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Objet du programme

Le programme ARMATEC a été développé par setec tpi dans le cadre des études d'exécution de la digue de Monaco (1999-2000). Il intervient en post-traitement de calculs aux éléments finis, et permet l'étude et l'optimisation de structures en béton armé ou béton précontraint, modélisées par plaques et coques.

Ce logiciel prend en charge les opérations suivantes :
  1. Réalisation de combinaisons et enveloppes réglementaires de cas de charges, cette opération n'étant généralement pas réalisable au sein des programmes de calcul aux éléments finis. Il est notamment possible de générer les enveloppes d'efforts dûs à la houle, ou au séisme.
  2. Détermination automatique d'armatures à l'ELS, de façon à satisfaire différents critères pouvant porter sur les contraintes admissibles dans les matériaux (béton, acier) et/ou la largeur de fissure admissible, calculée conformément aux règles Norvégiennes NS 3473 E de Nov. 92 applicables aux ouvrages de type " off-shore ".
  3. Détermination automatique d'armatures à l'ELU
  4. Après définition d'un ferraillage pratique par l'ingénieur : vérification finale des sections à l'ELS, à l'ELU et à l'effort tranchant.
Le programme ARMATEC fournit une représentation graphique systématique de tous les résultats de calcul, ce qui permet de contrôler facilement les résultats, et d'ajuster si nécessaire le dimensionnement.

Validation

ARMATEC a été initialement validé par DORIS ainsi que par le Bureau Véritas, respectivement Maître d'œuvre et Bureau de Contrôle de la digue et de la contre-jetée de l'extension du port de la Condamine à Monaco.

Il est depuis régulièrement utilisé aussi bien dans le cadre d'études d'avant-projet que d'exécution, comme le montrent les références jointes en fin de cette note.

Evolution - Souplesse

Ce logiciel étant développé par setec tpi, il est possible d'y intégrer toutes modifications ou compléments qui apparaîtraient souhaitables dans le cadre d'une étude particulière. Ceci inclut par exemple l'adaptation à des règles autres que le BAEL / BPEL (règles Norvégiennes, Eurocodes…) mais aussi le calcul de certaines actions peu courantes (houle, séisme), ou encore la prise en compte d'effets particuliers (tels que la pression d'eau dans les fissures).
Il a par ailleurs été conçu de façon à pouvoir s'interfacer très facilement avec n'importe quel programme de calcul aux éléments finis (ANSYS, PYTHAGORE, etc.).
Ces caractéristiques de souplesse et de facilité d'utilisation expliquent en définitive le succès rapide qu'a connu ce logiciel au sein de setec tpi.



Préparation des données ELFI



Les données issues du calcul aux éléments finis sont transmises au programme ARMATEC au moyen de fichiers textes :
  • 1 fichier relatif aux nœuds (numéros, coordonnées, épaisseur des coques)
  • 1 fichier relatif aux éléments finis (numéros, nœuds constitutifs)
  • autant de fichiers qu'il existe de cas de charges.
Chacun de ces fichiers possède un format du type suivant, la signification des 8 sollicitations étant décrite sur le schéma ci-dessous.

Zone nœud Load Case Fxx kN/m Fyy kN/m Fxy kN/m Mxx kNm/m Myy kNm/m Mxy kNm/m Vxz kN/m Vyz kN/m
DLL15 73 1201 5091.991 280.014 -139.823 -30.898 58.207 1.351 66.666 -130.933
DLL15 74 1201 5079.901 272.583 -179.891 18.995 67.417 -7.575 6.481 -91.518
DLL15 75 1201 5074.222 297.206 -203.094 -1.182 46.855 -2.892 -39.568 -47.8






On constate sur l'exemple de fichier ci-dessus qu'il est possible de nommer les zones de structure, puis de numéroter les nœuds à l'intérieur de ces zones. Ceci permet :
  • de faciliter ultérieurement l'exploitation des résultats
  • de gérer correctement les limites de zones ; le schéma ci-dessous montre à titre d'exemple le cas d'un plancher rejoignant un voile : trois zones seront définies, et les nœuds situés à la jonction apparaîtront dans les 3 zones successivement, ce qui évite toute moyenne au nœud non justifiée.



