Mechanical Engineering">
Cremona
Cremona
Cremona
LE CREMONA
F1
1
F2
RA
F3
16
1
8 12 20 3
2
4
F4
6
1
10 F5
RB
14
1
F6
Epure de Crémona
1
Echelle des forces
F7
1000 daN
A. Pondard
Tours Juin 2000
1
CREMONA.
Généralités:
Le Crémona est un tracé géométrique qui permet de déterminer le sens et l'intensité des efforts
qui s'exercent sur les barres d'un système triangulé soumis à des forces extérieures.
Les forces extérieures comprennent les charges et les réactions d'appui, dont la somme est
égale à celles des charges.
Lorsque le système est symétrique, les réactions d'appui sont égales entre elles.
Quand le système ne l'est pas, il convient de rechercher leur valeur respective :
Avec la statique graphique, il est possible de résoudre la plupart des études de structures à treillis.
C
4 6
B D
1 3 5 7 9
A E
2 8
G
Système triangulé :
Pour qu'un ensemble soit triangulé normalement, il faut que le nombre de barre (nB) soit égal au
nombre de noeuds doublé (2N) moins 3, soit :
nB = 2N - 3
Dans un système triangulé, chaque noeud dépend de tous les autres par des liaisons directes.
2
Épure du crémona :
La règle de base est de parcourir la ferme et les noeuds dans un sens établi au préalable, en
principe dans le sens des aiguilles d'une montre.
Avant d'étudier un noeud il faut vérifier qu'il n'existe pas plus de deux inconnues, sans quoi il y
aurait une infinité de solution, ce qui rendrait le tracé impossible.
Donc pour chaque noeud à étudier, on commence par prendre en compte les forces connues.
L'intensité de l'effort est évaluée d'après la longueur du segment donné par l'épure, en fonction de
l'échelle des forces.
En fait, on décompose l'ensemble des forces auquel sont soumis les noeuds : forces externes
(charges, surcharges et réactions d'appui) et internes (traction ou compression s'exerçant dans les
barres).
L'épure du crémona consiste à tracer successivement les dynamiques de chacun des noeuds en
les mettant en équilibre.
Toute barre qui pousse sur un noeud pousse sur l’autre et toute barre qui tire sur un noeud tire sur
l’autre.
Symboles utilisés.
-
- barre tendue.
- barre comprimée +
Remarque :
La non concourance des noeuds peut induire des efforts très différents du calcul.
De même si des charges sont appliquées entre les noeuds, on crée des moments fléchissants.
Il peut arriver qu'une barre ne soit ni comprimée ni tendue, qu'aucun effort ne la sollicite c'est
qu'alors elle est nulle.
En résumé : Pour un même noeud, Il ne peut y avoir plus de deux actions inconnues pour aboutir
à un résultat. Dans le contraire, isoler d’autres noeuds et utiliser une autre méthode pour débloquer
une étude.
L’exemple qui suit décrit pas à pas la démarche à suivre pour réaliser une épure de crémona.
3
Exemple de crémona d’une ferme triangulée en W avec charges additionnelles
symétriques sur entraits.
B
D
°
30
nte
pe
A E
G H
3.00 3.00 3.00
Schéma de la ferme.
F3
F2 C F4
4 8
B D
F1 1 3 5 7 9 11 F5
A 2 6 10 E
F7 G F6 H
RA RB
4
Tracé du crémona
Construction du dynamique des forces.
F1
dynamique des forces dont on vient de calculer
les valeurs, en parcourant la ferme dans le sens
F2
choisi pour le tracé du crémona.
RA
(en principe dans le sens des aiguilles d’une ligne
montre) de RA à RB. de
F6
F3
Pour faciliter la lecture du dynamique, on référence
F7
déporte les droites-supports des réactions
d’appui par rapport à la droite support des
RB
charges.
