Projet de fin d’études -...

Calcul de structures béton armé sur le projet

de la nouvelle tour de contrôle d’Entzheim

Gaëtan LEBLANC – Génie Civil 5° année

Projet de fin d’études Spécialité Génie Civil.

Calcul de structures béton armé sur le projet de la nouvelle

tour de contrôle d’Entzheim.

Auteur : Gaëtan LEBLANC

Elève ingénieur, INSA de Strasbourg, spécialité Génie Civil option Construction.

Tuteur entreprise : Fabrice BERLIE

Responsable méthodes, EIFFAGE Construction Alsace Franche Comté.

Tuteur INSA Strasbourg : Claude SCHAEFFER

Professeur ENSAM de Génie Civil.

Juin 2012




Remerciements

Je tiens en premier lieu à remercier M. Denis TRITSCHLER, directeur régional délégué, ainsi

que mon tuteur de stage, M. Fabrice BERLIE, responsable méthodes d’Eiffage Construction Alsace

Franche Comté, pour leur confiance et m’avoir permis d’effectuer mon stage de fin d’études sur ce

projet.

Je souhaite tout particulièrement remercier, M. Mandiaye DIALLO, chargé d’affaires

techniques, M. Oussama HELLASSA, chargé d’étude, et M. Vincent MILLOTTE, ingénieur structure,

pour m’avoir intégré au sein de leur équipe au bureau d’étude ainsi que pour leur accompagnement,

leur aide et leur soutien fournis tout au long de ce stage.

Un grand merci est également adressé à mon tuteur de l’INSA de Strasbourg, M. Claude

SCHAEFFER, professeur ENSAM de Génie Civil, pour le suivi pédagogique et pour ses conseils ayant

permis la concrétisation de ce projet.

Merci à M. Baptiste FICKINGER et M. Lucas OSTERMANN, tous deux étudiants à l’INSA de

Strasbourg, pour le partage de cette expérience professionnelle au sein d’Eiffage Construction qui

clôture notre formation.

Enfin je remercie l’ensemble du service « structure » ainsi que les collaborateurs d’Eiffage

que j’ai pu rencontrer, pour leur accueil, leur disponibilité ainsi que l’excellente ambiance qu’ils ont

su entretenir au quotidien.




Résumé et mots-clés. Le projet consiste en la construction d’une nouvelle tour de contrôle pour l’aéroport

international de Strasbourg, situé à Entzheim. Ce chantier comprend la construction d’un bâtiment

de type R+2 en béton armé, ainsi qu’une tour de contrôle d’une hauteur d’environ 30 mètres.

Le présent projet de fin d’études d’une durée de 20 semaines, s’est déroulé au sein de

l’équipe structure du bureau d’étude interne d’Eiffage Construction Grand Est. Le projet étant en

phase d’exécution, une partie du bureau d’étude était directement basé à Strasbourg afin de

travailler en collaboration avec l’équipe travaux et l’équipe méthode du chantier.

Le but de ce projet est donc de réaliser la descente de charge sur la totalité du bâtiment,

d’effectuer le dimensionnement de certains éléments porteurs conformément aux règles BAEL 91

révisées 99, et enfin de réaliser les plans de ferraillage destinés à l’équipe travaux sur chantier. Etant

au tout début de la phase d’exécution, la majorité du projet est consacré à l’étude du

dimensionnement des fondations (semelles isolées, longrines), ainsi que les éléments du rez-de-

chaussée, notamment les poteaux et les poutres.

C’est donc au sein du service « étude de structure » que le PFE a eu lieu sous la tutelle de M.

BERLIE, responsable Méthodes et de M. DIALLO, chargé d’affaires techniques d’Eiffage Construction

Grand Est. Le PFE a également été suivi par M. SCHAEFFER, professeur ENSAM, de génie civil à l’INSA

de Strasbourg.

Mots clés: Modélisation ; Descente de charge ; Dimensionnement ; Béton armé ; Poutres, Poteaux.

Abstract and keywords. The project consists in the construction on a new control tower for the Strasbourg

International Airport, located in Entzheim. This project includes the construction of a building in

reinforced concrete, and a 30 meters high control tower.

This final project for the engineering degree took place within the team of the engineering

department of Eiffage Construction Grand Est during the construction phase. Therefore a part of the

engineering department was directly based in Strasbourg, in order to work with the team work and

the Methods department.

The aim of this project is to realize the structural loads at ground floor, and to do the design

of some structural members by calculation according to the French rules: BAEL 91, and finally to

draw the iron framework blueprints for the team work on site. The construction being at the

beginning, the majority of the project is devoted to studying the design of foundations, and elements

of the ground floor, including columns and beams.

Therefore this project took place within the engineering department, under the tutelage of

Mr. BERLIE, method department manager and MR. DIALLO, structural engineer of Eiffage

Construction Grand Est. This project was also followed by Mr. SCHAEFER, civil engineering professor

at INSA Strasbourg.

Keywords: Modeling; Design of structure; Reinforced concrete; Beams; Columns.




Sommaire

Remerciements ....................................................................................................................................... 2

Résumé et mots-clés. .............................................................................................................................. 3

Abstract and keywords. ........................................................................................................................... 3

Liste des figures ....................................................................................................................................... 7

Liste des tableaux .................................................................................................................................... 7

Introduction ............................................................................................................................................. 8

1. Présentation de l’entreprise. ........................................................................................................... 9

1.1. Eiffage Construction, filiale du groupe Eiffage. ....................................................................... 9

1.1.1. Le groupe Eiffage. ............................................................................................................ 9

1.1.2. La filiale Eiffage Construction. ....................................................................................... 10

1.2. Eiffage Construction Alsace Franche Comté. ........................................................................ 11

1.2.1. Présentation. ................................................................................................................. 11

1.2.2. Domaine d’activité. ....................................................................................................... 11

1.3. Le bureau d’étude structure interne. .................................................................................... 12

2. Présentation du projet. ................................................................................................................. 13

2.1. Présentation du projet. ......................................................................................................... 13

2.1.1. Le marché. ..................................................................................................................... 13

2.1.2. L’étude géotechnique. ................................................................................................... 15

2.1.2.1. Analyse et synthèse géotechnique. ....................................................................... 15

2.1.2.2. Synthèse hydrogéologique. ................................................................................... 15

2.1.2.3. Risques naturels. ................................................................................................... 15

2.2. Les différents acteurs du projet. ........................................................................................... 16

2.3. Planning du projet. ................................................................................................................ 17

2.3.1. Chronologie du projet. .................................................................................................. 17

2.3.2. Début du PFE. ................................................................................................................ 17

2.4. Le rôle d’Eiffage Construction. .............................................................................................. 20

2.4.1. Cellule de synthèse. ....................................................................................................... 20

2.4.2. Encadrement du chantier. ............................................................................................. 20

3. Trame du Bloc Technique. ............................................................................................................. 21

3.1. Contrainte de construction. .................................................................................................. 21

3.2. Normes et prescriptions. ....................................................................................................... 22

3.3. Conception de la structure portante. .................................................................................... 22

3.4. Particularité technique – Protection contre la foudre. ......................................................... 23




4. Descente de charge. ...................................................................................................................... 24

4.1. Estimation des charges. ......................................................................................................... 24

4.1.1. Nouveau Bloc technique. .............................................................................................. 24

4.1.1.1. Toiture. .................................................................................................................. 24

4.1.1.2. Rez-de-chaussée et 1er étage. .............................................................................. 25

4.1.2. Tour de contrôle. ........................................................................................................... 25

4.2. Calcul de la descente de charge à l’aide du logiciel CBS. ...................................................... 26

4.2.1. Présentation du logiciel CBS. ......................................................................................... 26

4.2.2. Création du modèle CBS. ............................................................................................... 26

4.2.2.1. Modélisation de l’infrastructure............................................................................ 26

4.2.2.2. Modélisation de la superstructure. ....................................................................... 29

4.2.2.3. Application des charges. ........................................................................................ 30

4.2.3. Exploitation de la descente de charges sur CBS. ........................................................... 31

4.2.3.1. La répartition des charges sur les dalles................................................................ 31

4.2.3.2. La répartition des charges sur les éléments linéaires. .......................................... 32

4.2.3.3. La répartition des charges dans les éléments ponctuels. ..................................... 32

4.2.4. Résultats de la descente de charges à l’aide du logiciel. ............................................... 33

4.3. Descente de charges manuelle. ............................................................................................ 33

5. Dimensionnement d’éléments structuraux et plans d’exécution. ................................................ 35

5.1. Semelles isolées. .................................................................................................................... 35

5.1.1. La méthode des bielles. ................................................................................................. 35

5.1.2. Dimensionnement d’une semelle. ................................................................................ 37

5.1.2.1. Hypothèses. ........................................................................................................... 37

5.1.2.2. Calcul. .................................................................................................................... 37

5.2. Longrines. .............................................................................................................................. 38

5.2.1. Aspects réglementaires. ................................................................................................ 39

5.2.2. Particularités géométriques. ......................................................................................... 40

5.2.3. Etude d’une poutre à une travée. ................................................................................. 40

5.2.3.1. Hypothèses. ........................................................................................................... 41

5.2.3.2. Calculs préliminaires. ............................................................................................. 42

5.2.3.3. Détermination du ferraillage longitudinale. .......................................................... 42

5.2.4. Etude d’une poutre continue à plusieurs travées. ........................................................ 43

5.2.4.1. Matériaux. ............................................................................................................. 44

5.2.4.2. Modélisation de la poutre. .................................................................................... 44

5.2.4.3. Charges. ................................................................................................................. 44

5.2.4.4. Sollicitations aux ELU. ............................................................................................ 44

5.2.4.5. Détermination du ferraillage. ................................................................................ 45

5.2.4.6. Réalisation des plans de ferraillage. ...................................................................... 45

5.3. Poteaux. ................................................................................................................................. 46

5.3.1. Description. ................................................................................................................... 46

5.3.2. Hypothèses d’études. .................................................................................................... 47

5.3.3. Calcul de la section d’armatures longitudinales par la méthode forfaitaire. ................ 47




5.3.4. Détermination du ferraillage transversal. ..................................................................... 50

Conclusion. ............................................................................................................................................ 51

Bibliographie. ........................................................................................................................................ 52




Liste des figures Figure 1.1 - Entreprises composant le groupe Eiffage. ........................................................................... 9

Figure 1.2 - Répartition par activité du chiffre d'affaires en 2010. ....................................................... 10

Figure 1.3 - Eiffage Construction – Les chiffres clés 2010 ..................................................................... 10

Figure 1.4 - UGC Ciné Cité - Strasbourg ................................................................................................. 12

Figure 1.5 - Bibliothèque André Malraux - Strasbourg ......................................................................... 12

Figure 2.1 - Vue satellite du site. ........................................................................................................... 13

Figure 2.2 - Schéma heuristique traduisant mes missions au sein du bureau d’étude d’Eiffage

Construction. ......................................................................................................................................... 19

Figure 3.1 - Disposition de longrines en cas de plancher sur vide-sanitaire. ........................................ 21

Figure 4.1 - CBS - Base de données des sections ................................................................................... 27

Figure 4.2 - CBS - Base de données des matériaux. .............................................................................. 27

