Moyens d’assemblage

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Published on March 15, 2014

Author: fatehfateh

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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Construction C 2 520 − 1 C252011-1981 Constructions métalliques Moyens d’assemblage par Louis FRUITET Ingénieur des Arts et Manufactures Ingénieur-Conseil en Construction Métallique Conseil à l’Office Technique pour l’Utilisation de l’Acier (OTUA) Professeur au Centre des Hautes Études de la Construction et à l’Unité Pédagogique d’Architecture no 1 a construction métallique utilise des moyens d’assemblage traditionnels en mécanique et chaudronnerie : rivetage, boulonnage, soudage. La fonction principale de ces assemblages est ici la transmission d’efforts souvent impor- tants, généralement statiques, mais quelquefois dynamiques (effets de chocs, vibrations, etc.) qui nécessitent des précautions spéciales, la ruine de l’ouvrage pouvant provenir : — soit d’un accroissement des valeurs maximales des efforts à transmettre (effets dynamiques proprement dits) ; — soit de phénomènes de fatigue, mettant en jeu simultanément les valeurs maximales des efforts et le nombre des sollicitations alternées (changements du signe des efforts) ou simplement modulées (variations alternatives d’efforts restant de même signe). 1. Différents modes d’assemblage .......................................................... C 2 520 - 2 1.1 Classification................................................................................................ — 2 1.2 Modes de transmission des efforts. Déformations................................... — 2 1.3 Combinaison de procédés différents dans un même assemblage ......... — 2 2. Procédés mécaniques............................................................................. — 3 2.1 Portage ou appui direct............................................................................... — 3 2.2 Rivetage à chaud ......................................................................................... — 3 2.2.1 Principe et calculs (norme NF P 22-410) ........................................... — 3 2.2.2 Précautions spéciales au rivetage et contrôles................................ — 4 2.2.3 Nature d’aciers.................................................................................... — 4 2.3 Boulons ordinaires ...................................................................................... — 5 2.3.1 Description et principe ....................................................................... — 5 2.3.2 Utilisation et calcul (norme NF P 22-430) ......................................... — 5 2.3.3 Précautions spéciales......................................................................... — 6 2.4 Boulons HR précontraints ou à serrage contrôlé...................................... — 6 2.4.1 Description et principe de fonctionnement...................................... — 6 2.4.2 Calcul des assemblages à boulons HR ............................................. — 7 2.4.3 Précautions spéciales et contrôles.................................................... — 7 2.5 Rivetage à froid. Rivelons ........................................................................... — 7 2.5.1 Principe et description........................................................................ — 7 2.5.2 Fonctionnement et calcul................................................................... — 7 2.6 Autres procédés mécaniques ..................................................................... — 7 2.7 Boulons d’ancrage....................................................................................... — 8 3. Soudage...................................................................................................... — 9 3.1 Procédés employés et domaines d’emploi ............................................... — 9 3.2 Calcul des cordons ...................................................................................... — 10 3.2.1 Cordons bout à bout........................................................................... — 10 3.2.2 Cordons d’angles................................................................................ — 10 3.3 Goujons soudés. Connecteurs.................................................................... — 11 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. C 2 520 L

