Poutres en fibre de verre et en acier : la rigidité décide

L’acier a un module d’élasticité d’environ 200 GPa. Un profilé pultrudé verre/polyester typique a un module longitudinal de l’ordre de 17–30 GPa, selon la section et la teneur en fibres. À section égale, une poutre en fibre de verre fléchit donc environ sept à douze fois plus que l’acier sous la même charge.

Ce que cela donne en pratique

• Dimensionnez d’abord selon la flèche. Vérifiez la limite de service (une limite typique est portée/200 à portée/250, fixée par la norme du projet) avant de vérifier la résistance.
• Tenez compte de la flèche due à l’effort tranchant. Contrairement à l’acier, le PRFV a un faible module de cisaillement ; aux courtes portées, la part de cisaillement dans la flèche est donc significative.
• Tenez compte du fluage. Sous charge permanente, le PRFV continue de fléchir avec le temps ; les charges permanentes exigent des taux de contrainte plus faibles.
• Rupture fragile. Le PRFV ne plastifie pas, donc aucune ductilité n’avertit ; les calculs emploient des coefficients de sécurité plus grands et suivent une norme de calcul de la pultrusion (par exemple l’EN 13706 ou le manuel de conception du fournisseur).
• Assemblages. Boulonnez et collez ; ne soudez pas. Vérifiez l’appui et les distances aux bords avec les données du fournisseur.

À rigidité égale : de combien le PRFV est-il vraiment plus léger ?

La masse volumique du PRFV est environ un quart de celle de l’acier, mais pour égaler la rigidité d’une poutre en acier, la section en PRFV doit être plus grande. À titre d’illustration, prenez une poutre en acier (200 GPa, 7,85 g/cm³) et une poutre en PRFV de même forme (1,9 g/cm³) agrandie jusqu’à obtenir la même flèche. Pour des sections géométriquement semblables, la rigidité croît avec la puissance quatre de la dimension et le poids avec son carré :

À rigidité égale, le gain de poids est donc réel mais bien inférieur à ce que le rapport des masses volumiques laisse penser (ici environ 25–40 %). Les sections réelles ne sont pas géométriquement semblables ; n’utilisez donc ceci que pour cadrer vos attentes et demandez une comparaison calculée pour votre portée et votre charge.

Là où le PRFV l’emporte encore

Choisissez le PRFV quand …

• la structure est exposée aux produits chimiques, aux embruns salins, à l’humidité ou au lavage, là où l’acier exige un entretien constant ;
• la neutralité électrique ou magnétique est une exigence de sécurité ou d’équipement ;
• le poids à l’installation ou l’accès est le facteur limitant ;
• la portée et la charge sont modérées et qu’une section plus haute est acceptable.

Choisissez l’acier quand …

• de longues portées, de fortes charges ou des limites de flèche très serrées dictent la conception ;
• une tenue au feu élevée est exigée sans systèmes particuliers ;
• l’environnement est sec et doux et que le coût initial le plus bas prime.

Le coût sur le cycle de vie ne favorise le PRFV que si l’entretien, l’arrêt d’exploitation ou le remplacement sont réellement coûteux dans l’environnement ; dans un bâtiment sec et propre, l’acier est normalement aussi moins cher sur sa durée de vie. Demandez un devis pour les deux avant de décider.

Voir nos poutres en I en fibre de verre et profilés structurels. Un exemple de dimensionnement apparenté pour les sections creuses : exemple de dimensionnement d’un tube carré PRFV et le guide de choix des résines.