Figure 4.3 - CBS - Modélisation des semelles et des longrines ............................................................. 28

Figure 4.4 - CBS - Modélisation d'une dalle ........................................................................................... 28

Figure 4.5 - CBS - Vue 3D architecturale de la zone 5. .......................................................................... 29

Figure 4.6 - CBS - Application des charges surfaciques. ........................................................................ 30

Figure 4.7 - CBS - Répartition des charges sur dalle .............................................................................. 31

Figure 4.8 - CBS - Charges linéaires sur la vue en plan d’un étage. ....................................................... 32

Figure 4.9 - Charges ponctuelles sur la vue d'ensemble en 3D. ............................................................ 33

Figure 5.1 - Semelle isolée sous poteau. ............................................................................................... 35

Figure 5.2 - Transmission de la bielle sous une charge concentrée. ..................................................... 36

Figure 5.3 - Détail: réservation dans les longrines ................................................................................ 40

Figure 5.4 - Zone 5 - LG30 ...................................................................................................................... 41

Figure 5.5 - Schéma général de la section de la poutre. ....................................................................... 41

Figure 5.6 - Zone 4 - Longrines continues: LG49-LG50 .......................................................................... 43

Figure 5.7 - Modélisation de la longrine LG49-LG50 ............................................................................. 44

Figure 5.8 - Localisation du poteau P62. ............................................................................................... 46

Liste des tableaux Tableau 2-1 - Désignation des différents lots du marché ..................................................................... 14

Tableau 2-2- Risque sismique. ............................................................................................................... 15

Tableau 2-3 - Les acteurs du projet ....................................................................................................... 16

Tableau 4-1 - Surcharges d'exploitation sur le nouveau bloc techniques ............................................. 25

Tableau 4-2 - Surcharge d'exploitation de la tour de contrôle. ............................................................ 25

Tableau 4-3- Comparaison de quelques valeurs entre les descentes de charges. ............................... 34

Tableau 5-1 - Règles simples du règlement FB : poutre stable au feu 1h ............................................. 39

Tableau 5-2 - Charges appliquées à la longrine. .................................................................................... 44

Tableau 5-3 - Moments de flexion de calcul. ........................................................................................ 44

Tableau 5-4 - Efforts tranchants de calcul. ............................................................................................ 45

Tableau 5-5 - Sections d'armatures théoriques. ................................................................................... 45

Tableau 5-6 - Dimension du noyau central d'un poteau. ...................................................................... 47




Introduction

D’une durée de 20 semaines, mon Projet de Fin d’Etudes (PFE) s’est déroulé au sein de

l’entreprise Eiffage Construction Strasbourg basée à Oberhausbergen, tout en travaillant pour le

bureau d’étude structure interne de Eiffage Construction Grand Est. Le bureau d’étude étant à

Nancy, une partie de l’équipe structure du projet, dont j’ai intégré l’effectif, était directement basée

à Strasbourg, afin de pouvoir travailler en collaboration étroite avec l’équipe travaux et l’équipe

méthode du chantier. Le PFE traite l’étude de la nouvelle tour de contrôle de l’aéroport d’Entzheim.

Ce chantier comprend la construction d’un bâtiment de type R+2 en béton armé, ainsi qu’une tour de

contrôle d’une hauteur d’environ 30 mètres.

Les missions que l’on m’a confiées se résument au dimensionnement de différents éléments

porteurs (semelles de fondations, longrines, poteaux, etc.), lors de la phase d’exécution. De plus, lors

de la construction de la tour proprement dit, un étaiement et un platelage sera installé autour de la

tour, afin de permettre la construction des différentes parties de la tour, ainsi que la circulation des

ouvriers en toute sécurité. Cette structure provisoire prendra appui sur certaines fondations du

bâtiment. Ces charges provisoires seront à prendre en compte lors de la réalisation de la descente de

charge et l’étude de dimensionnement des éléments de la structure. Enfin, tout le projet est soumis à

une étude sismique. Cette étude n’est pas réalisée à Strasbourg, mais des dispositions constructives

seront à prendre en compte concernant le dimensionnement des éléments secondaires de la

structure.

Un autre objectif et d’apprendre également à utiliser la méthode BIM (« Building Information

Modeling ») que l’on pourrait traduire par « Maquette Numérique ». Un Modèle d’Information du

Bâtiment (BIM) est une représentation numérique des caractéristiques physiques et fonctionnelles

d’une construction. Il sert de ressource partagée des informations relatives à la construction et

de plateforme relationnelle aux choix effectués pendant le cycle de vie de la conception à la livraison.

Le BIM concerne l’ensemble des intervenants d’un projet de l’architecte jusqu’au maître d’ouvrage,

en passant par le bureau d’études structure, le bureau d’études fluides, ou le constructeur. Cette

méthode est de plus en plus utilisée dans le domaine du Génie Civil, et est utilisée par le bureau

d’étude interne d’Eiffage Construction.

Après avoir fait la présentation de la société et du projet, il s’agira de réaliser la modélisation

du bâtiment sur logiciel, et d’effectuer la descente de charge. Cette descente de charge sera

confirmée par une descente de charge manuelle. Ensuite, l’étude portera sur le dimensionnement de

différents éléments de la structure, ainsi que la réalisation de plans de ferraillage.




1. Présentation de l’entreprise.

1.1. Eiffage Construction, filiale du groupe Eiffage.

1.1.1. Le groupe Eiffage. Né en 1992 lors de l’union de l’entreprise Fougerolles et de la SAE (Société Auxiliaire

d’Entreprises), Eiffage est le troisième groupe français et sixième major européen du BTP et des

concessions. Avec près de 70000 collaborateurs, dont 85% sont des salariés actionnaires, le groupe

réalise un chiffre d’affaire annuel de l’ordre de 13,3 milliards d’euros à travers ses cinq métiers :

La construction, rassemblant le bâtiment et l’immobilier par Eiffage Construction.

Les travaux publics : ensemble de génie civil, terrassement, construction routière et

ferroviaire, par Eiffage Travaux Publics.

L’énergie : installation électrique, climatique et l’automatisation des processus de la

conception et de la maintenance, assurés par Forclum, Clemessy et Crystal.

La construction métallique dans les domaines des ouvrages d’art, de la mécanique ou encore

des industries, par Eiffel.

Les concessions et PPP (Partenariat Publics Privés), par Eiffage Concession.

Ces compétences complémentaires permettent au groupe de réaliser des chantiers de

grande envergure tel que le viaduc de Millau, viaduc multi haubané le plus haut du monde, construit

et financé par Eiffage pour une concession de 75 ans, ou encore le grand stade de Lille Métropole,

actuellement en cours de construction.

Figure 1.1 - Entreprises composant le groupe Eiffage.




Figure 1.2 - Répartition par activité du chiffre d'affaires en 2010.

1.1.2. La filiale Eiffage Construction. Comme nous l’avons vu précédemment, l’un des secteurs d’activités majeurs d’Eiffage est la

construction qui représente 24% du chiffre d’affaire. La filiale Eiffage Construction réunit l’ensemble

des métiers liés à l’aménagement urbain, la promotion immobilière, la construction, le montage

d’opérations, la maintenance et le « facility management ». La filiale est présente en France, mais

aussi dans sept pays Européens : Belgique, Luxembourg, Pays-Bas, Pologne, République Tchèque,

Slovaquie et Pologne (cf. Annexe n°1).

En France, Eiffage Construction s’organise autour de 11 directions régionales (cf. Annexe n°2).

Ceci permet d’être proche des différents chantiers en cours grâce à ces différentes directions

régionales, donc d’être plus réactif, mais aussi de disposer de la puissance d’un groupe par la

mutualisation des moyens mais aussi des méthodes et du savoir-faire.

Figure 1.3 - Eiffage Construction – Les chiffres clés 2010




Eiffage Construction a réalisé un chiffre d’affaire de 3,62 milliard d’euros en 2010 grâce à ses

14903 collaborateurs en France et en Europe. L’activité Bâtiment représente plus de 80% du chiffre

d’affaire global, tandis que l’activité maintenance et travaux service augment de plus en plus,

notamment grâce à la mise en exploitation de plusieurs PPP en 2010.

1.2. Eiffage Construction Alsace Franche Comté.

1.2.1. Présentation. Comme nous l’avons vu, Eiffage Construction s’organise autour de 11 directions régionales.

La direction régionale Eiffage Construction Grand Est regroupe à elle seule 4 entités :

• Eiffage Alsace Franche Comté

• Eiffage Lorraine

• Eiffage Champagne – Ardenne

• Eiffage Bourgogne.

Dirigé par Denis TRITSCHLER, Eiffage Construction Alsace Franche Comté comporte 4 agences

et couvre la région allant de Strasbourg à Besançon. Elle a réalisé un chiffre d’affaire de 88.9 millions

d’euros en 2010 sur les 250 millions d’euros de la région Grand Est, soit plus de 35% du chiffre

d’affaire de la direction régionale.

L’organigramme d’Eiffage Construction Alsace Franche Comté est donné en annexe n°3.

1.2.2. Domaine d’activité. Eiffage construction Alsace Franche Comté propose des solutions en matière de financement,

de conception et de réalisation. Elle offre ainsi son savoir-faire sur des projets complexes en

partenariat public-privé, en conception-réalisation ou en entreprise générale.

Elle répond donc aux appels d’offre publics et privés pour des projets diversifiés. Ses

domaines d’activités sont:

• La construction neuve de logements, bureaux, ou bâtiments industrielles

• La réhabilitation et la rénovation

• Les ouvrages de Génie civil

• Les ouvrages d’art

Plusieurs chantiers font figure de références pour Eiffage Construction Alsace Franche Comté

comme, la construction de l’UGC Ciné Cité à Strasbourg, la réhabilitation de la bibliothèque André

Malraux de Strasbourg, le pont sur les rives de la Thur à Cernay, et bien d’autre encore.




Figure 1.4 - UGC Ciné Cité - Strasbourg

Figure 1.5 - Bibliothèque André Malraux - Strasbourg

1.3. Le bureau d’étude structure interne. Le bureau d’étude structure interne d’Eiffage Construction Grand Est est basé à la Direction

Régionale, situé à Maxéville à coté de Nancy (cf. Annexe n°2). Le bureau d’étude est composé d’une

quarantaine de personnes, dont des ingénieurs Grandes Ecoles, des docteurs en sciences mention

mécanique des structures, et des dessinateurs projeteurs. Près de 70% du travail du bureau d’étude

est de l’étude d’exécution, mais il réalise aussi des missions de conseil, des avant-projets, et de

l’assistance technique en région parisienne, en province et à l’étranger, exclusivement au service des

filiales Eiffage Construction. Il contribue à la représentation technique du Groupe, enrichissant ainsi

régulièrement son expertise par des solutions apportées aux problèmes qu'il rencontre, tout en

maintenant son niveau de performance par son auto-formation.

Le bureau d’études structure participe à l’élaboration des principales normes techniques

françaises et européennes. Dans ses interventions sur les projets, le bureau d’études structure

contribue à l’optimisation des structures, des infrastructures, et de leurs fondations. Il s’intéresse

aussi aux calculs d’ouvrages sous actions dynamiques. Enfin, il est souvent à l’origine de propositions

de variantes destinées à optimiser les rendements de surfaces des projets, grâce à une approche

nouvelle de la conception des ouvrages.




