Ne perdez pas de temps avec les vérifications à l'ELS

Conformément à l'Eurocode 1990, les états limites concernant :

• le fonctionnement de la structure ou des éléments structurels dans des conditions normales d'utilisation ;
• le confort des personnes ;
• l'apparence des ouvrages de construction ;

doivent être classés comme états limites de service (ELS). Cela inclut les déformations, les vibrations et les dommages affectant l'apparence ou la durabilité, tels que, par exemple, la fissuration.

En d'autres termes, ces vérifications aux états limites ne sont pas limitées par la résistance des éléments de la structure, mais concernent davantage la durabilité globale de la structure ainsi que le confort psychologique des personnes.

Permettez-moi d'expliquer cela plus en détail. Où vous sentiriez-vous plus à l'aise ? Dans un bâtiment neuf avec des murs déjà fissurés et des plafonds ou des poutres déformés dont l'état pourrait s'aggraver avec le temps ? Ou dans un bâtiment avec des murs lisses et agréables, où vous ne remarquez pas la légère flèche du plancher ? Je ne vais même pas essayer de deviner que tout le monde choisit le deuxième exemple. Et c'est exactement pourquoi nous devons prêter attention aux vérifications à l'ELS.

Cependant, nous savons tous que le temps des ingénieurs structure est précieux, et qu'ils souhaitent être aussi efficaces que possible dans leurs conceptions. En guise de solution, nous avons développé de nouvelles fonctionnalités dans l'application IDEA StatiCa Detail pour s'assurer que les ingénieurs utilisant nos outils réalisent la conception et les vérifications rapidement, de manière économique et en toute sécurité.

Vérification de la limitation des contraintes – plus si limitante que ça

À quelle fréquence avez-vous obtenu des résultats insatisfaisants pour la vérification de la limitation des contraintes ? Dans mon cas, je dois dire que cela est arrivé de nombreuses fois. Et je savais déjà dans la plupart des cas qu'ils auraient pu être négligés en raison de la nature des résultats.

L'un des problèmes les plus typiques est celui des pics de contraintes – des singularités apparaissant généralement dans les angles vifs. Voyons ce que c'est et pourquoi il est important de ne pas confondre une singularité avec une concentration de contraintes.

À première vue, vous pourriez remarquer que vous ne voyez pas la différence entre les deux. Néanmoins, il existe des distinctions, et vous devez toujours en être conscient. Car, en fin de compte, la conception globale relève toujours de la responsabilité de l'ingénieur responsable et de son jugement.

Alors, qu'est-ce qu'une singularité, et comment les ingénieurs structure peuvent-ils la distinguer d'une concentration de contraintes ?

Une singularité de contrainte est un point du maillage où la contrainte ne converge pas vers une valeur spécifique, c'est-à-dire que, théoriquement, la valeur de la contrainte en ce point est infinie.

Il s'agit typiquement :

• D'une zone où une charge ponctuelle est appliquée.
• D'un angle vif de la structure.
• D'un appui ponctuel.
• Des angles de corps en contact.

Et vous pouvez être sûr qu'il s'agit d'une singularité lorsque :

• Il y a une variation rapide de la contrainte dans un élément du maillage.
• La valeur de la contrainte en un nœud du maillage est supérieure à la valeur limite.
• Elle n'affecte qu'une petite zone de la structure et n'atteint pas les éléments adjacents.

À l'époque où je traitais des structures avec des singularités, je savais que dans presque tous les cas, elles auraient pu être négligées pour les raisons mentionnées ci-dessus, mais il n'y avait aucun moyen de le faire si je voulais obtenir des vérifications satisfaisantes dans l'application utilisée. Cela signifiait que je devais modifier le modèle de diverses manières, ce qui me prenait beaucoup de temps, ou éventuellement augmenter la classe du matériau ou ajouter du ferraillage supplémentaire.

Et c'est là qu'intervient l'application Detail avec sa nouvelle fonctionnalité de vérification à contrainte limitée.

Voyons comment la fonctionnalité fonctionne dans un exemple pratique. Nous avons une poutre avec une extrémité réduite et une ouverture. La charge est une combinaison d'une charge linéaire et d'une charge ponctuelle. Après avoir lancé l'analyse, nous pouvons voir que la vérification de la limitation des contraintes pour le béton n'est pas satisfaisante, avec toutes les informations nécessaires.

Après un examen plus approfondi, il est clair que les deux situations que j'ai décrites précédemment se sont produites. Il y a une concentration de contraintes en tête de poutre sous la plaque d'appui de la charge ponctuelle et une singularité dans l'angle vif de l'ouverture.

C'est le bon moment pour exercer son jugement d'ingénieur ! La singularité dans l'angle peut sans conteste être négligée dans la conception. Mais qu'en est-il de la petite zone avec concentration de contraintes ? Que dois-je faire ? La première chose est d'activer le maillage, ce qui peut aider à évaluer l'impact. Si ce n'est toujours pas clair, je peux aller dans Paramètres, affiner le maillage et réévaluer.

Néanmoins, dans notre cas, il est visible à première vue que la zone de concentration de contraintes est très petite, donc, de mon point de vue, il est acceptable de l'exclure également du calcul.