Module "Combinaisons et Enveloppes"

Notion de " sous-base de données "
Le modèle ELFI initial pouvant être très volumineux, le programme ARMATEC est conçu de façon à pouvoir travailler sur une partie de structure à la fois. Ceci permet une réduction sensible de la taille des fichiers générés, tout autant qu'une plus grande rapidité des calculs.

Combinaisons et enveloppes
ARMATEC effectue des enveloppes " 26 critères " conservant les efforts concomitants, et correspondant aux valeurs min et max :
  • des 8 sollicitations de base (ce qui conduit à 16 lignes de sollicitations élémentaires)
  • des valeurs principales de F, M, V, s en face sup et inf, soit 10 lignes supplémentaires
Cette méthode garantit l'obtention d'enveloppes très précises.
L'utilisateur crée un fichier de données décrivant l'ensemble des actions à effectuer ; ce fichier suit une syntaxe relativement simple comme le montre l'exemple ci-dessous.
Règle de calcul :

Dans le fichier de données ARMATEC :
** combin 19 ! calcul de Q
cas 11 a 13 ce 0. 1.
** envel 21 ! enveloppe ELU
cas 1 ce 1. 1.35
cas 19 ce 0. 1.5


Calcul d'une enveloppe de houle
La houle est définie à partir d'une ou plusieurs parties réelles [Sr] et imaginaires [Si].
Le programme ARMATEC détermine l'enveloppe de sollicitations correspondantes, en considérant des pas de temps successifs.

   

Module "Justifications ELS"

Définition du béton et des armatures
L'utilisateur définit tout d'abord le ferraillage (qui peut être un simple ferraillage minimum) aux différents nœuds du modèle ; ce ferraillage comporte 4 nappes = 2 sens x 2 faces.
Les différents lits d'aciers sont définis à partir du diamètre et de l'espacement des barres, ce qui permet le calcul exact des enrobages et de la position du centre de gravité de chaque nappe
     Il est également possible de définir 2 nappes de précontrainte, orientées de façon quelconque.

Noter que l'effet de la tension initiale des câbles est traité sous la forme d'un cas de charges dans le calcul aux éléments finis ; ARMATEC gère pour sa part les surtensions dans les câbles.


Vérification ELS Le programme détermine le champ de déformation, puis les contraintes en tout point de la coque
Le calcul tient compte du béton fissuré :
  • discrétisation en multi-couches
  • résolution itérative, y compris stabilisation de l'algorithme
  • calcul de la direction et de la largeur des fissures (règles NS 3473)


Détermination des armatures à l'ELS
Inversement, il est possible de procéder à une détermination automatique des armatures de façon à ce que les contraintes dans les matériaux ou la largeur de fissures soient limitées à certaines valeurs spécifiées par l'utilisateur.


Module "Justifications ELU"


Module "Justifications ELU"
   


Vérification sous contraintes normales à l'ELU
Le programme utilise une méthode de calcul par facettes successives.
Pour un angle de facette donné, le problème se ramène à la vérification d'une section en flexion composée. Le programme ARMATEC détermine le diagramme d'intéraction correspondant, et vérifie si la section résiste ou non aux efforts appliqués.
Le résultat de cette vérification est donné sous la forme d'un coefficient devant rester inférieur à 1 (en valeur absolue) lorsque la résistance est assurée.

Détermination des armatures à l'ELU
Inversement, il est possible de procéder à une détermination automatique des armatures de façon à ce que la résistance à l'ELU des sections soit assurée.

