Détermination des forces de frottement du vent

Présentation du projet

Pour n’importe quel projet de construction , il existe divers procédés de conception et de réalisation selon les besoins et les capacités : constructions en béton armé , en béton précontraint , charpente en bois ou charpente métallique. Ces procédés sont réglementés par des normes , des codes et des règlements soit nationaux ou internationaux. Notre projet de fin d’étude a pour thème la réalisation d’une halle métallique avec un pont roulant dont l’ossature est réalisée en charpente métallique dans la commune de Maghnia à la wilaya de Tlemcen , destiné au stockage des produits d’hygiènes , en utilisant les règlements (RPA99/V2003 , RNV2013 , CCM97 , EUROCODE3 , DTR BC.2.2). Notre travail est structuré de la manière suivante. Dans un premier temps, on présentera notre ouvrage dans le premier chapitre, puis une étude climatique sera détaillée en chapitre 2. L’étude du pont roulant et le dimensionnement des éléments secondaires seront abordés respectivement aux chapitres 3 et 4. Le cinquième chapitre portera l’étude sismique puis la vérification des éléments structuraux est faite au chapitre 6. Par la suite, le calcul des assemblages sera traiter dans le chapitre 7 . On finit notre travail par le calcul des fondations et l’étude économique prévisionnel respectivement aux chapitres 8 et 9. Ce choix de thème est motivé par le fait que l’acier offre des avantages indéniables tels que : la légèreté qui favorise une rapidité dans le montage sur le chantier , la possibilité et l’avantage de franchir de longues portées , ainsi que la facilité de la modification. En contrepartie , il présente certains inconvénients tels que le coût , la corrosion et la faible résistance au feu.

La présente étude consiste à dimensionner par calcul et vérification, la stabilité d’une halle industrielle en charpente métallique avec un pont roulant. L’ouvrage est implanté dans un terrain plat avec une surface de 720 m², à la sortie de Maghnia en allant vers la frontière, dans la wilaya de Tlemcen, Zone I sismicité faible selon le règlement parasismique algérien RPA 99/version 2003. [3] Cette halle comporte deux versants et un pont roulant destiné au stockage des produits d’hygiène. Elle a deux ouvertures dans chaque pignon, chaqu’une a une dimension de (4×4)m

Evaluation des charges et surcharges

Ce chapitre fournit les principes généraux et procédures pour la détermination des différentes charges agissantes sur notre structure. Ces charges sont définies par la charge permanente (structure porteuse et éléments non porteurs), d’exploitation (équipements, foules de personne…), sans oublier les actions climatiques (neige, vent et température) et accidentelles (séisme, chocs…). Ces dernières ont une grande influence sur la stabilité de l’ouvrage. Pour cela, une étude approfondie doit être élaborée pour la détermination de ces différentes actions. Charges Permanentes Les charges permanentes notées « G » sont des charges qui ne varient pas dans le temps. Il s’agit du poids propre de la structure elle-même, ainsi l’équipement de l’ouvrage tel que (la couverture, le rail du pont roulant…). Elles sont données dans les documents techniques réglementaires (DTR BC 2.2) ou sont fournis par le fournisseur. Bardage panneau sandwich LL35 10,9 daN/m² ( Annexe C-C.7) Toiture panneau sandwich TL75 14,2 daN/m² ( Annexe C-C.8) La charge du rail du pont roulant G = 31,8 [daN/m²]. Charges d’exploitation de la toiture Les charges d’exploitation notées « Q », sont déterminées suivant le document technique réglementaire charges et surcharges d’exploitations (D.T.R-B.C-2.2). [2] Pour la toiture sans accès autre que le nettoyage et l’entretien nécessaire, les charges d’entretien sont conventionnellement assimilées à deux charges concentrées de 1kN appliquées au 1/3 et aux 2/3 des portées.

Etude du pont roulant

L’objectif de ce chapitre est de définir le pont roulant ainsi que ces caractéristiques pour assurer une fonctionnalité parfaite lors du déplacement longitudinal du pont en prenant compte des charges qu’il soulève. Ceci doit être assuré par des poutres de roulement qui assurent le déplacement longitudinal du pont roulant et son chargement.

