Ancrage sans attendre: meilleure coordination entre les concepteurs de structures en acier et en béton

Pour comprendre pourquoi cela est important, examinons la réalité de la conception des ancrages aujourd'hui.

Lorsque les platines de base sont placées près des bords ou soumises à des combinaisons complexes de traction et de cisaillement, la vérification des ancrages selon les normes de calcul telles que l'EN 1992-4 devient difficile. Dans de nombreux cas, le ferraillage doit être pris en compte dans la vérification. Ces vérifications sont généralement effectuées par un  autre ingénieur — typiquement le spécialiste du béton.

En pratique, le concepteur acier définit les charges, la disposition des ancrages, l'épaisseur de la platine et les raidisseurs nécessaires, tandis que le concepteur béton effectue une vérification séparée du bloc de béton et de son ferraillage. Au fur et à mesure que les projets évoluent, des changements de géométrie ou de répartition de charges sont inévitables. Chaque modification déclenche un nouveau cycle de calcul et une nouvelle série de communications entre les équipes — souvent compliquées par des échanges incohérent de données, des révisions peu claires et des priorités différentes entre les ingénieurs.

De plus, le comportement rigide ou flexible de la platine influence la contrainte dans le béton. Et même si le concepteur acier veut vérifier le ferraillage indépendamment de l'équipe béton, il lui manque souvent des informations sur les efforts supplémentaires que doit reprendre l’élément en béton, surtout dans le cas d'ancrage dans des murs, poutres ou poteaux.

Pour éviter des retards frustrants et des boucles de coordination, les ingénieurs surdimensionnent souvent ces détails, en appliquant des hypothèses conservatrices qui ne reflètent pas le comportement réel.

Et si les deux parties pouvaient concevoir et vérifier les systèmes d'ancrage dans le même environnement — de manière transparente, précise et sans attendre les hypothèses de l'autre?

L'ancrage du point de vue de l'ingénieur structure en acier

Traditionnellement, la vérification d’un ferraillage supplémentaire nécessiterait une compréhension approfondie de la méthode bielle-tirant, surtout pour les cas complexes. Cela demande également une certaine intuition du flux de contraintes dans le béton. C'est une connaissance qui ne vient qu'avec des années d'expérience, mais avec la Méthode du Champ de Contraintes Compatible (3D CSFM) dans IDEA StatiCa Detail, la conception devient intuitive et conforme aux règles de calcul. En tant qu'ingénieur structure en acier, je n'ai pas besoin d'être un expert en béton armé pour prendre en compte un ferraillage supplémentaire. 

En suivant les règles de détail du ferraillage, je peux modéliser un bloc en béton armé qui comporte des armatures supplémentaires, et vérifier que:

• la classe de béton (C12/15, C20/25, etc.) est adéquate pour la conception,
• le béton contient le ferraillage minimum A_s,min,
• l’ancrage, l’enrobage et l’adhérence sont suffisants,
• et les barres de ferraillage supplémentaire sont positionnées dans les limites recommandées (par exemple, ancrées à l'extérieur du cône de rupture supposé, positionnées à une distance < 0.75·c₁ de la fixation, etc.).

Tout d’abord, je vérifie la partie acier selon les normes dans IDEA StatiCa Connection, puis je l'exporte vers IDEA StatiCa Detail.

Une fois que j’ai saisi le ferraillage dans le modèle, IDEA StatiCa effectue le calcul CSFM 3D, en montrant exactement comment le ferraillage contribue à la capacité en fonction de la rigidité de la platine, et en s'assurant que le calcul respecte toutes les exigences de la norme.

Cela signifie que je peux préparer une proposition de ferraillage conforme aux règles en vigueur. Je vois immédiatement quelles armatures sont nécessaires pour valider la conception et je peux décider de l'ajuster ou de le finaliser. Plutôt que d'attendre des commentaires ou de me fier à des hypothèses, je peux instantanément vérifier si ma conception d'ancrage peut supporter les charges appliquées avec le ferraillage complémentaire, ou bien si, en tant que concepteur acier, je dois affiner davantage mon modèle.

