cours n°3 liaisons au go

Liaisons au GO 1

Conception des assemblages de

construction métallique

Liaisons au GO 2

Sommaire

A. Les pieds de poteauxA.1 Les pieds de poteaux articulésA.2 Les pieds de poteaux encastrés

B. Attaches entre poutraison métallique et paroi bétonB.1 Réservation ou nicheB.2 Platine d’aboutB.3 Autre disposition

Cours n°3 – Liaison au GO

Liaisons au GO 3

A. Les pieds de poteaux

Articulé ou Encastré ?

Nature du sol ?

Assise existante ?

- Sol inconnu à priori- Sol médiocre et fondations

superficielles- Sol peu résistant et

fondations superficielles sans chainage

- Pieux isolés

- Assise sur ossature ou infrastructure légère en béton armé

- Nécessité de démontage ultérieur Autre ?

- Sol résistant incompressible et fondations superficielles

- Pieux ou puits groupés

- Assise sur ossature ou infrastructure massive en béton armé


Liaisons au GO 4


Articulé ou Encastré ?

Les conséquences économiques peuvent être importantes

- Fondations et travaux de GO minimisés

- L’ossature métallique est avantagée par les encastrements en pieds

- Les fondations et travaux de GO nécessitent d’être plus importants


Il s’agit en fait d’établir un bilan global intégrant les incidences sur tous les corps d’état et toutes les parties d’ouvrage du choix de liaison. Pour cette raison, en pratique, la décision est souvent prise au niveau de la maitrise d’œuvre qui seule dispose de l’ensemble des informations nécessaires.

Liaisons au GO 5

A.1 Pieds de poteaux articulés

A.1.1 Disposition habituelle – Représentation schématiqueA.1.2 Vérification de l’articulationA.1.3 BêcheA.1.4 Tiges d’ancrageA.1.5 Platine d’extrémitéA.1.6 Poussée au vide


Liaisons au GO 6

A.1.1. Disposition habituelle – Représentation schématique

A.1. Pieds de poteaux articulés

Béton

Poteau en I

Calage métal + bourrage mortier de scellement

Une très grande majorité d’ossatures métalliques courantes sont articulées en pied, ce choix étant en général arrêté à priori, dans le souci d’éviter des interactions fortes entre les lots GO et CM. La liaison avec les fondations s’effectue alors suivant les dispositions les plus simples Une platine d’about est soudée en

pied du poteau et répartit la charge de compression sur le béton ;

En sous face de cette platine est soudée une bêche constituée d’une chute de profil laminé et destiné à transmettre l’effort tranchant par butée sur le béton ; Deux tiges d’ancrage sont disposées suivant l’axe de grande inertie du poteau pour transmettre, par adhérence, les efforts de soulèvement au béton; La bêche et les tiges d’ancrage trouvent place lors du montage, dans une réservation ménagée au coulage de la fondation et équipée d’une clé d’ancrage permettant un maintien provisoire;

Liaisons au GO 7

arba

A.1.2. Vérification de l’articulation


Modélisation

Disposition réelle

Profil I ou H

Platine Fondation béton

Tiges d’ancrage

poteau

Articulation

Liaisons au GO 8

Modélisation

Disposition réelle

Point de rotation

Hp = 300 mm

L = 0.01 rad1.5 mm

G = 1/150 rad

L = 1.5 G

= 0.01 rad

Rotation du portique

sous charge ELS :- En tête de poteau : 1/150 rad

- En pied de poteau : 0.01 rad

Soulèvement au niveau

des tiges d’ancrage :L x Hp / 2 = 0.01 x 300 / 2

= 1.5 mm



Liaisons au GO 9

Limite pour une pseudo-articulation

Modélisation

Disposition réelle

Point de rotation

Hp = 300 mm

L = 0.01 rad1.5 mm

G = 1/150 rad

L = 1.5 G

= 0.01 rad

Rotation du portique

sous charge ELS :

Soulèvement au niveau

des tiges d’ancrage :L x Hp / 2 = 0.01 x 300 / 2

= 1.5 mm

- En tête de poteau : 1/150 rad

- En pied de poteau : 0.01 rad



Liaisons au GO 10

Limites pour une pseudo-articulation :

Soit Hp ≤ 300 mm

Soit 300 mm ≤ Hp ≤ 600 mm

L x Hp ≤ 3 mm

N x Hc x L ≤ 1500 N.m

→ [Lescouarc’h – Les pieds de poteaux articulés en acier]

Hp ≤ 600 mm

L

≤1.5 mm

HC

N

M’’≤1500 N.m



Liaisons au GO 11

Réduction du poteau en pied - platine de 300 mm

HEA 800

Platine

Hp = 300 mm

HEA 800

Platine

Réduction symétrique

Réduction dissymétrique

Hp = 300 mm

Si on ne respecte pas les limites de hauteur de profil : Hp > 600 mm



Liaisons au GO 12

→ Attention aux poussées au vide au droit des brisures (raidisseur ?)

Réduction symétrique


HEA 800

HEA 800

Effort global NEffort N’

Semelle sup

Effort -N’’Semelle inf

Poussée au vide

Ajout d’un raidisseur ?

Ajout d’un mouchoir ?