2. Présentation du projet.

2.1. Présentation du projet. La nouvelle tour de contrôle de l’aéroport sera construite sur le site de l’aéroport d’Entzheim,

juste à côté de l’actuelle tour qui a été érigée en 1957.

Figure 2.1 - Vue satellite du site.

En 2005, l’aéroport de Strasbourg était le 5° aéroport de France en nombre de passager.

Mais depuis la mise en place de la 1ère partie de la Ligne à Grande Vitesse (LGV) Est Européenne, le

trafic de passager ne cesse de diminuer, et cette diminution risque de s’accentuer avec la mise en

place récente de la LGV Rhin-Rhône. En dépit de cette diminution, cette nouvelle tour de contrôle est

le fruit d’un besoin de contrôle des voies aériennes dans la région, par le Service de la Navigation

Aérienne (SNA) du Nord-Est.

2.1.1. Le marché. Comme le précise le CCAP (Cahier des Clauses Administratives Particulières), le marché

comprend :

• La construction d’un bâtiment neuf de 4637 m² SHON (Surface Hors Œuvre Nette)

comprenant :

o Un corps de bâtiment R+2 dénommé « Nouveau Bloc Technique » (NBT) qui

comprend des locaux opérationnels (locaux techniques affectés aux équipements de

navigation aérienne, et des bureaux pour le personnel).

o Une tour de contrôle (TWR), dont le plancher bas du dernier niveau culmine à 27.9

mètres, et est surmontée d’une vigie.

• L’aménagement de la partie non bâtie de l’emprise de l’opération d’environ 3400 m²

Une vue d’ensemble du projet, modélisé en 3 dimensions grâce au logiciel Autodesk Revit,

est donnée en annexe n°4.




L’opération de travaux est allotie, et les prestations portent sur 18 lots, qui sont traités par

marché à lots séparés.

Eiffage Construction a la charge du lot gros œuvre (lot n°2A et 2B). Le présent marché a été

obtenu en remettant une offre à la consultation, qui a été lancée par le maître d’ouvrage selon la

procédure de l’appel d’offres ouvert.

Désignation des lots

Lot 01 VRD

Lot 02 A - STRUCTURES

B - FACADES PREFABRIQUEES

Lot 03 A - CHARPENTE VIGIE

B - FACADE VIGIE

C - FACADE DE VIE ET TECHNIQUE

D - TOITURE/ETANCHEITE

E - SERRURERIE

Lot 04 ETANCHEITE

Lot 05 MENUISERIES EXTERIEURES

Lot 06 SERRURERIE

Lot 07 PORTES SECTIONNELLES - PORTES AUTOMATIQUES

Lot 08 MENUISERIES INTERIEURES – MOBILIER

Lot 09 PLANCHERS TECHNIQUES

Lot 10 CLOISONS - DOUBLAGES – PLATRERIE

Lot 11 CVC – PLOMBERIE

Lot 12 ELECTRICITE

Lot 13 APPAREILS ELEVATEURS

Lot 14 REVETEMENTS SOLS DURS

Lot 15 REVETEMENTS SOLS SOUPLES

Lot 16 PEINTURE - REVETEMENTS MURAUX

Lot 17 FAUX PLAFONDS

Lot 18 SIGNALETIQUE

Tableau 2-1 - Désignation des différents lots du marché

Le montant global de l’opération est prévu à 3 292 159,87 € HT pour le lot gros œuvre. Ce

montant ce divise en trois, 2 671 508,18 € HT pour la partie structure, 610 936,54 € HT pour la partie

façades préfabriquées et 9 715,15 € HT pour une option sur les fondations permettant une extension

future du bâtiment (cette option a été acceptée).

Le montant total des travaux (TCE) s’élève quant à lui à 10 282 053,50 € HT.




2.1.2. L’étude géotechnique. L’entreprise GINGER CEBTP a été chargée de réaliser l’étude géotechnique du site. Cette

étude permet de faire une synthèse géotechnique, hydrogéologique, ainsi que de prévoir les risques

naturels éventuels à prendre en compte. L’étude a été réalisée à l’aide des résultats de sondages

pressiométriques (SP1 et SP2 de l’étude G12) effectués en 2007.

2.1.2.1. Analyse et synthèse géotechnique.

L’analyse et la synthèse des résultats des investigations réalisées ont permis de dresser la

coupe géotechnique schématique suivante :

Formation n°1 : terre végétale brune ;

Profondeur : de 0m à 0,1/0,2m.

Formation n°1 bis : remblai limono-argileux à cailloux et débris de briques (SP2 uniquement) ;

Profondeur : de 0,2m à 1,0m.

Formation n°2 : limon sableux ou argileux à graviers épars.

Profondeur : de 0,1/1,0m à 0,9/2,1m.

Caractéristiques géotechniques : faibles à moyennes.

Formation n°3 : limon sableux rouge bruns graviers.

Profondeur : de 0,9/2,1m à 10,0m (fin des sondages pressiométriques)

Caractéristiques géotechniques : bonnes à très bonnes.

Les résultats de l’étude G12 de 2007 ont permis de déterminer la contrainte de service

maximale qui est de 0.3MPa, soit 3 bars à l’ELS.

2.1.2.2. Synthèse hydrogéologique.

Des venues d’eau ont été observées dans les sondages SP1 et SP2 entre 6,5 et 7,5m de

profondeur au moment des reconnaissances de 2007. Les niveaux d’eau relevés correspondent au

niveau de la nappe phréatique au moment des investigations.

Mais il est à noter que le régime hydrogéologique peut varier en fonction de la saison et de la

pluviométrie.

2.1.2.3. Risques naturels.

2.1.2.3.1. Risque sismique – données parasismiques réglementaire.

Selon les règles PS92 s’intitulant « Règles de construction parasismique applicables aux

bâtiments », les principales données parasismiques figurent dans le tableau ci-après.

Zone de sismicité cantonale BRGM 92 Ib

Classe de bâtiment D

Site géologique B

Classe du site S2

Accélération nominale aN correspondante (valeur minimale en m/s2)

2.5

Tableau 2-2- Risque sismique.




Pour rappel, les bâtiments de classe D sont : les ouvrages et installations dont la sécurité est

primordiale pour les besoins de la Sécurité Civile, de l’ordre public, de la Défense et de la survie de la

région.

2.1.2.3.2. Risque de liquéfaction.

L’étude géotechnique nous signale que les sols en présence au droit du projet sont limono-

sableux graveleux et gravelo-sableux limoneux hors nappe. Ils ne sont donc pas susceptibles de

liquéfaction.

2.2. Les différents acteurs du projet. Les principaux acteurs du projet sont regroupés dans le tableau suivant :

Maître d’ouvrage Service de la Navigation

Aérienne Nord-Est (SNA – NE)

Conducteur d’opération Direction Départementale des

Territoires du Bas-Rhin

Architecte Mandataire Arsène-Henry & Triaud

Architectes Associés AAG – Agence d’Architecture

des Gobelins

BET – Structure / Fluide Technip TPS

BET – Structure / Façade Vigie Van Santen & Associés

Economiste CHOLLEY MINANGOY

Bureau de contrôle SOCOTEC

Coordinateur SPS SERUE

Coordinateur SSI PCA

OPC C2BI Ingénierie

Tableau 2-3 - Les acteurs du projet




2.3. Planning du projet. Le planning prévisionnel a été établi durant la phase d’appel d’offres, puis validé et complété

durant la phase de préparation aux travaux. Ce dernier permet de définir les dates critiques à

respecter que ce soit pour la désignation des sous-traitants, la fourniture des plans nécessaires, ou la

commande des matériels et matériaux.

Il convient de noter que d’importantes modifications ont été prise en compte lors de la phase

de préparation des travaux par rapport à ce qui avait été prévu durant la phase d’appel d’offres. Ces

changements font suite à des modifications des délais imposés par le maître d’ouvrage. En effet,

suite à un important retard de la remise de l’Ordre de Service, un prolongement des durées de

travaux a été proposé par la maîtrise d’ouvrage. Ces évolutions en termes de durée ont amené

Eiffage Construction à étudier un planning ne comportant qu’une seule grue, contrairement aux deux

grues prévues lors de la phase d’appel d’offres. Suite à ces études, il est ressorti qu’une seule grue

suffisait à réaliser les travaux dans les délais prévus.

2.3.1. Chronologie du projet. Voici quelques dates importantes du projet, au niveau du lot gros-œuvre:

o Démarrage des travaux (fondations) : 30.05.2012

o Démarrage de la construction de la tour (fûts) : 11.06.2012

o Démarrage du RDC du bloc technique : 20.08.2012

o Démarrage du R+1 du bloc technique : 17.09.2012

o Démarrage de la toiture du bloc technique : 13.10.2012

o Montage du 1er niveau de platelage provisoire: 24.10.2012

o Réalisation des voiles elliptiques de la tour : 15.11.2012

o Montage du second niveau de platelage provisoire : 19.12.2012

o Construction de la vigie : 03.01.2013

o Démontage du platelage provisoire : 28.02.2013

o Fin des travaux de gros œuvre : 15.03.2013

o Réception des travaux (TCE): 01.11.2013

2.3.2. Début du PFE. Dans le cadre de l’étude de ce Projet de Fin d’Etudes, je me suis lancé dans le projet lors de la

phase d’exécution du projet. Les travaux n’étant pas encore commencés, le projet était en phase de

préparation de chantier. J’ai donc travaillé avec le bureau d’étude interne Eiffage, mais aussi en

étroite collaboration avec l’équipe méthode et l’équipe travaux du projet. Ce travail de collaboration

entre ces trois services, a permis de réaliser des schémas de principe, de discuter des différentes

solutions techniques réalisables et de choisir les solutions les plus faciles à mettre en place sur

chantier, tout en restant dans le budget prévisionnel.

Dès mon arrivée, il m’a été demandé de prendre connaissance du projet en étudiant les

différents plans (plans architecte, plans de l’étude d’avant-projet), le CCTP, l’étude de sol, et des

premières études réalisées par le bureau méthode concernant notamment le platelage de la tour

ainsi que la mise en place des façades préfabriquées.




Après avoir bien étudié les différents plans de structure, j’ai commencé le travail de

dimensionnement des éléments de la structure avec le bureau d’étude. Pour cela, j’ai utilisé

différents logiciels au cours de mon stage.

• Autodesk Robot Structural Analysis Professional (Robot) : Logiciel de calcul et

d’optimisation des structures.

• Autodesk Concrete Building Structure (CBS) : Outil de Robot Structural Analysis permettant

de réaliser des calculs de descente de charge.

• Acapulco : Logiciel de calcul et de dessin d’armatures de poutres continues en béton armé

selon les règles BAEL 91.

• AutoCAD Structural Detailing (ASD) : version du logiciel AutoCAD, spécifiquement conçu

pour la création de dessin de détail d’armatures et de plans d’exécution.

• Autodesk Revit Structure: Conçu spécifiquement pour la modélisation des données du

bâtiment (méthode BIM), le logiciel aide les professionnels de la construction à concevoir,

construire et gérer des bâtiments.

