Gaetan LEBLANC - Rapport - 06_06_2012

Transcription

Calcul de structures béton armé sur le projet
de la nouvelle tour de contrôle d’Entzheim
Projet de fin d’études
Spécialité Génie Civil.
Calcul de structures béton armé sur le projet de la nouvelle
tour de contrôle d’Entzheim.
Auteur : Gaëtan LEBLANC
Elève ingénieur, INSA de Strasbourg, spécialité Génie Civil option Construction.
Tuteur entreprise : Fabrice BERLIE
Responsable méthodes, EIFFAGE Construction Alsace Franche Comté.
Tuteur INSA Strasbourg : Claude SCHAEFFER
Professeur ENSAM de Génie Civil.
Juin 2012
Gaëtan LEBLANC – Génie Civil 5° année
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Remerciements
Je tiens en premier lieu à remercier M. Denis TRITSCHLER, directeur régional délégué, ainsi
que mon tuteur de stage, M. Fabrice BERLIE, responsable méthodes d’Eiffage Construction Alsace
Franche Comté, pour leur confiance et m’avoir permis d’effectuer mon stage de fin d’études sur ce
projet.
Je souhaite tout particulièrement remercier, M. Mandiaye DIALLO, chargé d’affaires
techniques, M. Oussama HELLASSA, chargé d’étude, et M. Vincent MILLOTTE, ingénieur structure,
pour m’avoir intégré au sein de leur équipe au bureau d’étude ainsi que pour leur accompagnement,
leur aide et leur soutien fournis tout au long de ce stage.
Un grand merci est également adressé à mon tuteur de l’INSA de Strasbourg, M. Claude
SCHAEFFER, professeur ENSAM de Génie Civil, pour le suivi pédagogique et pour ses conseils ayant
permis la concrétisation de ce projet.
Merci à M. Baptiste FICKINGER et M. Lucas OSTERMANN, tous deux étudiants à l’INSA de
Strasbourg, pour le partage de cette expérience professionnelle au sein d’Eiffage Construction qui
clôture notre formation.
Enfin je remercie l’ensemble du service « structure » ainsi que les collaborateurs d’Eiffage
que j’ai pu rencontrer, pour leur accueil, leur disponibilité ainsi que l’excellente ambiance qu’ils ont
su entretenir au quotidien.
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Résumé et mots-clés.
Le projet consiste en la construction d’une nouvelle tour de contrôle pour l’aéroport
international de Strasbourg, situé à Entzheim. Ce chantier comprend la construction d’un bâtiment
de type R+2 en béton armé, ainsi qu’une tour de contrôle d’une hauteur d’environ 30 mètres.
Le présent projet de fin d’études d’une durée de 20 semaines, s’est déroulé au sein de
l’équipe structure du bureau d’étude interne d’Eiffage Construction Grand Est. Le projet étant en
phase d’exécution, une partie du bureau d’étude était directement basé à Strasbourg afin de
travailler en collaboration avec l’équipe travaux et l’équipe méthode du chantier.
Le but de ce projet est donc de réaliser la descente de charge sur la totalité du bâtiment,
d’effectuer le dimensionnement de certains éléments porteurs conformément aux règles BAEL 91
révisées 99, et enfin de réaliser les plans de ferraillage destinés à l’équipe travaux sur chantier. Etant
au tout début de la phase d’exécution, la majorité du projet est consacré à l’étude du
dimensionnement des fondations (semelles isolées, longrines), ainsi que les éléments du rez-dechaussée, notamment les poteaux et les poutres.
C’est donc au sein du service « étude de structure » que le PFE a eu lieu sous la tutelle de M.
BERLIE, responsable Méthodes et de M. DIALLO, chargé d’affaires techniques d’Eiffage Construction
Grand Est. Le PFE a également été suivi par M. SCHAEFFER, professeur ENSAM, de génie civil à l’INSA
de Strasbourg.
Mots clés: Modélisation ; Descente de charge ; Dimensionnement ; Béton armé ; Poutres, Poteaux.
Abstract and keywords.
The project consists in the construction on a new control tower for the Strasbourg
International Airport, located in Entzheim. This project includes the construction of a building in
reinforced concrete, and a 30 meters high control tower.
This final project for the engineering degree took place within the team of the engineering
department of Eiffage Construction Grand Est during the construction phase. Therefore a part of the
engineering department was directly based in Strasbourg, in order to work with the team work and
the Methods department.
The aim of this project is to realize the structural loads at ground floor, and to do the design
of some structural members by calculation according to the French rules: BAEL 91, and finally to
draw the iron framework blueprints for the team work on site. The construction being at the
beginning, the majority of the project is devoted to studying the design of foundations, and elements
of the ground floor, including columns and beams.
Therefore this project took place within the engineering department, under the tutelage of
Mr. BERLIE, method department manager and MR. DIALLO, structural engineer of Eiffage
Construction Grand Est. This project was also followed by Mr. SCHAEFER, civil engineering professor
at INSA Strasbourg.
Keywords: Modeling; Design of structure; Reinforced concrete; Beams; Columns.
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Sommaire
Remerciements ....................................................................................................................................... 2
Résumé et mots-clés. .............................................................................................................................. 3
Abstract and keywords. ........................................................................................................................... 3
Liste des figures ....................................................................................................................................... 7
Liste des tableaux .................................................................................................................................... 7
Introduction............................................................................................................................................. 8
1.
Présentation de l’entreprise............................................................................................................ 9
1.1.
Eiffage Construction, filiale du groupe Eiffage. ....................................................................... 9
1.1.1.
Le groupe Eiffage. ............................................................................................................ 9
1.1.2.
La filiale Eiffage Construction. ....................................................................................... 10
1.2. Eiffage Construction Alsace Franche Comté. ........................................................................ 11
1.2.1.
Présentation. ................................................................................................................. 11
1.2.2.
Domaine d’activité. ....................................................................................................... 11
1.3. Le bureau d’étude structure interne. .................................................................................... 12
2.
Présentation du projet. ................................................................................................................. 13
2.1.
Présentation du projet. ......................................................................................................... 13
2.1.1.
Le marché. ..................................................................................................................... 13
2.1.2.
L’étude géotechnique.................................................................................................... 15
2.1.2.1.
Analyse et synthèse géotechnique. ....................................................................... 15
2.1.2.2.
Synthèse hydrogéologique. ................................................................................... 15
2.1.2.3.
Risques naturels. ................................................................................................... 15
2.2. Les différents acteurs du projet. ........................................................................................... 16
2.3.
Planning du projet. ................................................................................................................ 17
2.3.1.
Chronologie du projet. .................................................................................................. 17
2.3.2.
Début du PFE. ................................................................................................................ 17
2.4. Le rôle d’Eiffage Construction. .............................................................................................. 20
2.4.1.
2.4.2.
3.
Cellule de synthèse. ....................................................................................................... 20
Encadrement du chantier. ............................................................................................. 20
Trame du Bloc Technique. ............................................................................................................. 21
3.1.
Contrainte de construction. .................................................................................................. 21
3.2.
Normes et prescriptions. ....................................................................................................... 22
3.3.
Conception de la structure portante. .................................................................................... 22
3.4.
Particularité technique – Protection contre la foudre. ......................................................... 23
Page 4
4.
Descente de charge. ...................................................................................................................... 24
4.1.
Estimation des charges. ......................................................................................................... 24
4.1.1.
Nouveau Bloc technique. .............................................................................................. 24
4.1.1.1.
Toiture. .................................................................................................................. 24
4.1.1.2.
Rez-de-chaussée et 1er étage. .............................................................................. 25
4.1.2.
Tour de contrôle. ........................................................................................................... 25
4.2. Calcul de la descente de charge à l’aide du logiciel CBS. ...................................................... 26
4.2.1.
Présentation du logiciel CBS. ......................................................................................... 26
4.2.2.
Création du modèle CBS. ............................................................................................... 26
4.2.2.1.
Modélisation de l’infrastructure............................................................................ 26
4.2.2.2.
Modélisation de la superstructure. ....................................................................... 29
4.2.2.3.
Application des charges. ........................................................................................ 30
4.2.3.
Exploitation de la descente de charges sur CBS. ........................................................... 31
4.2.3.1.
La répartition des charges sur les dalles................................................................ 31
4.2.3.2.
La répartition des charges sur les éléments linéaires. .......................................... 32
4.2.3.3.
La répartition des charges dans les éléments ponctuels. ..................................... 32
4.2.4.
Résultats de la descente de charges à l’aide du logiciel................................................ 33
4.3. Descente de charges manuelle. ............................................................................................ 33
5.
Dimensionnement d’éléments structuraux et plans d’exécution. ................................................ 35
5.1.
Semelles isolées..................................................................................................................... 35
5.1.1.
La méthode des bielles. ................................................................................................. 35
5.1.2.
Dimensionnement d’une semelle. ................................................................................ 37
5.1.2.1.
Hypothèses. ........................................................................................................... 37
5.1.2.2.
Calcul. .................................................................................................................... 37
5.2. Longrines. .............................................................................................................................. 38
5.2.1.
Aspects réglementaires. ................................................................................................ 39
5.2.2.
Particularités géométriques. ......................................................................................... 40
5.2.3.
Etude d’une poutre à une travée. ................................................................................. 40
5.2.3.1.
Hypothèses. ........................................................................................................... 41
5.2.3.2.
Calculs préliminaires.............................................................................................. 42
5.2.3.3.
Détermination du ferraillage longitudinale. .......................................................... 42
5.2.4.
Etude d’une poutre continue à plusieurs travées. ........................................................ 43
5.2.4.1.
Matériaux. ............................................................................................................. 44
5.2.4.2.
Modélisation de la poutre. .................................................................................... 44
5.2.4.3.
Charges. ................................................................................................................. 44
5.2.4.4.
Sollicitations aux ELU. ............................................................................................ 44
5.2.4.5.
Détermination du ferraillage. ................................................................................ 45
5.2.4.6.
Réalisation des plans de ferraillage. ...................................................................... 45
5.3. Poteaux. ................................................................................................................................. 46
5.3.1.
5.3.2.
5.3.3.
Description. ................................................................................................................... 46
Hypothèses d’études. .................................................................................................... 47
Calcul de la section d’armatures longitudinales par la méthode forfaitaire. ................ 47
Page 5
5.3.4.