Avec cela en tête, je peux présenter au concepteur béton une proposition qui reflète déjà un comportement réaliste et les besoins en ferraillage. Le concepteur béton finalise ensuite le ferraillage en tenant compte des autres charges qui agissent sur la structure.

L'ancrage du point de vue de l'ingénieur structure en béton

En tant qu'ingénieur béton, ma tâche est de m'assurer que la structure transfère en toute sécurité les charges de l’assemblage en acier vers le béton sans provoquer de rupture du béton. Pour cela, je dois tout d’abord comprendre la répartition des contraintes près de l'ancrage, vérifier les modes de rupture possibles, et veiller à ce que les armatures soient correctement placées et ancrées pour transférer la charge de la partie acier. Cela peut s’avérer complexe, surtout quand je ne sais pas si la platine de base se comporte de manière rigide ou flexible, et que les éléments ancrés sont placés près des bords, ou que plusieurs éléments sont ancrés dans le même bloc de béton. De petits changements dans la géométrie ou la répartition des charges peuvent complètement modifier le comportement.

Avec IDEA StatiCa Detail (3D) et la méthode CSFM 3D, je peux visualiser la manière dont les contraintes se propagent à travers le béton, identifier les zones critiques, et vérifier le ferraillage. Au lieu de me fier à des formules simplifiées ou à des hypothèses, je vois exactement comment le ferraillage prévient les ruptures du béton.

Selon le flux de travail, je peux soit recevoir les données directement du concepteur acier, y compris les efforts internes exportés d'IDEA StatiCa Connection. Quand je reçois le fichier, je peux simplement l'ouvrir, armer le béton en fonction des efforts internes, éventuellement ajouter d'autres charges si nécessaire, et le vérifier selon les normes sur la base de :

la résistance du béton en compression

\[\sigma_{c,eq} = \sigma_{c3} - \sigma_{c1} < f_{cd}\]

la contrainte d'adhérence τ_b

\[\frac{τ_{b}}{f_{bd}}\le 1\]

où

\[f_{bd} = 2.25 \cdot η_1\cdot η_2\cdot f_{ctd}\]

et la résistance des barres de ferraillage

\(σ_{s,lim} = \frac{k \cdot f_{yk}}{γ_s}\qquad\qquad\textsf{\small{pour un diagramme bilinéaire avec branche supérieure inclinée}}\)

\(σ_{s,lim} = \frac{f_{yk}}{γ_s}\qquad\qquad\,\,\,\,\textsf{\small{pour un diagramme bilinéaire avec branche supérieure horizontale}}\)

Ou, si je ne reçois que les efforts résultants qui agissent sur la semelle, je peux partir de zéro. Je peux modéliser un tronçon représentant une courte portion du poteau métallique au-dessus de la platine de base. Le tronçon transfère l'ensemble des efforts internes (Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz) vers la platine de base de manière physiquement réaliste, s'assurant que la redistribution des charges à travers la platine, les ancrages et le béton reflète la rigidité et le comportement réels. De cette façon, je peux concevoir le ferraillage du béton avec confiance et précision à partir de zéro.

Ce que nous apportons avec IDEA StatiCa 25.1 pour les deux côtés de la conception

Avec la version 25.1, nous rapprochons les équipes acier et béton en matière de conception d'ancrage. L'objectif était simple — permettre aux deux parties de modéliser, vérifier et communiquer en utilisant les mêmes données et la même compréhension du comportement réel de leurs conceptions. Plus besoin d’attendre, pas de suppositions, juste une collaboration transparente basée sur une analyse réaliste.

Nous reconnaissons également que l'ancrage est bien plus que du simpleferraillage complémentaire. Les ingénieurs doivent souvent utiliser des types d'ancrage spécifiques demandés par diverses parties prenantes (plaques d’appui, ancrages à crochet, goujons à tête, et ferraillage), tous disponibles dans les applications d'IDEA StatiCa.

Ensemble, ces améliorations fournissent un flux de travail plus complet et techniquement cohérent pour les ingénieurs structures en acier et béton.