PROJET RECTIFIE 2

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

SOMMAIRE

DEDICACES..................................................................................................................I REMERCIEMENTS.........................................................................................................II RESUME.....................................................................................................................III SUMMARY..................................................................................................................IV LISTE DES ABREVIATIONS............................................................................................V LISTE DES TABLEAUX ET FIGURES..............................................................................VI AVANT-PROPOS........................................................................................................VIII INTRDUCTION..............................................................................................................1 CHAPITRE I : REVUE DE LA LITTERATURE..................................................................3 SECTION I : GENERALITE SUR LA CONSTRUCTION METALLIQUE..............................3 I.

HISTORIQUE DE LA CONSTRUCTION METALLIQUE......................................3

II.

AVANTAGES ET LIMITES DE LA CONSTRUCTION METALLIQUE....................4

III.

FORMES DE STRUCTURES METALLIQUES.................................................5

SECTION II : LE MATERIAU ACIER...........................................................................6 I.

HISTORIQUE, ORIGINE, OBTENTION..............................................................6

II.

LES FAMILLES ET NUANCES D’ACIER............................................................6

III.

LES ACIERS DE CONSTRUCTION.................................................................7

SECTION III : PROCEDES DE CONSTRUCTION METALLIQUE....................................13 I.

PRINCIPES ET METHODES DE DIMENSIONNEMENT.......................................13

II.

REGLEMENTATION ET NORMES..................................................................15

III.

DIMENSIONNEMENT SELON CM66............................................................17

CHAPITRE II : PRESENTATION DU PROJET................................................................21 SECTION I : PRESCRIPTIONS GENRALES................................................................21 SECTION II : PRESENTATION DE LA STRUCTURE....................................................22 I.

ASPECT GENERAL......................................................................................22

II.

TYPE DE STRUCTURE.................................................................................23

CHAPITRE III : ETUDE AU VENT...............................................................................24 I.

GENERALITES...............................................................................................24

II.

CALCUL DES PRESSIONS................................................................................24

III.

CALCUL DES COEFFICIENTS DE PRESSION...................................................25

CHAPITRE IV : ETUDE DU PONT ROULANT ET DIMENSIONNEMENT DE LA POUTRE DE ROULEMENT..........................................................................................................35 SECTION I : DIMENSIONNEMENT DE LA POUTRE DE ROULEMENT..........................35 [Tapez un texte]

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

SECTION II : DIMENSIONNEMENT DE LA CONSOLE D’APPUI...................................49 CHAPITRE V : ETUDE DU PORTIQUE SELON CM66.....................................................52 SECTION I : CALUL DE LA COUVERTURE...............................................................52 I.

SURFACE A COUVRIR ET NOMBRE DE TOLES...............................................53

II.

CALCUL D’UNE PANNE COURANTE.............................................................54

SECTION II : CALCUL DES ELEMENTS DU PORTIQUE..............................................58 I.

ACTIONS ET SOLLICITATION SUR LE PORTIQUE...........................................58

I.

SECTION DE LA TRAVERSE COURANTE.......................................................73

II.

CALCUL DES POTEAUX..............................................................................75

III.

CALCUL DES RENFORTS DE TRAVERSE....................................................78

IV.

VERIFICATION DES DEPLACEMENTS EN TETE DE POTEAU........................78

V.

CALCUL DES PLATINES ET DES ENCRAGES EN PIEDS DE POTEAUX...............82

SECTION III : CALCUL DE L’OSSATURE SECONDAIRE.............................................84 SECTION IV : VERIFICATION DE LA STABILITE D’ENSEMBLE..................................87 SECTION V : CONCLUSIONS DE L’ETUDE...............................................................93 I.

METRE.......................................................................................................93

II.

DEVIS ESTIMATIF POUR LA CONSTRUCTION METALLIQUE...........................93

CHAPITRE VI : OPTIMISATION DU PROJET................................................................95 CHAPITRE VII : ORGANISATION DU CHANTIER.......................................................101 SECTION I : POLITIQUE HSE................................................................................101 I.

LA SECURITE...........................................................................................102

II.

ENVIRONNEMENT....................................................................................104

SECTION II : PLANNING DES TRAVAUX...............................................................105 CONCLUSION GENERALE.........................................................................................107 BIBLIOGRAPHIE.......................................................................................................108 ANNEXES................................................................................................................109

ANNEXES

[Tapez un texte]

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

DEDICACES

A mes chers parents M. et Mme FOMBASSO

[Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

REMERCIEMENTS

Tout au long de notre formation, et particulièrement pendant la réalisation de travail, nous avons bénéficié à des degrés divers de l’appui et du soutien multiforme de plusieurs personnes à qui nous tenons à exprimer notre gratitude. Nous pensons à : –

Pr. Robert NZENGWA, Doyen de la Faculté de Génie industriel, qui n’a ménage aucun effort pour nous offrir un cadre d’étude adéquat ;

–

Dr. MOUSSA SALI qui malgré son temps chargé a pu nous fournir les réponses à nos questionnements pendants notre travail de recherche ;

–

M. NGAYIHI qui a toujours été disponible et a su nous guider ;

–

Dr. AMBA qui n’étant pas notre encadreur, nous a apporté les idées pour le développement du travail ;

–

Ing. Claude KUETE pour nous avoir offert un cadre de stage agréable, ainsi que l’opportunité de démontrer notre savoir faire ;

[Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

RESUME

L’objectif de notre travail était d’effectuer des calculs de dimensionnement de la structure principale d’un bâtiment industriel comportant un pont roulant, pour le compte de notre entreprise d’accueil. Ces calculs ont permis de déterminer les sections des profilés permettant de garantir la sécurité et la stabilité de l’ouvrage compte tenu des charges qui lui seront appliquées au cours de sa vie. Les calculs et vérifications ont étés conduits conformément aux règles CM66 et les charges climatiques selon les règles NV65. Nous avons suivis l’ordre chronologique de descente de charge (couverture, pannes, traverses, poteaux). Pour mener à bien notre travail, il nous a fallu définir au préalable les charges qui s’appliqueront sur notre ouvrage. C’est ainsi que nous avons effectué une étude au vent en prenant comme référence la vitesse maximale du vent au Cameroun, puis nous avons dimensionné notre poutre de roulement, le rail et les galets. Les autres charges (permanentes et d’exploitations) ont étés choisis conforment à la norme NF P06004. Nous avons défini un modèle de portique au quel nous avons appliqué la combinaison la plus défavorable des charges suscitées et nous avons terminé par une vérification de la stabilité d’ensemble.