Détermination du ferraillage transversal. ..................................................................... 50
Conclusion. ............................................................................................................................................ 51
Bibliographie. ........................................................................................................................................ 52
Page 6
Liste des figures
Figure 1.1 - Entreprises composant le groupe Eiffage. ........................................................................... 9
Figure 1.2 - Répartition par activité du chiffre d'affaires en 2010. ....................................................... 10
Figure 1.3 - Eiffage Construction – Les chiffres clés 2010 ..................................................................... 10
Figure 1.4 - UGC Ciné Cité - Strasbourg ................................................................................................. 12
Figure 1.5 - Bibliothèque André Malraux - Strasbourg ......................................................................... 12
Figure 2.1 - Vue satellite du site. ........................................................................................................... 13
Figure 2.2 - Schéma heuristique traduisant mes missions au sein du bureau d’étude d’Eiffage
Construction. ......................................................................................................................................... 19
Figure 3.1 - Disposition de longrines en cas de plancher sur vide-sanitaire. ........................................ 21
Figure 4.1 - CBS - Base de données des sections................................................................................... 27
Figure 4.2 - CBS - Base de données des matériaux. .............................................................................. 27
Figure 4.3 - CBS - Modélisation des semelles et des longrines ............................................................. 28
Figure 4.4 - CBS - Modélisation d'une dalle........................................................................................... 28
Figure 4.5 - CBS - Vue 3D architecturale de la zone 5. .......................................................................... 29
Figure 4.6 - CBS - Application des charges surfaciques. ........................................................................ 30
Figure 4.7 - CBS - Répartition des charges sur dalle .............................................................................. 31
Figure 4.8 - CBS - Charges linéaires sur la vue en plan d’un étage........................................................ 32
Figure 4.9 - Charges ponctuelles sur la vue d'ensemble en 3D. ............................................................ 33
Figure 5.1 - Semelle isolée sous poteau. ............................................................................................... 35
Figure 5.2 - Transmission de la bielle sous une charge concentrée. ..................................................... 36
Figure 5.3 - Détail: réservation dans les longrines ................................................................................ 40
Figure 5.4 - Zone 5 - LG30...................................................................................................................... 41
Figure 5.5 - Schéma général de la section de la poutre. ....................................................................... 41
Figure 5.6 - Zone 4 - Longrines continues: LG49-LG50 .......................................................................... 43
Figure 5.7 - Modélisation de la longrine LG49-LG50 ............................................................................. 44
Figure 5.8 - Localisation du poteau P62. ............................................................................................... 46
Liste des tableaux
Tableau 2-1 - Désignation des différents lots du marché ..................................................................... 14
Tableau 2-2- Risque sismique. ............................................................................................................... 15
Tableau 2-3 - Les acteurs du projet ....................................................................................................... 16
Tableau 4-1 - Surcharges d'exploitation sur le nouveau bloc techniques............................................. 25
Tableau 4-2 - Surcharge d'exploitation de la tour de contrôle. ............................................................ 25
Tableau 4-3- Comparaison de quelques valeurs entre les descentes de charges. ............................... 34
Tableau 5-1 - Règles simples du règlement FB : poutre stable au feu 1h ............................................. 39
Tableau 5-2 - Charges appliquées à la longrine..................................................................................... 44
Tableau 5-3 - Moments de flexion de calcul. ........................................................................................ 44
Tableau 5-4 - Efforts tranchants de calcul. ............................................................................................ 45
Tableau 5-5 - Sections d'armatures théoriques. ................................................................................... 45
Tableau 5-6 - Dimension du noyau central d'un poteau. ...................................................................... 47
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Introduction
D’une durée de 20 semaines, mon Projet de Fin d’Etudes (PFE) s’est déroulé au sein de
l’entreprise Eiffage Construction Strasbourg basée à Oberhausbergen, tout en travaillant pour le
bureau d’étude structure interne de Eiffage Construction Grand Est. Le bureau d’étude étant à
Nancy, une partie de l’équipe structure du projet, dont j’ai intégré l’effectif, était directement basée
à Strasbourg, afin de pouvoir travailler en collaboration étroite avec l’équipe travaux et l’équipe
méthode du chantier. Le PFE traite l’étude de la nouvelle tour de contrôle de l’aéroport d’Entzheim.
Ce chantier comprend la construction d’un bâtiment de type R+2 en béton armé, ainsi qu’une tour de
contrôle d’une hauteur d’environ 30 mètres.
Les missions que l’on m’a confiées se résument au dimensionnement de différents éléments
porteurs (semelles de fondations, longrines, poteaux, etc.), lors de la phase d’exécution. De plus, lors
de la construction de la tour proprement dit, un étaiement et un platelage sera installé autour de la
tour, afin de permettre la construction des différentes parties de la tour, ainsi que la circulation des
ouvriers en toute sécurité. Cette structure provisoire prendra appui sur certaines fondations du
bâtiment. Ces charges provisoires seront à prendre en compte lors de la réalisation de la descente de
charge et l’étude de dimensionnement des éléments de la structure. Enfin, tout le projet est soumis à
une étude sismique. Cette étude n’est pas réalisée à Strasbourg, mais des dispositions constructives
seront à prendre en compte concernant le dimensionnement des éléments secondaires de la
structure.
Un autre objectif et d’apprendre également à utiliser la méthode BIM (« Building Information
Modeling ») que l’on pourrait traduire par « Maquette Numérique ». Un Modèle d’Information du
Bâtiment (BIM) est une représentation numérique des caractéristiques physiques et fonctionnelles
d’une construction. Il sert de ressource partagée des informations relatives à la construction et
de plateforme relationnelle aux choix effectués pendant le cycle de vie de la conception à la livraison.
Le BIM concerne l’ensemble des intervenants d’un projet de l’architecte jusqu’au maître d’ouvrage,
en passant par le bureau d’études structure, le bureau d’études fluides, ou le constructeur. Cette
méthode est de plus en plus utilisée dans le domaine du Génie Civil, et est utilisée par le bureau
d’étude interne d’Eiffage Construction.
Après avoir fait la présentation de la société et du projet, il s’agira de réaliser la modélisation
du bâtiment sur logiciel, et d’effectuer la descente de charge. Cette descente de charge sera
confirmée par une descente de charge manuelle. Ensuite, l’étude portera sur le dimensionnement de
différents éléments de la structure, ainsi que la réalisation de plans de ferraillage.
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1. Présentation de l’entreprise.
1.1.
Eiffage Construction, filiale du groupe Eiffage.
1.1.1. Le groupe Eiffage.
Né en 1992 lors de l’union de l’entreprise Fougerolles et de la SAE (Société Auxiliaire
d’Entreprises), Eiffage est le troisième groupe français et sixième major européen du BTP et des
concessions. Avec près de 70000 collaborateurs, dont 85% sont des salariés actionnaires, le groupe
réalise un chiffre d’affaire annuel de l’ordre de 13,3 milliards d’euros à travers ses cinq métiers :
La construction, rassemblant le bâtiment et l’immobilier par Eiffage Construction.
Les travaux publics : ensemble de génie civil, terrassement, construction routière et
ferroviaire, par Eiffage Travaux Publics.
L’énergie : installation électrique, climatique et l’automatisation des processus de la
conception et de la maintenance, assurés par Forclum, Clemessy et Crystal.
La construction métallique dans les domaines des ouvrages d’art, de la mécanique ou encore
des industries, par Eiffel.
Les concessions et PPP (Partenariat Publics Privés), par Eiffage Concession.
Ces compétences complémentaires permettent au groupe de réaliser des chantiers de
grande envergure tel que le viaduc de Millau, viaduc multi haubané le plus haut du monde, construit
et financé par Eiffage pour une concession de 75 ans, ou encore le grand stade de Lille Métropole,
actuellement en cours de construction.
Figure 1.1 - Entreprises composant le groupe Eiffage.
Page 9
Figure 1.2 - Répartition par activité du chiffre d'affaires en 2010.
1.1.2. La filiale Eiffage Construction.
Comme nous l’avons vu précédemment, l’un des secteurs d’activités majeurs d’Eiffage est la
construction qui représente 24% du chiffre d’affaire. La filiale Eiffage Construction réunit l’ensemble
des métiers liés à l’aménagement urbain, la promotion immobilière, la construction, le montage
d’opérations, la maintenance et le « facility management ». La filiale est présente en France, mais
aussi dans sept pays Européens : Belgique, Luxembourg, Pays-Bas, Pologne, République Tchèque,
Slovaquie et Pologne (cf. Annexe n°1).
En France, Eiffage Construction s’organise autour de 11 directions régionales (cf. Annexe n°2).
Ceci permet d’être proche des différents chantiers en cours grâce à ces différentes directions
régionales, donc d’être plus réactif, mais aussi de disposer de la puissance d’un groupe par la
mutualisation des moyens mais aussi des méthodes et du savoir-faire.
Figure 1.3 - Eiffage Construction – Les chiffres clés 2010
Page 10
Eiffage Construction a réalisé un chiffre d’affaire de 3,62 milliard d’euros en 2010 grâce à ses
14903 collaborateurs en France et en Europe. L’activité Bâtiment représente plus de 80% du chiffre
d’affaire global, tandis que l’activité maintenance et travaux service augment de plus en plus,
notamment grâce à la mise en exploitation de plusieurs PPP en 2010.
1.2.
Eiffage Construction Alsace Franche Comté.
1.2.1. Présentation.
Comme nous l’avons vu, Eiffage Construction s’organise autour de 11 directions régionales.
La direction régionale Eiffage Construction Grand Est regroupe à elle seule 4 entités :
•
•
•
•
Eiffage Alsace Franche Comté
Eiffage Lorraine
Eiffage Champagne – Ardenne
Eiffage Bourgogne.
Dirigé par Denis TRITSCHLER, Eiffage Construction Alsace Franche Comté comporte 4 agences
et couvre la région allant de Strasbourg à Besançon. Elle a réalisé un chiffre d’affaire de 88.9 millions
d’euros en 2010 sur les 250 millions d’euros de la région Grand Est, soit plus de 35% du chiffre
d’affaire de la direction régionale.
L’organigramme d’Eiffage Construction Alsace Franche Comté est donné en annexe n°3.
1.2.2. Domaine d’activité.
Eiffage construction Alsace Franche Comté propose des solutions en matière de financement,
de conception et de réalisation. Elle offre ainsi son savoir-faire sur des projets complexes en
partenariat public-privé, en conception-réalisation ou en entreprise générale.
Elle répond donc aux appels d’offre publics et privés pour des projets diversifiés. Ses
domaines d’activités sont:
•
•
•
•
La construction neuve de logements, bureaux, ou bâtiments industrielles
La réhabilitation et la rénovation
Les ouvrages de Génie civil
Les ouvrages d’art
Plusieurs chantiers font figure de références pour Eiffage Construction Alsace Franche Comté
comme, la construction de l’UGC Ciné Cité à Strasbourg, la réhabilitation de la bibliothèque André
Malraux de Strasbourg, le pont sur les rives de la Thur à Cernay, et bien d’autre encore.
Page 11
Figure 1.4 - UGC Ciné Cité - Strasbourg
Figure 1.5 - Bibliothèque André Malraux - Strasbourg
1.3.
Le bureau d’étude structure interne.
Le bureau d’étude structure interne d’Eiffage Construction Grand Est est basé à la Direction
Régionale, situé à Maxéville à coté de Nancy (cf. Annexe n°2). Le bureau d’étude est composé d’une
quarantaine de personnes, dont des ingénieurs Grandes Ecoles, des docteurs en sciences mention
mécanique des structures, et des dessinateurs projeteurs. Près de 70% du travail du bureau d’étude
est de l’étude d’exécution, mais il réalise aussi des missions de conseil, des avant-projets, et de
l’assistance technique en région parisienne, en province et à l’étranger, exclusivement au service des
filiales Eiffage Construction. Il contribue à la représentation technique du Groupe, enrichissant ainsi
régulièrement son expertise par des solutions apportées aux problèmes qu'il rencontre, tout en
maintenant son niveau de performance par son auto-formation.
