 daN/m2 (90 et 108)Zone 4 : 80 daN/m2 (130 et 144)Pour des altitudes comprises entre 200 et 2000 m, les valeurs de base peuvent tre majores. Dimportantesmajorations doivent aussi treapp^liques en montagne.


Surcharges dexploitation

Les surcharges dites dexploitation ou dutilisation sont values en fonction : du poids des personnes ; du poids du mobilier et des cloisonnements spcifiques ; des vhicules et de leur mouvement (dans le cas de parkings en super-structure, des ponts...).

Ces charges ou ces surcharges produisent des forces qui se traduisent enactions sur la structure. Elles peuvent tre concentres ou uniformmentrparties. Les valeurs des charges prendre en compte sont dtermines partir de la norme NF P 06-001. Elle sera remplace terme dans lEurocodepar lEN 1991-1-1 (actuellement ENV 1991-2-1).

Surcharges dexploitation uniformes

Logements 150 daN/m2

Bureaux 250 daN/m2

Btiments scolaires (salles de classe) 250 daN/m2

Btiments hospitaliers et dispensaires (chambres) 150 daN/m2

Archives 500 daN/m2

Btiments usage sportif 500 daN/m2

Btiments usage sportif (places debout) 600 daN/m2

Btiments industriels 300/500 daN/m2

Escaliers et passerelles dans locaux industriels 200 daN/m2

Parkings 250 daN/m2

1 LE MATRIAU ACIER 2 LE COMPORTEMENT MCANIQUE DE LACIER 3 LA CONCEPTION GNRALE DE LA S



(La stabilit de louvrage)Lquilibre

Lquilibre dfinit un tat et une position de la structure o lensemble des forcesqui sont appliques se composent de manire ce que la force rsultante soitnulle. On distingue les actions qui sont les efforts exercs sur la structure, desractions qui sont les efforts exercs par les appuis sur la structure. La rsultantedes actions et celle des ractions doivent squilibrer, tant du point de vue desforces que de celui des moments.

Lquilibre peut tre stable ou instable. Dans le cas dun quilibre stable, unemodification lgre des actions exerces sur la structure entrane un chan-gement temporaire de la position de la structure, mais celle-ci tend revenirvers sa position initiale. Cest ce type dquilibre qui concerne la conceptionde structure.

Les liaisons entre lments

Une partie dune structure donne est toujours relie avec un ou plusieurs autreslments, que ce soit une autre partie de la structure ou le sol. Les conditions deliaison (ou dappui) dfinissent les mouvements bloqus et par l mme les rac-tions qui peuvent apparatre. Il y a six degrs de libert pour une extrmit debarre dans lespace : trois degrs de translation et trois degrs de rotation. Dansle plan, il y a trois degrs de libert, deux de translation et une de rotation.Parmi les nombreux types de liaison entre les lments constructifs, on peutdistinguer trois grandes familles.

Lappui simple

Ce type dappui bloque une translation suivant une direction et nadmet doncque des charges suivant cette direction. Le cas le plus classique est la poutreou le poteau qui repose sur une maonnerie avec interposition dune semelleou dun sommier de rpartition. Lappui peut comporter une possibilit deglissement pour prendre en compte la dilatation (tels que des rouleaux). Cetype dappui est couramment utilis dans les ponts de grande porte.

Larticulation ou la rotule

Dans le plan, larticulation bloque les deux translations possibles et autorisela rotation. Llment peut pivoter autour dun axe. Larticulation exerce doncune force de raction qui est composante de deux vecteurs parallles auxdeux translations bloques. Dans lespace, la rotule cylindrique permet unerotation autour dun seul axe, les cinq autres degrs de libert sont bloqus.La rotule sphrique quant elle permet les trois rotations, les trois translationstant bloques. Elle est peu utilise.

Appui simple dilatation poutre surpoteau.

Pied de poteau articul. Bien que laplatine soit fixe par deux boulons,ce type dappui est considr commearticul. Cf. Bibliographie [12, p.60].

Appui articul dun poteau sur unmassif en bton. Larticulation sefait au moyen dune rotule.

Larticulation simplifie le calcul des struc-tures car elle empche la transmission desmoments de flexion (valeur nulle dumoment larticulation), facilite leur mon-tage et permet aux structures de mieuxprendre en compte les petits mouvements(dilatations, tassements diffrentiels).On classe dans la catgorie des articula-tions les appuis de poteaux de faible sec-tion comportant une semelle et deuxboulons de scellement.

Lencastrement

Lencastrement que lon appelle aussi nud rigide interdit tout mouvement detranslation ou de rotation au point dappui.Une liaison par encastrement rend solidaireles lments. Elle est plus efficace maisintroduit des contraintes supplmentaires prendre en compte. Cest le cas dunepoutre mtallique scelle dans un massifen maonnerie ou des assemblages parboulons (au moins quatre) ou soudures.

La stabilit dans le plan

Une fois lquilibre et les liaisons dfinis, il est relativement ais dapprcier siune structure est stable ou non. Par la suite, il sera possible dapprcier si lesappuis de la structure sont absolument indispensables la stabilit ou non.