Plusieurs de ces logiciels m’étaient inconnus au début du stage, et ma formation sur ces

différents logiciels s’est faite au fur et à mesure de mon projet de fin d’études.

La première étape de mon travail de dimensionnement a été de réaliser un modèle en 3

dimensions sur le logiciel CBS et d’effectuer la descente de charge à l’aide du logiciel. La descente de

charge a aussi été réalisée manuellement, ce qui permet de faire un autocontrôle des résultats

obtenus. Une fois la descente de charge réalisée, j’ai dimensionné par le calcul et grâce aux logiciels

les ratios d’armatures des semelles isolées, des longrines et des poteaux du projet, pour ensuite

réaliser les plans de ferraillage.

Ma mission, qui consistait à effectuer la descente de charges et le dimensionnement

d’élément porteurs de la structure était très passionnante et instructive, car elle m’a permis de

comprendre la structure du bâtiment et de rentrer dans le détail du projet. Notamment au niveau

des assemblages semelles/poteau/longrines, longrines/longrines et d’autres assemblages où j’ai

travaillé en collaboration avec le bureau méthode sur des principes de ferraillage afin de faciliter la

mise en place des armatures sur chantier.




Ci-joint, un schéma heuristique traduisant mes missions réalisées au cours de ce projet de fin

d’études.

Mes missions

Etude B.A

Phase d’exécution

Modélisation du bâtiment

sur le logiciel CBS

Descente de charge

avec le logiciel CBS

Vérification avec la descente

de charge manuelle

Eléments de la structure

Longrines Semelles isolées Poteaux

Dimensionnement

Minute de

ferraillage

Dimensionnement

Type de structure:

Eléments préfabriqués

ou béton coulé en place.

Plan de ferraillage

Dimensionnement

Minute de

ferraillage

Figure 2.2 - Schéma heuristique traduisant mes missions au sein du bureau d’étude d’Eiffage Construction.




2.4. Le rôle d’Eiffage Construction. Comme il a été mentionné dans la partie « 2.1.1 - le marché », Eiffage Construction est en

charge du lot n°2. L’entreprise a donc pour objectif de réaliser les travaux de gros œuvre.

2.4.1. Cellule de synthèse. Eiffage Construction est également en charge de la cellule de synthèse. Celle-ci concerne

l’interface entre de nombreux lots. L’équipe de travaux assure la coordination de la synthèse

technique gros œuvre avec le bureau d’étude de l’entreprise. Les informations sont reportées sur les

plans d’exécution. Il est prévu que le conducteur principal de l’opération, assisté du bureau d’études

béton armé, assiste aux réunions de synthèse.

2.4.2. Encadrement du chantier. L’organisation de ce chantier est la suivante :

• Le directeur d’exploitation de l’agence de Strasbourg, M. Olivier WEBER, impliqué à temps

partiel sur l’opération

• Un conducteur de travaux principal, M. Edouard DIDIER, affecté à temps plein à cette

opération (période de préparation, travaux, gestion du compte prorata)

• Un chef de chantier principal, Donato CALVISIO, qui suivra les travaux et participera

activement à la période de préparation du chantier. Il sera présent en permanence sur le

chantier.




3. Trame du Bloc Technique. A mon arrivée, le projet se situait dans la phase de préparation de chantier, donc en phase

d’exécution. L’objectif premier du bureau d’étude était donc de sortir des plans de coffrage et de

ferraillage des différentes zones, pour que ces plans soient validés par le bureau de contrôle avant le

démarrage des travaux. C’est aussi au cours de cette phase, et avec l’aide de l’équipe travaux et

l’équipe méthode du chantier, que certaines améliorations techniques vont être proposées au maître

d’œuvre qui dira, si oui ou non elles sont acceptées. La solution finale devant être économique et

réalisable sur un plan financier, mais de plus, la conception doit garantir la stabilité de l’ensemble de

ses éléments porteurs.

3.1. Contrainte de construction. Le projet étant soumis aux actions sismiques, lors de la phase d’avant-projet le bureau

d’étude structure (TECHNIP TPS) avait proposé un système de fondation, liées entre-elles par un

réseau bidirectionnels de longrines. En effet, dans les règles PS92, l’article 4.33-a demande qu’on

dispose un réseau de longrines bidimensionnel pour relier les semelles entres elles, ou un système

équivalent. Ces éléments de liaison entre les points d’appuis de la structure ont un double rôle :

• Transférer les efforts horizontaux aux fondations et les répartir entre les points d’appuis.

• Assurer à tous les appuis le même déplacement relatif, dans le plan horizontal, dû aux

mouvements du sol.

Mais lors de la phase de préparation de chantier, le bureau d’étude Eiffage a proposé un

système de longrines unidirectionnel. En effet l’article 9.311-2 précise quels sont ces systèmes

équivalents autorisés :

• Un réseau de poutres bidimensionnel du plancher bas du bâtiment, si ces poutres sont

situées à moins de 1.20m de l’AI des semelles ;

• Un dallage peut aussi remplir ce rôle, s’il respecte lui aussi cette distance de 1.20m maximum

par rapport à l’AI des semelles.

Dans notre cas, on a calé la dalle du plancher bas à 1.20m de l’arase inférieur des semelles.

Donc, puisque la dalle elle-même respecte cette cote minimale de 1.20m par rapport aux semelles, il

n’est pas nécessaire de disposer des poutres dans les 2 directions pour assurer cette fonction de

blocage. Cette hauteur de 1,20m devra être prise en compte lors de mon étude de dimensionnement

des semelles isolées du projet.

Figure 3.1 - Disposition de longrines en cas de plancher sur vide-sanitaire.




3.2. Normes et prescriptions. La signature du permis de construire du projet étant signée lors de la période de transition

entre les normes française et les normes européenne et comme le précise le CCTP, les structures des

ouvrages seront conçues et calculées conformément avec les normes et prescription suivantes :

• Règles BAEL 91 : Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages et construction

en béton armé.

• Règles de calcul FB : Méthode de prévision par le calcul du comportement au feu des

structures en béton.

• Règles PS 92 : Règles de construction parasismique.

• Règles N 84 : Actions de la neige sur les constructions.

• Règles N.V.65 : Règles définissant les effets de la neige et du vent sur les constructions.

Cette liste n’est pas exhaustive, et elle est complétée par d’autres documents, comme par exemple :

• Tous les avis techniques ou cahiers approuvés visant les composants ou procédés de

construction mis en œuvre.

• Les annales de l’ITBTP (Institut Technique du Bâtiment et des Travaux Publics) applicables

aux ouvrages mis en œuvre, dans la mesure où elles ont été validées par les organismes

professionnels de l’Assurance.

• Les fascicules des cahiers des prescriptions communes et les cahiers des clauses techniques

générales applicables aux marchés publics de travaux, parmi lesquels le fascicule 65.

• Les directives et recommandations du SETRA.

3.3. Conception de la structure portante. Comme on peut le voir sur le plan de repérage des zones donné en annexe n°5, le nouveau

bloc technique construit autour de la tour de contrôle est divisé en cinq zones. C’est zones

représentent dans la réalité les cinq zones du bâtiment, toutes séparées entre-elle par des joints de

dilatation. En ce qui concerne la tour, elle est portée par deux pied en béton armé, l’un abritant un

escalier et des gaines techniques, l’autre un ascenseur et des gaines techniques. Cet escalier et cet

ascenseur donnent accès au bloc technique par l’intermédiaire de la zone 1.

Sur une partie de la zone 1 et de la zone 2, une galerie technique en sous-sol sera construite.

Les voiles en béton armé de cette galerie technique sont directement ancrés sur un radier, présent

sous toute la galerie enterrée et sous les futs de la tour. Le reste des zones 1 et 2, et les 3 autres

zones, sont fondés sur des semelles. On a donc des semelles filantes qui supportent les voiles, et des

semelles isolées qui supportent les poteaux. La structure du bloc technique est une structure en

portique, c’est-à-dire une structure poteaux-poutres, dont le contreventement est assuré par des

voiles en béton armé. Ces voiles en béton armé sont principalement les voiles des cages d’ascenseur

et des cages d’escaliers, mais aussi quelques voiles extérieurs. Les autres voiles extérieurs, sont des

façades préfabriquées en béton armée, qui font partie du lot 2B. Après un travail en concertation

avec le service méthode, ces voiles seront directement ancrés dans les longrines ou les poutres

extérieures de la structure. Ce sont donc ces longrines ou poutres, qui reprendront les charges dues

aux façades préfabriquées. Le plan de repérage des façades préfabriquées est donné en annexe n°6,

faisant apparaitre la masse linéaire du au poids propre de chaque façade.




Les poutres seront considérées comme des poutres continues, le but étant de réduire le

moment de flexion maximal en travée, en rendant le moment de flexion sur appuis plus défavorable.

Par conséquent, on diminue la section d’acier nécessaire aux armatures longitudinales en

augmentant celle des armatures supérieures au-dessus des appuis.

3.4. Particularité technique – Protection contre la foudre. Les installations de la Navigation Aérienne abritent des équipements électroniques et

informatiques dont le bon fonctionnement est indispensable pour garantir la régularité et la sécurité

du trafic aérien. Ces équipements étant sensibles aux perturbations électromagnétiques générées

par les coups de foudre ou par des installations voisines (émetteur radio, ligne haute tension, relais

hertzien...), ils doivent être impérativement protégés contre ces phénomènes.

C’est ainsi qu’un certain nombre de règles doivent être mises en œuvre afin d’assurer la

meilleure protection possible aux installations de la Navigation Aérienne et aux équipements qui y

sont installés. Le principe est d’assurer la continuité électrique et la mise à la terre de la structure

métallique d’un bâtiment par la mise en œuvre notamment :

• d’interconnexions soudées entre les ferraillages des structures horizontales et verticales.

• de liaisons en cuivre permettant le raccordement de la structure au ceinturage de terre en

fond de fouille.

• de dispositifs de connexion assurant la liaison des fers à béton avec le reste du réseau de

protection foudre.




4. Descente de charge. Afin d’effectuer le dimensionnement des différents éléments de la structure, mon premier

travail consistait à réaliser un modèle en 3D du bâtiment sur le logiciel CBS, et d’effectuer la descente

de charge réelle jusqu’aux fondations de chaque zone du bâtiment.

Pour ce projet, les charges verticales présentes sont de trois types :

• Des charges surfaciques, reprises par les planchers. Ces charges sont dues aux charges

permanentes et d’exploitation du bâtiment.

• Des charges linéaires, reprises pas les poutres et longrines extérieures. Ces charges sont

dues au poids propre des façades préfabriquées.

• Des charges ponctuelles, reprises par quelques poteaux de la structure. Ces charges nous

sont données par l’équipe méthode du projet. Elles sont dues à la descente de charge du

platelage provisoire, qui permettra la construction des voiles de la tour.

Il existe un seul type de distribution de charges dans ce projet :

Planchers → Poutres → Poteaux → Fondations

Mon rôle a été de récapituler les différentes charges présentes sur la structure, et de réaliser

la descente de charge. Pour cela, dans un premier temps, j’ai effectué cette descente de charge à la

main sur chaque zone du bâtiment. Puis dans un deuxième temps, j’ai réalisé cette même descente

de charge, à l’aide du logiciel Autodesk Concrete Building Structure. De ce fait, j’ai pu faire un

autocontrôle des résultats obtenus avec le logiciel, en comparant avec les résultats obtenus

manuellement.