Le bureau d’études structure participe à l’élaboration des principales normes techniques
françaises et européennes. Dans ses interventions sur les projets, le bureau d’études structure
contribue à l’optimisation des structures, des infrastructures, et de leurs fondations. Il s’intéresse
aussi aux calculs d’ouvrages sous actions dynamiques. Enfin, il est souvent à l’origine de propositions
de variantes destinées à optimiser les rendements de surfaces des projets, grâce à une approche
nouvelle de la conception des ouvrages.
Page 12
2. Présentation du projet.
2.1.
Présentation du projet.
La nouvelle tour de contrôle de l’aéroport sera construite sur le site de l’aéroport d’Entzheim,
juste à côté de l’actuelle tour qui a été érigée en 1957.
Figure 2.1 - Vue satellite du site.
En 2005, l’aéroport de Strasbourg était le 5° aéroport de France en nombre de passager.
Mais depuis la mise en place de la 1ère partie de la Ligne à Grande Vitesse (LGV) Est Européenne, le
trafic de passager ne cesse de diminuer, et cette diminution risque de s’accentuer avec la mise en
place récente de la LGV Rhin-Rhône. En dépit de cette diminution, cette nouvelle tour de contrôle est
le fruit d’un besoin de contrôle des voies aériennes dans la région, par le Service de la Navigation
Aérienne (SNA) du Nord-Est.
2.1.1. Le marché.
Comme le précise le CCAP (Cahier des Clauses Administratives Particulières), le marché
comprend :
•
•
La construction d’un bâtiment neuf de 4637 m² SHON (Surface Hors Œuvre Nette)
comprenant :
o Un corps de bâtiment R+2 dénommé « Nouveau Bloc Technique » (NBT) qui
comprend des locaux opérationnels (locaux techniques affectés aux équipements de
navigation aérienne, et des bureaux pour le personnel).
o Une tour de contrôle (TWR), dont le plancher bas du dernier niveau culmine à 27.9
mètres, et est surmontée d’une vigie.
L’aménagement de la partie non bâtie de l’emprise de l’opération d’environ 3400 m²
Une vue d’ensemble du projet, modélisé en 3 dimensions grâce au logiciel Autodesk Revit,
est donnée en annexe n°4.
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L’opération de travaux est allotie, et les prestations portent sur 18 lots, qui sont traités par
marché à lots séparés.
Eiffage Construction a la charge du lot gros œuvre (lot n°2A et 2B). Le présent marché a été
obtenu en remettant une offre à la consultation, qui a été lancée par le maître d’ouvrage selon la
procédure de l’appel d’offres ouvert.
Désignation des lots
Lot 01
Lot 02
Lot 03
Lot 04
Lot 05
Lot 06
Lot 07
Lot 08
Lot 09
Lot 10
Lot 11
Lot 12
Lot 13
Lot 14
Lot 15
Lot 16
Lot 17
Lot 18
VRD
A - STRUCTURES
B - FACADES PREFABRIQUEES
A - CHARPENTE VIGIE
B - FACADE VIGIE
C - FACADE DE VIE ET TECHNIQUE
D - TOITURE/ETANCHEITE
E - SERRURERIE
ETANCHEITE
MENUISERIES EXTERIEURES
SERRURERIE
PORTES SECTIONNELLES - PORTES AUTOMATIQUES
MENUISERIES INTERIEURES – MOBILIER
PLANCHERS TECHNIQUES
CLOISONS - DOUBLAGES – PLATRERIE
CVC – PLOMBERIE
ELECTRICITE
APPAREILS ELEVATEURS
REVETEMENTS SOLS DURS
REVETEMENTS SOLS SOUPLES
PEINTURE - REVETEMENTS MURAUX
FAUX PLAFONDS
SIGNALETIQUE
Tableau 2-1 - Désignation des différents lots du marché
Le montant global de l’opération est prévu à 3 292 159,87 € HT pour le lot gros œuvre. Ce
montant ce divise en trois, 2 671 508,18 € HT pour la partie structure, 610 936,54 € HT pour la partie
façades préfabriquées et 9 715,15 € HT pour une option sur les fondations permettant une extension
future du bâtiment (cette option a été acceptée).
Le montant total des travaux (TCE) s’élève quant à lui à 10 282 053,50 € HT.
Page 14
2.1.2. L’étude géotechnique.
L’entreprise GINGER CEBTP a été chargée de réaliser l’étude géotechnique du site. Cette
étude permet de faire une synthèse géotechnique, hydrogéologique, ainsi que de prévoir les risques
naturels éventuels à prendre en compte. L’étude a été réalisée à l’aide des résultats de sondages
pressiométriques (SP1 et SP2 de l’étude G12) effectués en 2007.
2.1.2.1.
Analyse et synthèse géotechnique.
L’analyse et la synthèse des résultats des investigations réalisées ont permis de dresser la
coupe géotechnique schématique suivante :
Formation n°1 : terre végétale brune ;
Profondeur : de 0m à 0,1/0,2m.
Formation n°1 bis : remblai limono-argileux à cailloux et débris de briques (SP2 uniquement) ;
Profondeur : de 0,2m à 1,0m.
Formation n°2 : limon sableux ou argileux à graviers épars.
Profondeur : de 0,1/1,0m à 0,9/2,1m.
Caractéristiques géotechniques : faibles à moyennes.
Formation n°3 : limon sableux rouge bruns graviers.
Profondeur : de 0,9/2,1m à 10,0m (fin des sondages pressiométriques)
Caractéristiques géotechniques : bonnes à très bonnes.
Les résultats de l’étude G12 de 2007 ont permis de déterminer la contrainte de service
maximale qui est de 0.3MPa, soit 3 bars à l’ELS.
2.1.2.2.
Synthèse hydrogéologique.
Des venues d’eau ont été observées dans les sondages SP1 et SP2 entre 6,5 et 7,5m de
profondeur au moment des reconnaissances de 2007. Les niveaux d’eau relevés correspondent au
niveau de la nappe phréatique au moment des investigations.
Mais il est à noter que le régime hydrogéologique peut varier en fonction de la saison et de la
pluviométrie.
2.1.2.3.
Risques naturels.
2.1.2.3.1.
Risque sismique – données parasismiques réglementaire.
Selon les règles PS92 s’intitulant « Règles de construction parasismique applicables aux
bâtiments », les principales données parasismiques figurent dans le tableau ci-après.
Zone de sismicité cantonale BRGM 92
Classe de bâtiment
Site géologique
Classe du site
Accélération nominale aN correspondante
(valeur minimale en m/s2)
Ib
D
B
S2
2.5
Tableau 2-2- Risque sismique.
Page 15
Pour rappel, les bâtiments de classe D sont : les ouvrages et installations dont la sécurité est
primordiale pour les besoins de la Sécurité Civile, de l’ordre public, de la Défense et de la survie de la
région.
2.1.2.3.2.
Risque de liquéfaction.
L’étude géotechnique nous signale que les sols en présence au droit du projet sont limonosableux graveleux et gravelo-sableux limoneux hors nappe. Ils ne sont donc pas susceptibles de
liquéfaction.
2.2.
Les différents acteurs du projet.
Les principaux acteurs du projet sont regroupés dans le tableau suivant :
Maître d’ouvrage
Service de la Navigation
Aérienne Nord-Est (SNA – NE)
Conducteur d’opération
Direction Départementale des
Territoires du Bas-Rhin
Architecte Mandataire
Arsène-Henry & Triaud
Architectes Associés
AAG – Agence d’Architecture
des Gobelins
BET – Structure / Fluide
Technip TPS
BET – Structure / Façade Vigie
Van Santen & Associés
Economiste
CHOLLEY MINANGOY
Bureau de contrôle
SOCOTEC
Coordinateur SPS
SERUE
Coordinateur SSI
PCA
OPC
C2BI Ingénierie
Tableau 2-3 - Les acteurs du projet
Page 16
2.3.
Planning du projet.
Le planning prévisionnel a été établi durant la phase d’appel d’offres, puis validé et complété
durant la phase de préparation aux travaux. Ce dernier permet de définir les dates critiques à
respecter que ce soit pour la désignation des sous-traitants, la fourniture des plans nécessaires, ou la
commande des matériels et matériaux.
Il convient de noter que d’importantes modifications ont été prise en compte lors de la phase
de préparation des travaux par rapport à ce qui avait été prévu durant la phase d’appel d’offres. Ces
changements font suite à des modifications des délais imposés par le maître d’ouvrage. En effet,
suite à un important retard de la remise de l’Ordre de Service, un prolongement des durées de
travaux a été proposé par la maîtrise d’ouvrage. Ces évolutions en termes de durée ont amené
Eiffage Construction à étudier un planning ne comportant qu’une seule grue, contrairement aux deux
grues prévues lors de la phase d’appel d’offres. Suite à ces études, il est ressorti qu’une seule grue
suffisait à réaliser les travaux dans les délais prévus.
2.3.1. Chronologie du projet.
Voici quelques dates importantes du projet, au niveau du lot gros-œuvre:
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Démarrage des travaux (fondations) :
Démarrage de la construction de la tour (fûts) :
Démarrage du RDC du bloc technique :
Démarrage du R+1 du bloc technique :
Démarrage de la toiture du bloc technique :
Montage du 1er niveau de platelage provisoire:
Réalisation des voiles elliptiques de la tour :
Montage du second niveau de platelage provisoire :
Construction de la vigie :
Démontage du platelage provisoire :
Fin des travaux de gros œuvre :
Réception des travaux (TCE):
30.05.2012
11.06.2012
20.08.2012
17.09.2012
13.10.2012
24.10.2012
15.11.2012
19.12.2012
03.01.2013
28.02.2013
15.03.2013
01.11.2013
2.3.2. Début du PFE.
Dans le cadre de l’étude de ce Projet de Fin d’Etudes, je me suis lancé dans le projet lors de la
phase d’exécution du projet. Les travaux n’étant pas encore commencés, le projet était en phase de
préparation de chantier. J’ai donc travaillé avec le bureau d’étude interne Eiffage, mais aussi en
étroite collaboration avec l’équipe méthode et l’équipe travaux du projet. Ce travail de collaboration
entre ces trois services, a permis de réaliser des schémas de principe, de discuter des différentes
solutions techniques réalisables et de choisir les solutions les plus faciles à mettre en place sur
chantier, tout en restant dans le budget prévisionnel.
Dès mon arrivée, il m’a été demandé de prendre connaissance du projet en étudiant les
différents plans (plans architecte, plans de l’étude d’avant-projet), le CCTP, l’étude de sol, et des
premières études réalisées par le bureau méthode concernant notamment le platelage de la tour
ainsi que la mise en place des façades préfabriquées.
Page 17
Après avoir bien étudié les différents plans de structure, j’ai commencé le travail de
dimensionnement des éléments de la structure avec le bureau d’étude. Pour cela, j’ai utilisé
différents logiciels au cours de mon stage.
•
•
•
•
•
Autodesk Robot Structural Analysis Professional (Robot) : Logiciel de calcul et
d’optimisation des structures.
Autodesk Concrete Building Structure (CBS) : Outil de Robot Structural Analysis permettant
de réaliser des calculs de descente de charge.
Acapulco : Logiciel de calcul et de dessin d’armatures de poutres continues en béton armé
selon les règles BAEL 91.
AutoCAD Structural Detailing (ASD) : version du logiciel AutoCAD, spécifiquement conçu
pour la création de dessin de détail d’armatures et de plans d’exécution.
