Résoudre tout élément en béton préfabriqué

Eh bien, en effet, c'est le cas ! 

Comment, demandez-vous ? 

Avec un ensemble approprié d'outils puissants et faciles à utiliser, vous permettant de progresser de manière fluide et efficace tout au long du processus de conception, couvrant l'ensemble de la structure du toit aux fondations, bien sûr.

Je suis convaincu qu'après avoir lu cet article, vous direz adieu aux fastidieux calculs manuels, aux interminables feuilles de calcul Excel avec des milliers de lignes n'attendant qu'une erreur de saisie involontaire dans une formule, aux estimations pour gagner un temps précieux, et enfin, à l'utilisation d'applications simplifiées ne couvrant pas tout ce qui est requis.

Vous apprendrez à vérifier les dalles alvéolaires composites, les poutres préfabriquées avec ouvertures, les corbeaux, les poteaux et les fondations. Tout cela est réalisé avec la prise en compte automatique des effets rhéologiques tels que le fluage et le retrait, en appliquant l'Analyse Dépendante du Temps (TDA) avec le logiciel, et en couvrant toutes les régions de discontinuité grâce à la Méthode du Champ de Contraintes Compatible (CSFM) de classe mondiale.

Alors, attachez vos ceintures et profitez de ce voyage pédagogique avec moi !

Résolvez les structures du toit aux fondations en un rien de temps !

Je me souviens encore avoir eu du mal à terminer la conception d'une structure préfabriquée pour mon mémoire de master. 

Il s'agissait d'un gymnase à un seul niveau d'une largeur totale de 26,6 mètres et d'une longueur de 44,3 mètres. La hauteur totale était de 8,0 mètres. Le système porteur était considéré comme un système de portiques transversaux constitués d'une poutre de toiture précontrainte avec ouvertures, supportée par des poteaux avec des corbeaux en béton armé, et d'un ensemble de contreventements dans la direction longitudinale. J'ai utilisé des dalles alvéolaires avec une couche coulée en place en partie supérieure comme éléments de toiture. Cela ne semble pas si compliqué, n'est-ce pas ? 

Alors, quelle était la difficulté ?

C'était un processus très fastidieux car tout ce que j'avais à l'époque, c'était le logiciel d'analyse globale et des livres. J'avais commencé à préparer des feuilles de calcul Excel pour que tous les calculs soient aussi efficaces que possible. Néanmoins, le nombre de lignes dans le fichier me hante encore un peu aujourd'hui.

Aujourd'hui, grâce au fait que je maîtrise toutes les applications IDEA StatiCa Concrete, je terminerais probablement toute la partie structurelle du mémoire en un jour ou deux au lieu de plusieurs mois.

Laissez-moi vous montrer.

Le toit, le toit, le toit est... ?

Heureusement pas en feu, mais facile à traiter avec IDEA StatiCa Beam ! 

Quels sont les défis de la conception des dalles alvéolaires composites ? Les ingénieurs doivent être particulièrement attentifs au comportement des différents matériaux utilisés pour les couches individuelles, au cisaillement dans les joints, à l'importance des phases de construction, etc.

Étant donné que l'application Beam intègre la TDA, il vous suffit de définir les matériaux, la géométrie, les conditions aux limites, les charges (ou d'importer les efforts internes depuis un logiciel tiers), les phases de construction, puis de lancer l'analyse complète couvrant toutes les vérifications à l'état limite ultime (ELU) et à l'état limite de service (ELS). 

N'hésitez pas à l'essayer vous-même. Inspirez-vous de ce projet exemple de dalle.

Poutres de toiture à grande portée

Pour de tels éléments, le béton armé n'est plus une option. C'est donc le béton précontraint qui s'impose. Et nous savons tous ce que cela implique. Optimisation de la géométrie de la section transversale de l'élément, du nombre de câbles de précontrainte, évaluation de la contrainte initiale, des pertes, etc. Beaucoup de choses à gérer.

Ensuite, pour économiser le matériau et alléger la structure, vous devez ajouter des ouvertures. Il faut donc construire le modèle de treillis équivalent et utiliser la méthode Bielle et tirant (SaT) pour vérifier correctement ces régions de discontinuité. Ce qui ajoute encore plus d'heures à un processus déjà chronophage.

Ou bien, vous pouvez utiliser IDEA StatiCa Detail avec sa méthode CSFM, optimiser la structure et, en plus, gagner considérablement du temps. Qu'en pensez-vous ?

Pour vous aider dans le processus de modélisation, consultez le modèle prêt à l'emploi d'une poutre précontrainte avec ouvertures.

« Je vous soutiendrai toujours », dit le poteau à la poutre

La conception correcte d'un poteau est essentielle pour l'ensemble de la structure. Et cela vaut doublement pour les poteaux élancés. Ces éléments doivent être considérés comme sensibles à la stabilité. Par conséquent, la prise en compte des effets du second ordre est indispensable.

