L’acier de type WT : quand doit-on l’utiliser?

8 avril, 2019 | Blogue

Monika Rybarova

Monika Rybarova, ing., M.Sc.A., PMP

Chef d'équipe, structures

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Au Canada comme dans tout pays nordique, les projets industriels et d’infrastructure sont souvent réalisés dans des conditions hivernales rigoureuses. Or, les structures à installer dans ces conditions peuvent être soumises aux sollicitations cycliques provenant des charges d’impact, qu’elles soient dynamiques ou mobiles.

Dans ce contexte, il faut, au moment de la conception, évaluer adéquatement l’acier de construction à privilégier afin d’assurer l’intégrité de l’ouvrage. En choisissant la nuance et type d’acier appropriés, les éléments de la structure seront protégés contre la rupture fragile pouvant se produire en hiver. Ce billet de blogue clarifie les besoins justifiant le choix de type d’acier et se penche sur le phénomène de la rupture fragile de l’acier.

Dans un environnement nordique, mise à part la ductilité, une propriété mécanique fondamentale qui permet à l’acier de subir de grandes déformations avant la rupture, la résistance aux chocs à basse température est une propriété qu’il faut rechercher. L’acier doit donc être résilient. Les aciers de type WT sont des aciers dont la résilience a été améliorée. Elles doivent satisfaire à des exigences d’essai spécifiques, en fonction de la température minimale moyenne quotidienne mesurée à l’endroit où l’acier est utilisé.

L’essai de résilience

Sous certaines conditions d’utilisation, il a été observé que les structures métalliques pouvaient être sensibles à un type de ruine appelé rupture fragile. Afin de mesurer la résistance à la rupture fragile de l’acier, on a recours à l’essai de résilience. Ce dernier consiste à rompre par choc une éprouvette entaillée dont la température est prescrite. Ce type d’essai vise à mesurer l’énergie qui est absorbée par l’éprouvette au cours de sa rupture et à évaluer la résistance au choc d’une éprouvette entaillée et sa propension à la rupture fragile. L’appareil permettant de réaliser cet essai est appelé mouton pendulaire de Charpy. Utilisant une éprouvette normalisée (Fig. 1), entaillée en V et reposant sur deux appuis, il indique l’énergie employée afin de rompre l’éprouvette au moyen d’un marteau, dont la vitesse (de 5,0 à 5,5 m/s) et les dimensions sont aussi normalisées.

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Fig. 1 : Éprouvette normalisée pour l’essai Charpy

On appelle la résilience l’énergie de rupture ramenée ou non à la section sous entaille de l’éprouvette : elle s’exprime en joules ou en joules/cm2.

Blogue Acier 2Fig. 2 : Résultats d’un essai de résilience sur une éprouvette Charpy V

Les deux courbes (Fig. 2) présentent un exemple des résultats d’un essai Charpy V selon lequel la vitesse d’impact est élevée (choc, essai dynamique) ou lente (essai statique). Ainsi, on peut constater que la résilience de l’acier de construction est fonction de la température et de la vitesse de chargement. Par conséquent, le choix de la qualité d’acier dépend de l’épaisseur de la pièce, du type d’élément de la structure, de la solidité et de la résistance de l’acier, de la température de service déterminante et du domaine de sollicitation de la membrure.

En effet, l’influence de la température fait en sorte que lorsque celle-ci est basse (ex. conditions nordiques), elle rend l’acier fragile. Si la température est haute (ex. incendie), elle réduit la rigidité et la résistance de l’acier ou cause sa dilatation.

La résistance à la fatigue

Quant à la fatigue des éléments d’une structure, elle se produit sous l’effet de charges répétées (ex. opérations fréquentes de levage, impact et/ou charges dynamiques provenant des équipements vibrants, charges mobiles sur un pont). La fatigue peut causer la fissuration de certains éléments, particulièrement dans des zones situées au droit de points d’attache ou sur des joints soudés. Le principe de la vérification de la résistance à la fatigue est basé sur la notion de la différence de contrainte, sur le nombre de cycles de charge se produisant pendant la durée de vie de l’ouvrage et sur le type de détail de construction considéré.

Par exemple, si on doit concevoir une structure supportant un équipement vibrant (ex. concasseur dans les projets miniers) qui sera installée dans des conditions nordiques, il est important de bien évaluer le nombre de cycles de sollicitation fourni par le manufacturier, et ce, pendant toute la durée de vie de l’équipement. Par exemple, un concasseur ayant une vitesse de 18 à 60 RPM (rotations/minute) en activité deux heures par jour pendant 25 ans produira de 20 à 65 millions de cycles. Lorsque le nombre de cycles dépasse un million, la résistance à la fatigue de la structure doit être vérifiée tandis que la catégorie d’essai de Charpy, le type et la nuance d’acier doivent être classifiés conformément aux normes CSA G40.21 et CSA S16. De plus, il faut s’assurer de la disponibilité des profilés d’acier de type WT auprès des fournisseurs.

Autres utilisations

Ajoutons en terminant que l’acier de type WT est employé dans les ponts pour les membrures qui subissent des efforts en flexion ou en traction. Ces membrures subissent des chocs répétés tout au long de leur vie utile; on n’a qu’à penser aux chocs ressentis lors du passage d’un véhicule sur les joints de dilatation du tablier d’un pont.

Si vous avez des questions concernant le type d’acier de construction à utiliser ou si vous avez des défis parce que vous planifiez une construction durant une période hivernale, nos experts de notre équipe de Structure peuvent vous aider.

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La photo de la bannière de la page est une gracieuseté de Minerai de Fer Québec

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