Etude et vérification d’une structure métallique vis-à-vis de l’incendie

Etude sismique

Les tremblements de terre ou séismes sont les catastrophes naturelles les plus dangereuses et imprévisibles. Ils peuvent dévaster une région entière et sinistre des dizaines voire des centaines de milliers de personne.
C’est le déplacement des plaques lithosphériques à la surface de la Terre qui engendre des contraintes sur les roches. Celles-ci peuvent alors se déformer et même se rompre déclenchant un séisme qui se traduit par la libération d’une quantité d’énergie colossale. Cette énergie se traduit par des ondes sismiques de volume et de surface qui compressent et étirent les roches traversées (ondes P) ou les secouent de haut en bas (ondes S). Le point de rupture s’appelle foyer ou hypocentre et le lieu en surface, directement à sa verticale, l’épicentre.
Donc l’étude sismique des constructions est importante pour que la structure résiste aux efforts sismique et assurer leur stabilité. On utilise dans ce chapitre le « RPA99 » version 2003 qui nous permet de faire cette étude suivant trois méthodes :
La méthode statique équivalente. La méthode d’analyse modale spectrale. La méthode d’analyse dynamique par accélérogrammes .
La méthode statique équivalente bien que simple, est limité à des géométries simples et régulières, et avec le développement de logiciels de calcul des structures par éléments finis, permettant à la fois la modélisation spatiale des structures ainsi que le calcul dynamique, elle laisse de plus en plus place à la méthode d’analyse modale spectrale, qui elle peut être utilisée dans tous les cas de structures courantes. Quant à la méthode d’analyse dynamique par accélérogrammes, elle ne peut être utilisée que cas par cas, par un personnel qualifié ayant justifiés auparavant le choix des accélérogrammes à considérer. Toutefois, cette dernière méthode peut trouver son utilisation dans les structures particulière nécessitant notamment un calcul temporel non linéaire.

Calcul des fondations

Une structure quelle que soit sa forme et sa destination, prend toujours appui sur un sol d’assise. Les éléments qui jouent le rôle d’interface entre la structure et le sol s’appellent fondation. Ainsi quelle que soit le matériau utilisé, sous chaque porteur vertical ;mur , voile, ou poteau il existe une fondation . Son rôle principal est de supporter les différents charges telle que :
des charges verticales : comme les charges permanentes telles que le poids des éléments porteurs et non porteurs et les charges variables telles que le poids des meubles, poids des personnes et la neige.
Des charges horizontales comme : comme les charges permanentes telles que la poussée de la terre et les charges variables telles que le vent. Le choix de type de fondation dépend de type d’ouvrage et aussi de la contrainte du sol.
Notre structure repose sur les fondations superficielles, le calcul de cette partie est fait suivant le «BAEL91» et le «RPA99 version2003» .