CONSTRUCTIONS MÉTALLIQUES __________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. C 2 520 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Construction Ces derniers deviennent dangereux dans les constructions lorsque le métal, dont la structure dépend du mode d’élaboration mais aussi du traitement subi lors de l’assemblage (écrouissage, soudures, etc.), est trop sensible à la rupture fragile. Dans ce type de rupture, interviennent aussi les contraintes maximales, qui peuvent être très supérieures aux contraintes moyennes des calculs, en raison de concentrations de contraintes dues aux formes des assemblages à l’échelle du dessin (variations brusques de sections, trous, défauts de coupe, etc.), aux amorces de fissures ou micro-fissures dues à l’usinage ou à l’assemblage (cisaillages, poinçonnements des trous, fissurations de cordons de soudure, etc.). La rupture fragile risque donc d’apparaître, même en l’absence de sollicitations de fatigue, par concentrations de contraintes qui dépassent souvent la limite d’élasticité, lorsque la capacité d’adaptation plastique n’est pas suffisante. La résistance d’un assemblage dépendra donc toujours, au-delà d’un calcul de résistance généralement sommaire correspondant assez bien aux sollicita- tions statiques, de la conception de l’assemblage et des conditions de fabrication, combinées avec des qualités du métal dépendant de sa composition chimique et de son élaboration (traitements thermiques passifs ou actifs). Ces considérations sont bien connues en soudage, mais ne doivent pas non plus être oubliées pour d’autres modes d’assemblage, surtout dans le cas, de plus en plus fréquent, de combinaisons avec le soudage (effets de vieillissement par exemple). 1. Différents modes d’assemblage 1.1 Classification Les assemblages actuellement utilisés en construction métallique peuvent être classés en deux grandes rubriques : — ceux qui permettent la transmission d’efforts par contact mécanique, que nous rassemblons sous la dénomination d’assem- blages mécaniques ; — ceux qui assurent une continuité du métal aux joints et qui consistent en divers procédés de soudage (toujours autogène). Des procédés faisant intervenir une cohésion entre matériaux hétérogènes (brasages, collages, etc.) ne sont pas actuellement utilisés, sinon expérimentalement, en construction métallique. Le premier type de procédés, dits mécaniques, présente, en général, l’avantage d’une démontabilité facile (boulons) ou un peu moins facile (rivets), avec récupération intégrale des composants initiaux ; par contre, ils conduisent le plus souvent à des concentrations d’efforts au droit des contacts mécaniques, qui obligent souvent à étaler l’assemblage avec interposition de pièces annexes (couvre-joints, cornières, fourrures, etc.) qui alourdissent sensiblement l’ossature et peuvent présenter des inconvénients pour les liaisons avec d’autres séquences de composants (second-œuvre, équipement, etc.) ou pour l’exploitation. Nous examinerons ci-après, pour chaque procédé, les conditions et les problèmes spécifiques à la construction métallique, en renvoyant pour les détails aux articles traitant d’une manière globale de chacun d’eux. 1.2 Modes de transmission des efforts. Déformations On peut aussi distinguer les différents procédés d’assemblages d’après le mode de transmission des efforts et les déformations en résultant, en deux catégories. I Assemblages avec déplacements C’est le cas des assemblages mécaniques par contact (rivets, boulons ordinaires, certains rivets à froid ou rivelons ), lorsque celui-ci se produit après un déplacement égal au jeu entre les pièces d’assemblage et les trous, plus une certaine ovalisation de ceux-ci. Ce jeu peut être de 1 à 2 mm dans le cas des boulons. Les procédés de cette catégorie ne pourront être employés que si de tels déplacements sont acceptables, soit une fois lors de la première mise en charge si les efforts sont toujours de même sens, soit de manière alternative si les efforts peuvent changer de signe. I Assemblages sans déplacements D’autres procédés assurent des transmissions d’efforts sans déplacements, ou avec des déplacements extrêmement réduits. C’est le cas des assemblages mécaniques par frottement (boulons HR) et des soudages. 1.3 Combinaison de procédés différents dans un même assemblage La distinction précédente (§ 1.2) permet, en principe, d’indiquer si deux procédés peuvent être utilisés dans un même assemblage, de sorte que leurs résistances puissent être cumulées. Il n’en sera ainsi que si tous deux agissent sans déplacement. Par exemple, les Règles CM 66 (art. 4.013) n’autorisent cette combinaison que pour les soudures et les boulons HR. Cependant, on peut employer des procédés différents dans un même assemblage si chacun d’eux est capable de transmettre un type d’effort particulier sans que les déplacements correspondants troublent le fonctionnement des autres procédés (exemples dans les règles CM 66 - commentaires 4.013).

