Implantation d'une bâtisse de la chaine de restauration rapide ...

JPM Structures Département des Sciences Appliquées

Module d’ingénierie

Implantation d’une bâtisse de la chaine de restauration rapide Boston Pizza

Conception effectué par : Jean-Philippe Perron

Danny Bolduc

Chargé de cours : M. Denis Gagnon ing.

Date de remise : 16 mai 2012

Université du Québec à Chicoutimi



Projet de conception P a g e | 1

Approbation du rapport d’étape pour diffusion

Nom du conseiller : Denis Gagnon

Date

Signature




RESUME

# Projet : 2012-302

Titre du projet : Implantation d'une bâtisse d'une chaîne de

restauration rapide

Résumé de la problématique et objectif :

Dans le cadre du projet synthèse de baccalauréat en génie civil, nous avons soumis l’idée de

faire un restaurant d’un étage dans le secteur Jonquière voisin du Potvin-Bouchard sur le

boulevard René-Lévesque à Ville-Saguenay. L’objectif est de concevoir une bâtisse d’un étage et

ses composantes structurales ainsi que ses assemblages de façon à ce qu’elle respecte les

normes du code national du bâtiment 2005, soit celui en vigueur. Il faut noter qu’il s’agit d’un

projet fictif.

Résumé du travail réalisé :

Au départ, un échéancier précis a été déterminé en équipe avec l’aide de notre conseiller

pour réaliser ce projet d’une durée de 19 semaines. Ensuite, la documentation disponible au

tout début du projet était insuffisante pour démarrer le projet sur des bases solides. Il

manquait les plans d’architectures permettant de savoir le positionnement des poteaux et des

poutres dans la bâtisse. Après recherches, les documents ont été rendus disponibles grâce à la

collaboration d’un employé de la Ville de Québec et à l’interne chez Boston Pizza Canada.

Ensuite, selon les dimensions obtenues sur les plans de la bâtisse, il a été possible de calculer

les charges météorologiques s’appliquant à notre bâtisse selon le code national du bâtiment

2005. Par la suite, le calcul des aires tributaires a permis d’attribuer une force correspondante à

chaque élément de structure. Le dimensionnement des éléments, des assemblages et du

système de fondations fut l’étape subséquente. Le dimensionnement de la charpente d’acier

fût réalisé en deux volets, la première avec des profilés standard disponible dans le ‘Hand Book

of Steel’ et le deuxième, avec un système de poutrelles crée par la compagnie CANAM.

Finalement, le dimensionnement du pavage et de la fondation du stationnement a été effectué.




Résumé des conclusions :

Le système structural de la bâtisse est basé sur le principe que les poteaux sont rotulés-rotulés

à leurs extrémités ce qui permet de ne pas transférer les moments aux poteaux comme dans un

cadre rigide par exemple. Le dimensionnement de chaque élément s’est fait dans une optique

d’ingénierie économique, tout en respectant les normes en vigueur.




REMERCIEMENTS

Des remerciements sont offerts à monsieur Denis Gagnon, qui nous donner des précieux

conseils tout au long de la session. De plus, nous voudrions remercier monsieur, Naddi Faddoul,

responsable de la section construction chez Boston qui nous a fourni les plans et dimensions

d’un restaurant Boston Pizza type comme dans notre projet. De plus nous aimerions remercier

monsieur GL, qui nous a fourni les plans d’architecte d’un restaurant Boston Pizza construit au

Québec.

Sincères remerciements à tous.




TABLE DES MATIERES

RESUME ......................................................................................................................................................................... 2

REMERCIEMENTS ........................................................................................................................................................... 4

1 - INTRODUCTION .................................................................................................................................................. 8

1.1 CONTEXTE .................................................................................................................................................................. 9

2 – PRESENTATION DU PROJET .............................................................................................................................. 12

2.1 – DESCRIPTION DE L’ENTREPRISE .................................................................................................................................. 12

2.2 – DESCRIPTION DE L’EQUIPE DE TRAVAIL ......................................................................................................................... 12

2.3 – PROBLEMATIQUE ET ETAT DE L’ART RELIES AU PROJET ..................................................................................................... 13

2.3.1 Recherche bibliographique .......................................................................................................................... 15

2.3.2 Méthodologie utilisée ................................................................................................................................. 16

2.4 OBJECTIFS GENERAUX ET SPECIFIQUES DU PROJET ............................................................................................................. 17

3 ASPECTS TECHNIQUES ET ELEMENTS DE CONCEPTION RELATIFS AU PROJET ...................................................... 18

3.1 CALCUL DES CHARGES METEOROLOGIQUES ..................................................................................................................... 18

3.1.1 Calcul des charges de neige et de pluie pour le toit inférieur ...................................................................... 18

3.1.2 Calcul de de la charge de vent..................................................................................................................... 21

3.1.3 Calcul des effets d’un séisme par la méthode de la force statique équivalente .......................................... 22

3.2 CALCUL DU SYSTEME DE CONTREVENTEMENT .................................................................................................................. 25

3.2.1 Conception des HSS ..................................................................................................................................... 27

3.2.2 Dimensionnement des goussets .................................................................................................................. 28

3.2.3 Contreventements sur la façade avant ....................................................................................................... 30

3.2.4 Assemblage des pieds de poteaux .............................................................................................................. 32

3.3 CONCEPTION DE L’AIRE DE STATIONNEMENT ................................................................................................................... 35

3.3.1 Choix du pavage .......................................................................................................................................... 35

3.3.2 Réseau de drainage du stationnement ....................................................................................................... 37

3.4 DIMENSIONNEMENT DE LA CHARPENTE D’ACIER ............................................................................................................... 38

3.4.1 Choix du pontage métallique ...................................................................................................................... 38

3.4.2 Dimensionnement du toit supérieur ............................................................................................................ 39

3.4.3 Dimensionnement du toit inférieur ............................................................................................................. 47

3.4.4 Dimensionnement du toit inférieur avec poutrelles .................................................................................... 54

3.5 DIMENSIONNEMENT DU SYSTEME DE FONDATIONS ........................................................................................................... 54

4 – BILAN DES ACTIVITES ....................................................................................................................................... 56

4.1 – ARRIMAGE FORMATION PRATIQUE/UNIVERSITAIRE ........................................................................................................ 56




4.2 – TRAVAIL D’EQUIPE................................................................................................................................................... 56

4.3 – RESPECT DE L’ECHEANCIER ........................................................................................................................................ 57

4.4 – ANALYSE ET DISCUSSIONS ......................................................................................................................................... 58

5 – CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS ........................................................................................................... 60

6 – BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................................................ 62

7 - ANNEXE ............................................................................................................................................................ 63




TABLE DES FIGURES ET DES TABLEAUX

FIGURE 1 EMPLACEMENT DU SITE CHOISI ........................................................................................................................................ 9

FIGURE 2: VUE SATELLITE DE L'EMPLACEMENT CHOISI ..................................................................................................................... 10

FIGURE 3 : CHARGES DE NEIGE CREE PAR LE TOIT EN CONTREBAS ....................................................................................................... 21

FIGURE 4 : DISPOSITION DES CONTREVENTEMENTS ......................................................................................................................... 25

FIGURE 5 : DIMENSIONS DU SYSTEME DE CONTREVENTEMENT .......................................................................................................... 26

FIGURE 6 : SYSTEME DE CONTREVENTEMENT ................................................................................................................................. 29

FIGURE 7 : CONTREVENTEMENT DE LA FAÇADE AVANT DU RESTAURANT .............................................................................................. 30

FIGURE 8 : RUPTURE PAR DECHIREMENT....................................................................................................................................... 32

FIGURE 9 : PLAN DU STATIONNEMENT BOSTON PIZZA ..................................................................................................................... 36

FIGURE 10 : ÉCOULEMENT DE L'EAU ET DISPOSITION DES PUISARDS ................................................................................................... 37

FIGURE 11 : DIMENSIONS DU TOIT SUPERIEUR ............................................................................................................................... 39

FIGURE 12 : SYSTEME DE RETENUE DU PORTE-A-FAUX ..................................................................................................................... 43

FIGURE 13 : DIMENSIONS DU TOIT INFERIEUR ................................................................................................................................ 47

FIGURE 14 : REPRESENTATION DES DIMENSIONS DU SYSTEME DE FONDATIONS..................................................................................... 55

TABLEAU 1 : COMBINAISON DE CHARGE SELON LE CNBC 2005 ........................................................................................................ 14

TABLEAU 2 :ESPACEMENT DES POUTRELLES ................................................................................................................................... 38

TABLEAU 3: CHARGES PONDERES ET DE SERVICE ............................................................................................................................. 39

TABLEAU 4 : PRINCIPAUX RESULTATS OBTENUS .............................................................................................................................. 58




1 - INTRODUCTION

Notre client, un important homme d’affaire de la région de Montréal donc le nom ne sera pas

dévoilé, nous a confié un contrat de type clés en main, pour l’implantation d’une bâtisse de la

chaîne de restauration rapide Boston Pizza dans la ville de Jonquière dans la région du Saguenay Lac

St-Jean. Détenteurs de plusieurs franchises au Québec, il désire crée un nouveau concept pour son

nouveau restaurant à partir des plans d’architectures existants fournis par Boston Pizza Canada.

