Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
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 fait de recourir à différentes parties de l’Eurocode 1 pour les charges de fatigue, et à d'autres parties de l’Eurocode 3 pour la vérification proprement dite, rend assez complexe la compréhension de la démarche de vérification. Le but de cet article est donc de regrouper toutes les informations sur ce sujet.
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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 - Directeur de projets recherche CTICM (Saint-Aubin, France)
INTRODUCTION
L’amorçage d’une fissure se produit nécessairement à partir d’un défaut. Dans le cas d’un détail 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 détails constructifs 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 renseignements 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, rend 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.
le terme « état limite de fatigue » n’est pas officialisé dans les Eurocodes. En revanche, d’autres documents peuvent s’y référer.
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MOTS-CLÉS
acier fatigue construction métallique fissuration normes mécanique de la rupture endommagement de surface Eurocodes
VERSIONS
- Version archivée 1 de mai 2018 par Mladen LUKIĆ
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Effet des actions de fatigue
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5. Actions de fatigue
5.1 Origines et normes
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Les actions de fatigue, résultant de fluctuations de contrainte, peuvent être issues des sources suivantes :
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charges mobiles superposées, y compris les vibrations de machines dans les structures fixes ;
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charges dues aux conditions d’exposition, telles que vent, houle, etc. ;
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forces d’accélération dans des structures mobiles ;
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réponse dynamique due à des effets de résonance.
-
-
Les charges de fatigue sont généralement définies dans les différentes parties de l’Eurocode 1 :
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NF EN 1991-1-4 pour le vent ;
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NF EN 1991-2 pour les ponts ;
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NF EN 1991-3 pour les chemins de roulement.
Dans le cas de vibrations dues aux machines, il y a lieu de se renseigner auprès du fabricant de ces dernières pour avoir plus de détails.
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5.2 Actions du vent
5.2.1 Actions dans la direction du vent
Les normes NF EN 1993-3-1 et NF EN 1993-3-2 indiquent qu’il n’est généralement pas nécessaire de déterminer un chargement de fatigue dû aux vibrations induites par les rafales dans la direction du vent dans le cas où des vibrations dans la direction perpendiculaire sont présentes.
Si ce n’est pas le cas, il y a lieu de chercher ce chargement dans la NF EN 1991-1-4.
Les effets des actions de fatigue dues aux effets du vent dans sa direction peuvent être présentés dans un histogramme des étendues de contrainte, pondérées ou non pondérées. L’histogramme peut être obtenu à partir du spectre des effets des actions du vent (figure 6), dans la direction du vent, basées sur un chargement de référence,
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Actions de fatigue
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 (2015).
-
(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 (2015).
-
(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
-
Eurocodes structuraux – Bases de calcul des structures, AFNOR - AFNOR NF EN 1990 (P06-100-1) - Mars 2003
-
Exécution des structures en acier et des structures en aluminium – Partie 2 : exigences techniques pour l’exécution des structures en acier, AFNOR - AFNOR NF EN 1090-2+A1 (P22-101-2) - octobre 2011
-
Eurocode 1 « Actions sur les structures » – Partie 1-4 : Actions générales – Actions du vent, AFNOR - AFNOR NF EN 1991-1-4 (P06-114-1) - novembre 2005
-
Eurocode 1 : Actions sur les structures – Partie 2 : Actions sur les ponts, dues au trafic ; AFNOR - AFNOR NF EN 1991-2 (P06-120-1) - mars 2004
-
Eurocode 1 – Actions sur les structures – Partie 2 : actions sur les ponts, dues au trafic – Annexe Nationale à la NF EN 1991-2:2004 – Actions sur les ponts, dues au trafic ; AFNOR - NF EN 1991-2/NA (P06-120-1/NA-1) - mars
-
- AFNOR NF EN 1991-3 (P06-130) - Eurocode 1 – Actions sur les structures – Partie 3 : Actions induites par les appareils de levage et les machines ; AFNOR avril 2007
-
...
ANNEXES
CEREMA – Centre d’études et d’expertise sur les risques, la mobilité et l’aménagement
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
https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr
SETRA – Service d’études techniques des routes et autoroutes est devenu CEREMA
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