Métaux divers et escaliers

Introduction au module

Ce chapitre couvre l'installation, l'assemblage et la vérification des métaux divers et des escaliers en acier, un volet essentiel du métier d'ferronnier (charpentier-métallique) . Pour l'examen Sceau rouge, vous devez maîtriser les exigences du Code canadien de l'électricité, Chapitre V (pour les mises à la terre), mais surtout les normes CSA S16 (Conception des charpentes en acier) et CSA A23.1 (Béton) lorsqu'elles s'appliquent aux ancrages. Les escaliers et garde-corps sont régis par le Code national du bâtiment (CNB) , édition 2020, et ses modifications. Ce chapitre vous prépare à répondre aux questions portant sur les tolérances, les calculs de limon, les charges, les assemblages et les finis.

1. Métaux divers : définitions et portée

Les métaux divers (ou miscellaneous metals) regroupent tous les éléments en acier, aluminium ou alliages qui ne font pas partie de la charpente principale d'un bâtiment. On y trouve :

Escaliers, limons, marches, contremarches.

Garde-corps, mains courantes, rampes.

Grilles, grillages, échelles fixes.

Supports de canalisations, supports d'équipement mécanique.

Plaques d'appui, ancrages, boulons d'ancrage.

Cornières, canaux, tubes pour supports secondaires.

1.1 Matériaux utilisés

Matériau	Norme de référence	Usage typique
Acier de construction (A36, 300W)	CSA G40.20/G40.21	Limons, poutres, colonnes légères
Acier inoxydable (304, 316)	ASTM A240	Garde-corps extérieurs, environnements corrosifs
Aluminium (6061-T6, 6063-T5)	CSA HA117	Mains courantes, profilés décoratifs
Fonte malléable	ASTM A47	Raccords, supports ajustables
Acier galvanisé	ASTM A653	Échelles, plates-formes extérieures

Point d'examen : Le 300W est l'acier le plus courant au Canada pour les éléments structuraux secondaires. Sa limite élastique est de 300 MPa. Ne le confondez pas avec l'A36 (250 MPa) qui est plus fréquent aux États-Unis.

1.2 Tolérances de fabrication et d'installation

Les tolérances sont régies par la norme CSA S16 (chapitre sur la fabrication) et par les pratiques du CISC (Institut canadien de la construction en acier). Les tolérances typiques à mémoriser :

Élément	Tolérance
Longueur totale d'un limon	± 3 mm pour longueur ≤ 6 m
Équerrage d'un cadre (diagonale)	± 2 mm par mètre
Alignement vertical d'un garde-corps	1/500 de la hauteur
Déviation d'une marche	± 1,5 mm
Différence de hauteur entre contremarches adjacentes	Max 3 mm

Règle d'or : La tolérance cumulative ne doit jamais compromettre la conformité au CNB. Par exemple, si chaque contremarche varie de 3 mm, l'écart total sur un escalier de 12 marches peut atteindre 36 mm, ce qui est inacceptable. Vous devez compenser en ajustant les marches intermédiaires.

2. Escaliers en acier : conception et calculs

2.1 Géométrie des escaliers

Le CNB (article 9.8.4.1) impose des dimensions précises pour les escaliers droits :

Largeur minimale : 900 mm (escaliers desservant une pièce), 1100 mm (escaliers principaux).

Hauteur de contremarche : entre 125 mm et 180 mm.

Giron (profondeur de marche) : entre 255 mm et 355 mm.

Pente maximale : 45° pour les escaliers droits.

Dégagement vertical : minimum 2050 mm au-dessus de la ligne de foulée.

Formule de calcul de la pente :

Pente = arctan (hauteur de contremarche ÷ giron)

Exemple : contremarche de 180 mm, giron de 280 mm → pente = arctan(180/280) = 32,7°. Conforme.

2.2 Calcul du nombre de marches

Pour un escalier droit reliant deux niveaux :

34.Mesurer la hauteur totale (H) entre les surfaces finies.