_________________________________________________________________________________________________________ CONSTRUCTIONS MÉTALLIQUES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Construction C 2 520 − 3 2. Procédés mécaniques Les procédés mécaniques actuellement utilisés en construction métallique sont : — le portage ou appui direct ; — le rivetage à chaud ; — le boulonnage ordinaire et ses dérivés (vis, goujons) ; — le boulonnage HR, à serrage contrôlé ; — le rivetage à froid (rivelons) ; — des procédés divers exceptionnels : axes, crapauds, clavetages, grains, etc. 2.1 Portage ou appui direct La plupart des procédés mécaniques énumérés ci-avant font appel à la transmission d’efforts par portage, mais par l’intermédiaire de pièces d’assemblage conduisant à une concentration des efforts sur de petites surfaces d’appui. Par contre, il est quelquefois possible de transmettre des efforts normaux (de compression) par portage sur toute la surface ou une grande partie de la surface de la section, par exemple (figure 1) à un joint de poteau, s’il est toujours comprimé, directement ou par une platine d’appui (figure 2). La transmission d’efforts se faisant directement, la surface d’appui détermine une contrainte moyenne : σ = N/ω avec N effort normal à transmettre ou réaction d’appui, ω aire de la surface d’appui On vérifie que cette contrainte est inférieure à la contrainte de comparaison (c’est-à-dire la limite d’élasticité du métal, si l’on est en charges pondérées, pour l’appui acier sur acier). En général, l’appui direct est complété par un autre mode de liaison (couvre-joints boulonnés ou soudures) assurant le maintien latéral des pièces l’une par rapport à l’autre ; ces pièces secondaires n’inter- viennent pas dans la transmission de l’effort normal de compression. Elles seraient par contre sollicitées en cas de renversement (change- ment de signe) de l’effort, ou pour transmettre un effort transversal. Dans le cas d’un excentrement de l’effort normal N, la transmission par portage peut encore se faire, tant que N reste à l’intérieur du noyau central de la section : — soit en réduisant la surface d’appui à une petite surface autour du point d’application de l’effort N (figure 3a ) ; — soit sur toute la section, ce qui conduit à une répartition non uniforme des contraintes (figure 3b ). 2.2 Rivetage à chaud 2.2.1 Principe et calculs (norme NF P 22-410) Ce procédé consiste à introduire un rivet d’acier porté à tempé- rature de forgeage blanc clair (environ 1 200 oC) dans les trous préparés dans deux pièces plates à assembler (figure 4) et à en forger la deuxième tête à l’aide d’une bouterolle, ou par une presse Ce mode d’assemblage nécessite un usinage des faces dont on veut assurer le contact, pour éviter des concentrations de contraintes (en principe sans gravité grâce à une adaptation) et surtout des excentricités d’appui ; c’est pour signaler cet usinage que l’on indique sur le dessin (figure 1) : tranches ajustées. Cette opération se fait, en bout de tronçon d’un poteau, par fraisage. Figure 1 – Portage ou appui direct Figure 2 – Appuis Figure 3 – Appuis dans le cas d’un excentrement de l’effort normal

CONSTRUCTIONS MÉTALLIQUES __________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. C 2 520 − 4 © Techniques de l’Ingénieur, traité Construction hydraulique ou pneumatique (article Agrafage. Sertissage. Rivetage [B 5 535] dans le traité Génie mécanique). La charpente métallique utilise principalement les rivets pleins à tête ronde, plus rarement les têtes fraisées ou à goutte de suif, pour en réduire l’encombrement ; les diamètres courants vont de 8 à 24 mm (tableau 1). On peut utiliser des rivets de diamètres immédiatement supérieurs ou inférieurs à ceux désignés par le tableau, sous réserve de vérifier les conditions de transmission d’effort suivantes. I Condition de pression diamétrale (Règles CM 66, art. 4, 102-3) : I Condition de pince longitudinale (Règles CM 66, art. 4, 101-2) : avec T effort total pondéré de cisaillement d’un rivet par une pièce d’épaisseur e, σe limite d’élasticité de l’acier des pièces assemblées, δ1 pince longitudinale (figure 4), d diamètre du trou. Ces vérifications doivent être faites, en tout état de cause, pour les faibles épaisseurs. On se reportera au détail des Règles CM 66 (art. 4.1) et des commentaires correspondants. La condition générale de calcul vérifie la résistance au cisaillement du rivet. Dans le cas le plus courant, les rivets sont sollicités uniquement par des efforts situés dans le plan de l’assemblage, donc perpendiculaires aux axes des rivets ; on dit alors que ceux-ci sont sollicités au cisaillement. Dans le cas exceptionnel où l’effort F appliqué au rivet présente une composante non nulle parallèle à l’axe du rivet, on dit qu’il est de plus sollicité à l’effort normal, ou par la tête. Dans tous les cas, les Règles CM 66 imposent une règle unique de vérification : avec σe limite d’élasticité de l’acier des pièces assemblées, F effort pondéré par rivet, quelle que soit son orientation, A (mm2) section de calcul du rivet, qui dépend de l’épais- seur totale des pièces assemblées : avec d (mm) diamètre du rivet augmenté de 1 mm (pour tenir compte du remplissage des trous au forgeage du rivet). Il convient, en outre, de vérifier la résistance des pièces assemblées, en considérant en traction la section nette (trous déduits) la plus défavorable (Règles CM 66, art. 3.1). 2.2.2 Précautions spéciales au rivetage et contrôles La mise en œuvre exige une température de forgeage correcte pour obtenir un bon remplissage des trous ; celui-ci est contrôlé au son en frappant la tête du rivet posé avec un marteau, qui doit produire un son plein et non des vibrations sensibles sur la tête opposée. (0) L’exécution des trous doit de plus : — conduire à un bon alignement des trous des pièces à assembler, soit par la précision des perçages, soit par un alésage sur le site (procédé coûteux) ; — éviter des amorces de fissures et un écrouissage incompatibles avec les sollicitations ; en pratique courante, cela revient à s’interdire le poinçonnage pour des pièces d’épaisseurs supérieures à 14 mm (dans l’acier E 24) ou bien à usiner un avant-trou poinçonné par un alésage complémentaire (ces précautions sont indispensables pour les assemblages sollicités en fatigue ou soumis à des efforts dyna- miques importants). 2.2.3 Nature d’aciers Les rivets sont en acier d’une nuance compatible avec celle des pièces assemblées, en général un peu plus doux (avant pose) : A 37 R ou A 42 R pour aciers de base E 24 ou E 36 respectivement (norme NF A 35-075). Le calcul suivant les Règles CM 66 est malgré tout basé sur une limite d’élasticité égale à celle du métal de base, en tenant compte de l’écrouissage obtenu systématiquement lors de la pose. T de --------- 3 σeр δ1 0,8 T e σe ---------------у 1,25 F A ----- σeр A π 4 ----- d 2= si Σe 4dр A π 4 ----- d 2= 1,5 Σe 4d–( )– si 4d Σe 5dр р A π 4 ----- d 2= 1,5 d– si 5d 2eр Tableau 1 – Diamètres normaux des rivets et boulons et profils associés (suivant Règles CM 66, art. 14, 101) Diamètre des rivets et boulons Épaisseur des tôles et âmes Largeurd’aile des cornières Hauteur des ailes de fers U Numéro du profil des ailes de poutrelles H(mm) (mm) (mm) (mm) 8 2 30 10 3 35 12 4 40-45 80 14 5 50 100 à 130 10 et 12 16 6 60 140 à 160 14 18 7 70 175 et 180 15 et 16 20 8 80-90 200 et 220 18 22 10 à 14 100-120 240 à 300 20 à 24 24 > 14 > 120 ..................... > 24 Figure 4 – Pinces et espacements normaux des rivures et boulonnages (pour la pince longitudinale, voir aussi limite inférieure § 2.2.1)

