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Dispositif | Structures métalliques

Structures métalliques

© Alexandru Rosu / Shutterstock.com

Du profilé préfabriqué à l'ossature métallique d'un bâtiment, l'étendue des éléments de structure métallique est quasi infinie. Malgré la quantité d'énergie nécessaire à la fabrication ou au recyclage des métaux, ce type de structures peut être un choix intéressant sur le plan de la durabilité grâce, notamment, à leur durée de vie et leur coût. Mais ils sont composés de matières premières dont les quantités d'extraction restent limitées.

Le premier tableau ci-dessous – «  Le métal comme matériau de structure  » - dispense des informations générales, valables pour le matériau sous toutes ses formes en application structurelle. Les applications des éléments métalliques étant quasi illimitées et très variées, elles ne peuvent être détaillées. Pour ce type d'application, se référer à ce premier tableau .

Ensuite, le tableau comparatif – «  Eléments de structure métalliques  » liste les informations relatives aux principaux éléments de structure métalliques préfabriqués couramment disponibles sur le marché belge. Au sein d'un même bâtiment, plusieurs types d'éléments de structure métalliques peuvent bien entendu être combinés  Leurs combinaisons possibles étant quasi illimitées et très variées, les différentes techniques de mise en œuvre ne sont pas développées sous ce paragraphe : veuillez vous reporter à « Mise en œuvre spécifique ».

Le métal comme matériau de structure

Description

L'acier est produit à base de fer. Il contient au moins 2% de carbone. Pour les éléments de structure en acier, la teneur en carbone est d'environ 0,2%.

La gamme de produits préfabriqués très importante : ces produits peuvent être associés entre eux (ossature, treillis) et prendre une multitude de formes.

Usage

colonnes

poutres

treillis (combinaison de différents éléments préfabriqués)

plancher

profilés préfabriqués (standardisés ou sur mesure, en série)

ossature métallique assemblée sur chantier

Ecobilan

(*)

NIBE n'évalue pas les éléments de structure en acier individuellement.

Elle offre cependant, par typologie et taille de bâtiment, des évaluations globales de solutions structurelles « mixtes » (ex. ossature métallique combinée s aux hourdis en béton) à l'échelle du bâtiment (consulter http://www.nibe.info ).

Ces évaluations mettant en évidence l'avantage des structures en acier, notamment dû (malgré la quantité d'énergie nécessaire à leur fabrication et recyclage) au faible poids et à la faible quantité de matière requise. Les solutions structurelles mixtes comprenant des éléments de structure en acier figurent, pour toutes les typologies, en tête de peloton : les scores vont de 1a (Meilleur choix) à 2b (Très bon choix).

Avantages

Palette de formes et produits très étendue

Très bonne résistance aux charges (calcul à réaliser par un ingénieur en stabilité, ou à l'aide des abaques pour les éléments simples)

Très longue durée de vie (à condition d'être doté d'une protection adéquate contre la corrosion)

Grande précision dimensionnelle

Maîtrise des déchets sur chantier

Grandes portées possibles

Rapidité de mise en œuvre

Réutilisation aisée

Coût

Le taux de recyclage des métaux se situe en général autour de 90%, et s'approche des 100% pour l'acier. La flambée des prix des métaux consolide l'intérêt économique du recyclage, et influence ainsi favorablement l'écobilan des produits de construction métalliques recyclés (la quantité d'énergie totale nécessaire au recyclage, bien que restant élevée, est moindre que celle nécessaire à la production d'éléments métalliques neufs à base de matières premières nouvellement extraites).

Inconvénients

Produits dont l'énergie grise est importante

Non inflammables, les métaux perdent néanmoins leur stabilité à de hautes températures. Des mesures de protection adéquates sont donc nécessaires (ex. enrobage, revêtement de matériaux ininflammables)

Les métaux figurent parmi les matières premières dont la disponibilité en quantité et dans le temps (à vitesse d'extraction égale) est limitée. Le taux de recyclage très élevé des métaux permet néanmoins d'atténuer cet impact.

Mise en œuvre en auto-construction limitée aux éléments uniques, de petite taille et légers. La réalisation d'une ossature métallique (que l'assemblage se fasse pas soudage ou boulonnage) requiert des compétences spécifiques.