Autodesk Revit Structure: Conçu spécifiquement pour la modélisation des données du
bâtiment (méthode BIM), le logiciel aide les professionnels de la construction à concevoir,
construire et gérer des bâtiments.
Plusieurs de ces logiciels m’étaient inconnus au début du stage, et ma formation sur ces
différents logiciels s’est faite au fur et à mesure de mon projet de fin d’études.
La première étape de mon travail de dimensionnement a été de réaliser un modèle en 3
dimensions sur le logiciel CBS et d’effectuer la descente de charge à l’aide du logiciel. La descente de
charge a aussi été réalisée manuellement, ce qui permet de faire un autocontrôle des résultats
obtenus. Une fois la descente de charge réalisée, j’ai dimensionné par le calcul et grâce aux logiciels
les ratios d’armatures des semelles isolées, des longrines et des poteaux du projet, pour ensuite
réaliser les plans de ferraillage.
Ma mission, qui consistait à effectuer la descente de charges et le dimensionnement
d’élément porteurs de la structure était très passionnante et instructive, car elle m’a permis de
comprendre la structure du bâtiment et de rentrer dans le détail du projet. Notamment au niveau
des assemblages semelles/poteau/longrines, longrines/longrines et d’autres assemblages où j’ai
travaillé en collaboration avec le bureau méthode sur des principes de ferraillage afin de faciliter la
mise en place des armatures sur chantier.
Page 18
Ci-joint, un schéma heuristique traduisant mes missions réalisées au cours de ce projet de fin
d’études.
Mes missions
Etude B.A
Phase d’exécution
Modélisation du bâtiment
sur le logiciel CBS
Descente de charge
avec le logiciel CBS
Vérification avec la descente
de charge manuelle
Eléments de la structure
Semelles isolées
Dimensionnement
Minute de
ferraillage
Longrines
Dimensionnement
Type de structure:
Eléments préfabriqués
ou béton coulé en place.
Poteaux
Dimensionnement
Minute de
ferraillage
Plan de ferraillage
Figure 2.2 - Schéma heuristique traduisant mes missions au sein du bureau d’étude d’Eiffage Construction.
Page 19
2.4.
Le rôle d’Eiffage Construction.
Comme il a été mentionné dans la partie « 2.1.1 - le marché », Eiffage Construction est en
charge du lot n°2. L’entreprise a donc pour objectif de réaliser les travaux de gros œuvre.
2.4.1. Cellule de synthèse.
Eiffage Construction est également en charge de la cellule de synthèse. Celle-ci concerne
l’interface entre de nombreux lots. L’équipe de travaux assure la coordination de la synthèse
technique gros œuvre avec le bureau d’étude de l’entreprise. Les informations sont reportées sur les
plans d’exécution. Il est prévu que le conducteur principal de l’opération, assisté du bureau d’études
béton armé, assiste aux réunions de synthèse.
2.4.2. Encadrement du chantier.
L’organisation de ce chantier est la suivante :
•
•
•
Le directeur d’exploitation de l’agence de Strasbourg, M. Olivier WEBER, impliqué à temps
partiel sur l’opération
Un conducteur de travaux principal, M. Edouard DIDIER, affecté à temps plein à cette
opération (période de préparation, travaux, gestion du compte prorata)
Un chef de chantier principal, Donato CALVISIO, qui suivra les travaux et participera
activement à la période de préparation du chantier. Il sera présent en permanence sur le
chantier.
Page 20
3. Trame du Bloc Technique.
A mon arrivée, le projet se situait dans la phase de préparation de chantier, donc en phase
d’exécution. L’objectif premier du bureau d’étude était donc de sortir des plans de coffrage et de
ferraillage des différentes zones, pour que ces plans soient validés par le bureau de contrôle avant le
démarrage des travaux. C’est aussi au cours de cette phase, et avec l’aide de l’équipe travaux et
l’équipe méthode du chantier, que certaines améliorations techniques vont être proposées au maître
d’œuvre qui dira, si oui ou non elles sont acceptées. La solution finale devant être économique et
réalisable sur un plan financier, mais de plus, la conception doit garantir la stabilité de l’ensemble de
ses éléments porteurs.
3.1.
Contrainte de construction.
Le projet étant soumis aux actions sismiques, lors de la phase d’avant-projet le bureau
d’étude structure (TECHNIP TPS) avait proposé un système de fondation, liées entre-elles par un
réseau bidirectionnels de longrines. En effet, dans les règles PS92, l’article 4.33-a demande qu’on
dispose un réseau de longrines bidimensionnel pour relier les semelles entres elles, ou un système
équivalent. Ces éléments de liaison entre les points d’appuis de la structure ont un double rôle :
•
•
Transférer les efforts horizontaux aux fondations et les répartir entre les points d’appuis.
Assurer à tous les appuis le même déplacement relatif, dans le plan horizontal, dû aux
mouvements du sol.
Mais lors de la phase de préparation de chantier, le bureau d’étude Eiffage a proposé un
système de longrines unidirectionnel. En effet l’article 9.311-2 précise quels sont ces systèmes
équivalents autorisés :
•
•
Un réseau de poutres bidimensionnel du plancher bas du bâtiment, si ces poutres sont
situées à moins de 1.20m de l’AI des semelles ;
Un dallage peut aussi remplir ce rôle, s’il respecte lui aussi cette distance de 1.20m maximum
par rapport à l’AI des semelles.
Dans notre cas, on a calé la dalle du plancher bas à 1.20m de l’arase inférieur des semelles.
Donc, puisque la dalle elle-même respecte cette cote minimale de 1.20m par rapport aux semelles, il
n’est pas nécessaire de disposer des poutres dans les 2 directions pour assurer cette fonction de
blocage. Cette hauteur de 1,20m devra être prise en compte lors de mon étude de dimensionnement
des semelles isolées du projet.
Figure 3.1 - Disposition de longrines en cas de plancher sur vide-sanitaire.
Page 21
3.2.
Normes et prescriptions.
La signature du permis de construire du projet étant signée lors de la période de transition
entre les normes française et les normes européenne et comme le précise le CCTP, les structures des
ouvrages seront conçues et calculées conformément avec les normes et prescription suivantes :
•
•
•
•
•
Règles BAEL 91 : Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages et construction
en béton armé.
Règles de calcul FB : Méthode de prévision par le calcul du comportement au feu des
structures en béton.
Règles PS 92 : Règles de construction parasismique.
Règles N 84 : Actions de la neige sur les constructions.
Règles N.V.65 : Règles définissant les effets de la neige et du vent sur les constructions.
Cette liste n’est pas exhaustive, et elle est complétée par d’autres documents, comme par exemple :
•
•
•
•
Tous les avis techniques ou cahiers approuvés visant les composants ou procédés de
construction mis en œuvre.
Les annales de l’ITBTP (Institut Technique du Bâtiment et des Travaux Publics) applicables
aux ouvrages mis en œuvre, dans la mesure où elles ont été validées par les organismes
professionnels de l’Assurance.
Les fascicules des cahiers des prescriptions communes et les cahiers des clauses techniques
générales applicables aux marchés publics de travaux, parmi lesquels le fascicule 65.
Les directives et recommandations du SETRA.
3.3.
Conception de la structure portante.
Comme on peut le voir sur le plan de repérage des zones donné en annexe n°5, le nouveau
bloc technique construit autour de la tour de contrôle est divisé en cinq zones. C’est zones
représentent dans la réalité les cinq zones du bâtiment, toutes séparées entre-elle par des joints de
dilatation. En ce qui concerne la tour, elle est portée par deux pied en béton armé, l’un abritant un
escalier et des gaines techniques, l’autre un ascenseur et des gaines techniques. Cet escalier et cet
ascenseur donnent accès au bloc technique par l’intermédiaire de la zone 1.
Sur une partie de la zone 1 et de la zone 2, une galerie technique en sous-sol sera construite.
Les voiles en béton armé de cette galerie technique sont directement ancrés sur un radier, présent
sous toute la galerie enterrée et sous les futs de la tour. Le reste des zones 1 et 2, et les 3 autres
zones, sont fondés sur des semelles. On a donc des semelles filantes qui supportent les voiles, et des
semelles isolées qui supportent les poteaux. La structure du bloc technique est une structure en
portique, c’est-à-dire une structure poteaux-poutres, dont le contreventement est assuré par des
voiles en béton armé. Ces voiles en béton armé sont principalement les voiles des cages d’ascenseur
et des cages d’escaliers, mais aussi quelques voiles extérieurs. Les autres voiles extérieurs, sont des
façades préfabriquées en béton armée, qui font partie du lot 2B. Après un travail en concertation
avec le service méthode, ces voiles seront directement ancrés dans les longrines ou les poutres
extérieures de la structure. Ce sont donc ces longrines ou poutres, qui reprendront les charges dues
aux façades préfabriquées. Le plan de repérage des façades préfabriquées est donné en annexe n°6,
faisant apparaitre la masse linéaire du au poids propre de chaque façade.
Page 22
Les poutres seront considérées comme des poutres continues, le but étant de réduire le
moment de flexion maximal en travée, en rendant le moment de flexion sur appuis plus défavorable.
Par conséquent, on diminue la section d’acier nécessaire aux armatures longitudinales en
augmentant celle des armatures supérieures au-dessus des appuis.
3.4.
Particularité technique – Protection contre la foudre.
Les installations de la Navigation Aérienne abritent des équipements électroniques et
informatiques dont le bon fonctionnement est indispensable pour garantir la régularité et la sécurité
du trafic aérien. Ces équipements étant sensibles aux perturbations électromagnétiques générées
par les coups de foudre ou par des installations voisines (émetteur radio, ligne haute tension, relais
hertzien...), ils doivent être impérativement protégés contre ces phénomènes.
C’est ainsi qu’un certain nombre de règles doivent être mises en œuvre afin d’assurer la
meilleure protection possible aux installations de la Navigation Aérienne et aux équipements qui y
sont installés. Le principe est d’assurer la continuité électrique et la mise à la terre de la structure
métallique d’un bâtiment par la mise en œuvre notamment :
•
d’interconnexions soudées entre les ferraillages des structures horizontales et verticales.
•
de liaisons en cuivre permettant le raccordement de la structure au ceinturage de terre en
fond de fouille.
•
de dispositifs de connexion assurant la liaison des fers à béton avec le reste du réseau de
protection foudre.
Page 23
4. Descente de charge.
Afin d’effectuer le dimensionnement des différents éléments de la structure, mon premier
travail consistait à réaliser un modèle en 3D du bâtiment sur le logiciel CBS, et d’effectuer la descente
de charge réelle jusqu’aux fondations de chaque zone du bâtiment.
Pour ce projet, les charges verticales présentes sont de trois types :
•
•
•
Des charges surfaciques, reprises par les planchers. Ces charges sont dues aux charges
permanentes et d’exploitation du bâtiment.
Des charges linéaires, reprises pas les poutres et longrines extérieures. Ces charges sont
dues au poids propre des façades préfabriquées.
Des charges ponctuelles, reprises par quelques poteaux de la structure. Ces charges nous
sont données par l’équipe méthode du projet. Elles sont dues à la descente de charge du
platelage provisoire, qui permettra la construction des voiles de la tour.
