Annexe G (normative) Plaques nervurées - détermination des portées et des charges utiles

NOTE

Ce texte figure provisoirement en annexe au DTU 40.35, en attendant la parution de documents particuliers qui la remplaceront.

G.1 Généralités

Les portées utiles des plaques d'acier nervurées peuvent être déterminées à l'aide d'essais, ou de calculs à partir du DTU « Règles de calcul des constructions à éléments à parois minces en acier » de décembre 1978 (P 22-703).

La présente annexe a pour objet de définir les conditions de détermination des portées à partir d'essais.

G.2 Exécution des essais de flexion

G.2.1 Modalités

Elles sont définies dans la norme NF P 34-503.

G.2.2 Programme d'essais de flexion

Ce paragraphe définit le type et le nombre minimal d'essais à exécuter. Des essais complémentaires peuvent être réalisés afin de préciser ou de compléter le domaine d'emploi des plaques nervurées (essais sur portées intermédiaires, essais sur portées réduites, essais d'arrachement avec densité de fixations réduite, ...).

La démarche rationnelle pour la conduite des essais est la suivante :

G.2.2.1 Essai C - essai de charge concentrée

L'essai consiste à déterminer expérimentalement la portée maximale sur deux appuis d'une plaque pour laquelle la ruine survient sous une charge concentrée supérieure ou égale à 200 daN.

G.2.2.2 Essai sous charges linéaires « ascendantes » - essais A _i

Les essais à réaliser sont au minimum ceux indiqués dans le tableau G.1 :

Tableau G.1

La grande portée est généralement celle correspondant à la portée déterminée conformément à G.2.2.1. Toutefois, compte tenu du poids du système de transmission des charges, il est recommandé d'envisager une portée d'essai correspondant à une charge d'au moins 75 daN/m² pour une valeur de flèche à mi-travée lors de l'essai égale au 1/200 de la portée.

La petite portée est choisie pour une charge maximale, lors de l'essai de référence, supérieure à 500 daN/m².

Les maquettes sont fixées aux appuis selon les dispositions de la norme à raison d'une fixation par nervure et par appui.

Les essais sont normalement réalisés avec des fixations disposées en sommet des nervures principales des plaques. Ils peuvent cependant être effectués avec les fixations disposées en plage, en particulier lorsque le fabricant n'envisage que ce type d'assemblage.

Dans le cas de fixations en sommet de nervure, il n'est pas utilisé de cavaliers, lorsque les tôles présentent une épaisseur supérieure ou égale à 0,88 mm.

G.2.2.3 Essais sous charges linéaires descendantes sur deux ou trois appuis - essais D _i

Les essais à réaliser sont ceux indiqués au tableau G.2 :

Tableau G.2

La grande portée correspond généralement à la portée déterminée conformément à G.2.2.1. Toutefois compte tenu du poids du système de transmission des charges, il est recommandé d'envisager une portée (l'essai correspondant à une charge d'au moins 75 daN/m² pour une valeur de flèche à mi-travée lors de l'essai égale au 1/200 de la portée.

Pour garder les essais existants, la petite portée est choisie pour une charge maximale, lors de l'essai de référence, supérieure à 500 daN/m².

G.3 Interprétation des résultats des essais de flexion pour une épaisseur donnée de plaque d'acier nervurée

G.3.1 Résultats des essais

G.3.1.1 Essai de charge concentrée (C)

Cet essai sert à déterminer la portée maximale non corrigée des plaques (voir G.3.3.3.2), indépendamment des performances sous chargement réparti.

La charge de ruine est notée C pour une portée L_c.

Elle doit être supérieure à 200 daN.

G.3.1.2 Essais sous charges linéaires

Corrections des graphiques charge/flèche :

Le bombement éventuel des éléments avant mise en charge peut introduire un décalage des graphiques charge-déformation par rapport à l'origine des coordonnées (charges en ordonnées, flèches en abscisses).

