LES PORTIQUES À ÂMES PLEINES

<= Notes sur les pratiques techniques

Définition les portiques qui constituent l’ossature principale sont constitués par des traverses , qui supportent les pannes, et de poteaux qui supportent les traverses ; les poteaux et les traverses sont liés par des encastrements. Le transfert des efforts tranchants d’un niveau au niveau inférieur s’effectue par le biais des moments de flexion que le déplacement horizontal relatif de ces deux niveaux permet de développer à la fois dans les traverses et dans les poteaux. Les portiques constituent de fait des systèmes à nœuds déplaçables. Leur forme est très variable (traverses horizontales, inclinées, brisées, arquées, etc.) ; il peut exister un seul cadre ou plusieurs.

Leur conception technologique est très variable en fonction notamment :

de leur portée
du schéma statique retenu pour la structure et qui dépend notamment de la nature des sols, de la nature des équipements secondaires, etc.)
de pratiques ou des systèmes de fabrication des constructeurs

les portiques à âme pleine, les plus utilisés, peuvent être constitués:

profils à inertie constante (IPE, HEA …), comportant ou non en sus des renforts au niveau des moments maximaux (jarrets aux appuis sur poteaux, clé de faîtage en milieu de travée)
profils à inertie variable en PRS

les premiers sont les plus utilisés; cependant pour les grandes portées, les PRS à inertie variable permettent d’ajuster la section aux sollicitations et donc de gagner du poids et donc du prix.

Avantages par rapports aux fermes treillis:

moins onéreux
moins encombrants
plus esthétiques
plus simples

portées courantes: 10 à 30m ; des portées de 50m sont possibles ; on doit tenir compte de l’économie, qui plaide pour des portées plus petites, et de l’exploitation, qui plaide pour des surfaces libres importantes.

travées courantes : 5 à 7m ; maximum : 15m

nota: dans le cas de portique en laminés, la solution est souvent de prendre des traverses en IPE et des poteaux en HEA.

calculs des structures portiques: les structures portiques sont hyperstatiques, et de ce fait leur calcul n’est pas simple. A la main on peut utiliser les tableaux donnant les contraintes et les déplacements pour chaque cas de charges, et établis à partir du théorème énergétique de Castigliano (cf. formulaire ingénieur) . On utilise aujourd’hui presque exclusivement les méthodes de calculs automatiques.

Déplacement en tête de poteau: doit rester inférieur à 1/200° de la hauteur
Flèche des traverse: doit rester inférieure à 1/200° de la portée

On doit vérifier par étape les points suivants:

vérifications des critères d’états limites de service (déformations verticales des traverses, déformations horizontales en tête de poteau et entre deux niveaux successifs)
résistance en section des traverses et des poteaux
stabilité en flambement des poteaux
stabilité en déversement des traverses et des poteaux (en particulier le cas où l’aile inférieure des profils est comprimée)
résistance locale au droit des joints et des variations de directions des semelles.
Capacités des assemblages de continuité et des assemblages d’encastrement poutre/traverse
dispositions constructives à la liaison des pieds de poteaux avec les fondations

Jarret: sert à apporter un complément local d’inertie au pied de traverse. On prend souvent comme dimensions:

longueur du jarret : 1/10° portée
hauteur : hauteur du profilé adopté

Clé de faîtage: elles sont adoptées lorsqu’un profil de poutrelle adopté pour les traverses est insuffisant pour reprendre le moment au faîtage. Plutôt que d’adopter le profil supérieur il est plus économique de renforcer la zone par une clé de faîtage qui apportera le complément d’inertie nécessaire. Cette clé a aussi l’avantage de raidir les platines et donc de soulager l’effort dans l’assemblage par boulons HR.

Schéma statique des structures portiques: On peut les regrouper en deux catégories : ceux à pieds de poteaux articulés et ceux à pieds de poteaux encastrés. Il faut bien se rendre compte que plus les structures sont de degrés d’hyperstaticité élevé, plus elles sont stables, rigides et indéformables, mais plus leur coût est élevé (matière et main d’œuvre, tant à l’atelier qu’au chantier).

	Schémas	Degrés de stabilités
Pieds de poteaux articulés		Hypostatique de degré 2
		Hypostatique de degré 1
		isostaticité
		Hyperstaticité de degré 1
Pieds de poteaux encastrés		isostaticité
		Hyperstaticité de degré 1
		Hyperstaticité de degré 2
		Hyperstaticité de degré 3

Cas particuliers des portiques en arc:

	isostatique
	hyperstatique

Les arcs remplissent les mêmes fonctions que les portiques. Par la courbure de la ligne moyenne on cherche à assurer le reprise des charges en privilégiant la sollicitation d’effort normal par rapport au fonctionnement en flexion ; cela ne peut bien sur être atteint que pour un chargement particulier de l’arc et celui-ci est dit funiculaire de ce chargement.

L’intérêt majeur des arcs est de permettre de franchir des portées très importantes avec des déformations sensiblement réduites par rapport à un élément travaillant en flexion (la forme courbe a aussi pour effet de minimiser les actions dues au vent)

La contrepartie de ces avantages est que les appuis doivent être très rigides sous peine de d’annihiler les efforts normaux que l’on cherche à développer dans l’arc ; ils sont de plus soumis à des poussées très importantes et des moments loin d’être faibles. Ces efforts sont largement gouvernés par le rapport hauteur/portée, plus celui ci est petit plus ces efforts sont conséquents.

A noter que la stabilité d’ensemble n’est acquise que lorsque la construction est achevée, de telle sorte que le montage nécessite des ouvrages provisoires et une étude à part entière de stabilité transitoire.

Ces caractéristiques conduisent à adopter des structures en arcs que pour les constructions les plus importantes.

Nota: la conception portique à traverse brisée et la conception en arc ne sont pas antagonistes, mais au contraire ce nombreuses conceptions peuvent être intermédiaires entre ces deux cas.