Il existe un seul type de distribution de charges dans ce projet :
Planchers → Poutres → Poteaux → Fondations
Mon rôle a été de récapituler les différentes charges présentes sur la structure, et de réaliser
la descente de charge. Pour cela, dans un premier temps, j’ai effectué cette descente de charge à la
main sur chaque zone du bâtiment. Puis dans un deuxième temps, j’ai réalisé cette même descente
de charge, à l’aide du logiciel Autodesk Concrete Building Structure. De ce fait, j’ai pu faire un
autocontrôle des résultats obtenus avec le logiciel, en comparant avec les résultats obtenus
manuellement.
4.1.
Estimation des charges.
Afin de pouvoir réaliser la descente de charge correctement, il faut tout d’abord connaître les
différentes charges qui s’appliquent sur chaque plancher du bloc techniques et de la tour.
Pour que ce soit plus pratique, le bureau d’étude a représenté dans un carnet de plan les
différentes charges qui s’appliquent sur les planchers. Ce carnet de plan se base sur les pièces
particulières du marché CCAP / CCTP ou par défaut par la norme NFP 06-001, ainsi que sur les plans
architecte. Voici un récapitulatif des charges du projet.
4.1.1. Nouveau Bloc technique.
4.1.1.1.
Toiture.
• Charges permanentes :
- Poids propre de complexe d’étanchéité (isolant + étanchéité + gravillons 5cm) = 150 daN/m²
• Surcharges d’exploitation :
- Terrasse inaccessibles au public : 100 daN/m² sur 10m². Cette surcharge correspond à l’entretien.
- Poids des équipements techniques sur socle béton
Page 24
4.1.1.2.
Rez-de-chaussée et 1er étage.
- Poids propres des cloisons légères et des revêtements de sol : 100 daN/m²
•
Surcharge d’exploitation : Selon le local avec un minimum de 350 daN/m² à défaut.
On trouve dans le CCTP un tableau, regroupant les différentes salles présentes dans le bloc
techniques, avec la surcharge à appliquer pour ces salles. On présente dans le tableau suivant,
quelques exemples de surcharge d’exploitation.
Local
Magasin général
Salle simulateur
Archives
Local technique CVC
Garage
Surcharge (daN/m²)
350
1000
500
1000
800
Etage
1er
1er
1er
Vigie
RDC
Tableau 4-1 - Surcharges d'exploitation sur le nouveau bloc techniques
4.1.2. Tour de contrôle.
-
Poids propres des cloisons légères et des revêtements de sol : 75 daN/m²
Toiture type bac métallique : 30 daN/m²
Faux plafond et réseaux en faux plafond : 20 daN/m²
Plateforme niveau 33.40 en caillebotis : 22 daN/m²
Equipement en plateforme niveau 33.40 :
Antennes : 100 daN
Split system : 30 daN
Garde-corps : 150 daN
•
Surcharges d’exploitation :
Selon les fiches du programme avec un minimum de 250 daN/m² dans l’escalier d’accès.
Niveau
33.40 NGF (toiture)
27.90 NGF
25.40 NGF
22.45 NGF
Surcharge (daN/m²)
100 sur 10m² (maintenance)
500
1000
500
Tableau 4-2 - Surcharge d'exploitation de la tour de contrôle.
Page 25
4.2.
Calcul de la descente de charge à l’aide du logiciel CBS.
4.2.1. Présentation du logiciel CBS.
Autodesk Concrete Building Structure 2012 est un logiciel faisant partie de l’installation du
logiciel Robot Structural Analysis 2012. CBS est un outil de descente de charge pour les structures en
béton armé. Il est fortement utilisé dans la méthode BIM (« Building Information Modeling »), car il
permet de faire la descente de charges sur un bâtiment, et de transférer un élément de ce bâtiment
(une poutre par exemple) directement sur le logiciel Robot, avec ses caractéristiques géométriques,
les efforts qui s’appliquent dessus, afin de pourvoir faire l’étude de dimensionnement. Le côté
pratique de ce logiciel est que l’on peut travailler soit en vue en plan, soit en vue 3 dimensions, pour
avoir une meilleure vue d’ensemble.
4.2.2. Création du modèle CBS.
Afin de créer le modèle CBS, j’ai suivi les premiers plans de coffrage à l’indice A, sortis par le
bureau d’étude. Ainsi, mon modèle se rapprochait de la future solution finale, car les premiers plans
de coffrage avaient été réalisés en suivant les plans architecte et les plans d’avant-projet du bureau
d’étude TECHNIP, mais en apportant quelques modifications. La modification la plus importante a
été, comme il a été dit dans le paragraphe « 3.1 contrainte de construction », la mise en place d’un
réseau unidirectionnel de longrines.
Lors de ce rapport, nous allons nous intéresser à la création du modèle 3D sur CBS, puis au
calcul de la descente de charge sur la zone 5. Mais dans le cadre de mon Projet de Fin d’Etudes, la
descente de charges a été réalisée sur l’ensemble des 5 zones du bâtiment.
4.2.2.1.
Modélisation de l’infrastructure.
Dans un premier temps, nous allons placer géométriquement les différentes semelles isolées
et semelles filantes. Pour cela, on positionne la première semelle n’importe où, qui servira de
référence, et on positionne les autres par rapport à cette semelle. Chaque semelle est modélisée
avec ses caractéristiques géométriques (voir la figure n° 4.1), issues du plan de coffrage des
fondations de la zone 5. De plus, ces plans nous permettent d’avoir les cotations entre les semelles,
afin de pouvoir les positionner correctement sur le logiciel. Enfin, il faut indiquer au logiciel le type de
béton utilisé, pour qu’il puisse prendre en compte le poids propre de l’élément.
Page 26
Figure 4.1 - CBS - Base de données des sections
Figure 4.2 - CBS - Base de données des matériaux.
Dans un second temps, on ajoute les longrines qui relient les semelles entres-elles, toujours
en respectant le plan de coffrage. Le logiciel nous permet d’indiquer si les longrines sont continues
ou non, ce qui permet de réduire le moment de flexion maximal en travée. Par exemple, les deux
longrines entre les semelles S31, S32 et S33 (voir la figure n°4.3), ont été modélisées comme
continues. Il faut aussi vérifier les conditions d’appuis des différentes longrines
Enfin, on ajoute à la modélisation les dalles, tout en respectant l’épaisseur de dalles données
sur le plan de coffrage du plancher haut sous-sol. Il faut ensuite définir le sens de portée de ces
dalles, car celui-ci influe sur la descente de charge. Comme on peut le voir sur la figure 4.4, la flèche
est plus épaisse dans un sens avec un symbole en dessous. Ceci signifie que la dalle est portée par les
deux longrines horizontales. Ce sont donc ces deux longrines qui reprendront les charges de la dalle.
Page 27
Longrines
Semelles isolées
Semelles filantes
Figure 4.3 - CBS - Modélisation des semelles et des longrines
Figure 4.4 - CBS - Modélisation d'une dalle
Page 28
4.2.2.2.
Modélisation de la superstructure.
Le principe de modélisation de la superstructure est le même que celui de l’infrastructure. On
commence par modéliser les différents poteaux situés au-dessus des semelles isolées, puis les
poutres qui se modélisent de la même façon que les longrines, les voiles, et enfin les dalles. De
même, il faut définir les poutres qui sont continues, puis ensuite définir les conditions d’appuis des
poutres et des dalles.
De plus, CBS nous permet d’afficher différentes vues :
•
•
•
vue 2D de chaque niveau
vue 3D de chaque niveau
vue 3D d’ensemble
La vue 3D architecturale, comme on peut la voir sur la figure 4.5, permet de voir si des
défauts d’alignements dans les longrines, ou entre les voiles ne seraient pas apparus lors de la
modélisation. De plus, cette vue permet aussi de bien visualiser la structure du bâtiment. Il existe un
autre type de vue (la vue de calcul, voir les figures 4.8 et 4.9), que nous verrons plus tard, qui permet
de visualiser les efforts dans les poteaux, les poutres, etc. Dans cette vue, tous les éléments sont
représentés en filaires, c’est-à-dire que les sections des éléments ne sont pas représenté sur la vue.
Figure 4.5 - CBS - Vue 3D architecturale de la zone 5.
Page 29
4.2.2.3.
Application des charges.
Maintenant que la modélisation de la structure du bâtiment est faite, il faut ajouter les
différentes charges qui s’appliquent sur la structure.
4.2.2.3.1.
Les charges surfaciques.
Grâce au carnet de plan réalisé par le bureau d’étude, permettant de visualiser les charges
appliquées aux différents planchers, on applique ces charges au modèle 3D sur CBS. Pour appliquer
une charge sur CBS, on peut directement l’appliquer à un élément, une dalle par exemple, pour les
charges surfaciques. Cette méthode est la plus simple et la plus rapide. Mais lorsque c’est impossible,
par exemple si deux charges différentes s’appliquent sur une même dalle, mais pas sur toute la
surface, il faut dessiner géométriquement la zone d’application de la dalle.
De plus, on différencie les différents types de charges (permanentes, d’exploitation, chape,
etc.), ce qui permet après calcul, d’afficher les résultats selon chaque type de chargement, ou de les
additionner. Cette distinction entre les charges, permet aussi au logiciel d’afficher les résultats aux
ELU (Etats Limites Ultimes). Il applique donc les coefficients nécessaires, afin d’obtenir les
combinaisons des ELU.
Figure 4.6 - CBS - Application des charges surfaciques.
4.2.2.3.2.
Les charges linéaires.
De la même façon que l’on a appliqué les charges surfaciques, on applique les charges
linéaires.
Dans ce projet, les seules charges linéaires présentes sont dues aux façades préfabriquées.
En effet, au lieu de modéliser ces façades comme des voiles, ce qui aurait faussé la modélisation car
elles ne font pas partie de la structure porteuse, on modélise ces façades comme une charge dont la
valeur est égale au poids propre des façades. Les façades étant directement ancrés dans les poutres
ou longrines extérieures, ces charges sont directement appliquées sur celles-ci. Lors de la
Page 30
modélisation de ces charges, il faut faire attention à ce qu’elles soient bien appliquées sur les
poutres, et non sur le bord des dalles, car dans ce cas, la descente de charge peut très vite être
fausse. Les différentes façades préfabriquées et leur masse linéaires est données en annexes n°6.
4.2.2.3.3.
Les charges ponctuelles.
Comme il a été précisé auparavant, lors de la construction des voiles de la tour, un étaiement
et un platelage provisoire sera mis en place autour de la tour. Cet étaiement a été longuement étudié
en collaboration avec l’équipe méthodes du projet, et il a alors été convenu que l’ensemble des tours
d’étaiement reposeraient sur un réseau de profilés métalliques primaires et secondaires qui
reposerait sur des potelets (au droit des poteaux des niveaux inférieurs) en toiture. Ce principe
permet alors de transmettre les charges en provenance de l’étaiement directement sur certains
poteaux de la structure porteuse du bâtiment.
Après ce travail de concertation, j’ai donc pu appliquer les charges ponctuelles directement
sur certains poteaux, afin de prendre en compte les effets de la mise en place de platelage provisoire.
4.2.3. Exploitation de la descente de charges sur CBS.
Une fois que la structure entière est modélisée et que toutes les charges sont appliquées, on
peut lancer les calculs afin d’obtenir la descente de charges.
