Benjamin - Mémoire de PFE

Auteur : LEJEUNE Benjamin INSA de Strasbourg, Spcialit Gnie Civil

Tuteur en entreprise : POLLIEN Franois Ingnieur Gnie Civil, diplm EPFL, directeur adjoint de sd ingnierie Lausanne

Tuteur lINSA de Strasbourg : MOUHOUBI Sada Professeur Agrg en Gnie Civil

Projet de Fin dEtudes Fvrier Juin 2013 2

Rsum

Le but de ce PFE est dtudier lEMS Parc de Beausobre, Morges (Vaud, Suisse), en phase Excution.

Par consquent, il a dans un premier temps t ncessaire dtablir la convention dutilisation de

louvrage, afin de dterminer les charges de dimensionnement prendre en compte.

Une fois cette-dernire rdige, il a alors t possible de dimensionner les principaux lments

structurels des btiments, et de dterminer les paisseurs de ces-derniers. Aprs avoir effectu la

descente des charges de louvrage, les fondations ont pu tre dimensionnes. Par la suite, les

diffrentes dalles ainsi que les murs porteurs ont pu tre tudis en dtail.

Il a fallu vrifier les structures au sisme. Cette vrification a permis de dimensionner les armatures

sismiques ncessaires afin de reprendre les moments dans les refends parasismiques, ainsi que les

triers deffort tranchant.

En parallle de la rdaction des diffrentes notes de calculs, il a fallu prparer des schmas

darmatures pour transmettre les informations aux dessinateurs. Ces-derniers ont alors tabli les

plans de coffrage et darmatures pour Excution, puis ces plans ont d tre contrls avant

transmission lentreprise.

Enfin, durant tout ce PFE, il ma galement t demand de suivre le chantier au travers des diffrents

contrles dexcution (contrles de ferraillage des radiers et dalles), ainsi que lors des runions de

chantier hebdomadaires.

Zusammenfassung

Das Ziel des Praktikums ist das EMS Parc de Beausobre in Morges (Vaud, Schweiz) im

Ausfhrungsstadium zu studieren. Infolgedessen war es zuerst ntig, Richtlinien der Bauausntzung

zu schaffen, um die Bemessungsbelastungen, die zu bercksichtigen sind, zu bestimmen.

Nachdem diese Richtlinien bestimmt worden sind, war es mglich die bedeutensten strukturellen

Bauteile der Gebude zu dimensionieren, und ihre Dicke zu bestimmen. Nach der Bestimmung der

Lastbertragung konnten die Fundamente dimensioniert werden. Spter konnten die verschiedenen

Betonplatten und die tragenden Mauern Punkt fr Punkt geprft werden.

Weiter muten die fr den Erdbebenschutz erforderlichen Baumanahmen berprft werden. Diese

berprfung ermglichte die Auslegung der erforderlichen seismischen Bewehrungen, um die

Momente in den erdbebensicheren tragenden Innenwnden aufzunehmen, sowie die Bgel, welche

die Schubkrfte aufnehmen sollen.

Whrend der Ausarbeitung der verschiedenen schriftlichen Berechnungen, musste ich ebenfalls

Bewehrungsgrundzeichnungen bereiten, um die Informationen an die Bauzeichner weiterzuleiten.

Diese haben dann die Schalungs- und Bewehrungsplne erstellt, dann mussten diese Plne, vor

Weitergabe an das Unternehmen, berprft werden.

Schlielich musste ich whrend des gesamten Praktikums auch die Baustelle verfolgen durch

verschiedene Ausfhrungsberprfungen (Bewehrungsausfhrungen der Bden und Platten), und

auch bei meiner Teilnahme an den wchentlichen Arbeitstreffen.


TABLE DES MATIERES

CHAPITRE 1 : INTRODUCTION ............................................................................ 6

1. LE PROJET DE LEMS PARC DE BEAUSOBRE ...................................................................................................... 6

1.1. POURQUOI CONSTRUIRE DES EMS AUJOURDHUI ? .............................................................................................................. 6

1.2. HISTORIQUE DU PROJET ........................................................................................................................................................... 6

2. LE PROJET EN QUELQUES CHIFFRES ................................................................................................................... 8

3. DESCRIPTION DES BATIMENTS ............................................................................................................................. 9

3.1. UNE VOLONTE ARCHITECTURALE ............................................................................................................................................. 9

3.2. LES CONSEQUENCES STATIQUES .............................................................................................................................................. 9

CHAPITRE 2 : MODELISATION DES BATIMENTS ................................................. 12

1. LA CONVENTION DUTILISATION .................................................................................................................... 12

1.1. POURQUOI REDIGER UNE CONVENTION DUTILISATION ? .................................................................................................. 12

1.2. LES CHARGES A PRENDRE EN COMPTE ................................................................................................................................. 13

2. MODELISATION DES BATIMENTS ....................................................................................................................... 13

2.1. PRINCIPE DE LA MODELISATION ............................................................................................................................................ 13

2.2. LE TYPE DE MODELE CREE ..................................................................................................................................................... 16

3. LES MURS EN DRAPEAUX : UNE MODELISATION PROBLEMATIQUE ................................................... 18

3.1. LE CAS DES MURS EN DRAPEAUX .......................................................................................................................................... 18

3.2. LES RESULTATS DE LA MODELISATION .................................................................................................................................. 21

3.3. LES DIFFERENTES PISTES ENVISAGEES ................................................................................................................................... 22

3.4. LA SOLUTION RETENUE .......................................................................................................................................................... 24

4. LA DESCENTE DE CHARGES ................................................................................................................................. 25

CHAPITRE 3 : ETUDE DES FONDATIONS DES BATIMENTS .................................. 28

1. LE RAPPORT GEOTECHNIQUE ............................................................................................................................ 28

2. LE DIMENSIONNEMENT DES FONDATIONS .................................................................................................. 29

2.1. LE TYPE DE FONDATIONS ....................................................................................................................................................... 29

2.2. LES SURPROFONDEURS .......................................................................................................................................................... 29

2.2.1. Pourquoi des surprofondeurs ? ........................................................................................................................................................ 29

2.2.2. Dimensionnement des surprofondeurs ......................................................................................................................................... 30

3. LE FERRAILLAGE DU RADIER ................................................................................................................................ 34

3.1. LES PRINCIPALES SOLUTIONS POUR FERRAILLER UN RADIER ................................................................................................ 34

3.1.1. Modliser le radier et linteraction sol-structure ......................................................................................................................... 34

3.1.2. Modliser le radier comme une dalle inverse ........................................................................................................................... 35

3.2. CALCUL DES EFFORTS DANS LE RADIER ................................................................................................................................. 36

3.3. DETERMINATION DE LARMATURE NECESSAIRE ................................................................................................................... 36

CHAPITRE 4 : ETUDE PARASISMIQUE DES BATIMENTS ....................................... 38

1. MODELISATION PARASISMIQUE DES BATIMENTS ....................................................................................... 38

1.1. LETUDE PARASISMIQUE DES BATIMENTS ............................................................................................................................. 38

1.1.1. Zone de risque sismique ................................................................................................................................................................... 39

1.1.2. Paramtres de sol ............................................................................................................................................................................... 39

1.1.3. Spectre de rponse lastique ........................................................................................................................................................... 40


1.1.4. Spectre de dimensionnement .......................................................................................................................................................... 40

1.1.5. Mthodes de calcul ............................................................................................................................................................................ 42

1.2. MODELISATION PARASISMIQUE DE LOUVRAGE .................................................................................................................... 42

1.2.1. Modlisation des refends parasismiques ...................................................................................................................................... 42

1.2.2. Cration du modle en barres......................................................................................................................................................... 44

2. DIMENSIONNEMENT AU SEISME ......................................................................................................................... 45

2.1. CALCUL DES EFFORTS DANS LES REFENDS PARASISMIQUES ................................................................................................. 45

2.2. DETERMINATION DE LARMATURE NECESSAIRE EN FLEXION ............................................................................................. 45

2.2.1. Dispositions constructives ................................................................................................................................................................. 45

2.2.2. Calcul de larmature de flexion ncessaire................................................................................................................................... 46

2.3. VERIFICATION DE LA SECTION A LEFFORT TRANCHANT ...................................................................................................... 48

2.3.1. Rsistance leffort tranchant ........................................................................................................................................................ 48

2.3.2. Contrle des bielles de compression .............................................................................................................................................. 49

2.3.3. Contrle des ouvertures et percements des CVSE ..................................................................................................................... 49

CHAPITRE 5 : ETUDE DU PARKING .................................................................... 50

1. LES DIFFERENTS TYPES DE COLONNES ........................................................................................................... 50

1.1. LA DESCENTE DE CHARGES ................................................................................................................................................... 50

1.2. LES FAMILLES DE COLONNES ................................................................................................................................................. 51

2. FONDATIONS DU PARKING ................................................................................................................................ 52

2.1. LE TYPE DE FONDATIONS ....................................................................................................................................................... 52

2.2. LE DIMENSIONNEMENT DES SEMELLES ................................................................................................................................ 53

2.2.1. Les dimensions de la semelle ........................................................................................................................................................... 53