Les bâtiments à aire ouvert étant la grande tendance c’est temps-ci, notre client se base sur

cette tendance en vue d’offrir un maximum d’espace pour accueillir ses clients et leurs offrir une

vue sur l’un des projecteurs ou télévisions sans être obstruées par les poteaux centrales. L’espace

étant également restreinte au niveau de la cuisine dans ses autres restaurants, il envisage la

possibilité d’une fondation permettant la création d’un sous-sol pour les aliments réfrigérés au lieu

d’un radier, soit une dalle armé sur sol avec un treillis ayant six pouces d’épaisseur.

On s’engage donc à lui concevoir un système structural en acier efficace et économique capable

de résister aux charges émises par les conditions climatiques de l’endroit en plus d’un

stationnement permettant d’accueillir une clientèle de deux-cent-soixante-quinze personnes. La

conception devra inclure le dimensionnement de la fondation, des poutres, colonnes,

contreventements, assemblages soudés et boulonnées ainsi que qu’un schéma illustrant

l’orientation et dispositions des membrures d’acier.

En plus de ses services, nous créerons un échéancier permettant la réalisation des travaux de

mai à la fin septembre et assurerons le suivi des travaux et le contrôle qualité auprès de

l’entrepreneur.




1.1 Contexte

La localisation du bâtiment accueillant le restaurant Boston Pizza va être située sur le boulevard

René-Lévesque à Jonquière, voisin du Potvin-Bouchard, sur l’un des terrains appartenant à

Développement Commercial BOUSIX inc. Le terrain choisi par notre client est celui ayant la notation

J avec un espace de . Au besoin, il y a possibilité d’empiéter sur le terrain I avoisinant

afin d’aller chercher l’espace supplémentaire requis pour ce projet moyennant les frais demandés

par le promoteur du développement. Les deux figures suivantes montrent l’emplacement

spécifique et relatif du terrain.

Figure 1 Emplacement du site choisi




Figure 2: Vue satellite de l'emplacement choisi

Les dimensions du bâtiment sont de de largueur par et de profondeur auquel on

soustrait un rectangle de et

de largueur et et

de profondeur sur la partie

arrière gauche tel qu’illustré à la figure 2. L’aire approximative total du bâtiment est de et

permet d’accueillir 192 clients donc 126 dans la partie restaurant et 66 dans la partie bar. L’été, la

terrace permet l’ajout de 83 places supplémentaire. Les modifications apportées à la structure

permettront de rajouter un nombre de places encore indéterminées en plus d’un aspect esthétique

et pratique. La face du bâtiment donnera vue sur le boulevard René-Lévesque ainsi l’entrée et la

sortie pour accéder au stationnement seront établie sur ce boulevard.




Le terrain choisi par notre client est situé dans une zone urbaine à proximité des autoroutes

et des quartiers résidentiels. Le terrain est à découvert en raison de l’absence de forêts et de haut

bâtiment et est situé sur d’anciennes terres agricoles. Afin d’avoir l’élévation souhaité, le terrain est

remplis avec de la terre de remplissage donc on ignore la provenance. Il nous a d’ailleurs été

impossible de déterminer la capacité portante du sol jusqu’à ce jour. À des fins éducatives, nous

poserons donc une capacité portante du sol en place égale à jusqu’à preuve du contraire.

En ce qui a trait au réseau de distribution, tous les services sont déjà mis en place sur le site

et nécessiteront aucune intervention autre que celle des employés de la ville lors du branchement

du réseau sur le bâtiment.

Figure 3:Vue en élévation du bâtiment et stationnement




2 – PRESENTATION DU PROJET

2.1 – Description de l’entreprise

La compagnie Boston Pizza est une entreprise œuvrant dans le domaine de la restauration

depuis 1968. En pleine expansion, la compagnie cherche toujours des occasions d’affaires partout

au Canada. Une liste de villes a été ciblée pour un franchisage éventuel et la ville de Saguenay fait

partie de ces villes. Ces données sont disponibles sur le site internet de la compagnie. D’autres

données comme les plans et les dimensions type du restaurant sont disponibles sur leur site

internet. Bien que ce projet soit un projet fictif, une collaboration continue a été faite avec

monsieur Naddi Faddoul, responsable de la section construction pour Boston Pizza.

L’idée de faire la conception de la construction du Boston Pizza est relative, entres autres à la

disponibilité d’information.

2.2 – Description de l’équipe de travail

L’équipe de travail est composé de deux finissants en génie civil, soit Danny Bolduc et Jean-

Philippe Perron. L’expérience de travail de M. Bolduc se situe principalement dans le domaine du

génie municipal, ayant fait un stage au Ministère de la sécurité publique, section municipalité. De

plus, il travaille actuellement au sein d’une autorité publique dans le domaine du génie routier.

Pour ce qui est de monsieur Perron, il a fait un stage chez Hatch et, après ces études, il continuera

de travailler sur ce projet dans le domaine de la construction.

Le conseiller de ce projet, est monsieur Denis Gagnon, professeur à l’UQAC. Il a collaboré sur ce

projet à la l’organisation du travail, la limitation du projet ainsi qu’à un encadrement efficace tout

au long de la session.




2.3 – Problématique et état de l’art reliés au projet

Dans le cadre de notre projet synthèse, nous avons soumis l’idée de faire un restaurant d’un

étage dans le secteur Jonquière voisin du Potvin-Bouchard sur le boulevard René-Lévesque. Des

études ont déjà été effectuées par le groupe Boston Pizza et ils ont ciblés différentes ville au

Canada pour de possibles implantations de franchise. Les sites potentiels doivent répondre à

quelques critères imposés par la compagnie pour qu’elle soit rentable. Il faut notamment que le site

ait une forte visibilité, que ce soit un centre régional près des grosses artères, de la visibilité et la

possibilité d’un développement immobilier futur à proximité. La ville de Saguenay fait partie de

cette liste établit par la compagnie. Nous avons donc un site potentiel pour eux et avec la

conception de cet ouvrage nous serions en mesure d’évaluer le coût de la construction. Ce secteur

étant en pleine expansion, nous allons dimensionner cette bâtisse ainsi que la fondation et l’espace

de stationnement de celle-ci selon les plans d’architecture disponible sur le site de la compagnie.

Les plans d’architecture n’étant pas complet nous avons en notre disposition d’autres données pour

nous guider dans notre conception telle que le nombre d’espace de stationnement nécessaire,

l’aire du terrain et le nombre de place dans le restaurant.

La première problématique a été de trouvé un site convenable qui répondent aux critères posés par

la compagnie Boston Pizza énumérés ci-haut. Le site choisis convient à ces critères. Ensuite, la

recherche de documentation sur le sujet est une étape importante à notre projet étant donné qu’il

s’agit d’un projet dont les promoteurs sont monsieur Perron et Bolduc, étudiant à l’UQAC. Les

données ne viennent pas de l’extérieur et ne sont pas disponible au début du projet. Une fois les

dimensions, de la structure établit, il a fallu analyser les cinq cas de chargements du CNBC 2005

pour ainsi trouver nos charges de conceptions. Les cinq cas sont reliés au données météorologiques

de la ville concernée par le projet et se divise en charges; charges vives (L), charges morte(D),

charges de neige (S), charge de tremblement de terre (E) et charge vent (W). Les 5 cas de

chargement sont illustrés au tableau suivant, pris dans le CNBC 2005 :




Tableau 1 : Combinaison de charge selon le CNBC 2005

Les étapes subséquentes relève de dimensionner les éléments de structure nécessaires à la

construction de la bâtisse, soumise à la pire combinaison possible des cinq conditions illustrées

dans le tableau 1 pour qu’ils résistent à l’effort ultime calculé selon le tableau précédent. Ainsi, les

poutres, poteaux, contreventement, éléments de fondations, doivent respecter la résistance aux

états limites ultimes.

Il fut pour nous, impossible de réaliser une étude de sol sur le site choisit. Il a fallu travailler avec

des données manquantes. Dans cette optique, il a été convenu, avec l’approbation du conseiller

que le sol utilisé pour la conception serait de l’argile avec une capacité portante de 100 kPa. Ces

données reflètent environ les conditions présentes au site choisis selon notre conseiller. Il est

important de mentionné qu’il s’agit d’une hypothèse qui n’a pas été vérifié et que le sol pourrait

avoir une autre nature ou une autre capacité portante.




