Calcul de structures d’acier (partie 2)

Commentaire sur la norme  CAN/CSA S-16 , traduction de certains articles du code de calcul de charpente d’acier canadien.

Identification

Méthodes d’identification

Les matériaux et produits utilisés doivent être identifiés par leur spécifications. Cela inclus le type de »grade » (catégorie chimique) si applicable; dans ce cas on doit fournir :

Les certificats physico-chimiques de test du moulin (appelé mills test)
Une indication faite sur la la pièce par son fabricant en accord avec les normes qui concernent cette pièce.

Acier structural non identifié

Aucun acier structural non identifié ne doit être utilisé sans l’approbation du concepteur,  Si tel est le cas les valeurs suivante de limites élastiques et de limites ultimes doivent être utilisées :

Fy = 210 Mpa et FU = 380 Mpa

 Test d’identificaiton d’acier structural

L’acier structural non identifié peut être testé avec l’accord de l’ingénieur concepteur.
La procédure de test doit être réalisée par un entrepreneur spécialisé et en conformité avec la norme CSA G40.20

Ces tests doivent prendre en compte les propriétés mécaniques et chimiques de l’acier à tester.
L’acier doit être classifié dans une catégorie selon les résultats obtenus.

Le concepteur doit ensuite utiliser la valeur minimale de résistance de cette catégorie selon la norme pour effectuer sa conception (voir article 5.1.2)

Déclaration sur l’honneur

Lorsque cela est requis, le fabricant doit fournir une attestation sur l’honneur, c’est-à-dire un document confirmant que les matériaux fournis sont conformes aux normes requises par le concepteur.

Caractéristiques de conception

Généralités

Les états limites

Comme expliqué dans cette norme, l’acier structural doit être conçu pour une durabilité minimum égale à la durée de vie de la structure considérée.

La stabilité à l’effondrement doit être garantie pendant toute la durée de service de la structure.

Les états limites définissent plusieurs modes d’effondrements ainsi que des impropriétés à destination qui doivent être évités.

Les états limites ultimes concernent la sécurité de la structure vis-à-vis des efforts de résistance, glissements ou encore fatigues.

Les états limites de services concernent par exemple les déformations permanentes, déplacements, vibrations, pour une structure donnée, la méthode des états limites consiste à conserver la probabilité d’atteindre cette limite en dessous d’un certain seuil établit précédemment. Cette méthode s’applique grâce à l’utilisation de pondérations de charges et de facteurs de résistances conformément aux articles 7 et 13 de cette norme. Les différents états limites sont listés dans cet article. Certain font l’objet de charges spécifiques et d’autres de charges pondérées.

Certains phénomènes comme la corrosion, l’expansion et contraction thermique sont reliés à des états limites de service.

Tous les états limites doivent être considérés durant la phase de conception.

Intégrité structurale

La disposition générale du système de structure ainsi que  les connections entre les éléments doivent permettre d’éviter un effondrement global qui serait  la conséquence d’une défaillance locale. Ce code couvre un niveau satisfaisant de sécurité en ce sens.

Des précautions supplémentaires doivent être prises lorsque l’on considère les cas de chargement accidentels (véhicules, impacts, explosions).

De la documentation supplémentaire est disponible concernant ce point dans le CNB du Canada au chapitre, commentaire C du supplément .

Exigences des charges spécifiques

Déformation

Les éléments de structures doivent être proportionnés de façon à rendre acceptable les déplacements tant du point de vue de la nature du matériau que du point de vue de la destination de l`ouvrage.

En l’absence d’évaluation spécifique, l’annexe i présente les valeurs recommandées de déformation.

Les toitures doivent être conçus pour résister à toute accumulation d’eau ( voir clause 7.1.1-)

Pour plus d’information se reporter au fascicule ch 4 commentaire I du supplément du code national de bâtiment.

Contre flèche (cambrure)

Les déplacements des poutres, poutrelles et traverse doivent être dimensionnées. La contre-flèche si l’élément est supérieur a 25m doit être  celle équivalent à un flèche du au poids mort et a 50% de la charge vive.

Voir la norme clause 16 pour des entretoises à âme ouverte et voir la clause 28.9.5 pour les tolérances de fabrication.

Effets dynamiques

On doit prendre en compte les effets induits par les charges vives notamment les impacts et vibrations induites par ces charges.

Dans les cas les plus critiques, comme celui d’un support de machine soumis à des vibrations en opération, la résonnance harmonique, la fatigue et les vibrations extrêmes doivent faire partie des critères de design.

Des précautions spéciales doivent être prises lorsqu’il s’agit de la conception de grands planchers ouverts  soumis à des vibrations.

Il faut s’assurer que les vibrations soient supportables pour la destination de l’ouvrage (voir guide des vibrations dans les planchers     appendice G)

Les structures très flexible, comme par exemples les bâtiments ayant un ration hauteur / largeur effective supérieur à 4 pour 1  doivent faire l’objet d’une étude dynamique des efforts de latéraux dus aux vents.

Ces accélérations latérales doivent être estimées de façon à ce que le bâtiment réponde aux contraintes de services et d’utilisation.

(voir appendice H pour information).

Résistance à la fatigue

Les éléments de structure en acier doivent être conçus pour résister aux effets de la fatigue selon des charges spécifiques décrites dans la clause 14. ( cette clause est importante)

Prévention contre les déformations permanentes