Effort tranchant selon l’Eurocode 2 : VRd,c, VRd,max et treillis à inclinaison variable
Effort tranchant selon l’Eurocode 2 : faut-il des armatures, et si oui combien ?
L’Eurocode 2 pose d’abord une question : des armatures d’effort tranchant sont-elles nécessaires ? Si l’effort tranchant de calcul reste inférieur à la résistance de l’élément sans armatures VRd,c, aucune armature n’est requise par le calcul. Au-delà, on dimensionne un treillis dont l’inclinaison des bielles se choisit dans une plage fixée par l’annexe nationale.
Avertissement : exemple de calcul à but pédagogique
Cette page présente un exemple de calcul destiné à l’apprentissage de la vérification à l’effort tranchant selon l’Eurocode 2. Elle ne constitue pas un outil de dimensionnement d’ouvrages réels.
Limites de la feuille. Béton armé non précontraint, armatures d’effort tranchant verticales, de limite d’élasticité fyk comprise entre 400 et 500 MPa, ou 600 MPa au plus sous réserve d’une justification à l’ELS (3.2.2(3)P et annexe nationale). Le treillis n’est calculé qu’en l’absence d’effort normal. Ne sont pas traités : la réduction de l’effort tranchant près des appuis, le décalage de la courbe des moments, l’effort de traction supplémentaire dans les aciers longitudinaux, la bielle et l’ancrage sur appui, la section entièrement tendue.
NEOGENESIS décline toute responsabilité quant à l’utilisation de ces calculs dans des projets qui ne sont pas contrôlés par NEOGENESIS. Le seul moyen d’engager notre responsabilité est de faire valider ces calculs par nos ingénieurs dans le cadre d’une mission de contrôle technique.
1. Le problème : une vérification en deux temps
On compare d’abord l’effort tranchant de calcul VEd à la résistance sans armatures VRd,c (§6.2.1(3)).
Si VEd dépasse VRd,c, il faut des armatures d’effort tranchant, dimensionnées par le modèle de treillis de la §6.2.3 (§6.2.1(5)).
Même sans armatures requises par le calcul, un ferraillage transversal minimal est à prévoir (§6.2.1(4)). Il peut être omis dans les dalles lorsqu’une redistribution transversale des charges est possible, et dans les éléments secondaires qui ne contribuent pas de manière significative à la résistance d’ensemble.
2. Le mécanisme
Résistance sans armatures d’effort tranchant
avec au minimum VRd,c = (vmin + k1 σcp) bw d (6.2b)
- CRd,c = 0,18/γC et k1 = 0,15 (annexe nationale, 6.2.2(1)) ;
- k = 1 + (200/d)1/2 ≤ 2,0, avec d en mm : k vaut 2 tant que d ≤ 200 mm, puis diminue quand d augmente (k = 1,32 pour d = 2 000 mm) ;
- ρl = Asl/(bw d) ≤ 0,02, où Asl est la section des armatures tendues prolongées d’au moins lbd + d au-delà de la section considérée (Figure 6.3) ;
- σcp = NEd/Ac < 0,2 fcd, avec Ac l’aire de la section droite de béton et NEd > 0 en compression.
Valeur minimale vmin de l’annexe nationale
L’annexe nationale française (mars 2016, 6.2.2(1) NOTE) fixe :
vmin = 0,035 k3/2 fck1/2 poutres et autres dalles
L’annexe précise que cette expression reste la même quelle que soit la situation de calcul, pour tous les états limites ultimes.
La norme ne définit pas la redistribution transversale. Le guide FD P18-717 en donne des exemples : dalle portant sur trois ou quatre côtés, dalle bloquée latéralement par son environnement (dalles adjacentes, poutres de bordure), dalle portant dans une seule direction dont la largeur vaut au moins 10 fois l’épaisseur et le quart de la portée, avec des armatures de répartition.
Pour les voiles, le même guide précise que vmin n’est pas à majorer par l’effet favorable de σcp.
Effort normal de traction
Le guide FD P18-717 admet l’emploi de (6.2a) et (6.2b) avec σcp négatif, jusqu’à σcp = −fctd. Au-delà de ce niveau de traction, VRd,c est pris égal à 0.
Modèle de treillis (armatures verticales)
VRd,max = αcw bw z ν1 fcd / (cot θ + tan θ) (6.9)
- z = 0,9 d : valeur approchée admise pour une section de béton armé sans effort normal (§6.2.3(1)) ;
- ν1 = ν = 0,6 (1 − fck/250) ;
- αcw = 1 pour les structures non précontraintes ;
- 1 ≤ cot θ ≤ 2,5 en flexion simple ou en compression (annexe nationale, Expression 6.7aNF) ; en traction, la plage est réduite par le facteur (1 + σct/fctm)1/2 (Expression 6.7bNF), cas non traité par la feuille.
Dans tous les cas, l’effort tranchant doit rester inférieur à 0,5 bw d ν fcd (Expression 6.5).
Le taux d’armatures d’effort tranchant ne doit pas être inférieur à ρw,min = 0,08 fck1/2/fyk (9.5N, retenue par l’annexe nationale). Une dalle qui reçoit des armatures d’effort tranchant doit avoir au moins 200 mm d’épaisseur (§9.3.2(1)) : une dalle plus mince sans redistribution transversale, qui devrait recevoir le ferraillage minimal de 6.2.1(4), ne satisfait donc les règles que si elle est un élément secondaire au sens de 6.2.1(4).