2.3.1 Recherche bibliographique

Tout d’abord, il faut savoir que les plans que nous avions en notre possession au début du projet

étaient des plans d’architectes et n’était pas complet pour le cadre de notre projet. Donc, après

recherche, voici la liste des documents que nous avons à notre disposition autre que ceux utilisé

durant notre formation :

Plans du restaurant Boston Pizza construit à Beauport en 2005, incluant la disposition des

poutres et des poteaux

3 plans de façade du restaurant

Catalogues de poutrelles et de tablier métallique de la compagnie Canam

L’approche que nous avons utilisée pour obtenir l’information dont il nous manquait est très

simple. Nous avons fait des recherches et des téléphones à des personnes ressources et nous leur

avons demandé s’il était possible d’avoir les documents requis. Ainsi, nous avons contacté le

responsable du domaine de la construction des bâtiments Boston Pizza et il nous a fourni les 3 plans

de façade du restaurant ainsi qu’un plan du rez-de-chaussée. Nous avons aussi contacté une

connaissance que nous savions inspecteur municipal dans la ville de Québec et il a pu nous sortir

des plans qui nous montrait la disposition des poutres et des poteaux dans la bâtisse. Pour ce qui

est des catalogues Canam, ils sont disponibles sur leur site web personnel, nous avons créé un profil

étudiant sur leur page et nous avons alors accès à toutes leurs publications et catalogues.




2.3.2 Méthodologie utilisée

La méthodologie utilisé dans notre projet est fort simple et s’inspire de la démarche

scientifique. La première étape que nous avons faite est de formuler la problématique et identifier

les questions auxquelles nous devions répondre. Pour se faire, nous avons fait appel à notre

conseiller, monsieur Denis Gagnon, et il a nous avons pu cibler, avec son aide, l’envergure de notre

projet. Ensuite, nous avons fait une recherche bibliographique, nous permettant d’avoir en notre

possession toute la documentation requise au bon cheminement de notre projet. Nous avons donc

utilisés toutes ressources utiles à notre projet à la bibliothèque ainsi que d’autres sources comme

internet et des collègues travaillant dans le milieu.

La recherche bibliographique nous a permis d’avoir une base solide pour démarrer le calcul des

charges s’appliquant à notre bâtisse. C’est avec le code national du bâtiment (CNBC 2005) que nous

avons travaillé. Ensuite, il faut déterminer l’axe de la structure nous permettant d’optimiser celle-ci.

Nous ferons ensuite, le calcul des membrures à l’aide du Handbook of Steel Construction ainsi qu’à

l’aide des catalogues Canam. Pour nous aider et comparer parallèlement à notre conception, nous

allons dessiner notre structure dans deux systèmes d’analyse informatique soit SAP 2000 ainsi que

le logiciel d’analyse SolidWorks. Quand nous serons de quelle manière la structure se comporte

ainsi que des contraintes qui sont présentes dans les membrures sans oublier les flèches dans les

membrures. Nous nous ajusterons par la suite pour que les membrures choisies correspondent aux

normes établies dans le CNBC 2005. Ensuite, une fois que nous allons savoir la charge qui se

transmet à la fondation, nous pourrons dimensionner celle-ci. Le dimensionnement des

assemblages dans les membrures d’acier se fera après cette étape. Finalement, nous nous

attarderons au dimensionnement du stationnement sera la dernière étape du projet.




2.4 Objectifs généraux et spécifiques du projet

L’objectif donné au début de la session consistait à dimensionner la structure d’un restaurant

Boston Pizza permettant d’accueillir une clientèle de 198 personnes ainsi que tout l’équipement

requis pour son fonctionnement. Pour ce faire, nous devions déterminer les cas de chargements

critiques et établir une conception satisfaisant aux différentes normes établies dans le code

national du bâtiment 2005 (CNBC). Les assemblages et un système de contreventement permettant

une résistance aux charges latérales était incluse dans cette modélisation.

Les objectifs de départ n’ont pas été changés en cours de route, hormis le fait que nous avons

dimensionné le stationnement ainsi que sa fondation. Les raisons pour laquelle cette modélisation

a été faite sont que cette partie de matière n’avait pas très bien été vue lors du cheminement

académique à l’UQAC et que nous trouvions qu’il s’agissait d’une belle opportunité d’acquérir des

nouvelles connaissances.




3 ASPECTS TECHNIQUES ET ELEMENTS DE CONCEPTION RELATIFS

AU PROJET

3.1 Calcul des charges météorologiques

Les charges de neige, de pluie et de vent sont calculées selon le code national du bâtiment (C.N.B)

et les données climatiques disponible pour la ville de Jonquière. Les formules utilisées sont issue de

la section 4.1.6.4 du C.N.B 2005. Le bâtiment est situé dans la catégorie risque normal.

3.1.1 Calcul des charges de neige et de pluie pour le toit inférieur

Le bâtiment comprend un toit en contrebas avec les mesures suivantes:

4.60 x 9.116 m

Puisque le bâtiment comporte un toit en contrebas, les vents nord-sud et est-ouest peuvent crée

un triangle de neige qui s’étends sur plusieurs mètres. Nous devons donc faire appels à la théorie

sur les chargements de neige partielle du C.N.B pour calculer le coefficient de forme variable :

Is : Coefficient de risque du à la neige

Ss : Pré chargement de neige au sol pour 50 ans

Cb : Coefficient de base de la charge de neige au toit

Cw: Coefficient d’exposition au vent

Cs: Coefficient de pente

Ca: coefficient de forme

Sr : Coefficient dû à la pluie

Pour déterminer la charge de neige admissible, on doit faire les calculs suivants afin de

déterminer le coefficient de forme :

⌈ (

) (

) ⌉

⌈ √

(

)

⌉




Calcul de :

⌈ √

(

)

⌉

⌈ ⌉

⌈ (

) (

) ⌉

⌈ ⌉

[

]

[

]

La charge de neige à l’extrémité du toit est donc égale à :




Direction Est :

Dans cette partie des calculs, nous faisons appel aux dimensions relies au toit inférieur.

La section du toit inférieur est de 4.60 x 19.23 mètres.

⌈ (

) (

) ⌉

⌈ ⌉

La charge de neige à une distance de 5.77m sur cette section du toit est de

Direction Nord-Sud :

La section du toit inférieur est de 12.40 x 4.16 mètres

⌈ (

) (

) ⌉

⌈ ⌉

La charge de neige à une distance de 5.77m sur cette section du toit est de




Figure 4 Charges de neige crée par le toit en contrebas (N-S)

NB : La charge de neige est la même sur l’orientation Est du bâtiment.

3.1.2 Calcul de de la charge de vent

Selon le code national du bâtiment du Canada 2005, la pression exercée sur la bâtisse doit être

calculée selon la formule suivante :

: Pression extérieure spécifié

Coefficient de risque

: Pression dynamique obtenus par les données climatiques

Coefficient d’exposition

Coefficient de rafale

Coefficient de pression extérieure

Selon les données climatiques, la pression des vents dans la ville de Jonquière est de 0.35 kPa pour

la période 1/50 ans. Le coefficient de risque est égal à 1 car il s’agit d’un bâtiment normal qui ne

risque pas d’être un point de rassemblement lors d’un sinistre contrairement à une école ou un

centre communautaire.

6.345 kPa 2.880 kPa

Figure 4 : Charges de neige créée par le toit en contrebas




Le terrain se situe dans un endroit exposé donc on prend comme coefficient 0.9 comme démontré

dans les calculs en annexe. Le coefficient de rafale est égal à 2 pour les éléments structuraux en son

ensemble. Pour ce qui est du coefficient de pression extérieure, ça dépend de la surface que l’on

calcule. Les détails de la feuille de calcul MathCad sont présentés à l’annexe 1. La charge de vent

non pondérés est égale à 0.73 kPa et pondéré, 1.02 kPa.

3.1.3 Calcul des effets d’un séisme par la méthode de la force statique équivalente

Données Climatiques

Pour être en mesure de déterminer l’effort tranchant sismique, nous avons besoin des valeurs

associées à la réponse spectrale de l’accélération pour les périodes de 0.2, 0.50, 1.0 et 2.0

secondes. C’est valeurs sont disponible dans le tableau des données climatiques et sismique pour la

ville de Jonquière dans le Code National du Bâtiment 2005.

