Département d’architectureuniversité Mouloud Maameri TIZI-OUZOU

Atelier de 4eme année - G: 4

thème: LES STRUCTURES METALIQUES

Présenté par:

•Chalal Khaled

•Lezam Lyes

Encadré par:

Mr: KACI CHAOUCH

Mr : MECHTOUB

LES STRUCTURES LES STRUCTURES METALIQUESMETALIQUES

PLAN DE TRAVAIL INTRODUCTION1. BREF HISTORIQUE2. DEFITION3. LES PROPRIETES DE L’ACIER4. LES ELEMENTS DE STRUCTURES5. LE CONTREVENTEMENT6. LES ASSEMBLAGES7. LES STRUCTURES TRIDIMENSIONNELLES8. LA SECURITE INCENDIE.9. LA PROTECTION CONTRE LA CORROSION CONCLUSION

INTRODUCTION L’usage du metal revient aux ages les plus reculés de l’histoire, mais à part le domaine de la guerre ce materiau n’est que timidement utilisé dans les autres domaines Le developpement de l’industrie a mis en disponibilité ce matériau sous des fomats et des formes adaptable à tous les usages, et la technologie a poussé jusqu’à leur optimum sses proprièté mecaniques, physiques et chimiques. La construction est l’un des premiers domaine qui en profite; d’abord pour franchir les grandes portées puis venir en aide à d’autres matériau; ainsi pour se géneraliser et devenir un élément quise trouve pratiquement dans tous les corps du bâtiment. C’est ainsi que notre choix s’est fixer sur ce thème qui est très général et chatoyant du fait qu’il peut être abordé sous plusieurs angles de vues Pour un souci de faisabilité nous nous sommezs contenter de la description soutenue par des illustrations, les different modes d’utilisation de l’acierdans les structures des bâtimemts évitant les détails qui nécessitent des explications munitieuses Pour ce faire nous avons utilisé quelques documents auxquels sera fait référence. Manière de payer nôtre dette envers eux.

1.Bref Historique : Le fer a joué un rôle pérponderant tout au long de notre histoire même il fut rarement utilisé pour des fins pacifiques . Le fer est utilisé dans plusieurs domaines, selon les différents époques de l’histoire: Au 5eme siècle avant J-C en Grèce on utilise des clameaux métalliques pour fixer les grands blocs de pierre, cette méthode est reprise plutard par les Romains. En 532-537 après J-C en construisant Sainte SOPHIE a Constantinople des barres de traction son utilise à la place des imposant voûtes. Il est pratiquement impensable de réaliser des constructions Gothique sons faire appel à ce mâtereau.

Pont sur la sevrnPont sur la sevrn AKOALBROOKDALEAKOALBROOKDALE

A la Renaissance les architectes utilisent ce matériau principalement comme armature invisible. Et c’ ainsi qu’ils ont réalisé les plus importants dômes de l’époque. Ce n’est qu’au milieu du XVIIe siècle que le fer sous ses différentes formes devient un élément prépondérant dans La construction grâce à de nouvelles méthode de sa mise œuvre notamment le coke de houille.

PASSERELLE DES ARTS PASSERELLE DES ARTS

ARCS EN FONTEARCS EN FONTE

On appelle acier un alliage obtenu par fusion combinant le minerai de fer ( FE) et le carbone (C) ainsi que d’autres éléments lies et éléments d’alliage. ainsi les propriété de l’acier changent en changeant sa teneur en carbone, et c’est

de cette façon qu’on obtient les propriétés nécessaire pour chaque usage.

2.DEFINITION

3.LES PROPRIÉTÉS DE L’ACIER: Dans le contexte de son utilisation comme élément portant dans les constructions on s’intéressera à ses propriétés mécaniques.

.La résistance à la traction et la compression

Éprouvette avant essai

Éprouvette après essai

Essai de traction

a. LA TRACTION: l’acier est un matériau solide ou plutôt ductile, sa limite d’élasticité est beaucoup plus important que elle d’autre matériaux. Encoure présente un bon comportement de le domaine plastique.

Allongement repartie

Allongement de strictionAllongement a rupture

b- LA COMPRESSIONS: sous l’effort de compression et est identique à celui décrit en traction

la rupture par compression est un effet très rare, les fennomane d’instabilité (flombement –voilement ) se produisent avant l’atteinte de la limite de rupture

Poteau avant l’essaiflombement

voilement

gonflement

4-Les élements de structures

Dans les constructions métallique on recense une grande variété de type de fondation,classé en fonction de la technique de réalisation , des matériaux employé… On peut les classé selon le mode de liaison:

a. Les fondation:

Béton armé

Liaison articulé La traverse de montage a enlevé après le collage

Liaison encastrie Coulage du béton

b- les poteaux:

Profilés en ( laminés)

Les poteau sont des éléments verticaux , destinés à supporter les charges et surcharges et les transmettre au sol de fondation.

