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Avantages et caractéristiques des poutres métalliques

Avantages et caractéristiques des poutres métalliques

Découvrez toutes les caractéristiques des poutres métalliques : légèreté, résistance, facilité de traitement et formes complexes

Les poutres métalliques sont des éléments structuraux couramment utilisés dans la construction, grâce à leurs propriétés mécaniques et à leur facilité de traitement. Elles offrent de nombreux avantages tels que la résistance, la légèreté et la facilité de montage.

Dans cet article, nous explorerons les caractéristiques des poutres métalliques, dans le but de vous fournir des informations utiles pour votre profession.

Enfin, nous verrons comment il est possible de travailler avec un logiciel de calcul de structure pour réaliser votre propre projet de poutres métalliques.

L'avantage des poutres métalliques.

L’avantage des poutres métalliques.

Caractéristiques des poutres métalliques

L’acier est un matériau polyvalent, caractérisé par une haute résistance, une ductilité et une durabilité. La résistance des poutres métalliques est une caractéristique fondamentale qui garantit leur capacité à supporter des charges élevées. L’acier est en effet un matériau hautement résistant, avec une résistance à la traction d’environ 300 MPa. Cette résistance est garantie par des réglementations qui imposent des valeurs minimales pour la résistance à la traction de l’acier utilisé pour les poutres.

L’acier peut être travaillé avec différents processus tels que : 

  • le laminage – un processus de formage à chaud de l’acier qui permet d’obtenir différents profils tels que les poutres en I ou les poutres en T ;
  • la découpe à l’eau – un processus de découpe de l’acier utilisant un jet d’eau à haute pression, permettant d’obtenir des formes et des dimensions précises ;
  • le poinçonnage – un processus de perforation de l’acier permettant de réaliser des trous et des ouvertures de différentes tailles.

Le traitement de l’acier influence la résistance des nœuds, c’est-à-dire des points de connexion entre les poutres et les autres éléments structurels. Les nœuds doivent être conçus et réalisés de manière à garantir la résistance et la durabilité de la structure. Le traitement de l’acier doit donc prendre en compte les contraintes prévues et les caractéristiques du matériau pour assurer la résistance et la durabilité des nœuds.

Une autre caractéristique de cet élément structurel découle de son utilisation dans la construction parasismique. En effet, les poutres métalliques sont souvent préférées aux poutres en béton armé en raison de leur plus grande résistance et déformabilité. Les poutres métalliques peuvent être conçues pour résister aux sollicitations sismiques, garantissant la sécurité des structures en cas de séisme.

Types de poutres métalliques

Il existe différents types de poutres métalliques, chacun avec des caractéristiques spécifiques.

Parmi celles-ci, on peut mentionner les poutres treillis, les poutres en T, les poutres en I et les poutres caisson.

Poutres treillis

Les poutres treillis sont constituées d’une série de montants et de traverses disposés pour former une grille. Cette disposition confère à la poutre une grande résistance à la flexion et à la torsion. Elles sont souvent utilisées dans des structures de grandes dimensions telles que des ponts et des bâtiments de grande hauteur.

Les poutres treillis sont composées de différentes composantes, notamment la semelle supérieure (barres horizontales supérieures), la semelle inférieure (barres horizontales inférieures), les montants (barres verticales) et les diagonales (barres inclinées). Ces composants, disposés en treillis triangulaire, travaillent ensemble pour garantir la résistance et la stabilité de la structure.

Voici un aperçu détaillé des principales caractéristiques des poutres treillis en acier : 

  1. efficacité structurelle : les poutres treillis sont conçues pour distribuer uniformément les charges le long de leur longueur, en exploitant la géométrie triangulaire pour maximiser la résistance et la rigidité de la structure. Cette disposition triangulaire permet de minimiser le poids des poutres tout en assurant une capacité portante élevée ;
  2. légèreté : grâce à leur géométrie efficace et à la capacité d’utiliser de l’acier à haute résistance, les poutres treillis en acier peuvent être conçues pour être légères sans compromettre leur résistance structurelle. Cela permet une plus grande flexibilité dans la conception et réduit la charge statique globale sur le bâtiment ;
  3. rigidité : la disposition triangulaire des poutres treillis confère une rigidité notable à la structure, permettant de limiter les mouvements indésirables du bâtiment sous charge. Cette rigidité est particulièrement importante dans les bâtiments sujets aux vibrations ou aux mouvements sismiques ;
  4. facilité de montage : les poutres treillis en acier sont souvent préfabriquées en usine selon les spécifications du projet, puis transportées sur le site de construction pour l’assemblage. Cette méthode de construction préfabriquée peut accélérer le processus de construction et réduire les coûts globaux du projet ;
  5. adaptabilité au design architectural : les poutres treillis offrent une flexibilité dans le design architectural, permettant la réalisation de grandes portées sans nécessité de supports intermédiaires. Cela permet de créer des espaces intérieurs ouverts et flexibles, idéaux pour divers types de bâtiments tels que les entrepôts, les centres commerciaux et les espaces publics.
Poutres treillis