F4
Ensuite on reporte les extrémités des charges
sur une ligne de référence ou “ droite de garde ”. échelle
F5
On remarque sur le schéma que la force F7 394 daN
coïncide avec le point de départ et ferme le
dynamique, ce qui vérifie que le système est
bien en équilibre.
Noeud A.
F1
lequel il n’y a que deux inconnues, nous
parcourons les forces connues à partir de RA,
F2
puis F1, on trace une parallèle à la barre 1, puis 1+
RA
à la barre 2.
Cette dernière passe par le point de départ de
F6
F3
RA pour refermer le tracé et mettre ainsi le
noeud en équilibre.
F7
X1
La nature des efforts est définie par le sens de 2-
parcourt des barres par rapport au noeud.
(compression pour la barre 1, puisque l’on va RB
F4
Noeud B.
F2
barres.
F3
X2 X1
(départ de x2), on trace ensuite une parallèle à la 2-
barre 4, puis à la barre 3 qui doit aboutir au point 4+
RB
3+
de départ pour que le noeud soit en équilibre.
F4
compression, (signe +)
5
Noeud G.
F1
Les efforts à déterminer sont ceux agissant sur
les barres 5 et 6.
On commence donc par parcourir la force F7.
F2
(point de départ de X3), puis les barres 2 et 3, on 1+
RA
trace les parallèles aux barres 5 et 6, cette
dernière doit passer par le point départ X3.
F6
F3
6- X3
Ces barres sont sollicitées en traction, puisqu’on
F7
les a parcourues en s’éloignant du noeud G. 2-
5- 4+
RB
3+
F4
F5
Noeud C.
F1
F2
On cherche les efforts sur les barres 7 et 8 ; le 8+
1+
RA
point de départ se situe à l’extrémité de la barre 7-
F6
F3
noeud. (traction) X4 6-
On passe ensuite à la barre 4 en allant vers le
F7
noeud (compression) puis à F3, on termine en 5-
2-
4+
traçant les parallèles aux barres 8 puis 7 qui
RB
3+
F4
aboutit au point de départ.
La barre 8 est comprimée, la barre 7 est tendue. F5
F1
Noeud H.
F2
8+
Il faut définir les efforts dans les barres 9 et 10. 9+ 1+
RA
7-
Le point de départ sera donc la force F6 (point 10-
X5
X5), puis nous parcourons les barres 6 et 7
F6
F3
6-
(tendues) puis 9 (comprimée) pour revenir au
F7
2-
point de départ par la barre 10 (tendue).
5- 4+
RB
3+
F4
F5
6
F1
Noeud D et E.
F2
9+ 8+
1+
RA
7-
Le point de départ est la barre 9 (point X6), X6 10-
puis nous parcourons la barre 8 et la force F4
F6
F3
6-
pour terminer par la barre 11 que nous trouvons
F7
comprimée.
2-
5- 4+
RB
3+ 11+
F4
F5
Noeud E.
F1
On parcourt successivement F5 et RB, la barre
10 puis la barre 11 qui doit aboutir au point de
F2
départ (X7).
RA
10-
Pour une présentation claire les noeuds ont été
F6
X6
F3
étudiés séparément sur des épures distinctes.
F7
11+
Dans la réalité nous aurions traité tous les
noeuds sur une même épure pour obtenir un
crémona complet et visuel. RB
F4
7
F3
F2 C F4
4 8
B D
F1 1 3 5 7 9 11 F5
A 2 6 10 E
F7 G F6 H
RA RB
F1
F2
9+ 8+
7- 1+ RA
10-
F6
F3
6- F7
2-
5- 4+
RB
3+ 11+
F4
échelle
F5
394 daN
Épure de crémona.
8
Application.
1000 daN
P2
8
3.00
4
P1 P3
6 7
7
5 9
3.00
1 12
3 11
1 2 6 10 13 5
2 3 4
RA 1500 daN RB 1500 daN
4.00 4.00 4.00 4.00
16.00
Schéma de la ferme.
