Poinçonnement d’une dalle sur poteau selon l’EC2
Poinçonnement d’une dalle sur poteau selon l’Eurocode 2
Au droit d’un poteau qui porte une dalle, l’effort tranchant se concentre et peut provoquer une rupture par poinçonnement, mode de rupture fragile propre aux éléments plans. L’Eurocode 2 vérifie ce risque sur des contours de contrôle qui entourent le poteau : au nu du poteau, puis sur un contour de référence tracé à 2d. Cet article présente la méthode complète pour un poteau intérieur, jusqu’au dimensionnement et à la vérification des armatures de poinçonnement.
Avertissement : exemple de calcul à but pédagogique
Cette page présente une méthode de calcul destinée à l’apprentissage de la justification élémentaire des éléments de structure en béton armé selon l’Eurocode 2. Elle ne constitue pas un outil de dimensionnement d’ouvrages réels.
La feuille se limite au cas d’un poteau rectangulaire intérieur, loin de tout bord de dalle et de toute trémie, sans effort normal dans la dalle (σcp = 0), coulée en place (une dalle sur prédalles appelle un coefficient réducteur, guide FD P18-717, 6.4). Les poteaux de rive et d’angle, dont les contours de contrôle sont réduits, ne sont pas traités.
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 rupture fragile localisée autour du poteau
Sous la réaction d’appui concentrée d’un poteau, une dalle peut se rompre selon un cône de poinçonnement qui se détache autour du poteau.
Cette rupture par effort tranchant est fragile : elle n’est pas précédée de la grande fissuration de flexion qui avertit dans les autres modes de ruine.
Il faut donc vérifier que la contrainte de cisaillement, évaluée sur des contours qui entourent le poteau, reste inférieure à la résistance du béton seul. Sinon, des armatures spécifiques de poinçonnement doivent être mises en place, dans certaines limites.
2. Le mécanisme : trois vérifications sur des contours de contrôle
Champ d’application
- La section 6.4 de NF EN 1992-1-1 couvre le poinçonnement des dalles pleines, des dalles à caissons pleines au droit des poteaux et des fondations (6.4.1 (1)P).
- La feuille traite un poteau au sens de 9.5.1 : grande dimension au plus égale à 4 fois la petite (1/4 ≤ c1/c2 ≤ 4). Au droit d’un voile, voir le guide FD P18-717 (6.4.1).
- Poteau intérieur : pas de bord libre à proximité (6.4.2 (4)), pas de trémie à moins de 6d (6.4.2 (3)), pas d’autre charge ou réaction à moins de 2d (6.4.2 (2)).
Contours de contrôle
Le contour de contrôle de référence u1 est tracé à 2d du nu du poteau, en minimisant sa longueur (6.4.2 (1)). Cette distance correspond à une diffusion du cisaillement sous l’angle θ = arctan (1/2) = 26,6° (Figure 6.12).
Contrainte de calcul
β = 1 + k (MEd/VEd) (u1/W1) (6.39)
W1 = c1²/2 + c1c2 + 4c2d + 16d² + 2πdc1 (6.41)
- β majore la contrainte pour tenir compte du moment non équilibré MEd transmis par la dalle au poteau ; β = 1 si ce moment est nul.
- k dépend de c1/c2 (Tableau 6.1 : 0,45 ; 0,60 ; 0,70 ; 0,80 pour c1/c2 ≤ 0,5 ; 1,0 ; 2,0 ; ≥ 3,0). La feuille lit k à la borne supérieure de l’intervalle, sans interpolation, ce qui majore β.
- Valeur approchée β = 1,15 pour un poteau intérieur (Figure 6.21N, retenue par l’annexe nationale), admise seulement si la stabilité latérale ne dépend pas du fonctionnement en portique des dalles et des poteaux et si les travées adjacentes ne diffèrent pas de plus de 25 % (6.4.3 (6)).
Résistance sans armatures de poinçonnement
vmin = 0,035 k3/2 fck1/2CRd,c = 0,18/γc = 0,12 ; k = 1 + √(200/d) ≤ 2,0 (d en mm) ; ρl = √(ρly ρlz) ≤ 0,02 ; valeurs de l’annexe nationale (6.4.4 (1))
- ρly et ρlz sont les taux d’armatures tendues adhérentes dans les deux directions, en moyenne sur la largeur du poteau augmentée de 3d de part et d’autre.
- Le premier terme croît avec le taux d’armatures de flexion ; quand ce taux est faible, la résistance ne descend pas sous le plancher vmin.
- Le taux reste compris entre deux bornes, que la feuille contrôle : le minimum As,min = 0,26 fctm/fyk bt d (9.2.1.1 (1), annexe nationale), en dessous duquel la dalle est considérée comme non armée (9.2.1.1 (2)), et le maximum As,max = 0,04 Ac (9.2.1.1 (3)), applicables aux dalles par 9.3.1.1 (1).
- Aucune armature de poinçonnement n’est nécessaire si vEd < vRd,c sur u1 (6.4.3 (2) b).