35.Choisir une hauteur de contremarche (h) dans la plage permise.

36.Nombre de contremarches (n) = H ÷ h, arrondi à l'entier supérieur.

37.Recalculer h = H ÷ n (doit rester dans 125–180 mm).

38.Nombre de marches = n – 1 (la dernière marche est le palier).

39.Longueur totale de l'escalier = (n – 1) × giron.

Exemple d'examen : Hauteur de 2800 mm, giron choisi de 280 mm.

n = 2800 ÷ 175 = 16 contremarches (175 mm est dans la plage).

Marches = 15.

Longueur = 15 × 280 = 4200 mm.

Piège courant : Oublier que le palier supérieur compte comme une marche. Le nombre de contremarches est toujours supérieur d'une unité au nombre de marches.

2.3 Limons (stringers)

Les limons sont les éléments porteurs inclinés qui supportent les marches. Trois types :

Type	Description	Usage
Limon à découpes	Découpes triangulaires pour recevoir marches et contremarches	Escaliers résidentiels et légers
Limon à crémaillère	Plats ou cornières soudés sur le limon	Escaliers industriels
Limon central	Un seul limon sous le centre de l'escalier	Escaliers architecturaux

Calcul de la longueur d'un limon :

L = √(H² + L²)

Où H = hauteur totale, L = longueur horizontale totale.

Pour l'exemple précédent : L = √(2800² + 4200²) = √(7 840 000 + 17 640 000) = √25 480 000 = 5048 mm.

Section minimale du limon : Pour un escalier de 900 mm de large avec deux limons, chaque limon doit supporter la moitié de la charge. La flèche maximale admissible est de L/360 sous charge de service.

2.4 Marches et contremarches

Marches : plaques d'acier antidérapantes (gaufrées, perforées ou avec revêtement en carborundum). Épaisseur minimale typique : 6 mm pour usage intérieur, 8 mm pour extérieur.

Contremarches : plaques pleines ou ajourées. Épaisseur minimale : 4,8 mm.

Fixation : soudure continue ou boulonnage avec boulons de 12 mm minimum.

Exigence CNB (9.8.7.1) : Les marches doivent avoir une surface antidérapante. Les nez de marche doivent être arrondis ou biseautés avec un rayon de 10 mm maximum.

3. Garde-corps et mains courantes

3.1 Exigences du CNB

Les garde-corps sont requis lorsque la différence de niveau dépasse 600 mm (article 9.8.8.1). Exigences principales :

Paramètre	Valeur minimale
Hauteur du garde-corps	1070 mm (mesurée verticalement du nez de marche ou du plancher)
Résistance à la charge horizontale	0,5 kN/m appliqué au sommet
Résistance à la charge ponctuelle	1,0 kN appliqué en tout point
Espacement entre balustres	100 mm maximum (pour empêcher le passage d'une sphère de 100 mm)
Résistance des barreaux verticaux	0,5 kN chacun

Exception importante : Pour les escaliers résidentiels de moins de 3 contremarches, la hauteur minimale est de 900 mm.

3.2 Mains courantes

Requises des deux côtés si la largeur de l'escalier dépasse 1100 mm.

Hauteur de la main courante : entre 865 mm et 965 mm au-dessus du nez de marche.

Diamètre : entre 30 mm et 43 mm (section circulaire) ou équivalent pour préhension.

Dégagement entre la main courante et le mur : 50 mm minimum.

La main courante doit être continue et retourner vers le mur ou se terminer en volute.

3.3 Calcul de la charge sur un garde-corps

Pour un garde-corps de 3 m de longueur avec une charge linéaire de 0,5 kN/m :

Charge totale = 3 m × 0,5 kN/m = 1,5 kN.

Si le garde-corps a 4 poteaux, chaque poteau reçoit environ 0,375 kN (en supposant une distribution uniforme).

Vérification des poteaux : Chaque poteau doit être ancré pour résister au moment fléchissant :

M = F × h

Où F = charge au sommet (kN), h = hauteur du poteau (m).

