Lors de la conception d'un bâtiment contre le phénomène de souffle résultant d'une explosion, la littérature normative permet l'utilisation de méthodes de calcul avancées. L'utilisation unique de méthodes normatives donne généralement un dimensionnement très conservateur, basé sur une approche globale et statique. Une méthode de calcul avancée discrétise le phénomène dynamique en pas de temps (au sens numérique et physique) et la géométrie de la structure en plusieurs zones. Cette approche permet de restreindre les zones de ferraillage très dense, alors qu'une approche normative unique nécessiterait le même renforcement dans des zones plus étendues. Même si le coût de conception est supérieur à une approche conventionnelle, le coût global du ferraillage peut considérablement diminuer du fait de l'optimisation qui en résulte.

Cet article décrit une méthodologie de dimensionnement d'un bâtiment à une explosion interne, qui sollicite des calculs avancés et normatifs. Cette méthode consiste en l'enchaînement d'un calcul dynamique transitoire avec une analyse d'Etat Limite Ultime Eurocode 2. Elle peut être complétée par une autre optimisation, qui nécessite davantage de raffinement du modèle numérique. Cette dernière méthode est également décrite dans la deuxième partie de cet article.

Deux étapes sont nécessaires :

Étape 1: Cette première étape est réalisée avec le logiciel LS-DYNA. Le bâtiment est maillé dans un modèle d'éléments finis : les dalles sont modélisées avec des éléments coques tandis que les poteaux et les poutres sont modélisés avec des éléments poutres. Le calcul en dynamique rapide est linéaire. Le béton est modélisé par une simple loi de comportement élastique, ce qui signifie que les armatures en acier ne sont pas prises en compte. La surpression qui dépend du temps (phases positive et négative) et des zones du bâtiment est appliquée sur les éléments de coque. Ce calcul fournit des efforts et des moments sur chaque élément de coque et de poutre, à chaque pas de temps. Ensuite, la combinaison la plus conservatrice entre les efforts et les moments pour chaque élément est utilisée pour la seconde étape.

Étape 2:Cette étape est réalisée avec le logiciel STFER, développé par la société Stabilis. Les combinaisons de forces et de moments servent à calculer le ferraillage minimal dans chaque élément conformément aux règles de l'Eurocode 2 à l'État Limite Ultime. La méthode est différente pour les dalles et les poutres.Pour le ferraillage des dalles, le taux d'acier minimal est déterminé en cm²/m. Les résultats sont donnés sous la forme d'une cartographie de densités.Pour les poteaux et les poutres, la méthode est itérative. Une section de béton armé est prédéfinie. Un diagramme d'interaction est établi et la combinaison la plus conservatrice entre les forces et le moment est comparée à ce diagramme. Si le point résultant dans le plan N-M est en dehors du domaine d'interaction, la section de béton armé doit être modifiée.

Comme expliqué précédemment, une méthode d'optimisation peut compléter l'approche linéaire décrite précédemment, qui est encore conservatrice. L'approche non linéaire consiste à modéliser explicitement le béton et les aciers de ferraillage et à coupler leurs comportements. Contrairement aux règles de l'Eurocode 2, cette approche permet la plastification des poutres en acier. Comme indiqué par l'UFC 3-340-2, la rotation des dalles et des poutres sur leurs appuis est autorisée jusqu'à un angle de 2 degrés. Le coût de calcul est en revanche beaucoup plus élevé. Cet aspect limite cette approche à un modèle local, qui est représentatif des zones courantes moyennant des conditions aux limites de symétrie. Les zones singulières sont donc exclues de ce type d'approche. Sur les zones courantes, cette méthode permet de réduire de 40 à 60% le ferraillage requis.