Bibliographie & annexes
Présentation
English
NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN 13001 citée dans cet article a été remplacée par la norme :
- NF EN 13001-2 de mars 2021 : Sécurité des appareils de levage à charge suspendue - Conception générale - Partie 2 : charge
- NF EN 13001-3-5+A1 de mai 2021 : Appareils de levage à charge suspendue - Conception générale - Partie 3-5 : états limites et vérification des crochets forgés
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2106 (Juin 2021).
La norme NF P22-101-2/CN de juillet 2009 citée dans cet article a été intégrée dans la norme NF EN 1090-2/CN (P22-101-2/CN) : Exécution des structures en acier - Exigences techniques pour les structures en acier - Partie 2/CN : complément national à la NF EN 1090-2 (Révision novembre 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2011 (Décembre 2020).
Les parties 3 et 4 de la norme NF EN 13001 citée dans cet article ont été remplacées par la norme NF EN 13001-3-4 (E52-013-4) "Appareils de levage à charge suspendue - Conception générale - Partie 3-4 : états limites et vérification d'aptitude des éléments de mécanismes - Paliers" (Révision 2019)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1904 (avril 2019).
RÉSUMÉ
Les structures métalliques soumises à un chargement cyclique peuvent être impactées par des problèmes de fatigue. Il s’agit d’un endommagement progressif de détails constructifs dû à la fissuration à partir de défauts préexistants, pouvant les amener à la ruine. La première approche serait d’empêcher complètement cette fissuration par un calcul à la fatigue mais ce n’est pas toujours «rentable». Comme la solidité d’un détail, et encore plus d’une structure, n’est pas impactée par l’apparition des premières fissures de fatigue, la durée de vie résiduelle est souvent non négligeable. Il peut donc être économiquement intéressant de suivre la fissuration et de contrôler la solidité de la structure au cours de la fissuration, plutôt que de procéder à des renforcements ou des remplacements coûteux.
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Mladen LUKIĆ : Président du TC6 « Fatigue et rupture » de la CECM Animateur du WG9 « EN 1993-1-9 » du CEN/TC250/SC3 Chef de projets recherche CTICM (Saint-Aubin, France)
INTRODUCTION
Une structure est composée de détails constructifs : elle peut être défaillante lorsqu’au moins un des détails constructifs atteint un des états limites ultimes. Parmi ces états limites figure l’état limite de fatigue. Ce dernier traduit la fissuration progressive, due à des charges répétées en un très grand nombre de cycles dans le temps. Passé un certain seuil de fissuration, il risque de se produire un phénomène de rupture.
le terme « état limite de fatigue » n’est pas officialisé dans les Eurocodes. Par contre, d’autres documents peuvent s’y référer.
L’amorçage d’une fissure se produit nécessairement à partir d’un défaut. Dans le cas d’une pièce d’apparence lisse, la fissure peut prendre naissance à partir de défauts microscopiques à l’échelle du grain, ou de défauts de bord dus à l’oxycoupage, au perçage, etc.
Dans le cas des pièces avec des soudures, c’est plutôt à partir d’un défaut dans un cordon de soudure qu’une fissure peut s’amorcer (inclusion solide ou gazeuse, retassure, crique, etc.). Ces défauts, combinés aux entailles causées par le changement plus ou moins brusque de la géométrie dû au cordon de soudure, sont plus importants que ceux dans les pièces sans soudures.
La vérification à la fatigue, qui sert à se prémunir de toute fissuration, peut se révéler déterminante dans le cas des ponts, des chemins de roulement, des structures très élancées exposées au vent, ou des structures hydrauliques. Elle est inutile pour les bâtiments courants soumis à des actions comme le vent ou la neige considérées comme quasi-statiques.
Pour effectuer une vérification à la fatigue, la référence est généralement faite à la norme NF EN 1993-1-9, « Calcul des structures en acier – Partie 1-9 : Fatigue ». Mais d’autres Eurocodes donnent quelques détails supplémentaires concernant cette vérification pour des structures pouvant être susceptibles à la fatigue, comme par exemple les ponts, les pylônes, les mâts, les cheminées ou les chemins de roulement.
Le calcul de la propagation de fissures est abordé, mais sans grande précision, dans la NF EN 1993-1-10, ou plutôt dans son document de référence .