2.2.2. Larmature de la semelle .................................................................................................................................................................. 54

2.3. LA VERIFICATION DU NON-POINONNEMENT DES COLONNES .......................................................................................... 55

3. VERIFICATION DES COLONNES ......................................................................................................................... 56

3.1. LES HAUTEURS DES COLONNES ............................................................................................................................................ 56

3.2. LE POINONNEMENT ET LES TETES DE POINONNEMENT ................................................................................................ 57

3.2.1. Pourquoi mettre en uvre des ttes de poinonnement ? ...................................................................................................... 57

3.2.2. Vrification au poinonnement ........................................................................................................................................................ 57

3.3. LAPPROBATION DES PLANS DE PREFABRICATION ................................................................................................................. 58

3.3.1. Dtermination de larmature longitudinale .................................................................................................................................. 58

3.3.2. Vrification de leffort tranchant ..................................................................................................................................................... 60

4. ETUDE DE LA DALLE SUR PARKING .................................................................................................................. 60

4.1. FERRAILLAGE DE LA DALLE...................................................................................................................................................... 60

4.2. VERIFICATION AU POINONNEMENT .................................................................................................................................... 60

CHAPITRE 6 : ETUDE DES BATIMENTS EMS ET APPARTEMENTS PROTEGES ...... 61

1. LA DALLE SUR SOUS-SOL ...................................................................................................................................... 61

1.1. MODELISATION DE LA DALLE................................................................................................................................................. 61

1.2. FERRAILLAGE DE LA DALLE...................................................................................................................................................... 62

1.2.1. Armature minimale de non-fissuration .......................................................................................................................................... 62

1.2.2. Dispositions constructives ................................................................................................................................................................. 62

1.2.3. Goujons et goujons phoniques ......................................................................................................................................................... 63

1.2.4. Schmas darmature .......................................................................................................................................................................... 64

2. ETUDE DES POUTRES-VOILES ET MURS EN DRAPEAUX ............................................................................ 64

2.1. LES POUTRES-VOILES .............................................................................................................................................................. 64

2.1.1. Dimensionnement de larmature horizontale de traction ........................................................................................................ 64

2.1.2. Dimensionnement de larmature verticale ................................................................................................................................... 65

2.1.3. Appuis indirects des faades ............................................................................................................................................................ 66

2.1.4. Dimensionnement des appuis ......................................................................................................................................................... 66

2.1.5. Fers dattente ....................................................................................................................................................................................... 67


2.1.6. Conclusion ............................................................................................................................................................................................. 68

2.2. UN CAS PARTICULIER : LES MURS EN DRAPEAUX ................................................................................................................. 69

2.2.1. La mthode des bielles ...................................................................................................................................................................... 69

2.2.2. Armatures ............................................................................................................................................................................................. 70

3. ETUDE DES DALLES DETAGES ............................................................................................................................ 70

3.1. LA DALLE SUR REZ-DE-CHAUSSEE.......................................................................................................................................... 70

3.1.1. Principe de calcul et dispositions constructives............................................................................................................................ 70

3.1.2. Renforcements ..................................................................................................................................................................................... 71

3.2. LES DALLES DETAGES ............................................................................................................................................................ 71

CHAPITRE 7 : CONCLUSION ............................................................................. 72

REMERCIEMENTS .............................................................................................. 74

BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................ 75

TABLE DES ILLUSTRATIONS .............................................................................. 76

ANNEXES ......................................................................................................... 79


Chapitre 1 : INTRODUCTION

1. LE PROJET DE LEMS PARC DE BEAUSOBRE

1.1. POURQUOI CONSTRUIRE DES EMS AUJOURDHUI ?

A limage de lensemble de ses voisins, la Suisse est confronte un vieillissement de la population.

Ce vieillissement proccupe les pouvoirs publics : lOFS1 prvoit une augmentation de prs de 90%

du nombre de personnes ges de 65 ans ou plus, dici 2050. Ce chiffre, particulirement lev,

sexplique par lentre progressive de la gnration baby-boom dans cette classe dge : en effet,

le nombre de naissances entre 1945 et 1975 tait particulirement lev, ce qui conduit aujourdhui

une forte augmentation du nombre de seniors.

Selon les estimations, lOFS prvoit que la Suisse comptera entre 1,9 millions et 2,6 millions de

sniors en 2050, soit une hausse comprise entre 60% (valeur basse ) et 124 % (valeur haute ).

Ces estimations forcent donc les autorits prendre aujourdhui des dcisions de construction

dtablissements pour personnes ges, de manire ce que ces-derniers ne soient pas saturs dans

les annes venir. Par consquent, de nombreux projets dEtablissements Mdico-Sociaux2 voient le

jour, en particulier dans les cantons de lOuest (Vaud, Genve, Jura, Valais, Fribourg) o les capacits

daccueil ne dpassent pas les 15% actuellement. Notre bureau dtude, sd ingnierie Lausanne3,

travaille actuellement sur le projet de lEMS Parc de Beausobre, Morges (Vaud).

1.2. HISTORIQUE DU PROJET

Le projet de lEMS des Pquis, Morges, regroupe en fait la construction de plusieurs btiments : un

EMS, des appartements protgs4 et une crche. Le Matre dOuvrage de ce projet est lEnsemble

Hospitalier de la Cte, qui a fait part de sa volont de construire cet ensemble en lieu et place de

lactuel Parc Beausobre de Morges en 2009.

Suite un concours dbut 2009, le cabinet darchitecture retenu est le cabinet Eo Architectes SA &

Atelier Arthys Architectes Associs. Le projet de ce cabinet prvoit la construction de lEMS sur la partie

nord-ouest du terrain, et le second btiment regroupant la crche en rez-de-chausse et les

appartements protgs dans les tages au sud du parc. Les deux btiments sont relis par le parking

souterrain, sur lequel un parc commun aux deux ensembles est amnag.

Le btiment de lEMS est compos dun rez-de-chausse (btiment A) regroupant les bureaux, salles

de runion, salles de soin et les espaces de vie : salle de sport, salons, caftria, Les tages

1 Office fdral de la statistique : office charg de ltude de la dmographie en Suisse. 2 Etablissement Mdico-Social (ou EMS) : tablissement pouvant accueillir des personnes ges dpendantes,

capable de faire face la dtrioration de ltat de sant et la perte dautonomie des rsidents, et prodiguant

des soins et une assistance mdicale pour une longue dure, sans toutefois pratiquer doprations ou dactes

mdicaux lourds. Ce type dtablissement est donc semblable un EHPAD (tablissement dhbergement pour

personnes ges dpendantes) en France. 3 Voir Annexe A : Prsentation de lentreprise. 4 Appartements protgs : appartements rservs aux personnes ges, amnags en consquence : salle de

bain accessible de plain-pied, ascenseurs, Leur accs est scuris, avec un accueil 24h/24.


(btiments B et C) ne recouvrent pas la totalit du rez-de-chausse. Cest dans ces btiments que se

trouvent les chambres, rparties sur deux tages. Les deux btiments sont relis entre eux au

deuxime tage par une passerelle. Le projet prvoit galement de pouvoir agrandir lEMS en

rajoutant un tage supplmentaire au btiment B.

Le btiment des Appartements protgs (btiment D) est compos dune crche et dune salle

dactivits multiples au rez-de-chausse, et accueille 20 appartements rpartis sur deux tages.

Le bureau dtudes structure est dsign en novembre 2009 : sd ingnierie Lausanne remporte le

concours suite un appel doffre. Une premire tude est ralise et le btiment voit alors sa

structure lgrement voluer au niveau des murs porteurs du rez-de-chausse. La phase davant-

projet prend fin en mars 2010, avec la validation du Maitre dOuvrage.

Suite des incertitudes sur le montage financier, la possibilit dagrandir par la suite lEMS est

finalement abandonne, et le parking rtrci, puis lEMS lgrement rorganis5. Les Appartements

protgs voient leur nombre augmenter, avec le rajout dun tage supplmentaire au btiment. Le

projet, initialement baptis "EMS des Pquis" voit son nom transform en "EMS Parc de Beausobre"

la mme priode. Notre bureau dtudes a alors procd au contrle statique des btiments, et

effectu un contrle parasismique en fvrier-mars 2011, puis le projet sest arrt, faute de

financement.

Figure 1.1 : Vue gnrale de lavant-projet de lEMS des Pquis (maquette de larchitecte au 30 septembre 2009)

En janvier 2012, le Conseil Fdral a accord un financement lEnsemble Hospitalier de la Cte pour

la construction de lEMS, ce qui a alors relanc le projet. Cependant, le projet nest financ que si le

cot de construction de la chambre est baiss de 10% environ. Le cabinet darchitecture, qui a

fusionn avec un autre cabinet et sappelle dsormais TroisPlusArchitectes SA & Atelier Arthys Architectes

Associs, cherche donc faire baisser le prix global du btiment, en ajoutant quatre chambres, et en

rduisant les installations intrieures (remplacement de la salle de bain individuelle par une salle de

bain pour deux chambres, rduction des lieux de vie dans les tages, transfert des salles destines

recevoir des activits multiples vers le rez-de-chausse, ). Le parking souterrain est galement

rduit pour les mmes raisons. Suite ces modifications, le projet est officiellement valid par le

Conseil Fdral en juin 2012, et les subventions sont accordes.

