Constitution des pièces

1 - Eviter les variations brusques de sections

Au voisinage d'un angle rentrant, les lignes de force se resserrent ; elles cherchent toutes à prendre le virage à la corde. Il en résulte une concentration de contraintes qui peut devenir dangereuse si des défauts locaux entravent l'adaptation de plasticité. Dès que les sollicitations sont importantes, il faut prévoir des congés de raccordements ou des épanouissements.

2 - Conserver autant que possible la peau de laminage

Quand le profilé laminé se refroidit, la surface extérieure se consolide la première. L'intérieur se refroidit plus lentement et se contracte dans cette carapace. Il va être soumis à des contraintes propres de traction équilibrées par une compression de l'enveloppe.

S'il se produit, à la surface de la pièce, des petites entailles ou des microfissures, qui jouent à petite échelle le rôle des variations brusques de section (voir ci-dessus), l'état de compression de la zone extérieure va tendre à les refermer ou au moins à retarder leur ouverture.

3 - Pour les pièces épaisses, préférer le découpage au chalumeau

L'expérience montre qu'on peut utiliser le cisaillage jusqu'à des épaisseurs de 15mm. Mais on a observé des ruptures fragiles sur des tranches de tôles épaisses qui avaient été cisaillées à chaud en forge. Plutôt que d'usiner de telles tôles, il est préférable de les rafraichir par une coupe au chalumeau.

4 - Dimensionnement des éléments secondaires

Il existe dans la structure des éléments tels que les bracons, aisseliers, liaisons diverses, considérés comme secondaires mais dont la ruine pourrait remettre en cause la bonne tenue de l'ouvrage et sa stabilité.

Les monteurs et les personnels d'entretien sont souvent amenés à faire de l'alpinisme dans la charpente et les éléments secondaires constituent des prises commodes. Pour éviter de « dévisser », il est bon que ces éléments puissent résister à un effort de 100daN appliqué en n'importe quel et en des directions variées.

Pièces fléchies

1 - Rapport de la hauteur de la poutre à sa portée

Pour que les poutres satisfassent à la fois aux conditions de résistance (sous charges pondérées) et de déformation (charges non pondérées), il est commode de choisir des rapports de hauteur h de la poutre à sa portée l données dans la tableau ci-dessous, en fonction du rapport de la flèche admissible f à la portée. Ce tableau suppose des charges uniformément réparties et une nuance d'acier S235.

2 - Valeurs maximales du moment fléchissant

Si une poutre de portée l est soumise à une charge uniformément répartie q, la valeur absolue du moment sera toujours compris entre ql²/8 et ql²/12.

Pour pré dimensionner une traverse de portique ou une travée de poutre continue, il sera commode de partir de ql²/10.

3 - Inclinaison des barres de treillis

L'expérience montre que l'optimum économique est obtenu approximativement pour la valeur α qui correspond au minimum de déformabilité transversale de la poutre sous l'effet de l'effort tranchant pour des sections données des barres de triangulation :

• Pour la triangulation Warren (en W, diagonales alternativement tendues et comprimées) pour α = 35°, i.e. la projection de la diagonale sur la membrure est sensiblement égale aux 7/10 de la hauteur de la poutre ;
• Pour triangulation en N (avec montants) pour α légèrement inférieur à 45°, i.e. pour une longueur de panneau ne dépassant pas la hauteur de la poutre.

Pièces soumises essentiellement à un effort normal

1 - Limitation des élancements

Pour les barres comprimées, l'expérience montre que la valeur de 200, si elle ne constitue pas une limite infranchissable, doit constituer pour le constructeur un appel à la vigilance.

Pour les barres tendues très élancées, donc très souples, les efforts transversaux secondaires créent des contraintes supplémentaires non négligeables et il est recommandé d'en tenir compte lorsque leur élancement (rapport de la longueur libre sur le rayon de giration) dépasse 300.

2 - Dispositif de contre flambage

Quand une barre comprimée risque de flamber, on peut réduire la longueur de flambement en fixant un point intermédiaire. Pour obliger la barre à passer par ce point, il faut qu'il soit capable d'exercer sur elle un effort transversal suffisant. On peut appliquer la règle suivante :

• La fixation doit pouvoir résister à un effort perpendiculaire à la barre égal au 1/100^ème de l'effort normal dans cette barre ;
• Sous cet effort de déplacement transversal ne doit pas dépasser le 1/200^ème de la longueur du plus grand des tronçons ainsi déterminés sur la barre.