•Ponts roulants : Un pont roulant, est un engin de levage mobile circulant sur une voie de roulement. Il est constitué d’une ou plusieurs poutres sur lesquelles se déplace transversalement au chemin de roulement, un chariot de transfert équipé d’un treuil pour le levage de la charge. Si le pont est constitué d’une seule poutre, on parle de pont roulant mono poutre. Dans les autres cas, on parle d’un pont bi-poutre.

•Chemin de roulement : Le chemin de roulement est la structure porteuse de l’engin de levage, constituée d’une ou deux poutres de roulement et ses supports. Habituellement, le chemin est constitué de deux poutres parallèles surmontées d’un rail spécial et sur lesquelles circule le pont roulant.

•Poutre de roulement : La poutre de roulement est l’élément porteur longitudinal du chemin (profilé laminé, poutre composée à âme pleine, poutre treillis), Les poutres de roulement sont des poutres simples ou continues. Leurs appuis sont constitués par des poteaux indépendants ou par des corbeaux fixés sur les montants de cadres de la halle. Les éléments mobiles (chariot, crochet, pont) d’un engin de manutention permettent d’effectuer simultanément trois genres de mouvement :

• Levage : mouvement vertical de la charge levée.

• Direction : mouvement du chariot transversal à la halle. • Translation : mouvement du pont roulant longitudinal. Dans notre cas, le pont roulant que comporte notre structure est constitué de deux poutres « Pont roulant bipoutre », de longueur 30,00 m supportant une charge de 5 tonnes. ⇒ (Annexe B – B.1)

Etude sismique

Les actions sismiques sur un ouvrage sont des actions dynamiques complexes, elles se manifestent par des mouvements essentiellement horizontaux imposés aux fondations. Les forces d’inertie créées par leur masse, qui s’opposent aux mouvements, permettent aux constructions de résister à ces mouvements entraînant. Ce qui entrain bien entendu des efforts dans la structure. L’objectif visé dans ce chapitre est la détermination des efforts sismiques susceptible à solliciter notre structure. Pour ce faire, il est nécessaire de faire appel à l’une des trois méthodes de calcul préconisées par le « règlement parasismique Algérien RPA 99/V2003(D.T.R-B.C-2.48) [3], qui met à notre disposition trois méthodes de calcul : La méthode statique équivalente. La méthode d’analyse modale spectrale (spectre de réponse). La méthode d’analyse dynamique par un accélérogramme. Suivant la particularité de la structure de notre structure, notre calcul se fera par la méthode d’analyse modale spectrale car elle représente une répartition verticale et horizontale des forces sismiques. Principe de la méthode Le principe de cette méthode réside dans la détermination des modes propres de vibrations de la structure et le maximum des effets engendrées par l’action sismique, celle-ci étant représentée par un spectre de réponse de calcul. Les modes propres dépendent de la masse de la structure, de l’amortissement et des forces d’inerties.

Conclusion générale

Le projet de fin d’études est une phase importante dans le cycle de formation de master. C’est la meilleure occasion pour nous , étudiants , de mettre en pratique l’enseignement , de lier et synthétiser les connaissances acquises , durant la formation universitaire , ainsi de se familiariser avec les différents règlements de conception et de calcul dans le domaine du génie civil (RNV version 2013, RPA99/Version 2003 , CCM97). Cette étude nous a permis d’arriver à certaines conclusions : L’utilisation du logiciel ROBOT AUTODESK dans notre étude dans le but de faciliter les calculs et d’être proche que possible de la réalité pour obtenir des meilleurs résultats. Dans les structures métalliques les actions du vent sont souvent les plus défavorables néanmoins l’étude sismique n’est pas négligeable. Le règlement CCM97 a été utilisé dans ce projet afin de vérifier la stabilité des éléments de la structure au flambement et au déversement. Ces vérifications ont montré que le système structural de l’ouvrage est stable. L’étude nous a permis de vérifier les conditions de résistance et de stabilité. La disposition de contreventement a été judicieuse car elle joue un rôle très important dans le comportement global de la structure. La conception des assemblages a été minutieusement réfléchie car elle est essentielle pour la stabilité des structures métalliques. Enfin , nous souhaitons que ce travail, bien qu’il était une première expérience dans ce vaste domaine , soit bénéfique et comme référence pour les promotions à venir.

