CYPECAD
CYPECAD

Calcul et dimensionnement de semelles superficielles

Calcul et dimensionnement de semelles superficielles

Avec le module Semelles superficielles, les logiciels CYPECAD et CYPE 3D peuvent dimensionner des fondations réalisées avec des semelles rigides en béton armé ou en béton massif, isolées ou combinées avec plusieurs poteaux et des noyaux disposés librement. Ce module conçoit également les poutres de liaison et de redressement entre les semelles et, en outre, dans CYPECAD, il dimensionne les semelles filantes sous murs.

Informations générales sur le module Semelles superficielles

Les outils pour introduire une fondation avec des semelles se trouvent dans :

  • CYPECAD
    Menu Fondation des onglets Entrée de poutres ou Résultats.
  • CYPE 3D
    Menu Éléments de fondation de l’onglet Fondation.

Dans les deux logiciels, le module « Semelles » permet de dimensionner des semelles (en béton armé ou béton massif) de hauteur constante ou variable (pyramidale) et d’obtenir des semelles carrées, rectangulaires centrées et rectangulaires excentrées (en fonction du choix de l’utilisateur et des efforts agissant).

Dans CYPECAD et CYPE 3D, plusieurs poteaux et noyaux peuvent être sélectionnés pour leur attribuer une semelle commune.

Avec le module Semelles, il est possible d’acquérir un autre module qui le complète en offrant de plus grandes fonctionnalités dans la conception des semelles. Il s’agit du module Calcul avancé de fondations superficielles, qui permet à CYPECAD et CYPE 3D de concevoir des fondations avec des semelles qui incluent des découpes dans leur géométrie et des fondations CYPECAD avec des croisements de poutres de liaison et de redressement.

Génération automatique des semelles, poutres de liaison et de redressement

Dans CYPECAD, le module Semelles permet de saisir automatiquement les semelles et les poutres de redressement nécessaires avec les dimensions initiales avant de procéder à leur dimensionnement. Le logiciel déduit quelles sont les semelles d’angle, mitoyennes ou centrées et dispose automatiquement les poutres de redressement qui doivent centrer la charge des semelles excentrées. Pour cela, l’utilisateur indique simplement l’angle et la distance de vue afin que le logiciel détecte la disposition des poteaux de la structure.

La génération automatique des semelles et des poutres de redressement peut être très utile dans les structures comportant de nombreuses poteaux, car elle évite d’introduire les semelles et les poutres de redressement une par une. L’utilisateur peut par la suite modifier tout élément de la fondation qu’il juge inadéquatement générés.

Le fonctionnement de la génération automatique de semelles dans CYPE 3D est différent. Ici, le logiciel génère toutes les semelles centrées et prévoit des poutres de liaison entre les poteaux qui forment le contour, car c’est le cas le plus courant dans les fondations de bâtiments. Comme dans CYPECAD, l’utilisateur peut disposer manuellement le type de semelle souhaité sur chaque poteau.

Semelles filantes sous mur

Les fondations des murs que CYPECAD dimensionne peuvent être avec liaison externe (semelle filante sous mur) ou sans liaison externe (poutre de fondation). Si la fondation du mur est définie comme une semelle filante (avec liaison externe), le module Semelles conçoit la semelle sur la base de dimensions minimales de la même manière que pour les semelles de poteaux. Si la semelle du mur est excentrée (par exemple, avec un pantin mais sans talon), les poutres de redressement qui la relient aux poteaux intérieures doivent être dimensionnées pour centrer la charge de la semelle.

Édition des semelles superficielles

Après avoir calculé et dimensionné la structure et ses fondations, l’utilisateur peut éditer n’importe quelle semelle pour visualiser son dimensionnement et son armature.

L’éditeur de semelles permet également de changer le type de semelle, de modifier ses dimensions et ses armatures, et même de changer les options d’augmentation lors du dimensionnement de la semelle. Après les spécifications saisies par l’utilisateur, l’éditeur vérifie la semelle avec les modifications introduites ou la dimensionne. Le dimensionnement dispose de trois options :

  • Complet
    La semelle est dimensionnée en tenant compte des modifications apportées par l’utilisateur concernant le type de semelle, les matériaux et les options d’augmentation. Les éventuelles modifications de dimensions ou d’armatures ne sont pas prises en compte.
  • Dimensions minimales
    Le logiciel vérifie la semelle par rapport aux dimensions saisies par l’utilisateur, en tenant compte des changements de matériaux qui ont pu être introduits. Si nécessaire, il augmente les dimensions de la semelle en fonction de la typologie sélectionnée et des options de dimensionnement introduites. Il dimensionne également l’armature.
  • Réarmer
    Le logiciel réarme et vérifie la semelle sans en modifier ses dimensions.

Calcul et dimensionnement des semeles superficielles

Dans la version 2011, des modifications ont été apportées au calcul des efforts des fondations ‘avec liaison extérieure’, aussi bien pour les semelles superficielles que pour les semelles sur pieux ou pour leurs poutres de liaison et de redressement.

