Note de calcul des assemblages métalliques boulonnés et soudés : Guide Eurocode 3

La vérification des assemblages est une étape cruciale dans le dimensionnement des structures en acier. Garants de la continuité des efforts et de la stabilité globale de l'ouvrage, les assemblages boulonnés et soudés doivent faire l'objet d'une justification rigoureuse.

Cet article détaille la méthodologie réglementaire, les formules fondamentales selon la norme Eurocode 3 (NF EN 1993-1-8), ainsi que les étapes clés pour structurer une note de calcul d'exécution.

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1. Le cadre réglementaire : L'Eurocode 3 Partie 1-8

En Europe, le calcul des assemblages en acier est régi par la norme NF EN 1993-1-8. Ce texte définit les modèles de calcul pour différents types de fixations et d'efforts :

• Sollicitations : Effort tranchant (V_Ed), effort axial (N_Ed), moment fléchissant (M_Ed).
• Modes de rupture : Cisaillement des fixations, pression diamétrale des plaques, ruine par traction ou par déchirement (bloc d'effet d'entaille).

L'analyse s'appuie sur la méthode des composants, qui consiste à décomposer l'assemblage en éléments élémentaires (boulons, soudures, platines, âmes du profilé) pour identifier le point faible définissant la résistance de l'ensemble.

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2. Vérification des assemblages boulonnés

Les boulons sont classés en deux catégories principales : les boulons non précontraints (art. 3.6) et les boulons précontraints (art. 3.9) fonctionnant par frottement.

A. Boulons non précontraints (Classe 4.6, 5.6, 8.8, 10.9)

Résistance au cisaillement par plan de cisaillement (F_v,Rd)

Lorsque le plan de cisaillement passe par la partie filetée du boulon :

F_v,Rd = (α_v · f_ub · A_s) / γ_M2

• α_v = 0,6 pour les classes 4.6, 5.6 et 8.8.
• α_v = 0,5 pour les classes 6.8 et 10.9.
• f_ub : Résistance ultime à la traction du boulon.
• A_s : Section résistante de la partie filetée.
• γ_M2 : Coefficient de sécurité partiel (égal à 1,25).

Résistance à la pression diamétrale (F_b,Rd)

La résistance des plaques assemblées face à la pression exercée par la tige du boulon s'exprime par :

F_b,Rd = (k₁ · α_b · f_u · d · t) / γ_M2

• d : Diamètre nominal du boulon.
• t : Épaisseur de la plaque.
• f_u : Résistance ultime de l'acier de la plaque.
• α_b et k₁ : Coefficients correcteurs dépendants des pinces (distances aux bords e₁, e₂) et de l'entraxe (p₁, p₂).

Résistance à la traction (F_t,Rd)

F_t,Rd = (k₂ · f_ub · A_s) / γ_M2

• k₂ = 0,9 (sauf pour les boulons à tête fraisée où k₂ = 0,63).

B. Condition d'interaction (Cisaillement + Traction)

Si un boulon est soumis simultanément à un effort tranchant F_v,Ed et à un effort de traction F_t,Ed, la condition suivante doit être respectée :

(F_v,Ed / F_v,Rd) + (F_t,Ed / (1,4 · F_t,Rd)) ≤ 1,0

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3. Vérification des assemblages soudés

Les cordons de soudure d'angle sont les plus fréquents en construction métallique. L'Eurocode 3 propose deux méthodes d'analyse : la méthode directionnelle (précise) et la méthode simplifiée.

La méthode directionnelle (Méthode de la section de gorge)

Les contraintes sur la section de gorge de la soudure sont décomposées en contrainte normale perpendiculaire (σ_⊥), contrainte tangentielle perpendiculaire (τ_⊥) et contrainte tangentielle parallèle (τ_∥) à l'axe du cordon.

Le critère de résistance de von Mises adapté stipule que :

√(σ_⊥² + 3 · (τ_⊥² + τ_∥²)) ≤ f_u / (β_w · γ_M2)

Et simultanément :

σ_⊥ ≤ (0,9 · f_u) / γ_M2

• f_u : Résistance à la traction de la nuance d'acier la plus faible.
• β_w : Facteur de corrélation dépendant de la nuance d'acier (ex: 0,85 pour le S235 ; 0,9 pour le S355).

La méthode simplifiée

La résistance par unité de longueur d'un cordon de soudure d'angle F_w,Rd peut alternativement être calculée par :

F_w,Rd = f_vw,d · a

Où la résistance au cisaillement de la soudure f_vw,d vaut :

f_vw,d = (f_u / √3) / (β_w · γ_M2)

• a : Épaisseur de gorge du cordon de soudure.

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4. Méthodologie de rédaction de la note de calcul

Une note de calcul d'exécution doit suivre un cheminement logique pour être validée par les bureaux de contrôle (Socotec, Apave, Veritas, etc.) :

1. Données d'entrée : Identification des normes, des nuances d'acier (S235, S275, S355), des classes de boulons et géométrie des profilés (IPE, HEA, HEB).
2. Hypothèses de chargement : Extraction des efforts aux nœuds issus du logiciel de calcul de structure (Robot Structural Analysis, Advance Design, SCIA, etc.) aux combinaisons ELU (États Limites Ultimes).
3. Dimensionnement de l'attache : Choix du diamètre des boulons, de l'entraxe, de l'épaisseur des platines et de la gorge des soudures.
4. Vérifications réglementaires : Application des formules de l'Eurocode 3 présentées ci-dessus.
5. Conclusion : Ratios de travail (Effort agissant / Effort résistant) qui doivent tous être inférieurs à 100%.

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5. Outil pratique : Fichier Excel de calcul d'assemblages

L'automatisation de ces formules permet de gagner un temps précieux lors de la phase d'ingénierie et d'optimiser l'épaisseur des pièces métalliques. Un tableur Excel configuré selon l'Eurocode 3 assure des vérifications rapides et adaptables à différentes configurations de nœuds (poteau-poutre, continuité de poutre, pied de poteau).

Pour faciliter la production des justifications réglementaires, il est possible d'accéder directement à un outil dédié.

Cliquez ici pour télécharger le fichier Excel de calcul des assemblages métalliques (Eurocode 3)