Vérification au nu du poteau
Cette vérification des bielles de compression est indépendante des armatures de poinçonnement : si elle échoue, seules une dalle plus épaisse ou un poteau plus grand règlent le problème.
Comparaison avec le BAEL 91
1. Contour et contrainte limite
Le BAEL 91 (A.5.2,42) vérifie Qu ≤ 0,045 uc h fcj/γb, sur le contour uc du feuillet moyen, distant de h/2 de l’aire chargée (A.3.2,5). Pour fc28 = 25 MPa, cela fait 0,75 MPa sur uc h.
Le commentaire de A.5.2,42 admet de porter cette limite à (0,05 + 1,5 ρl) fcj/γb sur d uc, sous réserve de justifications, soit 0,88 MPa pour ρl = 0,2 %.
2. Eurocode 2
Pour un béton C25/30, ρl = 0,2 % et d ≤ 200 mm (k = 2), le premier terme de vRd,c vaut 0,12 × 2 × (100 × 0,002 × 25)1/3 = 0,41 MPa ; le plancher vmin = 0,035 × 23/2 × √25 = 0,49 MPa gouverne.
Les contraintes limites ne sont pas comparables directement : le contour de l’Eurocode 2 est tracé à 2d, celui du BAEL à h/2. Seule la comparaison des efforts (contrainte × périmètre × hauteur) a un sens.
3. Statut des textes
Le guide FD P18-717 (avant-propos) rappelle que les normes NF EN 1992 ont remplacé le BAEL et le BPEL en France. La feuille ne calcule que l’Eurocode 2.
Notations
| c1, c2 | dimensions du poteau, c1 parallèle à l’excentricité de la charge |
| h, d | épaisseur de la dalle, hauteur utile moyenne d = (dy + dz)/2 |
| u0, u1, uout | périmètre du poteau, contour de référence à 2d, contour au-delà duquel aucune armature n’est requise |
| VEd, MEd | effort de poinçonnement et moment non équilibré de calcul à l’ELU |
| β | coefficient d’excentricité |
| vEd | contrainte de poinçonnement de calcul sur le contour considéré |
| ρl | taux d’armatures de flexion tendues, ρl = √(ρly ρlz) ≤ 0,02 |
| vRd,c, vRd,cs, vRd,max | résistances sans armatures, avec armatures, et maximale (bielles) |
| Asw, sr, st | aire d’un cours d’armatures de poinçonnement, espacements radial et tangentiel |
3. Les étapes de la justification
- Périmètres de contrôle u0 (nu du poteau) et u1 (à 2d).
- Coefficient β, calculé par (6.39) ou pris à 1,15 sous conditions.
- Contrainte de calcul vEd sur u1.
- Résistance sans armatures vRd,c et besoin d’armatures.
- Vérification au nu du poteau (bielles, vRd,max).
- Armatures de poinçonnement, si nécessaires : plafond kmax vRd,c, épaisseur minimale, résistance vRd,cs, contour uout, nombre de cours et dispositions constructives.
Armatures de poinçonnement (6.4.5 et 9.4.3)
uout = β VEd / (vRd,c d) (6.54)fywd,ef = 250 + 0,25 d ≤ fywd (d en mm) ; kmax = 2,5 (annexe nationale) ; cadres ou épingles verticaux : α = 90°
- Si vEd > kmax vRd,c, aucune quantité d’armatures ne suffit.
- Une dalle qui comporte des armatures d’effort tranchant a au moins 200 mm d’épaisseur (9.3.2 (1)).
- Les cadres ou épingles doivent pouvoir être façonnés dans cette épaisseur : la feuille refuse un diamètre dont le mandrin minimal (4φ jusqu’à 16 mm, 7φ au-delà, Tableau 8.1N) augmenté de 2φ dépasse h.
- Au moins deux cours périphériques, espacés radialement de 0,75d au plus ; premier cours à plus de 0,3d et au plus 0,5d du nu (Figure 9.10 et 9.4.3 (4)).
- Espacement tangentiel au plus 1,5d à moins de 2d du poteau, 2d au-delà (9.4.3 (1)).
- Dernier cours à au plus kd = 1,5d à l’intérieur de uout (6.4.5 (4), valeur recommandée retenue par l’annexe nationale).
- Section minimale : Asw,min (1,5 sin α + cos α)/(sr st) ≥ 0,08 √fck / fyk (9.11). La feuille la compare à la section d’un seul brin, ce qui est du côté de la sécurité (le guide FD P18-717 précise qu’elle vise l’aire de l’armature entière).
Exemple traité
| Poteau | c1 = c2 = 0,50 m, intérieur, MEd = 0 (β = 1) |
| Dalle | h = 0,25 m, d = 0,21 m, ρly = ρlz = 0,37 % |
| Matériaux | C25/30 (fck = 25 MPa), aciers fyk = 500 MPa |
| Effort | VEd = 0,70 MN |
| Armatures prévues | 16 brins HA 8 par cours, sr = 0,15 m, premier cours à 0,10 m du nu |
Eurocode 2. u0 = 2,000 m et u1 = 4,639 m ; vEd = 0,719 MPa.
k = 1,976 ; vRd,c = max(0,498 ; 0,486) = 0,498 MPa < vEd : des armatures de poinçonnement sont nécessaires.