Triangulation

En prenant le cas dune structure articule ferme trois lments, on est enquilibre et on remarque que le triangle est indformable dun point devue gomtrique. En soumettant un triangle articul ses trois nuds desefforts appliqus aux nuds, il napparat que des efforts de compression etde traction au sein des barres. Il ny a pas de flexion parce que les nuds sontarticuls.

En prenant le cas de trois barres articules entre elles et ouvertes, cest--diredun cadre articul, on peut dire sans le moindre calcul que la structure estinstable. La triangulation est donc un moyen de stabiliser la structure et de rigi-difier un plan.



Assemblage articul poutre-solive. Assemblage articul usuel poteau-poutre.

Assemblage rigide poutre-solive.

Cf. Bibliographie [12,p.139, 140 et 142].

Assemblage rigide usuel poteau-poutre.

Pied de poteau encastr fix parquatre boulons. Cf. Bibliographie [12, p.60].

double cornire

plaque frontale

fourrure

poutre

poutre

poteau

plaque frontaledbordante

solive

chancrure

poteau

solive

double cornire

poutre



Il existe dautres moyens de rigidifier un cadre : la rigidification dun ou plusieurs nuds ; le remplissage du cadre articul.

Structures isostatique et hyperstatique

Une structure est isostatique lorsquon a atteint leniveau minimal de degrs de libert bloqus requis pourlquilibre de la structure. En ajoutant un degr delibert supplmentaire une telle structure, on entraneson instabilit. En renforant au contraire ses conditions dappui, cest--direen bloquant en fait un degr de libert supplmentaire, on obtient une structureplus stable que lon qualifie dhyperstatique.

Plus gnralement, une structure est isostatique sil y a instabilit lorsquon arti-cule un de ses lment ou quon en enlve un. Les appuis et liaisons dune struc-ture isostatique se limitent alors aux seuls ncessaires. En revanche, sil y a desappuis excdentaires, la structure est hyperstatique.

Cependant, en matire de structure, il ny a pas de solution parfaite mais dessolutions plus appropries que dautres en fonction des situations auxquellesil convient de rpondre. La surabondance des liaisons rend le systme hyper-statique plus rigide et plus tolrant une redistribution des efforts en cas den-dommagement. En revanche, toute dformation dans sa gomtrie telles quecelles lies aux dilatations thermiques, aux mouvements diffrentiels desappuis, etc. , cre des contraintes supplmentaires qui se rpercutent lin-trieur du systme et que celui-ci devra pouvoir prendre en compte. Lescontraintes de montage peuvent aussi orienter le choix du systme.

La stabilit dans lespace - Contreventement

Assurer la stabilit dune structure spatiale consiste la rendre stable sui-vant au moins trois plans, dans deux directions non parallles et suivant sesplans horizontaux. On cherche faire transiter les efforts par des plans rigidespour les faire cheminer jusquaux appuis.

Parmi les diffrentes forces ou charges dynamiques qui transmettent desefforts horizontaux, on peut citer : le vent sur les faades ; les engins roulants ; les vhicules dans les parkings (les vhicules acclrent et freinent, et gn-rent par consquent des efforts horizontaux) ; les sismes ; le feu.

Systmes isostatique et hyperstatiqueDans le cas courant dune poutre uniformment charge, la flchedune poutre encastre ses deuxextrmits (systme hyperstatique)est cinq fois plus faible que celledune poutre simplement posesur ses appuis (systme isostatique).Autrement dit, pour une mme quantit de matire, le systmehyperstatique est de loin le plus efficace.

Poutre triangule dans un pont suspendu (ici le Golden Gate San Francisco).

Du fait que le vent est laction de type horizontal qui est la plupart du tempsprpondrante, les dispositifs de stabilit sont aussi appels dispositifs decontreventement. Si la question de la stabilit est en gnral trs bien peruepour ce qui concerne les charges ou actions verticales, il en va tout autrementpour ce qui est des charges horizontales.

En pratique, par mesure de scurit, on prvoit toujours au moins deux dis-positifs de contreventement dans deux plans verticaux non parallles. Lecontreventement vertical peut se faire par des voiles en bton arm ou par despales de contreventement. Le contreventement horizontal est ralis par lesplanchers, les toitures ou par des poutres au vent. Les contreventements ver-ticaux doivent tre situs imprativement tous les tages de manire per-mettre aux efforts horizontaux de redescendre jusquaux fondations.Cependant, ils ne sont pas ncessairement superposs.

En construction mtallique, le dispositif de contreventement est en gnralralis par la stabilisation ou la rigidification de llment de base qui est lecadre articul. Trois types de procd permettent de rendre indformable uncadre.

Le remplissage du cadre par un lment rigide dans son plan

Dans le cas dun contreventement vertical, il peut sagir dun mur en bton ouen maonnerie li la structure mtallique. Dans le cas dun contrevente-ment horizontal, ceci peut correspondre une dalle de plancher en bton.