Pour F = 0,375 kN et h = 1,07 m : M = 0,375 × 1,07 = 0,401 kN·m.

Ce moment doit être transmis à la structure par des ancrages chimiques ou mécaniques. Vérifiez toujours la capacité de l'ancrage selon le rapport d'évaluation du produit (ex. ICC-ES ou CCMC).

4. Échelles fixes

4.1 Exigences du CNB (article 9.8.9.1)

Paramètre	Valeur
Largeur entre montants	400 mm à 600 mm
Espacement des échelons	250 mm à 300 mm
Dégagement derrière les échelons	150 mm minimum
Distance des échelons au mur	200 mm maximum
Charge sur un échelon	1,3 kN ponctuel

4.2 Cage de protection

Une cage de protection est requise si l'échelle dépasse 3 m de hauteur :

La cage commence à 2,2 m au-dessus du sol.

Cerceaux espacés de 900 mm maximum.

Barreaux verticaux espacés de 300 mm maximum.

Diamètre intérieur de la cage : 700 mm à 800 mm.

Piège d'examen : La cage ne commence PAS au niveau du sol. Elle débute à 2,2 m pour permettre l'accès rapide en cas de chute.

5. Ancrages et fixations

5.1 Types d'ancrages

Type	Usage	Capacité typique
Boulon d'ancrage à tête hexagonale	Coulé dans le béton neuf	Variable selon diamètre et profondeur
Cheville à expansion (HST, Kwik Bolt)	Béton durci	5–50 kN selon diamètre
Cheville chimique (HIT-HY 270)	Béton fissuré ou non	10–100 kN
Tire-fond	Acier, bois	2–10 kN
Goujon soudé (stud welding)	Plaques d'acier sur béton	10–80 kN

5.2 Règles d'installation des ancrages chimiques

95.Perçage au diamètre prescrit par le fabricant (tolérance ± 0,5 mm).

96.Nettoyage du trou : brossage × 2, soufflage × 2 (règle du 2-2-2).

97.Injection de la résine en partant du fond du trou.

98.Insertion de la tige filetée avec rotation lente (pour éviter les bulles d'air).

99.Temps de polymérisation : respecter le temps indiqué (typiquement 20–40 min à 20 °C).

100.Ne pas charger avant la fin de la polymérisation.

Température : En dessous de 5 °C, le temps de polymérisation double. Utilisez des produits certifiés pour basses températures.

5.3 Boulons d'ancrage coulés dans le béton

Diamètre minimal : 12 mm pour les garde-corps, 16 mm pour les escaliers.

Profondeur d'ancrage : 10 × diamètre (minimum).

Dégagement minimal entre deux ancrages : 5 × diamètre.

Distance au bord du béton : 7 × diamètre (minimum).

Vérification selon CSA A23.1 : Les ancrages doivent être positionnés avec une tolérance de ± 6 mm en plan et ± 3 mm en élévation. Utilisez des gabarits de positionnement.

6. Soudage des métaux divers

6.1 Procédés de soudage

Procédé	Code AWS	Usage
SMAW (électrode enrobée)	D1.1	Chantier, réparations
GMAW (MIG)	D1.1	Atelier, production
FCAW (fil fourré)	D1.1	Atelier, forte épaisseur
GTAW (TIG)	D1.6	Acier inoxydable, aluminium

Exigence Sceau rouge : Tous les soudeurs doivent être qualifiés selon la norme CSA W47.1 (soudage de l'acier) ou CSA W47.2 (soudage de l'aluminium). Les procédures doivent être qualifiées selon CSA W59.

6.2 Symboles de soudage

Vous devez savoir lire les symboles de base :

Soudure d'angle : triangle sur la ligne de référence.

Soudure en bout : ligne droite sur la ligne de référence.

Soudure par points : cercle.

Taille de soudure : chiffre à gauche du symbole (en mm).

Longueur : chiffre à droite du symbole.