Leur mise en œuvre nécessite généralement l'utilisation d'engins de levage

Pose

Il existe différentes techniques d'assemblage

voir sous « Mise en œuvre spécifique »

Durée de vie théorique100 ans
Fin de vie

À privilégier : Réutilisation d'élément complet (attention : étude précise des détails et techniques d'assemblage nécessaire)

Deuxième choix : recyclage (les métaux peuvent intégralement être réintroduits dans le cycle de production sans perte de qualité)

A éviter : Mise en décharge (pratique peu courante, du fait du prix élevé du métal)

(*) Basé sur l'évaluation NIBE, par typologie et taille de bâtiment, des solutions structurelles « mixtes » (ex. ossature métallique combinée s aux hourdis en béton) à l'échelle du bâtiment. Consulter http://www.nibe.info

Elément de structure métalliques

Partie 1

Profilés en acier laminé à chaudProfilés formés à froidTubes

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Source : http://www.huisman-gemert.nl

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Source : http://www.technique-acier.ch

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Source : http://www.finexto.com

Description

Les profilés sont classés parmi les produits longs, c'est à dire les produits qui représentent une dimension nettement plus importante (leur longueur) que les deux autres dimensions qui déterminent la section (hauteur et largeur).

Les profilés obtiennent leur forme (I, H, U, …) par un laminage à haute température. Ils sont désignés en fonction de la forme de leur section.

Produits fins, à géométrie différente des profilés en acier laminé à chaud. Le métal est thermozingué.

Utilisé en ossature métallique (il existe des exemples d'ossatures complètes de maisons unifamiliales réalisées avec ce type de produits).

La gamme de dimensions est très vaste.

Eléments de structure creux ronds, carrés, rectangulaires ou elliptiques de diamètre variable. Elaborés à partir de produits plats cintrés et soudés en ligne, ils peuvent être formés à chaud ou à froid.
Dimensions courantes

Voir « Vadémécum des produits sidérurgiques » ( http://www.infosteel.be )

pour la gamme complète de produits.

Application

Colonne (selon le profilé)

Poutre

Fondations (selon le profilé)

En ossature métallique complète

Colonne (selon le profilé)

Poutre

En ossature métallique complète

Colonne

Treillis

Avantages

Grandes portées possibles : la gamme des longueurs s'étend de 1,5 à 16m

Economie de matière

Très léger : facile à manipulerEconomie de matière (âme creuse)
Inconvénients

Nécessité un engin de levage et de pose

Attention à garantir la protection contre le feu

Actuellement encore plus coûteux que les autres éléments d'ossature en acier (le système n'est pas encore couramment utilisé)

Attention à garantir la protection contre le feu

Attention à garantir la protection contre le feu

Peut nécessiter un engin de levage et de pose

Pose

Par soudage

Par boulonnage

Par boulonnage

Par soudage

Par boulonnage

Partie 2

Poutrelles cellulairesPlancher collaborant

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Source : http://www.infosteel.be

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Source : http://www.europerfil.es

Description

Egalement connu sous la dénomination de poutrelle alvéolaire ou ajourée (surtout dans le cas des ouvertures hexagonales).

Ces poutrelles existent dans les profilés de base suivants : IPE, HE, HL.

Portées optimales de 12 à 25 mètres.

Elément combinant :

le béton : efficace sous les charges de pression ;

l'acier : efficace sous les charges de traction.

L'élément en acier est autoportant. La couche de béton qui sera ensuite coulée par-dessus doit être armée.

Dimensions courantes

Voir « Vadémécum des produits sidérurgiques » ( http://www.infosteel.be )

pour la gamme complète de produits.

Application

Poutre

En ossature métallique complète

Plancher
Avantages

Très grandes portées possibles

25 à 30 % de matière (et donc de poids) en moins par rapport aux profilés classiques

Léger

Economie en béton par rapport aux prédalles et dalles coulés sur place.

Hauteur de plancher réduite

Coffrage « permanent »

Protection incendie de l'élément plancher assurée par le béton : pas de protection spécifique de l'élément métallique nécessaire

Inconvénients

Nécessité un engin de levage et de pose

Attention à garantir la protection contre le feu

Sous-face métallique : aspect pouvant ne pas convenir à tous les types de local / d'occupation.

Acoustique du local (sous-face réfléchissant le bruit)

Pose

Par soudage

Par boulonnage

Par soudage

Par boulonnage

mis à jour le 01/01/2013

N° de Code : G_MAT02 - Thématiques : Matière - Thématiques secondaires : Chantier - Composants du projet liés : Mur extérieur | Mur intérieur | Plancher | Toiture