P1
RA
1+
P2
2 et 6-
7- 4+
3+
RB
P3
échelle
1000 daN
9
Exemple d’une ferme triangulée latine avec charges additionnelles aux entraits.
C
2.76
4 8
1.39 B D
1 3 5 7 9 11 13
A E
2 6 10 12
I H G
Schéma de la ferme.
10
F1
F2
1+
RA
9+
12-
F6
11-
4+
F3
10-
F7
7-
6-
F8
3- 8+
2-
RB
5+
F4
13+
échelle
F5
= 400 daN
Épure de crémona.
F3
F2 C F4
4 8
B D
F1 7 F5
1 3 5 9 11 13
A E
2 6 10 12
I H G
RA F8 F7 F6 RB
Effort dans les barres
Compression
Traction
11
Ferme triangulée en éventail avec charges additionnelles.
La conduite de l’étude de ce système à barres articulées se fait selon la méthode vue
précédemment.
La méthode consiste à mettre en équilibre le noeud considéré sous l’effet de la force extérieure qui
lui est appliquée et des efforts dans les barres qui aboutissent à ce noeud.
Les charges sont celles indiquées dans le tableau ci-dessous.
F3
F2 F4
6 10
F1 F5
4 9 12
7 11
5
3 13 14
1
2 8 15
F7 F6
RG RD
3.00 3.00 3.00
9.00
F1 = F2 = F3 = F4 = F5 = 300 daN
F6 = F7 = 200 daN
RG = RD = 1900 daN/ 2 = 950 daN
10+ F1
11+ RG
9-
13+ F2
12+
15-
14+ F6
8- F3
F7
1+
2-
4+
F4
3+
5+
7-
6+ RD
F5
12
Ferme triangulée avec charges additionnelles dissymétriques.
Les charges ont été calculées précédemment, nous adopteront donc celles indiquées dans le
tableau.
F4
F3 F5
F2 F6
3.50
F1 F7
F9 F8
CARACTÉRISTIQUES DE LA FERME
Sollicitations d'arbalétriers : F1 = 640 daN
F2 = 1280 daN
F3 = 1280 daN
F4 = 1280 daN
F5 = 1280 daN
F6 = 1280 daN
F7 = 640 daN
Total des charges 7680 daN
Sollicitations d'entrait : F9 = 1000 daN
F8 = 4000 daN
Calcul des réactions d'appui : ( hors charges additionnelles)
F1 + F2 + F3 + F4 + F5 + F6 + F7 = 7680 daN
RA = RB = (7680 / 2) = 3840 daN
Les charges sur la ferme étant symétriques, nous déterminons graphiquement les réactions
d’appui pour les deux forces additionnelles que nous additionneront par la suite.
F4
F3 F5
F2 F6 F8
1
F1 F7
2167 daN
RGa
2
F9 F8
RGa RDa ligne de fer
meture
F9
ligne de fer
meture
1
2833 daN
RDa
Ré su l ta n te
2 3
3
13
Pour résoudre graphiquement cet exemple, nous devons repérer les barres et cumuler les
différents résultats des réactions d’appui.
D’où : RG = RGa + RA = (3840 daN + 2167 daN) = 6007 daN.
RD = RGa + RA = (3840 daN + 2833 daN) = 6673 daN.
F4
F3 F5
8 12
F2 F6
4 9 11 13 16
7 15
F1 5 17 F7
1 3 19 20
2 6 10 14 18 21
F9 F8
RG RD
Nous procédons à une ultime vérification : notre ferme répond-elle à la règle énoncée plus haut ?
nB = 2N - 3
Le système est bien isostatique, il répond bien à la règle nous pouvons débuter le crémona.
F1
+ 16
17 +
21-
RGa
18- 12
F2
+
20
-
+
13
F3
RDa
F4
F8
15-
14-
6- 10-
5+
F5
F9
3- 1+ 7-
11-
2- 4+
9+
F6
8+
F7
Épure de crémona.