Les valeurs associées à la réponse spectrale de l’accélération sont:

PGA=0.39

NB : PGA se définit comme étant l’accélération maximale au sol

Coefficients de fondation

On doit maintenant déterminer les coefficients de fondation pour tenir compte des

caractéristiques du sol à l’emplacement du bâtiment ( est le coefficient d’accélération et est le

coefficient de vitesse)

Pour ce faire, on détermine la catégorie de notre sol et on procède par interpolation linéaire dans

les tableaux 4.1.8.4B et 4.1.8.1C du CNB.

L’emplacement de notre bâtiment est situé à Jonquière sur le Boulevard René-Levesque voisin du

Potvin et Bouchard. Avant la construction de ce secteur industrielle, ces terrains appartenaient à un

cultivateur mais sont aujourd’hui la propriété d’une société privé. Le rapport de sol nous indique




que le terrain est composé d’argile ayant une capacité portante de . Notre sol est donc

dans la catégorie d’emplacement D puisque le terrain a un sol consistant.

Selon le tableau 4.1.8.4B, nous avons obtenu les coefficients de fondations suivants pour

:

En interpolant,

[

]

En interpolant,

[

]

Calcul de l’accélération spectrale

Selon l’article 4.1.8.6 du C.N.B, on obtient l’accélération spectrale pour les périodes suivantes à

l’aide de la réponse spectrale de la ville de Jonquière :




Graphique 1 Accélération spectrale pour la ville de Jonquière

Estimation de la période fondamentale du bâtiment (Ta) pour chacune des directions

fondamentales

La période fondamentale du bâtiment dans la direction considéré est calculée avec l’équation

suivante :

Où la hauteur du bâtiment est de

0,2; 0,71424

0,5; 0,3973

1; 0,1781 2; 0,06165

4; 0,030825

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 1 2 3 4 5 6 7

Acc

éle

rati

on

Sp

éct

rale

S(T

)

Temps (s)

Accéleration Spéctrale pour la ville de Jonquière




3.2 Calcul du système de contreventement

Un système de contreventement sert à reprendre les effets des charges latérales ou de séisme. Le

système utilisé dans le cadre du Boston Pizza de Jonquière, est un système de membrure en X

disposé sur trois des quatre façades de la bâtisse. Sur la quatrième façade, soit celle de l’entrée

des clients, il a fallu faire un choix car les membrures en X conventionnelle, obstrue la vue des

clients par la fenêtre. Notre choix s’est arrêter à couper le X en deux dans le sens vertical et de

les tenir séparer par une fenêtre. Ainsi, la stabilité latérale de l’édifice est assurée tout en laissant

les fenêtres dégagés pour les clients. Même s’il y a deux membrures par X, nous n’en

dimensionnons qu’une seule, en tension, car elle travaille une à la fois. La largeur la plus grande

de la bâtisse est de 24 079.2 mm. La hauteur du toit est de 5092.2mm2. L’aire de la façade sans

compter le deuxième toit est de :

L’aire de la deuxième façade est :

La force du vent calculée précédemment :

*1.4

Comme les contreventements ne sont pas uniformément répartis, comme illustrées à la figure

suivante, il faudra vérifier le dimensionnement dans les 2 axes. Les contreventements sont

illustrés en rouge sur la photo suivante.

Figure 5 : Disposition des contreventements




La force de vent pour chaque axe nécessaire au dimensionnement du contreventement est de :

Figure 6 : Dimensions du système de contreventement

(

)

(

) = 47.43°

La force dans les membrures est donc

Θ




3.2.1 Conception des HSS

Notre choix de conception pour les membrures est les HSS sauf pour la face de l’entrée des

clients. Étant donné que les X sont coupés en 2, il devient plus compliquer de faire l’assemblage

convenablement. Ainsi, des cornières dos-à-dos seront utilisés seulement pour cette façade. Pour

en savoir les dimensions, il a fallu faire les calculs suivants. Selon le livre de calcul des

charpentes d’acier de Beaulieu et Picard, l’aire nette effective est égale à 0,85 fois aire nette.

Cette restriction est bonne seulement s’il y a au moins trois rangées transversales de boulons à

l’assemblage. Il faudra alors respectée cette règle.

Ensuite, la procédure est de vérifier les différents modes de rupture soit la plastification de la

section brute, la rupture de la section nette ainsi que l’élancement maximal de la pièce en

question.

3.2.1.1 PLASTIFICATION DE LA SECTION BRUTE DES CONTREVENTEMENTS REPRENANT LES

EFFORTS INDUITS PAR LA GRANDE SURFACE

Où :

Tr : Résistance à la traction

Ag : Aire brute de la section en traction

Fy : Contrainte élastique limite de l’acier

3.2.1.2 RUPTURE DE LA SECTION NETTE

Ou




On voit que la plastification de la section brute arrivera avant la rupture de la section nette. Ainsi,

prendrons la valeur de 475 mm2 comme étant minimale pour la conception.

3.2.1.3 ÉLANCEMENT MAXIMAL

[

]

Ou r est le rayon de giration.

[

]

Étant donné qu’il y a deux contreventements qui reprenne les efforts dans ce sens, on peut

diviser l’aire nécessaire par 2 ce qui nous donne 237.73 mm2. Lorsque l’on regarde dans le

HandBook of steel construction, le HSS correspondant à nos critères est le HSS 64x64x3.2.

Son rayon de giration r est de 24.4 mm, l’aire de la section est de 741 mm2 et sa capacité est de

233 kN. Toutes les propriétés de cette section sont présentées en annexe.

Pour ce qui est des assemblages boulonnés, ainsi que du gousset et de la plaque sur sol, il faut

aussi vérifier les modes de rupture possible.

3.2.2 Dimensionnement des goussets

Il est aussi nécessaire de dimensionner le gousset ainsi que la plaque de base pour qu’elle puisse

résister à l’effort de traction engendré par un effort de vent ou de séisme. Pour ce qui est du

gousset, il faut tout d’abord vérifier la plastification de la section brute.

Plastification de la section brute




Figure 7 : Système de contreventement

Le gousset étant de 10 mm d’épaisseur, comme choix de conception, on arrive à une largeur

minimale de 20.37 mm. Étant donné que le HSS est de 64 mm de côté et qu’il faut une ouverture

pour y insérer le gousset, on ne peut faire moins que 84 mm de largeur à son minimum. Ceci

permettra de laisser 10 mm de chaque côté pour souder le gousset au HSS.

3.2.2.1 RESISTANCE DES GOUSSETS RELIES AUX HSS

La soudure choisie reliant ces deux éléments est de type E49. Il s’agit d’une soudure avec un

cordon latéral, donc parallèle à l’effort de traction. La résistance qr0 de ce type d’assemblage est

de 0.155 kN/mm/mm. Autrement dit, 0.155 kN par mm de soudure par mm du diamètre de

cordon de soudure. Comme nous avons designer pour mettre quatre cordons de soudure, un pour

chaque jonction gousset/HSS, l’effort sera distribué dans ces quatre cordons de soudure.

Dans notre cas, il y a cisaillement dans la pièce soudée étant donné que le cordon est latéral à

l’effort :

=0.66t = 6.6mm

Admettons un diamètre de 8 mm.

Ceci tient compte des quatre cordons de soudure.

Il est alors possible de trouver une longueur à nos cordons de soudure, avec la formule suivante

qui nous donne la résistance en kN/mm selon le diamètre du cordon. Il s’agit ensuite de diviser

ce résultat par la force de traction dans la membrure, ce qui nous donne la longueur minimale à

développer pour les cordons de soudure.




4*8*0.155*L = 89.93kN

L =18.13 mm sur chaque soudure

Admettons, 64 mm par côté, soit la largeur du HSS avec la soudure minimale possible pour une

plaque de cette épaisseur, 8mm. La soudure ce doit d’être continue.

Il faudra alors avoir une ouverture d’une longueur de 30 mm dans les HSS et de largeur de 10

mm pour y insérer les goussets.

3.2.3 Contreventements sur la façade avant

Il a été décidé, pour ne pas nuire à la vue des clients dans le restaurant, d’utiliser des demi- X.

Ainsi, les contreventements ne seront pas présents dans les différentes fenêtres du restaurant.

L’assemblage aux goussets sera boulonnés ce qui demande de savoir la résistance au cisaillement

des boulons. De plus, ce seront des cornières dos-à-dos qui seront utilisés à cet endroit.

Figure 8 : Contreventement de la façade avant du restaurant

La longueur des membrures est diminuée de moitié ce qui fait que le rayon de giration doit être

de 11.38 mm et plus. Cependant, pour respecter la rigidité des éléments de contreventements

déjà dimensionné, la même gamme de rigidité sera adopté. Les cornières L51 x 38 x 4.8 sera

utilisés étant donné que le critère du rayon de giration a été respecté et que sa capacité ressemble




à celle des HSS présent dans les autres axes (216 kN). Il y a deux membrures comme celle

illustré ci haut qui sera installé dans la bâtisse, les deux séparés par une fenêtre.

