poinçonnement dalles

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Fischer Rista AG Hauptstrasse 90 CH-5734 Reinach Tlphone +41(0)62 288 15 75 Tlfax +41(0)62 288 15 76 [email protected] www.fischer-rista.ch NTVA 446720 Dimensionnement au poinonnement des planchers-dalles et radiers de fondation l'aide du logiciel FIDECA sur la base des nouvelles normes SIA de 2003 FISCHER RISTA AGVersion 4.0 2/20 Table des matires 1.Introduction, expos du problme...................................................................................... 1 2.Principes de dimensionnement.......................................................................................... 1 3.Vrification de la scurit de portance................................................................................ 2 3.1. Proprits des matriaux............................................................................................ 2 3.2. Proprits gomtriques............................................................................................. 3 3.2.1.Hauteurs statiques ........................................................................................... 3 3.2.1.1. Armature flexionnelle........................................................................... 3 3.2.1.2. Armature triers (paniers)................................................................. 3 3.2.1.3. Ttes de poinonnement en acier ....................................................... 4 3.2.2.Longueur priphrique u de la section de contrle d'une colonne.................... 5 3.2.2.1. Colonnes intrieures ........................................................................... 5 3.2.2.2. Colonnes d'angle intrieures ............................................................... 5 3.2.2.3. Colonnes de bord................................................................................ 6 3.2.2.4. Colonnes d'angle................................................................................. 7 3.2.2.5. Extrmits de mur ............................................................................... 8 3.2.3. Ttes de poinonnement en acier ..................................................................... 8 3.2.4. Primtre de la section de contrle uD autour de l'armature de poinonnement (paniers)8 3.3. Charges.................................................................................................................... 10 3.3.1. Valeur de calcul Vd.......................................................................................... 10 3.3.2. Poids propre ................................................................................................... 10 3.3.3. Charge utile ou pression du sol....................................................................... 11 4. Droulement du calcul ..................................................................................................... 11 4.1. Rsistance flexionnelle mRd tenant compte de l'armature de poinonnement ........... 11 4.2. Calcul de la rsistance au poinonnement VRd......................................................... 12 4.2.1.Dalles sans armature de poinonnement ....................................................... 12 4.2.1.1. Rsistance effective au poinonnement VRd1,eff.................................. 12 4.2.1.2. Moment de rfrence m0d1, rayon du moment plast. ry1 et coefficient kr1...... 12 4.2.2. Planchers-dalles avec armature de poinonnement........................................ 13 4.2.2.1. Rsistance effective au poinonnement VRd2,eff.................................. 13 4.2.2.2. Moment de rfrencem0d2, rayon du moment plast. ry2 et coefficient kr2..... 14 4.2.3. Dalles avec armature de poinonnement: Vrification l'extrieur de l'armature ....... 14 4.2.3.1. Rsistance effective au poinonnement VRd3,eff.................................. 14 4.2.3.2. Moment de rfrence m0d3, rayon du moment plast. ry3 et coefficient kr3...... 15 5. Vrification de la scurit de la portance.......................................................................... 15 6. Ouvertures...................................................................................................................... 16 7. Influence des canalisations .............................................................................................. 16 FISCHER RISTA AGVersion 4.0 1/20 Dimensionnement au poinonnement des planchers-dalles et des radiers de fondation l'aide du logiciel FIDECA sur la base des nouvelles normes SIA de 2003 1. Introduction, expos du problme Du fait des efforts qui s'y concentrent, la zone d'appui des colonnes de planchers-dalles subit dessollicitationsextrmementlevesetdoitparconsquentfairel'objetd'unegrande attentionlorsdesondimensionnement.L'applicationsimultanedesvaleursmaximalesdes moments de flexion et des efforts tranchants dans unezone trs restreinte peut entraner, en cas d'erreur de dimensionnement, une rupture lors de laquelle la tte de colonne peut traverser ladalle.Onparlealorsdepoinonnementdeladalleparlacolonne.Leprocessusde poinonnementproprementditsedrouleextrmementrapidement,sansqu'aucunindice pralabled'unesollicitationexcessivenesemanifeste.Ils'agitdoncd'unerupturefragile.De telles avaries se sont produites sporadiquement par le pass, de sorte que la recherche s'est adresse ce phnomne avec une plus vive acuit. Il en a rsult les prescriptions en vigueur actuellement, dictes dans la norme SIA 262 "Constructions en bton" (2003). Afin de faciliter la tche de l'ingnieur praticien dans le dimensionnement et le calcul constructif decettezone,diffrentsoutilsonttdvelopps,notammentlescagesdepoinonnement FIDECAaussiinnovantesqueparticulirementintressantessurleplanconomique,ainsi que le logiciel dcrit dans ce document. 2. Principes de dimensionnement Conformment aux prescriptions actuellement en vigueur en Suisse, deux preuves doivent tre apportesdansledimensionnementd'unestructureporteuse,savoirlavrificationdela portance et de l'aptitude son utilisation. Lascuritd'unouvragepeuttreconsidrecommevrifiesurleplandelaportance lorsqu'ilpeuttreprouvquelavaleurdecalculdel'efforttranchantVdn'excdepasla rsistanceaupoinonnementVRd.Lorsdelavrificationdelascuritdelaportanceau poinonnement,ilconvientdevrifierl'tatlimitetype2selonlanormeSIA260(2003),art. 4.4.3.1. La valeur de calcul des actions Eddoit tre dtermine selon la norme SIA 260 / 261 (2003) et correspond la valeur de calcul de l'effort tranchant dV : Ed=Vd. En revanche, la valeur de calcul de la portanceRd est la rsistance au poinonnement RRd : Rd = VRd . Cettevaleurdecalculdel'efforttranchantVdnedoitpasexcderlarsistanceau poinonnement VRd: VdVRd. FISCHER RISTA AGVersion 4.0 2/20 Celogicielexcuteledimensionnementdesplanchers-dallesetdesradiersdefondation essentiellement sollicits statiquement selon ces principes. Nanmoins, il n'est apport aucune information en ce qui concerne l'aptitude l'emploi ni la durabilit. 3. Vrification de la scurit de portance 3.1. Proprits des matriaux Les valeurs de calcul de rsistance du bton sont dfinies dans la norme SIA 262, art. 4.2.1.4 et rsumes dans le tableau 1 pour le btonlger. Tableau 1: Rsistances du bton fck / fck,cubeC12/15C16/20C20/25C25/30C30/37C35/40C40/50C45/55C50/60 fcd[N/mm2]8.010.513.516.520.022.024.026.028.0 Bton cd[N/mm2]0.700.800.901.001.101.201.251.351.40 fck / fck,cubeLC12/13LC16/18LC20/22LC25/28LC30/33LC35/38LC40/44LC45/50LC50/55 fcd[N/mm2]8.010.513.516.520.022.024.026.028.0 Bton lger cd[N/mm2]0.700.800.901.001.101.201.251.351.40 Il s'applique pour d'autres types de bton: selon l'art. 2.3.2.3:cck fccdff =[N/mm2] etselon l'art. 2.3.2.4:ccdcdf=3 . 0[N/mm2] avec 1303 / 1|||

