ArcelorMittal, l'un des principaux producteurs mondiaux de profilés en acier utilisés dans la construction, a créé ce manuel qui rassemble des conseils et des informations sur la connexion des profilés en acier jumbo et super jumbo dans les structures de bâtiment non soumises à des charges sismiques. Il s'adresse aux concepteurs et leur offre un aperçu des meilleures pratiques internationales et des ressources supplémentaires par rapport aux normes de construction européennes et américaines habituelles.

Le manuel s'inspire largement de l'ouvrage de l'ECCS (European Convention for Constructional Steelwork) intitulé « Joints in steel and composite structures », qui se concentre sur les connexions structurelles et couvre des sujets tels que la conception, la fabrication et l'assemblage de ces connexions.

Optimiser la conception et les coûts

Ce manuel fournit des lignes directrices pour concevoir, construire et assembler efficacement des projets impliquant des sections d'acier de grande taille et exceptionnellement épaisses, connues sous le nom de «formes jumbo » et « formes super jumbo ». Ces profilés ont des épaisseurs d'ailes égales ou supérieures à 50 mm, telles que définies par les normes EN 10365 et AISC 360 (2016). En raison de leur taille et de leur épaisseur, une attention particulière est nécessaire lors de l'assemblage de ces formes d'acier afin de garantir la sécurité et l'intégrité structurelle.

L'acier est un matériau anisotrope, ce qui signifie que ses propriétés varient en fonction du sens de laminage. Pour les profilés laminés à chaud, les meilleures propriétés se trouvent dans la direction du laminage, et il est essentiel de prendre en compte les propriétés sur toute l'épaisseur du matériau (propriétés à travers l'épaisseur). Ceci est particulièrement important pour les connexions soudées, où une mauvaise planification peut conduire à des tensions de soudure dépassant la résistance du matériau. Par conséquent, une planification et une coordination minutieuses entre les parties prenantes du projet - notamment les ingénieurs concepteurs, les architectes, les ateliers de fabrication, les assembleurs/monteurs, les bureaux de contrôle de la qualité et les fournisseurs - sont essentielles pour créer des connexions efficaces.

Tout au long des étapes de conception, de dessin, de fabrication et de montage d'une structure en acier, il est possible d'optimiser le rapport coût-efficacité. Les concepteurs et les dessinateurs peuvent travailler ensemble pour trouver les solutions les plus efficaces, en tenant compte des capacités du fabricant. La préfabrication des composants en atelier permet non seulement de rationaliser le transport et l'installation sur le site, mais aussi d'influencer la conception des types de connexion, ce qui peut avoir un impact positif sur les coûts du projet. Plus la préfabrication en atelier est importante, plus la qualité et la rentabilité des structures en acier sont élevées.

Exigences de conception et spécifications des matériaux

Les connexions doivent être suffisamment solides pour supporter les forces appliquées sans compromettre la stabilité de la structure. Elles doivent être conçues pour

• être suffisamment robustes pour garantir l'intégrité structurelle
• minimiser les effets supplémentaires sur la structure
• permettre une rotation suffisante
• être capables de supporter des charges cycliques si nécessaire.

Les connexions soudées de profilés jumbo et super jumbo, en particulier ceux fabriqués en acier à haute résistance, requièrent une expertise spécifique. Il s'agit de comprendre le processus de soudage et de choisir les matériaux d'acier appropriés, y compris les métaux d'apport. Les connexions soudées, en particulier ceux qui sont soumis à des forces de tension et de flexion, doivent faire l'objet d'une attention particulière.

Nous recommandons aux concepteurs de consulter le service de conseil technique d'ArcelorMittal (steligence.engineering@arcelormittal.com) pour obtenir des conseils, en particulier lorsqu'il s'agit d'épaisseurs de brides supérieures à 50 mm pour l'acier de nuance ML et à 80 mm pour l'acier de nuance M.

Contenu de ce manuel

Le chapitre 1 explique comment le choix du bon type d'acier est crucial pour assurer la longévité d'une structure. Il fournit des conseils d'ArcelorMittal sur la manière de sélectionner la nuance d'acier appropriée tout au long du processus de conception, depuis les étapes initiales jusqu'à l'utilisation de l'acier en tant qu'élément structurel. Le chapitre aborde en détail des concepts tels que la ductilité, les propriétés à travers l'épaisseur et les caractéristiques des matériaux. Il introduit également le concept de ténacité à la rupture et explique son importance. Le chapitre approfondit la méthodologie de sélection des matériaux sur la base de la ténacité à la rupture conformément à une norme spécifique, EN 1993-10 : 2005, en particulier pour les composants soumis à une charge de compression quasi-statique.

Le chapitre 2 traite en détail des connexions soudées, depuis les principes du code de conception jusqu'à la perspective métallurgique. Il souligne l'importance de la préparation des poutres jumbo avant le soudage afin de garantir la qualité et de minimiser les coûts de fabrication. Le chapitre explique comment la nature ductile de l'acier ne se traduit pas nécessairement par une structure ductile et explique l'emplacement stratégique des trous d'accès aux soudures. En outre, il traite de l'arrachement lamellaire, un type de fissure lié au soudage dans le matériau de base, et fournit des conseils pour l'éviter et la détecter. Différents paramètres de soudage, tels que les procédés de soudage, les électrodes, l'apport de chaleur et le traitement thermique après soudage, sont mis en évidence comme étant cruciaux pour réaliser des soudures correctes et garantir des assemblages fiables.

