Vérification de la Section de Précontrainte

Vérification de la Section de Précontrainte

Comprendre la Vérification de la Section de Précontrainte

Vous êtes ingénieur structure dans une entreprise de construction et devez concevoir une poutre en béton précontraint pour un nouveau projet de bâtiment.

Cette poutre doit supporter un plancher de bureau, avec des charges permanentes et variables. La poutre sera précontrainte par post-tension pour améliorer sa capacité portante et limiter les déformations.

Pour comprendre le calcul d’une Poutre en Béton Précontraint et le Calcul de la force de précontrainte, cliquez sur les liens.

Données:

  • Longueur de la poutre, : 10 m
  • Largeur de la poutre, : 300 mm
  • Hauteur de la poutre, : 500 mm
  • Charge permanente (G), incluant le poids propre de la poutre: 5 kN/m
  • Charge variable (Q), représentant les charges d’exploitation (mobilier, personnes, équipements): 3 kN/m
  • Contrainte admissible en compression du béton, : 32 MPa
  • Contrainte admissible en traction du béton, : 3.2 MPa
  • Module d’élasticité du béton, : 25 GPa
  • Contrainte admissible de l’acier de précontrainte, : 1,860 MPa
  • Module d’élasticité de l’acier de précontrainte, : 195 GPa
  • Coefficient de sécurité pour les charges permanentes et variables: 1.5
  • Coefficient de perte de précontrainte (due au fluage, au retrait du béton, et aux relaxations de l’acier): 15%

Questions:

  1. Calcul de la charge totale appliquée sur la poutre: Déterminer la charge totale due aux charges permanentes et variables, en tenant compte du coefficient de sécurité.
  2. Calcul du moment fléchissant maximal: Calculer le moment fléchissant maximal () que la poutre doit supporter.
  3. Conception de la précontrainte:
    • Calculer la force de précontrainte initiale requise () pour limiter les déformations et les contraintes dans le béton.
    • Déterminer la force de précontrainte effective () en tenant compte des pertes de précontrainte.
  4. Vérification de la section:
    • Vérifier que les contraintes dans le béton (compression et traction) sous les charges combinées (permanentes, variables et précontrainte) sont inférieures aux contraintes admissibles.
    • S’assurer que la déformation de la poutre reste dans les limites acceptables.

Correction : Vérification de la Section de Précontrainte

1. Calcul de la charge totale appliquée sur la poutre

Les charges permanentes et variables, une fois combinées avec le coefficient de sécurité, donnent la charge totale appliquée par unité de longueur sur la poutre.

  • Charge permanente G : 5 kN/m
  • Charge variable Q : 3 kN/m
  • Coefficient de sécurité : 1.5

\[ W = 1.5 \times (G + Q) \] \[ W = 1.5 \times (5 + 3) \] \[ W = 1.5 \times 8 = 12\ \text{kN/m} \]

2. Calcul du moment fléchissant maximal \(M_{\text{max}}\)

Pour une poutre simplement appuyée et chargée uniformément, le moment fléchissant maximal se produit au milieu de la portée et est donné par la formule :

\[ M_{\text{max}} = \frac{W \times L^2}{8} \] \[ M_{\text{max}} = \frac{12 \times 10^2}{8} \] \[ M_{\text{max}} = \frac{1200}{8} = 150\ \text{kNm} \]

3. Conception de la précontrainte

a) Calcul de la force de précontrainte initiale \(P_i\)

  • Contrainte admissible en traction du béton, \( \sigma_t = 3.2\ \text{MPa} \)
  • Aire de la section transversale du béton, \( A_c = b \times h = 0.3 \times 0.5 = 0.15\ \text{m}^2 \)

\[ P_i = \sigma_t \times A_c \] \[ P_i = 3.2 \times 10^6 \times 0.15 \] \[ P_i = 480,000\ \text{N} = 480\ \text{kN} \]

b) Calcul de la force de précontrainte effective \(P_e\)

\[ P_e = P_i \times (1 – \text{Coefficient de perte}) \] \[ P_e = 480 \times (1 – 0.15) \] \[ P_e = 480 \times 0.85 = 408\ \text{kN} \]

4. Vérification de la section

a) Contraintes dans le béton

\[ I = \frac{b \times h^3}{12} \] \[ I = \frac{0.3 \times 0.5^3}{12} \] \[ I = 0.003125\ \text{m}^4 \]

La contrainte au niveau des fibres les plus comprimées (à la base de la poutre) :

\[ \sigma_c = \frac{P_e}{A_c} + \frac{M_{\text{max}} \times h/2}{I} \] \[ = \frac{408 \times 10^3}{0.15} + \frac{150 \times 10^3 \times 0.25}{0.003125} \] \[ \sigma_c = 14.72\ \text{MPa} \]

b) Déformation de la poutre

\( E_c = 25\ \text{GPa} = 25 \times 10^9\ \text{Pa},\ I = 0.003125\ \text{m}^4 \)

La déformation maximale sous la charge totale :

\[ \Delta_{\text{max}} = \frac{5WL^4}{384EI} \] \[ = \frac{5 \times 12000 \times 10^4}{384 \times 25 \times 10^9 \times 0.003125} \] \[ \Delta_{\text{max}} = 0.02\ \text{m} = 20\ \text{mm} \]

Comparaison de la Déformation de la Poutre avec les Normes de Construction

Eurocode 2:

L’Eurocode 2 spécifie que la flèche limite \(\delta_{\text{lim}}\) pour une poutre ou un plancher, sous l’effet des charges permanentes et variables, ne doit généralement pas excéder \(\frac{L}{250}\), où \(L\) est la portée de la poutre ou du plancher.

