L’acier de construction métallique

INTRODUCTION GENERALE

Le domaine de la construction est un domaine vaste, qui à connue dans son histoire plusieurs évolution, non seulement dans les procédées de conception et de réalisation, mais aussi dans les techniques et les matériaux utilisés dans les structures selon le besoin. Ainsi on a désormais une variété de choix dans les matériaux, le béton armée le béton précontraint l’acier et l’aluminium . Actuellement en Algérie l’utilisation de la charpente métallique est limitée dans le domaine industriel, les autres domaines se basent plus essentiellement sur le béton, malgré que les structures en acier présentent de nombreux avantages tel que la légèreté, le montage rapide sur chantier, les transformations ultérieures plus faciles et surtout un faible encombrement.

Dans ce travail, il s’agit d’étudier une halle métallique d’une usine destinée au stockage des produits cimentiers.

Ce choix de thème est motivé par le fait que l’acier offre l’avantage indéniable d’être un matériau léger favorisant une rapidité avérée dans le montage et offre l’avantage de franchir de longues portées et par sa nature, facilement modifiable bien que, en contrepartie, il présente certains inconvénients tels que son coût, la corrosion et sa faible résistance au feu, ce qui implique, pour y pallier, de prévoir une protection adéquate telles que les peintures anti rouille pour lutter contre la corrosion ainsi que les peintures intumescentes au titre de protection contre le feu. Le coût, quant à lui, est atténué par la rapidité d’exécution et de montage (réalisation hors site dans des ateliers de production de charpente suivant la forme conçue).

Ce travail est composé de sept chapitres, dont les contenus sont brièvement décrits ci-dessous :
• Le premier chapitre contient une généralité sur les halles métalliques et présente la localisation et les données géométriques de l’ouvrage. En plus, il donne un aperçu sur les règlements de calcul et de dimensionnement et aussi les matériaux de construction utilisés
• Dans le deuxième chapitre, on présente les principes et la procédure pour la détermination des différentes charges (permanentes, d’exploitation et climatiques) selon les documents techniques règlementaires
• Le troisième chapitre consiste le dimensionnement des éléments secondaires
• Le quatrième chapitre représente une étude sismique effectuée à l’aide d’un logiciel ROBOT qui nous a permis d’analyser notre structure
• Le cinquième chapitre concerne l’étude des éléments structuraux (poteaux, traverses,sablières, palée de stabilités, et contreventements)
• Le sixième et afin d’assurer la continuité des sollicitations dans la structure à dimensionner, l’étude des assemblages
• Pour le septième chapitre les fondations de la structure ont été étudiée.

PRÉSENTATION DU PROJET

Ce projet de fin d’étude consiste à dimensionner une halle industrielle réalisée en charpente métallique Il est implanté à OGGAZ dans la wilaya de MASCARA, ‹‹Zone IIa sismicité moyenne selon le règlement parasismique algérien 99/version 2003››.

Le terrain de la halle est plat avec une surface de 6160 m², cette halle est constituée de quatre versants destinés au stockage de ciment.

DONNÉES GÉOMÉTRIQUES DE L’OUVRAGE

• Les données géométriques de l’ouvrage sont :
• Surface occupée: 6160m²
• Hauteur totale: Ht = 10 m
• Largeur de la structure: 44m
• Longueur de la structure: 140 m .

LOCALISATION ET DONNÉES CONCERNANT LE SITE

La halle se trouve à OGGAZ dans la wilaya de Mascara dont :
 Altitude : 68 m
 Zone de neige par commune : Zone B
 Zone du vent : Zone III
 Zone sismique : Zone IIa (région de moyenne sismicité)
 Contrainte admissible du sol est de σsol = 1.5 bars .

LOGICIELS UTILISÉS

• AUTODESK AUTO CAD 2015
• AUTODESK ROBOT 2016

MATÉRIAUX

L’acier de construction métallique (profilé)

L’acier est un matériau obtenu par transformation qui associe le carbone et le fer. Ce dernier est l’élément prédominant entrant dans sa composition.
 Nuance d’acier: Fe360
 La limite élastique: fy = 235 MPa
 La résistance à la traction: fu= 360 MPa
 La masse volumique: ρ = 7850 Kg/m3
 Module d’élasticité longitudinale: E = 210000 MPa
 Module de cisaillement: G = 81000 MPa

LES ASSEMBLAGES

Le boulonnage

Le boulonnage et le moyen d’assemblage le plus utilisé en construction métallique du fait de sa facilité de mise en œuvre et des possibilités de réglage qu’il permet sur site. Dans ce travail, des boulons de haute résistance (HR) de classe 8.8 pour les assemblages rigides des portiques auto stables ont été utilisés, Les boulons HR comprennent une tige filetée, une tête hexagonale et un écrou en acier à très haute résistance avec des rondelles.

Le soudage

Le soudage est une opération qui consiste à joindre deux parties d’un même matériau avec un cordon de soudure constitué d’un métal d’apport, ce dernier sert de liant entre les deux pièces à assembler.