_________________________________________________________________________________________________________ CONSTRUCTIONS MÉTALLIQUES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Construction C 2 520 − 5 2.3 Boulons ordinaires On se reportera à l’article Assemblages par éléments filetés. Calcul [B 5 560] dans le traité Génie mécanique et aux normes NF E 27-314, E 27-315, E 27-410, NF E 27-411. 2.3.1 Description et principe Le boulon comporte deux pièces : la vis et l’écrou, et quelquefois (rarement en ossature) une rondelle (figure 5). La tête de la vis et l’écrou sont généralement hexagonaux (tête et écrou 6 pans), d’où la désignation courante : boulons TH (tête hexagonale). Exceptionnellement, on utilise la tête fraisée, pour obtenir une face d’assemblage sans aspérités (figure 6). Le boulon ordinaire (ou boulon brut ou boulon noir ) est placé dans des trous d’un diamètre supérieur de 1 à 2 mm au diamètre nominal du boulon, ce qui procure un jeu de réglage ; ce jeu peut être réduit dans les cas où l’on désire réduire les déplacements relatifs des pièces. Il peut même être réduit à quelques dixièmes de millimètre en utilisant des boulons tournés (d’une plus grande précision) et des trous alésés après montage ou présentation en usine (montage à blanc ) des pièces à assembler : on parle alors de boulons pleins-trous, ou calibrés, utilisés pour des assemblages sans déplacements, ou encore pour une présentation précise automatique des pièces, évitant les réglages au chantier. 2.3.2 Utilisation et calcul (norme NF P 22-430) Les boulons ordinaires travaillant au cisaillement entrent en fonctionnement lorsque les corps des vis viennent en contact avec les bords des trous (figure 7), donc après un déplacement, aléatoire, dépendant des tolérances d’usinage et de pose, de l’ordre de 1 à 2 mm. Ils ne peuvent donc être employés que lorsque ces déplacements sont tolérables dans le fonctionnement de l’assem- blage, soit une seule fois au moment de la première mise en charge, soit alternativement un certain nombre de fois, si les efforts appli- qués à l’assemblage peuvent changer de sens. Par contre, on ne pourra pas les employer pour des assemblages successifs où de tels déplacements cumulés peuvent devenir inacceptables ; par exemple encore, des assemblages de continuité de pièces fléchies ou d’encastrement ne pourraient présenter une rigidité suffisante si des déplacements de l’ordre du millimètre entraînaient des rotations importantes. Le calcul s’effectue suivant la formule générale : avec F valeur de l’effort pondéré sollicitant un boulon à la trac- tion, ou un plan de cisaillement d’un boulon au cisail- lement (figures 7 et 8), Ar section résistante du boulon (figure 5) (c’est-à-dire la section à fond de filet, sauf au cisaillement lorsque le plan de cisaillement passe dans la tige lisse de la vis : c’est alors la section A de la tige lisse), σe limite d’élasticité de l’acier du boulon, K coefficient dépendant du mode de sollicitation (K = 1,25 à la traction et K = 1,54 au cisaillement). Remarque : la position de chaque boulon dans les trous étant aléatoire, les différents boulons d’un assemblage n’entreront que successivement en fonctionnement mécanique ; la répartition des efforts entre eux ne sera donc pas uniforme. Cependant, aux charges limites, une adaptation du métal (empreintes aux bords des trous et sur le corps des boulons) permet cette uniformi- sation, de sorte que la répartition prévue par le calcul est alors atteinte. Ce phénomène est confirmé par les essais, tant que les aciers sont capables d’adaptation (caractéristiques d’allonge- ment) et que les charges sont statiques. K F Ar -------- σeр Figure 5 – Boulons courants en construction métallique Figure 6 – Boulons bruts tête fraisée (symbole ) F 90 -------- E