(La vérification de la poussée au vide sera abordée dans la partie A.1.6)



Liaisons au GO 13

→ Attention au moment parasite développé dans le poteau et induit par l’excentrement de la réaction d’appui par rapport à l’axe neutre du poteau


HEA 800

N

R = - N

M = N x



Liaisons au GO 14

Si on ne respecte aucune des limites (Hp≤600 mm ; N x Hc x L≤1500

N.m) : On adopte des dispositions plus « sophistiquées » permettant la rotation

Grain d’appui

Compression sur le béton

Plaque d’assise scellée (pour

répartition 60°)

60°

effort N

Chanfrein (pour une meilleure rotation – plastification locale)



Sous la platine peut être soudée une plaque supplémentaire, appelée grain, de dimensions plus réduites et qui, de ce fait, permettra la rotation.

Pour éviter les contacts intempestifs avec le béton sur le pourtour du poteau lors de cette rotation, on est contraint de donner à cette 2ème plaque une assez forte épaisseur

Platine Côté béton, un épanouissement supplémentaire de la pression exercée par le poteau est souvent nécessaire. On prévoit alors une plaque d’assise scellée, d’épaisseur adaptée à la diffusion recherchée ; l’angle de diffusion peut être pris égal à 60°.

Liaisons au GO 15






60°

Côté poteau, ces contraintes se concentrent désormais uniquement sur l’âme qui doit donc le plus souvent être renforcée en épaisseur

effort N

Ame renforcée

Ame renforcée

Liaisons au GO 16





Une autre solution peut également consister à disposer des raidisseurs verticaux encadrant l’impact du grain sur l’âme du poteau.

effort N

Concentration d’effort N

Renforcement par raidisseur

Zone cisaillée

Liaisons au GO 17



effort N


60°



Pour les efforts de compression très importants, le simple raidissement local de l’âme n’est pas suffisant et il faut faire converger les semelles directement sur le grain.

Un raidisseur horizontal équilibre la poussée au vide au droit du changement de direction.

La platine initiale n’a plus de raison d’être.

Liaisons au GO 18

Structures importantes avec de fortes rotations d’appui : usinage du grain pour assurer une articulation parfaite

Grain d’appui cylindrique

effort N

Vérification de la pression de Hertz : (contact cylindre-plan)

yf3LR2

NE59.0

Avec : E module d’Young L longueur du contact R rayon du cylindre



Platine de forte épaisseur

R

Liaisons au GO 19

Si V < 0.3 x NC : V peut être transmis par frottement

Cales métal

NC compression

V < 0.3 NC

Béton

métal-métal – = 0.3métal-béton – = 0.4

Coefficients de frottement :

Mini : = 0.3

Attention :

• N et V concomitants

• N = compression toujours

Bourrage de mortier sans retrait ou de béton

A.1.3. Reprise de l’effort tranchant : les bêches


Liaisons au GO 20

Si V > 0.3 x NC : V ne peut pas être transmis entièrement par frottementSi N = traction : aucun frottementNécessité de mettre une

bêche

NC

ou NT

V > 0.3 NC

Béton

Bêche : profil I ou H

BétonBêche : cornière

V faible



Liaisons au GO 21

Diagramme de distribution des efforts – Fonctionnement

V

Béton

Vrésultant

HC / 2

hq

Lq

Lq / 3

Diagramme de pression triangulaire sur le béton avec max = V/(bq Lq)

La résultante V agit à une distance Lq/3 de la surface du béton, ce qui induit un moment de flexion V.Lq/3

Le moment est équilibré par une traction T sur les tiges d’ancrage et une compression C du béton par la platine (concentrée sous la semelle du poteau)

bq

Section de la bêche

T

C



Liaisons au GO 22

Vérification de la pression sur le béton

Béton

Vrésultant

hq

Lq

Lq / 3

La contrainte maxi sur le béton est max = V/(bq Lq) < bc ce qui conduit à la condition suivante :

Lq ≥ V / (bqbc)

bq


1

1

3 cmV

Bourrage de mortier

Cales

Majoration de 3 cm pour tenir compte de la zone de bourrage sous la platine :

Lq ≥ V / (bqbc) + 3 cm

Conditions supplémentaires pour garantir un comportement en bloc rigide :

6 cm ≤ Lq ≤ 1.5 hq

En Résumé :Min (6cm ; V/(bqbc)+3cm) ≤ Lq ≤ 1.5

hq



Liaisons au GO 23

Vérification de la flexion locale des semelles de la bêche

hq

da

Les semelles sont soumises à la pression locale du béton

Mais la flexion locale est partiellement empêchée par le béton qui les entoure

On se contente de limiter l’élancement des semelles

bq

Section de la bêche en H

2

Béton ta

En Résumé : Pour les bêches en profils I ou

H :bq / tfq ≤ 20

Pour les bêches en L :da / ta ≤ 10

tfq

2

2



Liaisons au GO 24

Vérification de la section de la bêche

Béton

hq

Lq

La section extrême de la bêche, soudée à la platine, transmet les efforts suivants :

V âmeN = 2VLq / 3Hc semelle

M = VLq / 3 semelle

bq


V

Ce qui se traduit par les conditions suivantes :V ≤ twq (hq – 2tfq) e/√3 âme

V ≤ 3 bqtfqhqHce / (Lqhq+LqHc) semelle

T

M

Hc

Même raisonnement pour la vérification des cordons de soudure bêche-platine

3

3

4

4



Liaisons au GO 25

tp

Vérification de l’âme du poteau

Béton

L’âme du poteau doit pouvoir reprendre la force concentrée F apportée par la semelle la + sollicitée de la bêche :

