Détails importants sur le vocabulaire de la charpente métallique

La charpente métallique, omniprésente dans les constructions modernes, des gratte-ciel emblématiques aux modestes bâtiments industriels, est un domaine technique complexe où la précision du langage est primordiale. La maîtrise du vocabulaire spécifique à la charpente métallique est indispensable pour tous ceux qui interviennent dans sa conception, sa fabrication, son installation et sa maintenance. La clarté dans la terminologie permet d’éviter des erreurs coûteuses et d’assurer la sécurité des structures.

Nous aborderons les différents types de profilés, les méthodes d’assemblage, les éléments structurels fondamentaux, ainsi que les techniques de protection contre la corrosion et l’incendie. Enfin, nous explorerons l’univers des logiciels de conception et de calcul, dont la maîtrise est aujourd’hui incontournable pour les professionnels du secteur. L’objectif est de rendre ce vocabulaire accessible à un large public, des étudiants en architecture aux entrepreneurs en passant par les bricoleurs avertis.

Les éléments de base : les fondations de la compréhension

Cette section explore les composants essentiels qui constituent le fondement de toute structure métallique. Comprendre les différents types de profilés et les méthodes d’assemblage est crucial pour appréhender la complexité de la charpente métallique et assurer la solidité de la construction. Nous allons détailler la fabrication, la classification et les applications de ces éléments fondamentaux. Ce savoir de base est primordial pour bien appréhender le lexique de la charpente métallique.

Les profilés : la base structurelle

Un profilé, terme essentiel du lexique de la charpente métallique, est un élément de construction dont la section transversale est constante sur toute sa longueur. Ces profilés sont généralement fabriqués par laminage à chaud, un procédé qui consiste à faire passer l’acier à travers des rouleaux pour lui donner la forme désirée. Le formage à froid, une alternative, est utilisé pour les profilés de plus faible épaisseur. Le rôle principal des profilés est de supporter les charges et de transmettre les efforts à travers la structure. Le choix du profilé adapté dépend des charges à supporter, de la portée à franchir et des contraintes esthétiques du projet.

Classification des profilés par forme

Les profilés acier sont classés en fonction de leur forme, chacun ayant des applications spécifiques en construction métallique. Voici un aperçu des principales catégories :

• Profilés en I (IPN, IPE, HEA, HEB, HEM) : Ces profilés se caractérisent par leur section en forme de « I ». Les IPN (profilés normaux) sont les plus anciens et sont progressivement remplacés par les IPE (profilés européens), plus performants. Les HEA, HEB et HEM sont des profilés à ailes larges, offrant une meilleure résistance au flambement. Ils sont couramment utilisés pour les poutres et les poteaux. La hauteur d’un profilé IPE varie.
• Profilés en U (UPN, UPE) : Ces profilés ont une section en forme de « U ». Ils sont souvent utilisés comme longerons, encadrements ou pour renforcer les poutres existantes. Les UPN sont les profilés en U normaux, tandis que les UPE sont les profilés européens à ailes parallèles.
• Profilés en L (Cornières) : Ces profilés forment un angle droit. Ils sont utilisés pour le contreventement, les angles, ou pour assembler d’autres éléments.
• Profilés creux (tubes ronds, carrés, rectangulaires) : Ces profilés offrent une excellente résistance à la torsion. Ils sont souvent utilisés comme poteaux, éléments d’ossature légère ou pour des applications esthétiques.
• Tôles : Les tôles sont des éléments plats en acier. Elles peuvent être lisses, nervurées ou perforées, et sont utilisées pour le bardage, les planchers ou les couvertures.

Il est important de noter la différence entre les normes européennes (IPE, HEA, HEB, HEM, UPE) et les anciennes normes françaises (IPN, UPN). Les profilés européens offrent généralement de meilleures performances mécaniques et une plus grande efficacité structurelle. Les normes européennes, harmonisées à travers l’Union Européenne, facilitent également les échanges commerciaux et la standardisation des constructions.

Normalisation

La normalisation, et plus particulièrement les normes européennes (EN), joue un rôle essentiel dans la définition des dimensions et des propriétés mécaniques des profilés acier. Ces normes garantissent la qualité et la sécurité des constructions métalliques, en imposant des exigences strictes en matière de matériaux, de fabrication et de performances. Le respect des normes permet également de simplifier les calculs de structure et d’assurer la compatibilité entre les différents éléments de construction. Les normes EN sont régulièrement mises à jour pour tenir compte des avancées technologiques et des nouvelles exigences en matière de sécurité et d’environnement.