4.1. Estimation des charges. Afin de pouvoir réaliser la descente de charge correctement, il faut tout d’abord connaître les

différentes charges qui s’appliquent sur chaque plancher du bloc techniques et de la tour.

Pour que ce soit plus pratique, le bureau d’étude a représenté dans un carnet de plan les

différentes charges qui s’appliquent sur les planchers. Ce carnet de plan se base sur les pièces

particulières du marché CCAP / CCTP ou par défaut par la norme NFP 06-001, ainsi que sur les plans

architecte. Voici un récapitulatif des charges du projet.

4.1.1. Nouveau Bloc technique.

4.1.1.1. Toiture.

• Charges permanentes :

- Poids propre de complexe d’étanchéité (isolant + étanchéité + gravillons 5cm) = 150 daN/m²

• Surcharges d’exploitation :

- Terrasse inaccessibles au public : 100 daN/m² sur 10m². Cette surcharge correspond à l’entretien.

- Poids des équipements techniques sur socle béton




4.1.1.2. Rez-de-chaussée et 1er étage.


- Poids propres des cloisons légères et des revêtements de sol : 100 daN/m²

• Surcharge d’exploitation : Selon le local avec un minimum de 350 daN/m² à défaut.

On trouve dans le CCTP un tableau, regroupant les différentes salles présentes dans le bloc

techniques, avec la surcharge à appliquer pour ces salles. On présente dans le tableau suivant,

quelques exemples de surcharge d’exploitation.

Local Surcharge (daN/m²) Etage

Magasin général 350 1er

Salle simulateur 1000 1er

Archives 500 1er

Local technique CVC 1000 Vigie

Garage 800 RDC

Tableau 4-1 - Surcharges d'exploitation sur le nouveau bloc techniques

4.1.2. Tour de contrôle.


- Poids propres des cloisons légères et des revêtements de sol : 75 daN/m²

- Toiture type bac métallique : 30 daN/m²

- Faux plafond et réseaux en faux plafond : 20 daN/m²

- Plateforme niveau 33.40 en caillebotis : 22 daN/m²

- Equipement en plateforme niveau 33.40 :

� Antennes : 100 daN

� Split system : 30 daN

� Garde-corps : 150 daN

• Surcharges d’exploitation :

Selon les fiches du programme avec un minimum de 250 daN/m² dans l’escalier d’accès.

Niveau Surcharge (daN/m²)

33.40 NGF (toiture) 100 sur 10m² (maintenance)

27.90 NGF 500

25.40 NGF 1000

22.45 NGF 500

Tableau 4-2 - Surcharge d'exploitation de la tour de contrôle.




4.2. Calcul de la descente de charge à l’aide du logiciel CBS.

4.2.1. Présentation du logiciel CBS. Autodesk Concrete Building Structure 2012 est un logiciel faisant partie de l’installation du

logiciel Robot Structural Analysis 2012. CBS est un outil de descente de charge pour les structures en

béton armé. Il est fortement utilisé dans la méthode BIM (« Building Information Modeling »), car il

permet de faire la descente de charges sur un bâtiment, et de transférer un élément de ce bâtiment

(une poutre par exemple) directement sur le logiciel Robot, avec ses caractéristiques géométriques,

les efforts qui s’appliquent dessus, afin de pourvoir faire l’étude de dimensionnement. Le côté

pratique de ce logiciel est que l’on peut travailler soit en vue en plan, soit en vue 3 dimensions, pour

avoir une meilleure vue d’ensemble.

4.2.2. Création du modèle CBS. Afin de créer le modèle CBS, j’ai suivi les premiers plans de coffrage à l’indice A, sortis par le

bureau d’étude. Ainsi, mon modèle se rapprochait de la future solution finale, car les premiers plans

de coffrage avaient été réalisés en suivant les plans architecte et les plans d’avant-projet du bureau

d’étude TECHNIP, mais en apportant quelques modifications. La modification la plus importante a

été, comme il a été dit dans le paragraphe « 3.1 contrainte de construction », la mise en place d’un

réseau unidirectionnel de longrines.

Lors de ce rapport, nous allons nous intéresser à la création du modèle 3D sur CBS, puis au

calcul de la descente de charge sur la zone 5. Mais dans le cadre de mon Projet de Fin d’Etudes, la

descente de charges a été réalisée sur l’ensemble des 5 zones du bâtiment.

4.2.2.1. Modélisation de l’infrastructure.

Dans un premier temps, nous allons placer géométriquement les différentes semelles isolées

et semelles filantes. Pour cela, on positionne la première semelle n’importe où, qui servira de

référence, et on positionne les autres par rapport à cette semelle. Chaque semelle est modélisée

avec ses caractéristiques géométriques (voir la figure n° 4.1), issues du plan de coffrage des

fondations de la zone 5. De plus, ces plans nous permettent d’avoir les cotations entre les semelles,

afin de pouvoir les positionner correctement sur le logiciel. Enfin, il faut indiquer au logiciel le type de

béton utilisé, pour qu’il puisse prendre en compte le poids propre de l’élément.




Figure 4.1 - CBS - Base de données des sections

Figure 4.2 - CBS - Base de données des matériaux.

Dans un second temps, on ajoute les longrines qui relient les semelles entres-elles, toujours

en respectant le plan de coffrage. Le logiciel nous permet d’indiquer si les longrines sont continues

ou non, ce qui permet de réduire le moment de flexion maximal en travée. Par exemple, les deux

longrines entre les semelles S31, S32 et S33 (voir la figure n°4.3), ont été modélisées comme

continues. Il faut aussi vérifier les conditions d’appuis des différentes longrines

Enfin, on ajoute à la modélisation les dalles, tout en respectant l’épaisseur de dalles données

sur le plan de coffrage du plancher haut sous-sol. Il faut ensuite définir le sens de portée de ces

dalles, car celui-ci influe sur la descente de charge. Comme on peut le voir sur la figure 4.4, la flèche

est plus épaisse dans un sens avec un symbole en dessous. Ceci signifie que la dalle est portée par les

deux longrines horizontales. Ce sont donc ces deux longrines qui reprendront les charges de la dalle.




Figure 4.3 - CBS - Modélisation des semelles et des longrines

Figure 4.4 - CBS - Modélisation d'une dalle

Semelles isolées

Semelles filantes

Longrines




4.2.2.2. Modélisation de la superstructure.

Le principe de modélisation de la superstructure est le même que celui de l’infrastructure. On

commence par modéliser les différents poteaux situés au-dessus des semelles isolées, puis les

poutres qui se modélisent de la même façon que les longrines, les voiles, et enfin les dalles. De

même, il faut définir les poutres qui sont continues, puis ensuite définir les conditions d’appuis des

poutres et des dalles.

De plus, CBS nous permet d’afficher différentes vues :

• vue 2D de chaque niveau

• vue 3D de chaque niveau

• vue 3D d’ensemble

La vue 3D architecturale, comme on peut la voir sur la figure 4.5, permet de voir si des

défauts d’alignements dans les longrines, ou entre les voiles ne seraient pas apparus lors de la

modélisation. De plus, cette vue permet aussi de bien visualiser la structure du bâtiment. Il existe un

autre type de vue (la vue de calcul, voir les figures 4.8 et 4.9), que nous verrons plus tard, qui permet

de visualiser les efforts dans les poteaux, les poutres, etc. Dans cette vue, tous les éléments sont

représentés en filaires, c’est-à-dire que les sections des éléments ne sont pas représenté sur la vue.

Figure 4.5 - CBS - Vue 3D architecturale de la zone 5.




4.2.2.3. Application des charges.

Maintenant que la modélisation de la structure du bâtiment est faite, il faut ajouter les

différentes charges qui s’appliquent sur la structure.

4.2.2.3.1. Les charges surfaciques.

Grâce au carnet de plan réalisé par le bureau d’étude, permettant de visualiser les charges

appliquées aux différents planchers, on applique ces charges au modèle 3D sur CBS. Pour appliquer

une charge sur CBS, on peut directement l’appliquer à un élément, une dalle par exemple, pour les

charges surfaciques. Cette méthode est la plus simple et la plus rapide. Mais lorsque c’est impossible,

par exemple si deux charges différentes s’appliquent sur une même dalle, mais pas sur toute la

surface, il faut dessiner géométriquement la zone d’application de la dalle.

De plus, on différencie les différents types de charges (permanentes, d’exploitation, chape,

etc.), ce qui permet après calcul, d’afficher les résultats selon chaque type de chargement, ou de les

additionner. Cette distinction entre les charges, permet aussi au logiciel d’afficher les résultats aux

ELU (Etats Limites Ultimes). Il applique donc les coefficients nécessaires, afin d’obtenir les

combinaisons des ELU.

Figure 4.6 - CBS - Application des charges surfaciques.

4.2.2.3.2. Les charges linéaires.

De la même façon que l’on a appliqué les charges surfaciques, on applique les charges

linéaires.

Dans ce projet, les seules charges linéaires présentes sont dues aux façades préfabriquées.

En effet, au lieu de modéliser ces façades comme des voiles, ce qui aurait faussé la modélisation car

elles ne font pas partie de la structure porteuse, on modélise ces façades comme une charge dont la

valeur est égale au poids propre des façades. Les façades étant directement ancrés dans les poutres

ou longrines extérieures, ces charges sont directement appliquées sur celles-ci. Lors de la




modélisation de ces charges, il faut faire attention à ce qu’elles soient bien appliquées sur les

poutres, et non sur le bord des dalles, car dans ce cas, la descente de charge peut très vite être

fausse. Les différentes façades préfabriquées et leur masse linéaires est données en annexes n°6.

4.2.2.3.3. Les charges ponctuelles.

Comme il a été précisé auparavant, lors de la construction des voiles de la tour, un étaiement

et un platelage provisoire sera mis en place autour de la tour. Cet étaiement a été longuement étudié

en collaboration avec l’équipe méthodes du projet, et il a alors été convenu que l’ensemble des tours

d’étaiement reposeraient sur un réseau de profilés métalliques primaires et secondaires qui

reposerait sur des potelets (au droit des poteaux des niveaux inférieurs) en toiture. Ce principe

permet alors de transmettre les charges en provenance de l’étaiement directement sur certains

poteaux de la structure porteuse du bâtiment.

Après ce travail de concertation, j’ai donc pu appliquer les charges ponctuelles directement

sur certains poteaux, afin de prendre en compte les effets de la mise en place de platelage provisoire.

4.2.3. Exploitation de la descente de charges sur CBS. Une fois que la structure entière est modélisée et que toutes les charges sont appliquées, on

peut lancer les calculs afin d’obtenir la descente de charges.

4.2.3.1. La répartition des charges sur les dalles.

CBS nous permet de visualiser la répartition des charges sur les différentes dalles, en vue 2D

et 3D. C’est-à-dire, qu’à l’aide d’un système de couleur, nous pouvons visualiser les surfaces

d’influence sur les dalles, qui symbolisent le cheminement de la transmission des efforts aux

éléments porteurs (voir figure n°4.7). De plus, cette répartition des charges permet se rendre compte

des sens porteurs de dalles. Ainsi, nous pouvons vérifier rapidement le sens de portée des dalles, par

rapport à ce qui est prévu sur les plans.