F = VLq/3 x (1/Hc + 1/hq)

En résumé : d twc ec ≥ VLq/3 x (1/Hc + 1/hq)

F

Cet effort se diffuse dans l’âme du poteau sur une largeur d :

d = tfq + 2tp + 5kc

5

d5

A

A

âme

bêche

kc = 1.4 awc

Long d’âme du poteau renforcée par la soudure

Vue A-A

platine



Liaisons au GO 26

Pour aller plus vite ….→ Les standards donnés par Yvon Lescouarc’h dans ses Recommandations pour les

pieds de poteaux articulés

Section

Lq (mm)

Vmax (daN)

IPE 80 100 3590

IPE 100 110 4930

IPE 120 120 6410

IPE 140 130 8050

IPE 160 140 9850

HEA 100

80 5430

Hypothèses : eq ≥ 23.5 daN/mm²

bc ≥ 11.33 MPa

cordon soudure : awq = afq = 3 mm

…/…



Liaisons au GO 27

Le cas des chevilles mécaniques ou chimiques …→ A priori, ces éléments ne peuvent pas être considérés comme des composants de

construction métallique - ils sont HORS REFERENTIEL – pas d’utilisation en pied de portique

→ Leur utilisation en pied de montant / potelet de bardage ne pose en revanche pas de problème.

→ Toutefois, certaines entreprises font pression pour utiliser ces chevilles en pied de portique.



Liaisons au GO 28

Dans le cas des grains…



L’existence d’un grain pose des problèmes particuliers pour la transmission au béton de l’effort tranchant du poteau en l’absence d’un effort normal suffisant pour assurer le frottement.

Les tiges d’ancrage peuvent traverser le grain avec un jeu faible et assurer par cisaillement le transfert de l’effort tranchant à la plaque d’assise qui, elle, peut être équipée d’un bêche.

Soit il faut prévoir un dispositif particulier apte à empêcher le glissement du grain sur la plaque d’assise : il s’agit de la « boite à grain », carrés soudés constituant une sorte de logement de faible profondeur dont le grain ne pourra s’échapper.

Grain d’appui

Plaque d’assise scellée (pour

répartition 60°)Boite à grain (carrés soudés à la plaque d’assise sur la périphérie du grain)

Liaisons au GO 29

Efforts appliqués aux tiges

NC ou NT

V

Béton

NC ou NT

V

Béton

Disposition n°1 Disposition n°2

Chaque tige doit pouvoir transmettre au béton un effort Nj :

Nj = NT / 2

2 tiges

Platine préscellée

Chaque tige doit pouvoir transmettre au béton un effort Nj et à la plaque d’assise un effort Vj :

Nj = NT / 2 et Vj = V / 2 si poteau tendu

ou

Nj = 0 et Vj = (V - 0.3NC) / 2 si poteau comprimé

A.1.4. Les tiges d’ancrage


Liaisons au GO 30

Efforts appliqués aux tiges

NC ou NT

V

Béton

Autre Disposition

2 tiges

Une telle disposition consiste à ce que chaque tige transmette au béton un effort Nj et un effort Vj avec :

Vj = V / 2 si poteau tendu

ou

Vj = (V - 0.3NC) / 2 si poteau comprimé Une telle disposition est inacceptable : on ne

doit pas compter sur la transmission d’un effort par pression diamétrale de la tige sur le béton.

Pas de transmission d’effort tranchant par pression diamétrale de la tige sur le béton

NON



Liaisons au GO 31

Différents types de tiges

droite courbeavec plaque d’ancrage

Ø



Liaisons au GO 32

Vérification de la section de la tige→ [norme NF P 22-430]

On vérifie que : 1.25 NJ / AS ≤ red

√(NJ² + 2.36 VJ²) / AS ≤ red

Avec : AS section résistante de la partie filetée

red contrainte caractéristique du boulon



Liaisons au GO 33

Adhérence des tiges lisses droites→ [Règles CM66] ou [Lescouarc’h]

Règles CM66 :

Ø

L

d1

N

2

1

c

d1

L

1000

g711.0N

Effort admissible d’adhérence :

Avec : gc = dosage en ciment du béton ( 250 ≤ gc ≤ 400) en kg/m3

N = effort de traction en daN

d1 = plus petite distance de la tige de scellement à une paroi ou à une autre tige de scellement

(dimensions en mm)



Liaisons au GO 34

Adhérence des tiges lisses droites→ [Règles CM66] ou [Lescouarc’h]

Lescouarc’h :

Ø

L

N

28t2ss f6.0

28c2s f06.06.06.0

contrainte d’adhérence :

Avec : s = 1 pour les barres lisses

s = 1.5 pour les barres à haute adhérence

ft28 et fc28 (MPa) résistance caractéristique à la traction et à la compression du béton agé de 28 jours

LN s Effort admissible d’adhérence :

Remarque : cette formulation ne tient pas compte des effets de bord (tiges ou fondation béton)



Liaisons au GO 35

Adhérence des tiges lisses recourbées→ [Règles CM66] ou [Lescouarc’h]

Lescouarc’h :

Ø

L1

d1

N

21s L5.3r4.6LN Effort admissible d’adhérence :

rL2

212

1

c L5.3r4.6L

d1

1000

g711.0N

Règles CM66 :