3.2.3.1 NOMBRE DE BOULONS REQUIS

La résistance d’un boulon au cisaillement dépend du nombre de plans de cisaillement de celui-ci.

Dans le cas qui nous occupe, il y a deux plans de cisaillement. La résistance au cisaillement Vr

est calculée selon l’équation suivante.

Où :

Φb : Coefficient de tenu (0.80)

m : nombre de plan de cisaillement

Ab : Aire du boulon

Fub : Contraintes de rupture en traction du boulon.

175.2kN (En prenant des boulons M20 cisaillé

dans les filets)

n ≥ Cf / Vr = 64.19/ 87.6 ≤ 1

Théoriquement, un boulon, M20 ferait l’affaire mais ce n’est pas dans la norme de mettre un seul

boulons de plus que ceci aurait l’effet de faire un mécanisme si un autre boulons cède dans

l’assemblage. Nous opterons pour trois boulons M20 pour satisfaire à la condition.

Vérification de la pression diamétrale du boulon

Br = 3Φbr d * t * Fu

Où :

Φbr : Coefficient de résistance à la pression diamétrale (0.67)

d : diamètre du boulon

t : épaisseur de la plaque

Fu : Contrainte de rupture en traction (450 MPa)

= 3*0.67* 20 * 10 * 450 = 180.9 kN

On compare cette valeur à l’effort de traction induite dans la pièce en la divisant par le nombre

de boulons.

Donc, il n’y a pas de problème.




3.2.3.2 DECHIRURE DU GOUSSET RELIE A LA MEMBRURE

Il faut que le gousset, résisté au déchirement. Pour ce faire, on utilise les formules de résistance à

l’aire brute ainsi qu’à l’aire nette présentée ci-dessous :

Admettons un pas de 70 mm et une distance du bord libre de 35 mm.

Relatif à la plaque :

= 0.9 * 350 mm * (0.6*300) = 567 kN ≥ Vf

Relatif au gousset :

= 558.9 kN ≥ Vf

2300 mm2

Figure 9 : Rupture par déchirement

3.2.4 Assemblage des pieds de poteaux

L’assemblage des pieds de poteaux dans une bâtisse à la fonction de transférer l’effort tranchant,

l’effort normal et l’effort de flexion vers la fondation. Dans notre cas, étant donné que notre

structure n’est pas un cadre rigide, l’effort de flexion est nul tandis que les charges latérales de

vent engendrent un effort tranchant à la base du poteau. C’est la fonction du pied de poteau de

reprendre cet effort et surtout de le transmettre à la fondation de béton. Une plaque d’assise peut

directement reposer sur la fondation de béton mais une plaque de nivellement est souvent

nécessaire sous la plaque d’assisse pour assurer la rectitude du poteau. Les tiges boulonnées sont

directement coulés dans la fondation, en laissant leur extrémité supérieure libre pour

l’assemblage lors de l’installation de la structure d’acier.




Il est utile de savoir la force d’arrachement exercée à la base du poteau :

On a l’angle du contreventement avec l’horizontal qui est de 47.43° qui a été calculé

précédemment. La force dans chaque membrure du contreventement est de 64.19 kN.

Selon le livre de calcul des charpentes d’acier de Beaulieu et Picard, l’encrage minimal dans le

béton pour éviter le soulèvement est de 12d. Notre diamètre de boulons choisis étant de 20 mm,

l’encrage minimal est de 240 mm. Toujours selon la source mentionnée, la résistance à la

traction pour un boulon de ce diamètre est de 71 kN ce qui est supérieur à Donc,

théoriquement, un seul boulon est nécessaire pour prévenir le soulèvement. Par contre, deux

boulons seront utilisés en cas de défaillance à l’un ou l’autre des boulons. Les charges de gravité

sur la structure n’ont pas été calculées par rapport au soulèvement, ce qui donne une sécurité

supplémentaire au dimensionnement.

3.2.4.1 DIMENSIONNEMENT DE LA PLAQUE D’ASSISE

On sait d’abord que le mur de fondations sur lequel la plaque d’assise s’appuiera est de 250 mm

d’épaisseur. De plus, le profilé trouvé pour les poteaux est un W200x31, ayant des dimensions b

et d respectivement de 134 mm et 210 mm. Ces données prises dans le HandBook nous

permettent d’évaluer les dimensions de la plaque d’assise. Admettons que l’aire du béton qui

reçoit la plaque est de 250 mm x 1000 mm, relativement à d, la plus grande dimension du profilé

étant de 210 mm. On évalue la plaque d’assise à environ 240 mm x 240 mm et l’aire de la

section de béton qui reçoit la plaque est de 250 mm x 250 mm. On voit déjà que le

dimensionnement est serré et qu’il serait préférable d’élargir l’épaisseur du mur à 350 mm. Ainsi,

l’aire occupée par le profilé est de 210 mm x 134 mm et l’aire du béton est de 350 mm x 350 mm.

Le rapport des aires est de 4. La compression trouvée dans le poteau est de 134 kN

Selon le livre de calcul des charpentes d’acier de Beaulieu et Picard, lorsque la surface de béton

est plus grande que celle de la plaque d’assise, on peut tenir compte de l’état de confinement du

béton sous la plaque et augmenter la résistance nominale du béton en utilisant la formule

suivante :

√

Nous allons utiliser cette équation car les conditions sont respectées.

Le dimensionnement de la largeur et de la longueur de la plaque va comme suit, B et D étant les

dimensions de la plaque d’assise :




Ce qui équivaut à 66 mm de chaque côté. Bien évidemment, la plaque doit être au moins de

l’aire recouvrant la projection de la plaque sur le mur de fondation, alors, nous estimons que la

plaque aura 210 mm x 134 mm pour des raisons pratiques et de transfert des charges.

Le dimensionnement de l’épaisseur de la plaque est particulière car étant donné qu’elle à la

même dimension que la projection du poteau sur la semelle, elle ne comporte pas de porte-à-faux,

car entre autres, il s’agit d’un poteau légèrement chargé. Il est alors possible d’utiliser une

longueur de porte-à-faux fictive, permettant de dimensionner l’épaisseur. Ce porte-à-faux fictif

est relié à la théorie des zones plastifiés, qui est en faites une approximation plus précise d’une

rotule appliquée en un point. La zone est appliquée à la surface du pied de poteau.

Selon cette théorie on trouve la longueur en porte-à-faux fictif :

√

√

Il est alors possible avec cette valeur de trouver l’épaisseur de la plaque à l’aide des relations

suivante :

√

√

Alors nous admettons une plaque de transfert de 8 mm d’épaisseur.




3.3 Conception de l’aire de stationnement

Le stationnement d’un restaurant doit être esthétiquement beau, uni de surface, et favoriser un

drainage efficace dans un environnement de trafic léger. Le sol présent sur le terrain est argileux

et de capacité portante de 100 kPa. La norme 2101 du ministère du Transport du Québec (MTQ),

recommande fortement l’installation d’une membrane géotextile sous la fondation granulaire de

MG-20. Ceci empêche les grains de MG-20 de s’enfoncer dans l’argile évitant ainsi des

déformations non-désirables à la surface. Selon la norme, une épaisseur minimale de MG-20 de

45 cm doit être installée lorsque l’on se trouve dans ce type de sol. La première étape est

d’excaver la surface du stationnement et de disposer des matériaux en place, car il ne s’agit pas

d’un matériel idéal pour les fondations d’un stationnement. Ensuite, le support doit être lisse et

ferme, sans trous et sans terre végétales. Il est nécessaire de compacter la couche de sol existante

pour deux raisons, premièrement, il est possible de rendre cette couche plus résistante en la

compactant et deuxièmement, ceci permet de faire sortir l’eau de l’argile. C’est souvent l’eau qui

cause problème dans en ce qui a trait aux dommages relevés dans le pavage des stationnements.

La membrane géotextile peut être installée par la suite, séparant les deux couches. En deux

phases, on remplit le trou de matériel granulaire (MG-20), et compacter à 98% du Proctor

modifié. Les deux couches sont de 30 cm chacune pour ainsi avoir une fondation de 60 cm. La

résistance aux charges latérales est contrée par des murets de béton installé en périphérie du

stationnement. Un calcul rapide permet de savoir qu’il faut 2000 m3 de MG-20. Les bordures de

béton mesurées selon le plan ici-bas nous donne 320 m linéaire.