CHARGES CLIMATIQUES

Le but de cette partie et de déterminer les différentes sollicitations climatiques produites par les charges du vent et de la neige, agissant sur l’ensemble de l’ouvrage et sur ses différentes parties.Cette étude sera réalisée conformément au règlement neige et vent (RNV2013).
Le règlement RNV 2013 s’applique à l’ensemble des constructions en Algérie, situées à une altitude inférieure à 2000 mètres.Cette structure se trouve à une altitude d’environ 68 m.

la charge de neige

La charge caractéristique de neige S par unité de surface en projection horizontale de toitures ou de toute autre surface soumise à l’accumulation de la neige s’obtient par la formule suivante :

Evaluation des charges et surcharges

INTRODUCTION

Dans ce chapitre, nous allons définir les différentes charges agissantes sur cette structure qui se résument dans l’action des charges permanentes et d’exploitation, les actions climatiques et accidentelles, ces dernières ont une grande influence sur la stabilité de l’ouvrage pour cela, une étude approfondie doit être élaborée pour la détermination de ces différentes actions.

CHARGES PERMANENTES

Elle comprend non seulement le poids propre des éléments structuraux principaux et secondaires, mais aussi le poids des éléments incorporés aux éléments porteurs tels que : la couverture, le bardage et autres. elles sont données dans les documents techniques réglementaires (DTR BC 2.2 charges permanentes et charges d’exploitation).

INTRODUCTION

La stabilité statique doit être assurée tant au niveau de la structure globale qu’au niveau de chaque élément pris séparément. C’est pourquoi il est exigé de procéder au calcul de la structure sous toutes les combinaisons possibles définies d’une manière règlementaire.
Les diverses sollicitations, générées par les actions, développent des contraintes au sein même des matériaux ce qui peut provoquer la déformation des éléments qui composent la structure. Il est impératif donc de vérifier que les contraintes et les déformations sont en deçà des limites admissibles pour garantir le degré de sécurité souhaité.

Calcul des assemblages

INTRODUCTION

Le bon fonctionnement global d’une structure métallique est directement lié à sa conception et particulièrement au calcul des assemblages des pièces qui la composent. Le dispositif d’assemblage assure la solidarisation des pièces entre elles, permet une transmission optimale et une juste répartition des différentes sollicitations de toute nature pouvant affecter la composante structurelle.

CALCUL DES ASSEMBLAGES

Assemblage poteau – traverse (HEA 450 – IPE 450)

Cette opération consiste à fixer par soudure une platine à l’extrémité d’une traverse pour permettre son assemblage à l’aile d’un poteau. Chacun de ces deux éléments, destinés à être solidariser l’un à l’autre, est préalablement et symétriquement percé de part et d’autre pour faciliter leur jonction. Pour assurer une meilleure résistance aux flexions, qui en sont les sollicitations prédominantes, un jarret est installé sous la traverse ce qui permet d’obtenir un bras de levier suffisamment résistant.

Assemblage des contreventements en croix(2CAE100×100×10)

Cet assemblage est réalisé à l’aide d’un boulonnage d’un gousset au milieu avec les deux barres du contreventement qui forment un X.

Ces barres du contreventement sont boulonnées avec le gousset soudé avec le poteau.

Assemblage panne-traverse

Les pannes sont assemblées aux traverses par échantignolles Sur les toitures inclinées, pour éviter le glissement et le renversement a la pose, les pannes sont fixées à l’aide d’échantignolles. On dimensionnera le boulon au cisaillement avec Rvz / 2 (chaque boulon reprend une seule panne).

Dimensionnement des éléments de fondation

INTRODUCTION

Les fondations d’une construction sont faites pour transmettre toutes les sollicitations de la superstructure au sol, elles constituent donc la partie essentielle de l’ouvrage car elle assure la stabilité générale de la structure.
Le calcul va se faire au début sur les pieds de poteaux en déterminant toutes les dimensions et paramètres, ensuite l’étude de l’infrastructure qui demande la reconnaissance géologique et géotechnique du terrain, car l’étude des fondations et leurs dimensions dépendent des caractéristiques physiques et mécaniques du sol.

CHOIX DU TYPE DE FONDATION

Le choix du type de fondation s’effectue en respectant les critères essentiels à savoir :
• Stabilité totale de la structure.
• Solution économique et facile à réaliser.
• Type de construction.
• Caractéristiques du sol.
• Charges apportée par la structure.

Caractéristiques géotechniques

Dimensionnement des semelles

On va dimensionner pour des semelles isolées sollicitées à un effort normal et on prend les valeurs de charges les plus importantes sous la combinaison la plus défavorable qui est G + Q + E :

CONCLUSION GENERALE

Ce projet de fin d’étude consisté à réaliser l´étude d’un hall industriel en charpente métallique. Il contient deux halles formant une usine de stockage de ciment à OGGAZ (MASCARA).