\|=ckfcf (Art. 4.2.1.2)et c = 1.5 (Art. 2.3.2.6). La valeur de calcul de la limite lastique du bton arm fsd est dfinie l'art. 4.2.2.1 et reprise au tableau 2. Tableau 2: Valeurs de calcul de la limite lastique du bton arm Bton armB500AB500BB450C fsd [N/mm2]435435 390 FISCHER RISTA AGVersion 4.0 3/20 3.2. Proprits gomtriques 3.2.1. Hauteur statique 3.2.1.1. Armature flexionnelle Surlabasedesdsignationsdesfigures1et2, ils'agitdedterminerleshauteursstatiques moyennes dselon l'art. 4.3.6.3.1 comme suit: pour planchers-dalles: ( )4 321d d d + = Figure 1: Dsignations pour un plancher-dalle pour radiers de fondation: ( )2 121d d d + =Les hauteurs statiques moyennes sont utilises pour la dtermination de la rsistance au poinonnementFigure 2: Dsignations pour un radier de fondation Les2meet3mecouchesd'armaturesontparallleslesunesparrapportauxautres,et perpendiculaires aux 1re et 4me couches. Plancher-dalle:Radier de fondation: d1 = cnom,c + 1 / 2d1 = h - cnom,t - 1 / 2 d2 = cnom,c + 1+ 2 / 2d2 = h - cnom,t - 1 - 2 / 2 d3 = h - cnom,t - 4 - 3 / 2d3 = cnom,c + 4+ 3 / 2 d4 = h - cnom,t - 4 / 2d4 = cnom,c + 4 / 2 3.2.1.2. Armatures triers (paniers) LahauteurstatiquedBlatransitionverslazonesansarmaturedepoinonnementest dterminer selon l'art 4.3.6.5.4 conformment aux illustrations 3 et 4. Dalle: dB = d - cnom,c -1 - / 2 cnom,c cnom,t 1 2 3 4 d1 d2 d3 d4 h cnom,c cnom,t 1 2 3 4 d1 d2 d3 d4 h hdB cnom,c cnom,t 1 4 d FISCHER RISTA AGVersion 4.0 4/20 Fig. 3: Hauteur statique dB d'une dalle Fondation: dB = d - cnom,c -4 - / 2 Fig. 4: Hauteur statique dB d'un radier de fondation 3.2.1.3. Ttes de poinonnement La hauteur statique moyenne dP la transition vers la zone non renforce par tte de colonne est dterminer selon l'art. 4.3.6.6.2 conformment aux illustrations 5 et 6. Plancher-dalle: ( )4 321P P Pd d d + = Fig. 5: Hauteur statique dP3,4 d'un plancher-dalle Radier de fondation: ( )2 121P P Pd d d + = h dB cnom,c cnom,t 4 1 d hdP4 cnom,P cnom,t 4 45dP3 hdP1 cnom,P cnom,t 1 45dP2 FISCHER RISTA AGVersion 4.0 5/20 Fig. 6: Hauteur statique dP1,2 d'un radier 3.2.2. Longueur priphrique u de la section de contrle d'une colonne 3.2.2.1. Colonnes intrieures rondeovale carrerectangulaire Figure 7: Dtermination de la longueur primtrique u de la section de calcul 3.2.2.2. Colonnes d'angle intrieures bs Bordde la plaque bs u d/2bs Bord de la plaque bs a a/2 a/2 z1 z1 z1 z1 d/2d/2 d/2 d/2 a/2b a a/2 1.5d 1.5d u d/2 d/2 d/2d/2 1.5d 1.5d 1.5d 1.5d a b u d/2d/2 D u d/2d/2 d/2 d/2 1.5d 1.5d 1.5d 1.5d a a u FISCHER RISTA AGVersion 4.0 6/20 Figure 8: Dtermination de la longueur priphrique u de la section de contrle pour colonnes intrieures 3.2.2.3. Colonnes de rive a)Colonnes de bord non encastres rigidement la torsion