La correction est effectuée en prenant, pour origine réelle des charges, l'intersection de la droite représentative de la variation des flèches avec l'axe des ordonnées.
Charges :

Pour chaque essai réalisé, les charges suivantes sont relevées dans le tableau G.3 :

Tableau G.3

NOTE
Les poids propres des maquettes doivent être inclus aux valeurs des charges de ruine (R_i) et de « déformation permanente » (D_i).

G.3.2 Interprétation des résultats des essais

G.3.2.1 Principe

A partir des essais, on détermine les valeurs :

pour les grandes portées :
- des moments d'inertie sous charge répartie descendante ;
- des moments de flexion correspondant d'une part, à la ruine en travée des plaques, d'autre part, au critère d'apparition de déformation permanente sur appui intermédiaire.
pour les petites portées :
- des réactions d'appui maximales (charges descendantes) ;
- ou des efforts d'arrachement maximaux (charges ascendantes) correspondant d'une part, au critère d'apparition de déformation permanente sur appui intermédiaire, d'autre part, à la charge (répartie) maximale notée lors de l'essai.

Ensuite, essai par essai, les valeurs ci-dessus sont corrigées afin de tenir compte notamment des écarts entre épaisseur et limite d'élasticité des tôles essayées et épaisseur et limite d'élasticité nominales des tôles.

Enfin, pour chaque cas de chargement, on détermine les valeurs de calcul :

des moments d'inertie sous charge répartie descendante ;
des moments de flexion ;
des réactions sur appui en charge descendante ;
des efforts d'arrachement aux appuis en charge ascendante.

G.3.2.2 Facteurs de correction (épaisseurs, limites d'élasticité, essais)

Soit :

t_n = épaisseur nominale de la tôle d'acier galvanisée ;
t_e = épaisseur moyenne de la tôle d'acier galvanisée mesurée sur chaque maquette ;
f_y = limite d'élasticité minimale garantie ;
f_ye = limite d'élasticité moyenne mesurée sur chaque maquette.

γ_t = coefficient ayant les valeurs suivantes selon la tolérance sur épaisseur des tôles d'acier galvanisées (P 34-310:1994).
- tolérances décalées (D) : 1,00
- tolérances normales (N) : 0,93

On procède essai par essai aux corrections en multipliant les moments d'inertie et les moments de flexion calculés par les facteurs ci-dessous :

Moments d'inertie :
Moment de flexion sous chargement réparti :
Moment de flexion sous charge concentrée :
Réaction d'appui ou effort d'arrachement à l'appui :

G.3.2.3 Valeurs de calcul

G.3.2.3.1 Définitions

Pour chaque plaque, il y a lieu de déterminer les valeurs de calcul suivant le tableau G.4 :

Tableau G.4

G.3.2.3.2 Moment de flexion sous charge concentrée

A partir de l'essai de charge concentrée, on détermine un moment de flexion comme suit :

G.3.2.3.3 Action des charges réparties ascendantes

Comme indiqué en G.2.2.2, les essais sont réalisés avec les fixations disposées en sommet de nervure principale, à raison d'une fixation par nervure et par appui.

Le fabricant peut envisager d'autres modes de fixation tels que :

Fixations en sommet de nervure principale :

Fixations réduites sur appui intermédiaire sachant que le minimum est d'une fixation à chaque rive et une troisième fixation sur une nervure principale intermédiaire.
Fixations en plage :

Selon la répartition proposée par le fabricant sachant que sur les appuis extrêmes une fixation doit être disposée au pied de chaque nervure de rive et au pied de chaque nervure principale intermédiaire (sauf si le nombre de fixations dépasse 6 par largeur de plaque lors des essais).

Sur appui intermédiaire, le nombre minimal de fixations correspond à une fixation au pied de chaque nervure de rive et une troisième au pied de l'une des nervures principales intermédiaires.

Moments de flexion conventionnels :

A partir des essais sur deux et trois appuis, on détermine les moments de flexion conventionnels suivants :

En l'absence d'essais spécifiques, les valeurs ci-dessus peuvent être reprises pour le cas de la fixation en plage si toutes les nervures sont fixées en pratique.