La figure 4.7, nous permet de voir que la moitié des charges qui s’appliquent sur la dalle

D-1_5 sont repris par la poutre « POU-1_07 », et l’autre moitié par la poutre « POU-1_08 ».

Figure 4.7 - CBS - Répartition des charges sur dalle




4.2.3.2. La répartition des charges sur les éléments linéaires.

Comme pour les dalles, CBS permet de visualiser les charges qui s’appliquent sur les

éléments linéaires (poutres, longrines, voiles). Le logiciel permet d’afficher les charges linéaires sur la

vue d’ensemble d’un étage du bâtiment (voir figure n° 4.8), ou sur la structure entière, mais on peut

aussi afficher les charges appliquées à un seul élément, en demandant les propriétés de cet élément.

Figure 4.8 - CBS - Charges linéaires sur la vue en plan d’un étage.

4.2.3.3. La répartition des charges dans les éléments ponctuels.

Enfin, CBS permet d’afficher les efforts ponctuels, ce qui nous permettra d’obtenir les efforts

repris par les poteaux ou les semelles isolées. De la même manière que précédemment, on peut

visualiser ces efforts sur la vue d’ensemble du bâtiment (en 2D ou 3D), ou sur un élément en

particulier. On remarque que sur la vue d’ensemble de la structure en vue de calcul (cf. figure 4.9), la

valeur des efforts ponctuels est donnée à chaque niveau du bâtiment.




Figure 4.9 - Charges ponctuelles sur la vue d'ensemble en 3D.

4.2.4. Résultats de la descente de charges à l’aide du logiciel. La descente de charges obtenue à l’aide du logiciel CBS est donnée en annexe n°7.

La descente de charges fait apparaître les charges linéaires sur les poutres et longrines, et les

charges ponctuelles sur les poteaux et les semelles isolées. Les charges linéaires sur les voiles ne sont

pas représentées dans cette descente de charge. En effet, les voiles étant des éléments de

contreventement, ils seront dimensionnés à partir de l’étude sismique, et non de la descente de

charges statique.

Sur les différents schémas de descente de charges donnés en annexe:

• La descente de charges est réalisée sous la combinaison ELS : � F = 1,00 x G + 1,00 x Q

• Les charges ponctuelles sont exprimées en T

• Les charges linéiques sont exprimées en T/m

4.3. Descente de charges manuelle. Voir annexe n°8 : Descente de charges manuelle (zone5)

Dans cette partie figurera le calcul de la descente de charges sur certains éléments de la zone

5, et ce afin d’éviter toute répétition. Mais cette méthode a été utilisée sur l’ensemble du projet,

dans le but de pouvoir vérifier rapidement l’ordre de grandeur des résultats donné par le logiciel.

La descente de charges a été rédigée, afin de trouver la charge qui s’appliquait sur la semelle

S39 (semelle au croisement des files I et 05). Voici les résultats obtenus :




• Descente de charges manuelle :

��,�� . � �� • Descente de charges du logiciel CBS (cf. annexe n°7, page 27):

��,�� . �� L’écart relatif entre les deux valeurs est de 2%. On peut donc dire que les deux descentes de

charge donnent approximativement le même résultat.

Voici un tableau comparant quelques valeurs obtenus entre la descente de charge réalisée

manuellement, et la descente de charges du logiciel.

Etage Eléments de

la structure

Descente de

charges manuelle

Descente de

charges CBS

R+2

Po-57' 4,36 t/m 4,36 t/m

Po-51' 2,68 t/m 2,68 t/m

Po-54' 2,62 t/m 2,66 t/m

R+1

Po-61 4,09 t/m 4,09 t/m

Po-54' 5,78 t/m 5,74 t/m

Po-64 4,19 t/m 4,23 t/m

RDC

LG-40 1,04 t/m 1,04 t/m

LG-37 5,35 t/m 5,34 t/m

LG-31 4,35 t/m 4,33 t/m

Fondations S39 112,07 t 109,82 t

Tableau 4-3- Comparaison de quelques valeurs entre les descentes de charges.




5. Dimensionnement d’éléments structuraux et plans d’exécution. Comme pour la descente de charges, dans ce rapport je vais présenter les calculs de

dimensionnement réalisés sur certains éléments structuraux de la zone 5. Mais lors de mon Projet de

Fin d’Etudes, ces calculs ont été effectués sur l’ensemble des 5 zones du nouveau bloc technique.

5.1. Semelles isolées.

5.1.1. La méthode des bielles. Le calcul de dimensionnement des semelles est réalisé d’après la méthode des bielles de

Pierre LEBELLE, qui permet de calculer les semelles de fondation recevant une charge centrée, avec

une réaction uniforme du sol. Cette méthode consiste à supposer que les charges appliquées sur la

semelle par le poteau qu'elle supporte sont transmises au sol par des bielles de béton comprimées.

Les efforts horizontaux de traction résultant de la décomposition des forces transmises par ces

bielles sont équilibrés par des armatures placées à la partie inférieure des semelles.

En toute rigueur, la méthode ne s’applique que si la pression sur le sol peut être considérée

comme uniforme et si la section de base du poteau et celle de la semelle sont homothétiques (voir

figure 5.1). Cette dernière condition n’est pas toujours réalisée et l’on rencontre souvent en pratique

des semelles dont les débords dans les deux sens sont du même ordre d01 ≈ d02. Il est toutefois

admis, par expérience, d’extrapoler la méthode des bielles à de tels cas.

Figure 5.1 - Semelle isolée sous poteau.




La validité de la distribution est admise si la hauteur de la semelle vérifie les conditions :

�� 4 � � � �� 4 � � � ��

En admettant que la charge du poteau Pu est centrée, et que la pression sur le sol est

uniforme, la transmission par l’intermédiaire de la bielle OA (figure 5.2) engendre dans les armatures

des efforts :

- Dans le sens X : �� !" #$

- Dans le sens Y : �% � �� &!"&#$

Figure 5.2 - Transmission de la bielle sous une charge concentrée.

La section d’armatures inférieures nécessaire pour assurer le fonctionnement en tirant a pour

valeur :

- Dans le sens X : '� � ()*+ ,-.

- Dans le sens Y : '% � (/*+ ,-.




5.1.2. Dimensionnement d’une semelle. Prenons l’exemple de la semelle S35, située aux files 06-J de la zone 5 du nouveau bloc

technique (cf. annexe n°9).

5.1.2.1. Hypothèses.

Caractéristiques des matériaux :

• Béton : 012# � 255��

• Acier : 0% � 5005��

• Section de poteau : Ø30 cm (pour les calculs, on prendra un poteau carré a=b=30cm, ce qui

est plus défavorable)

• 789:8;<8�8:=�>?8@AB ∶ DEFGH � 49.68L � 487.15O�PFGH � 12.80L � 125.54O�

o D’où : Efforts appliqués à l’état limite de service : N = 612.69 kN

o Efforts appliqués l’état limite ultime : Nu = 845.96 kN

• Contrainte dans le sol : QHRG,FGH � 3��>9 � 0.35T�

5.1.2.2. Calcul.

Dimensions du coffrage :

La surface de la semelle devra satisfaire la relation suivante :

B U �QHRG,FGHB U 61269��3��>9 � 20423:V2

On choisit une semelle carré :

B � ��2 U 20423:V2��ù:�′ U 142.9:V

On impose une semelle de dimension : a=b=155cm. Cette valeur vient du fait que certaines

semelles de cette zone avaient déjà été dimensionnées, et on essaie d’harmoniser les dimensions des

semelles ce qui permet d’avoir le même coffrage pour plusieurs semelles de la même zone.

Condition de rigidité

Calcul de la hauteur minimal de la semelle :

=Z[\[ � �� 4 ] 5:V=Z[\[ � 155 � 304 ] 5 � 36.25:V

On impose donc une hauteur de semelle égale à 45 cm.

Les dimensions de la semelle S35 sont donc : 155x155x45ht. Ainsi comme dit précédemment,

plusieurs semelles de la même zone ont les mêmes dimensions, ce qui simplifie le travail sur

chantier.




Calcul du ferraillage

On calcul les aciers dans les deux sens de la semelle.

- Dans le sens X :

'^ � �� ∗ `�� a8 ∗ � ∗ 0FbH

'^ �84596 �� ∗ `155:V � 30:Va

8 ∗ 40:V ∗5005�� ∗ 10

1.15

cde � . f gh

- Dans le sens Y, on trouve de même :

cdi � . f gh

En annexe n°10 se trouve la feuille de calcul et la minute de ferraillage de la semelle S35.

Cette feuille de calcul m’a permis de dimensionner toutes les semelles isolées du projet et d’obtenir

la minute de ferraillage propre à chaque semelle. La minute de ferraillage permet de représenter

schématiquement le ferraillage à mettre en place (type de barres, longueur, espacement, …) dans la

semelle. J’ai regroupé ensuite les semelles isolées de même dimensions, en essayant d’uniformiser le

ferraillage à mettre en place, dans la mesure du possible. En effet, il est plus simple et plus rapide

pour l’équipe travaux si le ferraillage à mettre en place dans deux semelles de même dimensions est

identique.

Avec le logiciel ROBOT, on obtient une section As = 5,03 cm2, plus petite que la section

obtenue par le calcul manuel. Cela résulte de la méthode utilisée, en effet, le logiciel ROBOT

considère la semelle comme une double console pour calculer le ferraillage, ce qui est plus

économique mais plus difficile pour le calcul manuel.

La note de calcul obtenue avec le logiciel Robot est donnée en annexe n°11.

5.2. Longrines. Les longrines de la structure sont dimensionnées par la même méthode que les poutres.

Dans un premier temps, nous allons aborder quelques aspects réglementaires quant au calcul de

dimensionnement des longrines et les dispositions à prendre concernant les armatures.

Puis dans un second temps, nous allons déterminer manuellement la section d’acier

longitudinal à mi travée d’une longrine à une travée sur deux appuis, et comparer ce ferraillage avec

l’étude réalisé à l’aide du logiciel Acapulco.




5.2.1. Aspects réglementaires. Les longrines, comme les semelles, sont dimensionnées suivant les règles BAEL91, révisée 99.

Mais la structure doit être stable au feu 1h, et le projet est soumis aux risques sismiques. Lors du

dimensionnement des éléments de la structure, certaines contraintes concernant la géométrie de la

section des poutres, ou des dispositions concernant le ferraillage devront être vérifiées. Nous allons

donc étudier les dispositions à prendre concernant l’étude des longrines.

Comme dit au paragraphe 3.2 : « Normes et prescriptions », les vérifications concernant la

stabilité au feu des structure est données par la norme française : NF P 92-701 Règle FB : « Méthode

de prévision par le calcul du comportement au feu des structures béton ». Dans cette norme, le

paragraphe 7.5 est consacré aux « Poutres et poutrelles en béton armé ou en béton précontraint ».

Cette norme nous donne les règles simples à respecter pour le dimensionnement et le ferraillage de

ces poutres.

