sismique
-
Upload
mariam-moumni -
Category
Documents
-
view
22 -
download
1
description
Transcript of sismique
-
Page 1 sur 47
PROJET DE FIN DETUDE La Tour Totista Monaco
Auteur : BONNARD Quentin
Tuteur INSA Strasbourg : M. Guth
Tuteur entreprise : M. Bertuli
Spcialit Gnie Civil
-
Page 2 sur 47
REMERCIEMENTS
Mes remerciements sincres vont lentreprise B.A.B.E.T., tous les employs qui y
travaille, pour mavoir permis deffectuer mon projet de fin dtude et de mavoir confi des
responsabilits pour cette tude qui ma permis de continuer ma formation.
Je tiens remercier monsieur Didier GUTH, directeur dARCADIS Strasbourg, pour sa
disponibilit et ses conseils qui mont permis de toujours me poser de nouvelles questions et
ainsi davancer dans mon projet.
Je remercie particulirement la famille BERTULI, Roger et Roland, pour le temps pass
mexpliquer les bases du mtier dingnieur.
Je souhaitais remercier tout particulirement ma famille de mavoir permis de faire de
longues tudes loin de chez moi et de mavoir soutenu pendant ces 3 annes.
-
Page 3 sur 47
SOMMAIRE
Sommaire
REMERCIEMENTS .................................................................................................................................................... 2
Liste des figures et tableaux .................................................................................................................................... 4
Annexes ................................................................................................................................................................... 5
INTRODUCTION ....................................................................................................................................................... 6
1 Prsentation de lentreprise ........................................................................................................................... 7
2 Prsentation du projet ................................................................................................................................... 9
2.1 Localisation .......................................................................................................................................... 11
2.2 Spcificits ........................................................................................................................................... 12
3 Risque sismique ............................................................................................................................................ 15
3.1 Rglementation parasismique ............................................................................................................. 15
3.1.1 Rglementation franaise ........................................................................................................... 15
3.1.2 Rglementation mongasque ..................................................................................................... 18
3.2 Rponses de la structure ..................................................................................................................... 20
3.2.1 Amortissement : ....................................................................................................................... 20
3.2.2 Coefficient de comportement..................................................................................................... 22
4 Elments pour le calcul sismique ................................................................................................................. 23
4.1 Stratgie du calcul sismique ................................................................................................................ 23
4.2 Recueil des hypothses pour le calcul sismique .................................................................................. 24
5 Modlisation ................................................................................................................................................ 28
6 Lanalyse modale .......................................................................................................................................... 33
6.1 Mthodologie de calcul ....................................................................................................................... 33
6.2 Rsultats .............................................................................................................................................. 34
7 Vrification ................................................................................................................................................... 35
7.1 Conditions remplir par la structure................................................................................................... 35
7.1.1 Mthode ..................................................................................................................................... 35
7.1.2 Rgularit du btiment ............................................................................................................... 35
7.2 Formules .............................................................................................................................................. 40
7.3 Feuilles de calcul .................................................................................................................................. 42
7.4 Bilan ..................................................................................................................................................... 43
8 Plan dexcution ........................................................................................................................................... 44
CONCLUSION ......................................................................................................................................................... 46
BIBLIOGRAPHIE ..................................................................................................................................................... 47
-
Page 4 sur 47
Liste des figures et tableaux
Fig. 1.1. Localisation gographique
Fig. 1.2. Ple multimodal du tramway de Nice
Fig. 1.3. Chantiers raliss par B.A.B.E.T.
Fig. 2.1. Projet Wilmotte et Associs S.A.
Fig. 2.1.1. Localisation gographique
Fig. 2.2.1. Localisation des parois moules
Fig. 2.2.2. Mthode de ralisation des parois moules
Fig. 2.2.3. Paroi moule amont
Fig. 2.2.4. Rservoirs de bentonite
Fig. 2.2.5. Machine posant les armatures
Fig. 2.2.6. Micro pieux
Fig. 3.1.1.1. Rglementation parasismique franaise
Fig. 3.1.1.2. Tableau des classes douvrage
Fig. 3.1.1.3. Tableau dacclration nominale
Fig.3.1.1.4. Rgion de vent de la France
Fig. 3.1.1.5. Rgion de neige de la France
Fig. 3.1.2.1. Spectre P.S.92
Fig. 3.1.2.2. Spectre mongasque
Fig. 3.1.2.3. Zonage sismique de la France
Fig. 3.2.1.1. Tableau des coefficients damortissement
Fig. 3.2.2.1. Tableau des coefficients de comportement
Fig. 4.2.1. Coupe du terrain
Fig. 4.2.2. Schma de pousse du vent
Fig. 5.1. Extrait du CCTP
Fig. 5.2. Modle Robot
Fig. 5.3. Modle dun tage courant
Fig. 5.4. Maillage du radier
Fig. 6.1.1. Tableau des combinaisons Robot
Fig. 6.2.1. Extrait de la note de calcul de B.A.B.E.T.
Fig. 7.2.1.2. Plan dun tage courant
Fig. 7.1.2.1. Tableau de calcul des centres de gravit et de torsion
Fig. 7.2.1. Extrait du P.S.92
Fig. 7.2.2. Extrait de lannexe de loi mongasque
Fig. 7.3.1. Tableau des rsultats selon x
Fig. 7.3.2. Tableau des rsultats selon x et H = 68.75m
Fig. 8.1. Plan de coffrage du R+14
-
Page 5 sur 47
Annexes
Annexe 1 : Bulletin officiel de la principaut de Monaco du vendredi 20 Juin 2003 et
son annexe.