Mots clés : dimensionnement, structure, métallique, pont roulant, sécurité, stabilité, NV65, cm66

SUMMARY

[Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

The objective of this study was to perform sizing calculations of the main structure of an industrial building with a crane, on behalf of our host company. These calculations have identified the sections of the profiles to ensure the security and stability of the structure given the charges that will be applied during his life. Calculations and audits conducted under the rules summers CM66 and climatic loads according to the rules NV65. We followed the chronological order of descending load (coverage, outages, ties, poles). To carry out our work, we had to define in advance the charges that will apply to our work. Thus we conducted a study in the wind, taking as reference the maximum wind speed in Cameroon, and then we have sized our beam rolling, rail and rollers. Other expenses (permanent and farms) are selected in compliance with the NF P06004. We defined a model of the gantry which we applied the combination of the worst charges raised and we ended with a check the overall stability.

Key-words: sizing, structure, security, stability, crane, CM66, NV65

LISTE DES ABREVIATIONS

1. CTICM : Centre Technique Industriel de la Construction Métallique 2. FEM : Fédération Européenne de la Manutention [Tapez un texte]

Page 3

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

3. ACMAD : African Centre of Meteorological Applications for Development 4. EPI: Equipment de Protection Individuelle 5. RDM: Résistance Des Matériaux

6. LMD : Licence-Mastère-Doctorat 7. LST : L’entreprise des Services et des Travaux 8. PME : Petite et Moyenne Entreprise

LISTE DES TABLEAUX ET FIGURES LISTE DES TABLEAUX 1. TABLEAU1 : les nuances d’acier courantes en construction métallique 2. TABLEAU 2: flèches verticales limites pour les éléments d’ouvrages [Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

3. TABLEAU 3 : flèches admissibles pour poutres de roulement 4. TABLEAU 4 : flèches horizontales des structures de bâtiment 5. TABLEAU 5: flèches horizontales pour structures comportant un pont roulant 6. TABLEAU 6: devis descriptif 7. TABLEAU 7 : récapitulatif des actions et sollicitations sur le portique 8. TABLEAU 8 : actions et sollicitations pondérées 9. TABLEAU 9 : quantité d’acier 10. TABLEAU 10 : devis estimatif pour la structure en acier 11. TABLEAU 11 : planning des travaux

LISTE DE FIGURES

1. Figure 1 : les poutrelles IPN et IPE 2. Figure 2 : les poutrelles HEA, HEB, HEM 3. Figure 3 : demi poutrelles IPE et HE 4. Figure 4 : tôle nervurée 5. Figure 5 : les profils creux 6. Figure 6 : illustration du vent sur la façade BC 7. Figure 7 : illustration du vent suivant pignon AB 8. Figure 8 : répartition des coefficients de pression extérieure pour un vent suivant pignon 9. Figure 9 : répartition des coefficients de pression extérieure pour un vent suivant façade 10. Figure 10 : décomposition de l’état initial en états intermédiaires 11. Figure 11 : décomposition de l’état intermédiaire « 1 » en états élémentaires 12. Figure 12 : décomposition de l’état intermédiaire « 2 » en états élémentaires 13. Figure 13 : répartition finale des coefficients de pression pour un vent suivant AB 14. Figure 14 : répartition finale des coefficients de pression pour un vent suivant BC 15. Figure 15 : répartition finale des coefficients de pression pour un vent suivant AD 16. Figure 15 : modélisation du pont roulant sur sa poutre de roulement 17. Figure 17 : moments maximaux dus aux charges permanentes 18. Figure 18: position du pont roulant donnant le moment maximal en travée de rive 19. Figure 19: position du pont roulant donnant le moment maximal en travée intermédiaire 20. Figure 20: position du pont roulant donnant le moment maximal en appui B 21. Figure 21 : position du pont roulant donnant le moment maximal en appui C 22. Figure 22 : schéma d’équilibre des actions roulantes transversales dans une section 23. Figure 23 : modélisation mécanique de la console [Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

24. Figure 24 : panne en flexion déviée 25. Figure 25 : façade au vent avec surpression intérieure 26. Figure 26: façade au vent avec dépression intérieure 27. Figure 27 : pignon au vent avec surpression intérieure 28. Figure 28 : traverse sous charge permanente 29. Figure 29 : jarret de renfort entre poteau et traverse 30. Figure 30: sollicitations d’un poteau 31. Figure 31: allures des déplacements horizontaux des portiques 32. Figure 32: réactions aux appuis et moment à un point quelconque 33. Figure 32 : introduction d’un effort fictif P 34. Figure 33 : comportement du portique sous les charges G+Wn+Qh 35. Figure 35: platine et tige d’ancrage 36. Figure 36 : sollicitations déstabilisantes sous vent en longpan

AVANT-PROPOS

La Faculté de Génie Industriel est un établissement d’enseignement supérieur rattaché à l’université de Douala. Elle a été crée par décret présidentiel, dans le but de produire par la formation scientifique et technique, des cadre aptes à satisfaire les besoins du secteur industriel Camerounais, et même mondial (à travers la mondialisation). Les étudiants y sont admis sur concours soit en première année du premier cycle (avec un Baccalauréat Scientifique ou

[Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

Technique), soit en troisième année du premier cycle (avec une Licence en Mathématiques, Physiques ou Technologique). La formation à la Faculté de Génie Industriel est organisée au sein de sept (07) départements et trois (03) cycles sont prévus, conforment au système LMD (Licence-MastèreDoctorat). Le second cycle est sanctionné par l’obtention d’un Mastère et l’étudiant doit rédiger et présenter un mémoire portant sur un projet en entreprise ou sur un projet académique. C’est pour répondre à toutes ces exigences, nous avons effectués un stage en entreprise au cours duquel un projet nous a été soumis. Ce projet, présenté dans le présenté mémoire, a porté sur le dimensionnement d’un bâtiment industriel avec pont roulant. Il s’agira de calculer les éléments principaux de la structure du bâtiment de façon à répondre à la fois aux besoins de l’entreprise en termes de cout, de qualité et de sécurité .Ce projet nous permettra de mettre en pratique toutes les connaissances théoriques acquises au cours de notre formation académique.

[Tapez un texte]