Poutres treillis

Poutres en T

Les poutres en T sont constituées d’une section en forme de T, avec une aile supérieure reliée à une âme centrale (également appelée fût ou patte). Cette disposition confère à la poutre une grande résistance à la flexion, mais une moindre résistance à la torsion par rapport aux poutres treillis.

Ces poutres font partie de la famille des laminés marchands et peuvent être produites avec des sections transversales égales ou inégales, offrant ainsi une grande polyvalence dans l’application et devenant populaires dans différents secteurs industriels.

Pendant le processus de laminage à chaud pour la production des poutres en T, les produits en acier primaire sont chauffés à environ 1100 degrés Celsius pour permettre une déformation drastique de l’acier en utilisant quelques cycles de laminage. Ce processus traite principalement de la manipulation de la forme et de la géométrie du matériau, créant une finition lisse et attrayante sur la surface du produit.

Les poutres en T en acier peuvent être produites dans différentes tailles et épaisseurs, offrant une large gamme d’options pour les applications structurelles. Ces poutres sont utilisées dans des secteurs tels que la construction, l’ingénierie, l’industrie ferroviaire, navale, agricole, les clôtures, les applications de sécurité et de nombreux autres secteurs où la résistance, la facilité de traitement et la polyvalence sont essentielles.

Les avantages des poutres en T en acier doux comprennent la disponibilité universelle, la production rapide en grandes quantités et à des coûts relativement bas. La faible teneur en carbone et la limite d’élasticité des profils en T en acier permettent une manipulation, une fabrication et un traitement faciles sans l’utilisation de machines spéciales. La manipulation simple et la connexion à d’autres matériaux augmentent la polyvalence des poutres en T, les rendant adaptées à une large gamme d’applications structurelles.

Poutres IPE

Les poutres IPE, acronyme de «European Profile» (où la lettre I évoque la forme de la poutre), sont des éléments structuraux en forme de barre ou de poutres avec une surface interne des ailes parallèle et des dimensions définies. Voici en détail les caractéristiques de ces poutres : 

  • forme de la section : les poutres IPE ont une section transversale en forme de « I », avec deux ailes, une supérieure et une inférieure, reliées par une partie centrale appelée âme. Cette forme particulière confère aux poutres une capacité notable de résistance à la flexion, les rendant adaptées pour supporter des sollicitations de type statique et dynamique ;
  • efficacité structurelle : la forme en «I» des poutres IPE les rend particulièrement efficaces du point de vue structurel, leur permettant de supporter des charges et de transmettre des forces à l’intérieur d’un bâtiment de manière optimale. Cette efficacité permet de réaliser des structures stables et sûres avec une quantité minimale de matériau ;
  • utilisation dans la construction de planchers : grâce à leur capacité à supporter des charges de flexion, les poutres IPE sont couramment utilisées dans la construction de planchers, où elles doivent supporter le poids des structures supérieures et répartir uniformément les charges sur les piliers ou les murs de support ;
  • diverses dimensions et poids : les poutres IPE sont disponibles dans différentes dimensions et poids, avec des variantes allant des versions les plus légères, comme les IPE AAAA à A, aux versions les plus lourdes, comme les IPE O. Cette variété permet de choisir la poutre la plus adaptée aux besoins spécifiques du projet.
Poutres profil IPE

Poutres profil IPE

Poutres caisson

Les poutres caisson sont constituées d’une section en forme de boîte, avec une section transversale fermée par quatre ailes latérales et une âme centrale, ce qui les rend plus résistantes et rigides que d’autres formes de poutres. Cette disposition confère à la poutre une grande résistance à la flexion, à la torsion et à la compression.

Les poutres caisson sont souvent utilisées dans des structures de grandes dimensions, notamment dans le domaine des infrastructures.