Prise en compte de la partie courbe



Liaisons au GO 36

Résistance des plaques d’ancrage circulaires→ [Règles CM66] ou [Lescouarc’h]

Lescouarc’h :

Ø

L

d1

N

Lv

r1

4

²²r3N sbc

L

r1r

100

g2

d1

L

1000

g711.0N 2c

2

1

c

1

2c2

1

c

d

r1r

100

g2

d1

L

1000

g711.0N


r

Règles CM66 :Effort admissible d’adhérence :

r

si L ≤ d1

si d1 < L

t

Épaisseur de la plaque :

33.0

bc

Er8t



Liaisons au GO 37

Pour aller plus vite ….→ Les standards donnés par Yvon Lescouarc’h dans ses Recommandations pour les

pieds de poteaux articulés



Liaisons au GO 38

Son rôle : assurer une répartition suffisante sur le bétonNC compression

Béton

En 1ère approximation, on peut considérer une répartition uniforme de la réaction du béton sur la platine

Les dimensions en plan de la platine sont obtenues compte tenu :- de l’encombrement de la section du poteau :

hp x bp > hc x bc

- de la pression maximale admissible par le béton :NC / (hp x bp) ≤ bc

hp

hc

bcbp

→ [Lescouarc’h]

A.1.5. La platine d’extrémité


Liaisons au GO 39

Son rôle : assurer une répartition suffisante sur le béton

Pour la détermination de l’épaisseur de platine, on adopte une répartition qui tienne compte de la majoration de pression due à la rotation du poteau

hp

hc

bcbp

p = N/(bp.hp)p’ = 1.5p

Point de rotationL

La platine risque de se plier suivant les lignes tangentes au contour de la section du poteau : ligne 1-1 et ligne 2-2

1

122

Ce qui donne la condition suivante :

)hh(22.1;bbmaxhb

N8.0t cpcp

eppp

Épaisseur de la platine

→ [Lescouarc’h]



Liaisons au GO 40

Son rôle : assurer une répartition suffisante sur le bétonNC compression

Béton

60°

→ [EN 1993-1-8 + EN 1992-1-1]

En réalité, la pression ne s’exerce que sur une zone localisée, homothétique de l’impact de la section du poteau.

La contrainte sur le béton est de ce fait plus importante.

Mais le béton peut par ailleurs admettre sans difficulté des pressions locales plus élevées que sa résistance de calcul en compression simple (de l’ordre de 2 à 2.5 fois bc)

Voir EC3-1-8 (partie Assemblages) paragraphes 6.2.8 et 6.2.5



Liaisons au GO 41

Dans le cas d’efforts de compression très élevées : les raidisseurs (rare)

NC compression

Béton

Dans le cas d’efforts de compression très élevés, l’épaisseur de platine requise peut devenir très importante

La mise en place de raidisseurs peut permettre de réduire cette épaisseur à des valeurs plus « constructives » en remplaçant la section de la platine dans les zones en console à une section composée plus rigide en flexion.

On se prémunit du voilement local du bord libre de ces raidisseurs en limitant leur élancement :

L / es ≤ 251

122

L

es

Section 2-2

Section 1-1



Liaisons au GO 42

Dans le cas du soulèvement : détermination de l’épaisseur de platine

NT traction

Béton

→ [Lescouarc’h] et [CM n°2,1976 étude Deslesques]

La platine est soumise à un effort concentré dû aux boulons d’ancrage

Cette configuration de chargement revient à faire des calculs de plaques soumises à des charges ponctuelles et diversement appuyées sur leur contour 2 tiges

tp

ctf

ba

a

Pu

libre

en

cast

ré

appuyé

tf < tp

Pu

libre

en

cast

ré

encastré

tf ≥ tp

Pu

libre

en

cast

ré

encastré

PU



Liaisons au GO 43

→ [Lescouarc’h] et [CM n°2,1976 étude Deslesques]

Une étude du problème a été traitée par M. Delesques Les abaques 1 et 2 indiquent les valeurs de Pu/m en fonction de a/c et b/c, où m est le moment limite par unité de longueur de la platine :

m = etp² / 6 = 0.2 etp²

on a donc :Pu = (Pu/m)xm = (Pu/m) x 0.2 etp²

et on en déduit l’épaisseur mini de la platine :

eu

umin,p

mP

P5t

Valeur lue sur l’abaque

Dans le cas du soulèvement : détermination de l’épaisseur de platine



Liaisons au GO 44

→ [Lescouarc’h]

Il y a une concentration de contraintes dans l’âme au voisinage des boulons d’ancrage, car ceux-ci reprennent tout l’effort de traction.