Page 2

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

INTRDUCTION

Il ya quelques années l’économie camerounaise traversait une zone de turbulence due à la crise économique et à la mauvaise gestion. Il en a résulté la privatisation, voire la fermeture de plusieurs entreprises. Ce bouleversement a entrainé de profondes mutations dans le secteur industriel avec comme remarque frappante la prolifération des PME, soutenues d’ailleurs par l’Etat. Ces entreprises sont pour la plupart dans la sous-traitance et dans des domaines très variés de l’industrie. Le secteur de la construction est le secteur en pleine croissance au Cameroun, et dans le monde. En effet, pour relancer l’économie, l’Etat à choisi de développer le secteur industriel en lançant de grands projets structurants tels que la construction des centrales d’énergie et un port en eau profonde. Le secteur privé n’est pas en reste et on peut observer la construction de nouvelles usines et halles, ainsi que la rénovation et le développement des plus anciennes. La construction industrielle est donc en plein essor au Cameroun, mais la plupart de ces projets sont étudiés et suivis par les entreprises étrangères, tandis que les entreprises locales se limitent à l’exécution. Pour résoudre le problème, l’Etat à mi les moyens dans la formation des Camerounais dans ce domaine afin que ces derniers aident les entreprises locales à être compétitives. C’est dans cet ordre d’idée que l’entreprise LST, qui nous a accueilli pour le stage nous a confié l’étude d’une partie d’un projet de construction industrielle. En effet cette jeune entreprise dont l’activité principale est l’étude et la réalisation des travaux de génie civil a vu ses activités croitre ces deux dernière années et commence à accuser un problème local tant pour le personnel que pour le matériel. En outre elle a l’intention de diversifier son activité en s’attaquant à la construction métallique et aura donc besoin d’espace pour un atelier. Pour y parvenir, elle s’est proposé d’acquérir un nouveau site sur lequel elle construira un bâtiment lui permettant de résoudre ces trois principaux problèmes. Pour un départ l’entreprise s’est imaginé un espace de 2000 m² dont 600 m² seront dédiés au bâtiment en question. Pour rester cohérent avec ses objectifs, elle se propose de construire l’ossature principale en acier. Ce choix est stratégique pour l’entreprise car elle lui permettra de [Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

se mettre dans le bain de la construction métallique, en même temps que la réalisation de ce bâtiment constituera un exemple de référence pour ses futurs projets dans le domaine. Le bâtiment que l’entreprise a l’intention de construire est encore en étude pour ce qui est de la distribution et l’architecture intérieure (bureaux principalement) et des matériaux. Seule la structure enveloppe en acier est connue. Pour apporter notre modeste contribution à la réalisation du rêve de cette entreprise, nous avons accepté de mener les études de la structure métallique enveloppe ainsi que du pont roulant de 5 tonnes qui l’équipera. Il sera principalement question de déterminer les sections des profilés constituant le bâtiment de façon à garantir sa fonctionnalité, sa stabilité et sa sécurité. Pour y parvenir nous proposerons d’abords des plans d’architecture qui sont la base de tout projet de construction. Puis nous évaluerons toutes les charges. Là, une étude au vent selon les règles NV65 sera menée et les composants de support du pont roulant seront dimensionnés après une étude de ce dernier. Apres les étapes ci-dessus, les calculs de structure proprement dits seront menés conformément aux réglés CM66, et selon l’ordre logique de descente des charges (couverture, pannes, traverses, poteaux, ancrage,…). Ce travail sera couronné par un devis estimatif de l’ensemble de la structure métallique. Pour finir nous penserons à la réalisation en proposant un planning des travaux ainsi qu’une politique HSE à appliquer lors des travaux du chantier.

[Tapez un texte]

Page 2

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

CHAPITRE I : REVUE DE LA LITTERATURE

SECTION I : GENERALITE SUR LA CONSTRUCTION METALLIQUE I. HISTORIQUE DE LA CONSTRUCTION METALLIQUE Le fer a commencé à faire son apparition comme élément de construction au XVIIIe siècle, alors que les matériaux usuels à cette époque étaient le bois et la pierre. Il s’agissait alors d’assurer des fonctions d’ornementation et de renforcement des ossatures (essentiellement de maintenir les pierres dans leur position initiale par agrafage). XIXe siècle: Avec l’introduction du fer comme élément de construction, les méthodes de conception furent bouleversées. Le concepteur ne travailla plus en effet avec des éléments singuliers, en fonte, moulés en atelier, mais avec des profilés standards en I, T, L, etc., dont l’assemblage permettait d’obtenir les solutions recherchées. Ce passage d’éléments uniques à des produits standardisés ne fut possible que grâce aux nombreux développements effectués dans le domaine des chemins de fer. Ce succès ne fut possible que grâce à l’introduction massive du rivet comme moyen d’assemblage, qui permettait une combinaison presque illimitée des produits de bases. Ces nouveaux moyens d’assemblage permirent une architecture révolutionnaire utilisant le fer, le bois et le verre. Les progrès techniques dans le domaine sidérurgique contribuèrent à l’apparition d’un nouveau matériau, l’acier, qui devait une nouvelle fois révolutionner le domaine de la construction métallique, avec l’apparition de la soudure et de profilés de plus grande longueur, supérieure à 6m. L’utilisation de l’acier devint ainsi de plus en plus massive en cette fin de XIXe siècle. Première moitié du XX° siècle: durant cette période l’acier subit la forte concurrence du béton. L’engouement pour ce nouveau matériau entraîna une baisse significative du nombre d’ouvrages en métal construits durant cette période, cependant que de nombreux concepteurs contribuèrent à faire évoluer la construction métallique et à sensibiliser la profession sur ses avantages et sa rationalité. La situation était toute inverse en Amérique du nord où l’acier répondait de manière tout à fait satisfaisante à la création d’immeubles de grandes hauteurs à coût modéré, et fût utilisé massivement.

[Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

Deuxième moitié du XX° siècle: la fin de la guerre fût caractérisée par un besoin urgent de reconstruction. La rapidité d’exécution, l’économie de moyens et la rationalité étaient alors des contraintes à respecter. La construction métallique répondait parfaitement à ces exigences, et pouvait bénéficier d’une industrie métallurgique très forte, développée pour des besoins militaires. L’acier fût dés lors massivement utilisé. Les années 70 furent marquées par un nouveau type architectural basé sur la mise en valeur de la haute technologie (ex. centre Georges Pompidou). Cependant il fallut attendre les années 80 pour entrevoir les premiers signes d’une architecture inventive, caractère de la construction en acier d’aujourd’hui (carénage continu, forme d’ailes d’avion ou de bateau, utilisation de mâts et habillage de verre et d’acier).

II. AVANTAGES ET LIMITES DE LA CONSTRUCTION METALLIQUE Par rapport aux constructions en béton, armé ou précontraint, les structures métalliques présentent de nombreux avantages, et certains inconvénients. 1. Avantages •

Industrialisation totale Il est possible de préfabriqué totalement des bâtiments en atelier, avec une grande précision et une grande rapidité (à partir des laminés). Le montage sur site, est d’une grande simplicité

•

Transport aisé, en raison du poids peu élevé, qui permet de transporter loin, en particulier à l’exportation

•

La grande résistance de l’acier à la traction permet de franchir de grandes portées

•

La possibilité d’adaptation plastique offre une grande sécurité

•

La tenue au séisme est bonne, du fait de la ductilité de l’acier, qui résiste grâce à la formation des rotules plastiques et grâce au fait que la résistance à la traction de l’acier est équivalente à sa résistance en compression, ce qui lui permet de reprendre des inversions de moments imprévues

•

Modification : Les transformations, adaptations, surélévations ultérieures d’un ouvrage sont aisément réalisables

•

Possibilités architecturales, beaucoup plus étendues qu’en béton

•

Grande modularité des constructions métalliques

[Tapez un texte]

Page 3

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

1. Limites •

Resistance en compression moindre que le béton

•

Susceptibilité aux phénomènes d’instabilité élastique, en raison de la minceur des profils

