Logiciel ÉPICENTRE
calcul au vent, calcul sismique 
des bâtiments contreventés par des voiles 
 
Espace découverte : questions fréquentes
Comment ÉPICENTRE se situe-t-il par rapport aux logiciels généralistes de calcul de structures par éléments finis ?
Les logiciels de calcul par éléments finis
Principes de base
Ces logiciels sont des outils puissants conçus pour calculer des types de structures très variés.
Le traitement par ces logiciels des systèmes de contreventement voiles + linteaux soulève cependant un certain nombre de difficultés.
Inconvénients liés à la technicité de l'outil
L'utilisation efficace de logiciels de calcul par éléments finis suppose une formation préalable aux concepts et une bonne expérience est indispensable pour bien maîtriser l'outil (choix des types d'éléments finis, de leur taille, définition des liaisons entre éléments, etc.) .
Inconvénients liés à la saisie des voiles
Malgré l'utilisation des générateurs de maillage, la description des éléments structuraux d'un bâtiment reste généralement longue et fastidieuse. Les modifications de structure en cours d'étude sont peu commodes.
Inconvénients liés à la saisie des linteaux, poteaux, pieux
Ces éléments structuraux sont décrits comme des barres encastrées sur les voiles : il faut bien maîtriser les liaisons de ces barres sur les éléments finis modélisant les voiles.
Inconvénients liés à la description des masses soumises à l'action sismique
La description des masses de chaque étage soumises à l'action sismique est souvent peu commode en pratique :
- il faut assurer leur bonne répartition sur toute l'étendue du plancher d'étage pour que le moment d'inertie massique de l'étage soit respecté (sinon, le comportement à la torsion du bâtiment sera faussé).
- il faut en même temps assurer le décalage réglementaire du centre de gravité de calcul par rapport au centre de gravité réel (prise en compte les torsion accidentelles).
Inconvénients liés à l'apparition de modes parasites, en cas de calcul dynamique
Dans un calcul dynamique mené suivant la méthode de l'analyse modale spectrale, on commence par rechercher les premiers modes propres de vibration du bâtiment. On s'intéresse bien sûr aux mouvements d'ensemble du bâtiment, travaillant en torsion-flexion. Or, les logiciels d'éléments finis trouvent tous les modes de vibration du bâtiment, y compris les modes locaux (vibration locale d'une portée de plancher, d'une poutre), sans les distinguer des modes globaux.
Cela entraîne un alourdissement inutile des calculs, allongeant les temps de traitement, et surtout, la nécessité de trier ensuite parmi tous les modes trouvés, afin de ne retenir que les modes globaux.
Inconvénients liés à l'exploitation des résultats
Le dimensionnement du ferraillage des voiles (flexion composée, effets du second ordre, effort tranchant et couture des surfaces de reprise) doit être réalisé en dehors du logiciel : en effet, les ferraillages préparés par certains logiciels d'éléments finis sous forme de "cartes de ferraillage" ne sont pas conformes aux règles en vigueur (PS 92 + BAEL ou Eurocodes).
Les ferraillages doivent donc être calculés avec des outils externes (tableurs, logiciels maison, etc.), en utilisant les efforts internes demandés au droit de "coupures" pratiquées dans les sections de voiles, au prix de temps de calcul supplémentaires non négligeables.
L'opération d'analyse et d'exploitation des résultats, pour un bâtiment entier, est donc une opération lourde, fastidieuse et complexe.
Cette complexité et cette lourdeur, qui s'ajoutent à la longueur des temps de calcul cumulés, rendent peu praticable l'étude de variantes successives pour optimiser les modèles, que ce soit en phase d'avant-projet ou d'exécution.
Il est de plus difficile de déterminer rapidement, à l'issue d'un premier calcul, si un modèle présente des problèmes de dimensionnement et nécessite d'être retravaillé avant que soit lancée l'étape du calcul systématique des ferraillages.
Inconvénients liés à la difficulté de prise en compte de certaines dispositions des Eurocodes
La méthode des éléments finis ne permet pas de prendre en compte certaines dispositions introduites par l'EC8 :
obligation de désactiver pour le calcul de contreventement les voiles portés par des poutres ou des planchers de reprise (EC8-1, 5.4.1.2.5(1)P), ), tout en les conservant pour la descente de charges,
incitation à fissurer les voiles de manière sélective pour l'analyse modale et le calcul sismique, en ne fissurant que les sections réellement tendues (EC8-1, 4.3.1(7) et Annexe nationale à l'EC8-1, clause 5.2.2.2(10)),
possibilité de redistribuer les efforts entre les murs (EC2-1-1, 5.5 et EC8-1, 4.4.2.2).
Situation d'ÉPICENTRE par rapport à ces logiciels généralistes
ÉPICENTRE est dédié à un seul type de calcul, pour lequel il est très efficace
ÉPICENTRE a été conçu pour calculer facilement et efficacement les bâtiments contreventés par des voiles et soumis à des actions horizontales dues au vent ou aux séismes.