5 Le Conseil Fdral accorde des subventions pour la construction de telles infrastructures, mais les projets

doivent rpondre des critres en termes de cot par place daccueil cre.

Btiment D

Appartements protgs

Btiment C

EMS Aile Est Btiment B

EMS Aile Ouest

Btiment A - EMS

Rez-de-chausse


Paralllement ceci, le projet avait dj t mis en soumission6, et ladjudicataire dsign en avril

2011, juste avant que le projet ne sarrte faute de financement. Par consquent, le chantier pouvait

dbuter ds la fin de ltude : la date initialement prvue par le Maitre dOuvrage tait octobre 2012

pour la prparation du site, et dbut 2013 pour les travaux de Gros uvre.

De ce fait, il fallait vrifier que les modifications apportes au projet afin quil soit valid par le

Conseil dEtat ne posaient pas de problmes dun point de vue statique, travail que jai effectu

durant une partie de mon stage ST2. Une premire modlisation du btiment avait donc t

effectue, puis les critres de flche et les contraintes dans les porteurs verticaux vrifies, afin de

sassurer que le projet tait ralisable en ltat7.

Suite cette tude, nous tions arriv la conclusion que le btiment ne prsentait pas de problme

majeur, mais quun certain nombre de points taient modifier. Ces points ont fait lobjet de

discussions avec larchitecte, et ce-dernier a continu travailler sur le projet afin de rgler ces

dtails, tout en respectant les attentes du Maitre dOuvrage.

2. LE PROJET EN QUELQUES CHIFFRES

A ce stade, les btiments prsentent les caractristiques suivantes :

Btiment EMS : Capacit : 82 lits, rpartis sur deux niveaux.

Btiment sud-ouest : en forme de Z, de 51,60 m de long et 33,40 m de large, avec

deux cages dascenseurs et escaliers.

Btiment nord-est : de forme rectangulaire, de 31,40 m de long et 20,30 m de

large, avec une cage dascenseur et descalier.

Rez-de-chausse : relie les deux btiments, et regroupe les activits

communes (salle de gymnastique, coiffeur, caftria, ) et locaux administratifs.

Sous-sol (partiel) : locaux techniques, dpts, atelier et vestiaires du personnel.

Btiment Appartements protgs : Capacit : 30 appartements rpartis sur trois niveaux

Rez-de-chausse : crche et locaux communs la crche et aux Appartements

protgs.

Sous-sol (partiel) : caves, dpts pour la crche et installations techniques.

Parking : Capacit : 53 places voiture (dont deux places handicap) et 8 places vlo.

Localisation : en partie sous le btiment sud-ouest de lEMS. Relie les

Appartements protgs lEMS.

6 Voir Annexe B : Les principales particularits de la Suisse. 7 Bien qutant en phase Excution, le but premier de cette tude tait de sassurer que les modifications

apportes au projet navaient pas de consquence sur la structure porteuse.


3. DESCRIPTION DES BATIMENTS

3.1. UNE VOLONTE ARCHITECTURALE

Le projet du cabinet TroisPlusArchitectes SA & Atelier Arthys Architectes Associs repose sur un concept

architectural : les faades du rez-de-chausse sont constitues dune succession dlments en bton,

et de portes ou fentres en verre. De plus, les faades des tages ne sont pas alignes par rapport

aux faades du rez-de-chausse, mais dcales vers lextrieur, comme le montre la Figure 1.2.

Figure 1.2 : Elvation de lEMS (coupe BB) coupe du projet au 16 aot 2011

Le projet architectural prvoit galement que les locaux administratifs et les lieux de vie soient

regroups au rez-de-chausse, et les chambres dans les tages. En effet, le rez-de-chausse de lEMS

regroupe la salle de gymnastique, la caftria, le coiffeur, le wellness, mais galement la pharmacie,

la buanderie, la cuisine, les bureaux du personnel et ladministration, alors que les tages comptent

principalement des chambres8.

Cette rpartition des activits entre le rez-de-chausse et les tages implique une trame des

lments bton diffrente : les murs en bton des tages sont disposs de faon accueillir les

chambres et salles deau, alors que les murs en bton du rez-de-chausse sont disposs de manire

accueillir des lieux de vie ou des locaux de surface suprieure.

Cette mme ide a t conserve pour les Appartements protgs : grands espaces ddis aux lieux

de vie et la crche au rez-de-chausse, et appartements dans les tages. La trame des lments en

bton est donc galement diffrente entre le rez-de-chausse et les tages.

3.2. LES CONSEQUENCES STATIQUES

Cette volont architecturale conduit certaines particularits au niveau de la structure porteuse. En

effet, un mur en bton ne peut tre porteur que sil est situ au-dessus dun autre mur porteur,

auquel il pourra transmettre sa charge9. Pour cette raison, il est particulirement important de

sintresser dans un premier temps aux lments qui peuvent tre considrs comme porteurs.

8 Voir Annexe C : Plans Architectes du projet de lEMS Parc de Beausobre, Morges. 9 Certains murs peuvent galement tre considrs comme porteurs lorsque lpaisseur de la dalle sur lesquels

ils viennent sappuyer est suffisante. Dans ce cas, cette dalle est dnomme "dalle de rpartition". Cest


Afin de dterminer ces murs porteurs, le moyen le plus simple est de surligner les diffrents murs

porteurs de chaque tage, et de reporter en pointills les murs porteurs de ltage directement

suprieur sur le plan de chaque tage. Par la suite, les murs qui nont pas de point dappui ltage

infrieur ne sont pas retenus10.

Un extrait de plan avec le reprage des lments en bton de ltage considr en vert et le reprage

des lments en bton de ltage directement suprieur en pointills rouges est prsent ci-dessous

(voir Figure 1.3).

Figure 1.3 : Extrait de plan du rez-de-chausse de lEMS, avec les murs en bton du rez-de-chausse en vert, et

les murs en bton du premier tage reprs en pointills rouge (plan du 14 fvrier 2013)

Comme le montre la Figure 1.3, les lments de faade des tages ne trouvent pas dappui au niveau

du rez-de-chausse. Par consquent, ceci conduirait ne prendre que les murs des noyaux centraux

comme lments porteurs pour le btiment. Cependant, cette solution nest pas possible : les

portes des dalles en porte--faux seraient trop importantes et ncessiteraient des recours des

techniques particulires au cot de ralisation trs lev (telles que la prcontrainte). Il est donc

ncessaire de rajouter un appui au niveau des murs de faade du rez-de-chausse.

gnralement le cas des dalles sur parking, comme par exemple pour la partie de lEMS situe au-dessus du

parking : dalle de 60 cm dpaisseur soutenue par des poteaux au niveau infrieur. 10 Les murs qui ne sont pas retenus comme porteurs sont gnralement transforms en cloisons lgres (type

Placoplatre). Cependant, certaines cloisons ont t indiques comme en bton par larchitecte pour des raisons

de rendu (murs apparents, laisss en bton brut) ou disolation phonique (entre les pices de repos et les

circulations). Dans ce cas, une discussion avec larchitecte est ncessaire afin de dterminer si une solution

permettant de rendre le mur non porteur peut tre retenue, ou si le mur doit toutefois tre considr dans la

descente de charges.


Figure 1.4 : Appuis ncessaires aux dalles des tages en ne considrant que le noyau central comme porteur

Une variante a donc t propose en phase davant-projet par sd ingnierie Lausanne en rajoutant des

poteaux aux tages, comme le prsente la Figure 1.5. Cependant, cette variante conduisant des

dimensions de poteaux relativement importantes, a t refuse par le cabinet darchitectes. Par

consquent, les murs de faade des tages sont considrs comme porteurs, et doivent tre repris

par les lames (lments perpendiculaires aux faades). Ceci est rendu possible par le recours des

murs en drapeaux.

Figure 1.5 : Poteaux servant dappuis aux dalles des tages

Nous nous intresserons dans un premier temps la modlisation des btiments, ainsi quau

fonctionnement statique des murs en drapeaux afin de pouvoir raliser la descente de charges.

Une fois celle-ci dtermine, nous tudierons les fondations des btiments. Pour ce faire, il sera dans

un premier temps ncessaire de sintresser au sol de fondation, puis de dimensionner les fondations

et leurs armatures.

Nous nous intresserons ensuite ltude parasismique des btiments, en ralisant dans un premier

temps une modlisation parasismique des ouvrages tudis, puis nous dimensionnerons les refends

au sisme.

Nous consacrerons la suite de notre tude au parking, et plus particulirement aux colonnes

prfabriques et aux semelles de fondation. Nous tudierons galement le poinonnement de la

dalle, puis son ferraillage.

Enfin, la dernire partie de ce rapport sera consacre au dimensionnement des btiments EMS et

Appartements protgs, et en plus particulier aux dalles dtages. Nous nous intresserons

galement aux murs en drapeaux et aux lames.