•

Mauvaise tenue au feu, exigeant des mesures de protection onéreuses

•

Nécessité d’entretien régulier des revêtements

protecteurs contre la corrosion, pour

assurer la pérennité de l’ouvrage

I. FORMES DE STRUCTURES METALLIQUES Les grandes qualités de l’acier ont fait de la construction métallique une solution prisées dans la construction civile et industrielle. En effet, que se soit les bâtiments (habitation, industriels, commerciaux) et les ouvrages d’art, cette solution basée sur une structure à ossature permet un gain en légèreté et autorise des architectures extraordinaires. Le système porteur d'une construction métallique est l'ossature. Celle-ci a uniquement une fonction porteuse, pas celle de séparation d'espaces. Cependant, elle permet la fixation d'éléments qui, eux, ont cette fonction de séparation. Le système le plus élémentaire utilisé pour un bâtiment industriel est composé de deux poteaux et d’une poutre, réalisés soit de profilés à âmes pleines, soit en treillis, soit par une combinaison des deux. Cette configuration peut varier en utilisant divers types d’assemblages entre les poutres et les poteaux ainsi que pour les pieds de poteaux. Les types de structures les plus couramment utilisés dans les bâtiments industriels sont des portiques articulés en pied, et des structures poteaux-poutres avec des pieds de poteaux encastrés ou articulés. Les portiques offrent une stabilité dans le plan suffisante, et ne nécessitent l’utilisation de contreventements que pour la stabilité hors du plan. Pour les bâtiments on a les éléments suivants : •

Eléments principaux : poteaux, poutres, traverses, couverture

•

Eléments secondaires : lisses, contreventement, liernes

SECTION II : LE MATERIAU ACIER

I. HISTORIQUE, ORIGINE, OBTENTION

[Tapez un texte]

Page 3

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

L’acier est un matériau issu de la réduction du minerai de fer ou du recyclage de ferrailles. Le fer est un élément très répandu dans l’écorce terrestre dont il représente 5 % mais on ne le trouve pas à l’état pur. Il est combiné avec d’autres éléments et mêlé à une gangue terreuse. La réduction de cet oxyde nécessite l’emploi d’un combustible : du charbon de bois jusqu’au XVIIIe siècle, puis du charbon de terre. Le métal ainsi obtenu est de la fonte qui contient 96 % de fer et 3 à 4 % de carbone et à partir de laquelle on produit de l’acier. L’utilisation de l’acier dans la construction remonte à la fin du XIX e siècle, bien que les métaux ferreux soient connus depuis environ quarante siècles. Auparavant on employait la fonte qui peut se mouler facilement mais se révèle cassante et impossible à forger. Il faut donc l’assembler à l’aide de boulons, de vis ou de clavettes. On est progressivement passé, à partir des années 1840, de l’usage de la fonte à celui du fer puddlé, la fonte étant affinée industriellement pour obtenir du fer pur, plus souple et plus facile à laminer, à percer et à forger. Le principe des rivets posés à chaud a permis de disposer d’un mode d’assemblage universel et facile à mettre en œuvre. C’est une cinquantaine d’années plus tard que l’acier a pu être produit de façon industrielle et s’imposer ainsi à partir des années 1890 comme le matériau de la construction métallique, avec des caractéristiques physiques bien supérieures au fer grâce à la présence de traces bien dosées de carbone et d’autres éléments chimiques. L’assemblage s’est d’abord fait avec des rivets, puis, à partir des années 1930, par la soudure ou le boulonnage. La sidérurgie n’a cessé de perfectionner les qualités de ses aciers. La masse volumique de l’acier est de 7850 kg/m3. Un mètre cube d’acier pèse donc près de 8 t. II. LES FAMILLES ET NUANCES D’ACIER

On distingue les aciers dits aciers au carbone des aciers inoxydables. L’acier au carbone est aujourd’hui fabriqué par deux grandes filières d’importance à peu près égales : la filière fonte, où l’on réduit du minerai de fer dans un haut-fourneau avant passage au convertisseur pour transformer la fonte en acier, et la filière électrique, où l’on traite directement des ferrailles (voir « La fabrication de l’acier » en annexe). Dans les deux cas l’acier est « mis à nuance » dans une station d’affinage. L’acier inoxydable est quant à lui produit uniquement à partir de la filière électrique. Les aciers de construction contiennent en général de 0,1 à 1 % de carbone. Les additions sont variables : manganèse, silicium, molybdène, chrome, nickel, titane, tungstène... En fonction de ses composants lors de la « mise à nuance » et des traitements thermiques subis par les

[Tapez un texte]

Page 3

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

alliages lors de leur élaboration, l’acier aura des résistances mécaniques variables. Il existe plus de 3 000 nuances d’acier. TABLEAU1 : les nuances d’acier courantes en construction métallique normes

NF A 35-501

NF A 35-504

NF A 36-201

Limites d’élasticité

nuances

Re (N/mm²)

A 33

175

E 24

235

E 28

275

E 36

355

E 355

355

E 375

375

E 355

355

E 375

375

E 420

420

E 460

460

Formes des produits

Tôles, larges plats, poutrelles, lamines marchands

Poutrelles et profils

Tôles

III. LES ACIERS DE CONSTRUCTION Parmi les nombreuses nuances d’acier crées par les forges, utilisables en construction métallique, on peut distinguer, les aciers d’usage général, les aciers patinables de meilleure résistance à la corrosion (CORTEN), les aciers inoxydables et les aciers spéciaux pour boulons à haute résistance (HR). Les caractéristiques chimiques et mécaniques des aciers d’usage général sont définis par la norme française NF A 35-501 de l’AFNOR (tôles fortes et moyennes, poutrelles laminées) et les normes NF A 36-101 (feuillards), NF A 35-075 (ronds pour rivets). 1. Les formes de produits Pour obtenir leur forme de finition et leurs caractéristiques mécaniques les aciers courants dans la construction sont : •

laminés : ce sont les produits les plus couramment utilisés dans la construction métallique. Les demi-produits sont déformés successivement au travers des laminoirs

[Tapez un texte]

Page 2

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

constitués par des cylindres qui compriment et étirent la masse relativement malléable en raison de sa température encore élevée. L’étape ultérieure possible est le laminage à froid. Ce procédé est principalement utilisé pour façonner des tôles minces qui sont ensuite galvanisées et/ou pré-laquées ; •

étirés ou tréfilés : par étirage ou tréfilage (à chaud ou à froid) on amène un produit déjà laminé à une section plus réduite et à une plus grande longueur pour former des barres ou des fils. On distingue dès lors :

•

les produits longs (poutrelles, palplanches, câbles, fils, ronds à béton...), obtenus par laminage à chaud, étirage ou tréfilage ;

•

les produits plats (tôles, bardages, profils minces, profils creux...) qui subissent en général un laminage à froid supplémentaire, à l’exception des tôles de forte épaisseur. Il existe aussi d’autres procédés moins courants de fabrication de pièces telles que le

forgeage, le moulage... 1. classification des produits Étant donné la vaste gamme de produits en acier offerte aux concepteurs, la nécessité d’une réglementation des produits sidérurgiques apparaît évidente, concernant le produit (forme, dimensions, aspect et état de surface) mais aussi sa mise en œuvre. Actuellement, l’heure est à la transition des normes nationales aux normes européennes. La norme européenne comporte toujours les deux lettres EN (EuroNorme) précédées pour chaque pays par celles de son sigle national (par exemple : NF pour la France, DIN pour l’Allemagne, BS pour la Grande-Bretagne) ; viennent ensuite de un à cinq chiffres. La norme indique les exigences techniques, les procédés d’élaboration, l’état de livraison, la composition chimique, les caractéristiques mécaniques et technologiques, l’état de surface. Nous retiendrons deux types de normes : •

les normes définissant les nuances d’acier ;

•

les normes spécifiques aux produits accompagnées de leur tolérance.