Et cela peut être fait assez facilement ! À cette fin, nous avons développé une fonctionnalité appelée Vérification limitée. Cette fonctionnalité vous permet de négliger les zones insatisfaisantes. Qu'est-ce que cela signifie ?

1. Au lieu des zones rouges avec un taux de travail supérieur à 100 %, vous les voyez en blanc, et la valeur de la vérification limite est de 100 % dans le cas d'un rapport de contraintes ou de la valeur de contrainte limite en MPa.
2. De plus, dans le tableau de vérification global, le cercle rouge avec une croix est remplacé par un triangle jaune avec un point d'exclamation représentant une information, et une non-conformité avec une description détaillée apparaît.
3. Pour couronner le tout, vous pouvez afficher uniquement les zones négligées tandis que le reste de l'élément reste en blanc.

Toutes les options peuvent être incluses dans le rapport une fois que vous avez terminé le processus de modélisation et que vous êtes satisfait de votre conception. Vous disposerez ainsi d'une documentation irréfutable pour faire taire les sceptiques.

Structures précontraintes dans IDEA StatiCa

Tout ingénieur structure travaillant sur des structures en béton précontraint sait qu'il est très important de prêter attention aux étapes particulières de la vie des structures, notamment le début et la fin.

C'est parce qu'aucune force de précontrainte n'est constante. La valeur varie le long de la longueur du câble de précontrainte et, enfin et surtout, dans le temps. Il est évident que l'évaluation correcte de la valeur précise de la force de précontrainte, et donc des contraintes dans les câbles de précontrainte, a un impact significatif sur le comportement de la structure.

Les variations de la force de précontrainte (une diminution de la force de précontrainte n'est pas nécessairement inévitable !) sont causées par de nombreux facteurs et sont désignées sous le terme de pertes de précontrainte. Oui, j'ai bien utilisé le pluriel. Les pertes de précontrainte se distinguent en :

• Pertes à court terme
• Pertes à long terme

Pertes à court terme

Les pertes à court terme surviennent généralement pendant le processus de fabrication. Une perte à court terme peut être causée par, par exemple, le frottement, le glissement dans l'ancrage, la déformation élastique immédiate du béton, la relaxation des câbles de précontrainte, etc.

Pertes à long terme

Les pertes à long terme surviennent après la mise en tension de la précontrainte et peuvent affecter la structure pendant toute sa durée de vie. Les causes des pertes à long terme peuvent être considérées comme le fluage, le retrait, la relaxation à long terme et la déformation élastique du béton causée par l'application d'une charge variable.

Une tâche difficile. Ou l'est-elle vraiment ?

Prendre en compte tout cela (ce qui est indispensable dans la conception !) peut conduire à avoir plusieurs combinaisons tenant compte de divers coefficients de précontrainte.

C'est ici qu'IDEA StatiCa Detail entre en scène pour la deuxième fois. Grâce à une nouvelle fonctionnalité appelée Pertes à long terme pour la vérification à l'ELS, vous n'avez pas besoin d'avoir un grand nombre de combinaisons et de passer des heures sur votre modèle en vous demandant si vous n'avez pas oublié quelque chose.

Tout ce que vous devez faire dans l'application Detail est de définir une combinaison, et vous pouvez couvrir les effets à court terme et à long terme pour les câbles de précontrainte pré-tendus et post-tendus.

Êtes-vous impatient d'apprendre comment cela fonctionne ? Découvrons-le !

Il est important de savoir que pour la vérification de la limitation des contraintes et l'obtention des résultats pour les effets à court terme et à long terme dans l'application Detail, nous utilisons un diagramme contrainte-déformation linéaire infini.

Nous distinguons deux branches. L'une pour les effets à court terme utilisant le module d'élasticité E_cm. Et l'autre pour les effets à long terme, où la contrainte dans les câbles de précontrainte est réduite par incréments pour la précontrainte et la charge permanente par la valeur définie des pertes à long terme. L'incrément de charge variable prend en compte E_cm.

Comment définir correctement la valeur des pertes à long terme ? Nous pouvons vous fournir des paramètres par défaut ; cependant, c'est encore une fois aux ingénieurs structure de décider quelle valeur ils utiliseront finalement pour le calcul.

Veuillez noter que la valeur diffère pour les câbles de précontrainte pré-tendus et post-tendus. Cela est dû au moment précis pour lequel vous devez définir la valeur de perte. Consultez l'article Mise en œuvre des pertes à long terme dans Detail, où vous trouverez une description plus détaillée du sujet et, plus important encore, quel est le moment approprié pour définir l'estimation des pertes à long terme dans le calcul.

Si vous êtes intéressé par d'autres nouvelles fonctionnalités d'IDEA StatiCa 23.0 (peut-être pas seulement pour le béton, mais aussi pour l'acier ou les liens BIM), visitez notre page des notes de version.  

IDEA StatiCa Detail est un excellent outil pour résoudre vos détails en béton et autres régions de discontinuité. Découvrez ses possibilités dans notre Centre de support, où vous pouvez également apprendre à l'utiliser dans 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 sélectionnez celui qui correspond le mieux à vos besoins.

Pour ceux qui s'intéressent davantage à la théorie et à la méthode CSFM qui sous-tend l'application Detail, rendez-vous dans le Contexte théorique d'IDEA StatiCa Detail, et plongez dans l'étude.