Chapitre 2 : MODELISATION DES

BATIMENTS

1. LA CONVENTION DUTILISATION

1.1. POURQUOI REDIGER UNE CONVENTION DUTILISATION ?

De manire tudier et dimensionner les diffrents lments structurels dun btiment, lingnieur

utilise des modlisations du btiment, qui tiennent compte de la gomtrie et des charges appliques.

Cependant, les charges appliques la structure porteuse dpendent du type dutilisation des locaux,

dfini dans la convention dutilisation.

Daprs la norme SIA 26011, la convention dutilisation est dfinie comme suit :

Description des objectifs dutilisation et de protection mis par le matre de

louvrage, ainsi que des conditions, des exigences et des prescriptions

fondamentales relatives llaboration du projet, lexcution et lutilisation dune

construction.

Source : Norme SIA 260 Bases pour llaboration des projets de structures porteuses [8]

Par consquent, la convention dutilisation regroupe les lments importants pour le Matre

dOuvrage, soit en particulier :

les objectifs dutilisation

le contexte et les exigences de tiers (gestion du trafic pendant la dure des travaux, aspirations

de tiers lutilisation, )

les besoins de lexploitation et de la maintenance (uniquement les exigences, pas les mesures)

les objectifs particuliers du matre de louvrage (conception de la forme, modifications ventuelles

de laffectation ultrieure, dlais, )

les objectifs de protection et les risques spciaux (tremblements de terre, risques accepts, )

des dispositions tires de normes (dcisions du matre de louvrage relatives aux normes,

drogations ventuelles aux normes, )

La convention d'utilisation est tablie par l'ingnieur civil, en collaboration avec l'architecte. Ensemble,

ils proposent des choix et conseillent le Matre de l'ouvrage. La convention d'utilisation est volutive

pendant la phase de planification. Elle doit tre arrte et approuve par le Matre de l'ouvrage avant

le dbut des travaux.

La convention dutilisation du projet EMS Parc de Beausobre est prsente en annexe12.

11 Voir Annexe B : Les principales particularits de la Suisse. 12 Voir Annexe D : Convention dutilisation de lEMS Parc de Beausobre, Morges - Etat au 2 avril 2013.


1.2. LES CHARGES A PRENDRE EN COMPTE

La convention dutilisation dfinit les charges suivantes :

Charges permanentes : Poids propre des lments structurels

Chape (80 mm) et isolation (40 mm)

Faux-plafonds (selon plans architecte)

Panneaux photovoltaques (selon plans architecte)

Toiture vgtalise (y compris tanchit et rtention deau)

Dalles esplanade (y compris isolation)

Terre sur dalle parking (paisseur 60 cm, y compris tanchit)

Charges dexploitation : Surfaces dhabitation catgorie A1

Locaux de runion (surfaces permettant catgorie C3

le rassemblement de personnes)

Escaliers catgorie A3

Toitures non accessibles catgorie H

Locaux techniques et de dpt catgorie E

Parking (vhicules de poids infrieur 3,5 t) catgorie F

Charges variables : Neige altitude 380 m

Vent rive lacustre

Charges accidentelles : Sisme

- Zone de risque : zone Z1

- Classe douvrage : CO II - Classe de sol de fondation : classe E

Choc de vhicule dans le parking catgorie F ( 0,6 m au-dessus du sol)

2. MODELISATION DES BATIMENTS

2.1. PRINCIPE DE LA MODELISATION

La modlisation des btiments seffectue gnralement en Suisse laide du logiciel Cedrus, dvelopp

par la socit suisse Cubus SA. Ce logiciel permet en effet de raliser des modles 3D des btiments,

et calcule ensuite les principaux lments souhaits lors de ltude dun btiment.

Afin de raliser la modlisation du btiment, il faut commencer par modliser les diffrentes dalles du

btiment. Pour ce faire, il est ncessaire de crer des "dalles-modle" : chaque dalle doit tre

dessine, et les murs porteurs et colonnes porteuses de la dalle tracs. Les dimensions (hauteur et

largeur des murs, tout comme paisseur de la dalle), ainsi que les matriaux (bton et acier de

larmature) doivent aussi tre renseigns.


Enfin, la dernire tape de modlisation de chaque dalle est lajout des charges appliques : le poids

propre de la dalle et des lments modliss est automatiquement gnr sous le cas de charge

PP , puis il faut ajouter les diffrents cas de charges et les charges appliques pour chaque cas de

charges. Ces charges peuvent tre ponctuelles, linaires ou surfaciques. Il est galement ncessaire

de renseigner le type de chargement : poids propre, surcharges, charges utiles, charges de neige,

charge de vent, prcontrainte, surcharges de terre, Ce renseignement est en effet indispensable

la gnration automatique des enveloppes ELU et ELS.

Par la suite, il suffit de renseigner la position de chaque dalle dtage dans le modle 3D. Ainsi, le

modle du btiment est cr par empilage des dalles modles des diffrents tages13.

La modlisation des lments doit tre cohrente avec la ralit. Les faades comportent des

ouvertures pour les fentres de dimensions raisonnables : les efforts peuvent ainsi tre transmis

aisment travers la couverte14 et le contrecur15, et le mur aura une rigidit proche de celle dun

mur plein. Il est donc possible de modliser la faade par un lment continu.

Par contre, les portes dans les murs intrieurs limitent la transmission des efforts : la couverte est

rduite, et le contrecur inexistant. Un tel mur aura donc tendance avoir un comportement

semblable celui de deux murs distincts : il faut donc modliser des murs non continus. Pour les

mmes raisons, les murs de faade du rez-de-chausse sont modliss comme des murs discontinus :

ces-derniers sont en ralit des lments prfabriqus spars par des portes et fentres, sans quil

ny ait ni contrecur, ni couverte.

Aprs modlisation des diffrentes dalles dtages, le modle 3D du btiment EMS et du parking ainsi

obtenu est prsent ci-dessous (voir Figure 2.1 et Figure 2.2). Le modle 3D des Appartements

protgs a galement pu tre cr sur le mme principe (voir Figure 2.3).

Figure 2.1 : Modlisation 3D du btiment EMS et du parking laide du logiciel Cedrus vue 1

13 Voir Chapitre 2 : 2.2. Le type de modle cr page 16. 14 Couverte : terme suisse dsignant le linteau (partie situe sur la baie). 15 Contrecur : terme suisse dsignant lallge (partie situe sous une baie).


Figure 2.2 : Modlisation 3D du btiment EMS et du parking laide du logiciel Cedrus vue 2

Figure 2.3 : Modlisation 3D du btiment Appartements protgs laide du logiciel Cedrus

Le logiciel Cedrus ralise partir de cette modlisation la descente de charges automatiquement, et

permet ensuite danalyser dalle par dalle les diffrents rsultats (flche, descente de charges,

armatures, ) en tenant compte de la descente de charges.

Il est noter que deux modles diffrents ont t crs car les deux structures sont indpendantes

statiquement : un joint de dilatation spare les deux btiments. Ceci permet galement de rduire la

taille du fichier de calcul, et donc dobtenir des rsultats de manire plus rapide16.

16 Le maillage des lments doit tre proche du double de la hauteur de la dalle de manire obtenir des

rsultats satisfaisants, soit environ 50 cm pour les btiments. Le principal inconvnient de modles trop

complexes est alors la lenteur de rsolution des calculs : en effet, la taille des fichiers devient vite trs

importante, et la rapidit du logiciel dcroit significativement pour de tels fichiers.


2.2. LE TYPE DE MODELE CREE

La modlisation dun btiment laide du logiciel Cedrus passe par deux tapes bien distinctes : dans

un premier temps, lingnieur se charge de crer les dalles modles, puis cre le btiment dans un

second temps. Ces deux tapes bien distinctes sont dues au modle de calcul cr par le logiciel.

En effet, le logiciel de calcul nest en ralit pas un logiciel 3D : le module de base du logiciel est un

module de calcul par lments finis permettant lanalyse statique linaire lastique de dalles en bton

arm. Ceci se traduit concrtement par le calcul de chaque dalle modle pour elle-mme, en

considrant sa gomtrie, ses appuis, et les charges qui y sont appliques.

Par la suite, un module optionnel intitul "Option G Btiments, charges verticales" gnre une

descente de charges partir de lempilage des dalles modles ralis dans linterface 3D. Pour ce

faire, ce module exporte la valeur caractristique de la raction en tte de mur de la dalle la plus

haute, en tenant compte des types de charges appliques, et cre les ractions en pied de mur

comme des charges linaires au droit des murs pour la dalle de ltage infrieur. Cette dalle est alors

calcule en tenant compte des charges appliques elle-mme, ainsi que la raction des murs des

tages suprieurs, puis le processus de descente de charges est rpt jusqu ce que toutes les

dalles du modle 3D aient t rsolues.

Figure 2.4 : Principe de calcul du logiciel Cedrus pour les descentes de charges

Un autre module optionnel intitul "Option H Btiments, charges horizontales" permet galement de

calculer les effets de charges horizontales sur un btiment, comme par exemple leffet du vent sur un

btiment de grande hauteur. Dans ce cas, le principe est semblable : le logiciel calcule dans un


premier temps la rsultante de la force horizontale applique chaque dalle, puis la rpartition de

celle-ci au sein des diffrents murs de refends est effectue dans la dalle-modle.

