Les structures métalliques en acier
Complément :
L'usage des métaux dans la construction remonte à l'antiquité. Des agrafes en fer ou bronze étaient utilisées par les romains pour l'assemblage des blocs de pierre.
L‘ emploi massif de l'acier dans la construction apparaît au XIXème siècle avec l'apparition des haut-fourneaux et de la métallurgie, ce qui permet la création de structures métalliques gigantesques telles que les halls de gares, les parcs d'exposition et leurs grandes verrières en fonte et en fer.
Avec l'usage de l'acier et du béton au début du XXème siècle, le métal s'est encore développé allant de la structure métallique au ferraillage du béton.
C'est un matériau isotope homogène dont les caractéristiques sont contrôlées et garanties suivant sa composition (pourcentage de carbone). Ses performances sont modifiées et prévisibles.
Très résistant et ductile, il est utilisé en concurrence du béton pour les structures de grands édifices.
L'inconvénient majeur de l'acier est sa conductivité thermique, 45 W/m.K et la perte de ses propriétés mécaniques en cas d'incendie. Un dispositif de résistance au feu est nécessaire pour protéger les structures métalliques.
Dans le graphique ci-avant, les valeurs des caractéristiques en ordonnées sont indiquées en pourcentage de la valeur correspondante à température nulle. On donne ensuite l'évolution en fonction de la température pour les grandeurs ci-dessous (en pourcentage de la valeur correspondante à température nulle) :
La grandeur
désigne la contrainte limite d'élasticité.La grandeur
désigne la contrainte limite de rupture.La grandeur
désigne le module d'élasticité longitudinal aussi appelé module d'Young.La notation
désigne le coefficient de dilatation linéaire.
Ressources et énergie
Le minerai de fer est présent en quantité (5% de la croûte terrestre). Son extraction et sa transformation en métal est bien maîtrisé, d'où son faible coût par rapport à d'autres matériaux.
Par contre, de grandes quantités d'énergie, de 0,30 à 0,85 tep[1] /Tonne, sont nécessaires pour produire de l'acier d'extraction et 0,22 tep[1] pour l'acier recyclé (source Ademe[2]).
Recyclage et comptage carbone
L'acier est recyclable « à l'infini ».
Il présente une consommation en énergie grise de 53MW/h par tonne.
Résistance mécanique
C'est un matériau homogène.
Masse volumique de 7500 à 8000 kg/m3 (2200 kg pour la pierre et 800 kg pour le chêne).
Traction, compression : Re = 235 MPa en limite de contrainte hors flambement (en comparaison, pour le bois résineux 18 à 30 MPa à 50 MPa pour le chêne ).
Limite d'élasticité : Re = 185 MPa pour l'acier de type S de construction, classement norme européenne EN 10027.