Dans le cas du soulèvement : vérification de l’âme

On vérifie que l’effort de traction peut être repris par l’âme sur une largeur participante x = d’

x = d’

d’

Diffusion dans l’âme

Diffusion près des semelles

Lorsque la hauteur de section est faible, on ne peut plus placer les boulons d’ancrage entre les semelles. On a alors une concentration de contraintes aux extrémités des semelles → Attention aux cordons de soudure



Liaisons au GO 45

Pied de poteau

HEA 800

Effort global N

Effort -N’’Semelle inf

Poussée au vide


Exemples d’application

Effort N’Semelle sup

Liaison Jarret-Traverse

Arbalétrier

Poteau

Poussée au vide

M


Jarret

A.1.6. Poussée au vide au droit des brisures


Liaisons au GO 46

Brisurebissectrice

F1

Traitement du problème

F2 = |F1|

P → poussée au vide des semelles

A

A

A

A

M

Section A-A

N

V



Liaisons au GO 47

Méthode n°1 L’ensemble des efforts ne sont transmis que par une

section réduite de telle façon que les semelles ne sont pratiquement plus sollicitées → plus de poussée au vide des semelles

cordon = a

bred = tw + 2a√2

tw

Section réduite efficace : Sred et Wel,red

On calcule les propriétés sectorielles Sred et Wel,red

Vérification des semelles :X = M/Wel,red + N/Sred ≤ e

Vérification de l’âme :X = M/Wel,red + N/Sred ≤ e

Z = P / (twbred)

= V / Aa

et critère de Von Mizès :

X² + Z² - X.Z + 3² ≤ e²

P

tf

bred

tf

M

N

V



Liaisons au GO 48

Vérification de l’âme :X = M / Wel + N / S

Z = P / (twb)

= V / Aa

et critère de Von Mizès : X² + Z² - X.Z + 3² ≤ e

Vérification de la semelle :Z = 12 M’ / [(b-bred) x tf²]

X = M / Wel + N / S

et critère de Von Mizès : X² + Z² - X.Z ≤ e

Méthode n°2 La poussée au vide des semelles est reprise par la flexion de

celles-ci

cordon = a

tw

On calcule :P’ = P x (b-bred) / b

M’ = P x (b-bred)² / 4b dans la section m-m

P’/2

tf

bred

tf

M

N

V

P

m

m

bred = tw + 2a√2

P’/2 (b-bred)/2

X

Z



Liaisons au GO 49

A.2.1 Articulation ou encastrement ?A.2.2 Poteau noyé dans le bétonA.2.3 Poteau fixé sur une platineA.2.4 Poteau fixé par un châssis

A.2 Pieds de poteaux encastrés

A. Assemblages encastrés sous M,N,V

Liaisons au GO 50

De là, tous les composants sont calculés en conséquence : platine, raidisseurs, soudures tiges d’ancrage et également la fondation en béton : armatures assurant le frettage de la partie supérieure de la fondation et évitant son éclatement sous l’effet de la traction dans les tiges, … Les dimensions de la fondation doivent être telles que la pression au sol reste admissible.

Avantages / inconvénients

La fondation est beaucoup plus importante que dans le cas des pieds de poteaux articulés, et donc plus coûteuse. En encastrant les pieds de poteaux, le constructeur perd sur la fondation une partie ou la totalité du gain de matière et de coût qu’il réalise sur les barres de la structure.

Les pieds encastrés se distinguent des pieds articulés sur 2 points essentiels : Le système doit pouvoir résister à un moment de flexion ; Le système doit être très rigide afin de ne pas trop s’écarter des hypothèses

de calcul de la structure (restriction totale des degrés de liberté de mouvement : translation et rotation).

A.2.1. Articulation ou encastrement ?

A.2. Pieds de poteaux encastrés

Liaisons au GO 51

L’encastrement peut sembler plus adapté dans les cas suivants : sols résistants (sols rocheux, ..), structures aux limitations sévères de déplacement (à cause de ponts

roulants par ex.), structures très lourdes, fortement chargées.

Articulation ou encastrement ? Seule une étude comparative permet de déterminer la solution la plus

avantageuse.

A.2.1. Articulation ou encastrement ?


Reprise de l’effort tranchant Les dispositions de reprise de l’effort tranchant dans les pieds de poteaux

encastrés sont tout à fait similaires à celles développées précédemment pour les pieds de poteaux articulés. Il n’en sera pas fait mention par la suite.

Liaisons au GO 52

Dispositions habituelles


On peut observer 2 variantes au montage, suivant que le fond de la réservation soit accessible ou pas.

Béton

≤ 60 cm

Tôles métalliques (calage

altimétrique)

Platine

Réservation

Coins en bois (calage latéral)

Poteau noyé avec réservation peu

profonde

A.2.2. Poteau noyé dans le béton

Liaisons au GO 53

Dispositions habituelles


Béton

Cornières

Platine

Cales

Poteau noyé avec réservation profonde et

platine

Béton

Cornières

Connecteurs en

cornières

Cales

Poteau noyé avec réservation profonde et

platine

Connecteurs en plats


Liaisons au GO 54

Hypothèses de fonctionnement


N

VM

50 mm

H* H

La couche superficielle de béton est considérée inefficace sur 50 mm (risque d’éclatement sous la pression des semelles) → profondeur efficace H* = H – 50 mm.

Conditions de validité :1.5h ≤ H* ≤ 3h

Longueur mini : pour que l’encastrement puisse être effectif

Longueur maxi : pour rester dans l’hypothèse d’une répartition linéaire des contraintes verticales (bloc rigide)

h

L’effort normal n’est pas transmis par adhérence entre acier et béton car celle-ci est jugée aléatoire → transmission par frottement (semelles-béton) et/ou par butée (platine d’extrémité ou connecteurs latéraux).


Liaisons au GO 55

Hypothèses de fonctionnement


Moment de flexion et effort tranchant sont transmis à la fondation par compression des semelles sur le béton.

