3.7 DIMENSIONNEMENT DES BOULONS
3.7.1 Types et qualités des boulons
Dans la pratique, on distingue quatre type de boulons:
a) Les boulons ordinaires utilisés généralement en construction métallique ou mécanique Fig. 3-26.
Acier 4.6 ( S235 ) Re = 24 daN/mm²; Rr = 40 daN/mm²
Acier 5.6 (C351) Re = 30 " Rr = 50 "
b) Les boulons à haute résistance ( non précontraints ) Fig.3-26.
Acier 8.8 (C342) Re = 64 daN/mm²; Rr = 80 daN/mm²
Acier 10.9 (42CrMo4) Re = 90 daN/mm²; Rr = 100 daN/mm².
Nous avons indiqués les qualités les plus courantes, il existe également les qualités 4.8 ; 5.8 ; 6.6 ; 6.8 et 6.9.
Remarque : Le premier chiffre correspond à Rr/10 et le deuxième chiffre à ( 10 . Re / Rr ).
c) Les boulons précontraints ( ou à serrage contrôlé ). Ils sont de mêmes qualités qu'au paragraphe b), mais ils subissent une précontrainte au montage, agissant parallèlement à l'axe du boulon, au moyen d'une clé dynamométrique indiquant avec précision le couple de serrage et par là l'effort dans le boulon. Cet effort développe une forte résistance à leur glissement respectif.
Notons qu'il existe sur le marché des boulons en acier inoxydable tels que :
A2 ( X5CrNi18.9 => AISI 304 ) Re0,2 = 22 daN/mm² ; Rr = 50 daN/mm²
A4 ( X5CrNi18.10 => AISI 316 ) Re0,2 = 21 daN/mm² ; Rr = 50 daN/mm² ;
C4 ( X12CrNiMoS17 => AISI 430F ) Re0,2 = 30 daN/mm² ; Rr = 55 daN/mm² ;
Attention, les écrous des boulons en acier inoxydables ont une fâcheuse tendance à se desserrer, il faut toujours prévoir des freins d'écrous.
d) On ajoutera les goujons Fig.3-27 et 3-28, les tiges filetées Fig.3-29, les boulons d'ancrage Fig.3-30, les boulons à tête marteau Fig. 3-31, etc . . Tous ces boulons sont fournis dans les diverses qualités explicitées ci avant.
Remarques : 1) Le jeu normal, entre la tige du boulon et le trou des pièces à assembler, est fixé par les normes.
Exemples pour l'Eurocode 3:
d0 = d + 1 mm pour d
d0 = d + 2 mm " d
d0 = d + 3 mm " d
d = le diamètre de la tige ou le diamètre extérieur du filetage.
2) Il existe également des boulons ajustés où le jeu est réduit à 0,3 mm. Ils ne sont utilisés que pour les structures très peu déformables. Ils sont rarement utilisés en construction
métallique.
3.7.2 Calcul des boulons à la traction
1) Calcul aux états limites selon l'Eurocode 3 constructions métalliques ( EC3 )
a) Pour les boulons ordinaires HR (non précontraints) appelés aussi boulons de charpente.
T = résistance ultime à la traction ( daN )
Vérifier que l'effort de traction dans le boulon N < T
b) Pour les boulons HR précontraints
Effort de précontrainte : Tp = 0,7 . Rr . As avec N
Couple de serrage: C = 0,9 . fg . d . Tp
fg = coefficient de frottement vis-écrou
2) Calcul à la traction des boulons d'ancrage
Ils sont généralement réalisés en acier 4.6 ( S235 ) et ils ont les caractéristiques dimensionnelles indiquées à la Fig.3-24. La prédétermination du diamètre de la tige ( d ) peut être déduite à partir de la relation tirée du CM66 français.
Dans laquelle :
Np = effort de traction pondéré ( daN )
d = diamètre de la tige du boulon d'ancrage ( mm )
c = la plus petite distance de l'axe du boulon aux bords extérieurs du massif en béton ( mm ).
l1 = longueur entre l'axe de la crosse et le dessus du massif en général, on adopte l1 = 20,5 . d ( mm )
l2 = longueur de la tige au-dessus de l'arrondi ( l2 = 2 . d )
r = rayon de courbure de la crosse ( r = 3 . d )
Si on remplace ces valeurs dans la relation précédente, il viendra :
Contrainte caractéristique des boulons
3) Calcul à la traction des boulons bruts
Connaissant la limite élastique du matériau ( Re ), on en déduit facilement la contrainte admissible
Note : Pour les boulons en alu. on limite la contrainte admissible à 0,85 Rtadm ( alu ), c'est à dire en adoptant Re ( alu ) / 3.
Remarque : On trouve encore ( dans les anciennes constructions ) des boulons bruts de forge, réalisés dans un acier appelé A37 ( Re = 23,5 daN/mm² et Rr = 36,3 daN/mm² )
4. La résistance en traction des boulons ordinaires ( non précontraints - classes 4-6 à 10-9 ) peut être déduite de la relation :
5) Pour la chaudronnerie et accessoires, les boulons seront calculés à traction en adoptant la norme EN 13480.
La contrainte admissible est traduite des relations suivantes :
Pour les aciers au carbone et les autres aciers non austénitiques, la plus petite des valeurs suivantes Ret0,2 / 3 ou Rr / 4.
Pour les aciers inoxydables austénitiques Rrt /4. Ret0,2 =limite élastique à la température de calcul
Rr = charge de rupture à t° ambiante
Rrt = charge de rupture à t° de calcul
3.7.3 Exercices résolus
1. Une ouverture située sous un appareil, de diamètre intérieur di = 800 mm est obturée par une bride pleine fixée au corps au moyen de 24 goujons en acdx ( Re = 23,5 daN/mm² ). Sachant que la pression effective, dans cet appareil, est de 10 barg et qu'il est à température ambiante de 20°C, calculer le diamètre des goujons ainsi que la contrainte maximale due au filetage.
Solution:
2. Supposons un pied de poteau "articulé " Fig. 3-36,soumis à un effort de soulèvement ( traction ) de 8000 daN. Pour maintenir ce pied de colonne sur le massif, on utilise 2 boulons d'ancrage à crochet ( Fig. 3-23). Déterminer le diamètre des boulons de qualité 4.6 ( utiliser
3. Soit un montant de passerelle représenté à la Fig. 3-36bis et fixé à la membrure au moyen de 4 boulons M16 HR 8.8 précontraints.
a) Déterminer la charge maximale aux états limites, que peut supporter ces boulons, ainsi que le couple de serrage nécessaire ( fg = 0,18 ).
b) Quel serait la charge maximale admissible si les boulons n'étaient pas précontraints.
Pièces jointes
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