Reprsentation schmatique desdiffrents systmes de panneau de contreventement :On distingue quatre types de contreventement : en faades (longpan et pignon) et en toiture (longitudinal et transversal), reprsents sur la figure principale. La rigidit en cisaillement est confre un panneau (de gauche droite) par rigidification des nudsde lossature pour crer un cadreportique (1), par un diaphragme entle dacier (2), par un remplissagepour crer un voile en bton arm (3)ou par triangulation pour crer uncontreventement en treillis (4).Cf. Bibliographie [12, p.68].

Contreventement par des croix deSaint-Andr. Foyer SNCF, Paris 12e.Dubosc et Landowski architectes.

1

2

3

4montant

panne sablire

traverse



La triangulation par des diagonales

Linstallation dans un cadre dune diagonale permet de le rigi-difier. Pour assurer la stabilit du panneau dans les deux sens,il conviendra de tenir compte de la rsistance la compressionde la diagonale (profil creux par exemple) ou de disposer uneautre diagonale inverse dans le mme panneau (contreven-tement en croix de Saint-Andr).

Toute forme de triangulation est admissible si les barres tra-vaillant en compression rsistent au flambement. Dans le casdun contreventement en croix de Saint-Andr, on peut utili-ser des lments plus fins travaillant en traction (cbles parexemple).

Par extension, lorsquune faade de btiment est soumise un effort perpendiculaire de vent, elle noffre en gnral pas derigidit hors de son propre plan. Cest donc par le biais de struc-tures secondaires, horizontales ou verticales, souvent en treillisque lon appelle poutres au vent, que lon retransmet cet effortaux plans rigides de contreventement.

La rigidification dun ou plusieurs nuds

Cette option est utilise pour les contreventements verticaux.On parle alors dun portique, assemblage rigide de deuxpoteaux et dune poutre (voir chapitre 4).Un exemple de rigidification consiste mettre en place surdes tages superposs des portiques multiples . Lutilisationde goussets ou de demi-triangulations permet de rigidifier lesassemblages.

Une structure spatiale intressante nuds rigides est letabouret, lment auto-stable dossature constitu de quatrepoteaux et de quatre poutres sur un tage. Des tabourets peu-vent tre superposs sur plusieurs tages.

Systme de stabilit. Les treillis sont constitus debarres qui forment des triangles. Les axes des barresconcourantes au mme nud doivent se couper en unseul point. Cf. Bibliographie [10, p.228].

Stabilit par des pales de contreventements verticaleset horizontales. Cf. Bibliographie [12, p.117].

Tabouret auto-stable.

La descente de charges

On rappelle que les actions sont les forces et couples lis auxcharges exerces sur la construction. Les ractions sont lesefforts qui apparaissent au niveau des appuis pour assurerlquilibre et les sollicitations sont les efforts internes qui sol-licitent la structure.

Une descente de charges consiste valuer toutes les forcesqui transitent dans la structure porteuse du btiment, jus-quau niveau des appuis et des fondations. ce niveau, lesappuis ont des degrs de libert qui sont bloqus et qui gn-rent donc des ractions. Les quations de lquilibre des forceset des moments permettent de dterminer les ractionslorsque la structure est isostatique.



(La descente de charges)NEIGE

VENT

N3

N2

N1

R

A2 B2 C2

A1 B1 C1

A2 B2 C2

A3 B3 C3

ractions

de l'appui

Zone reprise parl'appui B2

A B C

B2

vent

neige

Zone reprise parlappui B2

Exemple :La structure verticale B2 prend les charges des planchers et de la couverture suivant la surface dlimite autour de B2 (en hachur sur le dessin). Ces charges comprennent le poids propre des structuresprimaires et secondaires dans ce quadrilatre, les charges dexploitation, le poids de la neige, les efforts au vent transmis horizontalement et verticalement. Les autres structures verticales A, B1,B3 et C se rpartiront le reste des charges, auquel sajoutera le poids de la faade. Lappui tant encastr, il reprend les charges horizontales du vent compte tenu du bras de levier entre la rsultante de ces efforts et lappui. On notera quil apparat un moment flchissant au droit de lappui. Les ractions aux appuis ou encore les efforts cumuls au niveau de lassise du btiment permettront de dterminer les dimensions des fondations.



(La note de calcul)Les rgles et normes de conception et de calcul en France appliques actuel-

lement ltude des projets de construction en acier sont les rgles CM66 et

leur additif de 1980. La nouvelle rglementation europenne des Eurocodes

est aujourdhui galement applicable, complte par les Documents dappli-

cation nationale (DAN) qui en prcisent les paramtres.

Une fois que les diffrentes actions susceptibles de sappliquer sont dtermi-

nes, la rglementation prvoit un certain nombre de combinaisons dactions.

En outre, les actions sont multiplies par des coefficients de pondration. Ceux-

ci sont en gnral suprieurs ou gaux 1. Des coefficients sont galement

appliqus aux valeurs de rsistance des matriaux. Par ce moyen sont pris en

compte :

la possibilit que les actions aient des valeurs plus dfavorables que les

valeurs caractristiques calcules ;

les imperfections dans la ralisation des structures ;

les incertitudes sur la rsistance des matriaux

tat limite ultime (ELU)

Cet ensemble de combinaisons est destin assurer la scurit

de la construction. Ltat limite ultime est atteint dans les cas

suivants :

perte dquilibre de la structure ;

formation pour tout ou partie de la structure dun mcanisme

de ruine ;

instabilit de forme ;

rupture dun lment ;

dformation plastiques excessives.

