1-l'acier_matériau de construction
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utilisation des aciers pour les projets en charpentes métalliquesTRANSCRIPT
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L’ACIERL’ACIERMatériau de construction
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SOMMAIRESOMMAIRE
SOMMAIRESOMMAIRE
1. Acier et produits des aciéries1. Acier et produits des aciéries
• 1.1 Elaboration de l’acier………………………………………………..4
• 1.2 Produits laminés à chaud…………………………………………..6
• 1.3 Produits laminés à froid…………………………………………..10
• 1.4 Profilés tubulaires………………………………………………….10
• 1.5 Imperfection des produits laminés……………………………...11
• 1.6 Contraintes résiduelles……………………………………………12
2. Caractéristiques de l’acier de construction2. Caractéristiques de l’acier de construction
• 2.1 Propriétés de l’acier………………………………………………..14
• 2.2 Nuances de l’acier………………………………………………….15
• 2.3 Qualité de l’acier……………………………………………………16
• 2.4 Fatigue & influence de la température………………………....18
• 2.5 Corrosion de l’acier………………………………………………..18
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1. Acier et produits des aciéries1. Acier et produits des aciéries
1. Acier et produits des aciéries1. Acier et produits des aciéries
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Ce qui distingue le fer, de la fonte et de l'acier est la teneur en carbone.
Le fer est un métal pur. L'acier a un taux de carbone < 2% (Dans la réalité industrielle il dépasse
rarement 1%), alors que la fonte est riche en carbone avec un taux > 2%.
La formation de la fonte : le minerai de fer et le coke sont introduitsdans le haut fourneau . La chaleur provoque la combustion du coke etl’élimination des éléments chimiques contaminants. Le fer se charge
ensuite de carbone au cours de sa descente et se transforme en fonte,qu’il faut alors séparer du mélange de déchets.
La conversion de la fonte en acier : la fonte en fusion estensuite versée sur de la ferraille dans un convertisseur à oxygène oùde l’oxygène est insufflé pour éliminer le carbone sous forme de CO2.
L’affinage : l’acier obtenu est affiné en ajoutant des éléments
(nickel, chrome…) pour former différents alliages et modifier lespropriétés mécaniques de l’acier en fonction des besoins.
La coulée : l’acier est refroidi progressivement jusqu’àsolidification.
Le laminage : l’acier est à nouveau monté à température pour le
rendre malléable. Il est ensuite aplati dans des laminoirs et la formevoulue lui est donnée.
Les étapes de fabrication de l'acier
1.1 Élaboration de l’acier 1.1 Élaboration de l’acier
1.1 Élaboration de l’acier 1.1 Élaboration de l’acier
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Après l’opération d’affinage le métal en fusion est coulé dans des lingotières. Ces lingots sont
réchauffés puis transformés par laminage à chaud.
Le laminage à chaud consiste à écraser le métal, préalablement réchauffé, entre deux cylindresdont les sens de rotation sont opposés.
1.2 Produits laminés à chaud1.2 Produits laminés à chaud
1.2 Produits laminés à chaud1.2 Produits laminés à chaud
Phases principales du laminage à chaud
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On peut classer ces profilés en deux groupes :
Les profilés en double té à ailes étroites : On distingue la série légère IPE, dont les ailes sont
d’épaisseur constante, et la série INP, plus lourde et avec les faces internes des ailes inclinées.
Les profilés en double Té à larges ailes : dont Iz est plus élevé que celui des profilés à ailes
étroites. On distingue 3 types de sections : HEA, HEB et HEM.
a. Profilés en double Téa. Profilés en double Té
Les profilés en Té sont obtenus par coupure des IPE, HEA, HEB (demi – profilés) désignés par IPET, HEAT, HEBT
b. Profilés en Téb. Profilés en Té
On trouve aussi sur le marché :
Les profilés à ailes renforcées HHD (effort très important – colonne de bâtiment).