2.1 Les produits longs On distingue plusieurs sous-familles de produits longs. Certains sont directement fabriqués dans les usines sidérurgiques et sont disponibles en stock sur catalogue. [Tapez un texte]

Page 2

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

a) Les laminés marchands Ce sont les ronds, les carrés, les ronds à béton, les plats, les cornières (L), les fers en T, les petits U… Tous ces produits ont une section pleine. b) Les poutrelles Les poutrelles laminées peuvent avoir différentes sections, en I, en U, ou en H. Elles conviennent aussi bien pour les poteaux que pour les poutres et sont fabriquées en différentes nuances d’acier (en général 235 ou 355 MPa), y compris d’acier à haute limite d’élasticité (460 MPa). Les longueurs maximales varient de 18 à 33 m suivant le profilé. Il existe différentes gammes suivant les pays : européenne, britannique, américaine, japonaise... •

Les poutrelles en I Les poutrelles en I sont de deux sortes :

✔ IPN : poutrelles en I normales. Les ailes sont d’épaisseur variable, ce qui entraîne des

petites difficultés pour les attaches ; ✔ IPE : poutrelles en I européennes. Les ailes présentent des bords parallèles, les extrémités

sont à angles vifs (seuls les angles rentrants sont arrondis). Les IPE sont un peu plus onéreux, mais plus commodes et sont d’usage courant.

Figure 1 : les poutrelles IPN et IPE •

Les poutrelles en U Il existe aussi deux sortes de profilés, les UPN, les UAP et les UPE. De la même façon,

les UPE présentent des ailes à bords parallèles et tendent à supplanter les UPN, moins commodes à mettre en œuvre. Les hauteurs vont de 80 à 400 mm. •

Les poutrelles HE (gamme Européenne) Elles se décomposent en trois séries : HEA, HEB et HEM, suivant l’épaisseur relative de

leur âme et de leurs ailes. Leur section s’inscrit approximativement dans un carré (la semelle a une largeur sensiblement égale à la hauteur du profil jusqu’à 300 mm de hauteur). Les ailes [Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

présentent toujours des bords parallèles. Les hauteurs varient de 100 à 1100 mm (jumbos). Les profils HEA, les plus légers, présentent le meilleur rapport performance/poids en général et sont donc les plus utilisés. La progression des trois séries est intéressante techniquement et architecturalement pour des composants en prolongement : poteaux d’un bâtiment à étages dont la section peut varier progressivement en fonction des efforts. Du fait de l’utilisation des mêmes trains de laminage, les trois profils de même hauteur présentent la même dimension intérieure entre ailes. Les épaisseurs ne varient que vers l’extérieur. Il existe aussi des poutrelles HL (à très larges ailes), HD (poutrelles-colonnes) et HP (poutrelles-pieux).

Figure 2 : les poutrelles HEA, HEB, HEM •

Les demi-poutrelles Le découpage des poutrelles I et H suivant l’axe longitudinal a de multiples utilisations :

sections T, membrures de poutres...

Figure 3 : demi poutrelles IPE et HE •

Les poutrelles dissymétriques Ce sont des poutres reconstituées composées soit d’un T et d’une large semelle inférieure

soudée (dénommées IFB, pour Integrated Floor Beam), soit formées d’un H dont la semelle inférieure a été élargie par adjonction d’un plat (dénommé SFB, pour Slim Floor Beam). Grâce à leur aile inférieure élargie, elles sont particulièrement adaptées pour la pose de planchers préfabriqués, de coffrages en acier permettant d’incorporer la dalle dans la hauteur de la poutrelle, soit encore pour la pose de dalles alvéolaires en béton précontraint. a) Les palplanches

[Tapez un texte]

Page 2

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

Ces produits sont réalisés directement au laminage ou à partir de tôles profilées. La section en U ouvert est la plus courante et les palplanches sont solidarisées les unes aux autres par un joint à double recouvrement. On utilise des parois en palplanches pour contenir la poussée de talus, pour la construction de murs de quais et de ports, la protection des berges, la mise en place de blindages de fouilles et de batardeaux, l’édification de culées de pont, des parois de parkings souterrains... b) Câbles et fils machine

Le fil machine est obtenu par tréfilage et étirage. En construction, il sert à fabriquer des câbles. Les fils en inox peuvent aussi être tressés ou tissés pour fabriquer des mailles de dessins variées, employées comme parements, écrans, garde-corps, faux-plafond,... 2.1 Les produits plats a) Les tôles et les larges plats Les tôles sont fabriquées sous forme de bobines. Elles sont livrées en largeurs standards ou à la demande, mais les largeurs sont en général limitées à 1 800 mm. L’épaisseur ne dépasse pas 16 à 20 mm pour les tôles laminées à chaud et 3 mm pour les tôles laminées à froid. Celles-ci peuvent être mises en forme par profilage, pliage ou emboutissage. b) Les tôles nervurées Ce sont des tôles minces que l’on nervure par profilage à froid à l’aide d’une machine à galets. Les tôles nervurées sont issues de bobines galvanisées et souvent pré laquées. Les applications concernent les produits d’enveloppe (bardage), de couverture (bac, support d’étanchéité) et de plancher (bac pour plancher collaborant ou à coffrage perdu), ainsi que les panneaux sandwich incorporant des matériaux isolants.

Figure 4 : tôle nervurée c) Les profils creux Les tubes de construction sont appelés « profils creux ». Ils sont fabriqués en continu à partir de tôles minces ou moyennes repliées dans le sens de leur longueur. Les soudures sont [Tapez un texte]

Page 2

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

longitudinales pour les profils creux de petits et moyens diamètres (jusqu’à 400 mm), hélicoïdales pour les diamètres plus importants jusqu’à 1 000 mm environ. Ils sont dans ce cas toujours ronds. Après soudage, la surépaisseur est rabotée pour obtenir une surface extérieure lisse. Les profilés creux dits « de forme » sont en général formés à partir de tubes ronds : ils peuvent être carrés, rectangulaires, hexagonaux, elliptiques, voire demi-elliptiques. On fabrique aussi par extrusion des tubes sans soudure capables de plus fortes épaisseurs. Les longueurs standards sont de 6 à 15 m.

a : tube de section rectangulaire b : tube circulaire c : tube de section carrée d: tube de section hexagonale.