Au nu du poteau : vEd,0 = 1,667 MPa ≤ vRd,max = 0,4 × 0,540 × 16,67 = 3,600 MPa.
vEd = 0,719 MPa ≤ kmax vRd,c = 1,244 MPa et h = 250 mm ≥ 200 mm : les armatures de poinçonnement sont possibles.
fywd,ef = 302,5 MPa ; section requise 35,30 cm²/m. Avec 16 HA 8 (8,04 cm² par cours) tous les 0,15 m : vRd,cs = 0,898 MPa ≥ 0,719 MPa.
uout = 6,697 m, soit un contour à 0,748 m du nu ; le dernier cours doit être à au moins 0,433 m : 4 cours, de 0,10 m à 0,55 m.
Espacement tangentiel maximal 0,341 m ≤ 2d = 0,42 m (dernier cours, au-delà de 2d) ; Asw,min = 0,273 cm² ≤ 0,503 cm² par brin. Toutes les vérifications sont satisfaites.
4. Ce qu’il faut retenir
- Le premier terme de vRd,c dépend du taux d’armatures de flexion ρl (plafonné à 0,02) : tant que le plancher vmin ne gouverne pas, une dalle faiblement armée en flexion résiste moins bien au poinçonnement, à épaisseur égale.
- La vérification au nu du poteau (vRd,max = 0,4 ν fcd) est indépendante du ferraillage de poinçonnement : aucune armature ne compense un défaut d’épaisseur de la dalle ou de dimension du poteau.
- Les armatures de poinçonnement ne permettent pas de dépasser kmax vRd,c = 2,5 vRd,c sur u1, et elles doivent être prolongées jusqu’à 1,5d à l’intérieur du contour uout.
5. Références
- NF EN 1992-1-1 (Eurocode 2), Calcul des structures en béton, partie 1-1, avec amendement A1 : 6.4 (poinçonnement), 8.3 (Tableau 8.1N), 9.2.1.1, 9.3.1.1 (1), 9.3.2 (1), 9.4.3 et 9.5.1, AFNOR.
- NF EN 1992-1-1/NA (mars 2016), annexe nationale : 3.1.6, 6.4.3 (6), 6.4.4 (1), 6.4.5 (1), (3) et (4), 8.3 (2), 9.2.1.1 (1) et (3).
- FD P18-717 (août 2021), guide d’application des normes NF EN 1992 : 6.4 (dalles sur prédalles), 6.4.1, 6.4.3 et 9.4.3 (2).
- Règles BAEL 91 révisées 99, A.3.2,5 et A.5.2,4 (comparaison seulement).
NEOPEDIA · en pratique
Nos ingénieurs vérifient, pour les planchers-dalles sur poteaux, que le taux d’armatures de flexion retenu dans la note de poinçonnement est bien celui mis en œuvre au droit de chaque poteau, sur la largeur du poteau augmentée de 3d de part et d’autre, et non une valeur moyenne de la travée : ce taux conditionne directement la résistance sans armatures spécifiques.
6. Feuille de calcul
Poinçonnement d’une dalle sur poteau intérieur rectangulaire (Eurocode 2)
Les valeurs sont à titre indicatif. Modifiez-les pour voir l’influence de chaque paramètre ; le calcul se met à jour immédiatement. Référentiel unique : NF EN 1992-1-1 et son annexe nationale française. Feuille valable pour un poteau rectangulaire intérieur (c1/c2 entre 1/4 et 4), loin des bords et des trémies, sans effort normal dans la dalle (σcp = 0), coulée en place (pas de prédalles).
| Géométrie | ||
|---|---|---|
| c1 : dimension du poteau parallèle à l’excentricité | m | |
| c2 : dimension du poteau perpendiculaire à l’excentricité | m | |
| h : épaisseur de la dalle | m | |
| d : hauteur utile moyenne = (dy + dz)/2 | m | |
| Sollicitations (ELU) | ||
| VEd : effort de poinçonnement | MN | |
| β : coefficient d’excentricité | ||
| MEd : moment non équilibré transmis au poteau (valeur absolue, utilisé si β est calculé) | MN·m | |
| Matériaux et armatures de flexion | ||
|---|---|---|
| fck : résistance caractéristique du béton | MPa | |
| fyk : limite d’élasticité des aciers | MPa | |
| ρly : taux d’armatures tendues, direction y (largeur c + 3d de part et d’autre ; rapport : 0,0037 pour 0,37 %) | ||
| ρlz : taux d’armatures tendues, direction z | ||
| Armatures de poinçonnement prévues (vérifiées si nécessaires) | ||
| φ : diamètre des brins (cadres ou épingles verticaux) | mm | |
| nb : nombre de brins par cours périphérique | ||
| sr : espacement radial des cours | m | |
| s0 : distance du premier cours au nu du poteau | m | |
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