Évitez la complexité des calculs en utilisant l'approche normative et adoptez plutôt une approche plus efficace. Lisez l'article sur la conception sans difficulté des poteaux élancés en béton. Ou consultez le modèle de poteau circulaire avec effets du second ordre réalisé dans IDEA StatiCa RCS.

Corbeau – un petit assistant

C'est probablement la partie la plus simple du projet. Les corbeaux sont généralement sollicités par un effort de compression provenant d'un élément posé sur eux. Cependant, il est nécessaire de prendre en compte une part recommandée de charge horizontale. Le modèle de treillis équivalent n'est pas très compliqué dans ce cas, et les résultats sont obtenus assez rapidement.

Mais (il y a toujours un mais), que se passe-t-il si je vous dis que des résultats ELU satisfaisants ne signifient pas que la structure ne sera pas fissurée ou ne se déformera pas excessivement ? Expliquons cela avec un exemple pratique.

Nous avons un corbeau avec une géométrie, des propriétés et un ferraillage donnés, sollicité par un effort normal et un effort de cisaillement comme sur l'image ci-dessous.

Lors de la vérification manuelle de cet exemple, vous utilisez la méthode Bielle et tirant, évaluez la contrainte de compression dans le béton et la comparez à la valeur de calcul de la capacité. Ensuite, vous calculez la contrainte de traction et dimensionnez le ferraillage en conséquence. Le travail est terminé et vous pouvez passer à une autre partie du projet.

Cependant, juste pour être sûr, vérifions à nouveau la conception, cette fois à l'aide du logiciel.

J'ai modélisé le même corbeau dans IDEA StatiCa Detail. Examinons les résultats. Conformément au calcul manuel utilisant la méthode SaT, les vérifications ELU sont satisfaisantes. Et je l'ai confirmé en utilisant l'application Detail.

Néanmoins, cette fois, nous avons utilisé une approche plus avancée et pouvons également voir la deuxième partie de la vérification globale. Et c'est assez surprenant. Les vérifications ELS de la même structure avec les mêmes propriétés ne sont pas satisfaisantes. 

Et c'est quelque chose que vous ne pouvez pas évaluer avec la méthode SaT. Négliger les vérifications ELS peut avoir un impact direct sur la durée de vie en service de la structure. Ma recommandation est de toujours vérifier la structure pour les états limites ultimes ainsi que pour les états limites de service.

Généralement, le poteau et le corbeau sont vérifiés séparément. Mais grâce au CSFM, vous pouvez inclure les deux dans un seul modèle. Jetez un œil au modèle de poteau avec corbeau.

Tout maintenir ensemble

La dernière étape consiste à vérifier les fondations. Les zones proches des appuis sont également des régions de discontinuité. Vous pouvez donc à nouveau lancer l'application Detail et effectuer la magie de l'ingénierie structurelle. La vérification de différents types d'assemblages poteau-fondation n'est pas un problème.

Y compris les assemblages complexes tels que les poteaux encastrés dans des niches !

Pour couronner le tout, vous pouvez définir manuellement la rigidité des appuis en fonction de vos calculs pour simuler le comportement du sol élastique ! Pour en savoir plus à ce sujet, consultez l'article Types d'appuis dans IDEA StatiCa Detail.

Et voilà. Vous disposez maintenant du guide et connaissez les flux de travail. Alors, n'attendez plus et commencez à modéliser par vous-même ! Pour éviter toute erreur indésirable, lisez l'article Considérations de conception fréquemment négligées dans les structures en béton armé.

Conclusion

Le but de cet article n'est pas de dénigrer les calculs manuels utilisant des outils et des approches simplifiés, ni la feuille de calcul Excel que vous avez l'habitude d'utiliser pour vérifier les structures en béton préfabriqué. Il ne s'agit pas non plus de vous dire que vous devez immédiatement passer à l'utilisation exclusive des produits IDEA StatiCa. Si cela fonctionne pour vous, tant mieux !

Je voulais vous montrer qu'il existe une autre voie qui peut parfois être plus rapide et plus précise. Ou que les approches mentionnées précédemment peuvent parfois s'avérer insuffisantes et conduire à une conception potentiellement non sécurisée affectant, par exemple, la durée de vie en service d'une structure.

La dernière recommandation que je vais formuler dans ce texte est de toujours faire appel à votre jugement d'ingénieur et de ne pas avoir peur d'apprendre de nouvelles choses.

Découvrez davantage de possibilités de conception en béton dans notre Centre de support, où vous pouvez également apprendre à utiliser les applications grâce à de nombreux tutoriels, voir nos ingénieurs produit en action dans l'un de nos webinaires, ou télécharger un projet exemple.

Si vous débutez avec le logiciel ou souhaitez simplement améliorer vos compétences, consultez nos cours Campus en autoformation et certifiés professionnellement, et sélectionnez celui qui correspond le mieux à vos besoins.