Fig. 9: Primtre u de la section de contrle pour colonnes de bord non encastres rigidement la torsion L'armatureperpendiculaireaubordl'extrieurdelacolonneestavanttoutune armatureperce,etdoitparconsquenttreancreintgralementsurlebord(norme SIA 262, figure 38). b)Colonnes de bord encastres rigidement la torsion

d/2d/2 D/2 d/2 D/2 D bs Bord plaque u z1 d D/2 + z1 1.5d Bord a b bs d/2 d/2d/2 z1 d 1.5d 1.5d a + z1 1.5d u Surface d'appui nominale: cddnomfVA =Bord dalle a b bs d/2 d/2d/2 z1 d a Anom 1.5d 1.5d a + z1 1.5d uu d/2 z1 d Anom u D/2 d/2 Anom u FISCHER RISTA AGVersion 4.0 7/20 Figure 10:Primtre u de la section de contrle pour colonnes de bord encastres rigidement la torsion 3.2.2.4. Colonnes d'angle a) Colonnes d'angle encastres non rigidement la torsion Figure11:Primtreudelasectiondecontrlepourcolonnesd'anglenonencastres rigidement la torsion b) Colonnes d'angle encastres rigidement la torsion a a z1 d bs bs u Bord dalle d/2 d/2 z1 d d/2 D bs bs u Bord dalle z1 d z1 d a + z1 1.5dD/2 + z1 1.5d Surface d'appui nominale: cddnomfVA =a a a z1 a bs bs u Anom d/2 d/2 z1 d a+z11.5d Bord plaque FISCHER RISTA AGVersion 4.0 8/20 Figure 12:Primtre u de la section de contrle pour colonnes d'angle encastres rigidement la torsion3.2.2.5. Extrmit de murs Figure 13:Primtre u de la section de contrle pour extrmit de murs 3.2.3. Ttes de poinonnement en acier Fondamentalement,lesttesenaciersontprisesencomptepourtouslescalculsentant qu'appuiscarrsourectangulaires.Encasd'encastrementrigidelatorsiondelacolonne dans la dalle, la surface d'appui Anom est dtermine comme indiqu l'art. 3.2.2. 3.2.4.PrimtredelasectiondecontrleuDautourdel'armaturedepoinonnement (paniers) a d/2 d/2 d/2 1.5d 1.5d 1.5d u d/2 d/2 d/2 a a/2 1.5d u uD dB/2 K c/2 dB dB z d K c c b uD ac c FISCHER RISTA AGVersion 4.0 9/20 Figure14:PrimtredelasectiondecontrleuDautourdel'armatured'efforttranchant (panier): z 2dB, z1 dB a K b c K as dB/2 dB/2 uD a bs Bord plaque z1 a K c K c aBord dalle a as dB/2 dB/2 uD z1 z1 uD dB/2 z1 dB/2 dB/2 ePilz fPilz e Kc/2 c zKK c K e as Bord plaque c/2 bs c c/2 uD dB/2 dB/2 ePilz fPilz z1 bs Bord bs z1 f c/2 c K c/2 FISCHER RISTA AGVersion 4.0 10/20 Figure15:PrimtredelasectiondecontrleuDautourdel'armaturedepoinonnement (panier): z 2dB, z1 dB Pourlescolonnesdetypemurouautresituationsemblable,leprimtredelasectionde contrle se calcule comme le montre la figure 16, en prenant comme exemple une colonne de bord encastre rigidement la torsion. Ce mode de calcul s'utilise galement par analogie pour tous les autres types de colonne. Sur cette illustration, les dimensions de la surface sollicite l'intrieur de la section de contrle sont galement reprsentes. On dtermine galement sur la base de cette surface au sein dela section de contrle le poids propreainsi que la charge utile ou pression du sol. Figure 16: Reprsentation schmatique du primtre uD de la section de contrle pour le calcul 3.3. Charges 3.3.1. Valeur de calcul Vd La