Pour cet tat limite on procde une vrification relative aux

contraintes : la stabilit densemble doit tre vrifie sous leffet

des combinaisons les plus dfavorables des actions pondres ; dans

chaque lment, les contraintes maximales pondres doivent tre

infrieures celles qui provoquent la ruine de llment.

tat limite de service (ELS)

Ltat limite de service est atteint lorsquune structure devient inapte

aux fonctions normales pour lesquelles elle est conue, en parti-

culier lorsque des dformations excessives apparaissent. On pro-

cde donc des vrifications relatives aux dformations o, sauf

cas exceptionnel, les actions ne sont pas pondres.

Les dformations de flexion sont en gnral dterminantes pour

le dimensionnement de la structure. Ces critres imposent un

surdimensionnement des structures par rapport ce qui serait

ncessaire pour simplement reprendre les charges.

Les Eurocodes font lobjet de plusieurs chapitres : - lEurocode 1 dfinit les bases de calcul et les actions sur les structures ;- lEurocode 2 fournit les rgles devrification des structures en bton ;- lEurocode 3 fournit les rgles devrification des structures en acier ;- lEurocode 4 fournit les rgles devrification des structures mixtesacier-bton ;- les Eurocodes 5 9 fournissent respectivement les rgles pour les constructions en bois, en maonnerie, les fondations, les constructions parasismiqueset les constructions en alliage daluminium.

Flche dun plancherSagissant des planchers courants pour les logements ou bureaux, la flche due la totalit descharges (voire uniquement des surcharges dexploitation sil y a contre-flche) ne devra pasdpasser les 1/300e.

f

PP

300f

f

P

Flche dune panne de couverturePour les lments de couverture, la flche due auxcharges permanentes et aux autres charges ne doitpas tre suprieure au 1/200e de la porte (soit20 mm pour une panne de couverture dune porte de 4 m).

P

200

450 kg/m3) tels que vermiculite, ciment, pltre, laitier, tous

PROTECTION CONTRE LA CORROSION 10 LA PROTECTION CONTRE LINCENDIE 11 LE DVELOPPEMENT DURABLE

Protection par peinture intumescente avec un primaire(bleu), un enduit intumescent(rose), une peinture de finition(rouge).

(La protection des structures)

Protection par produits projets.

6 LES FAADES 7 LES COUVERTURES 8 LES AMNAGEMENT INTRIEURS ET LA SERRURERIE 9 LA PROTECTION


exempts damiante. Les enduits pteux sont le plus souvent prfrables auxenduits fibreux. Ils sont appliqus en plusieurs couches. Certains dentre euxpeuvent aussi sappliquer sur une structure non protge contre la corrosion.Ces produits peuvent procurer des SF allant jusqu 240 min. Secs et compac-ts par roulage, ils peuvent tre peints. Ces matriaux prsentent linconv-nient dtre fragiles (cas des enduits fibreux) et dun aspect peu esthtique. Onles rserve aux parties caches de la structure (par exemple poutres dissimu-les par un faux plafond).

Les produits en plaque

Les produits en plaque forment un caisson isolant autour du profil mtallique.Ils sont gnralement fabriqus base de fibres minrales (plaques de faibledensit < 180 kg/m3) ou de pltre, vermiculite, ou composants silico-calcaires(plaques de forte densit > 450 kg/m3).

Les plaques sont fixes mcaniquement sur une ossature secondaire propre parvissage ou par collage. Dans les deux cas de figure, une mise en uvre soi-gne des joints est ncessaire. Cette technique est particulirement utilisepour des profils de section constante. Il est possible dobtenir jusqu 240 minde stabilit au feu.

Le pltre est le matriau le plus utilis parce quil est conomique, lger,maniable et partiellement compos avec de leau de cristallisation qui lui assureson bon comportement au feu. En assurant la protection au feu, il a aussi lemrite de constituer un parement de paroi verticale comme horizontale prt la finition. Lutilisation de plaques de pltre spciales feu permet de doublerla dure de protection.

Les laines

Lorsquun systme constructif compos dune structure mtallique et deparois mtalliques ne peut assurer lui seul la stabilit demande, on utilisedes laines de roche ou des complexes laine de roche + rfractaire pour rsis-ter aux trs hautes tempratures sur une dure de temps importante. Dansla majorit des cas, les laines conviennent pour respecter lexigence de rsis-tance au feu des parois dcrites par la rglementation.

La laine de roche utilise, dans les cas de forte rsistance au feu, doit : assurer la tenue mcanique (avec ou sans fixations selon louvrage) ; rsister la chaleur ; conserver la performance de la paroi pour la dure dtermine.Elle doit donc rpondre aux caractristiques suivantes : forte masse volumique > 70kg/m3 ;

Protection par cran : principe deplafond suspendu rsistant au feu.

