Concevez facilement des voiles de transfert souterrains grâce au lien BIM ETABS

Le bâtiment est situé directement au-dessus d'une structure souterraine. Par conséquent, certains pieux qui seraient normalement installés sous les poteaux ne peuvent pas être construits. Pour y remédier, les ingénieurs ont proposé l'utilisation de voiles de transfert pour soutenir les poteaux concernés.

Cependant, la conception des voiles de transfert est intrinsèquement complexe, en particulier lorsque des ouvertures sont présentes. De plus, pour les structures souterraines, les considérations à l'état limite de service (ELS), telles que le contrôle de la largeur des fissures, sont plus critiques, car ces structures sont en contact avec le sol et donc plus susceptibles aux problèmes de durabilité, notamment la corrosion. Les méthodes de calcul bien établies, telles que la méthode Bielle-et-tirant, traitent principalement des exigences à l'état limite ultime (ELU) mais ne couvrent pas adéquatement le comportement à l'ELS.

Conception des voiles de transfert

La conception des voiles de transfert est un sujet complexe car ils se comportent souvent comme des régions D, où l'hypothèse de section plane n'est pas valable, et donc les formules empiriques habituelles des normes de calcul ne peuvent pas être utilisées. Cela signifie que la fonctionnalité de calcul dans les logiciels EF globaux, qui utilise souvent une hypothèse de calcul de poutre ou de poteau, n'est pas adaptée à ce problème.

Pour le voile présenté ci-dessus, les ingénieurs disposent de deux options pour le concevoir. La première consiste à utiliser la méthode Bielle-et-tirant ; bien que ce soit une méthode appropriée et efficace, elle implique beaucoup de travail manuel et d'itérations, ce qui peut être chronophage. La seconde consiste à utiliser une approximation dans un logiciel EF global en évaluant les contraintes principales de traction pour déterminer les besoins en ferraillage et en vérifiant que les contraintes principales de compression restent inférieures à la résistance de calcul du béton.

La deuxième option semble être un choix plus pratique et plus efficace en termes de temps, mais elle recèle un danger caché.

IDEA StatiCa Detail

IDEA StatiCa Detail utilise le CSFM (Méthode du Champ de Contraintes Compatible), qui peut traiter avec précision à la fois les régions B et les régions D. Detail intègre également les effets d'adoucissement en compression dans son analyse via un facteur kc2, offrant ainsi une évaluation plus réaliste et plus sûre de la capacité des bielles comprimées en béton.

IDEA StatiCa 25.1 permet l'importation des éléments de voile d'ETABS vers IDEA StatiCa Detail. En utilisant ce lien BIM, les ingénieurs peuvent facilement importer des voiles depuis ETABS pour une analyse plus approfondie dans IDEA StatiCa Detail.

Ci-dessous est présenté le même voile importé depuis ETABS et analysé dans IDEA StatiCa Detail. On peut voir dans le coin supérieur gauche que, avec le ferraillage de base donné, l'analyse ELU indique une rupture même si les contraintes de compression sont similaires (environ 17 MPa). Pourquoi ?

Cette rupture à l'ELU est causée par la prise en compte de l'effet d'adoucissement en compression via le facteur kc2, qui réduit la capacité du béton d'un facteur de 0,87. Ainsi, la capacité du béton est désormais σc,lim = fcd x k2 = 20 x 0,87 = 17,4 MPa. C'est pourquoi, avec une contrainte de compression de 17 MPa, le taux de travail (σc/σc,lim) est affiché à 99,5 %. Qu'est-ce donc que cet effet d'adoucissement en compression ?

Adoucissement en compression

Lorsque le béton est soumis à une forte compression, il subit souvent des déformations de traction dans la direction perpendiculaire, ce que l'on appelle la traction transversale. Lorsque cela se produit, de microfissures commencent à se former et le béton devient moins confiné et plus faible en compression. Cet effet, connu sous le nom d'adoucissement en compression, signifie que le béton fissuré ne peut pas reprendre autant d'effort de compression que le béton non fissuré. Dans les normes de calcul, cet effet est pris en compte lors de la conception, par exemple, d'une poutre voile. Dans les bielles comprimées et les nœuds des poutres voiles, un facteur k dans l'Eurocode (ou β dans l'ACI), avec différentes valeurs selon la situation, est utilisé pour réduire la capacité maximale en compression du béton en raison de l'effet d'adoucissement en compression. En utilisant IDEA StatiCa Detail, ce facteur de réduction kc2 est calculé automatiquement en fonction de l'état de contrainte réel.

La solution

La solution consiste à ajouter des armatures supplémentaires pour soulager une partie de la contrainte de compression dans le béton. Ainsi, le voile de transfert peut satisfaire à la vérification normative comme illustré ci-dessous. L'exigence d'ajouter des armatures de compression supplémentaires serait autrement manquée si les ingénieurs n'utilisaient pas IDEA StatiCa Detail.

Si vous ne l'avez pas remarqué, dans le coin supérieur gauche, le résultat ELS, qui inclut la limitation des contraintes, la flèche (avec l'effet à long terme) et la largeur des fissures, est également pris en compte dans IDEA StatiCa Detail. Le résultat ELS est quelque chose que les deux autres approches décrites ci-dessus ne peuvent pas produire. 

Ainsi, en utilisant IDEA StatiCa Detail, les ingénieurs peuvent être pleinement informés du comportement de leur voile de transfert, non seulement à l'ELU, mais aussi à l'ELS.

Rapport

Une fois la conception terminée, les ingénieurs peuvent produire un rapport complet présentant tous les résultats d'analyse pour soumission. De plus, le métré des armatures peut également être généré à des fins de fabrication.

Conclusion

La conception des voiles de transfert exige une attention particulière aux interactions de contraintes complexes qui se produisent dans les régions D. Les approches simplifiées ou l'utilisation directe des résultats des logiciels EF globaux peuvent négliger des effets importants tels que l'adoucissement en compression, conduisant à une surestimation de la capacité du béton. En utilisant IDEA StatiCa Detail et son analyse basée sur le CSFM, les ingénieurs peuvent prendre en compte ces comportements non linéaires avec précision, garantissant que les exigences ELU et ELS sont correctement vérifiées.

Ressources

• Tutoriel pour le lien BIM ETABS vers Detail