Table des matières

Dédicaces
Dédicaces
Remerciements
Résumé
ملخص
Abstract
Introduction générale
Chapitre I : Généralités sur la conception de l’ouvrage
I.1 Présentation du projet
I.2 Les caractéristiques géométriques de l’ouvrage
I.2.1 La géométrie de l’ouvrage
I.2.2 Les caractéristiques géométriques du pont roulant
I.3 Localisation et données concernant le site
I.4 Règlements utilisés
I.5 Logiciels utilisés
I.6 Matériaux
I.6.1 L’acier de construction métallique (profilé)
I.6.2 Couverture
I.6.3 Béton
I.7 Les assemblages
I.7.1 Le soudage
I.7.2 Le boulonnage
Chapitre II : Evaluation des charges et surcharges
II.1 Introduction
II.2 Charges permanentes
II.3 Charges d’exploitation de la toiture
II.4 Charges climatiques
II.4.1 La charge de neige
II.4.1.1 Charge de neige au sol (𝑺𝒌)
II.4.1.2 Coefficient d’ajustement (μ)
II.4.1.3 Charge de neige (S)
II.4.2 Charge du vent
A / Données relatives au site
B/ Détermination de la pression due au vent
B.1 Pression dynamique (𝒒𝒑)
a) Coefficient de topographie Ct (z)
b) Coefficient de rugosité 𝐂𝐫(z)
c) Intensité de la turbulence 𝑰𝒗(z)
B.2 Les coefficients de pressions
a) Coefficient de pression extérieure (𝑪𝒑𝒆)
1) Vent sur pignon sens (V1 = V3)
2) Vent sur long pan sens (V2 = V4)
b) Coefficient de pression intérieur (𝑪𝒑𝒊)
1/ Sens V1 et V3
2/ Sens V2 et V4
B.3 Valeurs de la pression due au vent 𝑾(𝒁𝒋)
1/ Vent sur le pignon sens (V1,V3)
2/ Vent sur le long pan sens (V2,V4)
C/ Détermination des forces de frottement du vent
II.5 Conclusion
Chapitre III : Etude du pont roulant
III.1 Introduction
III.2 Caractéristiques du pont roulant
III.3 Types de ponts roulants
III.4 Classement des ponts roulants
III.5 Description générale du calcul
III.6 Définition et calcul des charges
III.6.1 Charges verticales (RVmax)
III.6.2 Charges horizontales transversales (RHmax)
III.6.2.1 Palan au milieu de la portée du pont
III.6.2.2 Palan à distance minimale du chemin de roulement
III.6.3 Charges horizontales longitudinales (𝐑Lmax)
III.7 Choix du rail
III.8 Dimensionnement de la poutre de roulement
III.8.1 Condition de la flèche
III.8.2 Vérification de la flèche
III.8.3 Détermination de la classe du profilé
III.8.4 Résistance du profilé sous charges verticales
III.8.5 Vérification du profilé sous charge horizontale
III.8.6 Résistance de l’âme au voilement par cisaillement
III.8.7 Résistance au déversement
III.8.8 Résistance de l’âme à la charge transversale
III.8.9 Résistance au voilement de l’âme
III.8.10 Flambement de la semelle comprimée dans le plan de l’âme
III.9 Calcul du support du chemin de roulement
III.9.1 Charge verticale sur le chemin de roulement
III.9.2 Charge horizontale sur le chemin de roulement
III.9.3 Dimensionnement du support de chemin de roulement
III.9.4 Détermination de la classe de la section transversale
III.9.5 Vérification au flambement de la semelle comprimée dans le plan de l’âme
III.9.6 Vérification à l’effort tranchant
III.9.7 Vérification de la flèche
III.10 Conclusion
Chapitre IV : Dimensionnement des éléments secondaires
IV.1 Introduction
IV.2 Etude des éléments secondaires
IV.2.1 Calcul des chéneaux
IV.2.2 Calcul des pannes
A. Espacement entre les pannes