Notations
| bw, h, d | largeur de l’âme, hauteur totale, hauteur utile |
| Asl, ρl | aciers de flexion tendus correctement ancrés, taux d’armature longitudinale |
| Ac, NEd, σcp | aire de la section droite de béton, effort normal, contrainte moyenne NEd/Ac |
| k | coefficient d’effet d’échelle, au plus égal à 2 |
| VEd, VRd,c | effort tranchant de calcul, résistance sans armatures d’effort tranchant |
| θ, z | angle des bielles avec l’axe de l’élément, bras de levier |
| VRd,max, VRd,s | résistance des bielles, résistance apportée par les armatures transversales |
| Asw/s, ρw,min | section d’armatures transversales par unité de longueur, taux minimal |
La valeur plancher de l’annexe nationale pour les dalles
Pour une dalle bénéficiant d’une redistribution transversale, l’annexe nationale remplace la valeur 0,035 k3/2 fck1/2 par 0,23 fck1/2.
Pour un béton C25/30 et k = 2, cela donne 1,15 MPa au lieu de 0,49 MPa : la résistance minimale sans armatures est plus que doublée. Il faut toutefois justifier la redistribution transversale ; à défaut, c’est la valeur des poutres qui s’applique.
3. Les étapes de la justification
- Résistance sans armatures VRd,c, avec sa valeur minimale selon le type d’élément.
- Décision : armatures requises ou non ; contrôle VEd ≤ 0,5 bw d ν fcd.
- Si nécessaire : résistance des bielles VRd,max pour l’angle θ choisi, puis armatures Asw/s, au moins égales au minimum.
Exemple traité dans la feuille
| Élément | bande de dalle de 1 m, avec redistribution transversale |
| Section | bw = 1,00 m, h = 0,20 m, d = 0,18 m |
| Matériaux | béton C25/30 (fck = 25 MPa), aciers fyk = 500 MPa |
| Sollicitations | Asl = 8 cm², NEd = 0, VEd = 110 kN |
Eurocode 2. ρl = 0,0044 et k = 2 (la formule donne 2,054). L’Expression (6.2a) donne 96,4 kN. Avec vmin = 0,23 × 251/2 = 1,15 MPa, l’Expression (6.2b) donne 207,0 kN : VRd,c = 207,0 kN.
VEd = 110 kN ≤ 207,0 kN : aucune armature d’effort tranchant n’est requise. La condition VEd ≤ 0,5 bw d ν fcd = 810,0 kN est satisfaite.
Sans redistribution transversale, vmin = 0,035 × 23/2 × 251/2 = 0,495 MPa, VRd,c = 96,4 kN < 110 kN : des armatures d’effort tranchant deviendraient nécessaires. L’épaisseur de 200 mm atteint tout juste le minimum de §9.3.2(1) ; avec cot θ = 2,5, le calcul donne 6,25 cm²/m, porté au minimum ρw,min bw = 8,00 cm²/m.
4. Ce qu’il faut retenir
- Pour une dalle, la valeur plancher vmin de l’annexe nationale dépend de la possibilité de redistribution transversale : c’est une condition à justifier, pas un acquis.
- Le taux ρl ne compte que les aciers réellement ancrés au-delà de la section considérée sur au moins lbd + d.
- Le choix de θ est un arbitrage : cot θ proche de 2,5 réduit les armatures transversales mais abaisse VRd,max.
- La valeur approchée z = 0,9 d n’est admise qu’en l’absence d’effort normal.
5. Références
- NF EN 1992-1-1 (Eurocode 2), §6.2 : effort tranchant ; §9.2.2 et §9.3.2 : armatures d’effort tranchant ; §3.2.2(3)P : domaine de fyk.
- NF EN 1992-1-1/NA (annexe nationale française, mars 2016) : 6.2.2(1) NOTE, 6.2.3(2) NOTE, 6.2.3(3) NOTES, 9.2.2(5) et (6) NOTES, 3.2.2(3)P NOTE.
- FD P18-717 (août 2021), guide d’application des NF EN 1992 : 6.2.1(4) redistribution transversale, 6.2.2(1) voiles et contrainte normale.
NEOPEDIA · en pratique
Sur les dalles et radiers, nos ingénieurs vérifient que la valeur vmin retenue correspond bien au cas de l’annexe nationale : 0,23 fck1/2 n’est admis que si la redistribution transversale est justifiée, sinon c’est la valeur des poutres qui s’applique. Ce point a un fort enjeu économique dans un sens comme dans l’autre.
6. Feuille de calcul
Effort tranchant : armatures nécessaires ou non ? (Eurocode 2)
Les valeurs sont à titre indicatif. Modifiez-les pour voir l’influence de chaque paramètre ; le calcul se met à jour immédiatement. Feuille valable pour une section en béton armé non précontraint, avec armatures d’effort tranchant verticales. Le treillis n’est calculé que sans effort normal. Exemple par défaut : bande de dalle de 1 m de largeur, sans effort normal.
| Géométrie, matériau et sollicitation | ||
|---|---|---|
| Élément | ||
| bw : largeur (bande de 1 m pour une dalle) | m | |
| h : hauteur totale de la section | m | |
| d : hauteur utile | m | |
| fck : résistance caractéristique du béton | MPa | |
| Asl : aciers tendus ancrés au-delà de la section | cm² | |
| NEd : effort normal (compression > 0, traction < 0) | kN | |
| VEd : effort tranchant de calcul (valeur absolue) | kN | |
| Si des armatures sont nécessaires (treillis) | ||
|---|---|---|
| fyk : limite d’élasticité des armatures transversales (400 à 500 MPa ; 600 MPa avec justification à l’ELS) | MPa | |
| cot θ : inclinaison des bielles choisie | (1 à 2,5) | |
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