EN 1993-1-10 – Choix des aciers vis-à-vis de la ténacité à la rupture – Partie 2/4

Le choix des aciers vis-à-vis de la ténacité à la rupture doit être effectué conformément à la section 2 de la norme NF EN 1993-1-10 [1] et son annexe nationale [2]. Cette section présente un tableau (Tableau 2.1) qui donne la valeur admissible maximale de l’épaisseur d’une plaque en fonction de sa nuance d’acier, de sa ténacité, d’une température de référence et de son taux de travail.

L’utilisation du Tableau 2.1 est une méthode basée sur des valeurs tabulées offrant la possibilité de choisir la qualité de l’acier sans procéder à des calculs justificatifs par la mécanique de la rupture. Il s’agit donc d’une méthode enveloppe qui place en sécurité.

Cette fiche participe d’un ensemble de 4 fiches :

• Partie 1/4 – Conditions d’utilisation et d’application de la Section 2
• Partie 2/4 – Paramètres d’entrée du Tableau 2.1
• Partie 3/4 – Exemple d’utilisation du Tableau 2.1
• Partie 4/4 – Essai Charpy pour déterminer la ténacité d’un matériau

Paramètres d’entrée, T_Ed et σ_Ed, du Tableau 2.1

Température de référence T_Ed

La température de référence T_Ed au site potentiel de rupture est définie par l’expression ;

Où 

 T_md   Température atmosphérique la plus basse avec une période de retour spécifiée. L’annexe nationale de la norme [6] indique que pour cette température :

• Pour les ossatures extérieures et pour les ossatures de bâtiments non chauffés on se reportera à l’annexe nationale [4] de la norme NF EN 1991-1-5 [3]. On considérera donc la valeur de T_min ; température minimale de l’air sous abri avec une probabilité annuelle d’être dépassée de 0,02 (équivalant à une période moyenne de retour à 50 ans.
• Pour les ossatures de bâtiments chauffés, on retiendra la valeur selon les documents particuliers du marché, à défaut la valeur de 0°C.
• Dans les départements et régions d’Outre-Mer, pour les ossatures de bâtiments chauffés on retiendra la valeur maximale entre 0°C et la température extérieure minimale déterminée selon la norme [3] ; soit une valeur égale à min{0°C;T_min = + 10°C} = + 10°C

Elle indique également que pour les conditions d’exploitation particulières, la valeur de la température doit être définie dans les documents de marché

  ΔT_r  Terme de correction pour les pertes par rayonnement. La norme [1] renvoie à la norme [3] mais en l’absence d’indication précise de cette norme sur l’identification de ce paramètre, on utilisera par défaut et dans le cadre de l’utilisation du Tableau 2.1 la valeur suivante  ΔT_r = -5° C pour des éléments exposés au rayonnement et ΔT_r = 0° C pour des éléments non exposés.

ΔΤ_σ    Décalage de température induit par la contrainte et la limite d’élasticité du matériau, l’imperfection de type fissure et la forme et les dimensions de l’élément. Une valeur de  ΔΤ_σ = 0° C peut être considérée lorsqu’on reste dans les limites du Tableau 2.1 de la norme [1].

   ΔT_R  Terme de sécurité, si nécessaire, destiné à différencier le niveau de faisabilité. Une valeur de  ΔT_R = 0° C peut également être considérée lorsqu’on reste dans les limites du Tableau 2.1 de la norme [1].

   ΔΤ_έ Terme de correction pour une vitesse de déformation autre que la vitesse de déformation de référence έ₀. Les valeurs du Tableau 2.1 de la norme [1] ayant été établi sur la base de la vitesse de déformation de référence, couvrant les effets dynamiques pour la plupart des situations de calcul durables et transitoires, il peut être considéré une valeur de ΔΤ_έ = 0°C.

 ΔΤ_εcf Terme de correction pour le degré de formage à froid.

Pour les produits laminés à chauds (EN 10025 [5]) et les profils creux finis à chaud (EN 10210 [6]), on a donc ΔΤ_εcf = 0° C.