Protection par produits en plaques.Exemple : plaques de pltre

Standard Spciales feu2 BA 13 30 mn 60 mn2 BA 15 30 mn 60 mn2 BA 18 60 mn 90 mn4 BA 13 60 mn 120 mn


faible teneur en liant voire sans liant ; forte rigidit du produit ; composition spcifique (choix des matires premires).

Les protections par cran

Il sagit soit de plafonds suspendus, soit de panneaux de cloison qui, par lin-terposition entre le foyer et lossature en acier, ralentissent lchauffementde cette dernire. Une attention toute particulire doit tre apporte au modedassemblage et de fixation et plus particulirement toutes les jonctions :entre les lments dcran eux-mmes et entre les lments dcran et lesdiscontinuits cres (cloisons, dalles, poteaux) afin que le feu ne puisse passe propager dans les plnums.

En combinant la fonction de protection celles du cloisonnement, de lisola-tion thermique ou phonique et du parement esthtique, ces crans offrentlavantage dun cot rduit.

Lutilisation dcrans horizontaux ou verticaux implique que le produitconcern ait subi un essai appropri de rsistance au feu. Pour les plafondssuspendus ou les cloisons, les procs verbaux officiels dlivrs par un labo-ratoire agr donnent le degr de rsistance au feu pouvant tre obtenu. Descrans mtalliques appels dflecteurs peuvent galement tre fixs sur lesstructures exposes protger. Ces dflecteurs sont susceptibles de participer la composition architecturale.

Les structures irrigues en profils creux

Les profils creux sont remplis en permanence deau qui pourra ou non circu-ler entre les diffrents lments. Quel que soit le procd, la temprature deleau nexcde pas 130 C sous pression, de sorte que lacier se trouve main-tenu 200 C ou 300 C au maximum, temprature infrieure sa tempra-ture critique. Ce procd nest que rarement employ cause du cot demaintenance quil gnre.

Les lments mixtes acier-bton

Les poteaux mixtes

charges gales et rsistance au feu gale, les poteaux mixtes prsentent dessections rduites par rapport un poteau en bton. Le poteau mixte est de sur-crot bien adapt la prfabrication.

Il existe trois types de poteaux mixtes.


Enrobage total dune poutrelle en H.

Protection par cran : poteau intgr la maonnerie.

Protection par cran : poteau partiellement protg par la maonnerie.

Protection par cran : poteau intgrdans des cloisons.

6 LES FAADES 7 LES COUVERTURES 8 LES AMNAGEMENT INTRIEURS ET LA SERRURERIE 9 LA PROTECTION


Les profils enrobs de bton

Cest le type le plus ancien de poteau mixte. Le bton et les armatures debton ny ont pas une part prpondrante dans la reprise de la charge. Cettereprise de charge est surtout assure par le profil qui bnficie dune bonneprotection thermique.

Les profils btonns entre les ailes

Ce type de poteau peut tre dimensionn pour des dures de stabilit allantde 30 min 120 min. Le bton contient des armatures qui contribuent sup-porter les charges. Des triers ou des goujons sont souds lme du poteaupour assurer la solidarisation du bton arm avec le profil dacier.

Les profils creux remplis de bton

Les profils creux en acier offrent une solution intressante et aise pour laralisation de poteaux mixtes. Les expriences de rsistance au feu montrentquune armature minimale est ncessaire dans le profil. Il est impratif deprvoir des percements pour lvacuation de la vapeur deau dans les partiessuprieure et infrieure des poteaux, chaque niveau ou tous les 5 m. Cettesolution prserve lesthtique et la forme du poteau ainsi que la libert detoutes les formes dattache ou de liaison.

Les poutres mixtes

Un des avantages des poutres mixtes consiste minimiser la hauteur despoutres en associant lacier et le bton. Le bton qui rsiste mal aux efforts de

traction nest utilis que dans la partie suprieure comprimeet lacier dans la partie infrieure tendue. On distingue troistypes de poutre mixte.

Les profils connects une dalle en bton

La liaison entre le profil et la dalle en bton est assure par desconnecteurs souds sur la semelle suprieure du profil. La dallebton peut tre une dalle pleine ou coule sur un bac acier col-laborant. Pour augmenter la stabilit au feu, on peut avoir recours des protections rapportes ou surdimensionner la section.

Les profils lamins noys dans lpaisseur dune dalle bton

Ce dispositif confre une trs bonne rsistance au feu du fait delenrobage presque complet de la poutrelle dont seule la semelle

Planchers collaborants dalle bton et poutres mtalliquessont solidarises grce aux goujonssouds sur laile suprieure despoutres. profils en H ou en I intgr dansla dalle bton.

Poteau mixte acier-bton en profilcreux.

Poteau btonn entre les ailes.


infrieure reste apparente. Cependant, et par nature, il entrane une paisseurimportante de la dalle en bton afin dy inclure la quasi-totalit de la hauteur dela poutrelle et un recouvrement de 5 cm de bton au minimum au-dessus delaile suprieure du profil.

Les profils btonns entre les ailes

La ralisation et la mise en uvre de ce type de profils sidentifie celle despoteaux. Les connexions dans ce cas de figure ne sont pas indispensables.Cependant, si elles sont faites une dalle bton ou un plancher bacs collabo-rants, leur section pourra tre rduite, tout en ayant une bonne capacit dersistance lincendie.