3.3.1 Choix du pavage

L’épandage du pavage pour les grandes surfaces comporte comme difficulté quant à l’obtention

du profil désiré. La manière de procédé est de faire l’épandage des enrobés selon des bandes

d’épaisseur prédéterminée. Chaque bande doivent s’entrecroisée d’une quinzaine de centimètres.

Il est recommandé d’utilisé un bitume dur, pour éviter les traces de pneus des véhicules au début

de l’utilisation du stationnement. C’est pourquoi le PG 58-34 est recommandé. Le PG représente

la classe de performance, le premier chiffre est la température maximale de la chaussée à 20 cm

sous la surface (moyenne des 7 plus chaudes journées) et le dernier chiffre correspond à la

température minimale à la surface de l’enrobé (-34°C dans le cas qui nous préoccupe).

L’épaisseur d’enrobé nécessaire est de 60 mm. Selon la figure suivante, la surface nécessaire




pour le stationnement est de 36 000 pi2, soit 3350 m

2. Un calcul rapide nous permet de constater

que nous aurons besoin de 200 m3 de bitume pour le stationnement au complet.

Figure 10 : Plan du stationnement Boston Pizza




3.3.2 Réseau de drainage du stationnement

Une pente minimale de 1% est recommandée pour acheminée l’eau vers les puisards. La pente

doit être uniforme pour éviter la formation de flaque d’eau. Ainsi, ce n’est pas l’épaisseur de

l’enrobé qui doit être redéfinit mais bien la pente de la fondation MG-20 qui doit être conçu en

conséquence. Des puisards seront placés stratégiquement, de façon à ce que le drainage

s’effectue de façon complète. Les puisards sont ensuite reconduit jusqu’au réseau pluvial de la

municipalité. La figure suivante montre les pentes d’écoulement du stationnement ainsi que

l’emplacement des puisards illustrés avec des points verts. Quatre puisards sont nécessaires pour

effectués un drainage efficace, de la totalité de la surface du stationnement ainsi que de la surface

de la bâtisse. Il est à noter que deux puisards sont à l’extérieur du terrain appartenant à Boston

Pizza. Ces deux puisards servent à recueillir l’eau qui s’accumule dans la rue menant au

Restaurant, ainsi que celle provenant des deux entrées de la bâtisse. Il est à noter que la

conception des puisards ne fait pas partie de notre mandat.

Figure 11 : Écoulement de l'eau et disposition des puisards




3.4 Dimensionnement de la charpente d’acier

3.4.1 Choix du pontage métallique

Le pontage métallique CANAM choisi en fonctions des charges uniforme pondérées et en services,

contraint également l’espacement des profilés lors de la conception du bâtiment. La norme FM

4451 crée par la Factory Mutual Research Corporation certifie les pontages métallique P-3615 et P-

3606 de CANAM. Leur certification est basé sur la flèche maximal admise de

lorsqu’un

travailleur marche sur le toit. Cette norme assure la qualité de l’étanchéité des membranes

installées ainsi des matériaux utilisées pour sa construction. Les concepteurs optent donc pour un

espacement des profilés de 2277.375 mm. Un pontage métallique CANAM de type 18 avec une

épaisseur de 1.21 mm insta0llé en porté triple est donc requis.

Tableau 2 :Espacement des poutrelles




Les charges de conception et de services pondérées étant respectivement égales à et

la résistance du pontage métallique choisi est conforme aux contraintes imposés par

les charges météorologiques.

3.4.2 Dimensionnement du toit supérieur

Aire du toit :

7600 mm

3300 mm 700 mm

900 mm

Section en porte-à-faux

Section en porte-à-faux

Tableau 3: Charges pondérés et de service

Figure 12 : Dimensions du toit supérieur




3.4.2.1 DIMENSIONNEMENT DES POUTRES SECONDAIRES

Le dimensionnement de la charpente métallique du Boston Pizza s’effectue en calculant le moment

associé aux charges linéaires exercées sur les membrures du toit supérieur de la structure. Une fois

le calcul obtenu, le choix du profilé s’effectue avec la charge linéaire provenant des charges de

neige et l’équation de la flèche maximale obtenue pour une poutre sur appui simple. La démarche

suivante en témoigne :

La charge linéaire repartie sur les poutres secondaires s’effectue avec les relations suivantes :

Le moment exercé sur les poutres intérieures est :

La flèche maximale admise sur les poutres secondaires est :

La charge de neige linéaire non pondérée sur les poutres secondaires est :




Inertie minimal requis pour contrer une flèche maximale de 9.16 mm est :

Choix :

NB : Les poutres secondaires sont uniquement déposées sur les poutres principales et soudés aux

endroits requis.

3.4.2.2 DIMENSIONNEMENT DES POUTRES PRINCIPALES

Les poutres secondaires calculées ci-haut reprennent les efforts associées aux charges de

conception sur la toiture. L’effort tranchant provenant des poutres secondaires est ensuite

transmit aux poutres principales sous formes de charges ponctuelles au niveau de leurs appuis pour

ensuite être reprit par les quatre poteaux. Seules les charges de conception provenant de l’aire

tributaire de la poutre secondaires aux deux extrémités( en porte-a-faux) ne sont pas tenu compte

dans cette section. La démarche suivante en témoigne :

Les charges ponctuelles provenant des poutres secondaires sont :

Section en porte-à-faux :

(

)




Le moment exercées sur les poutres principales associées aux charges ponctuelles provenant des

poutres secondaires sont :

Les charges ponctuelles de neige non pondérées sont obtenues via les relations suivantes :

Poutres secondaires :

Section en porte-à-faux :

(

)

Le C.N.B 2005 recommande de réduire de 50% la charge de neige au niveau du porte-à-faux. Ceux-

ci juge qu’il est très peu probable que la toiture soit complètement remplis de neige durant la

période hivernale.

La charge ponctuelle totale obtenue est :

Choix :




3.4.2.3 DIMENSIONNEMENT DU SYSTEME DE RETENUE DU PORTE-A-FAUX

Tel que mentionné précédemment, le toit supérieur du Boston Pizza comporte une section en

porte-à-faux associé aux deux poutres secondaires à chaque extrémité de la structure. Une solution

à cette problématique d’Ingénierie, consiste à concevoir le système de retenue schématisé ci-haut

qui relie la poutre secondaire à l’extrémité au poteau par l’entremise d’un HSS. Cette alternative

aura comme effet de crée une flexion dans le poteau.

Celui-ci devra être dimensionné comme étant un poteau-poutre avec la flexion et la charge axial. La

conception du système est illustrée via les relations suivantes :

La charge axiale admise par l’aire tributaire est :

La charge décomposé dans le poteau est égale à

La longueur de la pièce de retenue est :

√(

)

L’élancement maximal permise pour les bâtiments et autres types de structures est :

7600 mm

Système de retenu

𝑃𝑓 𝑃𝑓

Figure 13 : Système de retenue du porte-à-faux




Un a été choisi et satisfait aux exigences en ce qui à trait à l’élancement maximal

permise. Cependant, une vérification de sa résistance à la charge axiale est de mise

Vérification de la charge axiale du profilé :

3.4.2.4 DIMENSIONNEMENT DES POTEAUX

Les poteaux du toit supérieur sont dimensionnés avec les équations d’interactions provenant du

livre de BEAULIEU et PICARD. Ceux-ci sont considérés comme étant des poteaux-poutres en raison

du moment de flexion et de la charge axiale transmise par les charges de la toiture. Les relations

suivantes en témoignent :

La longueur du poteau est de :

La charge axiale sur le poteau est la somme des charges provenant des poutres secondaires et

principales :




Le moment exercé sur le poteau est celui provenant du support pour le porte-à-faux :

Le moment est égale à :

La flèche maximale admissible est :

Ce poteau doit être évalué comme des poteaux-poutres de charpentes étant donné la combinaison

compression-flexion qui est créé par la charge du porte-à-faux :

On amplifie les moments de 15% :

La section choisi est un

Le coefficient de flexion est




Le coefficient d’amplification est de

La section choisie est un avec la résistance en compression et flexion suivante :

Vérification :

Vérification des équations d’interactions :

La section est conforme aux exigences.




3.4.3 Dimensionnement du toit inférieur

Figure 14 : Dimensions du toit inférieur




3.4.3.1 DIMENSIONNEMENT DE LA POUTRE DE RIVE

Les profilés choisis selon les exigences requises dans cette section sont issu du ‘Hand Book of Steel

2008’. La méthode choisi est la même que celle pour le toit inférieur, il s’agit de dimensionner la

section en fonction de l’inertie requise pour satisfaire à une flèche maximal de L/360. Les relations

suivantes en témoignent :

Charge linéaire reparties sur les poutres secondaires :

Le moment sur les poutres intérieures :

L’inertie minimale nécessaire pour résister à une flèche de

est :

Charge de neige linéaire non pondérée :


L’inertie minimale requise est déterminé avec la relation suivante :




Choix :

Vérification de la résistance du profilé :

à

NB : Le moment associé aux poids mort de la poutre est de

Vérification de l’Inertie requise :

Puisque nous avons les données ci-haut pour la résistance d’une section de classe 1 et 2, nous

allons vérifier si cette section satisfait aux conditions limite de l’élancement en flexion caractérisé

par cette classe.