Contour : symbole au-dessus ou en dessous (plat, convexe, concave).

Exemple : Un triangle avec "6" à gauche et "50" à droite signifie : soudure d'angle de 6 mm de jambe, 50 mm de longueur.

6.3 Défauts de soudure à éviter

Défaut	Cause	Conséquence
Porosité	Humidité, gaz	Affaiblissement
Manque de fusion	Mauvaise technique	Rupture
Crique à froid	Hydrogène, contrainte	Rupture fragile
Sous-dépôt	Vitesse trop rapide	Section insuffisante
Projections	Paramètres incorrects	Apparence, contamination

Contrôle qualité : L'inspection visuelle (VT) est obligatoire pour toutes les soudures. Les méthodes non destructives (UT, RT, MT) sont requises pour les soudures principales selon CSA W59.

7. Finis et protection contre la corrosion

7.1 Systèmes de finition

Finition	Épaisseur typique	Usage
Peinture alkydique	75–125 µm	Intérieur
Peinture époxy	150–250 µm	Extérieur, industriel
Galvanisation à chaud	85–150 µm	Extérieur, exposition sévère
Métallisation (zinc)	80–150 µm	Ponts, marine
Poudrage électrostatique	60–120 µm	Architectural, intérieur

7.2 Préparation de surface

Selon la norme SSPC (Steel Structures Painting Council) :

SSPC-SP2 : Nettoyage manuel (brosse métallique).

SSPC-SP3 : Nettoyage mécanique (meuleuse).

SSPC-SP6 : Décapage commercial (95 % de surface propre).

SSPC-SP10 : Décapage quasi blanc (98 % de surface propre).

SSPC-SP11 : Décapage blanc (100 % de surface propre).

Exigence minimale : Pour les métaux divers en extérieur, une préparation SP6 avec profil de surface de 38–75 µm est requise avant application de la peinture.

7.3 Galvanisation

Norme : CSA G164 (galvanisation à chaud).

Épaisseur minimale : 85 µm pour acier de 6 mm d'épaisseur.

Après galvanisation, ne pas souder (fumées toxiques d'oxyde de zinc). Si nécessaire, meuler la zone galvanisée et retoucher avec de la peinture riche en zinc.

Les trous de ventilation (6 mm) doivent être percés dans les sections creuses avant galvanisation pour éviter l'explosion.

8. Calculs de charges et vérifications

8.1 Charges selon le CNB

Élément	Charge minimale
Escalier (charge uniforme)	4,8 kPa
Escalier (charge ponctuelle)	4,5 kN sur une aire de 100 mm × 100 mm
Garde-corps (charge linéaire)	0,5 kN/m
Garde-corps (charge ponctuelle)	1,0 kN
Échelle (échelon)	1,3 kN

8.2 Vérification d'une marche d'escalier

Pour une marche en acier de 6 mm d'épaisseur, 280 mm de large, portée de 900 mm :

148.Charge uniforme : 4,8 kPa × 0,28 m = 1,34 kN/m.

149.Moment maximal : M = (w × L²) ÷ 8 = (1,34 × 0,9²) ÷ 8 = 0,136 kN·m.

150.Module de section requis : S = M ÷ (0,9 × Fy) = 136 000 N·mm ÷ (0,9 × 300 MPa) = 504 mm³.

151.Module de section réel (plaque de 6 mm, largeur 280 mm) : S = (b × h²) ÷ 6 = (280 × 36) ÷ 6 = 1680 mm³.

Conclusion : La marche est conforme (1680 > 504). Facteur de sécurité élevé.

8.3 Vérification d'un poteau de garde-corps

Poteau tubulaire carré 50 × 50 × 3 mm, hauteur 1070 mm, charge ponctuelle de 1,0 kN au sommet :

155.Moment : M = 1,0 kN × 1,07 m = 1,07 kN·m.

156.Module de section du tube : S = (B⁴ – b⁴) ÷ (6 × B) = (50⁴ – 44⁴) ÷ (6 × 50) = (6 250 000 – 3 748 096) ÷ 300 = 8339 mm³.