Ce module permet galement de raliser ltude parasismique des btiments avec la mthode des

forces de remplacement (gnration defforts horizontaux quivalents au sisme). Cependant, cette

mthode ne peut sappliquer que dans le cas dun ouvrage rgulier. Dans le cas contraire, la mthode

du spectre de rponse doit tre applique : celle-ci est gre par le module intitul "Option D

Dynamique".17

Figure 2.5 : Principe de calcul des efforts dans les refends dus des charges horizontales

Le logiciel de calcul Cedrus cre donc un modle par lments finis du btiment : ce modle est en

ralit un modle par lments finis de chaque dalle, et non un modle 3D (voir Figure 2.4). En effet,

les parois ne servent qu transmettre les charges dun lment lautre, mais ne sont pas tudies

plus en dtails par le logiciel18.

17 Voir Chapitre 4 : Etude parasismique des btiments page 38. 18 Le logiciel se contente de descendre les charges par les parois, et calcule les tassements de ces parois sous

les charges appliques. Un module intitul "Option S Parois" permet dtudier les dformes et larmature des

parois avec les ouvertures, mais ce module est indpendant du modle 3D : il est ncessaire de modliser la

paroi et son ouverture, puis dy appliquer manuellement les charges.


La Figure 2.6 prsente un rcapitulatif des diffrentes possibilits offertes par chaque module du

logiciel Cedrus, ainsi que les charges prises en compte.

Module Module

de base

Option G

Charges

verticales

Option H

Charges

horizontales

Option D

Dynamique

Option S

Parois

Modle

Dalle modle Dalle encastre Paroi Modle en barres (3D)

Charges prises en compte

Charges verticales - de ltage 19 - des tages suprieurs Charges horizontales - vent - sisme

Rsultats

Descente de charges Charges en tte de mur Charges en pied de mur

Dalles Dformes Moments Tranchants Armatures

Murs Dformes Moments Tranchants Armatures

Figure 2.6 : Rcapitulatif des principaux modules du logiciel Cedrus, et de leurs possibilits

3. LES MURS EN DRAPEAUX : UNE MODELISATION

PROBLEMATIQUE

3.1. LE CAS DES MURS EN DRAPEAUX

Les faades des tages suprieurs sont porteuses. Cependant, les murs de faade du rez-de-chausse

sont dcals denviron 1,50 m lintrieur par rapport aux faades des tages, et les murs de faade

des tages ne reposent sur aucun mur. Bien que les faades des tages ne reposent pas directement

sur des murs, les charges des faades ne sont pas transmises la dalle, mais sont reprises par les

lames20, qui viennent sappuyer sur les murs de faade du rez-de-chausse.

19 Les charges verticales sont introduire manuellement par lutilisateur. 20 Elment perpendiculaire au mur de faade, servant transmettre les charges.


Le principe de la descente de charges des murs de faade des tages est illustr Figure 2.7 (les murs

de faade des tages sont reprsents par des murs pleins21).

Figure 2.7 : Principe de la descente de charges des faades des tages au niveau de la dalle haute du rez-de-

chausse

Sur ce schma, les bielles de compression qui se crent dans les murs de faade des tages sont

reprsentes en bleu : les efforts vont transiter en direction des lames, qui servent dappuis indirects

aux faades. La prsence de baies telles que des fentres dans ces murs aura comme unique

consquence de dvier les bielles de compression. Cependant, la dimension de ces baies ne pose pas

problme, puisque des bielles de compression peuvent nanmoins se crer.

Les efforts vont se concentrer au bas des lames : il faudra alors les remonter laide darmatures.

Ces-dernires serviront en effet remonter les forces situes en bas de la lame jusquau sommet de

celle-ci, do de nouvelles bielles de compression pourront se crer dans la lame, en direction de

lappui. Les armatures remontant les charges sont reprsentes en rouge sur le schma.

Des bielles de compression vont de nouveau se crer dans la lame : ces-dernires vont permettre de

transmettre les efforts des murs de faade, mais aussi les efforts repris par la lame directement. De

cette manire, les efforts vont tre transmis aux murs de faade du rez-de-chausse. Ces bielles de

compression sont galement reprsentes en bleu sur le schma.

21 Le principe de fonctionnement dun mur plein et dun mur comprenant des ouvertures est similaire.


Les efforts des murs de faade des tages ont t transmis aux murs de faade du rez-de-chausse,

qui vont les transmettre leur tour aux murs du sous-sol et aux fondations. Ces forces dans les

faades du rez-de-chausse sont reprsentes en vert sur le schma.

Ce comportement est rendu possible par lutilisation de murs en drapeaux , dont le

fonctionnement est bien particulier (voir Figure 2.8). En effet, de tels murs ne sont appuys quen un

point : tous les efforts doivent donc converger vers ce point. Pour cette raison, il est ncessaire de

remonter les charges aux extrmits. Ainsi, les bielles de compression peuvent se crer depuis le

haut du mur jusquau point dappui.

Les armatures servant remonter les charges sont reprsentes en rouge sur le schma, les bielles

de compression en bleu.

Figure 2.8 : Principe de fonctionnement dun mur en drapeau (lame du btiment EMS)

Cependant, il ne faut pas oublier que ces murs en drapeaux servent aussi dappuis indirects aux

faades des tages : par consquent, des efforts importants viennent sappliquer sur larrte avant du

mur. Ces efforts sont reprsents par trois flches bleues le long de la faade sur le schma. Il faut

donc imprativement remonter ces efforts, de mme que les efforts appliqus directement par les

dalles sur le mur en drapeau.

Ces efforts importants ont aussi tendance vouloir faire pivoter le mur autour de son axe dappui,

mais cette rotation est empche par les dalles : en effet, la rotation est bloque par des efforts de

traction dvelopps dans la dalle (reprsents en vert sur le schma). Ce mur ne tournera donc pas

autour de laxe dappui.

Enfin, comme tous ces efforts se concentrent en un seul point, il est important de sassurer que la

contrainte en ce point ne soit pas trop importante, et ne provoque pas de ruine du bton. Afin de

rduire la contrainte, effort appliqu fixe, il faut augmenter la surface dappui : cest pour cette


raison que les murs du rez-de-chausse mesurent 22 cm dpaisseur, et quun sommier de 80 cm de

large et 26 cm de haut est projet sous la dalle haute du rez-de-chausse.

Le fonctionnement mme de ce sommier est assimilable celui dun champignon : la surface tant

augmente la transition entre le mur et la dalle, la contrainte est localement moins leve, et

permet de mieux transmettre les efforts au voile. Dun point de vue purement statique, une forme

conique centre sur lintersection des deux murs est suffisante, mais cette dernire est plus

complique raliser. Comme le sommier est dans le faux-plafond, il a t choisi de mettre en

uvre un sommier rectangulaire.

3.2. LES RESULTATS DE LA MODELISATION

Le fonctionnement statique des lames rend la rotation de ces-dernires impossible. Par consquent,

cela signifie que les dformations de la dalle haute du rez-de-chausse seront nulles (ou ngligeables

devant les dformations des champs de dalles) au niveau des lames et des murs de faade des tages

suprieurs.

De plus, en appliquant le principe de compatibilit des dformations, il apparait galement que les

murs en drapeaux suspendent la dalle : en effet, si ce ntait pas le cas, la dalle se dformerait, et le

mur ne serait plus en quilibre. Par consquent, le mur en drapeau agit comme un appui pour la dalle,

mais en la suspendant et en faisant remonter les charges via les armatures. La descente de charges

ncessite donc de considrer ces murs (situs ltage suprieur) comme des appuis.

La modlisation sous Cedrus ne peut donc tre considre comme correcte dans le cas o la dalle

haute du rez-de-chausse se dformerait au droit de ces murs, ou si les charges venaient tre

transmises directement aux lments porteurs du rez-de-chausse et non aux lames.

La figure ci-dessous prsente les surfaces dinfluence des lments de faade du rez-de-chausse en

considrant les murs en drapeaux dans la descente de charge, et en ne les considrant pas.

a. Les murs en drapeaux sont considrs comme des

appuis dans la descente de charges

b. Les murs en drapeaux ne sont pas pris en compte

dans la descente de charges

Figure 2.9 : Surfaces dinfluence des lments de faade du rez-de-chausse de lEMS, aile nord-ouest

Il apparait clairement que les zones dinfluence des lments de faade du rez-de-chausse sont trs

diffrentes en considrant ou non la prsence des murs en drapeaux qui suspendent la dalle. De plus,


si les charges des lments de faade des tages ne sont pas remontes au moyen darmatures, les

lments qui ne reprennent pas de lames vont galement se voir attribuer les charges des lments

de faade des tages situs dans la zone dinfluence du mur.