Le fait de devoir avoir recours à différentes parties de l’Eurocode 1 pour les charges de fatigue, et à différentes parties de l’Eurocode 3 pour la vérification proprement dite, rendent assez complexe la compréhension de la démarche de vérification. C’est pourquoi il est souhaitable de regrouper toutes les informations sur ce sujet dans un seul et même document.
C’est donc l’objet de cet article qui représente ainsi un condensé des principes de vérification à la fatigue des structures susceptibles à ce phénomène.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
fatigue construction métallique fissuration normes acier mécanique de la rupture endommagement de surface Eurocodes
VERSIONS
- Version courante de avr. 2024 par Mladen LUKIĆ
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Présentation
Principes de vérification à la fatigue
English
1. Précisions et terminologie
Le phénomène de fatigue désigne l’endommagement progressif des détails constructifs soumis à des sollicitations fluctuantes ou répétées, dû au développement de fissures et pouvant les amener à la ruine.
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Tous les détails constructifs susceptibles à la fatigue doivent être repérés et faire l’objet d’une vérification à la fatigue.
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Dans le cas d’une pièce lisse, la fissuration peut prendre naissance à partir de défauts microscopiques à l’échelle du grain, ou de défauts de bord dus à l’oxycoupage, au perçage, par exemple.
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Dans le cas des constructions soudées, il existe toujours des défauts dus à la soudure : dans ce cas, c’est donc plutôt à partir d’un cordon de soudure qu’une fissure peut s’amorcer.
NotaDes traitements de parachèvement peuvent permettre de retarder cette phase et d’améliorer ainsi considérablement la durée de vie de la structure.
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Selon une terminologie reconnue, les étapes du développement d’une fissure sont (figure 1) :
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l’amorçage à partir d’un défaut microscopique au niveau d’entailles aiguës ou de défauts préexistants, sièges de concentration de contraintes très locales (stade 1) ;
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la propagation lente qui peut naître d’un défaut macroscopique, à partir du moment où sa profondeur est comprise entre 0,1 et 0,5 mm (stade 2) ;
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la rupture, qui peut être ductile ou fragile, selon les propriétés du matériau.
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Le dommage physique que subissent ces structures consiste en l’amorçage et, surtout, en la propagation de fissure au cours du temps. Il peut être quantifié par une notion arbitraire, mais vérifiée par des essais, désignée D d.
C’est un paramètre sans dimension, de valeur comprise entre 0 et 1 (figure 2), défini et utilisé pour rendre compte de l’état d’avancement de la fissuration.
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La capacité d’un détail constructif à résister à la fatigue est effectivement caractérisée par...
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Précisions et terminologie
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Recommandations pour la détermination des classes d’exécution selon la NF EN 1090-2 pour les structures en acier de bâtiment, - Revue Construction Métallique, N° 1-2015, pp. 69-89.
-
(2) - Recommandations sur le calcul des structures de mâts d’éclairage de grands espaces, - 3e édition, Revue Construction Métallique, N° 1-2015, pp. 91-146.
-
(3) - ALEGRE (J.M.), CUESTA (I.I.) - Some aspects about crack growth FEM simulation under mixed-mode loading, - International Journal of Fatigue Vol. 32 (2010).
-
(4) - CIDECT - Assemblages soudés de profils creux circulaires et rectangulaires sous chargement en fatigue - (2002).
-
(5) - EYMARD (R.), JACOB (B.) - Un nouveau logiciel : le programme CASTOR pour le Calcul des Actions et Sollicitations du Trafic dans les Ouvrages Routiers, - Bull. liaison Labo. P. et Ch., N° 164, pp. 64-77 (1989).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
- NF EN 1990 (P06-100-1) -
-
- NF EN 1090-2+A1 -
-
- NF EN 1991-1-4 (P06-114-1) -
-
- NF EN 1991-2 -
-
- NF EN 1991-2/NA (P06-120-1/NA-1) : -
-
- NF EN 1991-3 -
-
- NF EN 1993-1-5 -
-
- NF EN 1993-1-9 -
-
- NF EN 1993-1-9/NA -
-
- NF EN 1993-1-10 -
-
...
ANNEXES
-
IFSTTAR – Institut français des sciences et techniques des transports de l’aménagement et des réseaux
-
IIW – International Institute of Welding
-
LCPC – Laboratoire central des ponts et chaussées est devenu IFSTTAR.
-
MEDDTL– Ministère de l’Écologie, du développement durable des transports et du logement
-
SETRA – Service d’études techniques des routes et autoroutes. Dépend du ME DDTL (voir précédemment).
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