L'utilisation d'un fichier Excel spécialisé est une approche pratique et très efficace pour dimensionner les voiles de contreventement soumis aux forces de la nature, notamment les efforts sismiques. Ce type de voile est essentiel pour la stabilité des bâtiments, car il absorbe les forces horizontales dues au vent et surtout aux séismes.
1. Les Bases du Calcul Sismique appliquées aux Voiles
Le rôle premier d'un voile de contreventement est d'agir comme une paroi rigide qui transfère les forces horizontales (sismiques ou du vent) agissant sur les étages jusqu'aux fondations de l'ouvrage.
a. Détermination des Efforts Sismiques
Le fichier Excel commence par déterminer la force sismique totale agissant à la base de la structure. On appelle cela la Force Tranchante de Base.
Calcul de la Force Totale : Cette force est évaluée selon les réglementations parasismiques en vigueur (les normes de construction contre les tremblements de terre). Elle dépend de plusieurs paramètres : la zone de risque sismique, la nature du sol sur lequel repose le bâtiment, sa masse totale et sa capacité à dissiper l'énergie (appelée facteur de comportement).
Répartition Verticale des Forces : La force tranchante de base est ensuite distribuée sur la hauteur de l'immeuble. Le fichier calcule la force sismique qui agit sur chaque niveau en fonction de la hauteur de cet étage et de sa masse.
b. Calcul des Forces Internes dans le Voile
Une fois que les forces sismiques par étage sont connues, le fichier calcule les efforts que ces forces génèrent à l'intérieur du voile :
L'Effort Tranchant : C'est la force horizontale qui tend à cisailler le voile. L'outil l'obtient en faisant le cumul des forces sismiques des étages situés au-dessus du niveau considéré.
Le Moment de Renversement : C'est la force qui cherche à faire basculer le voile autour de sa base. Il est calculé en faisant la somme de tous les moments créés par les forces sismiques des différents étages.
2. Le Dimensionnement des Aciers : L'Approche de la Console Courte
La méthode des consoles courtes est particulièrement adaptée pour déterminer les armatures métalliques (aciers) nécessaires dans les voiles hauts et minces.
a. Le Principe de la Console Courte
Dans cette approche, le voile est considéré comme une poutre verticale encastrée à sa base (une console), soumise au moment de renversement et à l'effort tranchant calculés précédemment.
Les Contraintes de Flexion : L'action du moment de renversement crée des contraintes : de la compression d'un côté du voile et de la traction de l'autre. Ces contraintes sont principalement concentrées dans les poteaux verticaux situés aux extrémités du voile (appelés potelets de rives). C'est pour reprendre l'effort de traction que l'on doit dimensionner les aciers longitudinaux (les armatures verticales).
b. Le Rôle d'Excel dans le Ferraillage
Le fichier Excel automatise le dimensionnement des armatures en s'appuyant sur des règles précises :
Armatures Longitudinales (Verticales) :
Le calcul utilise les formules de la flexion pour déterminer la section d'acier nécessaire pour absorber la force de traction maximale dans les zones de rives, tout en vérifiant que le béton résiste à la compression dans l'autre rive.
Vérifications Cruciales : L'outil s'assure que la quantité d'acier calculée respecte les pourcentages minimaux et maximaux imposés par les règles parasismiques. Ces limites sont essentielles pour garantir la ductilité du voile (sa capacité à se déformer sans rupture soudaine lors du séisme).
Armatures Transversales (Horizontales) :
Ces armatures reprennent l'effort tranchant et assurent le confinement (le maintien) du béton dans les zones très sollicitées.
Le fichier vérifie si la résistance du béton seul est suffisante contre le cisaillement. Si ce n'est pas le cas, il calcule la section d'acier supplémentaire (souvent sous forme de cadres ou d'étriers horizontaux) nécessaire pour absorber l'effort restant.
3. Les Avantages du Fichier Excel
L'utilisation de cet outil technique présente des atouts majeurs pour l'ingénieur :
Rapidité et Fiabilité : Il permet d'effectuer des calculs complexes et répétitifs en un instant, facilitant l'exploration de différentes options de conception.
Conformité Normative : Les formules intégrées respectent scrupuleusement les règlements parasismiques et les règles de conception du béton armé (telles que l'Eurocode 2).
Clarté du Bilan : L'outil fournit un résumé clair des résultats (Moments, Efforts Tranchants, section d'acier requise et adoptée), ainsi que les vérifications essentielles de résistance et de stabilité.