4.2.3.1.
La répartition des charges sur les dalles.
CBS nous permet de visualiser la répartition des charges sur les différentes dalles, en vue 2D
et 3D. C’est-à-dire, qu’à l’aide d’un système de couleur, nous pouvons visualiser les surfaces
d’influence sur les dalles, qui symbolisent le cheminement de la transmission des efforts aux
éléments porteurs (voir figure n°4.7). De plus, cette répartition des charges permet se rendre compte
des sens porteurs de dalles. Ainsi, nous pouvons vérifier rapidement le sens de portée des dalles, par
rapport à ce qui est prévu sur les plans.
La figure 4.7, nous permet de voir que la moitié des charges qui s’appliquent sur la dalle
D-1_5 sont repris par la poutre « POU-1_07 », et l’autre moitié par la poutre « POU-1_08 ».
Figure 4.7 - CBS - Répartition des charges sur dalle
Page 31
4.2.3.2.
La répartition des charges sur les éléments linéaires.
Comme pour les dalles, CBS permet de visualiser les charges qui s’appliquent sur les
éléments linéaires (poutres, longrines, voiles). Le logiciel permet d’afficher les charges linéaires sur la
vue d’ensemble d’un étage du bâtiment (voir figure n° 4.8), ou sur la structure entière, mais on peut
aussi afficher les charges appliquées à un seul élément, en demandant les propriétés de cet élément.
Figure 4.8 - CBS - Charges linéaires sur la vue en plan d’un étage.
4.2.3.3.
La répartition des charges dans les éléments ponctuels.
Enfin, CBS permet d’afficher les efforts ponctuels, ce qui nous permettra d’obtenir les efforts
repris par les poteaux ou les semelles isolées. De la même manière que précédemment, on peut
visualiser ces efforts sur la vue d’ensemble du bâtiment (en 2D ou 3D), ou sur un élément en
particulier. On remarque que sur la vue d’ensemble de la structure en vue de calcul (cf. figure 4.9), la
valeur des efforts ponctuels est donnée à chaque niveau du bâtiment.
Page 32
Figure 4.9 - Charges ponctuelles sur la vue d'ensemble en 3D.
4.2.4. Résultats de la descente de charges à l’aide du logiciel.
La descente de charges obtenue à l’aide du logiciel CBS est donnée en annexe n°7.
La descente de charges fait apparaître les charges linéaires sur les poutres et longrines, et les
charges ponctuelles sur les poteaux et les semelles isolées. Les charges linéaires sur les voiles ne sont
pas représentées dans cette descente de charge. En effet, les voiles étant des éléments de
contreventement, ils seront dimensionnés à partir de l’étude sismique, et non de la descente de
charges statique.
Sur les différents schémas de descente de charges donnés en annexe:
•
•
•
La descente de charges est réalisée sous la combinaison ELS : F = 1,00 x G + 1,00 x Q
Les charges ponctuelles sont exprimées en T
Les charges linéiques sont exprimées en T/m
4.3.
Descente de charges manuelle.
Voir annexe n°8 : Descente de charges manuelle (zone5)
Dans cette partie figurera le calcul de la descente de charges sur certains éléments de la zone
5, et ce afin d’éviter toute répétition. Mais cette méthode a été utilisée sur l’ensemble du projet,
dans le but de pouvoir vérifier rapidement l’ordre de grandeur des résultats donné par le logiciel.
La descente de charges a été rédigée, afin de trouver la charge qui s’appliquait sur la semelle
S39 (semelle au croisement des files I et 05). Voici les résultats obtenus :
Page 33
•
Descente de charges manuelle :
•
Descente de charges du logiciel CBS (cf. annexe n°7, page 27):
, . , . L’écart relatif entre les deux valeurs est de 2%. On peut donc dire que les deux descentes de
charge donnent approximativement le même résultat.
Voici un tableau comparant quelques valeurs obtenus entre la descente de charge réalisée
manuellement, et la descente de charges du logiciel.
Etage
R+2
R+1
RDC
Fondations
Eléments de
la structure
Po-57'
Po-51'
Po-54'
Po-61
Po-54'
Po-64
LG-40
LG-37
LG-31
S39
Descente de
charges manuelle
4,36
2,68
2,62
4,09
5,78
4,19
1,04
5,35
4,35
112,07
t/m
t/m
t/m
t/m
t/m
t/m
t/m
t/m
t/m
t
Descente de
charges CBS
4,36
2,68
2,66
4,09
5,74
4,23
1,04
5,34
4,33
109,82
t/m
t/m
t/m
t/m
t/m
t/m
t/m
t/m
t/m
t
Tableau 4-3- Comparaison de quelques valeurs entre les descentes de charges.
Page 34
5. Dimensionnement d’éléments structuraux et plans d’exécution.
Comme pour la descente de charges, dans ce rapport je vais présenter les calculs de
dimensionnement réalisés sur certains éléments structuraux de la zone 5. Mais lors de mon Projet de
Fin d’Etudes, ces calculs ont été effectués sur l’ensemble des 5 zones du nouveau bloc technique.
5.1.
Semelles isolées.
5.1.1. La méthode des bielles.
Le calcul de dimensionnement des semelles est réalisé d’après la méthode des bielles de
Pierre LEBELLE, qui permet de calculer les semelles de fondation recevant une charge centrée, avec
une réaction uniforme du sol. Cette méthode consiste à supposer que les charges appliquées sur la
semelle par le poteau qu'elle supporte sont transmises au sol par des bielles de béton comprimées.
Les efforts horizontaux de traction résultant de la décomposition des forces transmises par ces
bielles sont équilibrés par des armatures placées à la partie inférieure des semelles.
En toute rigueur, la méthode ne s’applique que si la pression sur le sol peut être considérée
comme uniforme et si la section de base du poteau et celle de la semelle sont homothétiques (voir
figure 5.1). Cette dernière condition n’est pas toujours réalisée et l’on rencontre souvent en pratique
des semelles dont les débords dans les deux sens sont du même ordre d01 ≈ d02. Il est toutefois
admis, par expérience, d’extrapoler la méthode des bielles à de tels cas.
Figure 5.1 - Semelle isolée sous poteau.
Page 35
La validité de la distribution est admise si la hauteur de la semelle vérifie les conditions :
4
4
En admettant que la charge du poteau Pu est centrée, et que la pression sur le sol est
uniforme, la transmission par l’intermédiaire de la bielle OA (figure 5.2) engendre dans les armatures
des efforts :
-
Dans le sens X : Dans le sens Y : % !"
#$
&! "&
#$
Figure 5.2 - Transmission de la bielle sous une charge concentrée.
La section d’armatures inférieures nécessaire pour assurer le fonctionnement en tirant a pour
valeur :
-
Dans le sens X : ' *+ )
Dans le sens Y : '% (
.,
(/
*+.
,-
Page 36
5.1.2. Dimensionnement d’une semelle.
Prenons l’exemple de la semelle S35, située aux files 06-J de la zone 5 du nouveau bloc
technique (cf. annexe n°9).
5.1.2.1.
Hypothèses.
Caractéristiques des matériaux :
•
•
•
•
•
Béton : 012# 255
Acier : 0% 5005
Section de poteau : Ø30 cm (pour les calculs, on prendra un poteau carré a=b=30cm, ce qui
est plus défavorable)
E 49.68L 487.15O
789:8;<88:=>?8@AB ∶ D FGH
PFGH 12.80L 125.54O
o D’où : Efforts appliqués à l’état limite de service : N = 612.69 kN
o Efforts appliqués l’état limite ultime : Nu = 845.96 kN
Contrainte dans le sol : QHRG,FGH 3>9 0.35T
5.1.2.2.
Calcul.
Dimensions du coffrage :
La surface de la semelle devra satisfaire la relation suivante :
QHRG,FGH
61269
BU
20423:V2
3>9
BU
On choisit une semelle carré :
B U 20423:V2
ù:′ U 142.9:V
2
On impose une semelle de dimension : a=b=155cm. Cette valeur vient du fait que certaines
semelles de cette zone avaient déjà été dimensionnées, et on essaie d’harmoniser les dimensions des
semelles ce qui permet d’avoir le même coffrage pour plusieurs semelles de la même zone.
Condition de rigidité
Calcul de la hauteur minimal de la semelle :
] 5:V
4
155 30
] 5 36.25:V
4
=Z[\[ =Z[\[
On impose donc une hauteur de semelle égale à 45 cm.
Les dimensions de la semelle S35 sont donc : 155x155x45ht. Ainsi comme dit précédemment,
plusieurs semelles de la même zone ont les mêmes dimensions, ce qui simplifie le travail sur
chantier.
Page 37
Calcul du ferraillage
On calcul les aciers dans les deux sens de la semelle.
-
Dans le sens X :
∗ ` a
0
8 ∗ ∗ bF
H
84596 ∗ `155:V 30:Va
5005 ∗ 10
8 ∗ 40:V ∗
1.15
'^ '^
cde . f gh
-
Dans le sens Y, on trouve de même :
cdi . f gh
En annexe n°10 se trouve la feuille de calcul et la minute de ferraillage de la semelle S35.
Cette feuille de calcul m’a permis de dimensionner toutes les semelles isolées du projet et d’obtenir
la minute de ferraillage propre à chaque semelle. La minute de ferraillage permet de représenter
schématiquement le ferraillage à mettre en place (type de barres, longueur, espacement, …) dans la
semelle. J’ai regroupé ensuite les semelles isolées de même dimensions, en essayant d’uniformiser le
ferraillage à mettre en place, dans la mesure du possible. En effet, il est plus simple et plus rapide
pour l’équipe travaux si le ferraillage à mettre en place dans deux semelles de même dimensions est
identique.
Avec le logiciel ROBOT, on obtient une section As = 5,03 cm2, plus petite que la section
obtenue par le calcul manuel. Cela résulte de la méthode utilisée, en effet, le logiciel ROBOT
considère la semelle comme une double console pour calculer le ferraillage, ce qui est plus
économique mais plus difficile pour le calcul manuel.
La note de calcul obtenue avec le logiciel Robot est donnée en annexe n°11.
5.2.
Longrines.
Les longrines de la structure sont dimensionnées par la même méthode que les poutres.
Dans un premier temps, nous allons aborder quelques aspects réglementaires quant au calcul de
dimensionnement des longrines et les dispositions à prendre concernant les armatures.
Puis dans un second temps, nous allons déterminer manuellement la section d’acier
longitudinal à mi travée d’une longrine à une travée sur deux appuis, et comparer ce ferraillage avec
l’étude réalisé à l’aide du logiciel Acapulco.
Page 38
5.2.1. Aspects réglementaires.
Les longrines, comme les semelles, sont dimensionnées suivant les règles BAEL91, révisée 99.
Mais la structure doit être stable au feu 1h, et le projet est soumis aux risques sismiques. Lors du
dimensionnement des éléments de la structure, certaines contraintes concernant la géométrie de la
section des poutres, ou des dispositions concernant le ferraillage devront être vérifiées. Nous allons
donc étudier les dispositions à prendre concernant l’étude des longrines.
Comme dit au paragraphe 3.2 : « Normes et prescriptions », les vérifications concernant la
stabilité au feu des structure est données par la norme française : NF P 92-701 Règle FB : « Méthode
de prévision par le calcul du comportement au feu des structures béton ». Dans cette norme, le
paragraphe 7.5 est consacré aux « Poutres et poutrelles en béton armé ou en béton précontraint ».