valeur de calcul de l'effort tranchant Vd (sans dduction des actions l'intrieur de la section decontrle)rsulte,pourlesouvragesplusieurstages,deladiffrencedeschargessur appuis. q Vd,Su Vd,So Abelast hColonne suprieure Colonne infrieure Dalle (radier) avec surface dterminante de la colonne Abelast Vqd VGd Vd = Vd,So - Vd,Su Vd,eff = Vd - VGd - Vqd 30z2 dB/2 d/2 z1 Anom dB/2 d/2 uD a 2 1z z a zab+ + = Bord dalle 1.5d b a bs u d/2 + 150 mm ( ) ( ) + + = =30 tan 2 2 2 25 . 121B B xd b d K c za d z c/2 Kx FISCHER RISTA AGVersion 4.0 11/20 Figure 17: Dtermination de la valeur de calcul Vdpour un plancher-dalle Figure 18: Dtermination de la valeur de calcul Vdpour un radier de fondation 3.3.2. Poids propre LasurfaceAbelastl'intrieurdelasectiondecontrleestdterminantepourladcharge rsultant du poids propre VGd. Celle-ci se calcule comme suit pour un plancher-dalle: belast G c GdA h V = c = 25 kN/m3: Charge spatiale de la dalle en bton arm G = 1.35: Coefficient de charge pour poids propreh : Epaisseur du plancher-dalle [m]. Pour les radiers de fondation, la charge propre n'est pas prise en compte. 3.3.3. Charge utile ou pression du sol La dcharge Vqd rsultant du poids propre qd ou de la pression du sol d se calcule l'aide de la surface Abelast au sein de la section de contrle belast d qd belast d qdA V bzw A q V = = .qd: Charge utile spcifique au niveau de calcul [kN/m2]d: Pression du sol au niveau de calcul [kN/m2]. 4. Droulement du calcul 4.1. Rsistance flexionnelle mRd tenant compte de l'armature de poinonnement On dtermine tout d'abord la rsistance flexionnelle mRd de la dalle en bton arm. Celle-ci est obtenue selon les dsignations de la figure 19 sur la base de considrations d'quilibre. d Vd Abelast hRadier de fondation Vqd VGd Vd,eff = Vd - Vqd FISCHER RISTA AGVersion 4.0 12/20 sjd c2d = 3 Figure 19: Dsignations de calcul de la rsistance flexionnelle mRd Largeur: b = 1000 [mm] Hauteur de la zone de pression du bton: x [mm] Hauteur de la zone de pression du bton avec rpartition rectangulaire des tensions: x' = x [mm]:Bton normal: = 0.85 [-],Bton lger: = 0.80 [-](art. 4.2.1.4) Valeur de calcul de la rsistance du bton la compression: fcd [N/mm] Surface de l'armature flexionnelle de la couche i. du ct traction: Asi [mm] Surface de l'armature flexionnelle de la couche j. du ct compression: A'sj [mm] Valeur de calcul de la limite de fluage des fers bton (traction et compression): fsd[N/mm] Valeur de calcul de la contrainte de l'acier du ct compression: sd[N/mm] Valeur moyenne du module E des fers bton: Es = 205'000 [N/mm](Art. 3.2.2.4) Hauteur statique de la couche i. : ct traction: di [mm], ct compression: d'i [mm], rapporte l'axe de la barre considre Epaisseur de la dalle: h [mm]. Conditions pralable: l'armature de traction atteint la limite de fluage, le bton est enfonc du ct compression. Equilibre des efforts:( )cd sd sj cd sd sif A f b x f A + = ' ' [ ] ( )cd sd sj sd sicdf A f Ab fx = '1'Hauteur d.