Notions de réaction et de résistance au feu 

Résistance au feu : est le temps durant lequel l’élément de construction joue son rôle de limitation de la propagation. Elle est classée comme suit :
La réaction au feu des matériaux de construction : La réaction au feu caractérise les quatre éléments du matériau qui contribuent au développement d’un incendie : sa combustibilité, son inflammabilité, le dégagement de gaz et de fumées ainsi que la production de particules et/ou gouttelettes enflammées. La réaction au feu est une caractéristique intrinsèque d’un matériau. L’euro- code a définit les modes de classement des matériaux ; selon ce système les matériaux sont répartis selon sept classes de performances allant de A1 à F et associées ou non à des critères complémentaires qui caractérisent sa contribution (S et d) : à la production de fumée, à la production de particules et/ou gouttelettes enflammées.
Résistance au feu des éléments de construction : La résistance au feu est l’aptitude d’un élément de construction à conserver, pendant une durée déterminée, la stabilité au feu, l’étanchéité au feu, l’isolation thermique et/ou toute autre fonction exigée. Ces différentes performances sont évaluées lors d’un essai normalisé de résistance au feu. Les normes européennes classent essentiellement les éléments structuraux selon trois critères de performance:
La stabilité au feu (symbole R) est le symbole selon lequel est déterminée l’aptitude de l’élément ou de la structure à supporter des charges et/ou des actions spécifiées. On utilise aussi couramment le terme de capacité portante, qui est l’aptitude de l’élément de construction à supporter l’exposition au feu, sous des actions mécaniques définies, sur une ou plusieurs faces pendant un temps donné sans perte de stabilité structurale
L’étanchéité au feu (symbole E) est le symbole selon lequel est déterminée l’aptitude d’un élément séparatif exposé au feu d’un seul côté à empêcher les flammes et les gaz chauds de le traverser; cette fonction est parfois qualifiée de pare-flamme.
L’isolation thermique (symbole I) est le symbole selon lequel est déterminée l’aptitude d’un élément séparatif à prévenir le passage de la chaleur. La transmission doit être limitée de façon à ne pas enflammer la surface non exposée ni aucun élément au voisinage immédiat de celle-ci. L’élément doit également assurer une isolation thermique suffisante pour protéger les personnes situées à proximité. L’élévation des températures sur la face non exposée à l’incendie doit être en moyenne inférieure à 140°C et ne doit excéder en aucun point 180°C pour éviter le risque d’auto-inflammation des matériaux entreposée.

Moyens de justification pour la résistance au feu

Les performances de résistance au feu des structures peuvent être justifiés à partir : Des résultats des essais de résistance au feu normalisé pour les produits , ouvrages ou éléments de construction.
D’une analyse spécifique prenant la forme d’un avis de chantier ou d’un avis sur étude, délivrée par un laboratoire agréé par le ministère accrédité. D’une différence à un procédé de fabrication ou de construction approuvé.
D’une note de calcul s’appuyant sur les parties feu des Euro-codes, ou sur toute autre méthode agréée par le CECMI « Comité d’études et de classification des matériaux vis-à-vis du danger d’incendie ».
Les parties feu des Euro-codes structuraux traitent principalement du calcul de la résistance au feu en terme de capacité portante «Critère R ».Actuellement, différentes types de méthodes peuvent être utilisés pour évaluer le comportement au feu des structures en acier et mixtes acier-béton. Ces méthodes peuvent être séparées en deux principaux groupes : Les outils de calcul simplifiés. Les modèles de calcul avancés.
L’utilisation de ces différentes méthodes de calcul dépend principalement du type d’analyse envisagé pour l’évaluation du comportement au feu.

Les solutions constructives pour la protection des structures en acier contre l’incendie

Objectif de la sécurité incendie

La sécurité incendie est un aspect important pour la conception des bâtiments, elle a une influence aussi bien sur l’architecture que sur la stabilité et les installations techniques.
La protection incendie des structures a deux objectifs : la protection des vies humaines ; la limitation des dégâts matériels directs et indirects .
Les différents stratégies de conception mises en œuvre pour assurer la sécurité incendie sont généralement constitué d’un ensemble de mesures.
C’est pourquoi l’utilisation du bâtiment et les aspects organisationnels – comme l’évacuation de personnes à mobilité réduite, par exemple – jouent aussi un rôle important.
Le choix des mesures prises – c’est-à-dire le concept de sécurité incendie – dépend fortement de l’aménagement spatial et de l’utilisation du bâtiment. Par exemple, dans les bâtiments accessibles au public – comme les commerces et les bibliothèques – la sécurité incendie requise est obtenue par la combinaison d’un ou plusieurs systèmes comme des détecteurs de fumée, des extracteurs de fumée et des sprinklers. Il est faux de croire que la résistance au feu d’une structure en acier ne peut être obtenue qu’en la protégeant avec des revêtements isolants. Aujourd’hui, il existe des méthodes de calcul avancées permettant de réaliser un bâtiment résistant au feu, même avec de l’acier non protégé.
En général, la sécurité incendie se concentre sur les trois points suivants : la sécurité des personnes ; l’évacuation de fumée et les chemins d’évacuation ; les dégâts matériels.