Les dalles mixtes

Les dalles mixtes sont constitues de bton et de tlesdacier nervures. Les tles profiles ont un rle darmatureet de coffrage, autorisant une mise en uvre rapide et co-nomique. La face infrieure des tles nervures ne nces-site gnralement aucune protection.

Les dalles mixtes ont un degr coupe-feu de 30 min sansprotection particulire. Une rsistance suprieure peut treobtenue aisment et faible cot par lajout de barresdacier enrobes dans les nervures. Il en sera de mme pourles dalles coules avec un bac acier utilis en coffrage perdu.

Une alternative est possible par protection projete en sous-face du bac acier ou par adjonction dun faux plafondcoupe-feu du degr requis. Cette solution est particulire-ment valable conomiquement pour des degrs coupe-feude 120 min et plus. En cas dincendie important, le bac acierretient les clatements du bton.

Les planchers secs

Du fait de leur composition, le comportement des plancherssecs en cas dincendie est directement li aux qualits dersistance au feu du faux plafond. Celui-ci doit limiter lestempratures du plenum quil dlimite et donc celles despoutrelles du plancher.


Dalle collaborante : bac acier en queue daronde + dallebton.

Coupe type sur un plancher sec. La rsistance au feu duplancher sec dpend des performances du faux plafond.

Plancher collaborant avec plafond coupe-feu.

Enrobage partiel dun profil en H.


La population mondiale crot sans cesse, consomme plus de biens, de serviceset dnergie, produit de plus en plus de dchets. Les activits humaines doi-vent ainsi veiller minimiser lemploi des ressources disponibles, conomi-ser les nergies et rduire les pollutions. Nous devons nous soucier de recyclerles matriaux existants, de penser et agir en terme de dveloppement durable.Par ailleurs, sil nexiste pas encore en France de rglementation proprementdite, lassociation HQE a mis au point une dmarche formalise autour dequatorze cibles. Cette dmarche oprationnelle vise matriser les impactsdes btiments sur lenvironnement extrieur et crer un environnement int-rieur sain et confortable. Elle est applicable aussi bien la construction neuvequ la rhabilitation. La prise en compte de ces cibles aux diffrentes tapesde conception et de ralisation permet une prise en compte globale du cot.Lacier comme matriau de construction tend sinscrire dans cette dmarcheet rpondre lensemble des proccupations environnementales.

Le choix des matriaux

Tous les produits manufacturs ont leur propre cycle de vie dont lanalyse, ouACV, est linstrument de mesure de leurs impacts sur lenvironnement. Les dif-frentes phases du cycle de vie dun lment constructif comprennent lex-traction et la transformation des matires premires, son transport, sa mise enuvre, sa vie en uvre, jusqu sa fin de vie (dmolition ou dconstruction,recyclage et le traitement des dchets). ce titre, la norme NF P 01-010 (publication automne 2004) destine auxconcepteurs, tablit les bases communes pour la dlivrance dune informa-tion objective qualitative et quantitative sur les caractristiques environne-mentales et sanitaires des produits de construction et leur contribution celledu btiment . Linformation dlivre repose notamment sur les mthodes din-ventaire et danalyse du cycle de vie dcrites dans les normes ISO 14040 etISO 14041, sur les principes gnraux dfinis dans la norme ISO 14020 et surle rapport technique ISO 14025. Suivant chaque projet, cette dmarche volon-taire permet une prise en compte de tous les facteurs, lment par lmenten considrant lassemblage global.

Dans le cadre dune dmarche de ce type, le choix dlments tout ou partieen acier prsente de nombreux avantages lis son mode de production.Lacier est produit soit partir de minerai de fer et de coke (filire fonte) leminerai de fer, de mme que le charbon, est trs abondant sur terre , soit partir de ferraille et dlectricit (filire lectrique). Aujourdhui, entre 40 % et50 % de la production mondiale dacier est ralise partir de ferrailles recy-cles. Cette part dacier produit partir dacier recycl ne fait que crotre.Ainsi, lacier actuellement immobilis dans des btiments ou des objets serademain un gisement de matire premire.

11 LE DVELOPPEMENT DURABLE

Acier compact, en attente de recyclage.

pandage damendements (scoriesdacirie).

Les 14 cibles HQE1. Relation harmonieuse des

btiments avec leur environnementimmdiat

2. Choix intgr des procds et produits de construction

3. Chantiers faibles nuisances4. Gestion de l'nergie5. Gestion de l'eau6. Gestion des dchets d'activit7. Gestion de lentretien et de la

maintenance8. Confort hygrothermique9. Confort acoustique10. Confort visuel11. Confort olfactif12. Qualit sanitaire des espaces13. Qualit sanitaire de l'air14. Qualit sanitaire de l'eau.