14
Étude d’une poutre WARREN.
Dans cet exemple nous n’étudierons la poutre que dans son axe vertical, nous ne tenons pas
compte du déversement possible, nous supposons que le charpentier aura résolu ce problème.
Schéma de la poutre.
F1 F2 F2
2 6 10 14
1 3 5 7 9 11 13 15
4 8 12
RG RD
3.00 3.00 3.00
9.00
RG 2250 daN
RD 2250 daN
F1
RG
6+
5-
7+ 3+
8- 4-
12-
F2
9+ 11- 13+
10+
RD
F3
Épure de crémona
15
Étude d’une seconde poutre WARREN.
Etudions cette poutre triangulée reposant sur deux appuis simples A et D.
Particularité : chaque barre à une longueur de 3.00 m
La poutre reçoit au noeud B une charge de 8 000 daN et au noeud C 2 000 daN
Schéma de la poutre.
4 8
1 3 5 7 9 11
2 6 10
B F1 C F2
RA RD
3.00 3.00 3.00
9.00
F1 8 000 daN
F2 2 000 daN
Somme des forces 10 000 daN
RA 6 000 daN
RD 4 000 daN
2-
RA
1 3-
8 4
F1 11 7 5-
9-
6-
RD
F2
éc helle
= 1000 daN
10-
16
Poutre WARREN.
Reprenons l’étude de la poutre Warren de la page précédente, en déplaçant les charges tout en
conservant toutefois les même valeurs aux appuis ; afin de mesurer les incidences sur les barres.
La poutre reçoit au noeud A une charge de 6 000 daN, noeud B 1 000 daN, noeud C 3 000 daN
Schéma de la poutre.
F1 F2 F3 RG
A 4 B 8 C
1
1 3 5 7 9 11
F1
2- 6- 4
2 6 10 9-
10-
7 F2
8
RG RD 11
1.50 3.00 3.00 1.50
9.00 RD
éc helle F3
= 2000 daN
Épure de crémona.
17
Étude d’une poutre PRATT.
Un pont est réalisé à partir d’un tablier soutenu par deux structures triangulées :
a) Déterminer les actions exercées sur les appuis en A et B.
b) Déterminer les actions exercées dans toutes les barres de la structure.
( ne sont étudiées ici que les forces statiques)
2.50 2 6 10 14 18 22
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
4 8 12 16 20 24
F1 F2 F3 F4 F5
RA RB
2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50
15.00
Schéma de la poutre
RA 3125 daN
RB 3125 daN
F1
6+
5-
RA F2
1 0+
1 1+ 9- 7+ 3+
8- 4-
1 2- F3
RB F4
18
Étude d'un portique triangulé à trois articulations.
(Les réactions ont été étudiées auparavant)
P1 500 daN
P2 1000 daN
P3 1000 daN
P4/2 500 daN
Somme des forces 3000 daN
RA 3350 daN
RB 3350 daN
4+
1-
HA
P4 / 2
5
P3 X P1
P2 11 6+
9 10
P1 8 12
VA
5
6
4 7 2+ P2 8
-
3
9+
1 2
P3 10 + é c h e le : 1000 daN
+
7+ 11
HA
12+
VA
P4 / 2
Shém a de l a dem i - f er m e G r aphi que de Cr ém ona
X
Épure de crémona.
19
Soit à résoudre la structure suivante : F3 G
200 daN
4.00
Il s'agit d'un panneau d'affichage accroché sur F
F2 E
la partie verticale de cette construction en 400 daN
C,E,G.
1 2 .0 0
4.00
La pression du vent agit sur ces mêmes points
de 100 daN par m de structure. F1 C D
200 daN
Déterminer par la méthode du crémona les
4.00
actions exercées dans toutes les barres.
A B
3.00 3.00
6.00
Il faut rechercher la résultante des efforts dont l'intensité est égale à la somme totale des charges.