Figure 5 : les profils creux

d) Les plaques On parle de plaques lorsque l’épaisseur dépasse 20 mm. On peut obtenir des plaques jusqu’à 400 mm d’épaisseur et 5 200 mm de largeur. Les plaques sont principalement utilisées pour la grosse chaudronnerie ou pour les ouvrages d’art. Leur assemblage par soudure peut être complexe. Il existe aussi des plaques à épaisseur variable pour les ouvrages d’art. e) Les profils minces Les tôles minces galvanisées (d’épaisseur inférieure à 5 mm) peuvent être profilées à froid pour réaliser des profils minces. De sections très diverses, les profils minces sont utilisés en serrurerie, en menuiserie métallique et en ossatures légères : pannes de charpente, ossatures de murs ou de cloisons, de faux plafond... Légers et maniables, ils peuvent s’assembler par vis auto taraudeuses.

[Tapez un texte]

Page 2

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

SECTION III : PROCEDES DE CONSTRUCTION METALLIQUE

I.

PRINCIPES ET METHODES DE DIMENSIONNEMENT

1. Concept de dimensionnement Lors de chaque projet de construction, les buts à atteindre peuvent de façon générale se définir ainsi : •

Fournir au maitre d’ouvrage une construction qui réponde à ses attentes relatives à l’utilisation qu’il veut en faire ;

•

Garantir aux utilisateurs de cette construction un niveau de sécurité adéquat. Pour atteindre ces deux buts, il est nécessaire de procéder par étape. Les normes en définissent les grandes lignes ci-dessous :

•

Un dialogue entre le maitre d’ouvrage, l’architecte et l’ingénieur doit avoir lieu afin de préciser l’utilisation souhaitée de la construction projetée. Les résultats de ce dialogue sont à consigner dans le plan d’utilisation. Ce document servira de base à l’application des mesures permettant d’atteindre le premier but cité ci-dessus (aptitude au service).

•

L’ingénieur est alors responsable, avec l’architecte, de définir un plan de sécurité, qui contiendra toute les mesures prises ainsi que les bases des calculs à effectuer pour atteindre le deuxième but (sécurité structurale) ;

•

Lors de la réception de la construction par le maitre d’ouvrage, un programme de surveillance et d’entretient lui sera remis, afin qu’il soit conscient des règles d’utilisation nécessaires pour respecter les plan d’utilisation et de sécurité préalablement définis. Il est donc particulièrement important de distinguer, lors du dimensionnement d’une

structure sur la base des plans d’utilisation et de sécurité, entre les vérifications : •

De la sécurité structurale

•

De l’aptitude au service.

1. Principe Le dimensionnement de toute structure doit reposer sur un concept clair, définissant les types de vérifications à effectuer pour garantir son aptitude au service et sa sécurité structurale. Ces bases de dimensionnement sont définies par des normes et consistent généralement aux vérifications suivantes :

[Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

a) Sécurité structurale

On doit vérifier pour une section donnée, que les sollicitations n’engendrent pas une contrainte supérieure à celle du matériau utilisé. Cette condition permet d’éviter l’effondrement ou la ruine de tout ou partie de la structure. b) Aptitude au service Aptitude au service permet de vérifier que la structure sera fonctionnelle et confortable. Il faut dans ce cas vérifier que les déformations des éléments de structure ou de la structure elle entière ne dépasse un seuil limite. En effet la flèche due aux sollicitations de service doit être inferieure à la flèche limite définie par une norme. Ceci permet d’éviter des désordres dans la structure et de perturber le confort des personnes. Ses conséquences sont moins importantes que celles de la sécurité structurale 1. Méthodologie de dimensionnement Le dimensionnement d’une structure métallique se déroule presque toujours dans l’ordre des étapes suivantes : a) dessin de l’ossature principale ; b) définition des actions appliquées à la structure ; c) choix des barres de l’ossature sur la base d’un pré-dimensionnement ou de l’expérience ;

d) modélisation de la structure, analyse globale et détermination des sollicitations dans les barres ; e) vérifications diverses des barres ; f) conception et vérification des assemblages.

À l’issue de l’étape « e », certaines barres peuvent avoir une résistance insuffisante ou être excessivement surdimensionnées ; un ajustement est alors effectué et la procédure est reprise à l’étape « d » par la mise à jour du modèle. Les calculs sont terminés lorsque tous les critères de résistance, de performance et d’économie sont satisfaits. La conception et le dimensionnement d’une structure métallique est une tâche ardue et étaient réalisés à la main. Aujourd’hui, grâce à l’évolution de la technologie informatique, l’on dispose de logiciels permettant outre la facilité, un gain en temps.

I.

REGLEMENTATION ET NORMES

1. définition et rôle [Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

Peut-être plus que tout autre métier du BTP, la construction métallique opère sur la base de normes auxquelles se réfèrent systématiquement les documents contractuels du marché ; cet ensemble de normes se décompose schématiquement en quatre ensembles : •

les normes de produits ;

•

les normes d’essai ;

•

les normes de conception et calcul ;

•

les normes d’exécution. Ces quatre ensembles, loin d’être indépendants, sont au contraire cohérents ou

compatibles entre eux, bien qu’ils soient élaborés par des bureaux de normalisation différents, au plan mondial. On peut dire que cette cohérence est assurée au niveau des normes de calcul, puisque celles-ci tiennent compte des normes des deux autres ensembles et y renvoient. Dans l’exemple général d’une charpente soudée, les normes de calcul renvoient aux normes de produit acier pour le choix des aciers et leurs caractéristiques

mécaniques (limite d’élasticité, fonction de

l’épaisseur, par exemple), aux normes de produits de soudage, aux normes d’exécution concernant le soudage, etc. Il en est de même pour les assemblages boulonnés. 1. évolution des normes La profession de la construction métallique connait actuellement une transition en matière de règles de conception et de calcul des structures en acier. Ceci est du au besoin des professionnels de disposer d’un texte unique harmonisé et cohérent, applicable à tous les ouvrages, publics ou privés, bâtiments et ponts. Avant 1993, la conception et le calcul des constructions métalliques étaient régis par diverses réglementations : •

« les règles de calcul des constructions en acier », dites « règles CM66 », qui réglementaient tous les bâtiments en acier ;

•

Le titre V du fascicule 61 du cahier des prescriptions communes, intitulé « conception et calcul des ponts et construction métalliques en acier », qui réglementait tous les ponts et ouvrages d’art ;

•

Les normes NF qui régissaient les calculs des assemblages et des éléments à parois minces ;

[Tapez un texte]

Page 3

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

•

L’additif80, qui introduisait les notions de plasticité de l’acier et d’états-limites, ce qui permettait de tirer partie des propriétés élasto-plastiques de l’acier et d’alléger ainsi les structures.