En l'absence d'essais spécifiques pour les cas où toutes les nervures ne sont pas fixées sur appui intermédiaire, on pondère les valeurs des moments M_a2T, M_a3T, M_a3A, en tenant compte du nombre de nervures fixées, soit :

où :
- n⁺ est le nombre de nervures principales par largeur de plaque (chaque nervure de rive compte pour 1/2) ;
- n ^- est le nombre de nervures principales fixées par largeur de plaque (chaque nervure de rive compte pour 1/2).
Efforts d'arrachement conventionnels :

A partir de l'essai sur trois appuis (petite portée), on détermine les efforts d'arrachement conventionnels suivants :

Ces valeurs d'effort d'arrachement sont conventionnelles car pour obtenir des valeurs réellement significatives, il faudrait faire les essais avec des portées excessivement courtes sans rapport avec le domaine d'emploi courant (dépressions dues à l'action du vent « normal » inférieures ou égales à 200 daN/m²).

La vérification de ces efforts conventionnels telle que prévue en G.5 permet de faire les extrapolations à des charges supérieures à 200 daN/m² tout en assurant un niveau de sécurité à la rupture supérieur au niveau habituellement requis.

Dans le cas de rupture des assemblages, la valeur S_a est déterminée en remplaçant dans la formule le coefficient 0,80 par 0,50.

En l'absence d'essais spécifiques, les valeurs ci-dessus peuvent être reprises pour le cas de la fixation en plage si toutes les nervures sont fixées en pratique.

En l'absence d'essais spécifiques, pour le cas où toutes les nervures ne sont pas fixées sur appui intermédiaire, on pondère les valeurs de l'effort d'arrachement S _a en tenant compte du nombre de nervures fixées, soit :

où :
- n⁺ est le nombre de nervures principales par largeur de plaque (chaque nervure de rive compte pour 1/2) ;
- n^- est le nombre de nervures principales fixées par largeur de plaque (chaque nervure de rive compte pour 1/2).

G.3.2.3.4 Action des charges réparties descendantes

Moments d'inertie conventionnels :

A partir des essais sur deux ou trois appuis sous charge descendante, on détermine les moments d'inertie conventionnels suivants :
- travée simple :
- travée double :
- autres cas de continuité :
ou :
- E est le module d'Young : 210 000 N/mm² ;
- U _i est la charge ;
- L _i est la portée ;
- f _i est la flèche pour la charge U _i à la portée L _i.
Moments de flexion conventionnels :

A partir des essais sur deux ou trois appuis sous charge descendante, on détermine les moments de flexion conventionnels suivants :
Réaction d'appui maximale conventionnelle :

A partir de l'essai sur trois appuis (petite portée) sous charge descendante, on détermine les réactions d'appui maximales conventionnelles suivantes :

Ces valeurs de la résistance des plaques sur appui sont conventionnelles car pour obtenir des valeurs réellement significatives il faudrait faire les essais avec des portées excessivement courtes sans rapport avec le domaine d'emploi courant (charges descendantes non pondérées inférieures ou égales à 250 daN/m²).

La vérification de ces résistances conventionnelles telle que prévue en G.5 permet de faire les extrapolations à des charges supérieures à 250 daN/m² tout en assurant un niveau de sécurité à la rupture supérieur au niveau habituellement requis.

G.4 Interpolations et extrapolations

G.4.1 Rn termes d'épaisseur et de limite d'élasticité

Les valeurs de calcul sont interpolables par simple proportionnalité des épaisseurs nominales soumises à l'essai.

Les valeurs de calcul sont extrapolables :

pour les épaisseurs nominales supérieures : par simple proportionnalité du rapport des épaisseurs nominales ;
pour les épaisseurs nominales inférieures : par simple proportionnalité des épaisseurs nominales, dans la limite d'un écart de 10 %, et à condition que la limite d'élasticité nominale soit accrue dans le même rapport, conformément aux principes de G.3.2.2.

G.4.2 En termes de critère de flèche

Les moments d'inertie restent valables pour des critères de flèche plus sévères que le 1/180 de la portée.