Zone de compression: [ ] ( ) [ ] ( )cd sd j sd icdcd sd sj sd sicdf ffdf A f Ab fx = = '1 [mm] avec d bAsii= [-] etd bAsjj= ' [-] Taux d'armature gomtrique: ct traction: , ct compression: 'i. Allongementdel'acierctcompression: xd xd c sd'2 = Contraintedel'acier: sd s sd sdf E = [N/mm]. Conformmentl'art.4.1.4.2.5,aucunevrificationdeladformationn'estrequisepourles valeursdex / d0.35;Lesvaleursx / d>0.5doiventtrevites(art.4.1.4.2.6).Pourles valeurs0.35 435 N/mm2, la valeur ry1 doit tre majore du facteur fsd /435 (art. 4.3.6.3.4); -Si le diamtre Dmax du plus gros grain est infrieur 32 mm, il convient, dans le calcul de la valeur kr1 , de majorer le rayon ry1 ou la hauteur statique d du facteur ( ) 16 / 48max + D . Avec du bton lger, prendre la valeur Dmax = 0 (art. 4.3.6.3.5); -Selon l'art. 4.3.6.4.1, le rapport mRd /m0d1 doit tre limit : 4 / 5 . 01 0 d Rdm m . 4.2.2. Planchers-dalles avec armature de poinonnement 4.2.2.1. Rsistance effective au poinonnement VRd2,eff A l'aide de la rsistance la flexion mRd, il est possible de dterminer la rsistance effective au poinonnement VRd2,eff avec armature de poinonnement par rsolution numrique de l'quation 2 / 3, 2, 215 . 0 9 . 0 45 . 0001 . 0 2|||

\| + =Rdeff RdS cdeff Rdm kVd uVl[kN] O: d :Hauteur statique moyenne [mm] k : Facteur de type de colonne (intrieure, d'angle intrieur, de bord et d'angle, cf. art. 4.3.6.4.2) [-] :Porte [m] mRd :Rsistance la flexion [mkN/m] u :Primtre de la section de contrle autour de la colonne [mm] VRd2,eff :Rsistance effective l'effort tranchant sans armature de poinonnement [kN] cd :Valeur de calcul de la contrainte limite de cisaillement [N/mm2]. FISCHER RISTA AGVersion 4.0 15/20 La rsistance au poinonnement VRd2 sans armature de poinonnement devient qd Gd eff Rd RdV V V V + + =, 2 2[kN]. Cette valeur reprsente simultanment la valeur maximale possible de rsistance au poinonnement. 4.2.2.2. Moment de rfrencem0d2 (par unit de longueur), rayon du moment plastique ry2 et coefficient kr2

