Présentation des clauses réglementaires de la norme P 22 311-9 (EC3 Ch.9 ed.1992) qui régissent la vérification à la fatigue des structures en acier.

Le présent article se situe dans le contexte réglementaire suivant :

P 22 311-9 Eurocode 3 : «  Calcul des structures en acier » et Document d'Application Nationale - Partie 1-1 : Règles générales et règles pour les bâtiments ; Chapitre 9 : Fatigue, AFNOR,1992

Vérification réglementaire à la fatigue

Les clauses suivantes sont extraites de la norme P 22 311-9 de Décembre 1992 :

9.1.1.(1) : L'objet du dimensionnement d'une structure à l'état limite de fatigue est de s'assurer, avec un niveau acceptable de probabilité, que son comportement reste satisfaisant pendant toute la durée de vie de calcul, de sorte qu'il soit improbable que la structure soit ruinée par fatigue ou nécessite la réparation de désordres provoqués par fatigue.

9.3.4.(2) : En ce qui concerne les conséquences de la ruine, deux cas peuvent se présenter :

• Éléments «redondants », c'est-à-dire que la ruine locale d'un élément constitutif n'a pas pour conséquence la ruine de la structure,
• Eléments «non redondants », c'est-à-dire que la ruine locale d'un élément constitutif conduit rapidement à la ruine de la structure.

9.1.1.(2) : Le degré requis de sécurité est obtenu par l'application des coefficients partiels de sécurité adéquats.

9.5.1.(1) : La sécurité de la structure est vérifiée soit :

• En termes de dommage cumulé, en comparant le dommage produit au dommage admissible, ou
• En termes d'étendue équivalente de contrainte comparée à la résistance à la fatigue pour un nombre donné de cycles de contrainte.

La vérification à la fatigue utilise donc deux formats :

• Dans le cas des cycles d'amplitude constante, l'étendue de contrainte agissant N fois est comparée à la résistance à la fatigue du détail concerné pour N cycles

Ds : représente l'étendue de contrainte qui agit N fois.

Ds_R : représente la résistance à la fatigue pour N cycles.

g_Ff : est le coefficient partiel de sécurité pour le chargement de fatigue, qui prend en compte des incertitudes sur la résistance dans l'analyse d'une structure.

g_Mf : est le coefficient partiel de sécurité pour le chargement de fatigue, qui prend en compte des incertitudes sur la résistance.

• Dans le cas des cycles d'amplitude variable, une loi d'endommagement est le plus souvent appliquée pour mesurer la sévérité de la fissuration. Le modèle de Miner suppose que le dommage s'accumule de manière linéaire  :

 n_i est le nombre de cycles appliqué, correspondant à l'étendue de contrainte Ds_i, pendant la durée de vie requise

N_i est le nombre de cycles déduit d'une courbe S - N, correspondant à l'étendue de contrainte Ds_i

9.6.1.(1) : La résistance à la fatigue est définie pour les contraintes normales par une série de courbes log R - log N, chacune d'elles s'appliquant à une catégorie de détail constructif. Chaque catégorie de détail constructif est désignée par un nombre qui représente, en N/mm², la valeur de référence Ds_C de la résistance à la fatigue à 2 millions de cycles (Fig. 1). Les valeurs utilisées sont des valeurs arrondies, correspondant aux catégories de détails constructifs du tableau 9.6.1

fig. 1 - Courbes  S - N réglementaires

9.6.1(4) Les courbes sont fondées sur les études expérimentales représentatives et, par conséquent, englobent les effets :

• des concentrations locales de contraintes dues à la géométrie du cordon de soudure,
• de la dimension et de la forme des discontinuités acceptables,
• de la direction de la contrainte,
• des contraintes résiduelles,
• des conditions métallurgiques,
• dans certains cas, des opérations de soudage et des procédés d'amélioration consécutifs.

C'est effectivement grâce à la présence d'importantes contraintes résiduelles  de  traction  dans  les assemblages soudés que les courbes S - N sont applicables à la majeure partie des cas pratiques.

Deux points particuliers concernant l'utilisation des courbes de résistance à la fatigue méritent d'être soulignés :

• Les catégories de détail ne sont valables que si les soudures respectent un niveau de qualité donné, qui doit être défini dans une norme.
• Les catégories de détail ne permettent pas toujours de prendre en compte un niveau de qualité supérieure et encore moins de tenir compte d'une procédure de parachèvement améliorant la résistance à la fatigue.

9.1.2(3) Les procédures de vérification à la fatigue données dans ce chapitre ne sont applicables qu'à la condition que tous les aciers de construction, les organes de fixation et les produits de soudage soient conformes aux dispositions du chapitre 3 de la norme P 22.311-3 (Eurocode 3 - « Calcul des structures en acier » et Document d'Application Nationale - Partie 1-1 : Règles générales et règles pour les bâtiments ; Chapitre 3 : Matériaux, AFNOR,1992).

9.5.1(3) Pour les détails constructifs définis dans les tableaux de classification des détails (tableaux 9.8.1 à 9.8.7) on utilisera l'étendue de contrainte nominale