A.1 Charges à prendre en considération
A.2 Combinaisons des charges
A.3 Moment maximal pour une poutre continue sur 8 appuis simples
A.4 Vérification de l’espacement
A.5 Vérification de la flèche
B. Dimensionnement des pannes
B.1 Détermination des sollicitations
B.2 Combinaison des charges
B.3 Vérification de la résistance des pannes à l’ELU
B.4 Vérification de l’aptitude de service (ELS)
B.5 Détermination de la classe du profilé IPE 140
C. Résistance de la panne au déversement
D. Résistance de l’âme au voilement par cisaillement
E. Stabilité au flambement de la semelle comprimée dans le plan de l’âme
F. Calcul de l’échantignolle
F.1 Dimensionnement de l’échantignolle
a) L’excentrement » t »
b) Calcul du moment de renversement » Mr »
c) calcul de l’épaisseur de l’échantignolle
IV.2.3 Calcul des lisses de bardage
IV.2.3.1 Espacement entre les lisses
IV.2.3.2 Dimensionnement des lisses
A. Evaluation des charges et surcharges
B. Détermination des sollicitations
C. Détermination de la classe du profilé UPN 180
D. Vérification de la résistance des lisses à l’ELU
E. Vérification de la flèche UPN 180 (ELS)
IV.2.4 Calcul des potelets
IV.2.4.1 Évaluations des charges et surcharges revenantes au potelet le plus Sollicité
IV.2.4.2 Vérification de la section du potelet à la résistance (ELU)
A. Détermination de la classe du profilé IPE 330
B. Vérification de la résistance à l’ELU
C. Résistance au flambement
IV.3 Conclusion
Chapitre V : Etude sismique
V.1 Introduction
V.2 Principe de la méthode
V.3 Classification
V.3.1 Classification des zones sismiques
V.3.2 Classification de l’ouvrage
V.4 Détermination des paramètres du spectre de réponse de calcul
V.4.1 Coefficient d’accélération de zone A
V.4.2 Coefficient de comportement global de la structure R
V.4.3 Le pourcentage d’amortissement critique 𝛏
V.4.4 Facteur de correction d’amortissement ɳ
V.4.5 Périodes 𝐓1, 𝐓2 du site
V.4.6 Facteur de qualité 𝐐
V.4.7 Spectre de réponse de calcul
V.5 Analyse dynamique de la structure
V.6 Modélisation de la structure
V.7 Analyse modale
V.8 Vérification de la structure
V.8.1 Vérification de la période fondamentale de la structure
V.8.2 Vérification de l’effort tranchant à la base
V.8.3 Vérification des déplacements
V.9 Conclusion
Chapitre VI : Vérification des éléments structuraux
VI.1 Introduction
VI.2 Vérification des traverses
VI.2.1 Détermination de la classe de la section transversale du profilé IPE 360
VI.2.2 Vérification au cisaillement
VI.2.3 Vérification de la résistance à la flexion composée
VI.2.4 Vérification de la flèche (ELS)
VI.3 Vérification des poteaux
VI.3.1 Détermination de la classe de la section transversale du profilé HEA 360
VI.3.2 Vérification au cisaillement
VI.3.3 Vérification de la résistance à la flexion composée
VI.3.4 Vérification du déplacement (ELS)
VI.4 Vérification des contreventements
VI.4.1 Vérification à la traction
VI.5 Vérification des stabilités en X
VI 5.1 Vérification à la traction
VI.6 Vérification de la sablière
VI.6.1 Détermination de la classe de la section transversale du profilé HEA 140
VI.6.2 Vérification de la résistance à la flexion simple
VI.6.3 Vérification de la flèche (ELS)