EN I

En double

T En H

Poteau en acier avec noyau porteur en béton

Profilés enrobés par le béton armé

• Les poteaux mixtes

• Poteau à treillis

Membrure

Barres de treillis

Montant à Treillis

Avantages:

-Économie de poids et de matière

-Résistance au flambement et à la flexion

- Fabrication coûteuse

Inconvénients

b- les poutres: Ce sont les éléments transversaux de la structures qui répartissent les charges entre les poteaux et supporter les plancher.

Poutre alvéolaire

Poutre en I

Poutre en U

Poutre enPoutre en H H

• LES POUTRES SIMPLES:

Profil a âme double

Tube rectangulaire

tube circulaire

. LES POUTRES CREUSES

•Les poutres en treillis

Dès que les portées deviennent importantes on préfère utiliser les poutres en treillis dotes aussi poutres triangulées qui permettent de laisser câble et gaine dans son épaisseur.

Cette technique est utilisées pour franchir des portées de 200m et plus

Poutre en N

Montants comprimés

Diagonales tendue

Poutre modulée en K

Poutre en V

Poutre en X

Poutre à tirants Poutre à membrure non parallèles

Tirant de précontrainte Membrure inférieur

Membrure supérieur

c. LES FERMES:

Les fermes sont des éléments porteurs transversaux sous forme de panneaux rigide, soit en treillis soit à âme pleine et transmettent leur sollicitation comme les poutres aux poteaux articulé.

Faîtage

PoteauMembrure inférieure ( Entrait )

Nœud

Po

inço

n

Diagonale

membrure supérieure

Ferme à treillis

membrure supérieure

Diagonale

Membrure inférieure ( Entrait )

Nœud

Poteau

d. LES ARCS:Contrairement a la poutres qui travail a la fléction l ‘arc travail principalement au

compression. Il existe trois principaux d’arc:

•L’arc a trois articulations :

L’arc à trois articulation comporte une rotule a sont somme en plus de celle des deux appuis

Articulation à l’appuis

Sollicitation en compression

Contraintes horizontale au bas des appuis

Articulation du sommet

Tirant de précontrainte

•L’arc à deux articulations:

Ce type d’arc hyperstatique couramment utilisé comporte des rotules aux appuis . La distribution des moments est plus uniforme et la section réduite.

•L’arc rigide

ce type d’arc est encastré aux appuis et présente l’inconvénient de transmettre d’important moments à ces derniers

e. Les portiques:

portique a double articulation

portique a trois articulation

portique RIGIDE

Le portique peut être considéré comme un arc constitué par l’organisationde section droites; comme les arcs il existe trois types.

Plancher mince (slim floor)posé au dessus des poutre

1- Revêtement de sol

2- Chape

3-Etancheité

4I-Isolation

5-Chape de nivellement

6-Dalle

7-Structure porteuse (poutre)

8-Sous- plafond suspendu

f. LES PLANCHERS En plus de recueillir les surcharges d’exploitation et de les transmettre aux poutres les planchers dans les structures métaliques joue aussi le rôle de contreventement horizontal.

Il peuvent être réalisés en plusieurs matériaux, béton, bois… ou mixte.

1-Béton coulé sur place

2-Armature supérieure (treillis)

3-Armature inférieure (barres dans les nervures

4-solive

(1)(2)

(3)

(4)

• Les planchers collaborant

Ils associent une dalle de compression en béton à des panneaux d’acier en sous face travaillant en traction.

(5)

5-Tole profilée ( coffrage perdu)

• Plancher mixte avec connecteur

Dalle( contreventement horizontal)

Contreventement vertical transversal

Contreventement vertical longitudinal

5. Contreventement dans une ossature articulée

on appelle le contreventement est le dispositife qui se pose à la déformation ou reversement de la structure sous l’action des force horizontal :

A. Contreventement vertical:

- Les trois cas possibles

2-poteaux continus

1-Système statique

3-sommiers continus

- Treillis en V (palée triangulée)

Contreventement

en X

CONTREVENTEMENT REALISE AVEC DEUX POUTRES

b. CONTREVENTEMENT HORIZONTAL

Contreventement horizontal

6.LES ASSEMBLAGES: Dans les construction métallique les assemblages souvent conçus comme des élément singuliers au sein de la juxtaposition de composants industrialisés

Ies assemblages le plus utilisé sont:

Les points du soudage

a-L’assemblage par soudage

b-Assemblage par boulons:

Les boulons

Tête hexagonale

Vis à tige filetée

rondelles

Écrou

c- Assemblages par rivetage:

« Assemblage au moyen de courtes tiges métalliques dont on écrase la pointe » (Encarta 2004)

Tige

Contre bouterolle

bouterolle

Compression

Éléments à assembler

c. c. Assemblage des poteau aux sol : :

Généralement les fondation des constructions en acier sont en béton ,et les contraintes admissibles de l’aciers sont plus élevé, c’est pour cette raison , des plaque d’assise en acier sont placées sous les poteaux ,

Assemblage articuleAssemblage articule

Assemblage poteau fondationAssemblage poteau fondation

Assemblage Assemblage fondation poteau fondation poteau avec des tiges avec des tiges filetéesfiletées

d. Assemblage poteau poutre:d. Assemblage poteau poutre:

Les assemblages de poutres aux poteaux transmettent a ces dernières des force et /ou des moments. Ces assemblages sont immédiatement porteurs et ultérieurement réglables.

Assemblage par soudage

Les assemblage de poteau continue

Assemblage par boulonnage poutre continue

7. La structure tridimensionnelle:7. La structure tridimensionnelle:Elle est utilisée pour obtenir de moyenne et de grande pourette il s’agit de superposer deux girelles bidimensionnelle liaisonnées entre elle par des éléments diagonaux formant autant de poutres treillis.

Hangar pour avions 1951 Konrad Hangar pour avions 1951 Konrad Waschmann.Waschmann.

Biosphère Montréal 1967 Richaar Biosphère Montréal 1967 Richaar Buckminster FullerBuckminster Fuller

8.LA SECURITÉ INCENDIE: L’acier ne brûle pas et ne permet la propagation du feu. mais une éventuelle augmentation de la température entraîne la modification de ses propriétés mécaniques.

donc prévoir une sécurité incendie est l’une des précaution à prendre inévitablement. Plusieurs techniques existent :

-Matériau projeté ou en plaques : -Matériau projeté ou en plaques : les matériaux utilisés les matériaux utilisés sont de trois types :sont de trois types :

•Les materiaux projeté (Les materiaux projeté (flocage)flocage)

•Les produits en plaques;Les produits en plaques;

•Les peintures intumescentes .Les peintures intumescentes .

•Les protections par écran:Les protections par écran: soit des plafond suspendus soit soit des plafond suspendus soit des panneaux de cloisons .des panneaux de cloisons .

•Les structures irriguées :Les structures irriguées : ce procédé est employé avec les ce procédé est employé avec les profils creux . Les profils sont remplis en eau en permanence.profils creux . Les profils sont remplis en eau en permanence.

Centre g.pompidou. R.pianoCentre g.pompidou. R.piano

Poteau protégé Poteau protégé par irrigation.par irrigation.

Ecran Ecran coupe-feucoupe-feu

Nœuds Nœuds recouverts recouverts d’un enduit de d’un enduit de protectionprotection

Plaques de Plaques de protection + protection + acier inoxidableacier inoxidable

9. La protection contre la corrosion:

l’acier est très vulnérable à la corrosion; qui se traduit généralement par la formation de rouille.

Pour cela il faut choisir une protection parmi les protections existantes dont nous citeront les plus fréquemment utilisées:

•Les revêtements par la peinture: ils sont les moins efficaces

•Les revêtement métalliques:

a- les produits protégés par r le zinc: Galvanisé; métallisé…

b- les produits protégés par l’aluminium.

c- les produits revêtus par l’alliages zinc-aluminium.

1-Doublage de la structure principale.

2-Couche anti-humide et anti-corrosion.

3- Grillage d’acier inoxydable.

4- Fibre céramique de protection contre le feu.

5- Emballage par une feuille d’aluminium.

6- Plénum de retour d’aire.

7-Habillage aluminium.

Colonne de La banque de Hon Kong

Conclusion:Conclusion:

L’acier; comme on l’a constater est le matériau de l’èré contemporaine; il es omniprésent dans toutes les constructions se voulant de haute technologie (Hi tech).

Mais il ne doit pas rester le matériau propre aux ingenieurs du bâtiment et des travaux publique; les architectes doivent aussi faire usage, et pour cela des connaissances détaillées de ses propriétész et ces modes d’emploi s’avèrent plus que nécessaire.

BIBLIOGRAPHIE:

&HELMUT C.Sculittz; VERNER Sobeck; KARL j. Habermann, construire en acier,presse polytechnique et universitaireRomande, 1999, Munchen

Collection technique de conception,construir en acier, Moniteur, 1993, Paris

W. HENN, Atlas de la construction industrielle;1966; Paris

Encyclopédie ENCARTA

Exposés d’étudiants