Cette norme nous donne les règles simples à respecter pour le dimensionnement et le ferraillage de
ces poutres.
La structure de notre projet doit être stable au feu 1h. Les critères d’exigence de stabilité au
feu sont réputés obtenus pour les poutres, lorsque les dispositions minimales des règles simples sont
observées.
Les règles simples à respecter sont donc :
(Mw+Me)/2Mo
bmin
nl,min
nb
=0 (DTU)
16.0 cm
2
2
>.5 (DTU)
11.0 cm
2
1
Tableau 5-1 - Règles simples du règlement FB : poutre stable au feu 1h
Notation
• Mo : moment isostatique sous les charges permanentes et variables.
• Mw et Me : Moments de flexion équilibrés par les aciers sur appuis.
• bmin : Largeur de la poutre.
• nl,min : Nombre minimal de lit d’armature
• nb : Nombre minimal de barre par lit.
De plus, notre structure étant une structure portique, contreventée par des voiles en béton
armé, les différents poteaux et poutres de la structure sont considérés comme éléments secondaires.
Les longrines du projet sont donc modélisées comme des éléments secondaires, au niveau de l’étude
sismique. La norme française NF P 06-013 : « Règles de construction parasismique » dites règles PS92
nous donne les dispositions à prendre.
Voici le texte du paragraphe 11.9 : « Dispositions propres aux éléments secondaires ».
Les dispositions constructives à prendre en sus de celles de règles
traditionnelles sont les suivantes :
poutres, poutrelles et dalles : il faut s’assurer d’une bonne liaison de l’élément
porté sur l’élément porteur par l’intermédiaire d’armatures réalisant la
continuité mécanique du ferraillage.
Page 39
Les règles PS92 nous disent donc, qu’il n’y a pas de critères particuliers à respecter au niveau
de la géométrie des poutres, et au niveau du ferraillage, on doit s’assurer de la bonne continuité
mécanique des armatures aux niveaux des liaisons.
5.2.2. Particularités géométriques.
Les longrines du projet sont de type rectangulaire, mais les longrines périphériques servent
de support aux panneaux préfabriqués de façade. De ce fait, une réservation de 15cm de largeur et
12cm de hauteur doit être faite (voir figure n°5.3), afin de positionner la façade préfabriquée et la
liaisonner à la longrine. Cette réservation doit être prise en compte lors du dimensionnement, car les
armatures ne doivent pas se trouver dans la réservation. Par exemple sur une longrine de hauteur
75cm, on effectue le dimensionnement sur une hauteur de 63cm.
Réservation à prévoir dans la
longrine -> le ferraillage doit
donc être arrêté 12cm en
dessous de l’arase supérieur de
la longrine + 3cm minimum
d’enrobage
Figure 5.3 - Détail: réservation dans les longrines
5.2.3. Etude d’une poutre à une travée.
Tout d’abord, nous allons étudier la longrine LG 30, située sur la file 09 dans la zone 5 (cf.
annexe n°9). Cette longrine est une longrine périphérique, on la dimensionne donc avec la
réservation prévue pour les façades préfabriquées.
Page 40
5.2.3.1.
Hypothèses.
Figure 5.4 - Zone 5 - LG30
Caractéristiques des matériaux et géométrie :
•
•
•
•
•
•
•
•
Béton : fc28 = 25 MPa ; Densité = 2.5 t/m3
Acier : fy = 500 MPa
b0 = 30 cm
h = 75-12 = 63 cm
d = 0,9xh = 56.7 cm
portée : L=5.225m
Stable au feu : SF 1h
Fissuration peu préjudiciable.
Figure 5.5 - Schéma général de
la section de la poutre.
Poids et charges sur la poutre :
La descente de charge effectuée avec le logiciel nous permet d’obtenir les charges
permanentes et d’exploitation qui s’appliquent sur la longrine.
•
•
•
Poids propre : g1 = 0,47 t/m
Charges permanentes ELS : g2 = 2,07 t/m
Charges d’exploitations ELS : q = 0,60 t/m
Page 41
5.2.3.2.
Calculs préliminaires.
On en déduit donc :
<
O
n 30,80 o
V
V
O
<
jkp 1,35 ∗ `?l ] ?2 a ] 1,5 ∗ m 4,33 n 42,48 o
V
V
2
jk^ ∗ r
5jk^ 5HFq 10,72<. V` 105,21O. Va
8
jkp ∗ r2
14,78<. V` 144,99O. Va
5jkp 5 8
jkp ∗ r
s 11,31<` 110,95Oa
2
jk^ ?l ] ?2 ] m 3,14
5.2.3.3.
Détermination du ferraillage longitudinale.
Etant en fissuration peu préjudiciable, on effectue le calcul aux ELU (Etat Limite Ultime).
μG b
5
14,87
1,38
5HFq 10,72
012#⁄u
w8:012# 8;5
150 75ub ] 1,75`2.5 uba`012# ⁄u a
Or θ=1 : durée d’application > 24h
μG Or:
Avec :
Donc :
25
150 75 ∗ 1,38 ] 1,75`2,5 1,38a`25a
μ& &
0& μxy , f
z{
} ∗*
∗$
|
~{
,#∗*}
l,∗
14,175
μ& ,∗,} ∗l,l
l,∗l
μiy , f
μ& μG Section rectangulaire sans acier comprimé.
& `1 0,6 ∗ μ& a
& 0,567 ∗ `1 0,6 ∗ 0,1273a
& 0,524V 52,4:V
' Or:
5
& ∗ 0F$
0F$ ,+ Gaëtan LEBLANC – Génie Civil 5° année
*
-

l,l
4355
Page 42
Donc :
' l,∗l
,2∗
6,36 ∗ 10" V2
c f, fgh
La section minimale d’armature longitudinale à mettre en place à mi travée est donc égale à
6,36 cm2.
Nous allons maintenant faire l’étude de cette même longrine, à l’aide du logiciel Acapulco.
Après avoir modélisé la longrine sur le logiciel Acapulco, le logiciel nous donne la note de calcul de la
longrine, ainsi que l’enveloppe des sections théoriques et effectives d’acier (voir annexe n°12).
Le logiciel Acapulco nous indique que la section d’acier en travée fibre inférieur est égale à
6,18 cm², ce qui correspond à notre étude.
5.2.4. Etude d’une poutre continue à plusieurs travées.
Nous allons maintenant nous intéresser au dimensionnement d’une longrine continue.
Prenons l’exemple des deux longrines (LG49-LG50), situées en zone 4 sur la file 08 (cf. annexe n°5 :
plan de repérage des zones du nouveau bloc technique, et la figure n°5.6).
Les deux longrines ont été modélisées et calculées comme une longrine continue à deux
travées. Après avoir obtenu les différentes charges linéaires grâce à la descente de charge effectuée
précédemment, la longrine a été modélisée sur Acapulco. La note de calcul d’Acapulco est donnée en
annexe n°13, et nous allons donc étudier et exploiter cette note de calcul.
Figure 5.6 - Zone 4 - Longrines continues: LG49-LG50
Page 43
5.2.4.1.
Matériaux.
• Béton : fc28 = 25 MPa
• Acier : fy = 500 MPa
• Densité du béton armé : 2.5 t/m3
5.2.4.2.
Modélisation de la poutre.
Comme dit précédemment, la poutre est située en zone 4, suivant l’axe de la file 08.
LG49
LG50
Figure 5.7 - Modélisation de la longrine LG49-LG50
Poutre de section rectangulaire : 30*75ht
5.2.4.3.
Charges.
Travée
Longueur (m)
LG49
LG50
4.725
4.625
Charge
permanente (t/m)
2.89
2.89
Charge
d’exploitation (t/m)
1.69
1.69
Poids propre
(t/m)
0.56
0.56
Tableau 5-2 - Charges appliquées à la longrine.
5.2.4.4.
Sollicitations aux ELU.
Le dimensionnement des poutres passe par la recherche des courbes enveloppes des
moments qui permettent de déterminer les moments maximaux sur appuis et en travées.
5.2.4.4.1.
Moments de flexion
Travée
Md travée (t.m)
LG49
LG50
14.75
14.01
Md appuis gauche
(t.m)
0.00
-14.55
Md appuis droit
(t.m)
-14.55
0.00
Tableau 5-3 - Moments de flexion de calcul.
La courbe enveloppe des moments, obtenue par analyse élastique, doit être modifiée pour
les calculs béton armé, pour l’épure d’arrêt des barres. On décale horizontalement la courbe de
0,8h. Les moments extrêmes restent cependant les mêmes, alors que tout au long de la poutre les
valeurs sont augmentées.
Page 44
5.2.4.4.2.
Travée
LG49
LG50
Efforts tranchants
Vd appuis gauche (t)
-10.09
-15.29
Vd appuis droit (t)
15.58
9.72
Tableau 5-4 - Efforts tranchants de calcul.
Les courbes enveloppes des moments de flexion et des efforts tranchants sont données en
annexe n°13.
5.2.4.5.
Détermination du ferraillage.
Le logiciel nous permet d’obtenir les sections d’armatures théoriques en travée et sur appuis.
De plus, Acapulco permet également de faire le passage entre le ferraillage théorique et le ferraillage
réel.
Mais, pour la stabilité au feu par exemple, on a vu au paragraphe 5.2.1 : « Aspects
réglementaires » que certaines dispositions concernant le ferraillage devaient être respectées. C’est
donc le rôle de l’ingénieur de vérifier le ferraillage et d’effectuer des modifications au niveau du
ferraillage, même si la vérification de la stabilité au feu des structures est prise en compte par le
logiciel.
Travée
LG49
LG50
Ferraillage théorique
inférieur en travée
(cm²)
4.98
4.72
Ferraillage théorique
supérieur appuis gauche
(cm²)
1.04
5.21
Ferraillage
théorique supérieur
appuis gauche (cm²)
5.21
1.00
Tableau 5-5 - Sections d'armatures théoriques.
La courbe enveloppe des sections d’acier théoriques et effectives est donnée en annexe n°13.
5.2.4.6.
Réalisation des plans de ferraillage.
Une proposition de plan ferraillage des deux longrines est donnée en annexe n°13. On
remarquera que la solution de poutres ou longrines préfabriquées a été choisie dès que c’était
possible. De ce fait, plusieurs dispositions sont à prendre en compte lors de la réalisation des plans
de ferraillage.
•
•
•
Mise en place de barres de montage et d’épingles (n° 8 & 9 sur les plans de ferraillage) : Ces
aciers ne sont pas pris en compte lors des calculs de sections d’aciers, ils ne servent qu’à
relier les armatures transversales aux armatures longitudinales. Les aciers de montage sont
considérés comme des armatures complémentaires.
Mise en place d’acier de peau (n° 11): La fonction de ces aciers est de limiter la fissuration du
béton.
Mise en place de crochet de levage (n° 10) : Comme leur nom l’indique, ces crochets
permettent de lever les poutres préfabriquées.
Page 45
5.3.
Poteaux.