CONSTRUCTIONS MÉTALLIQUES __________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. C 2 520 − 6 © Techniques de l’Ingénieur, traité Construction En cas de sollicitations simultanées à la traction (effort N ) et au cisaillement (effort T ), on vérifie, outre les formules précédentes envisagées séparément : En cisaillement, on doit d’autre part contrôler la pression dia- métrale sur la pièce assemblée la plus mince (d’épaisseur e ) suivant : avec T effort de cisaillement sur un boulon, d diamètre du trou du boulon, e épaisseur de la pièce la plus mince, σe limite d’élasticité de la pièce la plus mince. Nota : cette vérification n’est pas nécessaire pour les pièces d’épaisseur supérieure à d/6 en cas de cisaillement simple et d/3 en cas de double cisaillement. 2.3.3 Précautions spéciales Pour les dispositions constructives (espacement des boulons, épaisseur totale des assemblages), on se reportera aux Règles CM 66 (art. 4. 10) et pour les conditions générales à la figure 4. On se repor- tera également à ce qui a été dit pour les rivets concernant le poinçon- nement des trous (§ 2.2.2). 2.4 Boulons HR précontraints ou à serrage contrôlé On se reportera à l’article Assemblages par éléments filetés. Calcul [B 5 560] dans le traité Génie mécanique. 2.4.1 Description et principe de fonctionnement Les boulons HR précontraints ou à serrage contrôlé sont de formes et de dimensions normalisées (norme NF E 27-711) voisines des boulons ordinaires, mais transmettent les efforts de cisaillement de manière différente : la précontrainte de traction du boulon, obtenue par un serrage contrôlé à la clé dynamométrique, assure cette trans- mission par frottement des faces en contact des pièces assemblées, suivant la formule générale du frottement : T = ϕN avec T effort transversal limite de non-glissement, ϕ coefficient de frottement, N effort normal (de précontrainte axiale). En construction métallique, l’effort de précontrainte est généra- lement obtenu par serrage de l’écrou ou de la tête à la clé dynamo- métrique (figure 9) de manière à obtenir la valeur : N0 = 0,8σe Ar avec σe limite d’élasticité de l’acier du boulon, Ar section résistante en traction (c’est-à-dire à fond de filet). La valeur du coefficient ϕ dépend du mode de préparation des faces d’assemblage : — avec simple brossage :........................................................ϕ = 0,30 ; — avec grenaillage, sablage ou chalumeau spécial :......ϕ = 0,45. Nota : il est souvent possible d’obtenir des coefficients de frottement plus élevés, par exemple sur des aciers E 36 (ϕ peut atteindre 0,60), mais il n’est autorisé d’en tenir compte dans les calculs que sous le contrôle d’essais spécifiques. Les peintures anticorrosion sont en principe à exclure sur les faces assemblées. Figure 7 – Fonctionnement au cisaillement des boulons Figure 8 – Fonctionnement en traction (ou par la tête ) d’un boulon N 2 2,36 T 2+ Ar ----------------------------------------- σeр T de --------- 3 σeр