V

M

+V1

50 mm

H*M1

1 1

1 1

2 2

2 2

Toutefois, compte tenu de la flexion locale des semelles et de la fissuration du béton confinée (voir ci-après), toute la largeur de semelle n’est pas forcément efficace (en terme de transmission de la compression au béton).


Liaisons au GO 56

Détermination des largeurs efficaces de semelles


h

Flexion locale des semelles Compte tenu de la pression sur le béton, les semelles

subissent une flexion locale qui est toutefois empêchée par le béton qui les entoure.

Aussi se limite t’on à vérifier l’élancement :- condition : b / tf ≤ 20

- sinon largeur efficace : b* = 20 tf

b

tf

Fissuration du béton confiné Que le moment de flexion et/ou l’effort tranchant

s’exerce dans un sens ou dans l’autre, une des semelles exerce une compression sur le béton confiné

La largeur efficace b* de cette semelle est telle que l’effort maxi de compression qui peut être transmis au béton sur cette largeur b* ne dépasse pas la résistance au cisaillement le long des lignes AB et A’B’.

b b*

bcbc

bc

bc

Béton

confiné

u ≥ 0.09 fc28 [BAEL]

A B

A’ B’

b* = min(b ; 20tf)

b*AA’ = min(b ; 20tf ; 0.32h)


Liaisons au GO 57

Détermination de la profondeur minimale d’encastrement du poteau


Le pied de poteau est soumis aux efforts M et V. On transporte ces efforts à mi-profondeur de l’encastrement effectif du poteau (à

une distance H*/2 + 50 mm de la surface du béton) – on obtient :V1 = V

M1 = M + V.(H*/2 + 50)

Efforts qui s’exercent sur une surface efficace qui peut se ramener à un rectangle b0xH*

V

M

+V1

50 mm

H*M1

1 1

1 1

2 2

2 2

b*AA’

m

m

A B

A’ B’

m m

b*BB’

b0 = b*AA’ + b*BB’


Liaisons au GO 58

Détermination de la profondeur minimale d’encastrement du poteau


Les efforts V1 et M1 génèrent les contraintes suivantes sur la section rectangulaire b0xH* :

1 = V1 / (b0.H*)

2 = 6M1 / (b0.H*²)

soit au total : m = 1 + 2 De là, la profondeur minimale d’encastrement est telle que la contrainte maximale m

atteigne la résistance de calcul du béton à la compression bc – d’où :

bc0

bc0min .b

*M..b6²V4V2*H

V

M

+V1

50 mm

H*M1

1 1

1 1

2

2 2

m mAvec :

M* = M – V x 50 mm

2


Liaisons au GO 59

Vérification de l’âme au cisaillement


La valeur maximale V0 de l’effort tranchant dans la partie noyée du poteau peut dépasser la valeur V atteinte au niveau de la surface libre du béton. Dans la partie noyée, le maximum est obtenu dans la section à la profondeur d+50mm, où les contraintes entre semelles et béton sont nulles.

M

50

H*

2+1

V

2+1

2-12-1

d

La longueur d a pour expression : d = H*(2+1) / 22

L’effort tranchant maximum V0 est donné par :

V0 = (2-1)/2 . b0 . (H*-d)

Celui-ci ne doit pas dépasser l’effort tranchant admissible dans l’âme du profil.

Un voilement de l’âme n’est par ailleurs pas à craindre compte tenu du maintien latéral conféré par le béton qui l’enveloppe. Le béton sert d’appui « stabilisateur » à l’âme.


Liaisons au GO 60

Reprise de l’effort normal


L’effort normal est transmis à la fondation soit par frottement entre semelles et béton, soit par butée d’une platine soudée à l’extrémité du poteau, soit par des connecteurs.

M

50

H*

2+1

V

2+1

2-12-1

d

Frottement On considère les sollicitations M,N et V sous une

même combinaison d’actions. Résultante de compression en partie supérieure du

tronçon encastré :FC’’ = (2+1) . b0 . d / 2

Résultante de compression en partie inférieure :FC’ = (2-1) . b0 . (H*-d) / 2

Le coefficient de frottement acier-béton étant de 0.4, l’effort normal peut être transmis au béton par seul frottement lorsque :

N < 0.4 (FC’+FC’’)

N


Liaisons au GO 61




M

V

Platine soudée à l’extrémité du poteau On ramène l’effort la charge de compression N à la

surface de platine bp.hp à l’extrémité du poteau.

Cette contrainte est comparée à la contrainte de compression admissible du béton K.bc où K désigne le coefficient de pression localisée (à moins d’un calcul avancé, K = 1.5).

D’où : N / (bp.hp) ≤ K.bc

N

bp x hp

Platine


Liaisons au GO 62





M

V

Connecteurs soudés sur les semelles du poteau On détermine la surface projetée sur le plan

horizontal de chaque connecteur (plat, cornière, rond, …).

La contrainte admissible sur le béton est encore donnée par K.bc

N

Liaisons au GO 63

Platine non raidie

A.2.3. Poteau fixé sur une platine


L’encastrement est ici constitué par la mise en œuvre de tiges d’ancrage de part et d’autre des semelles.

Béton

M

N

pm

Fty0

Axe neutre

Sous l’effet du moment de flexion transmis par le poteau via la platine, les tiges se mettent en tension et bénéficient d’un bras de levier suffisant par rapport à la zone comprimée.