Au vue de cette constatation, il apparait donc facile de vrifier si le modle ralise une descente de

charges semblable au comportement rel du btiment, ou sil ne tient pas compte du fonctionnement

des murs en drapeaux. La figure ci-dessous prsente le rsultat des ractions en tte de murs du rez-

de-chausse, ainsi que la dforme avec une modlisation "classique"22.

a. Ractions en tte de mur lELU, en [KN]

b. Dforme de la dalle lELS, sous

combinaison quasi-permanente, en [mm]

Figure 2.10 : Rsultats de la modlisation "classique" pour la dalle haute du rez-de-chausse du btiment EMS,

aile nord-ouest

Sur cette figure, il apparait clairement que le modle ne tient pas compte des murs en drapeaux : ce

modle ne permet donc pas de calculer de descente de charges, ni de dformes de dalles.

3.3. LES DIFFERENTES PISTES ENVISAGEES

Aprs avoir constat que la modlisation "classique" du btiment ne fonctionnait pas, il a donc t

ncessaire deffectuer des recherches dans la documentation Cubus. Cette-dernire mentionne deux

options qui pourraient tre utilises afin de modliser ces murs en drapeaux :

Modliser des sommiers renverss : laide conseille de modliser des sommiers renverss23

dans le cas de murs reposant gauche et droite sur deux appuis, mais ne reposant pas au

milieu sur un appui. Le sommier renvers est donc un lment qui rigidifie la dalle au droit du

mur situ ltage suprieur, sans toutefois apporter de charge supplmentaire (le poids

propre du sommier renvers est nglig).

En rigidifiant ainsi la dalle, celle-ci ne se dformera pas sous les diffrentes charges

appliques. Pour cela, un sommier de la demi-hauteur du mur doit tre cr. Cependant,

laide mentionne ceci pour un mur appuy sur deux lments, mais ne mentionne pas le cas

des murs en drapeaux.

22 Ce modle est appel "classique" dans le sens o aucune option na t active : le btiment a t modlis

partir des plans, mais sans traiter de manire particulire les murs en drapeaux. 23 Elment rigide qui est orient vers le haut et non le bas, do le terme "renvers".


Figure 2.11 : Modlisation dun mur reposant sur deux appuis laide dun sommier renvers

Aprs avoir test cette modlisation pour les murs en drapeaux, il apparait que les

dformes se rapprochent du comportement rel du btiment : le sommier ayant rigidifi la

dalle, celle-ci ne se dforme que trs faiblement. Nous avons donc cherch augmenter la

rigidit du sommier de manire ce que le modle ne se dforme plus (ou de manire

ngligeable).




Figure 2.12 : Rsultats de la modlisation avec des sommiers renverss (en jaune) de la mme hauteur que les

murs en drapeaux

En modlisant le mur en drapeau par un sommier de la mme hauteur que le mur, les

dformes de la dalle sont cohrentes avec la ralit. Cependant, aprs contrle, il apparait

que les charges ne transitent toujours pas via les lames pour venir sappuyer sur les lments

du rez-de-chausse : les charges en tte de murs ne correspondent pas celles dtermines

manuellement.

Cocher loption Interception : laide conseille dans le cas dlments appuys sur deux

appuis, mais ne reposant pas sur un mur entre, de cocher une option Interception . Cette

dernire permet de faire transiter les efforts vers les deux appuis de manire directe, et de

ne pas charger la dalle. Dans cette partie, laide voque le cas de murs en drapeaux, et

mentionne que cette option permet de raliser une descente de charges cohrente.

De plus, comme la dalle nest pas charge, cette dernire ne va pas se dformer : les

dformations seront donc nulles au droit du mur en drapeau. Cette option parait donc

correspondre ce qui tait recherch de manire pouvoir modliser le btiment de

manire convenable.


Figure 2.13 : Modlisation dun mur reposant sur deux appuis Option Interception ( droite)

Cependant, bien que ceci fonctionne parfaitement pour les lames (lments en drapeaux), les

murs de faades viennent sappuyer sur les lames qui servent donc dappui indirect aux murs

de faade. Or, cet lment ne fonctionne pas du tout : la dalle se dforme au droit des

faades et les charges sont transmises directement aux lments du rez-de-chausse.




Figure 2.14 : Rsultats de la modlisation avec loption Interception

A partir de ces constatations, deux autres ides ont t envisages :

Combiner les deux solutions : puisque les sommiers renverss permettaient dobtenir des

lments de faade et des lames rigides, nous avons donc essay de combiner les deux

solutions. Cependant, cette solution na pas abouti : les sommiers renverss combins

loption Interception ont aboutis aux mmes rsultats que la modlisation avec

uniquement les sommiers renverss.

Modliser les murs en drapeaux de ltage suprieur par des murs : puisque les murs en

drapeaux agissent comme des appuis pour la dalle en la suspendant, cet appui est modlis

par un mur sous la dalle. Ce mur empche toute dformation de la dalle au droit des murs

considrs, et les efforts repris par ces murs supplmentaires correspondent aux efforts que

ces murs reprennent en suspendant la dalle.

Par consquent, cette solution permet dobtenir les dformations de la dalle cohrentes avec

le comportement rel de cette-dernire. Cependant, la descente de charges nest pas

correcte.

3.4. LA SOLUTION RETENUE

Puisque les tages ne prsentent pas de particularits, le logiciel de calcul Cedrus ralise la descente

de charges de manire convenable. Le problme se situe au niveau de la dalle haute du rez-de-


chausse : le logiciel ne comprend pas le comportement des murs en drapeaux, et les appuie sur la

dalle. A partir de cette constatation, la descente de charges et ltude des dalles hautes des tages

peuvent donc tre ralises laide du logiciel Cedrus.

Pour ce qui est de la dalle haute du rez-de-chausse, nous avons dcid de modliser des murs

supplmentaires au droit des murs en drapeaux : de cette manire, le comportement de la dalle

correspond au comportement rel de celle-ci, ce qui permet donc dutiliser ce modle pour tudier

la dalle proprement parler.

Concernant la descente de charges, il est cependant ncessaire de sommer les ractions en tte des

murs ajouts la raction en tte du mur o llment en drapeaux viendra prendre appui. De cette

manire, la descente de charges peut partiellement tre effectue laide du logiciel : il suffit de

sommer les charges pour obtenir la descente de charges sur les vrais murs.

Cette solution prsente plusieurs avantages :

Elle permet dtudier la dalle sur rez-de-chausse laide de la modlisation : ceci est

primordial afin de calculer des flches et des moments dans des dalles de gomtries

complexes. En effet, ltude manuelle dune telle dalle savrerait trs complexe mettre en

uvre, et beaucoup trop longue.

Elle permet de minimiser la part de travail effectuer manuellement dans la descente de

charges : en effet, le dcoupage en zones dinfluences de chaque lment est effectu par le

logiciel et non lingnieur, mais en fonction des murs que lingnieur a choisi de modliser.

Lingnieur dcoupe donc la dalle en zones dinfluences sur le principe (en choisissant les

murs modliss), mais le logiciel de calculs effectue cette dmarche longue et fastidieuse, ce

qui fait gagner beaucoup de temps.

4. LA DESCENTE DE CHARGES

Suite la constatation prcdente, nous avons pu raliser la descente de charges pour chaque mur

du rez-de-chausse. Pour ce faire, nous avons suivi la dmarche suivante :

Ajout des murs au niveau de la dalle haute du rez-de-chausse, au droit des murs en drapeaux et faades situes ltage suprieur.

Dcoupage des murs ajouts en fonction des longueurs reprises par chaque mur du rez-de-chausse24.

Calcul des ractions appliques en tte de chaque mur, dues aux charges appliques par la dalle du rez-de-chausse (poids propre, surcharges et charges dexploitation). Pour ce faire, il

est ncessaire de rsoudre la dalle-modle "Dalle sur rez-de-chausse", puis dadditionner les

ractions appliques en tte des murs supplmentaires la raction en tte du mur o

viennent sappuyer les lments en drapeaux.

24 Le fait de modliser deux murs colls lun lautre et non un mur continu ne change rien au modle, mais

permet dobtenir directement la charge qui sapplique sur la longueur de mur souhaite (valeur directement

affiche lcran).





Figure 2.15 : Rsultats de la modlisation avec ajout de murs au rez-de-chausse, au droit des murs en

drapeaux Rsultats de la dalle modle (charges uniquement dues la dalle considre)

Calcul des charges dues aux tages suprieurs qui viennent sappliquer en tte de chaque mur du rez-de-chausse. Pour ce faire, il est ncessaire de calculer la dalle sur premier tage

en dalle encastre25, puis de reprendre le mme principe que prcdemment en additionnant

les charges si ncessaire de manire reporter sur les appuis les charges des faades et

lames.

Calcul des charges totales appliques en tte de chaque lment, lEtat Limite Ultime, par sommation des charges en tte des lments du rez-de-chausse.

Calcul de la charge applique en pied de chaque lment du rez-de-chausse : il est ncessaire dajouter le poids propre de llment.

De manire simplifier lutilisation de ces rsultats, les charges ont t calcules en tant que charges

ponctuelles et linaires26, puis reportes sur un plan du rez-de-chausse avec les porteurs. Lavantage

dune telle solution est quelle savre trs visuelle : il est trs rapidement possible de voir les charges

appliques et de les comparer entre elles.