_________________________________________________________________________________________________________ CONSTRUCTIONS MÉTALLIQUES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Construction C 2 520 − 7 2.4.2 Calcul des assemblages à boulons HR Les efforts pondérés admissibles par boulon (et par plan de cisail- lement dans les sollicitations au cisaillement) sont : — cisaillement seul : Ta = 1,1N0ϕ ; — effort normal de traction seul : Na = N0 ; — combinaison simultanée des deux sollicitations : Ta = 1,1ϕ (N0 – N ) — pression diamétrale : avec d diamètre du trou, e épaisseur de la pièce la plus mince, σe limite d’élasticité du métal de la pièce. 2.4.3 Précautions spéciales et contrôles Les boulons HR doivent être posés avec interposition d’une rondelle spéciale au moins (entre l’écrou et la pièce et généralement sous la tête) en acier cémenté. Ils sont en France de deux types (normes NF E 27-701 et NF A 35-556). (0) Les clés dynamométriques doivent être étalonnées périodiquement ; les couples de serrage sont indiqués par le fabricant des boulons et doivent être portés sur les documents de chantier. Les surfaces d’assemblage sont préparées suivant les conditions de calcul, le moins longtemps possible avant l’assem- blage. Pour les assemblages qui comportent un grand nombre de boulons, l’ordre de serrage définitif doit être étudié de manière à obtenir une bonne répartition des serrages. Le contrôle se fait normalement par surserrage, la clé réglée à la limite théorique, on ne doit pas pouvoir faire tourner la tête ou l’écrou de plus de 10o sans dépasser cette limite. Les boulons HR peuvent être démontés et réutilisés, mais avec un couple de serrage moins élevé (consulter le fabricant). Il faut absolument éviter les surserrages importants, qui risquent de faire atteindre ou dépasser la limite d’élasticité du boulon, ce qui entraînerait sa mise hors circuit sans que cela soit toujours apparent. Les conditions d’espacement et de pinces des files de boulons HR sont les mêmes que pour les boulons ordinaires ; toutefois, il n’est pas imposé de limitation maximale à l’épaisseur des pièces. 2.5 Rivetage à froid. Rivelons 2.5.1 Principe et description Le rivelon (huck-bolt en américain) est un rivet spécial posé à froid à l’aide d’un pistolet pneumatique (figure 10). La tige comporte une tête A ronde, aplatie, un corps cylindrique lisse C 1 , un second corps cylindrique rainuré (et non fileté) C2 , un étranglement de rupture E et une queue cylindrique rainurée Q. La bague de sertissage B est repoussée par la bouterolle du pistolet qui tire en même temps sur la queue Q, accrochée par ses rainures. Lorsque l’effort de pose est atteint, provoquant simultanément le sertissage de la bague sur les rainures du premier corps C 1 et le serrage des pièces, la rupture à l’étranglement E détache automatiquement la queue Q. Les rivelons se distinguent facilement des rivets à chaud par les formes des têtes et des dimensions nettement réduites. Ils sont posés à jeux plus faibles, nécessitant une plus grande rigueur de perçage. 2.5.2 Fonctionnement et calcul I Les rivelons R 80, en acier XC 38, les plus courants, sont utilisés comme des boulons ordinaires. Le serrage n’est pas suffisamment précis pour autoriser un calcul au frottement, sans déplacement. On se reportera aux tableaux résultant d’essais spéciaux, fournis par le fabricant, pour un calcul analogue à celui des boulons ordinaires. I Les rivelons C 50 L (dont les têtes sont marquées par 3 barres en étoile) sont en acier XC 41 traité, d’une résistance minimale à la rupture de 910 MPa. Ils peuvent être utilisés comme des boulons HR 8-8 (§ 2.4) et calculés de manière analogue, avec des efforts de précontrainte résultant d’essais, suivant les tableaux fournis par les fabricants. 2.6 Autres procédés mécaniques D’autres procédés d’assemblages mécaniques sont employés, plus rarement, en construction métallique : axes, goupilles, crapauds, clames, vis (dans des trous taraudés dans les pièces), grains d’appui, etc. Figure 9 – Loi du frottement et fonctionnement des boulons HR précontraints Type de boulon Limite de résistance à la rupture Limite d’élasticité (MPa) (MPa) HR 10-9 1 000 900 HR 8-8 800 640 T de --------- 4 σeр ␴r ␴e Remarque : l’assemblage par boulons HR précontraints est un procédé très sûr : même dans le cas où des charges appliquées exceptionnelles conduiraient à un glissement, les boulons pourraient encore transmettre les efforts mécaniquement par portage, comme des boulons ordinaires, en bénéficiant des caractéristiques améliorées de leur acier. C’est ce qui en fait un excellent procédé de chantier, permettant des réglages, assurant normalement des liaisons sans déplacements et procurant une sursécurité à la ruine.