Le système étant symétrique la ligne d'action de la résultante se confond avec celle de la force F 2
L'intensité respective de chacune des réactions dont la somme géométrique est égale à la somme
des charges s'obtient graphiquement par le polygone des forces.
Les lignes d'action des résultantes A et B passent respectivement par les points d'application A et
B, elles se croisent sur la ligne d'action de la résultante des forces.
échelle
200 daN
4
rmeture
F3
ligne de fe
11 10 1 2 3 4
3
F2 9 ligne de résultante
2 F1 F2 F3
7 8
6 Résultante
F1 5
1
1 3 4
A B RA
2 VB RB
RA RB
HB
Polygone des forces et recherche de l'intensité
des réactions.
20
2
1 4-8
échelle
200 daN
7
9 RB
RA
6 11
F1 F2 F3
Épure de Crémona.
F3
11 10
F2 9
7 8
6
F1 5
1 3 4
A B
2
RA RB
21
Ferme triangulée sur poteaux avec charges additionnelles dissymétriques :
L’étude qui suit est une ferme triangulée de hangar sur poteaux comme on en voit souvent dans
nos régions.
Les fermes sont espacées de 4.10 m d'axe en axe. La pente de la toiture réalisée en bac
en acier auto-porteur est de 30 %.
Les charges de toiture en projection horizontale, comprennent :
le poids propre, les surcharges, la neige et le vent: soit 130 kg/m²,
les charges additionnelles sur entraits sont indiquées sur le schéma.
Schéma
162. 5 162. 5 162. 5 162. 5
195
0%
te 3
225
Pen
80
575
1 600 daN
2 000 daN
1 200 daN
K
350
300
1300
La conduite de cette étude se présente de la même manière que pour les précédentes
Pour une raison de simplicité dans la recherche de l’intensité des réactions d’appui les charges
additionnelles ont été jointes aux charges de toiture.
E
D G
C H
14 18
B I
10 22
A 17 J
6 15 19 26
2 11 13 21 23 30
7 9 25 27
3 5 16 20 29 31
1 8 12 24 28 33
4 32
1 200 daN
1 600 daN
M L
2 000 daN
RG RD
ligne d'action de la résultante
ligne de
fermetu
re
6.667
22
Tableau des forces extérieures. daN
A A 433
B 1
B 866
2
C 866
D 866
C
3 E 866
G 866
5713 daN
H 866
M I 866
J 433
K 1200
D
4 L 1600
M 2000
E
5 -------------
Total 11728 daN
6 ligne de
fermetu
re ---------------- -------------
G
RD 6015 daN
L
0
RG 5713 daN
_________ _______
6015 daN
H
8
K 9
10
J
A
2+
B
24- 6+
23- 28-
K
19+ 17- C
RG
22+
3-
L
14+
18+
E
20-
31- 12-
30+ 22+
16- G
9+ 12-
7- 13-
11+ 26+
10+ M
17- H
15+
5+
7- I
8-
J
échelle
2000 daN
Épure de crémona.
23
14 18
10 22
17
6 15 19 26
2 11 13 21 23 30
7 9 25 27
3 5 16 20 29 31
1 8 12 24 28 33
4 32
Mt A = -[(433 x 0) +(866 x 1.625) + (866 x 3.25) + (866 x 4.875) +(866 x 6.50) + (866 x 8.125)
+(866 x 9.75) +(866 x 11.375) + (433 x 13) + (1200 x 11.375) +(1600 x 8.125) +(2000 x 3.25)] +(RB
X13.00) = 0
Position de la résultante :
Mt/ forces = x -78182 / 11728 = 6.666 m
24
Préparation du schéma pour la saisie des données en vue du calcul informatique.
