POTEAUX & POUTRES

Les éléments de structure poteaux et poutres

A°) Les poteaux

a)  Définition et Rôles

Ce sont des éléments porteurs chargés de reprendre les charges et surcharges issues des différents niveaux pour les transmettre au sol par l’intermédiaire des Fondations.

Aussi, le Rôle des poteaux, ne se limite pas d’assurer la reprise des charges verticales, mais également contribuent largement lorsqu’ils sont associés à des poutres pour former des cadres ou des portiques destinés à reprendre les actions horizontales dues aux séismes et aux vents et peuvent aussi être dénommés Piles ou Piliers  pour le cas des ponts, colonnes pour le cas  de la construction métallique.  

On peut trouver trois sortes de poteau BA :
1- Poteau isolé.
2-Poteau incorporé dans l'épaisseur d'un mur d'agglos.
3- En extrémité d'un mur.

b) Sollicitations internes:

1) Eléments de réduction.(N, V, M et T)

Les poteaux sont majoritairement appelés à reprendre des efforts de compression transmis verticalement des étages supérieurs au sol à travers les fondations. L’élément de réduction correspondant à cet effort  est l’Effort Normal de Compression Noté N.

Les autres types de sollicitations internes agissant sur les poteaux, on trouve les éléments de réduction ci après:

L’effort tranchant noté V, le Moment de Flexion noté M. l’effort de Torsion  Noté T

Dans le cas d’une descente de charge (chargement vertical), c’est l’effort Normal de compression  N qui conditionne en grande partie  le pré dimensionnement des poteaux, or, dans le cas d’un calcul tenant compte des efforts Horizontaux dus principalement aux  séismes  et au vent   il ne sera plus possible de négliger les efforts internes en l’occurrence L’effort tranchant  et le Moment de Flexion dans le pré dimensionnement.

Rupture en flexion des piles de pont de la Hanshin expressway (Kobe, 1995).  

2) Flambement

c) Types, Sections utilisés dans la construction et Prédimensionnement des poteaux

 

1) Les types des poteaux

Les types des poteaux se diffèrent en fonction de la nature des matériaux les constituant, On trouve alors : 

Poteau en Acier  

Poteau Mixte  

Poteau en Béton Armé  

Poteau en Béton  

Poteau en Bois

  

N.B: Les types des poteaux les plus utilisés sont ceux en béton Armé et en Acier

2) Les Sections des poteaux et principe de Prédimensionnement

2-1) En Béton Armé.

2-1-1) Sections des poteaux En Béton Armé:

2-1-2)  Quelques Principes de Prédimensionnement des poteaux En Béton Armé

Supposons un poteau de section quelconque  A  soumis à une charge de compression W centrée.

Sous l’action de la charge W, se développe  à l’intérieur de toute section du poteau une contrainte(pression) de compression ayant pour valeur :

Rappel: le Matériaux béton ayant une contrainte limite en compression à 28 jours (à ne pas dépasser) Notée fc28, il serait alors logique d’écrire l’équation  de résistance suivante:

Ainsi, connaissant l’effort Normal ultime sollicitant un poteau que l’on notera désormais Nu  (dû aux seules charges verticales), ainsi la contrainte caractéristique en compression du béton fc28  prise égale à 25 Mpa, il devient alors facile à déterminer la section du poteau comme:

   A : représente la section du poteau

   A = a x b pour un poteau rectangulaire de cotés a et b.

   A = a2 pour un poteau carré  de coté a

   A = π x d2/4 dans le cas d’un poteau circulaire de diamètre d.

   

2-2) En Acier

2-2-1) Sections des poteaux En Acier

Contrairement aux éléments du béton qui permettent d’avoir des formes très diverses, l’utilisation de l’acier restreint de l’acier  restreint et limite pour l’Architecte  l’emploi de formes; ceci tient à la standardisation de ces éléments.  En effet; l’acier et plus particulièrement  les profilés métalliques sont des éléments issus du laminage des hauts fourneaux.

A ce titre les principales familles de profilés sont les suivantes:

                 -  Profilés de types IPE-IPN.

                 -  Profilés de types HEA- HEB- HEM.

                 -  Profilés de types UPN – UAP.

                 -  Profilés de types cornière L.

                 -  Profilés de types tubulaires carrés- rectangulaires- ou creux.

Sur la figue suivante sont représentés quelques uns des profilés:

         

2-2-2)  Quelques Principes de Prédimensionnement des poteaux En Acier.

Une fois la section du profilé déterminée par calcul, on passe aux tableaux des profilés pour choisir lequel de ces derniers conviens le mieux au problème étudié

B°)  Les poutres

a)  Définition et Rôles

Les poutres sont des éléments porteurs horizontaux chargés de reprendre les charges et les surcharges se trouvant  sur les planchers pour les retransmettre aux poteaux, Appelées aussi, Pannes, Frames…

Le chargement ou encore les charges agissant sur les poutres de plancher sont essentiellement des charges verticales(poids propre, et surcharges d’exploitation, ou de neige).