Comment lire la désignation d’un profilé ?

La désignation d’un profilé contient des informations cruciales sur sa forme, ses dimensions et ses propriétés. Prenons l’exemple d’un profilé HEA 200. « HEA » indique qu’il s’agit d’un profilé en I à ailes larges de type HEA. « 200 » correspond à la hauteur du profilé en millimètres. Ainsi, un profilé HEA 200 a une hauteur de 200 mm. D’autres informations, comme la largeur des ailes et l’épaisseur de l’âme, peuvent également être trouvées dans les catalogues des fabricants.

Les assemblages : la clé de la solidité

Un assemblage est l’élément qui relie deux ou plusieurs profilés entre eux. Son rôle est de transmettre les efforts (traction, compression, cisaillement, flexion) d’un élément à l’autre. La qualité des assemblages est primordiale pour la solidité et la stabilité de la structure. Un assemblage mal conçu ou mal exécuté peut entraîner la rupture de la structure, même si les profilés sont correctement dimensionnés. Pour comprendre les assemblages, on considère qu’ils relient les profilés mentionnés précédemment.

Types d’assemblages

Il existe principalement trois types d’assemblages utilisés en charpente métallique :

• Boulonnage : Le boulonnage est une méthode d’assemblage qui utilise des boulons, des rondelles et des écrous pour relier les éléments. Il existe différents types de boulons, tels que les boulons HR (haute résistance) et les boulons standard. Le serrage contrôlé des boulons est essentiel pour assurer la bonne transmission des efforts. Les boulons HR, par exemple, sont serrés avec une clé dynamométrique pour garantir une force de serrage précise.
• Soudure : La soudure est un procédé qui consiste à fusionner les éléments à assembler en utilisant la chaleur. Il existe différents types de soudures, tels que les soudures d’angle et les soudures bout à bout. Les procédés de soudure les plus courants sont le MIG (Metal Inert Gas), le MAG (Metal Active Gas) et le TIG (Tungsten Inert Gas). Chaque procédé a ses avantages et ses inconvénients en termes de vitesse, de qualité et de coût.
• Rivets : Les rivets étaient autrefois très utilisés pour les assemblages métalliques, mais ils sont aujourd’hui moins courants. Ils sont constitués d’une tige métallique que l’on déforme à chaud ou à froid pour solidariser les éléments.

Termes spécifiques liés aux assemblages

Voici une liste de termes importants à connaitre pour bien comprendre les assemblages :

• Épaisseur de gorge : L’épaisseur de gorge est la distance entre la surface de la soudure et le point le plus profond de la pénétration de la soudure dans le métal.
• Distance entre axes : La distance entre axes est la distance entre les centres des boulons ou des rivets dans un assemblage.
• Bord libre : Le bord libre est la distance entre le bord d’un élément et le centre du boulon ou du rivet le plus proche.
• Platine d’assemblage : Une platine d’assemblage est une plaque métallique utilisée pour connecter deux ou plusieurs éléments.
• Gousset : Un gousset est une plaque métallique triangulaire utilisée pour renforcer un assemblage.

Symbolisation des soudures sur les plans

Les soudures sont représentées sur les plans techniques à l’aide de symboles normalisés. Ces symboles indiquent le type de soudure, sa dimension, sa position et d’autres informations importantes pour l’exécution des travaux. La connaissance de ces symboles est essentielle pour comprendre les plans et réaliser correctement les soudures. Consultez la norme ISO 2553 pour plus d’informations sur la symbolisation des soudures.

Éléments structurels : les acteurs principaux

Cette section se concentre sur les principaux éléments qui composent la structure métallique d’un bâtiment ou d’un ouvrage d’art. Des poutres aux poteaux, en passant par les contreventements et les planchers, chaque élément a un rôle spécifique à jouer dans la transmission des charges et la stabilité de l’ensemble. Comprendre la fonction de chaque élément est essentiel pour concevoir et construire des structures métalliques sûres et performantes.