Vérifications à l'effort tranchant

Vérifications à l'effort tranchant
Le programme ARMATEC effectue les justifications liées à l'effort tranchant, s'exerçant perpendiculairement au plan moyen de la coque. Ces justifications comportent 2 aspects :
  • Vérification du cisaillement limite. Le résultat consiste en un coefficient devant rester inférieur à 1 lorsque le cisaillement limite n'est pas dépassé.
  • Détermination des armatures transversales (de type épingles)
Le programme détermine les sections d'acier nécessaires, en cm²/ml

Présentation des résultats



L'ensemble des résultats produits par ARMATEC peut être sorti :
  • soit sous forme de listings
  • soit sous forme graphique, ce qui est le format généralement utilisé.
    • Les vues peuvent être habillées au moyen de titres, axes de repérage, contours de structure.
    • Représentation couleur de lignes ou zones " iso-niveaux " ; les valeurs numériques peuvent également apparaître sur le dessin, permettant une exploitation précise.
    • Possibilité de ne traiter sur ces graphiques que les valeurs supérieures à une certaine limite, d'où un repérage très aisé des zones les plus sollicitées.
Exemple 1
Sollicitations " MX min "
d'une enveloppe calculée
par ARMATEC

Exemple 2
Ferraillage déterminé par le programme, nappe " INF Y "

Principales références

  • DIGUE DE MONACO (Extension du Port de la Condamine, 1999)
    Etude d'exécution d'une digue réalisée en béton précontraint, amenée par flottaison depuis Algésiras. Maîtrise d'œuvre DORIS, contrôle Bureau Véritas.
    Dimensions du caisson principal : 350m de longueur, 28m de largeur, 19m de hauteur. 1400 plans d'exécution. Les études ont intégré le calcul des effets de la houle, le séisme, ainsi que la vérification des largeurs de fissures selon règles Norvégiennes.



  • CONTRE-JETEE DE MONACO (Extension du Port de la Condamine, 2000)
    Etude d'exécution de la contre-jetée, réalisée en béton précontraint ; il s'agit d'une structure caisson de 145m de longueur, 30m de largeur et 11m de hauteur. Maîtrise d'œuvre DORIS, contrôle Bureau Véritas.



  • VIADUC DE MILLAU - Contrôle extérieur des études (2002)
    Vérification du ferraillage de la zone de dédoublement des piles. La pile la plus haute du viaduc est un ouvrage de 245m de hauteur sous tablier, composé d'un caisson unique en partie basse, se dédoublant sur les 90m supérieurs.


  • BATEAU PORTE - MARSEILLE (2002)
    Vérification du bateau porte en béton précontraint de la forme n° 10 du Port Autonome de Marseille. Dimensions : 87m x 15m x 13m de hauteur. Certaines dégradations ayant été constatées, notamment dans la zone de marnage, il s'agissait de vérifier la résistance de l'ouvrage en tenant compte de l'affaiblissement des matériaux, puis de proposer des solutions de confortement.



  • USINE DE VENTILATION DE L'ECHANGEUR A13/A86 - SOCATOP (2002)
    Etude d'exécution d'une usine de ventilation enterrée en béton armé, y compris phases provisoires rendues nécessaires pour la sortie des tunneliers. Dimensions : 150m x 25m environ, 3 niveaux.



  • PYROTECHNIE DE GUENVENEZ - PROJET M51 - DTM Brest (2002)
    Etudes d'avant projet puis d'exécution concernant différents bâtiments à modifier ou à construire, devant résister au séisme et à différentes actions pyrotechniques (explosions, flux thermiques). Dimension de la plus grande alvéole : 25m x 32m x 25m h.
    ARMATEC a été utilisé pour vérifier la résistance des bâtiments existants, et pour déterminer le ferraillage des bâtiments neufs sous actions statiques et sismiques.



  • TOUR PB12 - LA DEFENSE - Exécution (2002)
    Etude d'exécution d'une tour existante à la Défense, dont la structure est profondément remaniée de façon à augmenter la surface de planchers. L'augmentation de la prise au vent conduit à renforcer le noyau central B.A existant par des contre-voiles.
    La tour comporte 6 niveaux d'infrastructure + 27 niveaux en superstructure ; hauteur totale : 26m + 90m.