Le calcul actuel peut différer des versions précédentes. Désormais, une fois que les réactions aux appuis des éléments porteurs de la structure (poteaux, noyaux et murs) ont été obtenues, un modèle est créé avec tous les éléments de fondation ‘avec liaison extérieure’ et leurs poutres, représentés par leur matrice de rigidité. La matrice de rigidité, avec les hypothèses définies comme actions sur la fondation (réactions obtenues), est résolue par des méthodes frontales pour obtenir les déplacements et les efforts dans tous les éléments, de sorte que les rigidités de tous les éléments interviennent et interagissent entre elles.

Itérations dans le processus de calcul

Première itération

Le processus de calcul est itératif et part des dimensions initiales de chaque élément. Lors de la première itération, les considérations suivantes sont établies pour déterminer la rigidité et la liaison de chaque type d’élément :

  • Semelle isolée ou semelle sur pieux
    Elle est considérée comme un solide rigide avec un appui au centre, dont la liaison dans chaque direction peut être un appui articulé si elle est soutenue par une poutre de redressement, ou encastrée si elle est soutenue par une poutre de liaison ou aucune poutre.
  • Semelle filante sous mur
    Elle est définie comme un solide rigide avec un support en son centre qui, dans le sens transversal, est considéré comme articulé s’il est soutenu par des poutres de redressement et/ou d’autres murs, et, dans le sens longitudinal, est considéré comme encastré.
  • Poutre de liaison
    Elle est considérée comme une barre dont les dimensions et les extrémités articulées atteignent l’axe passant par le centre de l’élément auquel elles sont contreventées.
  • Poutre de redressement
    Elle est considérée comme une barre avec ses dimensions. Ses extrémités sont encastrées dans le bord de l’élément qu’elle centre dans les cas suivants :
    • Semelles mitoyennes, semelles d’angle, et dans les semelles sur un et deux pieux, dans les directions à redresser.
    • Lorsque l’utilisateur redresse manuellement.

      Les extrémités des poutres de redressement sont articulées dans les cas suivants :
    • Semelles centrées ou semelles sur trois pieux ou plus.
    • Semelles mitoyennes, semelles d’angle et dans les semelles sur un ou deux pieux, dans les directions qui ne nécessitent pas de redressement.
    • Lorsque l’utilisateur désactive le redressement manuellement.
      La liaison des extrémités peut donc être modifiée par l’utilisateur et, comme pour les poutres de liaison, les extrémités atteignent l’axe qui passe par le centre de l’élément auquel elles sont liées.
  • Murs périmétriques et poutres de redressement qui arrivent transversalement à une semelle filante sous mur
    Cette combinaison d’éléments est un cas particulier, bien que courant dans la construction. Il est illustré dans la figure suivante.
  • Compte tenu de la grande rigidité des murs périmétriques transversaux (4) et (5), leur effet serait énorme par rapport aux poutres (1), (2) et (3). Il a donc été décidé de procéder à une simplification, afin que l’effet de redressement soit réparti de manière égale entre tous les éléments arrivant transversalement. Ceci en faisant la moyenne des raideurs des poutres de redressement et en attribuant cette raideur moyenne à tous les éléments de redressement, y compris les murs, de sorte qu’ils contribuent tous de manière équilibrée et égale.

    Une analyse plus fine nécessiterait de prendre en compte l’interaction terrain-structure et un modèle du terrain approprié. Cependant, étant donné la complexité d’une telle analyse, il est raisonnable de recourir à la simplification ci-dessus, puisque la semelle est également considérée comme rigide et ne reçoit pas de torsions.

Reste des itérations

Le  logiciel effectue plus ou moins d’itérations selon l’option choisie par l’utilisateur :

  • Dimensionnement rapide
    Une fois la première itération effectuée, les semelles superficielles et les semelles sur pieux sont dimensionnées avec les efforts obtenus, une seconde itération de calcul est effectuée et les éléments, dont les poutres, sont à nouveau dimensionnés. Avec cette dernière géométrie, un troisième et dernier calcul est effectué et tous les éléments sont vérifiés, avec la possibilité qu’il y ait des éléments non conformes.
  • Dimensionnement complet
    Après la première itération, l’itération se poursuit jusqu’à ce que tous les éléments soient conformes, à moins que les limites maximales des dimensions autorisées pour chaque élément ne soient atteintes, auquel cas certains d’entre eux ne seront pas conformes.

Versions de CYPECAD

En plus de la version de CYPECAD (sans limitation), le logiciel est également disponible avec deux versions limitées, appelées LT30 et LT50, qui contiennent les mêmes outils et les mêmes modules, avec les conditions suivantes :

CYPECAD LT50 :

  • Cinquante poteaux.
  • Quatre groupes d’étages (Groupe d’étages : étages égaux et consécutifs).
  • Cinq étages au total.
  • Cent mètres linéaires de mur.

CYPECAD LT30 :

  • Trente poteaux.
  • Quatre groupes d’étages (Groupe d’étages : étages égaux et consécutifs).
  • Cinq étages au total.
  • Cent mètres linéaires de mur.

Les structures 3D intégrées dans CYPECAD (également dans LT50 et LT30) ne sont pas un module proprement dit. Pour définir ces structures 3D dans CYPECAD, il est nécessaire que la licence utilisée dispose des permis pour se servir de CYPE 3D et éventuellement des modules qui lui sont propres.

Autres prestations

Afin d’avoir accès aux autres fonctionnalités offertes par le logiciel, il existe plusieurs modules dont les informations sont disponibles sur la page Modules de CYPECAD et Modules de CYPE 3D.