Poutres : les éléments porteurs horizontaux

Une poutre est un élément porteur horizontal qui supporte des charges et les transmet aux appuis (poteaux ou murs). Elle est soumise à des efforts de flexion, de cisaillement et de torsion. Le choix du type de poutre dépend de la portée à franchir, des charges à supporter et des contraintes architecturales du projet.

Types de poutres

Les types de poutres utilisés en construction métallique sont variés :

• Poutre principale (maîtresse poutre) : Une poutre principale est une poutre qui supporte directement les charges principales (plancher, toiture).
• Poutre secondaire (poutrelle) : Une poutrelle est une poutre qui supporte les charges d’un plancher ou d’une toiture et les transmet à la poutre principale.
• Poutre de rive : Une poutre de rive est une poutre située en bordure d’un plancher ou d’une toiture.
• Poutre treillis : Une poutre treillis est une traverse composée d’éléments assemblés en forme de treillis. Elle offre une grande résistance pour un poids relativement faible. Un exemple courant est la poutre Warren, caractérisée par des diagonales formant un motif en « W ».
• Poutre caisson : Une poutre caisson est une traverse creuse de section rectangulaire ou trapézoïdale. Elle offre une excellente rigidité torsionnelle, ce qui la rend particulièrement adaptée aux ouvrages d’art (ponts).

Termes associés aux poutres

Il est important de connaître ces termes liés aux poutres :

• Portée : La portée est la distance entre les appuis d’une poutre.
• Flèche : La flèche est la déformation verticale d’une poutre sous l’effet des charges. Il est important de calculer la flèche admissible pour éviter des problèmes d’esthétique et de fonctionnalité.
• Moment fléchissant : Le moment fléchissant est une mesure des efforts de flexion dans une poutre.
• Effort tranchant : L’effort tranchant est une mesure des efforts de cisaillement dans une poutre.

Poteaux : les piliers de la construction

Un poteau est un élément vertical qui supporte des charges et les transmet aux fondations. Il est soumis à des efforts de compression et de flambement. Le choix du type de poteau dépend des charges à supporter, de la hauteur du poteau et des contraintes architecturales du projet.

Types de poteaux

Les poteaux peuvent être de différents types :

• Poteau central : Un poteau central est un poteau situé au centre d’une structure.
• Poteau de rive : Un poteau de rive est un poteau situé en bordure d’une structure.
• Poteau composé : Un poteau composé est un poteau constitué de deux ou plusieurs profilés assemblés pour augmenter sa résistance.

Termes associés aux poteaux

Voici les termes à connaître concernant les poteaux :

• Charge axiale : La charge axiale est la charge appliquée verticalement sur un poteau.
• Flambement : Le flambement est une déformation brusque d’un poteau sous l’effet d’une charge de compression. Il est important de calculer le flambement pour éviter la rupture du poteau.
• Élancement : L’élancement est un paramètre qui caractérise la sensibilité d’un poteau au flambement.

Contreventement : la stabilité assurée

Le contreventement est un système qui assure la stabilité de la structure contre les forces horizontales (vent, séisme). Il est essentiel pour éviter le basculement de la structure sous l’effet de ces forces.

Types de contreventement

Différents systèmes de contreventement existent :

• Croix de Saint-André : La croix de Saint-André est un système de contreventement constitué de deux barres diagonales qui se croisent.
• Voile de cisaillement : Un voile de cisaillement est une paroi verticale rigide qui résiste aux forces horizontales.
• Palée de stabilité : Une palée de stabilité est un système de contreventement constitué de plusieurs poteaux et traverses.

Termes associés au contreventement

Un terme important est :

• Raidisseur : Un raidisseur est un élément qui renforce un voile de cisaillement ou une palée de stabilité.

Planchers : la surface portante

Un plancher est une surface horizontale qui supporte des charges et sépare les niveaux d’un bâtiment. Il est soumis à des efforts de flexion et de cisaillement. Le choix du type de plancher dépend des charges à supporter, de la portée à franchir et des contraintes acoustiques et thermiques du projet.

Types de planchers

Il existe différents types de planchers utilisés en charpente métallique :

• Plancher collaborant : Un plancher collaborant est un plancher constitué d’une tôle d’acier profilée et d’une dalle de béton coulée sur place. La collaboration entre l’acier et le béton permet d’obtenir une grande résistance et une faible épaisseur.
• Plancher sec (bac acier + isolation + revêtement) : Un plancher sec est un plancher constitué d’un bac acier, d’une couche d’isolation et d’un revêtement de sol. Il offre une grande rapidité de mise en œuvre.
• Plancher en treillis soudé : Un plancher en treillis soudé est un plancher constitué de poutrelles en treillis soudé et d’une dalle de béton coulée sur place.