Ce travail a permis d’approfondir nos connaissances dans le domaine de la construction métallique, notre compréhension des phénomènes d’instabilité. Cette étude a permis de mieux utiliser les deux logiciels “Robot” qui peuvent nous aider dans notre avenir professionnel. ainsi que les différents règlements régissant les principes de conception et de calcul de l’ouvrages qui sont CCM97, RNV2013, et l’Eurocode 3et pour le dimensionnement des structures.

A la fin de l’étude effectuée, on déduit que :
 Les actions du vent, dans ce projet, sont les plus défavorables dans les constructions métalliques comparé, à l’action sismique.
 L’utilisation du logiciel ROBOT dans cette étude a permis de faire un calcul tridimensionnel et dynamique, dans le but de faciliter les calculs, et d’être le plus proche possible du comportement réel de la structure .
 Le calcul de la résultante des forces sismiques à la base obtenue par combinaison des valeurs modales ne dépasse pas les 80% de la résultante des forces sismiques, comme exigé par le règlement parasismique .
 La disposition de contreventement joue un rôle très important dans le comportement global de la structure.

Ce travail était une première expérience pour nous dans ce vaste domaine, et il a permis d’acquérir des connaissances de base pour mettre le premier pas dans notre future vie professionnelle.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : Généralités sur la conception de l’ouvrage étudié
I.1 PRÉSENTATION DU PROJET
I.2 DONNÉES GÉOMÉTRIQUES DE L’OUVRAGE
I.3 LOCALISATION ET DONNÉES CONCERNANT LE SITE
I.4 RÈGLEMENTS UTILISÉS
I.5 LOGICIELS UTILISÉS
I.6 MATÉRIAUX
I.6.1 L’acier de construction métallique (profilé)
I.6.2 Acier pour ferraillage
I.6.3 Le béton
I.7 LES ASSEMBLAGES
I.7.1 Le boulonnage
I.7.2 Le soudage
CHAPITRE II : Évaluation des charges et surcharges
II.1 INTRODUCTION
II.2 CHARGES PERMANENTES
II.3 CHARGES CLIMATIQUES
II.3.1 la charge de neige
II.3.2 Charge du vent
CHAPITRE III: Dimensionnement des éléments secondaires 
III.1 INTRODUCTION
III.2 ÉTUDE DES ÉLÉMENTS
III.2.1 Calcul des chéneaux
III.2.2 Calcul des pannes
III.2.3 Calcul des lisses de bardage
III.2.4 Dimensionnement des potelets
CHAPITRE IV: Étude sismique
IV.1 INTRODUCTION
IV.2 PRINCIPE DE LA MÉTHODE MODALE SPECTRALE
IV.3 CRITÈRES DE CLASSIFICATION PAR LE RPA99/V 2003
IV.4 ANALYSE DYNAMIQUE DE LA STRUCTURE
IV.4 .1 Modélisation de la structure
IV.4.2 Spectre de réponse de calcul
IV.4.3 Analyse modale spectrale
IV.5 VERIFICATION DE LA STRUCTURE
IV.5.1 Vérification de la période fondamentale de la structure
IV.5.2 Vérification de l’effort tranchant à la base
IV.5.3 Vérification des déplacements
IV.6. Conclusion
CHAPITRE V: Vérification des éléments structuraux
V.1 INTRODUCTION
V.2 Vérification des traverses
V.3 Vérification des poteaux
V.4 Vérification des contreventements
V.5 Vérification des stabilités
V.5.1 Stabilités en X
V.6 Vérification de la sablière
CHAPITRE VI : Calcul des assemblages
VI.1 INTRODUCTION
VI.2 CALCUL DES ASSEMBLAGES
VI.2.1 Assemblage poteau – traverse (HEA 450 – IPE 450)
VI.2.2 Assemblage traverse – traverse (IPE450 –IPE450)
VI.2.3 Assemblage des stabilités en X (2CAE100×100×10)
VI.2.4 Assemblage poteau – sablière (HEA 450 – HEA140)
VI.2.5 Assemblage panne traverse
VI.2.6 Ancrage pied de poteau
CHAPITRE VII : Dimensionnement des éléments de fondation
VII.1 INTRODUCTION
VII.2 CHOIX DU TYPE DE FONDATION
VII.3 Caractéristiques géotechniques
VII.4 Dimensionnement des semelles
VII.5 CALCUL DES LONGRINES
CONCLUSION GÉNÉRALE 
Références bibliographiques
ANNEXES
ANNEXE A Chapitre II: Evaluation des charges et surcharges
ANNEXE B Chapitre III: Dimensionnement des éléments secondaires et principaux 
ANNEXE C Chapitre IV: Etude sismique
ANNEXE D Chapitre V : Vérification des éléments structuraux
ANNEXE E Chapitre VI: Etude des assemblages
ANNEXE F Chapitre VII: Dimensionnement des éléments de foundation 
ANNEXE G

Télécharger le rapport complet