CONSTRUCTIONS MÉTALLIQUES __________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. C 2 520 − 8 © Techniques de l’Ingénieur, traité Construction On se reportera à l’article Liaisons par obstacle [B 5 520] dans le traité Génie mécanique. 2.7 Boulons d’ancrage Les boulons d’ancrage (ou de scellement) servent à solidariser les bases de composants d’ossature avec les fondations, par adhérence dans le béton. Ils comportent une extrémité filetée destinée à la fixation de la platine de base métallique par un écrou, souvent avec contre-écrou pour éviter le desserrage, et une partie noyée dans le béton, présentant une partie droite lisse et une extrémité de forme variable : — crosses (analogues à celles des armatures de béton armé, mais en général de rayon réduit) (figure 11) ; — têtes marteaux, enclenchées sur des chevêtres métalliques (figure 12a ) ; — plaques de poinçonnement (figure 12b ). Figure 10 – Rivelon Figure 11 – Boulon d’ancrage à extrémité en forme de crosse Figure 12 – Boulons d’ancrage à tête marteau ou avec plaque de poinçonnement

_________________________________________________________________________________________________________ CONSTRUCTIONS MÉTALLIQUES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Construction C 2 520 − 9 3. Soudage 3.1 Procédés employés et domaines d’emploi On n’utilise plus guère pour les assemblages d’ossatures que les procédés de soudage à l’arc (article spécialisé Soudage à l’arc [B 7 730] dans le traité Génie mécanique) : — soudage manuel, à électrodes enrobées ; — soudage semi-automatique, sous gaz ; — soudage automatique, sous flux solide ; qui réalisent tous les joints par cordons déposés et les procédés de soudage par résistance (par points ou par rapprochement), d’ailleurs plus exceptionnels. Le soudage manuel utilise des baguettes (ou électrodes ) en fil d’acier enrobé ; cet enrobage procure l’isolement de l’arc par rapport à l’atmosphère oxydante et, par la même occasion, un traitement chimique du bain en fusion. Les électrodes sont marquées suivant une symbolisation normalisée (NF A 81-309 ; figure 13). Les soudages semi-automatique et automatique utilisent un fil nu se déroulant de manière continue, ce qui augmente beaucoup la productivité et la régularité des cordons. L’isolement du bain de fusion se fait dans le premier cas par un gaz (normalement du gaz carbonique, en charpente métallique) et dans le second cas par une poudre déposée par gravité au fur et à mesure de l’exécution du cordon. Le premier procédé peut être effectué en toutes positions, à l’aide d’un pistolet manié par l’opérateur humain, d’où la désignation semi-automatique (déroule- ment du fil et débit du gaz automatiques) ; le second ne peut s’effectuer qu’à plat ou en gouttière, mais peut être entièrement auto- matique (poutrelles reconstituées, par exemple). Ces deux procédés ne sont guère utilisables qu’en usine, à l’abri du vent et des intempéries. D’ailleurs tous les procédés de soudage posent de graves problèmes au chantier ; ils nécessitent beaucoup de précautions et de contrôles. C’est une mauvaise habitude, de souder n’importe comment sur les chantiers, surtout pour de petits cordons. Pour les conditions de soudage, en particulier le choix des qualités d’acier, on se reportera à l’article Aciers de construction. Caracté- ristiques et bases de choix [C 2 501] dans le présent traité, à la rubrique Constructions métalliques dans le traité Génie mécanique et à l’article Soudage et soudabilité métallurgique des métaux [M 715] dans le traité Matériaux métalliques. Figure 13 – Marquage des électrodes (suivant norme NF A 81-309)