Le procd de fabrication de lacier gnre relativement peu de dchets ou desubstances polluantes pour lenvironnement et leau quil consomme est pourune large part recycle. Les co-produits de la production de lacier sont ruti-liss, notamment le laitier de haut fourneau comme ballast dans la construc-tion routire ou pour la fabrication du ciment. Les gaz mis sont recycls oufiltrs. Cependant, et malgr les efforts des sidrurgistes pour rduire la quan-tit dnergie ncessaire, la production dacier partir de minerai gnre duCO2, raison deux tonnes par tonne dacier. L encore, cest laugmentationdu recyclage qui pourra apporter une solution long terme.

En outre, lacier se marie facilement avec les autres matriaux. Cela faciliteleur choix en fonction de critres environnementaux tout en laissant unegrande libert de conception. Il est par exemple possible dassocier une ossa-ture mtallique des vtures en bois non tropical ou des faades en verre.

La construction

La mise en uvre de lacier permet de minimiser les nuisances lors de laconstruction. Les lments en acier sont relativement lgers et donc faciles transporter. En structure, cela reprsente une conomie de matire et permetdes fondations rduites qui nexigent ni fouilles et ni excavations gnratricesde dblais et de rotations de camions. Cela limite galement lutilisation surle chantier de machines telles que les toupies bton qui occasionnent cir-culation et salissures.Les structures ou vtures en acier sont en grande partie fabriques en atelierou en usine, dans un environnement contrl o les conditions de travail etde scurit sont meilleures. La tendance est dailleurs augmenter cette partde la fabrication hors site, pour ne rserver au montage proprement dit quelassemblage dlments prfabriqus. La limite est ici fixe par le gabarit detransport (routier ou fluvial) et par la capacit des moyens de levage. En outre,les structures en acier peuvent tre livres juste temps pour le montage en flux tendu , limitant ainsi les besoins de stockage sur le chantier ce qui estparticulirement prcieux en site urbain.

Une construction en acier signifie la mise en uvre sec, en partie ou en tota-lit, de produits finis, sans bruit ni poussire qui polluent et perturbent le voi-sinage. Lacier ninduisant aucun dchet, les contraintes dvacuation sontsupprimes et la rapidit de montage minimise la dure du chantier.

La vie en uvre du btiment

Dans le cycle de vie dun btiment, on distingue, dune part, lnergie incor-pore qui comporte toute lnergie ncessaire pour lextraction, la fabricationet le transport des produits ainsi que la construction et, dautre part, lnergie

Passerelle fabrique en atelier, enroute pour tre place dune seulepice, garde-corps et platelagecompris, au-dessus de la Leysse,France. Patriarche & Co architectes.

Centre de tri de ferrailles. La sparation des ferrailles avec les autres matires se fait aisment par lectro-aimant.

Hall de contrle de vhicule Savigny-le-Temple, France, dont lastructure est compose de PRS et deprofils du commerce adapts aumontage in situ. H. Fricout-Cassignolarchitecte.

7 LES COUVERTURES 8 LES AMNAGEMENT INTRIEURS ET LA SERRURERIE 9 LA PROTECTION CONTRE LA CO


oprationnelle dun btiment pendant sa dure de vie qui comprend lclai-rage, le chauffage, la ventilation, le fonctionnement, lentretien, les rpara-tions. Pour un immeuble de bureaux standard, lnergie consomme pendantla dure de vie du btiment peut tre jusqu dix fois suprieure lnergieincorpore. Il est donc essentiel de faire davantage porter leffort dconomiesur lnergie consomme que sur lnergie incorpore. Par exemple, en privi-lgiant une bonne conception nergtique du btiment, lisolation thermique(du froid comme de la chaleur), lclairage et la ventilation naturelle, la facilitde maintenance et la capacit dvolution dans le temps. Lacier en structurefacilite les vastes ouvertures qui laissent pntrer la lumire et permettentventuellement de profiter de lnergie solaire. Trs favorables au bilan ner-gtique, des solutions disolation par lextrieur sont aisment applicables.Avec des charpentes en acier en poteaux-poutres, il ny a pas de murs porteurset les matres douvrage et les architectes ont un maximum de libert dans laconception de nouvelles organisations intrieures, voire dans la transformationdes faades. Les difices existants peuvent tre facilement agrandis ou trans-forms et mis aux nouvelles normes dusage ou mme changer daffectation.

Enfin, lacier est durable et on sait le protger de la corrosion. Bien entretenu,il dure longtemps limage de btiments plus que centenaires comme la TourEiffel. En allongeant la vie utile dune structure, lnergie incorpore danscelle-ci se rpartira sur une priode encore plus longue et ds lors on optimi-sera le rendement de lnergie dans la construction. Pour rendre possible lal-longement de la vie dun btiment, le projet constructif doit tre souple etadaptable. Lacier est un matriau qui convient parfaitement cette adapta-bilit. Ses proprits naturelles (ductilit, rapport rsistance/poids, duret),lui confrent aussi une rsistance leve des contraintes inattendues commeles catastrophes naturelles telles que les sismes.