VI.7 Conclusion
Chapitre VII : Calcul des assemblages
VII.1 Introduction
VII.2 Calcul des assemblages
VII.2.1 Assemblage poteau – traverse (HEA 360 – IPE 360)
VII.2.1.1 Efforts sollicitant
VII.2.1.2 Soudure de la platine
VII.2.1.3 Disposition constructive
VII.2.1.4 Détermination des efforts dans les boulons
VII.2.1.5 Vérification la résistance de l’assemblage
VII.2.1.6 Vérification des boulons à l’interaction cisaillement – traction
VII.2.1.7 Vérification au poinçonnement de la semelle du poteau
VII.2.1.8 Vérification à la pression diamétrale
VII.2.1.9 Vérification de la résistance de l’âme du poteau dans la zone tendue
VII.2.1.10 Vérification de la résistance de l’âme du poteau dans la zone comprimée
VII.2.1.11 Vérification de la résistance de l’âme du poteau dans la zone cisaillée
VII.2.2 Assemblage traverse – traverse (IPE 360 – IPE 360)
VII.2.2.1 Efforts sollicitant
VII.2.2.2 Soudure de la platine
VII.2.2.3 Disposition constructive
VII.2.2.4 Détermination des efforts dans les boulons
VII.2.2.5 Vérification la résistance de l’assemblage
VII.2.2.6 Vérification des boulons à l’interaction cisaillement – traction
VII.2.2.7 Vérification au poinçonnement de de la platine
VII.2.2.8 Vérification à la pression diamétrale
VII.2.3 Assemblage poteau – console de la poutre de roulement (HEA 360 – HEB 220
VII.2.3.1 Efforts sollicitant
VII.2.3.2 Soudure de la platine
VII.2.3.3 Disposition constructive
VII.2.3.4 Détermination des efforts dans les boulons
VII.2.3.5 Vérification la résistance de l’assemblage
VII.2.3.6 Vérification des boulons à l’interaction cisaillement – traction
VII.2.3.7 Vérification au poinçonnement de la semelle du poteau
VII.2.3.8 Vérification à la pression diamétrale
VII.2.3.9 Vérification de la résistance de l’âme du poteau dans la zone tendue
VII.2.3.10 Vérification de la résistance de l’âme du poteau dans la zone comprimée
VII.2.3.11 Vérification de la résistance de l’âme du poteau dans la zone cisaillée
VII.2.4 Assemblage poteau – sablière (HEA 360 – HEA140)
VII.2.4.1 Efforts sollicitant
VII.2.4.2 Caractéristique de la cornière
VII.2.4.3 Disposition constructive
VII.2.4.4 Vérification au cisaillement
VII.2.4.5 Vérification de la pression diamétrale
VII.2.5.1 Effort sollicitant
VII.2.5 Assemblage de stabilités en croix de St André (2×L 90×90×6)
VII.2.5.2 Caractéristiques du gousset
VII.2.5.3 Disposition constructive
VII.2.5.4 Vérification de la pression diamétrale
VII.2.5.5 Vérification au cisaillement
VII.2.6 Assemblage de contreventement (L 90×90×10)
VII.2.6.1 Effort sollicitant
VII.2.6.2 Caractéristiques du gousset
VII.2.6.3 Disposition constructive
VII.2.6.4 Vérification de la pression diamétrale
VII.2.6.5 Vérification au cisaillement
VII.2.7 Assemblage d’échantignole
VII.2.7.1 Calcul de l’effort de cisaillement pour un seul boulon
VII.2.7.2 Dimensionnement des boulons
VII.2.7.3 Résistance des boulons au cisaillement
VII.2.7.4 Résistance des boulons à l’effort combiné traction – cisaillement
VII.3 Conclusion
Chapitre VIII : Calcul des fondations
VIII.1 Introduction
VIII.2 Choix du type de fondation
VIII.3 Caractéristiques géotechniques
VIII.4 Pieds de poteaux