157.Contrainte : σ = M ÷ S = 1 070 000 N·mm ÷ 8339 mm³ = 128 MPa.

158.Rapport : 128 ÷ (0,9 × 300) = 0,47 → Conforme (moins de 1,0).

9. Installation et séquence de travail

9.1 Procédure d'installation d'un escalier en acier

162.Relevé des mesures : Vérifier les dimensions réelles de l'ouverture (ne jamais se fier aux plans seuls).

163.Vérification des ancrages : Position, diamètre, profondeur.

164.Levage et positionnement : Utiliser des élingues et un équipement de levage adapté.

165.Alignement : Niveau à bulle, fil à plomb, niveau laser.

166.Fixation temporaire : Cales, vérins, attaches provisoires.

167.Soudage ou boulonnage définitif : Suivre la séquence de soudage pour minimiser les distorsions.

168.Vérification finale : Tolérances, équerrage, niveau.

169.Finition : Retouches de peinture, application de l'antidérapant.

9.2 Séquence de soudage pour éviter les distorsions

Souder du centre vers les extrémités.

Alterner les côtés (soudure par bonds).

Utiliser des points de soudure (tack welds) de 25 mm tous les 300 mm avant la soudure continue.

Laisser refroidir entre les passes.

9.3 Coordination avec les autres corps de métier

Béton : Les ancrages doivent être posés avant le coulage.

Électricité : Les mises à la terre des garde-corps métalliques doivent être connectées selon le Code canadien de l'électricité, Chapitre V (règle 8-200 pour les mises à la terre des structures métalliques).

Plomberie : Éviter les conflits avec les canalisations dans les gaines d'escalier.

10. Normes et codes de référence

Norme	Titre	Application
CSA S16	Règles de calcul des charpentes en acier	Conception des éléments
CSA W59	Soudage des charpentes en acier	Qualité des soudures
CSA W47.1	Qualification des entreprises de soudage	Certification des ateliers
CSA G40.20/G40.21	Aciers de construction	Spécifications des matériaux
CSA G164	Galvanisation à chaud	Protection contre la corrosion
CNB 2020	Code national du bâtiment	Exigences d'utilisation
CSA A23.1	Béton	Ancrages dans le béton
CISC	Guide de l'ICCA	Pratiques de fabrication

Note importante : Le CNB est un code modèle. Chaque province adopte sa propre version, mais les exigences techniques sont essentiellement identiques. L'examen Sceau rouge se base sur les exigences du CNB.

Pièges à éviter

185.Confondre le nombre de marches et le nombre de contremarches : Le nombre de contremarches est toujours supérieur d'une unité au nombre de marches. Un escalier de 12 marches a 13 contremarches.

186.Oublier la cage de protection des échelles : Elle commence à 2,2 m du sol, pas au niveau du sol. Beaucoup de candidats répondent 3 m ou 0 m.

187.Utiliser la mauvaise charge pour les garde-corps : La charge linéaire est de 0,5 kN/m, mais la charge ponctuelle est de 1,0 kN. Ces deux charges doivent être vérifiées séparément.

188.Négliger les tolérances cumulatives : Une tolérance de ± 3 mm par contremarche peut sembler acceptable, mais sur 15 contremarches, l'écart total peut atteindre 45 mm, ce qui dépasse largement les exigences du CNB.

189.Confondre les normes de soudage : CSA W59 est pour les charpentes en acier, CSA W47.1 est pour la qualification des entreprises, et CSA W47.2 est pour l'aluminium. Ne les mélangez pas.

190.Oublier la préparation de surface : Une peinture appliquée sur une surface non préparée (SP2 au lieu de SP6) est une défaillance typique. La norme SSPC-SP6 est le minimum pour l'extérieur.

191.Calculer la longueur du limon sans tenir compte de l'épaisseur des marches : La hauteur réelle à franchir inclut l'épaisseur de la marche supérieure. Un calcul trop court de 6 mm peut rendre l'escalier non conforme.