Solution pour la protection des structures en acier

Tout immeuble doit pouvoir garder son intégrité structurale au moins pendant le temps d’évacuation des occupants défini de manière règlementaire.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I: Généralités sur la conception de l’ouvrage étudié
I. 1. Présentation de l’ouvrage
I. 1. 1. Données géométriques de l’ouvrage
I. 1. 2. Localisation et données concernant le site
I. 2. Règlements utilisés
I. 3. Logiciels utilisés
I. 4. Matériaux utilisés
I. 4. 1. Acier Fe 360
I. 4. 2. Béton armé
I. 5. Assemblage
I. 5. 1. Le boulonnage
I. 5. 2. Le soudage
Chapitre II: Détermination des charges climatiques
II. 1. Introduction
II. 2. Action du vent
II. 2. 1. Calcul de la pression aérodynamique
II. 2. 2. Coefficient dynamique (??)
II. 2. 3. Pression dynamique de pointe (??)
II. 2. 4. Coefficient d’exposition au vent (??)
II. 2. 5. Les coefficients de pression extérieure
II. 2. 6. Les coefficients de pression intérieure
II. 3. La force de frottement
II. 4. Action de neige
II. 4. 1. Charge de neige sur le sol
II. 4. 2. Coefficient de forme de toiture
II. 4. 3. Charge de neige sur la toiture
II. 5. Conclusion
Chapitre III: Dimensionnement et vérification des éléments secondaires
III. 1. Introduction
III. 2. Matériaux de couverture de la toiture
III. 3. Calcul des pannes
III. 3. 1. Espacement entre pannes
III. 3. 2. Pré-dimensionnement à la flèche
III. 3. 3. Classe de la section
III. 3. 4. Vérification à l’ELS avec poids propre inclus (IPE120)
III. 3. 5. Vérification à l’ELS (IPE 140)
III. 3. 6. Vérification à la résistance
III. 3. 7. Vérification de l’élément au déversement
III. 3. 8. Conclusion
III. 4. Calcule des lisses de bardage
III. 4. 1. Introduction
III. 4. 2. Evaluation des charges
III. 4. 3. Vérification à la résistance
III. 4. 4. Vérification de l’élément au déversement
III. 4. 5. Vérification à l’ELS (à la flèche)
III. 4. 6. Conclusion
III. 5. Calcul des potelets
III. 5. 1. Calcul des charges et surcharges
III. 5. 2. Dimensionnement du potelet
III. 5. 3. Classe de la section transversale
III. 5. 4. Vérification de la section à la résistance
III. 5. 5. Vérification de l’élément aux instabilités
III. 5. 6. Conclusion
III. 6. Calcul de l’échantignolle
III. 7. Calcul des chéneaux
III. 8. Conclusion
Chapitre IV: Etude sismique
IV. 1. Introduction
IV. 2. Caractéristiques sismique de l’ouvrage
IV. 3. Spectre de repense de calcul
IV. 4. Analyse modale spectrale
IV. 5. Vérification de la structure
IV. 5. 1. Estimation de la période fondamentale de la structure
IV. 6. Vérification de l’effort tranchant à la base
IV. 7. Vérification des déplacements
IV. 8. Conclusion
Chapitre V: Dimensionnement et vérification des éléments structuraux
V. 1. Introduction
V. 2. Justification du poteau HEA220
V. 2. 1. Caractéristiques du poteau
V. 2. 2. Classe de profilé
V. 2. 3. Vérification de la section à la résistance
V. 2. 4. Vérification d’élément aux phénomènes d’instabilités
V. 2. 5. Conclusion
V. 3. Justification de la traverse IPE330
V. 3. 1. Caractéristiques du profilé
V. 3. 2. Classe de profilé
V. 3. 3. Vérification de la section à la résistance