G.5 Principe de vérification des plaques nervurées

G.5.1 Symboles et définitions

Les principaux symboles utilisés sont :

Tableau G.5

G.5.2 Action des charges descendantes

G.5.2.1 Travée simple

G.5.2.1.1 Sécurité à la pose - situation exceptionnelle

G.5.2.1.2 Intégrité - sécurité au montage - Situation normale

Tableau G.6

G.5.2.1.3 Situation d'exploitation normale

Les charges d'exploitation considérées sont essentiellement les charges dues à la neige ou au vent.

Résistance (voir tableau G.7) :

Pour chaque cas de charge, la résistance doit être vérifiée pour une répartition élastique des sollicitations.

Tableau G.7
Flexibilité (voir tableau G.8) :

Tableau G.8

G.5.2.2 Travées multiples

G.5.2.2.1 Sécurité à la pose - situation exceptionnelle

G.5.2.2.2 Intégrité - sécurité au montage - situation normale

Pour chaque cas de charge, la résistance doit être vérifiée pour une répartition élastique ou pour une répartition élasto-plastique (plusieurs travées chargées) des sollicitations ; la répartition la moins sévère peut être retenue.

Tableau G.9

G.5.2.2.3 Situation d'exploitation normale

Les charges d'exploitation considérées sont essentiellement les charges dues à la neige ou au vent.

Résistance :

Pour chaque cas de charge, la résistance doit être vérifiée pour une répartition élastique ou pour une répartition élasto-plastique des sollicitations ; la répartition la moins sévère peut être retenue.

Tableau G.10
Flexibilité :

Tableau G.11

G.5.3 Action des charges ascendantes

Pour les charges ascendantes, les vérifications sont identiques. La valeur des charges descendantes pondérées est remplacée par la valeur de la dépression due au vent normal pondérée diminuée des charges permanentes et du poids propre non pondérés.

G.5.3.1 Résistance de la plaque

Travée simple :

Tableau G.12
Travées multiples :

Pour chaque cas de charge, la résistance doit être vérifiée pour une répartition élastique ou pour une répartition élasto-plastique des sollicitations ; la répartition la moins sévère peut être retenue.

Tableau G.13

G.5.3.2 Influence du mode de fixation

Les vérifications selon G.5.3.1 doivent également être réalisées :

en fonction du mode de fixation :
- en sommet de nervure ;
- en plage :
en fonction du nombre de nervures fixées :
- toutes nervures fixées ;
- une ou plusieurs nervures principales intermédiaires non fixées.

Les assemblages des plaques à l'ossature porteuse doivent être vérifiés par ailleurs par le poseur selon les dispositions du paragraphe 6.1.4.3.2 en fonction :

du mode de fixation ;
du type de fixation ;
du nombre de fixations ;
des épaisseurs de tôle à assembler.

G.6 Présentation des résultats

Ces résultats doivent figurer dans la fiche technique. Ils découlent des essais, des valeurs de calcul (voir G.3.2.3.1) et des limitations de portées obtenues par l'application des principes de vérification définis à l' article 4.

La présentation de ces résultats comporte au moins :

un tableau rappelant les valeurs de calcul pour chaque épaisseur de plaque ;
deux tableaux indiquant, pour chaque épaisseur et pour différentes valeurs de charges ascendantes et descendantes, les portées d'utilisation dans le cas de plaques sur deux appuis et dans le cas le plus défavorable de plaque posée en continuité ainsi que les résistances mécaniques minimales des fixations qui conditionnent la validité de ces tableaux.

Le cas des portées avec fixations réduites est aussi traité ;
la classe de tolérance de l'épaisseur utilisée.

Tableau G.14

Tableau G.15

Tableau G.16

Sous l'action des charges ascendantes, les tableaux sont valables pour des fixations dont la résistance caractéristique de calcul (P _k / γ_m) est supérieure ou égale aux valeurs données ci-après en décanewtons.

Tableau G.17 Résistance de calcul minimale en décanewtons

NOTE

Les valeurs du tableau G.17 ne peuvent être supérieures à celles découlant du 6.1.4.3.2.