VIII.4.1 Introduction
VIII.4.2 Efforts et sollicitations
VIII.4.3 Résistance de calcul à l’écrasement du matériau de scellement
VIII.4.3.1 Estimation de l’aire de la plaque d’assise
VIII.4.3.2 Choix du type de la plaque d’assise
VIII.4.3.3 Dimensionnement de la platine
VIII.4.3.4 Détermination de la largeur d’appui additionnelle
VIII.4.3.5 Disposition des boulons d’ancrage
VIII.4.4 Vérification de la résistance en compression d’un tronçon en T de semelle
VIII.4.5 La résistance d’un tige d’ancrage à la traction
VIII.4.6 Vérification de la présence d’un effet de levier
VIII.4.6.1 Calculs de la longueur efficace du tronçon en T (Leff)
VIII.4.6.2 Résistance de la partie tendue de l’assemblage
VIII.4.7 Calcul de la résistance de l’assemblage à la traction
VIII.4.8 Vérification de la résistance à la flexion de pied de poteau encastré en présence de l’effort axial
VIII.4.8.1 Calcul de l’excentricité « e »
VIII.4.8.2 Détermination de bras de levier Z
VIII.4.9 Résistance au cisaillement de l’assemblage
VIII.4.9.1 Résistance de calcul au frottement
VIII.4.9.2 Résistance au cisaillement d’un boulon d’ancrage
VIII.4.10 Vérification de la pression diamétrale
VIII.4.11 Soudure de la platine
VIII.4.11.1 Cordon de soudure
VIII.4.11.2 Vérification de la soudure de l’âme au cisaillement
VIII.5 Calcul des pieds de potelets
VIII.5.1 Introduction
VIII.5.2 Résistance du matériau de scellement
VIII.5.2.1 Estimation de l’aire de la plaque d’assise
VIII.5.2.2 Choix du type de la plaque d’assise
VIII.5.2.3 Détermination de la largeur d’appui additionnelle
VIII.5.3 Dimensionnement des tiges d’ancrages
VIII.5.4 Vérification de la résistance des tiges d’ancrage à la traction
VIII.5.5 Longueurs participantes du tronçon en T équivalent tendu
VIII.5.5.1 Présence d’un effet de levier ?
VIII.5.5.2 Vérification de la soudure de la semelle a la traction
VIII.5.5.3 Vérification de la soudure de l’âme au cisaillement
VIII.5.5.4 Résistance au cisaillement d’un boulon d’ancrage
VIII.5.5.5 La résistance au cisaillement des boulons sous un effort de traction
VIII.6 Étude de l’infrastructure
VIII.6.1 Introduction
VIII.6.2 Détermination des sollicitations
VIII.6.3 Dimensionnement de la semelle
VIII.6.3.1 Calcul de l’excentricité « e »
VIII.6.3.2 Détermination de A et B
VIII.6.3.3 Hauteur utile de la semelle est donnée par la condition
VIII.6.4 Vérification de la stabilité au renversement
VIII.6.5 Calcul Ferraillage (Par la méthode des bielles)
VIII.6.5.1 Vérification de condition de non-fragilité (A.4.2, 1/BAEL91)
VIII.6.5.2 Dispositions constructives
VIII.6.5.3 Calcul de l’espacement
VIII.7 Calcul des longrines
VIII.7.1 Pré-dimensionnement des longrines
VIII.7.2 Calcul des ferraillages longitudinaux
VIII.7.2.1 Vérification de condition de non-fragilité
VIII.7.2.2 Calcul des armatures transversales
VIII.7.2.3 Calcul d’espacement des cadres
VIII.8 Dimensionnement des fûts
VIII.9 Conclusion
Chapitre IX : Etude économique prévisionnel
VIII.1 Introduction
VIII.2 Calcul de la longueur totale de chaque famille
VIII.3 Conclusion
Conclusion générale
Références bibliographiques
Annexes
Annexe A
Annexe B
Annexe C
Annexe D
Annexe E
Annexe F
Annexe G