Protection et finition : au-delà de la structure

La protection et la finition des éléments de charpente métallique sont cruciales pour assurer leur durabilité et leur sécurité. Cette section détaille les méthodes de protection contre la corrosion et l’incendie, qui sont essentielles pour prolonger la durée de vie des structures métalliques et garantir la sécurité des occupants.

Protection contre la corrosion : assurer la longévité

La corrosion est un processus électrochimique qui détériore l’acier en présence d’oxygène et d’eau. Elle peut affaiblir la structure et entraîner sa ruine. Il est donc essentiel de protéger l’acier contre la corrosion. La norme EN ISO 12944 définit les classes de corrosivité atmosphérique.

Méthodes de protection

Différentes méthodes de protection contre la corrosion existent :

• Galvanisation (à chaud, électro-zingage) : La galvanisation consiste à recouvrir l’acier d’une couche de zinc. La galvanisation à chaud est réalisée par immersion de l’acier dans un bain de zinc fondu, tandis que l’électro-zingage est réalisé par électrolyse.
• Peinture anticorrosion : La peinture anticorrosion forme une barrière protectrice entre l’acier et l’environnement. Il existe différents types de peintures anticorrosion, tels que les peintures époxy et les peintures polyuréthane. Le choix de la peinture dépend de l’environnement et de la durabilité souhaitée.
• Métallisation : La métallisation consiste à projeter un métal (zinc, aluminium) sur l’acier à l’aide d’un pistolet thermique.

Termes associés à la protection contre la corrosion

Les termes suivants sont liés à la protection contre la corrosion :

• Passivation : La passivation est la formation d’une couche protectrice à la surface de l’acier qui ralentit la corrosion.
• Traitement de surface : Le traitement de surface est un ensemble de techniques utilisées pour préparer la surface de l’acier avant l’application d’une protection anticorrosion.
• Protection cathodique : La protection cathodique est une technique qui consiste à rendre l’acier cathodique par rapport à un autre métal, ce qui le protège de la corrosion.

Protection contre l’incendie : la sécurité avant tout

L’acier perd de sa résistance à haute température, ce qui peut entraîner l’effondrement de la structure en cas d’incendie. Il est donc essentiel de protéger l’acier contre l’incendie. La résistance au feu est exprimée en minutes (R15, R30, R60, etc.) selon la norme EN 13501-2. Les exigences en matière de résistance au feu sont définies par les réglementations nationales et locales en matière de construction.

Méthodes de protection

Voici les principales méthodes de protection contre l’incendie :

• Flocage : Le flocage consiste à projeter un matériau isolant (laine minérale, vermiculite) sur l’acier. L’épaisseur du flocage dépend de la résistance au feu souhaitée.
• Peinture intumescente : La peinture intumescente gonfle sous l’effet de la chaleur, formant une couche isolante qui protège l’acier. L’épaisseur de la peinture intumescente est calculée en fonction de la température critique de l’acier et de la durée de résistance au feu requise.
• Encoffrement béton : L’enrobage de l’acier par du béton offre une excellente protection contre l’incendie. L’épaisseur du béton d’enrobage est déterminée en fonction de la résistance au feu exigée.

Termes associés à la protection contre l’incendie

Il est important de connaître les termes suivants :

• Pare-flammes : Un élément pare-flammes empêche la propagation des flammes.
• Coupe-feu : Un élément coupe-feu empêche la propagation des flammes et de la chaleur.
• Stabilité au feu : La stabilité au feu est la capacité d’une structure à conserver sa résistance pendant un incendie.

Logiciels et outils de dessin : le langage numérique

Aujourd’hui, la conception et la fabrication de charpentes métalliques sont largement assistées par des logiciels spécialisés. Ces outils permettent de modéliser les structures en 3D, de calculer les efforts, de générer les plans d’exécution et de piloter les machines de fabrication. La maîtrise de ces logiciels est donc indispensable pour les professionnels du secteur. Ces logiciels facilitent l’application du vocabulaire technique abordé précédemment.