Dans ce domaine de calcul, ÉPICENTRE est le seul logiciel qui propose à la fois une descente de charge rigoureuse, le calcul au vent ou au séisme et le dimensionnement automatique du ferraillage des voiles, en stricte conformité avec les règlements en vigueur (PS 92 + BAEL ou Eurocodes).
ÉPICENTRE travaille directement avec des murs, des poteaux, des poutres, etc.
La saisie des projets et la présentation des résultats ont été organisées pour que les utilisateurs travaillent dans un environnement "métier" familier : le logiciel traite des voiles, des linteaux, des poteaux, etc. et non des éléments abstraits peu lisibles (barres indifférenciées, éléments de maillage).
Tous ces éléments structuraux sont décrits grâce à des outils de saisie spécifiques adaptés à leurs natures, ils sont dessinés à l'écran comme sur les plans traditionnels et les résultats qui leurs sont associés sont présentés dans les notes de calcul dans des tableaux séparés et organisés par étages.
Saisie des planchers
Les planchers ne sont pas explicitement décrits lors de la saisie des éléments structuraux, bien qu'ils jouent un rôle majeur pour le contreventement (diaphragmes infiniment rigides dans leur plan) : on se contente d'indiquer les cotes des étages et le logiciel tient compte automatiquement de l'effet d'entretoisement des voiles qui en résulte.
Les planchers sont par contre soigneusement décrits sous l'aspect descente de charges : découpage en dalles élémentaires, sens de portée de ces dalles, charges appliquées, poutres porteuses, etc.
Masses soumises à l'action sismique, descente de charges
ÉPICENTRE utilise la description des éléments structuraux (voiles, poteaux, poutres) et la description détaillée des planchers sous l'aspect descente de charges pour mener deux calculs bien distincts :
- le calcul de la descente de charges proprement dite.
- le calcul des masses soumises à l'action sismique, puis des caractéristiques massiques des étages, avec prise en compte automatique de l'excentrement réglementaire des centres de gravité des étages.
Descente de charges et dimensionnement automatique du ferraillage des voiles
ÉPICENTRE propose un calcul de descente de charges de type "traditionnel", contrairement aux logiciels par éléments finis qui fonctionnent selon une logique de maillage, sans tenir compte, par exemple, du sens de portée réel des dalles.
Les résultats de la descente de charges sont présentés graphiquement de manière très lisible, sous forme de diagrammes d'efforts ou de contraintes, avec affichage des valeurs locales sous le pointeur de la souris.
Le module de ferraillage automatique des voiles met en œuvre les principes de l'EC2-1 et les dispositions spécifiques de l'EC8-1 selon diverses méthodes itératives permettant le dimensionnement des armatures (méthode des 3 pivots) et la recherche des déformations au niveau des aciers et du béton comprimé.
Le module présente sous une forme graphique claire les sections d'acier correspondant aux quatre types de ferraillage distingués par les règles : flexion composée, effets du second ordre, effort tranchant et couture.
(pour plus de détails, voir les parties "descente de charges" et "ferraillage des voiles" de l'espace Découverte )
Prise en compte de certaines dispositions spécifiques des Eurocodes
ÉPICENTRE permet prendre en compte sans difficultés les dispositions signalées précédemment :
obligation de désactiver pour le calcul de contreventement les voiles portés par des poutres ou des planchers de reprise,
incitation à fissurer les voiles de manière sélective pour l'analyse modale et le calcul sismique, en ne fissurant que les sections réellement tendues,
possibilité de redistribuer les efforts entre les murs.
Précision et fiabilité des résultats obtenus avec ÉPICENTRE
Les méthodes de calcul et les algorithmes utilisés par ÉPICENTRE sont bien rodés et sont validés dans leurs principes par les principaux bureaux de contrôle.
Pour des bâtiments pouvant être modélisées de manière équivalente avec les deux types de logiciels, les résultats des calculs de contreventement proprement dits seront très voisins (voir par exemple dans la bibliographie l'article des Annales ITBTP de janvier 1978).
Conclusion
Les logiciels généralistes de calcul des structures sont bien entendu utiles !
Il ne s'agit pas ici de remettre en cause l'utilité de ces logiciels pour un bureau d'études : ils sont incontournables pour aborder efficacement le calcul de très nombreuses structures.
Mais ÉPICENTRE sera souvent un outil plus efficace pour le calcul des systèmes de contreventement voiles + linteaux
Dans la plupart des cas de bâtiments courants contreventés par des voiles, l'étude par ÉPICENTRE sera nettement plus rapide.
Pour des bâtiments complexes, ÉPICENTRE pourra fréquemment être utilisé en pré-dimensionnement d'avant-projet, avant un passage aux éléments finis pour l'exécution.
Dans les deux cas, EPICENTRE fera réaliser d'importantes économies de temps.