LE MATERIAU ACIER EN CONSTRUCTION MÉTALLIQUE

<= Notes sur les pratiques techniques

Caractéristiques mécaniques de l’acier:

Pour comparaison le béton a une masse volumique de 2400 DaN/m³

Division suivant les critères d’emploi:

Nuances utilisables en CM (Steel Grades):

Les nouvelles normes européennes: les nouvelles normes européennes n’ont pas fondamentalement changés les caractéristiques des aciers normalisés. Aussi est il utile d’établir une correspondance entre anciennes et nouvelles notations:


Norme EN 10025: elle est tout à fait essentielle en construction métallique en ce qu’elle définit les aciers constitutifs de la très grande majorité des produits sidérurgique utilisés par la profession, soit les nuances S235, S275 et S355. Il s’agit d’aciers non alliés, prévus en principe pour la réalisation d’ouvrages destinés au service à température ambiante. La norme définit les nuances d’aciers, les classes de qualités, ainsi que les caractéristiques mécaniques en fonction de l’épaisseur:


Norme EN 10113: elle traite d’aciers non alliés ou d’aciers spéciaux alliés, tous soudables suivant les procédés courants. Il s’agit d’acier prévus en principe pour la réalisation d’ouvrages soudés fortement sollicités, destinés au service à température ambiante ou basse. Outre les nuances déjà vues (S235, S275, S355), cette norme définit également une gamme d’aciers étendus aux hautes limites élastiques avec les nuances S420 et S460.

La structure de ces aciers est à grains fins, l’azote étant systématiquement fixé par des éléments d’additions, et les compositions chimiques plus élaborées que celles de la norme EN 10025. La norme définit aussi la limite d’élasticité des aciers normalisés en fonction de l’épaisseur:


nota: pour les aciers obtenus par laminage thermomécanique les valeurs sont les mêmes mais il n’y a pas de réduction de la limite d’élasticité entre 63 et 150mm (pour les produits plats l’épaisseur est limitée à 63mm)

Norme EN 10164: il s’agit d’aciers aux caractéristiques de déformations améliorées dans le sens perpendiculaire à la surface du produit. Cette norme impose des essais complémentaires dans ce sens de construction. Cela est important lorsque les profilés sont soumis au risque d’arrachement lamellaire, du à leur anisotropie de laminage.

Norme EN 10155: il s’agit d’aciers autopatinables; leur composition comporte de faibles quantité de P, Cu, Cr, Ni, Mo; cela permet la formation en surface des produits d’une couche d’oxydes adhérente et protectrice; pour que la couche puisse se mettre en place, il faut une alternance de phases sèches et de phases humides, donc attention en milieu marin ou en atmosphère humide non ventilée.

Norme EN 10088: il s’agit d’aciers inoxydables (Stainless Steels). Du fait de leur caractère d’aciers alliés, les aciers inoxydables présentent une certaine variabilité de leurs caractéristiques physiques et mécaniques (densité, dilatation, module de Young…).

A noter que dégradation du module de Young avec la contrainte subie par l’acier accroît la sensibilité des sections aux phénomènes de voilement local de compression et de cisaillement. Cela conduit les codes à limiter les élancements de parois plus sévèrement que pour les aciers usuels.

On utilise deux types en construction métallique:

valeurs de calcul normalisée: à utiliser pour conduire les calculs selon les règlements en vigueur

Choix des aciers en construction métallique:

Choix de la nuance (Steel Grade): La limite d’élasticité est appelée à servir de référence dans les calculs de dimensionnement, et donc on peut être amené à rechercher le niveau le plus élevé de contrainte admissible, car il en résulte :

Néanmoins il arrive souvent que ce soit les limitations de flèches et non le niveau des contraintes qui régissent le dimensionnement. De plus l’augmentation de flexibilité qui résulte d’une plus haute limite élastique peut aggraver des effets dynamiques éventuels, comme ceux du vent, et rend aussi plus pénalisants les critères de résistance des éléments soumis aux différents phénomènes d’instabilité.

Choix de la qualité (Steel Quality): les états de contraintes triaxiales complexes que l’on rencontre dans les structures ne sont que pauvrement représentées par l’essai de traction et la détermination de la limite d’élasticité comme unique critère de dimensionnement. On complète donc la notion de nuance par celle de qualité, qui traduit l’aptitude de l’acier à supporter ces états de contraintes et sa sensibilité au phénomène de rupture fragile qu’ils sont susceptibles de générer.

Les aciers de constructions sont assortis d’une garantie d’obtention du niveau d’énergie de rupture de 27 joules, choisi comme seuil de comportement ductile de l’acier, pour des températures allant de 20°C à –20°C. la norme EN 10025 retient trois niveau de qualité possibles:

Un quatrième niveau, noté K2 et réservé à la nuance S355, correspond à une énergie minimale de rupture de 40 joules à –20°C.

Le choix de la qualité est guidé par:

Désignation normalisée des aciers (EN 10027): il existe une désignation symbolique (lettres-numéros) et une désignation numérique (uniquement des chiffres). La première désignation existe sous deux forme: soit on se réfère aux caractéristiques mécaniques des aciers (groupe1), soit on se réfère à leurs compositions chimique (groupe2):

DESIGNATION SYMBOLIQUE - ACIERS DU GROUPE 1
Symboles principaux Symboles additionnels pour l’acier Symboles additionnels pour l’acier
(1) : a caractères alphabétique; n caractères numérique; an caractères alpha-numériques
Symboles principaux: ils sont suivis de la valeur minimale de la limite d’élasticité ou de la résistance minimale à la traction, en MPa
Symboles additionnels pour l’acier: on utilise d’abord le sous-groupe1, puis en cas de nécessité on ajoute les symboles du sous-groupe2
Symboles additionnels pour les produits en aciers:
Symbole pour type de revêtement
Symboles pour type de traitement
DESIGNATION SYMBOLIQUE - ACIERS DU GROUPE 2
Aciers non alliés spéciaux
Sous groupe 2.1
Sous groupe 2.2
Aciers alliés spéciaux
Sous groupe 2.3
Sous groupe 2.4
Rappel : nomenclature internationale des éléments chimiques

Traitement de surface: ces traitements permettent d’accroître considérablement la dureté superficielle de la pièce, sa résistance à la corrosion ou son esthétique