Présentation des logiciels les plus courants

Voici une présentation des logiciels les plus utilisés dans le domaine de la charpente métallique :

• Logiciels de CAO (Conception Assistée par Ordinateur) : AutoCAD, DraftSight, sont utilisés pour le dessin technique en 2D et en 3D. Ils offrent des fonctionnalités spécifiques pour la charpente métallique, telles que la création de profils, la gestion des assemblages et la génération de plans. AutoCAD, par exemple, permet de créer des plans d’exécution précis et de gérer les nomenclatures des matériaux.
• Logiciels de DAO (Dessin Assisté par Ordinateur) : Tekla Structures, Advance Steel, sont des logiciels de modélisation 3D dédiés à la charpente métallique. Ils permettent de créer des maquettes numériques précises et de gérer tous les aspects du projet, de la conception à la fabrication. Ces logiciels intègrent des fonctionnalités de calcul de structure, de génération automatique des plans d’exécution et de gestion des données de fabrication. Tekla Structures, par exemple, permet de simuler le comportement de la structure sous l’effet des charges et de détecter les éventuels problèmes de conception.
• Logiciels de calcul de structure : Robot Structural Analysis, SAP2000, sont utilisés pour vérifier la résistance et la stabilité des structures métalliques. Ils permettent de simuler le comportement de la structure sous l’effet des charges et de vérifier que les éléments sont correctement dimensionnés. Robot Structural Analysis, par exemple, permet de réaliser des analyses modales pour déterminer les fréquences propres de la structure et évaluer sa résistance aux séismes.

Terminologie spécifique aux logiciels

Il est nécessaire de maîtriser les termes suivants lorsqu’on travaille avec des logiciels de CAO/DAO en charpente métallique :

• DXF, DWG : DXF et DWG sont des formats de fichiers courants utilisés pour échanger des données entre les différents logiciels de CAO et de DAO.
• BIM (Building Information Modeling) : Le BIM est un processus de modélisation numérique qui permet de créer une maquette virtuelle du bâtiment, intégrant toutes les informations relatives à sa conception, sa construction et son exploitation. Le BIM facilite la collaboration entre les différents acteurs du projet et permet d’optimiser la gestion du cycle de vie du bâtiment.
• Paramétrique : La modélisation paramétrique est une technique qui permet de définir les éléments de la structure en fonction de paramètres. Si l’un de ces paramètres est modifié, tous les éléments qui en dépendent sont automatiquement mis à jour.

Comparaison des types de profilés en I

Profilé	Description	Applications courantes
IPN	Profilé normalisé, progressivement remplacé.	Renforcement, petites portées.
IPE	Profilé européen, plus performant.	Poutres, poteaux légers.
HEA	Ailes larges, bonne résistance au flambement.	Poteaux, poutres soumises à des charges importantes.
HEB	Ailes très larges, très haute résistance.	Poteaux fortement chargés, applications industrielles.

Méthodes de Protection Anti-Corrosion : Aperçu

Méthode	Avantages	Inconvénients
Galvanisation à chaud	Excellente durabilité, résistance à l’abrasion.	Aspect moins esthétique, coût plus élevé.
Peinture époxy	Large choix de couleurs, coût plus faible.	Durabilité limitée, sensible aux UV.
Métallisation	Très bonne résistance à la corrosion, adaptable aux grandes structures.	Coût élevé, nécessite un équipement spécifique.

Maîtriser le vocabulaire : la clé du succès en charpente métallique

La maîtrise du lexique de la charpente métallique est un atout majeur pour tous les professionnels du bâtiment. Elle permet de communiquer efficacement, de comprendre les plans et les documents techniques, et de réaliser des projets de qualité. Dans un contexte où les constructions métalliques sont de plus en plus complexes et innovantes, la précision du langage est un gage de sécurité et d’efficacité. L’application des normes européennes (EN) est cruciale pour assurer la qualité et la sécurité des constructions.

Le domaine de la charpente métallique est en constante évolution, avec de nouvelles techniques, de nouveaux matériaux et de nouveaux logiciels qui apparaissent régulièrement. Pour rester compétent, il est essentiel de se tenir informé des dernières avancées et de continuer à se former. La connaissance du vocabulaire précis de la charpente métallique est un levier puissant pour des projets réussis et durables. Consultez les sites web spécialisés et les formations professionnelles pour approfondir vos connaissances dans ce domaine.