Traction dans les tiges


Hypothèses de calcul : La partie de fondation située immédiatement sous

la platine se comporte comme une poutre en béton armé, à axe longitudinal dirigé suivant la verticale. Les tiges d’ancrages jouent le rôle d’armature.

Hypothèse de Navier-Bernouilli : les déformations en 1 pt de la section, pour le béton comme pour les tiges, sont proportionnelles à la distance de ce point à l’axe neutre.

La position de l’axe neutre doit être calculée. Les tiges situées dans les zones où le béton est

comprimé sont négligées.

Platine

Platine

Tiges

hp

bp

Liaisons au GO 64

Platine non raidie



Cas particulier : pas de traction dans les tiges. Cette situation se produit lorsque l’effort normal est une compression relativement importante par rapport au moment de flexion.

Ft= 0

y0 ≥ dt+hp/2

M

N

dt hp/2

pm

Etats de sollicitation à partir duquel les tiges ne sont plus tendues

pm

Diagramme de compression trapézoïdal

p’m

pm

Diagramme de compression triangulaire

y0 ≥ hp

N fort

N faible

Liaisons au GO 65

Platine non raidie



Cas particulier : pas de compression sur le béton. Cette situation se produit lorsque l’effort normal est une traction relativement importante par rapport au moment de flexion.

Les sollicitation M et N sont équilibrées par les seules traction dans les tiges.

F’t

M

N

dt

Absence de compression sur le béton

dt

F’’t

Liaisons au GO 66

Platine non raidie – Démarche de justification



Résistance du béton – on doit vérifier que : pm < K.bc

avec K, coefficient de pression localisée, fonction des dimensions de la surface de béton comprimée et des dimensions du massif de fondation (si inconnues, on peut adopter forfaitairement K = 1.5).

Vérification des tiges : Lorsque toutes les tiges tendues

sont situées à égale distance de l’axe neutre :

Nj = Ft / m

Nj : effort unitaire par tige

m : nb de tiges Lorsque toutes les tiges ne sont

pas situées à la même distance de l’axe neutre, on commence par déterminer la position du cdg G de l’ensemble des m tiges tendues, puis :

Nj = Ft/m x [d°t+hp/2-y0] / [dt+hp/2-y0]

Ft

y0dt

Ft

y0dt

G

d°t

pmpm

Liaisons au GO 67

Résistance de la platine :on considère ici que les débords de platine extérieurs aux semelles sont des poutres consoles encastrées sur la semelle. On étudie au droit de chaque section encastrée (ligne de pliure), les efforts générés par la traction des tiges ou par la pression de la platine sur le béton.

Cas général (diagramme ci-contre) : (hp-hc)/2 ≤ y0 ≤ hp/2+dt

Débord côté tiges supportant la traction (section 11’)Mm1 = Ft x (dt-hc/2)

Vm1 = Ft

Débord côté béton supportant la compression maxi (section 22’)

Mm2 = bp/24 (hp-hc)².(p1+2pm)

Vm2 = bp/4 (hp-hc).(p1+pm)

Autres débord de platine : il faut également s’assurer que la platine présente une résistance suffisante dans les sections 33’ et 44’.




y0dt

M

N

Ft

hc

bp

hp

1

1’

2

2’

3 3’

4 4’dt-hc/2

Ft

pmp1

(hp-hc)/2

11’

22’

Liaisons au GO 68

Rigidité de la platine :Pour qu’un véritable encastrement soit obtenu, les déformations de la platine doivent être très faibles.

Du côté des tiges tendues, on applique le traditionnel critère de rigidité visant à éviter l’effet de levier (ou effet pied de biche) → règle du « 375e » :

Nj ≤ 375.tp.(a2/a1 x s/(s+a2))

Avec : Nj = effort de traction par tige

s = distance entre axes de 2 tigesa2 et a1 = distances de l’axe des

boulons à la semelle




F

L

T= F+L

Effet pied de biche

a2

a1

tp

s

Liaisons au GO 69

Rigidité de la platine :Du côté du béton comprimé, on applique un critère de flèche limite. Pour ce faire on considère habituellement que la pression entre platine et béton est constante sur tout le débord et égal à pm. De là, on limite la flèche à l’extrémité du débord de platine à 1/300ème de la longueur de débord.

tp ≥ (hp-hc)/2 x (450.pm/Ea)1/3




pm

(hp-hc)/2

Liaisons au GO 70

Cordons de soudure :Une solution habituelle consiste à dimensionner les cordons de soudure de telle sorte qu’ils puissent résister à l’effort maximum qu’est capable de leur transmettre l’élément soudé, âme ou semelle.Pour ce faire, on adopte des cordons de gorge a=0.7tf de part et d’autre de la tôle à souder, afin de reconstituer entièrement sa section.




a = 0.7 tf

tf

M

N

hw

V

V

Nx(Aw/A)

M/hw+Nx(Af/A)M/hw-Nx(Af/A)

Cordons frontaux

Cordons latéraux

Liaisons au GO 71

Les boulons ne doivent pas être placés au-delà des lignes joignant les extrémités des 2 semelles du poteau → risque de concentration de contrainte dans les soudures placées aux extrémités de ces semelles.

Si les conditions d’encombrement des tiges d’ancrage ne permettent pas de satisfaire à cette condition, on peut souder des raidisseurs dans le prolongement de chaque semelle. Les boulons ne doivent pas être placés au-delà des lignes joignant les extrémités de ces raidisseurs.