La structure de notre projet doit être stable au feu 1h. Les critères d’exigence de stabilité au

feu sont réputés obtenus pour les poutres, lorsque les dispositions minimales des règles simples sont

observées.

Les règles simples à respecter sont donc :

(Mw+Me)/2Mo =0 (DTU) >.5 (DTU) bmin 16.0 cm 11.0 cm nl,min 2 2

nb 2 1

Tableau 5-1 - Règles simples du règlement FB : poutre stable au feu 1h

Notation

• Mo : moment isostatique sous les charges permanentes et variables.

• Mw et Me : Moments de flexion équilibrés par les aciers sur appuis.

• bmin : Largeur de la poutre.

• nl,min : Nombre minimal de lit d’armature

• nb : Nombre minimal de barre par lit.

De plus, notre structure étant une structure portique, contreventée par des voiles en béton

armé, les différents poteaux et poutres de la structure sont considérés comme éléments secondaires.

Les longrines du projet sont donc modélisées comme des éléments secondaires, au niveau de l’étude

sismique. La norme française NF P 06-013 : « Règles de construction parasismique » dites règles PS92

nous donne les dispositions à prendre.

Voici le texte du paragraphe 11.9 : « Dispositions propres aux éléments secondaires ».

Les dispositions constructives à prendre en sus de celles de règles

traditionnelles sont les suivantes :

poutres, poutrelles et dalles : il faut s’assurer d’une bonne liaison de l’élément

porté sur l’élément porteur par l’intermédiaire d’armatures réalisant la

continuité mécanique du ferraillage.




Les règles PS92 nous disent donc, qu’il n’y a pas de critères particuliers à respecter au niveau

de la géométrie des poutres, et au niveau du ferraillage, on doit s’assurer de la bonne continuité

mécanique des armatures aux niveaux des liaisons.

5.2.2. Particularités géométriques. Les longrines du projet sont de type rectangulaire, mais les longrines périphériques servent

de support aux panneaux préfabriqués de façade. De ce fait, une réservation de 15cm de largeur et

12cm de hauteur doit être faite (voir figure n°5.3), afin de positionner la façade préfabriquée et la

liaisonner à la longrine. Cette réservation doit être prise en compte lors du dimensionnement, car les

armatures ne doivent pas se trouver dans la réservation. Par exemple sur une longrine de hauteur

75cm, on effectue le dimensionnement sur une hauteur de 63cm.

Figure 5.3 - Détail: réservation dans les longrines

5.2.3. Etude d’une poutre à une travée. Tout d’abord, nous allons étudier la longrine LG 30, située sur la file 09 dans la zone 5 (cf.

annexe n°9). Cette longrine est une longrine périphérique, on la dimensionne donc avec la

réservation prévue pour les façades préfabriquées.

Réservation à prévoir dans la

longrine -> le ferraillage doit

donc être arrêté 12cm en

dessous de l’arase supérieur de

la longrine + 3cm minimum

d’enrobage




5.2.3.1. Hypothèses.

Figure 5.4 - Zone 5 - LG30

Caractéristiques des matériaux et géométrie :

• Béton : fc28 = 25 MPa ; Densité = 2.5 t/m3

• Acier : fy = 500 MPa

• b0 = 30 cm

• h = 75-12 = 63 cm

• d = 0,9xh = 56.7 cm

• portée : L=5.225m

• Stable au feu : SF 1h

• Fissuration peu préjudiciable.

Poids et charges sur la poutre :

La descente de charge effectuée avec le logiciel nous permet d’obtenir les charges

permanentes et d’exploitation qui s’appliquent sur la longrine.

• Poids propre : g1 = 0,47 t/m

• Charges permanentes ELS : g2 = 2,07 t/m

• Charges d’exploitations ELS : q = 0,60 t/m

Figure 5.5 - Schéma général de

la section de la poutre.




5.2.3.2. Calculs préliminaires.

On en déduit donc :

�jk^ � ?l ] ?2 ] m � 3,14<

Vn� 30,80O�V o

�jkp � 1,35 ∗ `?l ] ?2a ] 1,5 ∗ m � 4,33 <Vn� 42,48 O�V o5jk^ � 5HFq � �jk^ ∗ r28 � 10,72<.V`� 105,21O�.Va5jkp � 5� � �jkp ∗ r28 � 14,78<.V`� 144,99O�.Vas� � �jkp ∗ r2 � 11,31<`� 110,95O�a

5.2.3.3. Détermination du ferraillage longitudinale.

Etant en fissuration peu préjudiciable, on effectue le calcul aux ELU (Etat Limite Ultime).

b � 5�5HFq � 14,8710,72 � 1,38

μG� � 012# u⁄150 � 75ub ] 1,75`2.5 � uba`012# u⁄ a �w8:012#8;5��

Or θ=1 : durée d’application > 24h

μG� � 25150 � 75 ∗ 1,38 ] 1,75`2,5 � 1,38a`25a μxy � �,f�

Or: μ&� � z{&|∗$}∗*~{

Avec : 0&� � �,#�∗*�}�l,�∗� � 14,175��

Donc : μ&� � l��,��∗l��,��∗�,��}∗l�,l�

μiy � �, �f

μ&� � μG� � Section rectangulaire sans acier comprimé.

�& � �`1 � 0,6 ∗ μ&�a�& � 0,567 ∗ `1 � 0,6 ∗ 0,1273a�& � 0,524V � 52,4:V

'�� 5��& ∗ 0F$

Or: 0F$ � *+,- � ��l,l� � 4355��




Donc : '�� l��,��∗l��

�,�2�∗�� 6,36 ∗ 10"�V2

c�� f, �fgh

La section minimale d’armature longitudinale à mettre en place à mi travée est donc égale à

6,36 cm2.

Nous allons maintenant faire l’étude de cette même longrine, à l’aide du logiciel Acapulco.

Après avoir modélisé la longrine sur le logiciel Acapulco, le logiciel nous donne la note de calcul de la

longrine, ainsi que l’enveloppe des sections théoriques et effectives d’acier (voir annexe n°12).

Le logiciel Acapulco nous indique que la section d’acier en travée fibre inférieur est égale à

6,18 cm², ce qui correspond à notre étude.

5.2.4. Etude d’une poutre continue à plusieurs travées. Nous allons maintenant nous intéresser au dimensionnement d’une longrine continue.

Prenons l’exemple des deux longrines (LG49-LG50), situées en zone 4 sur la file 08 (cf. annexe n°5 :

plan de repérage des zones du nouveau bloc technique, et la figure n°5.6).

Les deux longrines ont été modélisées et calculées comme une longrine continue à deux

travées. Après avoir obtenu les différentes charges linéaires grâce à la descente de charge effectuée

précédemment, la longrine a été modélisée sur Acapulco. La note de calcul d’Acapulco est donnée en

annexe n°13, et nous allons donc étudier et exploiter cette note de calcul.

Figure 5.6 - Zone 4 - Longrines continues: LG49-LG50




5.2.4.1. Matériaux.

• Béton : fc28 = 25 MPa

• Acier : fy = 500 MPa

• Densité du béton armé : 2.5 t/m3

5.2.4.2. Modélisation de la poutre.

Comme dit précédemment, la poutre est située en zone 4, suivant l’axe de la file 08.

Figure 5.7 - Modélisation de la longrine LG49-LG50

Poutre de section rectangulaire : 30*75ht

5.2.4.3. Charges.

Travée Longueur (m) Charge permanente (t/m)

Charge d’exploitation (t/m)

Poids propre (t/m)

LG49 4.725 2.89 1.69 0.56

LG50 4.625 2.89 1.69 0.56

Tableau 5-2 - Charges appliquées à la longrine.

5.2.4.4. Sollicitations aux ELU.

Le dimensionnement des poutres passe par la recherche des courbes enveloppes des

moments qui permettent de déterminer les moments maximaux sur appuis et en travées.

5.2.4.4.1. Moments de flexion

Travée Md travée (t.m) Md appuis gauche (t.m)

Md appuis droit (t.m)

LG49 14.75 0.00 -14.55

LG50 14.01 -14.55 0.00

Tableau 5-3 - Moments de flexion de calcul.

La courbe enveloppe des moments, obtenue par analyse élastique, doit être modifiée pour

les calculs béton armé, pour l’épure d’arrêt des barres. On décale horizontalement la courbe de

0,8h. Les moments extrêmes restent cependant les mêmes, alors que tout au long de la poutre les

valeurs sont augmentées.

LG49 LG50




5.2.4.4.2. Efforts tranchants

Travée Vd appuis gauche (t) Vd appuis droit (t)

LG49 -10.09 15.58

LG50 -15.29 9.72

Tableau 5-4 - Efforts tranchants de calcul.

Les courbes enveloppes des moments de flexion et des efforts tranchants sont données en

annexe n°13.

5.2.4.5. Détermination du ferraillage.

Le logiciel nous permet d’obtenir les sections d’armatures théoriques en travée et sur appuis.

De plus, Acapulco permet également de faire le passage entre le ferraillage théorique et le ferraillage

réel.

Mais, pour la stabilité au feu par exemple, on a vu au paragraphe 5.2.1 : « Aspects

réglementaires » que certaines dispositions concernant le ferraillage devaient être respectées. C’est

donc le rôle de l’ingénieur de vérifier le ferraillage et d’effectuer des modifications au niveau du

ferraillage, même si la vérification de la stabilité au feu des structures est prise en compte par le

logiciel.

Travée Ferraillage théorique inférieur en travée

(cm²)

Ferraillage théorique supérieur appuis gauche

(cm²)

Ferraillage théorique supérieur appuis gauche (cm²)

LG49 4.98 1.04 5.21

LG50 4.72 5.21 1.00

Tableau 5-5 - Sections d'armatures théoriques.

La courbe enveloppe des sections d’acier théoriques et effectives est donnée en annexe n°13.

5.2.4.6. Réalisation des plans de ferraillage.

Une proposition de plan ferraillage des deux longrines est donnée en annexe n°13. On

remarquera que la solution de poutres ou longrines préfabriquées a été choisie dès que c’était

possible. De ce fait, plusieurs dispositions sont à prendre en compte lors de la réalisation des plans

de ferraillage.

• Mise en place de barres de montage et d’épingles (n° 8 & 9 sur les plans de ferraillage) : Ces

aciers ne sont pas pris en compte lors des calculs de sections d’aciers, ils ne servent qu’à

relier les armatures transversales aux armatures longitudinales. Les aciers de montage sont

considérés comme des armatures complémentaires.

• Mise en place d’acier de peau (n° 11): La fonction de ces aciers est de limiter la fissuration du

béton.

• Mise en place de crochet de levage (n° 10) : Comme leur nom l’indique, ces crochets

permettent de lever les poutres préfabriquées.




5.3. Poteaux.

5.3.1. Description. Ce chapitre sera consacré au dimensionnement du poteau P62, poteau situé au rez-de-

chaussée de la zone 5, dont nous avons réalisé la descente de charges manuelle et avec le logiciel. Il

s’agit du poteau le plus sollicité de cette zone. Le type de béton utilisé est du béton C25/30. Comme

nous avons pu le voir lors de la descente de charges (voir page 14 de la descente de charges

manuelle donnée en annexe n°8), ce poteau doit reprendre les charges du niveau R+1 ainsi que du

niveau R+2.