Vérification Classe 1 :

√

√

La section est conforme aux exigences.




3.4.3.2 DIMENSIONNEMENT DE LA POUTRE SUR L’AXE A ENTRE 1 ET 2

Charge linéaire reparties sur les poutres secondaires :

Le moment sur les poutres intérieures :

L’inertie minimale nécessaire pour résister à une flèche de

est :

Charge de neige linéaire non pondérée :


L’inertie minimale requise est déterminé avec la relation suivante :




Choix :

Vérification de la résistance du profilé :

à

NB : Le moment associé aux poids mort de la poutre est de

Vérification de l’inertie :

Puisque nous avons les données ci-haut pour la résistance d’une section de classe 1 et 2, nous

allons vérifier si cette section satisfait aux conditions limite de l’élancement en flexion caractérisé

par cette classe.

Vérification Classe 1 :

√

√

La section est conforme aux exigences en vigueur.




3.4.3.3 DIMENSIONNEMENT DES POTEAUX SUR L’AXE 1 ENTRE A ET B

Le dimensionnement des poteaux se fait également à l’aide du ‘Hand Book of Steel 2008’ et du

livre de BEAULIEU et PICARD. Les poteaux calculés dans cette section sont des poteaux avec des

rotules en haut et en bas. Il n’y a donc aucun moment provenant de la poutre ou des charges de

vents qui est transféré. Les étapes et de dimensionnement et de vérifications sont les suivantes :

L’aire tributaire de la poutre est la suivante :

La charge linéaire admise sur la poutre est :

La charge axiale dans chaque poteau provenant de l’aire tributaire des poutres secondaires est :

Cependant, la poutre qui est situé sur l’axe 2 entre A et B va induire une charge axial

supplémentaire de .

L’élancement maximal permise est de :

Choix : W200x31

Les vérifications suivantes sont faites à l’aide des tables KL/R dans le Hand Book of Steel 2008.

Le rayon de giration ( du W200x31 est de 32.0 mm. Le facteur KL/R est donc égale à :




Dans le tableau du Hand Book, la valeur de 157.16 mm donne le facteur

suivant :

L’aire du profil W200X31 est de :

La résistance axiale du profilé est de :

Vérification :




3.4.4 Dimensionnement du toit inférieur avec poutrelles

Les poutrelles sont dimensionnées à l’aide de l’information retrouvé sur le site de Canam. Leur site

internet offre divers outils afin d’aider les concepteurs à faire un choix éclairés sur la profondeur de

la poutrelle choisi ainsi que l’espacement maximal permit, le tout conforme à la norme CAN/CSA

S16 et CAN/CSA S136.

3.5 Dimensionnement du système de fondations

Une semelle filante a été dimensionnée comme système de fondation à 900 mm dans le sol de façon

à ce que la descente des drains pluviaux se branche au réseau. La semelle filante sert à ce que les

charges de la structure soient acheminées du toit vers le sol. Il s’agit donc de la partie qui transfère

les charges au sol. Étant donné que nous avons une argile ayant une résistance à la compression de

100 kPa, nous avons pris cet intrant pour dimensionner la largeur de la colonne. De plus, nous avons

admis la charge aux poteaux comme étant une charge linéaire pour ne pas avoir à faire de

surépaisseur dans l’axe ou est-ce que le poteau descend. Il s’agit est plus sage d’agir de la sorte car

avec un sol que nous estimons être de l’argile à 100 kPa, des petites variations de la capacité portante

de l’argile peut mener à sa rupture dans le cas d’un sous-dimensionnement. Alors, il s’agit dans ce

cas d’un coefficient de sécurité supplémentaire appliqué au système. Nous arrivons à une semelle

d’une largeur de 1.4 m de large, d’épaisseur de 580 mm avec espacement entre les armatures de 500

mm 25M et un mur d’épaisseur de 350 mm. Dans la direction parallèle au mur nous n'avons pas

théoriquement besoin d'armature car le béton est en compression. Nous mettons alors 4 No 15

parallèle au mur comme armature de répartition minimale. Le béton utilisé en de 30 MPa. Les détails

du calcul sont présentés dans les annexes sur le calcul pour le dimensionnement du système de

fondations.




Figure 15 : Représentation des dimensions du système de fondations




4 – BILAN DES ACTIVITES

4.1 – Arrimage formation pratique/Universitaire

Tout au long de notre projet, des connaissances acquises lors du cheminement universitaire

furent utilisé. Des notions d’analyse structurale ont été utilisées comme le calcul des charges à

l’état ultime, les surfaces d’aire tributaire reliée aux poteaux ou aux poutres, calcul et distribution

des efforts dans un élément. Étant donné qu’il s’agit d’un bâtiment en acier, des théories des

cours de conception des charpentes de structure d’acier furent utilisé comme les calculs

d’assemblage ou l’utilisation du Handbook of steel construction pour le calcul des poutres,

poutre secondaire et poteaux. Pour ce qui est de la fondation, elle est en béton donc, des concepts

des cours de conception de structure de béton ont servis, comme le dimensionnement d’une

semelle filante. Sans la formation académique qui nous a été dispensée, il aurait été impossible

pour nous de cheminer à travers un projet aussi complexe. Il a fallu aller au-delà des

connaissances acquises lors de notre formation universitaire, ceci étant aussi le but de l’exercice,

et nous avons aimé l’expérience.

Cependant, les notions relatives à la construction du stationnement étaient nouvelles pour nous.

N’ayant pas reçu de formation par rapport aux routes, au pavage et sa conception, nous avons dû

nous documenter à ce sujet.

4.2 – Travail d’équipe

Le travail d’équipe lors de ce projet s’est fait d’une manière continue et constante tout au long de la

session. Au début, il a fallu faire des démarches pour trouver la documentation minimale nécessaire

au commencement du projet. Quelques personnes ont collaboré dans ce travail, que ce soit dans

l’apport de nouvelles documentations utiles au projet, ou par leurs conseils judicieux.

Dans toutes les phases du projet la collaboration des deux membres était de mises. Ceci à aider a

facilité la compréhension et la réalisation du projet global. Notre rôle au sein de l’équipe était le

même soit une entraide dans une optique de leadership d’équipe. La relation avec les membres de

l’équipe était harmonieuse, mais parfois tendu en raison des différences d’opinions sur des sujets en




rapport au projet. Lorsque cela se produisait, il était important de consulter notre conseiller pour

avoir les idées claires par rapport aux décisions qui était de mise à prendre.

4.3 – Respect de l’échéancier

Un échéancier serré a été établit au début de la session pour nous servir de guide quant au

déroulement du projet et des activités à faire durant les 19 semaines que durent le projet. Les

étapes ont été divisées en dix points distincts :

Recherche bibliographique

Détermination des cas de chargements

Détermination de l’axe de la structure

Rédaction du rapport #1 d’étape de session

Conception d’un système structural

Rédaction du rapport d’étape #2 de session

Conception d’une fondation adéquate au choix du client

Conception d’une aire de stationnement

Rédaction du rapport final et présentation

La rédaction de rapport #2 n’a pas été effectuée, car nous jugions qu’il était important de se

concentrer sur un rapport final de qualité. Toutefois, la rédaction du rapport final s’est fait de

façon continue dès la remise de rapport préliminaire #1. Pour ce qui est des autres points, ils ont

été respectés dans les délais détaillés à l’annexe 7.6. Des rencontres régulières ont eu lieu avec

notre conseiller, monsieur Denis Gagnon. Il était aussi disponible pour des questions par

téléphone, ce qui nous a grandement aidés.