Le chapitre 3 classe les connexions en fonction de leur rôle structurel et des charges externes qu'ils supportent. Il comprend des catégories telles que les connexions soumis à des charges de traction et de compression, les jonctions de poutres et de colonnes, les treillis et les assemblages poutre-colonne. Le chapitre présente également des exemples de structures réelles utilisant des connexions de formes jumbo.

Le chapitre 4 aborde les facteurs clés qui influencent la connexion des profilés jumbo, notamment les considérations architecturales, la spécification de la forme et de la nuance d'acier appropriées, les processus de fabrication, les mesures de sécurité et les exigences en matière de transport.

Le manuel est complété par plusieurs annexes : L'annexe A présente un exemple de soudage bout à bout avec H5 de HD 400 x 1299 (tf = 140mm) en HISTAR® 460, les annexes B et C détaillent la spécification appropriée de l'acier pour un poteau sous compression axiale et excentrique respectivement pour éviter la rupture fragile, et l'annexe D fournit un exemple de conception pour une jonction de colonne de type palier sans tension nette (HD 400 x 744 et HD 400 x 990).

Texte :
Constructalia
ArcelorMittal Global R&D

Photos :
ArcelorMittal

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ArcelorMittal a contribué à l’un des plus grands projets ferroviaires polonais de la dernière décennie : la reconstruction du corridor ferroviaire E-30 à Cracovie et la modernisation de plusieurs gares, reliant deux districts de Cracovie.

Le projet

Commencé en 2017, les travaux du corridor ferroviaire E-30 comprennent la reconstruction totale d’un pont ferroviaire sur le plus grand fleuve polonais, la Vistule, dans le centre-ville de Cracovie.

Initialement, une simple rénovation partielle était prévue avec l’ajout de deux ponts supplémentaires de part et d’autre du tablier existant, mais après analyses techniques et financières, il a été décidé de faire un ensemble complet de trois nouveaux ponts. En 2020, la ville de Cracovie et l’investisseur, PKP PLK S.A., ont convenu d’étendre la portée des travaux en installant une piste cyclable et piétonne sur le tablier extérieur, entraînant une modification de la conception et augmentant la largeur du pont.

HISTAR® pour une construction hors normes

ArcelorMittal et son beam finishing centre (BFC-LPL) basé à Niederkorn, au Luxembourg, ont alors fournis 1300 tonnes de HISTAR® 460 et ont été commissionnés afin de réaliser le découpage, le cintrage et le chanfreinage des poutrelles pour la préparation des soudures sur le chantier du pont. Avec une longueur totale de 229 mètres, sa plus grande dalle de béton armé couvre 1 200 m3, et son coulage a duré vingt heures en continue. Caractéristique unique de la solution : l’utilisation de sections HD 400 (tailles variables) HISTAR® 460 pour les éléments de l’arche sur lesquels l’ensemble du pont est suspendu. L’utilisation de profilés HD robustes dans ce projet unique a permis de réduire considérablement le volume de matériau nécessaire et d’accélérer le processus d’assemblage sur site.

Aujourd’hui, il s’agit du pont ferroviaire le plus long et le plus mince de ce type jamais construit en Europe. Après la mise en service du premier côté du pont en mai 2020, le deuxième pont à double voie (le plus central) a vu le jour en juin 2022. C’est en mai 2023 que le troisième pont a été ouvert pour le trafic ferroviaire.

Texte :
ArcelorMittal Luxembourg
Constructalia

Photos :
© ArcelorMittal Europe

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TTV (Thickness Toughness Validator) est un outil développé en interne par ArcelorMittal Steligence® Engineering. Il s'agit d'un outil simple permettant de valider la sélection des sous-groupes de ténacité conformément aux recommandations et aux exigences de la norme EN 1993-1-10. Cette norme fournit des conseils de conception pour la sélection de l'acier pour la ténacité à la fracture, imposant des épaisseurs maximales de détail en fonction du matériau, de la température et du niveau de charge. La méthode simplifiée (EN 1993-1-10, clause 2.3) est basée sur une simple vérification de tableau. Comme elle est générale, elle repose sur des hypothèses sûres qui ne correspondent pas toujours aux spécifications caractéristiques du projet. La méthode avancée (EN 1993-1-10, clause 2.4), basée sur des méthodes de mécanique de la fracture plus avancées, a donc été mise en œuvre afin d'effectuer une vérification plus spécifique et de fournir des résultats plus avancés. Cet outil est entièrement basé sur les méthodes de base de l'Eurocode et leur application. Ainsi, la méthode avancée fournira les mêmes résultats que les tableaux de la méthode simplifiée si les mêmes hypothèses sont introduites. Le guide d'utilisation et les exemples de validation sont fournis dans le dossier de téléchargement de l'outil.

L'objectif de cet outil est de diffuser les connaissances et les techniques de conception de structure pour un sujet qui est souvent moins connu des concepteurs. Avec TTV, le processus de vérification des détails en acier selon les exigences de ténacité sera plus facile et accélérera le flux de travail. De plus, TTV inclut des méthodes avancées autorisées par les normes de conception, ce qui donne à l'utilisateur un choix supplémentaire de méthodes de vérification.

Le département de Steligence® Engineering est une équipe d'experts en construction en acier dédiée au soutien des concepteurs dans une variété de sujets. L'équipe peut être contactée à l'adresse suivante : steligence.engineering@arcelormittal.com

Texte :
ArcelorMittal Steligence®
Constructalia

Photos :
ArcelorMittal Steligence®

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