2 5 7 0 2 5 37 00
Y 0 16 32 48 65 81 97 11 13
F5
F4 F6
275 F3 10 F7
14 18
226 F2 8 12 F8
10 22
177 F1 6 17 14 F9
6 15 19 26
129
2
4 11 13 21 23
16
30
80 7 9 25 27
2 5 29 18
3 16 20 24 31
1 8 12 28 33
4 7 9 11 32
0 3 5 13 15
1 17
12 25 37 50 37 25 12
Nature de Nature de
l'appui 1 l'appui 2
Noeud 1 Noeud 17
X
O
Nous nous trouvons dans le système global OX - OY, toutes les abscisses et les ordonnées sont
établies conventionnellement depuis l’origine, le point O.
Ainsi les charges qui sont de sens contraire aux ordonnées seront entrées en valeur négative, sans
quoi nous serions dans l’impossibilité d’obtenir des réactions d’appui.
L’appui N° 1 n’est pas un encastrement il sera bloqué en X et en Y, permettant juste une rotation.
L’appui N° 2 (noeud n° 17) est considéré comme glissant afin de mieux apprécier les
déplacements de la structure ; il est donc libre en X, bloqué en Y, on admet une légère rotation.
Nota : Les poteaux ont été supprimés dans cet exemple pour conserver l’isostatique du système.
Résultat :
Tableaux des efforts dans les barres.
25
Efforts dans les barres
1 5637 0 0 23 25 11.9
2 7417 112 190 39 25 15.6
3 -7668 -26 45 40 25 15.8
4 -6 -77 126 6 25 6.1
5 3518 -203 -134 44 20 13.2
6 10549 54 -44 50 25 17.6
7 -3344 10 62 23 25 11.9
8 -7290 85 -37 39 25 15.6
9 168 -68 10 1 20 2.0
10 10024 -23 -105 48 25 17.3
11 725 1 -40 8 25 7.0
12 -10190 -54 -125 48 25 17.3
13 -513 34 41 9 20 6.0
14 8976 59 0 40 25 15.8
15 1417 -2 -6 6 25 6.1
16 -9606 -60 -97 42 25 16.2
17 -4169 0 0 15 25 10.3
18 8973 -59 0 41 25 16.0
19 2005 -6 13 8 25 7.0
20 -10006 -85 0 46 25 16.9
21 -1113 26 14 11 20 6.6
22 10440 14 71 50 25 17.6
23 545 8 -44 7 25 6.6
24 -9615 11 -79 44 25 16.5
25 1370 63 -3 1 20 2.0
26 9948 14 72 48 25 17.3
27 -2270 3 48 17 25 10.3
28 -7631 -10 97 41 25 16.0
29 2597 -178 120 35 20 11.8
30 7797 125 0 41 25 16.0
31 -8063 -36 0 43 25 16.3
32 -7 -94 -64 7 25 6.6
33 5919 0 0 24 25 12.2
Contrainte admissible adoptée pour la vérification appliquée sur l’ensemble des barres : 100 daN/cm².
Module d’élasticité retenu (Young) : 73076 daN/cm².
Réactions (daN)
26
Auvent ou toiture de quai :
Ferme à une seule pente accrochée RA
1000 daN
latéralement à une paroi porteuse. A
P1
3
1000 daN
C
P2
On recherche la résultante des efforts dont 5
500 daN
l'intensité est égale à la somme totale des 4 E
P3
2 7
charges. 6
L'intensité des réactions est égale nous le 1 8 G
RB B D
Résultante
savons à la somme des charges, elles
s'obtiennent graphiquement par le polygone des
forces. 1 3
Les lignes d'action des résultantes A et B 2
4
passent par les points d'appui A - B, et se
croisent sur la ligne d'action de la résultante des
forces.
HB
RB
VB
1
P1
2 0
Résultante
3
P2
RA
4
échelle
P3
1000 kg
3-
RA
P1
392
0d
aN
Résultante
5-
P2
daN
3760
RB
2+
7- 6+ 4-
P3
8+ 1+
Épure de Crémona.
27