Le moment de rfrence mod2 peut prsent tre calcul selon eff Rd dV k m, 2 2 0 =[mkN/m]. Le rapport m0d2 /mRdpermet de dterminer le rayon ry2 du moment plastique 2 / 32 0215 . 0|||

\| =Rddymmr l[m] et par consquent le coefficient kr2, qui tient compte de la grandeur de l'lment et de la rsistance de flexion d rkyr + +=2 . 2 119 . 0 45 . 0122 [-], [d] = [m]. Ici galement, il s'agit de prendre en compte les mmes points que ceux numrs pour le cas sans armature de poinonnement. 4.2.3. Dalles avec armature de poinonnement: Vrification l'extrieur de l'armature de poinonnement 4.2.3.1.RsistanceeffectiveaupoinonnementVRd3,effl'extrieurdel'armaturede poinonnement FISCHER RISTA AGVersion 4.0 16/20 La rsistance effective au poinonnement VRd3,eff l'extrieur de l'armature de poinonnement peut tre obtenue par rsolution numrique de l'quation 2 / 3, 3, 315 . 0 9 . 0 45 . 0001 . 0|||

\| + =Rdeff RdD cdeff Rdm kVd uVl[kN] O: d :Hauteur statique moyenne [mm] k : Facteur de type de colonne (intrieure, d'angle intrieur, de bord et d'angle, cf. art. 4.3.6.4.2) [-] :Porte [m] mRd :Rsistance la flexion [mkN/m] uD :Primtre de la section de contrle autour de l'armature de poinonnement [mm] VRd3,eff :Rsistance effective l'effort tranchant sans armature de poinonnement [kN] cd :Valeur de calcul de la contrainte limite de cisaillement [N/mm2]. La charge effective de poinonnement VRd3 autour de l'armature de poinonnement devient qd Gd eff Rd RdV V V V ' ', 3 3 + + = [kN]. O: V'Gd :Part de la valeur de calcul du poids propre au sein de la section de contrle autour de l'armature de poinonnementV'qd :Part de la valeur de calcul de la charge utile au sein de la section de contrle autour de l'armature de poinonnement 4.2.3.2. Moment de rfrencem0d3 (par unit de longueur), rayon du moment plastiquery3 et coefficient kr3

Le moment de rfrence mod3 peut prsent tre calcul selon eff Rd dV k m, 3 3 0 =[mkN/m] le rapport m0d3 /mRdpermet de dterminer le rayon ry3 du moment plastique 2 / 33 0315 . 0|||

\| =Rddymmr l[m], [] = [m] et par consquent le coefficient kr3, qui tient compte de la grandeur de l'lment de construction et de la rsistance la flexiond rkyr + +=2 . 2 119 . 0 45 . 0133 [-], [d] = [m]. FISCHER RISTA AGVersion 4.0 17/20 5. Vrification de la scurit de la portance Dalles sans armature de poinonnement: Vd VRd1

Dalles avec armature de poinonnement:VRd1 < Vd VRd2 : Vd VRd3 Pour toutes les dalles:Vd > VRd2 : impossible. 6. Ouvertures Conformment l'art. 4.3.6.2.3, une ouverture au voisinage de la colonne entrane une rduction du primtre de la section de contrle, telle que reprsente sur la figure 20. Cette rduction ne doit tre prise en compte que pour les ouvertures situes l'intrieur d'une zone distante de 6d par rapport au bord de la colonne. Figure 20: Rduction du primtre u de la section de contrle du fait d'une ouverture 7. Influence de canalisations u d/2 6d u FISCHER RISTA AGVersion 4.0 18/20 En prsence de canalisations disposes radialement, le primtre u est rduit de la valeur u, comme le montre la figure 21. Cette mme illustration montre galement comment la hauteur statique d doit tre diminue lorsque la canalisation circule tangentiellement la colonne. Figure 21: Effet des canalisations: avec disposition radiale: rduction de u de la valeur u, disposition tangentielle: rduction de d selon le diagramme. u u d deff / d 1/61/3 1 / d Disposition radialeDisposition 1.0 0.0