Les profilés nord-américains appelés W, M et S
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c. Profilés en Uc. Profilés en U
On distingue :
La série UPN avec les faces internes inclinées
La série UPA à épaisseur d’ailes constante
d. Les fers marchandsd. Les fers marchands
Les cornières (profilés en L) à ailes égales ou inégales ;
Les fers T, à âme haute (TPH) et à semelle large (TPB) ;
Les fers Z (éléments secondaires) ;
Les fers plats (pour réaliser les PRS) ;
Les fers ronds et carrés (barres de treillis ou de contreventement )…
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On distingue entre les larges plats et les tôles :
Les larges plats sont laminés à chaud sur les 4 faces (160 l 600 , 5 e 50 )
Les tôles sont laminées seulement sur les grandes faces. Elles sont subdivisées
selon les normes en 3 catégories :
Les tôles fortes, épaisseur t ≥ 5 mm,
Les tôles moyennes, 5 mm > t ≥ 3 mm,
Les tôles fines, t < 3 mm.
e. Les produits platse. Les produits plats
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Ils sont caractérisés par leur forme assez élaborée, leur faible épaisseur et leur grande variété :
Les tôles ondulées ou nervurées (couvertures de toits) ;
Les tôles profilées (coffrages perdus) ;
Les tôles striées (passerelles légères) ;
Les profilés laminés à froid (serres, constructions standardisées)…
1.3 Produits façonnés à froid1.3 Produits façonnés à froid1.3 Produits façonnés à froid1.3 Produits façonnés à froid
1.4 Profilés tubulaires1.4 Profilés tubulaires1.4 Profilés tubulaires1.4 Profilés tubulaires
Il existe des tubes carrés, rectangulaires et ronds. Ils sont subdivisés en 2 catégories :
Les tubes sans soudures : lingots façonnés à chaud;
Les tubes soudés : tôles façonnées à froid , ensuite soudées par des procédés automatiques.
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1.5 Imperfection des produits laminés1.5 Imperfection des produits laminés1.5 Imperfection des produits laminés1.5 Imperfection des produits laminés
a. Variation de la résistancea. Variation de la résistance
Les caractéristiques mécaniques varient d’un élément à l’autre et d’un point à l’autre de l’élément
Notion de valeurs caractéristiques au lieu de valeur de calcul
b. Tolérances de laminageb. Tolérances de laminage
Les dimensions réelles des produits laminés sont généralement différentes des dimensionsthéoriques. Ces différences sont les conséquences de l’imperfection des outillages utilisés et des
déformations se produisant lors du refroidissement des produits.
Introduction des tolérances de laminage
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1.6 Contraintes résiduelles1.6 Contraintes résiduelles1.6 Contraintes résiduelles1.6 Contraintes résiduelles
Dans un profilé laminé, les contraintes résiduelles peuvent être d’origine thermique ou mécanique :
Les contraintes résiduelles d’origine mécanique sont dues au dressage à froid d’un profilé.
Les contraintes résiduelles d’origine thermique sont dues au refroidissement inégal des parties
du profilé après laminage :
Les parties qui se refroidissent en premier sont finalement comprimées et celles qui se refroidissent
en dernier sont tendues. Sur l’entier d’une section, un état auto-équilibré des contraintes résiduelles
est obtenu :
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2. Caractéristiques de l’acier de2. Caractéristiques de l’acier de
constructionconstruction
2. Caractéristiques de l’acier de2. Caractéristiques de l’acier de
constructionconstruction
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2.1 Propriétés de l’acier 2.1 Propriétés de l’acier 2.1 Propriétés de l’acier 2.1 Propriétés de l’acier
La plupart des propriétés mécaniques d’acier telles que résistance à la traction, limite d’élasticité,
allongement de rupture sont obtenus à partir d’essai de traction sur éprouvettes normalisées.