Maintenant, voyons quels sont les aspects les plus importants, les caractéristiques et les applications des poutres caisson : 

  • coût et complexité : les poutres caisson peuvent être plus coûteuses et complexes à réaliser que les poutres à double âme, car elles sont plus lourdes et nécessitent une construction plus complexe. Cependant, elles deviennent compétitives si elles sont entièrement réalisées en atelier et si elles ont une largeur limitée, généralement inférieure à 5 mètres ;
  • rigidité en torsion : les poutres caisson sont particulièrement adaptées lorsqu’une rigidité en torsion élevée est requise. Cette caractéristique les rend idéales pour des applications telles que des tabliers courbes ou des situations où il est nécessaire de réduire la hauteur du tablier ;
  • caisson trapézoïdal : par rapport à un caisson rectangulaire, un caisson trapézoïdal a l’avantage de contenir la largeur du fond et de réduire la partie non efficace en raison de l’effet de cisaillement. Cela peut être avantageux pour améliorer les performances structurelles et réduire les coûts ;
  • solutions alternatives : dans certaines situations, telles que des tabliers très larges ou courbes, des solutions alternatives aux poutres caisson peuvent être utilisées. Celles-ci incluent l’utilisation de poutres treillis inclinées ou de simples tirants connectés au fond du caisson, qui peuvent contribuer à améliorer la rigidité en torsion et à optimiser les performances structurelles ;
  • raidisseurs et diaphragmes : pour garantir la stabilité et la résistance de la section caisson, il est souvent nécessaire d’utiliser des raidisseurs tels que des diaphragmes ou des structures treillis. Ces éléments sont placés à l’intérieur du caisson pour absorber les effets en torsion et garantir la stabilité de la structure.
Poutres caisson

Poutres caisson

Avantages des poutres métalliques

Maintenant, examinons de manière détaillée les avantages des structures en acier : 

  • force et liberté de design : l’acier offre aux architectes la possibilité d’exprimer leur créativité grâce à sa combinaison de force, durabilité, précision et ductilité. Cela permet d’explorer des idées innovantes et de développer de nouvelles solutions structurelles, y compris des designs, des formes, des couleurs et des textures. La capacité de l’acier à se plier permet la création de formes libres, de courbes segmentées, de façades, d’arches ou de coupoles, permettant de se démarquer dans le design architectural ;
  • assemblage rapide et efficace : les structures en acier permettent un assemblage rapide et efficace dans toutes les conditions de travail. Les composants préfabriqués hors site peuvent être assemblés avec un minimum de main-d’œuvre sur place, réduisant les temps d’assemblage jusqu’à 40 % par rapport aux méthodes traditionnelles. La légèreté de l’acier permet des fondations réduites et plus simples, entraînant des avantages économiques et un retour sur investissement anticipé ;
  • adaptabilité : les structures en acier peuvent facilement s’adapter à des modifications futures des fonctions du bâtiment à moindre coût. Elles sont idéales pour la rénovation et la révision du bâtiment selon les spécifications du client, permettant des changements de disposition intérieure ou extérieure ;
  • espace ouvert : les sections en acier offrent une méthode élégante pour couvrir de longues portées, permettant la création de grands espaces ouverts sans colonnes intermédiaires ou murs porteurs. La réduction du nombre de colonnes facilite la personnalisation des espaces et libère la créativité ;
  • recyclabilité : les bâtiments construits avec des structures en acier peuvent être réutilisés après la démolition, car l’acier peut être recyclé indéfiniment sans perdre ses propriétés. Cela réduit les déchets et contribue à la durabilité environnementale ;
  • résistance au feu et aux séismes : les structures en acier sont résistantes au feu et peuvent protéger efficacement les personnes et les biens. En cas de séismes, la flexibilité de l’acier permet à la structure de se plier sous des charges extrêmes sans s’effondrer, garantissant la sécurité des occupants ;
  • respect de l’environnement : les structures en acier sont légères et moins encombrantes que celles en béton, réduisant le transport et la consommation de carburant. La recyclabilité à 100 % de l’acier permet la réutilisation sans déchets, tandis que la faible consommation d’énergie contribue à la durabilité environnementale.

Comment concevoir les poutres métalliques

Voyons comment utiliser un logiciel de calcul de structure pour concevoir et réaliser des poutres métalliques de différentes formes.

 

edilus
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