Pour notre poutre de 10 mètres de longueur :

\[ \delta_{\text{lim}} = \frac{L}{250} \] \[ \delta_{\text{lim}} = \frac{10\,000\,mm}{250} \] \[ \delta_{\text{lim}} = 40\,mm \]

ACI:

L’ACI recommande également des limites similaires pour la déformation, avec des critères qui peuvent varier légèrement en fonction de l’utilisation spécifique de la structure et de la sensibilité aux déformations.

La limite de \(\frac{L}{360}\) pour les planchers destinés au support de matériaux inélastiques est une autre référence courante, qui serait plus stricte que celle de l’Eurocode pour certaines applications.

Comparaison:

La déformation maximale de la poutre calculée dans notre exercice est de 20 mm. En comparant cette valeur avec la limite définie par l’Eurocode 2 :

  • Déformation calculée : 20 mm
  • Limite selon l’Eurocode 2 : 40 mm

La déformation de la poutre est donc bien en dessous de la limite acceptée par l’Eurocode 2, ce qui indique que la poutre satisfait aux exigences de serviceabilité en termes de flèche sous les charges appliquées.

Cette conclusion renforce la viabilité de la conception précontrainte proposée, en démontrant non seulement sa capacité à supporter les charges de manière sécuritaire mais aussi à maintenir des niveaux de déformation dans les limites confortables pour l’utilisation prévue de la structure.

Vérification de la Section de Précontrainte

D’autres exercices de béton précontraint:

Chers passionnés de génie civil,

Nous nous efforçons constamment d’améliorer la qualité et l’exactitude de nos exercices sur notre site. Si vous remarquez une erreur mathématique, ou si vous avez des retours à partager, n’hésitez pas à nous en informer. Votre aide est précieuse pour perfectionner nos ressources. Merci de contribuer à notre communauté !

Cordialement, EGC – Génie Civil

0 commentaires

Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Contrôle de la Fissuration d’une Poutre

Contrôle de la Fissuration d'une Poutre Comprendre le contrôle de la Fissuration d'une Poutre En tant qu'ingénieur en construction, vous êtes chargé d'évaluer la durabilité et la sécurité d'une poutre en béton armé exposée à des conditions environnementales classées...

Ferraillage fondation en béton armé

Ferraillage Fondation en Béton Armé Comprendre le ferraillage fondation en béton armé Vous êtes un ingénieur en génie civil chargé de concevoir le ferraillage d'une fondation en béton armé pour un nouveau bâtiment résidentiel. La fondation doit supporter un immeuble...

Ferraillage transversal d’une poutre

Ferraillage transversal d'une poutre Comprendre le ferraillage transversal d'une poutre: Vous êtes chargé de concevoir le ferraillage transversal d'une poutre simplement appuyée qui supporte des charges uniformément réparties. La poutre a une portée de 8 m et doit...

Calcul de la Section d’Acier de Précontrainte

Calcul de la Section d’Acier de Précontrainte Comprendre le calcul de la section d'acier de précontrainte Vous êtes chargé de concevoir une section de poutre en béton précontraint pour un pont piétonnier. La poutre est précontrainte à l'aide de câbles post-tension. La...

Charges permanentes et d’exploitation

Charges permanentes et d'exploitation Comprendre les charges permanentes et d'exploitation Vous êtes un ingénieur civil junior travaillant dans une société de construction spécialisée dans les bâtiments résidentiels. Votre tâche est de vérifier la sécurité...

Calcul de l’excentricité de la force de précontrainte

Calcul de l'excentricité de la force de précontrainte Comprendre le Calcul de l'excentricité de la force de précontrainte Vous êtes ingénieur en structure et travaillez sur la conception d'une poutre en béton précontraint pour un pont. La poutre doit supporter son...

Calcul de la densité du béton armé

Calcul de la densité du béton armé Comprendre le Calcul de la densité du béton armé Dans le domaine de la construction, la connaissance de la densité du béton armé est essentielle pour la conception des structures et pour assurer leur stabilité et sécurité. La densité...

Calcul du coefficient thermique (Ct) du béton

Calcul du coefficient thermique (Ct) du béton armé Comprendre le Calcul du coefficient thermique (Ct) du béton armé Dans le cadre d'un projet de construction d'un bâtiment commercial, vous êtes chargé de déterminer le coefficient thermique du béton armé utilisé pour...

Calcul des charges de vent sur une structure

Calcul des charges de vent sur une structure Comprendre le Calcul des charges de vent sur une structure Vous êtes un ingénieur civil chargé de concevoir un bâtiment en béton armé qui servira de bibliothèque municipale dans une région exposée à des vents forts. La...

Calcul de la charge de neige sur une toiture

Calcul de la charge de neige sur une toiture Comprendre le Calcul de la charge de neige sur une toiture Vous êtes un ingénieur civil chargé de vérifier la sécurité structurelle d'un bâtiment de bureau situé dans une région montagneuse connue pour ses hivers rigoureux....