Depuis 1993, une nouvelle réglementation européenne est entrée en vigueur et impose, en remplacement de ces divers et précédents textes, un code unique : l’EUROCODE 3. L’Eurocode 3 « calcul des structures en acier » a été adopté par le Comité Européen de la Normalisation (CEN) en 1992 et a été classé norme provisoire pour une durée de 3 ans (1993 à 1996). Pendant ces 3 années l’Eurocode 3 aura un statut expérimental et existera conjointement avec les règles antérieures, qui disparaitront à compter de 1996, lorsque l’Eurocode 3 deviendra une norme européenne homologuée (EN). Chaque pays de la communauté Européenne ajustera les modalités d’application de ce nouveau règlement sur son territoire, au moyen d’un document d’application nationale (DAN). Sur le plan pratique cependant, les cas d’application effective du document Européen reste encore très limité, pour diverses raisons qui tiennent à la résistance naturelle aux changements, à la complexité au moins apparente du nouveau texte et à l’absence de gain évident de matière voire aux pénalisations des dimensionnements qu’il est susceptible d’apporter. Les praticiens, dans leur très grande majorité, continuent ainsi à utiliser presque systématiquement les règles CM66.

I. DIMENSIONNEMENT SELON CM66 1. les règles cm66 : objet et domaine d’application

Les règles CM66 (règles Décembre 1966) sont des règles de calcul des constructions acier. Elles ont pour but de codifier les méthodes de calcul applicables à l’étude des projets construction en acier. Leur application doit conduire pour les différents éléments de construction à un degré de sécurité sensiblement homogène pour les différents modes sollicitations et de construction.

en de la de

2. actions et combinaisons d’action Les actions sont les forces et couples dus aux charges et aux déformations imposées à la construction. On distingue : •

Les actions permanentes (G)

[Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

•

–

Poids propre des éléments de la construction ;

–

Poids des équipements et accrochages fixes (définies par la norme NF P.06004)

Les actions variables –

Charges d’exploitation notées Q (définies par la norme NF P.06001)

–

Charges climatiques (définies par la norme NF P.06002, DTU « Règles Neige et Vent ») qui sont notées ○

Wn pour le vent normal

○

We pour le vent extrême

○ Sn pour la neige normale ○ Se pour la neige extrême Les règles CM66 proposent 18 combinaisons d’action possibles, affectées de coefficients de pondération. La plupart sont généralement superflues dans la pratique et on les réduit la plupart du temps à trois seulement, dites combinaisons enveloppes. G+Se+Q 43G+32Sn+Q G+We avec We=Wn×1.75 1. Calculs

Les règles CM66 concerne essentiellement le domaine élastique de l’acier. Mais dans certains cas, pour tenir compte du domaine plastique, on peut appliquer l’additif 80. Les charges de neige et de vent quand à elles sont déterminées par les règles NV65. Elément par élément, un critère unique de ruine est utilisé : l’atteinte de la limite d’élasticité minimale garantie de l’acier sur la fibre la plus défavorisée de la section la plus sollicitée sous les effets de combinaisons pondérées des actions. 2. Vérifications de résistance

On doit vérifier que la plus défavorable des combinaisons ci-dessus ne conduit pas à la ruine de l’élément ou de la construction étudiés. Dans le cas du calcul en phase élastique, les formules s’appliquent aux contraintes calculées séparément, et l’on doit vérifier que la contrainte maximale, obtenue par l’application des 6 formules, dite contrainte caractéristique σc reste inférieure à la contrainte limite d’élasticité σe=Re du matériau : σc≤σe.

3. Vérification de la déformation [Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

Les déformations sont calculées sur la base des efforts non pondérés avec le module d’élasticité E. ces déformations ne doivent pas avoir des flèches dépassant la limite normalisée. On a quelques limitations ci-dessous : a) Fleche verticale TABLEAU 2: flèches verticales limites pour les éléments d’ouvrages ELEMENTS D’OUVRAGE

FLECHE

Toitures en général (accessible uniquement pour entretien)

L/200

Toitures normalement accessibles

L/250

Plancher en général (sans équipement particulier)

L/250

Planchers et toitures supportant des matériaux fragiles (cloisons L/250 en plâtre) Planchers supportant des poteaux (sauf si la flèche est incluse L/400 dans l’analyse) Critère d’aspect du bâtiment

L/250

Pour les poutres de roulement, la norme NF P 22-615 donne les valeurs suivantes : TABLEAU 3 : flèches admissibles pour poutres de roulement GROUPE D’UTILISATION

FLECHE ADMISSIBLE

1-2

L/500

3-4

L/750

5-6

L/1000

b) Fleche horizontale TABLEAU 4 : flèches horizontales des structures de bâtiment TYPE DE STRUCTURE

Flèches principalement Autres combinaison dues au vent

d’action

Structures simples à un seul niveau

h/125

h/150

Autres structures à un seul niveau

h/250

h/300

[Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

Structure des bâtiments à étages :

h/250

h/300

•

Fleche différentielle entre étages

•

Fleche pour l’ensemble de la h/420

h/500

structure

Dans le cas ou la structure supporte un pont roulant, la norme NF P 22-615 prescrit, en tenant compte de l’intervention du vent caractéristique en remplacement du vent normal pris jusqu’ici : TABLEAU 5: flèches horizontales pour structures comportant un pont roulant FLECHE MAXIMALE HORIZONTALE GROUPE D’UTILISATION Avec vent 1-2

h/180

3-4

h/180

5-6

h/180

Sans vent

h/360 et ≤5cm

1. Les données de base et notations Nous présentons ici toutes les informations nécessaires aux applications numériques que nous ferons dans notre étude. •

Pour l’acier

–

Module d’élasticité longitudinale : E = 21000 daN/mm²

–

Module d’élasticité transversale : G=8100 daN/mm²

–

Coefficient de poisson : ν=0.3

–

pour la nuance E24 : σe=24 daN/mm²

–

pour la nuance E28 : σe=28daN/mm²

[Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

CHAPITRE II : PRESENTATION DU PROJET

Le projet dont nous avons la responsabilité d’effectuer les calculs de structure est un projet de construction d’un bâtiment industriel pour le compte de notre entreprise d’accueil en stage. Ce bâtiment, dont la structure principale sera en acier, s’étend sur 600m² et comporte des bureaux et un pont roulant de 5 tonnes. Il convient, avant d’aborder notre étude, de présenter ses principales caractéristiques, ainsi que les exigences et contraintes auxquelles nous allons faire face. Nous présenterons succinctement, d’abord le cahier des charges, puis la structure elle-même.

