L'acier est un matériau remarquable qui présente une résistance exceptionnelle aussi bien en traction qu'en compression. En réalité, il offre des performances identiques dans ces deux modes de sollicitation, ce qui en fait l'un des rares matériaux à posséder cette caractéristique. Il existe de nombreux alliages d'acier différents, mais tous présentent des courbes contrainte-déformation similaires et finissent par rompre de la même manière. Chaque alliage est désigné par un numéro attribué par l'American Society for Testing and Materials (ASTM), tel que l'ASTM A36.
Le module d'élasticité
Tous les alliages d'acier possèdent le même module d'élasticité. Ce module représente la rigidité d'un matériau, autrement dit le rapport entre la contrainte admissible et la déformation. Celui de l'acier s'élève à 29 millions de livres par pouce carré (psi), une valeur bien supérieure à celle du béton (5 millions) ou du bois (2 millions). Les différents alliages se distinguent néanmoins par d'autres propriétés, notamment leur limite de résistance et leur contrainte de flexion.
La limite d'élasticité
Chaque alliage d'acier possède sa propre limite d'élasticité. Il s'agit de la force maximale que le matériau peut supporter avant de commencer à se déformer. C'est également cette valeur qui sert de référence dans les codes du bâtiment pour définir les charges admissibles qu'un élément structurel en acier peut reprendre. Selon son usage, les codes du bâtiment autorisent une contrainte de travail comprise entre 33 % et 75 % de la limite d'élasticité de l'alliage.
Une comparaison des limites d'élasticité révèle que certains alliages conviennent mieux que d'autres à des applications spécifiques. L'alliage le plus répandu, l'acier au carbone ASTM A36, affiche une limite d'élasticité de 36 000 livres par pouce carré. À titre de comparaison, l'ASTM A441 atteint 40 000 à 50 000 livres par pouce carré, tandis que l'ASTM A572 culmine entre 42 000 et 65 000 livres par pouce carré.
La limite ultime et la déformation
Au-delà de sa limite d'élasticité, l'acier se déforme : il s'étire et se plie progressivement jusqu'à atteindre sa limite ultime. Durant cette phase de déformation, le matériau perd de sa résistance, mais lorsqu'il atteint sa limite ultime, sa capacité portante remonte au-delà de la limite d'élasticité avant de rompre définitivement.
Pour des raisons de sécurité, les codes de construction interdisent de dimensionner les éléments structurels sur la base de la limite ultime de l'acier, en raison du danger que représente la phase de déformation pour les occupants d'un bâtiment. Néanmoins, en cas de surcharge, le matériau se déforme et cède sans rompre brutalement, offrant ainsi aux occupants un temps précieux pour évacuer la structure avant sa défaillance finale.
La contrainte de flexion admissible
Les éléments en acier soumis à la compression peuvent subir une défaillance par flambement ou flexion. Les codes de construction définissent donc des contraintes de flexion admissibles à utiliser lors de la conception des éléments structurels. Celle-ci correspond généralement à 60 % de la limite d'élasticité de l'alliage considéré.
Ainsi, l'ASTM A36 présente une contrainte de flexion admissible de 22 000 livres par pouce carré, l'ASTM A441 entre 24 000 et 30 000 livres par pouce carré, et l'ASTM A572 entre 25 200 et 39 000 livres par pouce carré.
Les alliages de demain
L'industrie sidérurgique améliore continuellement la qualité des alliages existants et met au point de nouveaux aciers toujours plus performants. À titre d'exemple, l'acier au carbone classique ASTM A36, avec sa limite d'élasticité de 36 000 livres par pouce carré et sa contrainte de flexion admissible de 22 000 livres par pouce carré, est progressivement remplacé par l'ASTM A572 Grade 50, qui affiche respectivement 65 000 et 39 000 livres par pouce carré, soit une résistance supérieure de 77 %. Sans aucun doute, les alliages de demain surpasseront encore les performances d'alliages récents comme l'ASTM A572 Grade 50.
Source : https://jardin.98905.com/building-remodeling/architecture/1007032471.html