CONSTRUCTIONS MÉTALLIQUES __________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. C 2 520 − 10 © Techniques de l’Ingénieur, traité Construction Il est très important de souligner que la qualité d’un assemblage soudé ne dépend pas uniquement de la qualité (soudabilité) de l’acier, mais de nombreux facteurs, parmi lesquels : — la température ambiante au moment du soudage ; — la température en exploitation de la construction ; — la nature de l’électrode et de son enrobage ; — les caractéristiques du courant électrique et leur régularité ; — la complexité et les formes de l’assemblage ; — les épaisseurs des pièces assemblées ; — les formes et les ouvertures des préparations ; — la nature des sollicitations en service (charges statiques, dynamiques, périodiques, etc.) ; — la position de soudage et l’habileté du soudeur ; sans oublier un coefficient de sécurité qui dépend de la nature et de l’importance du risque en cas de défaillance de l’assemblage. 3.2 Calcul des cordons 3.2.1 Cordons bout à bout Les cordons bout à bout doivent toujours remplir entièrement les préparations, dans la totalité de l’épaisseur des pièces assemblées (figure 14). Celles-ci pourront être délardées (amincies progres- sivement) si les sections des pièces ainsi réduites suffisent à la trans- mission des efforts maximaux : les joints soudés sont alors automatiquement au moins équivalents et ne demandent aucune vérification de résistance. 3.2.2 Cordons d’angles (figure 15) Les formules de vérification des cordons suivant les Règles CM 66 (art. 3.312) sont résumées sur la figure 16, sachant que : σ, τ// et τ⊥ contraintes suivant les directions indiquées sur la figure 16 ; σe limite d’élasticité du métal de base (pièce assem- blée la plus faible) ; α coefficient de réduction, fonction de l’épaisseur de gorge : F effort appliqué à un cordon de longueur et de gorge a (la figure 16 l’indique en traction, mais son sens n’importe pas pour le cordon). On se reportera aux Règles elles-mêmes pour les cordons dissy- métriques et autres assemblages particuliers (attache des semelles d’une poutre en I sur l’âme, d’une poutre en I sur un poteau, etc.). Figure 14 – Joints bout à bout α 1= pour a 4 mmр α 0,8= ΂1 1 a ----- ΃+ pour a 4 mmу ᐉ Figure 15 – Joints d’angle Figure 16 – Formules de vérification des cordons d’angle (suivant Règles CM 66, art. 3.312)

_________________________________________________________________________________________________________ CONSTRUCTIONS MÉTALLIQUES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Construction C 2 520 − 11 3.3 Goujons soudés. Connecteurs On peut souder directement des goujons par un courant continu qui provoque un arc entre le goujon et la pièce réceptrice (figure 17). Le dispositif de pose comporte un pistolet spécial et une bague en matériau réfractaire qui protège le bain de soudure. Les goujons peuvent présenter des extrémités libres de formes diverses : simple filetage pour boulonnage, tête cylindrique pour goujon connecteur, crochet ou queue de carpe pour ancrage, etc. Figure 17 – Goujons soudés

Doc.C252011-1981 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. − © Techniques de l’Ingénieur, traité Construction Doc. C 2 520 − 1 P O U R E N S A V O I R P L U S Constructions métalliques Moyens d’assemblage par Louis FRUITET Ingénieur des Arts et Manufactures Ingénieur-Conseil en Construction Métallique Conseil à l’Office Technique pour l’Utilisation de l’Acier (OTUA) Professeur au Centre des Hautes Études de la Construction et à l’Unité Pédagogique d’Architecture no 1 Normalisation Association Française de Normalisation AFNOR NF A 35-075 4-75 Produits sidérurgiques. Ronds pour rivets pour ouvrages d’art. Qualités. NF A 35-556 1-78 Aciers spéciaux aptes aux traitements thermiques pour boulonnerie. Boulons à serrage contrôlé destinés à l’exécution des constructions métalliques. NF A 81-309 12-75 Électrodes métalliques enrobées pour soudage manuel électrique à l’arc des aciers non alliés ou faiblement alliés. Produits d’apport. NF E 27-311 10-69 Vis à tête hexagonale ou carrée. Diamètres 3 à 39 mm (boulonnerie courante du commerce). Diamètres 42 à 150 mm. NF E 27-314 2-59 Boulonnerie courante du commerce. Boulons bruts ou usinés à tête fraisée ou fraisée bombée sur fer. Diamètres 4 à 60 mm. E 27-315 9-68 Boulons à tête hexagonale. Valeurs des masses. E 27-410 9-68 Écrous hexagonaux et carrés. Valeurs des masses. NF E 27-411 10-69 Écrous hexagonaux ou carrés. Diamètres 1 à 2,5 mm. Dia- mètres 3 à 39 mm (boulonnerie courante du commerce). Diamètres 42 à 150 mm. NF E 27-701 1-77 Boulonnerie à serrage contrôlé destinée à l’exécution des constructions métalliques. Spécifications techniques (boulons protégés ou non). NF E 27-711 6-77 Boulonnerie à serrage contrôlé destinée à l’exécution des constructions métalliques. Boulons à tête hexagonale à collerette. Dimensions et tolérances. Boulons non protégés. NF P 22-410 4-78 Assemblages rivés. Dispositions constructives. Calcul des rivets. NF P 22-430 4-78 Assemblages par boulons non précontraints. Disposi- tions constructives et calcul des boulons.

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