192.Ignorer la température lors de l'installation des ancrages chimiques : En dessous de 5 °C, le temps de polymérisation double. Un ancrage chargé trop tôt peut se rompre.

193.Ne pas vérifier la flèche : La flèche maximale admissible est L/360. Pour un limon de 5 m, la flèche maximale est de 13,9 mm. Une flèche excessive indique une section insuffisante.

194.Oublier les exigences de mise à la terre : Les garde-corps métalliques extérieurs doivent être mis à la terre selon le Code canadien de l'électricité, Chapitre V. Cette exigence est souvent oubliée dans les réponses.

Résumé

Les métaux divers comprennent tous les éléments secondaires en acier : escaliers, garde-corps, échelles, supports.

Les tolérances de fabrication et d'installation sont régies par CSA S16 et les pratiques du CISC. Les tolérances typiques sont de ± 3 mm pour les longueurs et ± 1,5 mm pour les marches.

Les escaliers doivent respecter les dimensions du CNB : contremarches de 125 à 180 mm, girons de 255 à 355 mm, largeur minimale de 900 mm.

Le nombre de contremarches se calcule en divisant la hauteur totale par la hauteur choisie, puis en arrondissant à l'entier supérieur.

Les garde-corps sont requis pour les dénivellations de plus de 600 mm, avec une hauteur de 1070 mm et des charges de 0,5 kN/m ou 1,0 kN ponctuel.

Les échelles fixes nécessitent une cage de protection au-delà de 3 m, commençant à 2,2 m du sol.

Les ancrages chimiques exigent un nettoyage rigoureux (règle 2-2-2) et le respect des temps de polymérisation.

Le soudage doit être effectué selon CSA W59 par des soudeurs qualifiés selon CSA W47.1.

Les finitis de protection contre la corrosion incluent la peinture, la galvanisation et la métallisation, avec une préparation de surface selon les normes SSPC.

Les calculs de charges doivent vérifier à la fois les charges uniformes et ponctuelles, avec un facteur de sécurité de 0,9 × Fy.

Questions d'auto-évaluation

209.Un escalier a 14 contremarches de 175 mm et des girons de 280 mm. Quelle est la longueur horizontale totale ?

Réponse : 13 × 280 = 3640 mm.

211.Quelle est la hauteur minimale d'un garde-corps pour un escalier résidentiel de 4 contremarches ?

Réponse : 1070 mm (900 mm seulement pour moins de 3 contremarches).

213.Un poteau de garde-corps de 1,07 m reçoit une charge ponctuelle de 1,0 kN. Quel est le moment à la base ?

Réponse : M = 1,0 × 1,07 = 1,07 kN·m.

215.Quelle préparation de surface est minimale pour un garde-corps extérieur peint ?

Réponse : SSPC-SP6 (décapage commercial).

217.À quelle hauteur commence la cage de protection d'une échelle fixe ?

Réponse : 2,2 m au-dessus du sol.

219.Quel est le diamètre minimal d'un boulon d'ancrage pour un garde-corps ?

Réponse : 12 mm.

221.Quelle est la flèche maximale admissible pour un limon de 4,5 m ?

Réponse : 4500 ÷ 360 = 12,5 mm.

223.Quel est le temps de polymérisation typique d'un ancrage chimique à 20 °C ?

Réponse : 20 à 40 minutes.

225.Quelle norme régit la qualification des soudeurs en acier ?

Réponse : CSA W47.1.

227.Un escalier a des contremarches de 180 mm et des girons de 250 mm. Est-il conforme ?

Réponse : Oui, 180 ≤ 180 et 250 ≥ 255 → Non, le giron est inférieur à 255 mm. Non conforme.

Ce chapitre couvre l'ensemble des connaissances requises pour l'examen Sceau rouge sur les métaux divers et les escaliers. Révisez les tableaux de dimensions, les formules de calcul et les exigences du CNB. Bonne préparation !

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