Cette règle s'applique également en cas de création de plusieurs points fixes sur une même barre comprimée ou dans le cas du contre flambage de plusieurs poutres comprimées parallèles.

Stabilité de l'ossature

1 - Minimum des efforts transversaux à considérer

Il n'y a pas, en théorie, d'efforts transversaux pour des ossatures construites à l'intérieur de bâtiments existants et pourtant il est d'usage de vérifier que celles-ci sont capables de résister à des efforts pris égaux au 1/100^ème des charges verticales.

2 - Portiques de stabilité

Pour tenir compte des actions des portiques reliés au portique de stabilité, on considère que ce portique de stabilité (ou ce contreventement) sera vérifié pour un effort en tête égal aux forces résultant directement des actions exercées sur le bâtiment (vent ou ponts roulants) augmentées du 1/100^ème des charges verticales en tête de tous les poteaux retenus pour el contreventement.

Si sous cette somme d'efforts, le déplacement en tête ne dépasse pas 1/200^ème de la hauteur des poteaux, le bâtiment pourra être considéré à nouds fixes pour la détermination des longueurs de flambement des poteaux.

En cas d'étages multiples, la même vérification sera faite pour chaque étage.

Assemblages

1 - Nombre maximal de boulons

Une vieille règle de l'art veut qu'en construction métallique chacun des assemblages d'extrémité d'une même pièce comporte au moins deux boulons. Pourquoi ?

• Il ne faut pas que la sécurité de tout un ouvrage repose sur la tenue d'un seul boulon qui peut être défectueux (défaut de résistance ou mise en ouvre). Dès qu'il y en a deux, le risque qu'ils soient tous deux défectueux est beaucoup plus faible.
• Au cours du montage, les éléments que doit relier la pièce ne sont pas rigoureusement à leur emplacement définitif ; la pièce elle-même fléchit sous son propre poids et ses extrémités se rapprochent, surtout si elle est très élancée. Le monteur, qui opère souvent dans une position acrobatique, enfile une broche de montage à travers un des trous de la pièce à assembler, engage l'extrémité de la broche dans le trou correspondant de la pièce déjà en place et, par effet de levier amène ces deux trous en concordance. La position relative des deux éléments étant ainsi assurée, il peut placer un boulon dans le trou voisin, immobiliser ainsi les pièces puis remplacer la broche par un second boulon. S'il n'est prévu qu'un seul boulon, la manouvre devient beaucoup plus délicate ; elle se termine en général en utilisant comme broche le boulon lui-même qu'on enfonce à coups de marteaux et qu'on rend ainsi défectueux.

2 - Traçage des pièces boulonnées

Une autre des règles de l'art des charpentiers en fer voulait que les poutres à treillis aient un nombre impair de panneaux, le panneau central (et éventuellement ses deux voisins) ayant une triangulation en X et les autres des triangulations en N orientées systématiquement par rapport au milieu.

3 - Soudures

Le soudage étant une technique « récente » ne comporte pas de règles de l'art transmises par les générations successives.

On a souvent constaté que certains accidents avaient été provoqués par l'extension d'une fissure qui s'était initiée à partir d'un cratère d'arrêt de soudage.

Il est souhaitable pour les soudures dont la ruine pourrait compromettre la sécurité des ouvrages, de ne pas laisser de cratère d'arrêt à l'extrémité du cordon mais de revenir un peu en arrière pour arrêter le soudage dans une zone où les contraintes sont moins élevées.

Par ailleurs, dans les assemblages en T, il est dangereux de ne placer un cordon de soudure que d'un côté (au moindre effort risque d'ouverture). Dans le cas de profil en caisson, il est impossible de déposer un cordon à l'intérieur mais l'ouverture de al fente est éviter par la présence d'un cordon extérieur de l'autre côté du caisson.

d'Après : R. Delesques 

« Les règles de l'art en construction métallique ». Revue Construction Métallique - n° 2 de 1979 (CTICM)