5.3.1. Description.
Ce chapitre sera consacré au dimensionnement du poteau P62, poteau situé au rez-dechaussée de la zone 5, dont nous avons réalisé la descente de charges manuelle et avec le logiciel. Il
s’agit du poteau le plus sollicité de cette zone. Le type de béton utilisé est du béton C25/30. Comme
nous avons pu le voir lors de la descente de charges (voir page 14 de la descente de charges
manuelle donnée en annexe n°8), ce poteau doit reprendre les charges du niveau R+1 ainsi que du
niveau R+2.
Poteau P62
Figure 5.8 - Localisation du poteau P62.
Les poteaux sont généralement soumis à des charges verticales qu’ils transmettent jusqu’aux
fondations. Il s’agit de :
-
Préciser les hypothèses de calcul ;
Calculer les armatures longitudinales
Choisir et organiser les armatures longitudinales et transversales en respectant les
dispositions constructives.
Dans les cas courants de bâtiment, le calcul s’effectue par la méthode forfaitaire du BAEL 91,
à partir d’hypothèses simple, entres autres :
-
Elancement limité pour parer au risque de flambement ;
Effort normal de compression centré ;
Justifications des sections à l’ELUR (Etat Limite Ultime de Résistance) ;
Page 46
5.3.2. Hypothèses d’études.
Compression « centrée ».
L’article B.8.2,10 du BAEL 91 révisé 99, nous donne la définition d’un poteau soumis à une
compression » centrée » :
Un poteau est réputé soumis à une compression « centrée » síl nést sollicité
en plus de léffort normal de compression que par des moments dont
léxistence nést pas prise en compte dans la justification de la stabilité et de la
résistance des éléments qui lui sont liés et qui ne conduisent par ailleurs qu´à
de petites excentricités de la force extérieure.
On considère donc que la compression est « centrée », si l’excentrement éventuel de l’effort
de compression est limité à la moitié de la dimension du noyau central. Nous rappelons dans le
tableau suivant, les dimensions du noyau central en fonction de la section du poteau :
Section du poteau
Noyau central
Rectangulaire (axb)
Losange de sommet a/6
et b/6 sur les axes
Circulaire de rayon r
Cercle de rayon r/4
Tableau 5-6 - Dimension du noyau central d'un poteau.
Elancement.
L’élancement λ doit être inférieur à 70, afin de pouvoir appliquer la méthode forfaitaire.
Combinaison d’action.
Le poteau étant soumis aux actions des charges permanentes et des charges d’exploitation,
dans les cas les plus courants, l’unique combinaison d’actions à considérer est :
1,35 ∗ E ] 1,5 ∗ P
Le BAEL précise que d’autres combinaisons peuvent être rencontrées, notamment dans le cas
où des porte-à-faux importants sont susceptibles de provoquer des efforts de soulèvement dans
certains poteaux, ce qui n’est pas notre cas ici.
5.3.3. Calcul de la section d’armatures longitudinales par la méthode
forfaitaire.
Données :
• E 53,23< 522,41O
• P 18,99< 186,29O
• 100,35< 984,29O
• Poteau de section circulaire : 7 30:V
• Longueur libre : 3,00V
Page 47
Selon le BAEL, la longueur libre d’un poteau appartenant à un bâtiment à étages multiples est
comptée entre faces supérieures de deux planchers consécutifs, ou de sa jonction avec la fondation à
la face supérieure du premier plancher.
Les poteaux étant considéré comme des éléments secondaires par rapport aux séismes,
l’article B.8.3,31 du BAEL nous dit que :
La longueur de flambement lf est prise égale à :
•
•
0,7 l0 si le poteau est à ses extrémités :
o
Soit encastré dans un massif de fondation ;
o
Soit assemblé à des poutres de plancher ayant au moins la même
raideur que lui dans le sens considéré et le traversant de part en
part ;
l0 dans tous les autres cas.
Dans notre cas, on est en présence de poteau circulaire, et le poteau est assemblé à des
poutres que dans un seul sens. Il y a donc un risque de flambement du poteau, dans le sens où il n’y a
pas de poutres, assemblées en tête du poteau. On est donc dans le deuxième cas de l’article du BAEL.
•
•
•
Longueur de flambement : * 3,00V
Béton : 012# 255
Acier : 0% 5005
Détermination de la section théorique :
• Moment quadratique :
•
•

Section de béton:
∗ 7
39760,78:V
64
A
Rayon de giration :
∗ 72
706,86:V^2
4
7
7,5:V
A 4
Page 48
•
Elancement :

*
40

L’élancement est bien inférieur à 70, on peut donc appliquer la méthode forfaitaire.
•
Coefficient α :
50 → 0,85
2
1 ] 0,2 ∗
35
0,6740
Selon l’article B.8.4,1 du BAEL, les valeurs de α sont à diviser par 1,10, si plus de la moitié des
charges sont appliquée avant 90 jours. On obtient donc :
•
•
0,6127
Section réduite Br :
Aq A Section d’acier théorique :
o
∗ `7 2a2
615,75:V2
4
Aq ∗ 012# bH
' n o∗

0,9 ∗ b&
0F
Avec : b& 1,5;bH 1,15
0,984 0,0615 ∗ 25 1,15
' n
o∗
∗ 10 0,6127
0,9 ∗ 1,5
500
' 10,74:V2
•
Section d’acier minimale :
•
Section d’armature longitudinale :
'Z[\l 4 ∗ 4 ∗ ∗ 7 3,77:V2 A
'Z[\2 0,2 ∗
1,41:V2
100
'H sup`' ; 'Z[\l ; 'Z[\2 a
cd , gh
On choisit de mettre en place : 6HA16 = 12,064 cm².
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L’article A.8.1,2 du BAEL nous dit que la section d’armatures longitudinales ne doit pas
dépasser 5% de la section totale de béton comprimé, en dehors des zones de recouvrement.
'Z
5
∗ A 35,34:V2 100
Remarque : L’étude de ce même poteau avec le logiciel Robot, nous donne une section d’acier
théorique de 10,18 cm². La note de calcul sous Robot de ce poteau est donnée en annexe n°15.
5.3.4. Détermination du ferraillage transversal.
-
Selon l’article A.8.1,3 du BAEL :
le diamètre des armatures transversales est au moins égal à la valeur normalisé la plus
proche du tiers du diamètre des armatures longitudinales qu’elles maintiennent :
Φ U
-
ΦG
¡ 5,33VV → Φ 6VV
3
Leur espacement est au plus égale à :
9 inf`7 ] 10:V; 15 ∗ ΦG ; 40:Va
9 24:V
Selon l’article 11.9 du PS92 :
Les armatures transversales aux extrémités du poteau, sur une hauteur égale au diamètre,
doivent avoir un espacement maximal :
9 inf`0,5 ∗ 7; 12 ∗ ΦG ; 30:Va
9 15:V9>;8=<8>830:V.
Nous avons choisi de mettre en place des cadres espacés de 10 cm, sur une hauteur de 30cm,
en tête et en pied de chaque poteau du projet.
La feuille de calcul ainsi que la minute de ferraillage du poteau P62 sont données en annexe n°14.
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Conclusion.
Ce projet de fin d’études s’inscrit dans une démarche de dimensionnement de structure lors
de la phase d’exécution d’un projet. J’ai pu observer que la structure portante définie en avantprojet, était susceptible d’être modifiée au fur et à mesure de l’avancement de l’étude de
dimensionnement, et du travail effectué en collaboration avec l’équipe méthodes et l’équipe travaux
du chantier.
Le projet que j’ai mené m’a permis d’utiliser différents logiciels de descente de charges et de
calcul, outils devenus indispensables pour l’étude des ouvrages en béton armé. Dans un premier
temps, le logiciel Autodesk Concrete Building Structure m’a permis de modéliser le bâtiment et
réaliser la descente de charges sur l’ensemble de celui-ci. Les résultats donnés par le logiciel ont été
vérifiés et confirmés par une descente de charges manuelle réalisée sur chaque zone. Dans un
second temps, j’ai dimensionné différents éléments de la structure porteuse. Tout d’abord, grâce à
différentes feuilles de calcul Excel basées sur les règles BAEL 91, j’ai pu effectuer les calculs de
dimensionnement des semelles de fondations et des poteaux, et ainsi obtenir les minutes de
ferraillage de ces éléments. Puis, grâce au logiciel Acapulco, j’ai dimensionné l’ensemble des
longrines du projet, et réalisé les plans de ferraillages de celles-ci. Le logiciel Robot m’a, quant à lui,
permis de dimensionner ces éléments à partir du logiciel CBS, et donc de contrôler les résultats
obtenus auparavant. En effet les liaisons entre CBS et Robot, permettent de dimensionner les
éléments de la structure en prenant en compte les diagrammes de charges réels issus de la descente
de charge du logiciel.
J’ai rencontré quelques difficultés lors de la modélisation de la structure du nouveau bloc
technique sur CBS, au niveau de l’application des charges dues au nombre important de charges
d’exploitation définies. Des difficultés se sont également posées lors de réalisation des plans de
ferraillage avec Acapulco, même si des applications existent pour modifier le ferraillage
manuellement. De plus, le ferraillage devait respecter des dispositions particulières afin d’être
conforme aux règles parasismiques et aux règles de calcul de stabilité au feu, dispositions que le
logiciel ne respectent pas automatiquement.
Ce que je souhaite souligner de cette expérience professionnelle, c’est l’importance de
l’implication totale dans une démarche, et de ne pas se décourager suite à une mauvais manipulation
d’un logiciel. Cette immersion dans le monde professionnel m’a démontré l’importance de l’aspect
relationnel, notamment dans les échanges avec les ingénieurs et les techniciens côtoyés durant ce
projet de fin d’étude. De plus, cela m’a surtout donné la possibilité de mieux appréhender le métier
d’ingénieur. Il ne suffit pas d’interpréter les résultats donnés par un logiciel ; cela consiste en une
éternelle recherche d’informations et en une remise en question permanente de nos connaissances.
D’un point de vue personnel, ce stage ne m’a apporté que des satisfactions tant au niveau
relationnel que professionnel, et a répondu à tout ce que j’en attendais. Arrivé à ce stade, je voudrais
de nouveau saisir l’opportunité de remercier M. DIALLO et M. HELLASSA pour leur soutien et leurs
nombreux conseils. J’ai ainsi pu développer non seulement mes connaissances théoriques mais
également améliorer ma façon de travailler et mon esprit d’organisation, des qualités tant
importantes pour un ingénieur.
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Bibliographie.
[1] : DAVIDOVICI Victor. Formulaire du béton armé - volume 1. Le moniteur, 1996, 376p.
[2] : DAVIDOVICI Victor. Formulaire du béton armé - volume 2. Le moniteur, 1996, 296p.
[3] : Fascicule n°62 - Titre I - Section I : Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages et
constructions en béton armé suivant la méthode des états limites - BAEL 91 révisé 99. Bulletin Officiel,
1999, 246p
[4] : Règles de construction parasismique – Règles PS applicables aux bâtiments, dites Règles PS92.
AFNOR, 1995, 218p
[5] : Perchat Jean, ROUX Jean. Pratique du BAEL 91. Eyrolles , 2002 (4° édition), 464p.
[6] : Centre Scientifique et Technique du Bâtiment. NF P 92-701 Décembre 1993 - Règles FB –
Méthode de prévision par le calcul du comportement au feu des structures en béton. CSTB, 2007, 61p.
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