Platine non raidie - Remarques complémentaire



BétonRaidisseurs

Raidisseurs

ligne

Liaisons au GO 72

Lorsqu’il y a 3 tiges d’ancrage du côté extérieur à la semelle tendue, il est prudent d’envisager une distribution non uniforme de la traction entre les tiges.

En effet, la tige centrale est placée dans le prolongement de l’âme et, à ce titre, est située dans une zone plus rigide et plus proche des efforts transmis par le poteau que les 2 autres tiges, placées près des extrémités des semelles.

On peut considérer appréhender ce phénomène en effectuant les vérification des tiges en affectant 40% de l’effort total de traction à la tige centrale, et 30% à chacune des 2 autres.

Platine non raidie - Remarques complémentaires



Béton

0.4Ft 0.3Ft0.3Ft

Liaisons au GO 73

Le système d’encastrement par platine non raidie est très courant mais convient surtout aux poteau de petites dimensions qui transmettent des moments de flexion peu élevés.

Dans le cas de moments plus importants, l’épaisseur de platine nécessaire devient forte pour pouvoir équilibrer à elle seule les flexions engendrées d’un côté par la pression du béton et de l’autre côté par les tractions dans les tiges d’ancrage (coût ↑ + difficultés de soudage du poteau).

Pour rester dans une gamme d’épaisseurs de platine raisonnables, on peut adopter une disposition présentant une platine plus mince mais avec raidisseurs. Ces raidisseurs permettent de créer des lignes d’appui supplémentaires pour la platine et participent à la section résistante vis-à-vis des flexions qui viennent d’être mentionnées.

Plusieurs dispositions de raidissage sont possibles.

Platine raidie



Liaisons au GO 74

Platine raidie – Raidisseurs dans le prolongement de l’âme



M

N

Raidisseur simple dans la continuité de l’âme du poteau : c’est la solution la plus courante et la plus économique.

Dans ces conditions, la rigidité de la platine est améliorée.

On se prémunit du voilement local du bord libre des raidisseurs en limitant leur élancement :

L / es ≤ 25

La résistance de la platine doit être étudiée suivant de nouvelles lignes de pliure 55’.

1

1’

Section 11’

Raidisseurs

L

5

5’

Les angles des raidisseurs sont généralement coupés afin que les cordons de soudure puissent contourner la tranche de ces raidisseurs.

Liaisons au GO 75

Platine raidie – Raidisseurs aux extrémités des semelles



M

N

Les raidisseurs doubles joignent les extrémités des semelles : solution moins courante car plus coûteuse - les cordons de soudure sont plus nombreux et moins accessibles.

Autre inconvénient au montage : le serrage des boulons est plus difficile (encombrement).

1

1’

Section 11’

Raidisseurs Trou d’écoulement

Dans ce cas, il convient de noter la possibilité de rétention d’eau dans le volume compris entre semelles du poteau et raidisseurs, si le pied de poteau est extérieur. Celle-ci risque de générer une corrosion importante. On s’en prémunit généralement en effectuant un trou en bas des raidisseurs pour permettre l’écoulement de l’eau.

Liaisons au GO 76

Platine raidie – Raidisseurs dans les 2 directions



M

N

Raidisseurs dans les 2 directions avec 4, 8 ou 12 tiges d’ancrage.

Cette disposition trouve son intérêt dans le cas des poteaux soumis à une flexion bi-axiale.

Raidisseurs

Liaisons au GO 77

Exemple de disposition

A.2.4. Poteau fixé par un châssis


M

Raidisseurs

Plat soudé

Plat soudé

Le châssis est constitué de plats verticaux (raidisseurs) et d’un plat supérieur horizontal, soudé à ces raidisseurs, sur lequel s’appuient les écrous.

Un raidisseur horizontal entre les semelles, dans le prolongement du plat supérieur, est souvent nécessaire – il permet par ailleurs d’éviter la présence d’eau stagnante dans le volume compris entre les semelles.

RaidisseursTiges extérieures

Liaisons au GO 78

Disposition habituelle

B.1. Réservation ou niche

B. Attaches entre poutraison métallique et paroi béton

Ce type d’appui constitue un appui simple ou une articulation pour la poutre.

Réservation

Calage

Poutre métal

Paroi béton

Coulage béton à posteriori

Poutre métal

Le calage altimétrique de la poutre peut être effectué au moyen de cales métalliques (petites tôles d’épaisseurs diverses) ou par une cornière fixé au préalable par simple chevillage, dans quel cas celle-ci supporte la poutre jusqu’au coulage.

Le remplissage à posteriori de la réservation par du béton confère le maintien nécessaire à la poutre, en particulier pour le respect de l’hypothèse d’appui à fourche (théorie du déversement).

Ce type d’appui est généralement utilisé pour les poutres de petites dimensions (pannes). Dans le cas d’efforts verticaux importants, un raidisseur peut toutefois être placé à l’extrémité de la poutre.

Liaisons au GO 79

Disposition habituelle

B.1. Réservation ou niche


Cornière d’appui à la

pose

chevilles

Paroi béton

Poutre métal

Liaisons au GO 80

Platine pré-scellée + platine d’about boulonnée

B.2. Platine d’about


Liaisons au GO 81

B.2. Autre disposition


Platine pré-scellée avec taquet + platine d’about

Platine pré-scellée + corbeau (ensemble mécano-soudé)

cours n°3 liaisons au go

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