SECTION I : PRESCRIPTIONS GENRALES

I. CAHIER DES CHARGES Notre cahier de charges est constitué principalement des exigences du maitre d’ouvrage. Nous ne présenterons ici que celles directement liées à notre travail. •

Les calculs et vérifications serons menés conformément aux règles cm66

[Tapez un texte]

Page 2

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

•

La structure porteuse doit être en acier

•

La poutre de roulement devra faire l’objet d’un dimensionnement

•

Les aciers seront du type S235 pour les profilés de la structure, et S235 pour la poutre de roulement

•

Le bâtiment doit pouvoir supporter les effets du vent et du pont roulant

•

Les calculs doivent intégrer au maximum les conditions du Cameroun

•

L’aération devra être assez suffisante

•

On négligera les effets thermiques

•

Les effets sonores feront l’objet d’une autre étude

•

Les bacs de couverture seront fournis par un constructeur du Cameroun

•

L’intérieur devra offrir une hauteur sous toiture libre

I. DEVIS DESCRIPTIF TABLEAU 6 : devis descriptif ACTIVITES TERRASSEMENT

PRESCRIPTION Fouilles en puits pour les semelles (massif) et en rigole pour mur de soubassement Fondations : parpaings de 20x20x40 bourrés

MAÇONNERIE ET BETON

Murs extérieurs : parpaings de 15x20x40

ARME

Murs de refend : parpaings de 15x20x40 Béton dosé à 350 kg/m3 pour tous les ouvrages Pannes : pannes en acier IPE type S235

CHARPENTE Poteaux : les poteaux principaux seront en acier S235 COUVERTURE

La couverture sera en tôle bac ALUZINC 6/10e

SOL

Dallage en béton armé dosé à 350kg/m3, 18cm

AUTRE

Poutres de roulement en acier S235

[Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

SECTION II : PRESENTATION DE LA STRUCTURE I. ASPECT GENERAL

Notre bâtiment en structure métallique occupera une superficie de 600 m². Elle aura une forme de base rectangulaire et aura deux versants. Les plans d’architecture (en ANNEXES 1, 2, 3 et 4) en donnent les détails. L’espace intérieur du bâtiment sera réparti en trois grandes zones ci-après : •

Un espace atelier d’une superficie S1 = 400 m²

•

Un espace magasin de S2 = 100 m²

•

Un espace bureaux en R+1 (mezzanine) de S3 = 100 m² Ses principales caractéristiques sont les suivantes :

•

Longueur : 30 m

•

Largeur : 20 m

•

Hauteur au faitage : 7.2 m

•

Pente de versants : 10.5% (α=6°)

I. TYPE DE STRUCTURE La structure de notre bâtiment sera de type portique. Notre choix est motivé ici par les points suivants : •

besoin d’avoir un espace sous toiture libre

•

coût de réalisation faible par rapport à une structure poteau-ferme en treillis

•

pour une portée de 20 m le portique reste plus économique Les portiques auront un espacement constant de 5 m et on va prévoir des dépassements de

toiture à chaque façade, et leur portée sera réduite à 18 m. Le modèle de portique sera le plus simple possible (moins hyperstatique possible). Nous travaillerons avec le modèle hyperstatique ci-dessous : •

articulé en pieds dans le plan du portique et encastré dans le plan du long pan

•

encastré en tête.

[Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

Figure : modèle de portique pour le calcul de structure

CHAPITRE III : ETUDE AU VENT

I. GENERALITES L’étude au vent est réalisée conformément aux règles NV65. La vitesse du vent considérée est celle du Cameroun dont la valeur maximale est 10m/s. [source ACMAD, bulletin no.2, Février 2009]. Dans cette section, nous déterminerons les situations de vent les plus défavorables pour notre bâtiment, en déterminant successivement les coefficients de pression extérieure et intérieure s’appliquant aux différentes parois. On considèrera pour les études que le vent a une direction moyenne horizontale et qu’il peut venir de n’importe quel coté.

[Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

L’action du vent sur un ouvrage et sur chacun de ses éléments dépend des caractéristiques suivantes. •

La vitesse du vent ;

•

Catégorie de la construction et ses proportions d’ensemble ;

•

Configuration locale du terrain (nature du site) ;

•

Position dans l’espace (construction reposant sur le sol ou éloignée du sol) ;

•

Perméabilité des parois (pourcentage de surface des ouvertures dans la surface totale de la paroi).

I. CALCUL DES PRESSIONS 1. pression dynamique de base La pression dynamique de base est déterminée par la formule de Bernoulli : q10=ρV²2=V216.3

2. pression de calcul du vent La pression de calcul du vent est la pression revenant à un élément particulier de la construction. Elle est obtenue par la relation ci-dessous : P=qh×Ks×Km×Cr×δ qh est la pression dynamique à une hateur h donnée

Elle est obtenue par la relation suivante : qh=2.5×h+18h+60 q10

Les règles NV65 distinguent la pression extrême de la pression normale. Le rapport de la pression extrême sur la pression normale est de 1.75.

I. CALCUL DES COEFFICIENTS DE PRESSION

[Tapez un texte]

Page 1

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

On calculera les coefficients de pression extérieure et intérieure pour chaque paroi du bâtiment ainsi que des versants de la toiture. Ensuite on calculera les coefficients résultants à partir de la relation suivante :

Cr=Ce-Ci

1. nature du site Le site de construction est considéré normal et appartenant à la zone 1, ce qui nous permet de déduire : •

le coefficient de site : Ks=1

•

le coefficient de masque : Km=1

1. perméabilité du bâtiment Le bâtiment présente les caractéristiques suivantes : •

longueur : 30m

•

largeur : 20m

•

hauteur au faitage : 7.2m Les ouvertures sont reparties ainsi qu’il suit (les détails sont donnés dans les plans des

façades en annexe 3): •

PAROI AB : 01 porte de 2.04/1.26m

•

PAROI BC :

•

–

02 portes d’entrée aux ateliers de 4 x 4 m

–

Une grille d’aération pour les ateliers de 1x20m

–

01 porte d’accès aux bureaux de 1.26 x 2.04m

–

05 fenêtres de bureaux de 1.20 x 1.20m

PAROI CD : 06 fenêtres de bureaux de 1.20 x 1.20m

•

PAROI AD : Grille d’aération de 1x20m La perméabilité pour chaque paroi est calculée ainsi qu’il suit :

•

PAROI AB : µ=2.04×1.266×18+18×1.22=2.57118.8=0.0216

[Tapez un texte]

Page 3

DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT INDUSTRIEL AVEC PONT ROULANT, APPROCHE CM66

µAB=2.16% •

PAROI BC : µ=4×4+1.26×2.04+1×20+(0.95×1.4)6×30=0.2438 µBC=24.38%

•

PAROI CD : µ=0.95×1.4×46×18+18×1.22=0.0447 ⇒ µCD=4.47% µBC=24.38%

•

PAROI AD : µ=30×1×230×6=0.3333 ⇒ µAD=33.33%

µBC=33.33%

Nous avons donc : µAB=2.16%