La fin de vie

La dure de vie utile de tout btiment et de toute structure nest pas illi-mite. Les btiments qui ne peuvent pas tre rnovs doivent pouvoir tredmonts ou dconstruits plutt que simplement dmolis, dfaut dtretransforms. Ce dmontage peut se prvoir ds la conception, limage de cequi se fait aujourdhui dans lautomobile. Lobjectif doit tre de pouvoir spa-rer facilement les composants et den trier les matriaux, soit pour les ruti-liser soit pour les recycler. Or lacier se prte bien un dmontage, sans tropde bruit, de poussires et de dblais, en vue de la rutilisation des lments.En outre, il se trie aisment grce ses proprits magntiques et peut trerecycl 100 % et linfini sans rien perdre de ses qualits.

Dmontage du pont de Hammer Dsseldorf, Allemagne.

Maison Stuttgart, Allemagne.Autosuffisante sur le plan nergtique, elle est conue pourtre facilement dconstruite et recycle en fin de vie. Werner Sobekarchitecte.

La filire fonte

Le minerai de fer et le coke (du carbone presque pur) sont disposs en couchesen haut dun haut-fourneau. Un haut-fourneau peut atteindre 90 m de hauteuret 14 m de diamtre. Sa production varie entre 2 000 et 15 000 t de fonte parjour. Il fonctionne en continu et on larrte en moyenne une fois tous les quinzeans. De lair chaud 1 200 C est insuffl la base du haut-fourneau. Il pro-voque la combustion du coke. La chaleur dgage fait fondre le fer et la ganguedans une masse liquide, o la gangue surnage.

ONTRE LA CORROSION 10 LA PROTECTION CONTRE LINCENDIE 11 LE DEVELOPPEMENT DURABLE 12 ANNEXES

HAUT FOURNEAU

CONVERTISSEUR

FOUR LECTRIQUE

STATION DAFFINAGE

COULE CONTINUE

LAMINOIR

AGGLOMRATION Minerai de fer

Acier liquide sauvage

Tles en bobine

Acier liquide mis nuance

Charbon

Ferrailles

COKERIE

Coke

Laitier

Brame

Agglomr

Fonte liquide

Schma du processus de fabricationde lacier. En haut gauche, la production defonte dans un haut-fourneau, puis la transformation en acier dans unconvertisseur.En haut droite, la fabrication directe de lacier partir de ferrailles.En bas, laffinage de lacier et la coule continue suivie du laminage chaud pour obtenir un produit fini,ici des bobines de tle.

Haut-fourneau.

(Annexe 1 : la fabrication de lacier)



On obtient de la fonte liquide. Celle-ci est alors conduite lacirie dans deswagons pour tre verse dans un convertisseur oxygne.

La filire lectrique

Lacier y est directement produit partir de ferrailles de rcupration, slec-tionnes suivant leur composition ou leur nuance. Elles proviennent desemballages jets, des btiments, des machines, des vhicules, des chutes defonte et des aciers rcuprs. Ces ferrailles sont charges dans un four lec-trique. La fusion a lieu 1 600 grce des arcs lectriques. Le mtal liquideest conduit ensuite la station daffinage de lacirie.

Lacirie

La premire tape de lacirie est le convertisseur oxygne o lon convertitla fonte en acier. On verse la fonte en fusion sur un lit de ferraille. Les l-ments indsirables (carbone et rsidus) contenus dans la fonte sont alors br-ls en insufflant de loxygne pur. On obtient de lacier liquide dit sauvage lacier est encore imparfait ce stade qui est vers dans une poche. La pro-duction dun convertisseur oxygne est de 300 t par coule. Une tonne defonte permet dobtenir 1,1 t dacier (on a ajout 0,1 t de ferraille).Ltape suivante est la station daffinage o les filires fonte et lectrique citesprcdemment se rejoignent. Les oprations daffinage (ou de dcarburation)et dadditions chimiques se font dans un rcipient sous vide, lacier tant misen rotation. On insuffle de loxygne pour activer la dcarburation et rchauf-fer le mtal. La mise nuance de lacier, savoir lajustement de sa com-position chimique, est ralise avec une grande prcision grce ce procd.

La coule continue

Vient ensuite ltape de la coule continue qui permet le moulage dbauches(ou demi-produits). On coule lacier en fusion en continu dans un moule sansfond. Le mtal au contact des parois refroidies leau commence se solidi-fier. Il descend du moule, guid par un jeu de rouleaux, et continue de se refroi-dir. Arriv la sortie, il est solidifi cur. Il est immdiatement coup auxlongueurs voulues.Les demi-produits obtenus sont : les brames, de 20 30 cm dpaisseur, 2 m de largeur et de 5 6 m de lon-gueur permettent la production des produits plats lamins chaud (plaques,feuilles, bobines) ; les blooms, de 15 cm 100 cm de ct, pouvant aller jusqu 12 m de lon-gueur, et les billettes, de 15 cm de ct, qui donneront les produits longs lami-ns chaud (fil, barres, rails, profils divers, poutrelles).

Four lectrique dOlaberria enEspagne.

7 LES COUVERTURES 8 LES AMNAGEMENT INTRIEURS ET LA SERRURERIE 9 LA PROTECTION CONTRE


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Sites dinformation

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LA CORROSION 10 LA PROTECTION CONTRE LINCENDIE 11 LE DEVELOPPEMENT DURABLE