De manire finaliser la descente de charges, il est ncessaire de calculer les charges appliques en

pied des murs du sous-sol. Pour ce faire, un modle de la dalle haute du sous-sol a t cr, et les

diffrentes charges linaires des murs du rez-de-chausse introduites manuellement en plus des

charges surfaciques appliques la dalle considre. Ceci a alors permis de dterminer les charges

appliques en pied de chaque mur porteur du sous-sol. Il a toutefois t ncessaire de modifier la

combinaison automatique de calcul ELU du logiciel Cedrus27.

Cette descente de charges est prsente en annexe28. Une fois celle-ci acheve, ltude des

fondations des btiments est alors possible.

25 Dalle encastre : dalle calcule en tenant compte des charges appliques par les dalles suprieures. 26 La charge ponctuelle correspond la charge reprise par chaque lment, et est exprime en kilo-Newton. La

charge linaire correspond la charge applique, ramene un mtre de longueur. Cette dernire a galement

t calcule car elle permet de comparer aisment les forces appliques diffrents lments de longueurs

diffrentes. 27 La combinaison automatique ELU (note !ELU) est gnre automatiquement par le logiciel en majorant les

charges en fonction des coefficients en vigueur dans la norme SIA 261 Actions sur les structures porteuses.

Cependant, les ractions des murs tant dj des charges majores par ces coefficients, ce cas de charges doit

donc tre export avec un coefficient de 1,00 pour la gnration des enveloppes lEtat Limite Ultime. 28 Voir Annexe E : Descente de charges des lments porteurs.


Figure 2.16 : Principe de la descente de charges


Chapitre 3 : ETUDE DES

FONDATIONS DES BATIMENTS

1. LE RAPPORT GEOTECHNIQUE

De manire dimensionner les fondations de louvrage, lingnieur se base gnralement sur les

rsultats dessais raliss in-situ par un gotechnicien. Ces essais permettent de dterminer les

diffrentes couches de terrain en place, de mme que leur paisseur et la capacit portante du sol

diffrentes profondeurs.

Pour le projet considr, le rapport gotechnique a t tabli en 2011 par le bureau dtudes

gotechniques De Cerenville. Ce dernier a alors ralis quatre sondages et essais pressiomtriques

aux quatre angles les plus loigns du projet, puis a interpol les rsultats obtenus lensemble du

terrain.

Le rapport gotechnique stipule que le terrain en place est compos dune premire couche

dpaisseur variable de colluvions : ceux-ci prsentent un taux de travail de dimensionnement

relativement faible ( ). Cette couche, dpaisseur variant entre un et trois mtres,

nest donc pas adapte fonder un ouvrage de plusieurs niveaux.

Sous ces colluvions, le terrain en place est compos de dpts glacio-lacustres dont le taux de travail

de dimensionnement diminue avec la profondeur : ce-dernier vaut en sommet de

couche et chute pour une profondeur importante (de lordre de 10 15 mtres). Par consquent, cette couche est adapte une solution de fondations superficielles, puisquelle prsente

des caractristiques mcaniques suffisantes une profondeur relativement faible.

Figure 3.1 : Extrait des coupes gotechniques Rapport gotechnique


Comme le mentionne le rapport gotechnique, les informations extrapoles sont vrifier sur

chantier lors de la phase de terrassement. Or, dans le cas prsent, alors que le rapport gotechnique

prvoyait environ trois mtres de colluvions au droit des Appartements protgs, les fouilles ont

montr que les dpts glacio-lacustres se situaient une profondeur bien moins importante : aprs

peine un mtre de fouille, le sol est dj compos de dpts glacio-lacustres. Cette constatation nous

a donc pousss redessiner les couches gotechniques en fonction des observations faites sur les

lvations des btiments, puis rvaluer le taux de travail de dimensionnement.

Le taux de travail de dimensionnement a ainsi t fix aux valeurs suivantes :

pour les fondations des Appartements protgs. pour les fondations du parking. pour les fondations du sous-sol du btiment EMS.

2. LE DIMENSIONNEMENT DES FONDATIONS

2.1. LE TYPE DE FONDATIONS

A partir de la descente de charges ralise, ainsi que du rapport gotechnique, il est possible de

dimensionner les fondations de louvrage. Dans le cas prsent, le sol en place et le nombre de

porteurs incitent le recours un radier : en effet, le sol est de capacit portante moyenne, et le

nombre de porteurs aurait conduit mettre en uvre un nombre important de fondations

superficielles.

Dans ce cas, le recours un radier est donc plus intressant dun point de vue statique : les

contraintes sont rparties sur des surfaces plus importantes. Mais le radier se justifie galement dun

point de vue conomique : il a un cot moins lev quun nombre important de semelles filantes.

De plus, les sous-sols sont composs de caves, de vestiaires et de locaux techniques, ce qui ncessite

de mettre en uvre une dalle en bton arm : couler cette dalle sur les fondations superficielles

compliquerait la ralisation sans apporter davantages.

2.2. LES SURPROFONDEURS

2.2.1. Pourquoi des surprofondeurs ?

De manire dimensionner le radier, lingnieur doit sassurer que lpaisseur de radier est

suffisante. En effet, chaque mur applique une charge au terrain. Par souci de simplification, il est

suppos que les charges appliques par le mur se rpartissent au droit du mur sur la largeur

ncessaire pour quilibrer leffort29.

Il est important que le radier ne se cisaille pas au droit des murs : en effet, dans le cas dun radier

trop faible, ce-dernier va se cisailler sous les charges appliques. Deux solutions permettent dviter

le cisaillement du radier :

Augmenter larmature longitudinale : cette armature devra galement tre cisaille lors

de la ruine du radier. Or, en augmentant la section des armatures cisailler, la rsistance de

la section augmente. Cette solution prsente linconvnient de faire appel de trs gros

29 Le radier a comme consquence de rpartir les charges. Cependant, dans le cas prsent, il est suppos que

les charges se rpartissent sur la plus petite largeur permettant datteindre lquilibre du systme, sans que la

contrainte au sol ne dpasse le taux de travail de dimensionnement.


diamtres, car laugmentation de la section naugmente que faiblement la rsistance de la

section dans le cas dune section de bton trop sous-dimensionne.

Augmenter la hauteur de bton disponible : par consquent, les efforts vont transiter

directement du mur vers le sol via une diffusion 45 des efforts dans le bton. Lensemble

des charges comprises dans ce cne de diffusion ne cisaillera pas le radier. En augmentant la

hauteur de bton, les efforts se diffusent sur une plus grande zone, ce qui conduit rduire

les efforts sollicitant le radier.

Laugmentation de la hauteur de bton du radier peut se faire pour tout le radier si ncessaire (cas

de radiers trop fins), mais galement localement. Dans ce cas, une surprofondeur vient renforcer

localement le radier, sans toutefois augmenter sa hauteur globale, et donc son volume de bton.

Cette surprofondeur permet donc dviter le cisaillement du radier au droit des murs trs chargs.

2.2.2. Dimensionnement des surprofondeurs

De manire dterminer les zones ncessitant des surprofondeurs, il est donc ncessaire de vrifier

que le mur ne cisaille par le radier. La norme SIA 262 Construction en bton dfinit la valeur de calcul

de la rsistance leffort tranchant comme suit :

Cette valeur de calcul dpend donc de la hauteur statique , du type de bton mis en uvre (via la valeur de calcul de la contrainte limite de cisaillement ) et du coefficient pour la dtermination de la rsistance au cisaillement des dalles . Elle est dtermine dans une section situe du bord dappui ou de la zone dintroduction dune charge concentre, et est comparer la valeur de calcul

de leffort tranchant .

Le coefficient se calcule comme suit :

La valeur du coefficient dpend des dformations attendues. Lorsque larmature de flexion reste dans le domaine lastique, elle vaut :

avec : : valeur de calcul du moment de flexion, par unit de longueur

: valeur de calcul de la rsistance la flexion, par unit de longueur

Par consquent, la valeur de la rsistance au cisaillement du radier dpend de la position du mur : si

le mur est un mur priphrique, sa rsistance sera infrieure celle dun mur intrieur.

2.2.2.1. Cas dun mur priphrique

Dans le cas dun mur priphrique, la raction du sol va squilibrer de manire non symtrique par

rapport au mur (voir Figure 3.2) : par consquent, le systme isol nest pas lquilibre. Pour la

dtermination du moment dans la section de contrle, il est suppos que le moment soit quilibr

par le reste du radier : ceci conduit surestimer le moment dans la section de contrle par rapport

la ralit.


Figure 3.2 : Rpartition de la contrainte au sol et diagramme des moments dans le cas dun mur priphrique

A partir de cette hypothse et du diagramme des moments en rsultant, la dtermination de la

valeur de calcul de la rsistance leffort tranchant se fait comme suit :

Enrobage : 30 mm

Armature minimale de non-fissuration : 12-14 s = 150 mm

Bton C25/30 :

(

)

(

)

La raction du sol situe dans le cne de diffusion 45 des efforts dans le bton peut tre nglige

pour le calcul de la valeur de calcul de leffort tranchant : en effet, elle ne participera pas au cisaillement du radier (voir Figure 3.3).


