Charpente de toiture historique par ALS Ingenieure GmbH & Co. KG
Étude de cas

Calcul de structures et monuments historiques : Entretien avec Patrick Hauck

Défi

Le projet portait sur le calcul de structure conforme aux normes de la nouvelle charpente à réaliser pour la tour des cuisines de la forteresse de Marienberg à Würzburg. Les éléments en bois existants étaient contaminés par des produits de préservation du bois contenant des substances nocives et devaient être entièrement remplacés. La nouvelle construction devait être reconstruite sur la base du modèle historique – en conformité avec les exigences de la préservation du patrimoine et des normes actuellement en vigueur. La géométrie partiellement courbe de la structure imposait des exigences particulières en matière de modélisation.

Solution

Les ingénieurs d’ALS ont utilisé RSTAB pour calculer l’ensemble de la charpente sous forme de modèle détaillé de structure 3D en barres. L’utilisation de raideurs de ressort pour modéliser les assemblages et les appuis a permis de représenter de manière réaliste les conditions aux limites réelles ainsi que les liaisons partiellement souples entre les différents composants. La capacité portante des éléments individuels ainsi que le comportement porteur global du système ont été justifiés conformément aux normes.

Avantages

  • Modélisation réaliste : la représentation des assemblages au moyen de raideurs de ressort permet une prise en compte différenciée des conditions réelles d’appui et de liaison des constructions historiques.
  • Vérification conforme aux normes : RSTAB fournit la justification complète de la capacité portante de chaque élément et de la structure globale selon les normes actuellement en vigueur.
  • Efficacité dans l’existant : la modélisation filaire tridimensionnelle réduit l’effort de calcul, même pour des structures courbes géométriquement exigeantes.
  • Utilisation combinée des logiciels : RSTAB et RFEM se complètent de manière optimale – RSTAB pour les structures filaires des charpentes en bois, RFEM pour les calculs de structures en béton armé par éléments finis.
  • Gain de temps au quotidien : des fonctions telles que « reprendre les réactions d’appui » et l’outil de zones géographiques accélèrent sensiblement les tâches récurrentes dans la pratique quotidienne.

RSTAB comme passerelle entre la préservation du patrimoine et le calcul de structure moderne

Le point décisif dans ce projet n’était pas simplement un calcul. RSTAB a servi d’interface entre le bâti historique existant et une reconstruction conforme aux normes. La modélisation 3D dans RSTAB a permis d’unir les exigences de planification et la réalité structurelle dans un modèle commun et robuste.

Le logiciel a soutenu la collaboration d’une manière particulière : la préservation du patrimoine a apporté ses exigences relatives au modèle historique, tandis que les ingénieurs structure ont pu vérifier et évaluer directement des variantes dans RSTAB de manière compréhensible et traçable. Ainsi, une exigence conforme aux principes de la préservation du patrimoine a été transformée en une solution optimisée et exécutable. Le résultat est non seulement conforme aux normes, mais aussi économique – tout en restant fidèle à l’architecture historique de l’ouvrage.

Calculer au lieu d’approximer – Avec le modèle 3D RSTAB

Dans la structure de toiture de la tour des cuisines, l’avantage d’un calcul tridimensionnel détaillé dans RSTAB est apparu très clairement. La géométrie porteuse historique, en partie courbée, n’aurait pas pu être représentée de manière réaliste avec des approches 2D simplifiées.

Avec RSTAB, l’ensemble de la structure de toiture a pu être représenté sous forme de modèle de structure filaire 3D – en prenant en compte les conditions réelles d’appui et de liaison via des raideurs de ressort. Cette combinaison de fidélité au modèle et de vérification conforme aux normes a rendu le calcul de structure fiable et compréhensible : la capacité portante de chaque composant tout comme le comportement structurel global du système ont pu être vérifiés en toute sécurité dans le respect des normes actuellement en vigueur.

Fonctions de base importantes : reprendre les raideurs de ressort et les réactions d’appui

En plus de son utilisation dans les projets, le logiciel Dlubal a apporté à l’équipe d’ALS Ingenieure un avantage tangible au quotidien : les tâches récurrentes sont exécutées plus rapidement, de manière plus standardisée et avec moins d’efforts manuels. Deux fonctions se démarquent particulièrement à cet égard :

  • Raideurs de ressort pour les assemblages et les appuis (RSTAB) : pour le bureau, cette fonction est indispensable lors de la modélisation de structures de toiture historiques. Les conditions aux limites réelles et les liaisons parfois souples entre les éléments peuvent ainsi être prises en compte de manière différenciée – un calcul réaliste des structures existantes serait difficilement possible sans cette fonctionnalité.
  • Reprendre les réactions d’appui (RFEM) : dans les structures en béton, cette fonction est un vrai gain de temps. Les réactions d’appui d’un sous-modèle peuvent être reprises directement comme charges dans un modèle en aval dans le flux de travail. Les étapes de travail qui prendraient autrement plusieurs heures en saisie manuelle sont ainsi automatisées – le flux de travail reste rapide et compréhensible.