Figure 5.8 - Localisation du poteau P62.

Les poteaux sont généralement soumis à des charges verticales qu’ils transmettent jusqu’aux

fondations. Il s’agit de :

- Préciser les hypothèses de calcul ;

- Calculer les armatures longitudinales

- Choisir et organiser les armatures longitudinales et transversales en respectant les

dispositions constructives.

Dans les cas courants de bâtiment, le calcul s’effectue par la méthode forfaitaire du BAEL 91,

à partir d’hypothèses simple, entres autres :

- Elancement limité pour parer au risque de flambement ;

- Effort normal de compression centré ;

- Justifications des sections à l’ELUR (Etat Limite Ultime de Résistance) ;

Poteau P62




5.3.2. Hypothèses d’études. Compression « centrée ».

L’article B.8.2,10 du BAEL 91 révisé 99, nous donne la définition d’un poteau soumis à une

compression » centrée » :

Un poteau est réputé soumis à une compression « centrée » síl nést sollicité

en plus de léffort normal de compression que par des moments dont

léxistence nést pas prise en compte dans la justification de la stabilité et de la

résistance des éléments qui lui sont liés et qui ne conduisent par ailleurs qu´à

de petites excentricités de la force extérieure.

On considère donc que la compression est « centrée », si l’excentrement éventuel de l’effort

de compression est limité à la moitié de la dimension du noyau central. Nous rappelons dans le

tableau suivant, les dimensions du noyau central en fonction de la section du poteau :

Section du poteau Noyau central

Rectangulaire (axb) Losange de sommet a/6

et b/6 sur les axes

Circulaire de rayon r Cercle de rayon r/4

Tableau 5-6 - Dimension du noyau central d'un poteau.

Elancement.

L’élancement λ doit être inférieur à 70, afin de pouvoir appliquer la méthode forfaitaire.

Combinaison d’action.

Le poteau étant soumis aux actions des charges permanentes et des charges d’exploitation,

dans les cas les plus courants, l’unique combinaison d’actions à considérer est :

�� 1,35 ∗ E ] 1,5 ∗ P

Le BAEL précise que d’autres combinaisons peuvent être rencontrées, notamment dans le cas

où des porte-à-faux importants sont susceptibles de provoquer des efforts de soulèvement dans

certains poteaux, ce qui n’est pas notre cas ici.

5.3.3. Calcul de la section d’armatures longitudinales par la méthode

forfaitaire. Données :

• E � 53,23< � 522,41O�

• P � 18,99< � 186,29O�

• �� 100,35< � 984,29O�

• Poteau de section circulaire : 7 � 30:V

• Longueur libre : �� 3,00V




Selon le BAEL, la longueur libre d’un poteau appartenant à un bâtiment à étages multiples est

comptée entre faces supérieures de deux planchers consécutifs, ou de sa jonction avec la fondation à

la face supérieure du premier plancher.

Les poteaux étant considéré comme des éléments secondaires par rapport aux séismes,

l’article B.8.3,31 du BAEL nous dit que :

La longueur de flambement lf est prise égale à :

• 0,7 l0 si le poteau est à ses extrémités :

o Soit encastré dans un massif de fondation ;

o Soit assemblé à des poutres de plancher ayant au moins la même

raideur que lui dans le sens considéré et le traversant de part en

part ;

• l0 dans tous les autres cas.

Dans notre cas, on est en présence de poteau circulaire, et le poteau est assemblé à des

poutres que dans un seul sens. Il y a donc un risque de flambement du poteau, dans le sens où il n’y a

pas de poutres, assemblées en tête du poteau. On est donc dans le deuxième cas de l’article du BAEL.

• Longueur de flambement : �* � �� 3,00V

• Béton : 012# � 255��

• Acier : 0% � 5005��

Détermination de la section théorique :

• Moment quadratique :

� � � ∗ 7�64 � 39760,78:V�

• Section de béton:

A � � ∗ 724 � 706,86:V^2

• Rayon de giration :

� � ��A � 74 � 7,5:V




• Elancement :

� ��*

�� 40

L’élancement est bien inférieur à 70, on peut donc appliquer la méthode forfaitaire.

• Coefficient α :

� � 50 → � � 0,851 ] 0,2 ∗ � �35�2 � 0,6740

Selon l’article B.8.4,1 du BAEL, les valeurs de α sont à diviser par 1,10, si plus de la moitié des

charges sont appliquée avant 90 jours. On obtient donc :

� � 0,6127

• Section réduite Br :

Aq � A � � ∗ `7 � 2a24 � 615,75:V2

• Section d’acier théorique :

'�� n�� Aq ∗ 012#0,9 ∗ b& o ∗ bH0F

o Avec : b& � 1,5;bH � 1,15

'�� n 0,9840,6127 � 0,0615 ∗ 250,9 ∗ 1,5 o ∗ 1,15500 ∗ 10�'�� 10,74:V2

• Section d’acier minimale :

'Z[\l � 4 ∗ � � 4 ∗ � ∗ 7 � 3,77:V2'Z[\2 � 0,2 ∗ A100 � 1,41:V2

• Section d’armature longitudinale :

'H � sup̀ '��; 'Z[\l; 'Z[\2a cd � �, �gh

On choisit de mettre en place : 6HA16 = 12,064 cm².




L’article A.8.1,2 du BAEL nous dit que la section d’armatures longitudinales ne doit pas

dépasser 5% de la section totale de béton comprimé, en dehors des zones de recouvrement.

'Z � �5

100∗ A � 35,34:V2

Remarque : L’étude de ce même poteau avec le logiciel Robot, nous donne une section d’acier

théorique de 10,18 cm². La note de calcul sous Robot de ce poteau est donnée en annexe n°15.

5.3.4. Détermination du ferraillage transversal. Selon l’article A.8.1,3 du BAEL :

- le diamètre des armatures transversales est au moins égal à la valeur normalisé la plus

proche du tiers du diamètre des armatures longitudinales qu’elles maintiennent :

Φ� U ΦG3 ¡ 5,33VV →Φ� � 6VV

- Leur espacement est au plus égale à :

9� � inf`7 ] 10:V; 15 ∗ ΦG ; 40:Va 9� � 24:V

Selon l’article 11.9 du PS92 :

Les armatures transversales aux extrémités du poteau, sur une hauteur égale au diamètre,

doivent avoir un espacement maximal :

9� � inf`0,5 ∗ 7; 12 ∗ ΦG ; 30:Va 9� � 15:V9�>�;8=��<8�>�830:V. Nous avons choisi de mettre en place des cadres espacés de 10 cm, sur une hauteur de 30cm,

en tête et en pied de chaque poteau du projet.

La feuille de calcul ainsi que la minute de ferraillage du poteau P62 sont données en annexe n°14.




Conclusion. Ce projet de fin d’études s’inscrit dans une démarche de dimensionnement de structure lors

de la phase d’exécution d’un projet. J’ai pu observer que la structure portante définie en avant-

projet, était susceptible d’être modifiée au fur et à mesure de l’avancement de l’étude de

dimensionnement, et du travail effectué en collaboration avec l’équipe méthodes et l’équipe travaux

du chantier.

Le projet que j’ai mené m’a permis d’utiliser différents logiciels de descente de charges et de

calcul, outils devenus indispensables pour l’étude des ouvrages en béton armé. Dans un premier

temps, le logiciel Autodesk Concrete Building Structure m’a permis de modéliser le bâtiment et

réaliser la descente de charges sur l’ensemble de celui-ci. Les résultats donnés par le logiciel ont été

vérifiés et confirmés par une descente de charges manuelle réalisée sur chaque zone. Dans un

second temps, j’ai dimensionné différents éléments de la structure porteuse. Tout d’abord, grâce à

différentes feuilles de calcul Excel basées sur les règles BAEL 91, j’ai pu effectuer les calculs de

dimensionnement des semelles de fondations et des poteaux, et ainsi obtenir les minutes de

ferraillage de ces éléments. Puis, grâce au logiciel Acapulco, j’ai dimensionné l’ensemble des

longrines du projet, et réalisé les plans de ferraillages de celles-ci. Le logiciel Robot m’a, quant à lui,

permis de dimensionner ces éléments à partir du logiciel CBS, et donc de contrôler les résultats

obtenus auparavant. En effet les liaisons entre CBS et Robot, permettent de dimensionner les

éléments de la structure en prenant en compte les diagrammes de charges réels issus de la descente

de charge du logiciel.

J’ai rencontré quelques difficultés lors de la modélisation de la structure du nouveau bloc

technique sur CBS, au niveau de l’application des charges dues au nombre important de charges

d’exploitation définies. Des difficultés se sont également posées lors de réalisation des plans de

ferraillage avec Acapulco, même si des applications existent pour modifier le ferraillage

manuellement. De plus, le ferraillage devait respecter des dispositions particulières afin d’être

conforme aux règles parasismiques et aux règles de calcul de stabilité au feu, dispositions que le

logiciel ne respectent pas automatiquement.

Ce que je souhaite souligner de cette expérience professionnelle, c’est l’importance de

l’implication totale dans une démarche, et de ne pas se décourager suite à une mauvais manipulation

d’un logiciel. Cette immersion dans le monde professionnel m’a démontré l’importance de l’aspect

relationnel, notamment dans les échanges avec les ingénieurs et les techniciens côtoyés durant ce

projet de fin d’étude. De plus, cela m’a surtout donné la possibilité de mieux appréhender le métier

d’ingénieur. Il ne suffit pas d’interpréter les résultats donnés par un logiciel ; cela consiste en une

éternelle recherche d’informations et en une remise en question permanente de nos connaissances.

D’un point de vue personnel, ce stage ne m’a apporté que des satisfactions tant au niveau

relationnel que professionnel, et a répondu à tout ce que j’en attendais. Arrivé à ce stade, je voudrais

de nouveau saisir l’opportunité de remercier M. DIALLO et M. HELLASSA pour leur soutien et leurs

nombreux conseils. J’ai ainsi pu développer non seulement mes connaissances théoriques mais

également améliorer ma façon de travailler et mon esprit d’organisation, des qualités tant

importantes pour un ingénieur.




Bibliographie.

[1] : DAVIDOVICI Victor. Formulaire du béton armé - volume 1. Le moniteur, 1996, 376p.

[2] : DAVIDOVICI Victor. Formulaire du béton armé - volume 2. Le moniteur, 1996, 296p.

[3] : Fascicule n°62 - Titre I - Section I : Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages et

constructions en béton armé suivant la méthode des états limites - BAEL 91 révisé 99. Bulletin Officiel,

1999, 246p

[4] : Règles de construction parasismique – Règles PS applicables aux bâtiments, dites Règles PS92.

AFNOR, 1995, 218p

[5] : Perchat Jean, ROUX Jean. Pratique du BAEL 91. Eyrolles , 2002 (4° édition), 464p.

[6] : Centre Scientifique et Technique du Bâtiment. NF P 92-701 Décembre 1993 - Règles FB –

Méthode de prévision par le calcul du comportement au feu des structures en béton. CSTB, 2007, 61p.

Projet de fin d’études -...

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