Pour les profils creux de construction formés à froid (EN 10219 [7]), on se reportera au rapport commun JRC-ECCS (voir référence [8]) qui donne :

• Pour les sections creuses circulaires

Où ε_eff est la valeur moyenne de la déformation plastique dans la section nette de l’éprouvette Charpy-V prélevée longitudinalement dans la paroi. Les expressions pour déterminer ε_eff  sont données dans le tableau suivant :

Il est permis :

• Pour r_i/t > 15 de négliger le terme de correction ΔΤ_εcf (ΔΤ_εcf = 0° C )
• Pour r_i/t ≤ 15 d’utiliser la valeur maximale ΔΤ_εcf = -20° C
• Pour les sections creuses rectangulaires 

On peut considérer :

• Pour t ≤ 16 mm , ΔΤ_εcf = -35° C
• Pour t > 16 mm , ΔΤ_εcf = -45° C

En conséquence, comme l’utilisation du Tableau 2.1 n’est possible qu’à condition de rester dans ses limites, la température de référence se réduit à :

Note

Dans le tableau 2.1 de la norme NF EN 1993-1-10 [1], la température de référence T_Ed minimale est de -50°C. on constate que pour les profils creux de construction formés à froid, avec des températures extrêmes minimales de l’air se situant entre -15°C et -30°C, les possibilités d’utiliser le Tableau 2.1 sont limitées.

Cependant dans la prochaine version de la norme NF EN 1993-1-10, le tableau 2.1 devrait réduire la valeur minimale de la température de référence de -50°C (valeur actuelle) à -120°C.

Contrainte σEd accompagnant la température de référence T_Ed

La contrainte σ_Ed accompagnant la température de référence T_Ed est obtenue à partir de la combinaison d’action suivante :

 avec :

•  A Action accidentelle dominante est la température de référence T_Ed,
• ΣG_k  Actions permanentes
•  Ψ₁ Q_k1Valeur fréquente de la charge variable
•  ΣΨ_2,i Q_ki Valeurs quasi permanentes des charges variables d’accompagnement

Notes :

• Les coefficients  Ψ₁ et Ψ₂ doivent être conforme à la norme EN 1990 [9].
• Comme l’action de base est la température de référence T_Ed, la contrainte maximale σ_Ed ne dépassera pas en général 75% de la limite d’élasticité.
• Il convient de déterminer les contraintes de référence σ_Ed au moyen d’une analyse élastique prenant en compte les effets secondaires des déformations.

Références

[1] – NF EN 1993-1-10 – Eurocode 3 – Calcul des structures en acier – Partie 1-10 : Choix des qualités d’acier – AFNOR – Décembre 2005.

[2] – NF EN 1993-1-10/NA – Annexe nationale à la NF EN 1993-1-10 : 2005 – AFNOR – Avril 2007.

[3] – NF EN 1991-1-5 – Eurocode 1 : actions sur les structures – Partie 1-5 : actions générales – Actions thermiques – AFNOR – Mars 2004.

[4] – NF EN 1991-1-5/NA – Annexe Nationale à la NF EN 1991-1-5 :2004 – AFNOR – Février 2008.

[5] – NF EN 10025-1 à 10025-6 – Produits laminés à chaud en aciers de construction – AFNOR – Éditions en vigueur.

[6] – NF EN 10210-1 – Profils creux de construction finis à chaud en aciers non alliés et à grains fins – Partie 1 : conditions techniques de livraison – AFNOR – Juillet 2006.

[7] – NF EN 10219-1 – Profils creux de construction soudés, formés à froid en aciers non alliés et à grains fins – Partie 1 : conditions techniques de livraison – AFNOR – Août 2006.

[8] – Feldmann M. et al. – Choice of Steel Material to Avoid Brittle Fracture for Hollow Section Structures – Rapport commun JRC – ECCS (programme du CEN / TC250 and CIDECT) – JRC72702, EUR 25400 EN – 2012.

[9] – NF EN 1990 – Eurocodes structuraux – Base de calcul des structures – AFNOR – Mars 2003.

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Pascal Mangin, chef de projets études, CTICM