4.4 – Analyse et discussions

Lors de ce projet 5 crédits, plusieurs éléments ont été calculés dans une optique d’ingénierie et nous

sommes très satisfait des résultats obtenus. Voici, tout d’abord un résumé des principaux résultats

obtenus :

Tableau 4 : Principaux résultats obtenus

Élément acier Profilé ou dimensions Contreventement sauf face avant HSS 64x64x3.2

Contreventement face avant L51 x 38 x 4,6

Gousset 84 mm x 84 mm x 10 mm

Soudure HSS/Gousset 4x 64mm x 8 mm

Poteau W200 31

Plaque de pied de poteau 210mm x 134 mm x 8mm

Poutre W410x54

Poutre secondaire W150x14

Système de retenue du porte-à-faux HSS 28x38x3.2

Fondation Voir figure 10

Les résultats obtenus ont été calculés dans l’optique d’économie de matériaux, tout en respectant le

code national du bâtiment. Ainsi, par exemple, les contreventements en HSS représentaient l’option

la plus économique pour ce qui des profilés des HSS. Par contre, une lacune de notre projet est dans

le fait que nous ne disposions pas d’une liste de prix détaillé. Ainsi, il était difficile de comparer les

profilés entre eux de type HSS versus cornière. Il est certain qu’il existe une différence de prix entre

ces deux profilés mais, nous n’avions pas cette liste de prix en notre disposition. Nous avons donc

fait des choix que nous pensions logique, mais une comparaison des prix des différentes sortes de

profilés permettrait sans doute de faire une économie supplémentaire. De plus, l’installation de

profilé de type W comme poutre secondaire n’est clairement pas l’option la plus économique. Des

poutrelles nécessitent moins de matériaux car elles sont optimisées pour suivre le champ de tension

d’une poutre normale. Le champ de tension étant concentré dans les membrures, on effectue un gain

en acier, en poids, et cela affecte le reste de la structure. Des poutres plus légères engendrent des

fondations et des poteaux qui sont moins sollicités.

Un de nos points forts est le système structural de la bâtisse. Nous avons eu l’idée de faire des

poteaux rotulés-rotulés. Cette caractéristique permet de ne pas transmettre les moments aux poteaux

ce qui conduit à des membrures plus petites en général. Pour reprendre les effets de vents, nous

avons mis en place un système de contreventement efficace avec les membrures mentionnées dans le

tableau précédent. Un système de portique rigide aurait nécessité des poutres et poteaux imposantes,




ce qui aurait fait grimper le prix des matériaux de construction. La construction de la fondation

typique comme celle d’une maison est simple et efficace. La compaction faites avant l’installation de

la membrane géotextile sur l’argile demeure l’une des clés pour ne pas avoir de tassements

différentiels lors des années subséquentes à la construction.




5 – CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS

Le but de ce projet de grande envergure est de réalisés les objectifs que nous nous sommes fixés,

au départ, au début de la session.

Si on se rappelle, les objectifs de départ étaient :

Concevoir une bâtisse d’un étage avec comme difficulté un toit en contre-bas

Dimensionner les composantes structurales de la bâtisse (Poutre, poutre secondaire,

Poteau, tablier de toit, système de fondation, dalle de plancher)

Concevoir et dimensionner les assemblages relatifs aux composantes structurales

Conception du toit en contre-bas

Une conception qui ne faisait pas partie des objectifs de départ était la conception du

stationnement et de sa fondation. Toutefois, jugeant qu’il s’agissait d’une lacune dans notre

apprentissage universitaire, nous avons décidé de la faire.

Les membrures principales de la structure, les assemblages ainsi que des ouvrages connexes au

bâtiment ont été calculés. Le système de poteau rotulé-rotulé à sa base et à son extrémité permet

de faire une économie quant aux profilés constituant les poteaux de la structure. Par contre, il a

fallu faire un système de contreventement efficace dans la bâtisse pour reprendre les charges

latérales de vent et de tremblement de terre.

Les objectifs que nous nous avions posés au départ ont été relevés ce qui fait que notre projet est

un succès. Le dimensionnement a été fait dans un souci d’économie et de sécurité, comme se

doit de faire dans la pratique un ingénieur.

Le système structural que nous avons retenu nous semble la meilleure option du point de vue

économique. Par contre, le dimensionnement des poutres secondaires a été fait avec des profilés

types W, et nous croyons qu’il serait préférable d’en faire le dimensionnement avec des

poutrelles types Canam. N’ayant pas accès à la documentation nécessaire, nous avons cru

prudent de dimensionner avec des poutres de type W.




Finalement, ce projet d’implantation d’une bâtisse de la chaine de restauration rapide Boston

Pizza dans l’arrondissement Jonquière à Ville-Saguenay met en application nos connaissances

apprises tout au long dans le cadre de notre baccalauréat en génie civil et même au-delà. Les

problèmes rencontrés et les tâches de conception sont représentatifs de la réalité dans la

profession d’ingénieur civil.




6 – BIBLIOGRAPHIE

Albert, C., &acier., I. c. (2007). Handbook of steel construction.Willowdale: Canadian Institute of Steel Construction .

Canada, C. n. (2005). Code de construction du Québec. Chapitre 1, Bâtiment, et Code national du bâtiment : Canada 2005 (modifié). Ottawa: Institut de recherche en construction.

Inc., G. C. (2011, 12 22). Accueil. Consulté le 03 18, 2012, sur Canam: www.groupecanam.ws

Pizza, B. (2012). Company information. Consulté le 03 2012, 2012, sur Boston Pizza: https://www.bostonpizza.com/en/franchising/opportunities/locations/

Chaalal, O. (2008). Structures en béton armé, Calcul selon la norme ACNOR A-23.3-04. Boisbriand: Les Presses

de l'Université du Québec.

Guide bonne pratique, La mise en oeuvre des enrobés. (2008, Novembre). Consulté le mars 25, 2012, sur

Bitume Québec: http://www.bitumequebec.ca/

ESDEP. (s.d.). Éléments structuraux. Consulté le 04 16, 2012, sur SystemX:

http://www.systemx.fr/meca/cm/ESDEP/Volume%2007/Lecon%2011/Francais/L7-11.pdf

https://www.bostonpizza.com/en/franchising/opportunities/locations/




7 - ANNEXE

7.1 Calcul pour le dimensionnement du système de fondations

Dimensionnement d'une semelle filante

Calculs initiaux

Charge morte par mètre

Charge vive par mètre

La charge du sol s'appliquant sur la semelle

Cas de chargement

Capacité portante du sol

Pression équivalente à la profondeur de la semelle hors gel

Capacité nette de portance du sol

Semelle carrée

Étape 1 Calculer la surface requise de la semelle

Pour une longueur unitaire de 1m

La largeur de la semlle doit être

Épaisseur du mur

Pd 48.5kN

Pl 35kN

P Pd Pl 8.35 104

N

Ps 0.9 24 kN 2.16 104

N

Pf 1.25Pd 1.5Pl Ps 1.347 105

N

qa 100kPa

h 2kPa

qanet qa 20 h 60kPa

c 1

ArequisP

qanet

1.392m2

b 1m

LP

qanet b1.392m

c 350mm




Étape 2 Calculer l'épaisseur de la semelle

Trouver dv en considérant le cisaillement unidirectionnel

Cette donnée est à revérifier p.395

Épaisseur du revêtement

Diamètre des barres

Si cette valeur est plus grande que dv la remplacer dans dv

Étape 3 Calculer As requis

Si plus grand que 2 on peut négliger l'effet de lapoutre profonde

On se fie à la page 65 du livre de Chaalal.

qsf

Pf

Arequis

96.808kPa

abL

2

c

2 0.521m

dv 150mm

ddv

0.90.167m

bc 75mm

db 16mm

hs d bcdb

2 0.25m

0.72hs 0.18m

ab

d3.125

Mf qsf bab

2

2 13.13kN·m

kr

Mf

1m d2

472.697kPa

0.15%

As b d 2.5 104

m2

Asmin 0.002L b 2.783 103

m2




L'espacement maximal entre les barres est la plus petite des deux valeurs suivantes

Étape 4 Vérifier si l'encrage est suffisant

Selon le tableau 7.1 du livre de Chaalal avec des barres 15M et f'c=30 MPa on trouve ld=390 mm

Donc oui il y a de l'espace pour l'encrage

Dans la direction parallèle au mur nous n'avons pas théoriquement besoin d'armature car le béton est en compression. Nous mettons alors 4 No 15 parallèle au mur comme armature de répartition minimale.

As

b L( )1.796 10

4

s 3 hs 0.749m

s 500mm

lddisponible ab bc 0.446m




7.2 Plans fournis par Boston Pizza

7.2.1 Élévation



7.2.2 Côtés du restaurant




7.2.3 Vue de face et derrière



7.3 Autres plans, disposition des poutres et poteaux




7.4 Profilés

7.4.1 Contreventements des 3 faces sauf l’avant (HSS 64x64 x 3.2)




7.4.2 Contreventements de la face avant (L 51 x 38 x 4.6)




7.4.3 Profilé poteau (W200 x 31)




7.5 Images Solidworks

7.5.1 Mise en plan de la bâtisse (1er niveau)




7.5.2 Distribution des forces dans le bâtiment (1er niveau)



7.6 Échéancier

Implantation d'une bâtisse de la chaine de restauration rapide ...

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