V. 3. 4. Vérification d’élément aux phénomènes d’instabilités
V. 3. 5. Conclusion
V. 4. Vérification de la poutre au vent UPN140
V. 4. 1. Caractéristiques du profilé
V. 4. 2. Vérification à la traction
V. 4. 3. Conclusion
V. 5. Vérification des diagonales de palée de stabilité ?? ?? × ?? × ?
V. 5. 1. Caractéristiques du profilé
V. 5. 2. Vérification à la traction
V. 5. 3. Conclusion
V. 6. Conclusion
Chapitre VI: Calcul des assemblages
VI. 1. Introduction
VI. 2. Assemblage traverse-poteau (IPE330-HEA220)
VI. 2. 1. Les efforts sollicitants
VI. 2. 2. Vérification des cordons de soudure
VI. 2. 3. Résistance de la zone cisaillée du poteau
VI. 2. 4. Résistance de la zone comprimée
VI. 2. 5. Résistance de la zone tendue
VI. 2. 6. Conclusion
VI. 3. Assemblage traverse-traverse (IPE330 – IPE330)
VI. 3. 1. Les efforts sollicitant
VI. 3. 2. Vérification des cordons de soudure
VI. 3. 3. Résistance de la zone comprimée
VI. 3. 4. Résistance de la zone tendue
VI. 3. 5. Conclusion
VI. 4. Assemblage pied de poteau
VI. 4. 1. Dimensionnement de la plaque d’assise
VI. 4. 2. Cordon de soudure
VI. 4. 3
VI. 4. 4. Calcul de la résistance à la flexion en présence de l’effort axial
VI. 4. 5. Tige d’ancrage
VI. 4. 6. Résistance au cisaillement de la soudure
VI. 4. 7. Longueur participant du tronçon en T équivalent tendu
VI. 4. 8. Résistance de la partie tendue de l’assemblage
VI. 4. 9. Résistance à la flexion de la plaque d’assise (par unité de longueur)
VI. 4. 10. Vérification à la résistance en flexion
VI. 4. 11. Classification de l’assemblage
VI. 4. 12. Conclusion
VI. 5. Assemblage des diagonales de palée de stabilité ?? ?? × ?? × ?
VI. 5. 1. L’effort sollicitant de l’assemblage
VI. 5. 2. Epaisseur du gousset
VI. 5. 3. Disposition constructive
VI. 5. 4. Calcul du nombre des boulons
VI. 5. 5. Vérification de la pression diamétrale
VI. 5. 6. Vérification de la pièce à la traction ?? ?? × ?? × ?
VI. 5. 7. Conclusion
VI. 6. Conclusion
Chapitre VII: Calcul des fondations
VII. 1. Introduction
VII. 2. Etude des semelles
VII. 2. 1. Définition des sollicitations (ROBOT)
VII. 2. 2. Dimensionnement des semelles
VII. 2. 3. Vérification au renversement
VII. 2. 4. Détermination du ferraillage des semelles
VII. 3. Calcul des longrines
VII. 3. 1. Dimensionnement des longrines
VII. 3. 2. Calcul des ferraillages
VII. 4. Conclusion
Chapitre VIII: Calcul au feu
VIII. 1. Introduction
VIII. 2. Généralités
VIII. 2. 1. Connaissance de base sur l’incendie
VIII. 2. 2. Notions de réaction et de résistance au feu
VIII. 3. Calcul et vérification des éléments de la structure vis-à-vis l’incendie
VIII. 3. 1. Objet de la partie feu de l’EC3
VIII. 3. 2. Moyens de justification pour la résistance au feu
VIII. 3. 3. Vérification de quelques éléments de la structure
VIII. 4. Les solutions constructives pour la protection des structures en acier contre l’incendie
VIII. 4. 1. Objectif de la sécurité incendie
VIII. 4. 2. Solution pour la protection des structures en acier
VIII. 5. Conclusion
Conclusion générale
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUE

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