A noter que ces surcharges sont supposées uniformément réparties mais parfois ces mêmes charges peuvent être ponctuelles.

Ainsi, les planchers recevant les charges(permanentes, et d’exploitation) , en s’appuyant  sur les poutres transmettent à ces dernières  par réaction d’appui ces mêmes charges, qui seront transmises aux éléments porteurs verticaux toujours par le même principes d’action réaction.

Répartition des charges  sur les poutres de plancher

b)  Sollicitations internes: Eléments de réduction

Sous l’action des charges uniformément distribuées par unité de longueur, il se développe  en toute sections de la poutre de plancher un ensemble  d’efforts internes qui se réduisent  à :

Ø      Moment de flexion  M:

                          - flexion simple, sans effort Normal N de compression. 

                          - flexion composée avec  effort Normal N de compression.

Ø       Effort tranchant  T

c)  Types, Sections utilisés dans la construction et Prédimensionnement des poutres

1) Les types de poutre

Les types des poutres se diffèrent en fonction  également de la nature des matériaux les constituant, On trouve alors :   

Ø        Poutres  en Béton Armé.

Ø        Poutres en Acier.

Ø        Poutres en béton Précontraint

Ø       Poutres  Mixtes.

Ø       Poutres en Bois.

N.B: Les types des poutres les plus utilisés sont ceux en béton Armé en Béton Précontraint  et en Acier

2) Les Sections des poutres  et principe de Prédimensionnement

2-1) En Béton Armé.

2-1-1) Sections des poutres En Béton Armé.

On peut aussi rencontrer quelques fois des poutres de forme en I ou de T avec ou sans talon. Ce genre de poutres est en général utilisé pour les ponts et les ouvrages d’Arts, à noter qu’en général ces poutres sont des éléments précontraints.

Types d’appuis ou de liaison poutre poteau

Conception des systèmes de poutres

Système de Poutre isostatique

Le Moment au droit des appuis intermédiaires est Nul, M(x) = 0

Système de Poutre Hyperstatique ou continue

Le Moment au droit des appuis intermédiaires est Non Nul  M(x) ≠ 0

2-1-2) Ferraillage  des poutres En Béton Armé.

Cas de la Flexion

Cas de l’effort tranchant

Poutre isostatique constituée par l’empilement de planchettes, simplement appuyée soumise à une charge uniformément répartie

Il ya eu lieu manifestation d’un glissement  sous l’effet de l’effort tranchant

De ce fait, il est clair que pour éviter à ce que la poutre se rompt par cisaillement, il est nécessaire de renforcer les planchette par des Clous.

En réalité, ce rôle joué par les clous est assuré par les armatures transversales/ cadres, épingles, et étriers

Armatures d'effort tranchant (cadres) le long d'une poutre

2-1-2) Quelques principes de prédimensionnement des poutres En Béton Armé.

Lorsqu’il s’agit de prédimensionner une poutre, c’est-à-dire choisir forfaitairement la largeur b et la Hauteur H d’une poutre rectangulaire par exemple on aura recours au tableau suivant.

Sachant que L désigne la Portée

2-2 ) Poutres en Acier

2-2-1) Sections des poutres.

Dans la construction métallique, on utilise généralement trois types distincts de poutres.

1. Les poutres à Ame Pleine, constituées par des profilés laminés à chaud de type IPE, IPN et parfois, mais rarement, en HEA, HEB.  Pour une utilisation ordinaire (surcharge d’exploitation modérées)

Les portées à franchir par ce genre de poutres sont comprises dans l’intervalle ci- après:

              5m < Lpoutre < 10m (maximum)

         et la hauteur de la poutre est telle que:

               1/40 <H/LPOUTRE < 1/30.

2.Les poutres à Ame Pleine Ajourées, ces dernières sont une reconstitution après découpage soudage de poutre à Ame pleine. L’intérêt de ce genre de conception est une inertie beaucoup plus intéressante (forte) comparée à celle du profilé de départ. La figure suivante  représente une poutre ajourée obtenue à partir d’un profilé type IPE

Les portées à franchir par ce genre de poutres ne dépasse pas plus de 12 m  avec des planchers recevant des surcharges d’exploitation importantes

Constitution d'une poutre ajourée en acier

3.  Les poutres en Treillis est une conception permettant le franchissement de portée importantes. Elles se rencontrent souvent dans les constructions de type hangar, mais elles sont utilisées dans les planchers de structures associant portée  et surcharges importantes.

              10m < Lpoutre < 50m (maximum)

         et la hauteur de la poutre est telle que:

               1/23 <H/LPOUTRE < 1/30.

Eléments métalliques en Arc

Grâce à ce type de structures portante, On pourra franchir des portées assez importantes avec de moindres coût.

Les portées dans ce cas varient Comme suit:

En général le choix des différentes grandeurs se fait sur la base des Formules suivantes

    1/15 <H/LPOUTRE < 1/10.

    1/60 <H/LPOUTRE < 1/50 ( pour les éléments de la structures qui sont très minces, donc solution économique)