Figure 3.3 : Charges prises en compte pour la dtermination de la valeur de calcul de leffort tranchant

Ceci conduit donc dterminer la valeur de calcul de leffort tranchant comme suit :

( ) (

) [ ]

Or, la scurit structurale est vrifie si : . Ceci conduit dterminer la charge maximale admissible par le radier sans surprofondeur, et sans risque de poinonnement.

Pour le radier des Appartements protgs, la charge linaire maximale admissible sans risque de

cisaillement vaut .

Vrification :

(

)

(

)

2.2.2.2. Cas dun mur intrieur

Dans le cas dun mur intrieur, le systme est lquilibre : la raction du sol est centre par rapport

au mur (voir Figure 3.4). La dtermination de la valeur de calcul de la rsistance leffort tranchant

est alors possible. Suivant la mme logique que prcdemment, la charge linaire maximale admissible

sans risque de cisaillement vaut pour le radier des Appartements protgs.


Figure 3.4 : Rpartition de la contrainte au sol et diagramme des moments dans le cas dun mur intrieur

Vrification :

(

)

(

)

2.2.2.3. Les surprofondeurs

Aprs avoir dtermin la charge maximale admissible par le radier afin de garantir le non-cisaillement,

il est ncessaire de dimensionner les surprofondeurs des murs transmettant des charges plus

importantes. Il faut cependant noter que pour les murs formant un T, si lun des murs prsente une


charge linaire suprieure celle admissible sans surprofondeur, les charges vont galement se

diffuser dans les autres murs, et le recours une surprofondeur nest pas forcment ncessaire.

Cas du btiment D Appartements protgs :

Pour le radier des Appartements protgs, seul un mur de faade ncessite une surprofondeur. Ceci

sexplique par le fait que ce mur de faade au niveau du sous-sol est en ralit un mur intrieur dans

les tages (sous-sol partiel). De plus, la position des porteurs dans les tages conduisent charger

particulirement ce mur. Le radier doit donc tre renforc au droit de ce mur.

La note de calculs dterminant les dimensions de cette surprofondeur est prsente en annexe30.

Suite la dtermination des dimensions de cette surprofondeur, le plan de coffrage du radier du

sous-sol peut tre finalis, puis transmis larchitecte pour Approbation31. Cependant, comme le

btiment sera "Label Minergie Eco"32, les dimensions des surprofondeurs sont contrles par le

bureau dtudes thermique, qui indique si des mesures disolation particulires sont prendre afin

dviter un pont de froid.

Cas du btiment A EMS :

Pour le radier de lEMS, quatre murs ncessitent le recours une surprofondeur. Ces murs sont

particulirement chargs cause de la disposition des lments porteurs dans les tages. La note de

calculs dterminant les dimensions de ces surprofondeurs est prsente en annexe33.

3. LE FERRAILLAGE DU RADIER

3.1. LES PRINCIPALES SOLUTIONS POUR FERRAILLER UN RADIER

Une fois le coffrage du radier dtermin, il est ncessaire de ferrailler ce-dernier. Pour cela, il est

ncessaire de dterminer les efforts dans le radier : lingnieur dispose alors de deux solutions afin

de dterminer ces efforts.

3.1.1. Modliser le radier et linteraction sol-structure

La raideur du sol est prendre en compte dans le calcul dun radier : en effet le sol va se tasser, et la

diffrence de raideur du sol par rapport celle de la structure va conduire une redistribution des

30 Voir Annexe F : Surprofondeurs du radier du sous-sol des Appartements protgs (btiment D) - Note de

calculs et schmas. 31 Larchitecte approuve les plans de coffrage avant que ces derniers ne soient transmis lentreprise pour

Excution. Ceci permet de faire valider la position des murs porteurs et des ouvertures, tout comme les

hauteurs dlments. Cependant, larchitecte ne valide pas les dimensions des lments structurels : lingnieur

est responsable des armatures, listes de fers et des calculs statiques. Par consquent, la surprofondeur nest pas

valide par larchitecte. 32 Le "Label Minergie Eco" est un label suisse certifiant les caractristiques thermiques des btiments. Ce label

est quivalent au label "Btiment Basse Consommation" en France, mais intgre galement une partie cologie :

les matriaux mis en uvre entrent galement en ligne de compte (par exemple, emploi de btons recycls

quand cela est possible, ) 33 Voir Annexe G : Surprofondeurs du radier du sous-sol de lEMS (btiment A) - Note de calculs et schmas.


efforts dans le radier. Il est donc ncessaire de tenir compte de linteraction sol-structure dans le

dimensionnement du radier.

Dans ce cas, lingnieur modlise le sol par des ressorts sur lesquels viennent sappuyer le radier. Les

murs appliquent des charges linaires au radier, et les ressorts vont se dformer. De cette manire,

les tassements du sol sous les charges sont pris en compte, et la distribution des efforts est

relativement proche de la ralit.

Le principal dfaut de cette solution rside dans la dtermination des constantes de raideurs des

ressorts. En effet, les constantes de raideurs auront une grande influence sur la distribution des

efforts et donc sur larmature du radier. Or, la dtermination de ces constantes de raideurs est trs

dlicate, et peu prcise.

Lautre inconvnient de cette solution est quelle ncessite le recours un logiciel spcialis dans les

interactions sol-structure (tel que le logiciel ZSoil par exemple, dvelopp par la socit suisse Zace

Services Ltd.), car les logiciels de calculs couramment utiliss ne grent pas de manire convenable de

tels calculs.

3.1.2. Modliser le radier comme une dalle inverse

Lautre solution dont dispose lingnieur est de modliser le radier comme une dalle classique, puis

dy appliquer les ractions du sol. Ces charges peuvent galement tre accompagnes de charges de

surpressions dans le cas o leau risque de faire soulever le radier34. Lingnieur cre en ralit un

modle invers du radier : les charges sont appliques sur la face suprieure du radier dans le

modle, et orientes vers le bas (voir Figure 3.5).

Figure 3.5 : Modlisation du radier laide dun modle en dalle inverse ( droite)

De cette manire, les sections darmatures peuvent tre dtermines laide dun logiciel de calcul

classique, tel que Cedrus. En effet, le calcul revient modliser le radier comme une dalle, et y

appliquer des charges. Il suffira dinverser les nappes suprieures et infrieures pour tenir compte du

radier invers.

Cette solution revient supposer que les tassements du sol seront uniformes en tout point : cette

hypothse est fausse, cependant la redistribution des efforts dans le radier conduira des efforts

relativement proches de ceux dtermins en adoptant cette hypothse simplificatrice.

34 Dans le cas prsent, un systme de drainage permet de rcolter leau qui pourrait se mettre en surpression

sous les radiers des btiments. Ces drains sont disposs dans la couche de Misapor, qui sert disolant thermique

et remplace les boulets drainants.


3.2. CALCUL DES EFFORTS DANS LE RADIER

Dans notre cas, le recours au logiciel ZSoil ne se justifie pas : ce-dernier est trop complexe et

ncessite de connaitre avec prcision les paramtres du sol pour tre prcis. Or, il apparait

clairement que le rapport gotechnique ne reflte pas de manire fidle les caractristiques du sol en

place. Par consquent, le recours au module dlasticit du sol conduirait une redistribution

defforts par forcment en accord avec la ralit.

Lutilisation du modle en dalle invers savre donc bien plus simple, et permet dobtenir pour de

tels btiments une prcision suffisante pour le calcul des moments de flexion dans le radier. Par

consquent, il a t ncessaire de modliser le radier du sous-sol sous Cedrus, puis dy appliquer les

ractions dappui (comme indiqu Figure 3.5).

Il faut toutefois noter que le logiciel peut afficher des pics de moments dans les angles du radier, ainsi

que dans les angles des ouvertures. Ces pics sont bien plus importants que ceux qui se

dvelopperont en ralit en ces points : ils sont dus une divergence ponctuelle du modle lors de la

prise en compte de la torsion.

3.3. DETERMINATION DE LARMATURE NECESSAIRE

Larmature ncessaire se dduit du moment de flexion en tout point du radier, pour la nappe

considre. En effet, il est ncessaire que la valeur de calcul du moment de flexion soit en tout point

infrieure la rsistance maximale la flexion, ce qui permet dcrire :

Une fois les enrobages renseigns dans le logiciel Cedrus, ce-dernier est alors capable de convertir

les moments de flexion en sections darmatures ncessaires pour la dalle. Il faut toutefois noter que

lenrobage renseigner correspond en ralit la distance sparant le centre de gravit de

larmature considre du bord de la dalle (voir Figure 3.6).

Figure 3.6 : Dfinition de lenrobage pour chaque nappe sous Cedrus

Le travail de lingnieur consiste ensuite convertir ces courbes disovaleurs de sections darmatures

en schmas darmatures. En effet, lingnieur va dterminer partir de ces rsultats les zones o


larmature doit tre renforce, et les zones o larmat

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