Les valeurs de calcul normalisées des principales caractéristiques des aciers des construction sont :
Module d’élasticité :
Module de glissement :
Coefficient de contraction latérale (Poisson) :
Coefficient de dilatation thermique :
Charge volumique :
2/81)1(2
mmkN E
G
3.0
2/210 mmkN E
C T
/102.1 5
3
/5.78 mkN 14
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Les propriétés mécaniques de l’acier dépendent essentiellement de :
La teneur en carbone
La présence d’autres éléments d’alliages (Si, Cu, Mn, Ni, Van…)
La présence d’autres impuretés (phosphore, soufre…)
Procédés de fabrication…
Il existe différents procédés destinés à améliorer les qualités et augmenter la résistance des
aciers. Ces améliorations sont obtenues par :
La réduction des défauts de la structure cristalline ;
L’incorporation d’atomes d’éléments étrangers (Alliages) ;
Des traitements thermiques ou mécaniques appropriés.
La nuance d’acier est désignée par les symboles, Fe, S, AE assortie d’un nombre qui désigne la
limite d’élasticité f y ou la résistance à la traction f u.
Désignation
Anciennes Nouvelles f y (N/mm2) f u (N/mm2) r (%)
AE235 (AE24) S235 Fe360 235 360 26
AE275 (AE24 S275 Fe430 275 430 22
AE355 (AE24) S355 Fe510 355 510 20
AE460 (AE24) S460 Fe550 460 550 10
Nuances d'acier
2.2 Nuances de l’acier 2.2 Nuances de l’acier 2.2 Nuances de l’acier 2.2 Nuances de l’acier
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Sous certaines conditions d’utilisation, les constructions soudées ont montré que l’acier
pouvait être sensible à un type de ruine appelé rupture fragile qui est mesurée par
l’essai de résilience.
Cet essai consiste à rompre par roc une éprouvette entaillée dont la température est
prescrite. On mesure ensuite l’énergie qui est absorbée par l’éprouvette au cours de sa
rupture.
On appelle résilience, l’énergie (en joules/cm2) de rupture ramenée à la section sous
l’entaille de l’éprouvette.
En mesurant la résilience, il est de définir la qualité d’un acier, que l’on symbolise par
une lettre. La qualité croit de A vers E pour chaque nuance d’acier.
2.3 Qualité de l’acier 2.3 Qualité de l’acier 2.3 Qualité de l’acier 2.3 Qualité de l’acier
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Résilience Charpy V des aciers normalisés en daJ/cm2.
La valeur soulignée est la valeur généralement vérifiée en réception,
Les valeurs () sont des valeurs extrapolées
Qualité Nuance +20° +10° 0° -10° -20° -30 -40°
B
AE235
AE275 AE355
AE460
3.5 2.5 (2)
C
AE235
AE275
AE355
AE460
(5) 4.5 3.5 (2.5) (2)
D
AE235
AE275
AE355
AE460
(7)
(7)
(7)
(7)
(6.5)
(6.5)
(6.5)
(6.5)
6
6
6
6
5
5
(5.5)
(5.5)
3.5
3.5
5
5
2.5
2.5
4
4
2
2
3.5
3.5
Résilience et Qualité d'acier
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La basse température rend l’acier fragile et la haute température réduit ses différentes
caractéristiques.
L’acier a particulièrement une faible résistance au feu. Le ruine d’éléments porteurs en acier est
provoquée par :
Perte de rigidité (diminution de E);
Perte de résistance (diminution de f y et de f u);
Dilatation.
Les éléments en acier peuvent se fissurer sous l’effet de charges répétées (passage de véhicules,
opérations fréquentes de levage…). Ce paramètre, dit fatigue n’implique pas le matériau en lui-
même, mais entre autres, les anomalies de soudures, les concentrations de contrainte…
La durabilité de l’acier est tributaire de la sensibilité à la corrosion (Perte d’épaisseur par corrosion
0.075 mm/année).
Il existe différentes moyens pour protéger l’acier contre la corrosion
Traitements préalables : Nettoyage et enlever les éléments indésirables telle que la rouille…
Revêtement par des peintures ou matières plastiques :
Galvanisation et électo-zingage ;
Utilisation des aciers patinables (Aciers faiblement alliés).
2.4 Fatigue & Influence de la température2.4 Fatigue & Influence de la température2.4 Fatigue & Influence de la température2.4 Fatigue & Influence de la température
2.5 Corrosion de l’acier 2.5 Corrosion de l’acier 2.5 Corrosion de l’acier 2.5 Corrosion de l’acier
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