Annexe 2 : Rsultats de la campagne de sondage dERG.
Annexe 3 : Note de calcul au sisme de la tour Totista : N012A.
Annexe 4 : Note de calcul au vent de la tour Totista : N013A.
Annexe 5 : Note de calcul de Soltanche : SB.EXE.MO009266-NHG.-001.ind B.
Annexe 6 : Coupe longitudinale de la tour Totista : N050A.
Annexe 7 : Plan du RDC : N009D.
Annexe 8 : Plan du R+19 : N014D.
Annexe 9 : Fiche ferraillage des raidisseurs types.
Annexe 10 : Fiche ferraillage des attentes particulires types.
Annexe 11 : Fiche ferraillage des linteaux types.
Annexe 12 : Fiche ferraillage des voiles types.
Annexe 13 : Planning des travaux.
-
Page 6 sur 47
INTRODUCTION
Parmi les catastrophes naturelles, les tremblements de terre sont sans doute celles qui ont
le plus deffets destructeurs dans les zones urbanises. Pouvons-nous prvoir un sisme ? Il
semble que nous pouvons lanticiper de seulement quelques heures, en effet les
phnomnes sismiques ne sont pas parfaitement connus. Toutefois, chaque sisme nous
observons un regain dintrt pour la construction parasismique. En France, les deux
tremblements de terre de 1996, survenu Saint-Paul-de-Fenouillet et Annecy, ont
certainement contribu la prise en compte de ces phnomnes dans la construction. De
plus, sur le plan international, limpressionnant sisme de Kob au Japon le 17 janvier 1995
nous amne nous tourner une fois de plus vers la construction parasismique.
Lors de toute catastrophe naturelle, on se doit de protger avant tous les hommes qui, prs
des lieux du dsastre, courent un danger. Cela implique la fois une connaissance
scientifique du phnomne ainsi que la matrise des moyens techniques pour y faire face, et
une considration totale du problme : les risques du sisme dpendent de lactivit
tectonique, ainsi que de la nature du sol, caractristiques rgionales mises en relation avec
les informations provenant du reste du monde, ce qui ncessite une bonne organisation
lchelle plantaire.
Dans le cur de tous les scientifiques tudiant ce problme, lobjectif principal est la
protection des personnes et des biens. Ainsi, pour assurer cette protection, il existe plusieurs
mthodes : dune part la prvision et la prdiction des sismes, mettant en uvre des
mthodes mathmatiques diverses, visant avertir les populations dans les zones risques,
et dautre part la prvention, qui consiste concevoir des btiments pouvant rsister aux
secousses telluriques : cest lobjet de la construction parasismique. Une combinaison des
deux mthodes tant bien plus efficace.
Le sud de France, plus particulirement mon dpartement : les Alpes-Maritimes, connait trs
bien ce problme et le combat au quotidien. Une des mthode utilise est la
communication : des campagnes de prvention et des exercices dalerte sismique sont
raliss. Ainsi, depuis ma tendre enfance, jentends parler de tremblement de terre et de
construction parasismique. Cest pourquoi, jai dcid de comprendre ce phnomne et les
applications faites dans la construction. Dans cette optique, jai recherch un projet li aux
structures parasismiques. Ainsi un bureau dtude technique structure ma propos de
travailler sur la tour Totista Monaco. Je vais donc vous prsenter mon travail ralis.
-
Page 7 sur 47
1 Prsentation de lentreprise
Le bureau dtude B.A.B.E.T. (Bertuli Associs Bureau dEtude Technique) est ouvert depuis
avril 1982 et situ au cur Nice au 27 de la rue Chteauneuf.
Bureau
Il est compos de 4
dessinateurs/projeteurs, de 2 secrtaires et de 3 ingnieurs. Les dessinateurs/projeteurs
sont les suivants: M.ARNOULD Julien, M.HILALI Mikail, M.MULA Yann et M.MARIA Pascal.
Les ingnieurs sont : M.BERTULI Roger (ECL 1973), M.BERTULI Rolland et M.EL RIFAI
Houssam (Diplm de luniversit libanaise). Lentreprise gnre un chiffre daffaire de
900 000 euros et mne bien environ 50 chantiers par an. Le bureau dtude B.A.B.E.T.
ralise des chantiers de petites tailles, tel que des maisons individuelles, mais aussi prend
part des projets de grande importance tel que lhpital Pasteur de Nice. Parmi tous les
chantiers raliss nous retrouvons le ple multimodal du tramway de Nice conu par
larchitecte Marc BARANI qui a obtenu lquerre dargent en 2008.
FIG. 1.2. POLE MULTIMODAL DU TRAMWAY DE NICE
FIG. 1.1. LOCALISATION GEOGRAPHIQUE
-
Page 8 sur 47
Et aussi des chantiers tels que :
Ainsi, les diffrents chantiers raliss par le bureau
dtude B.A.B.E.T. sont diversifis et stendent de
Menton Cannes en passant par la Corse.
La spcialit du bureau dtude est la construction en zone sismique : conception et
excution de programmes neufs, parois de soutnement et rhabilitation.
Les diffrentes missions ralises par le bureau dtude technique sont :
Avant Projet Sommaire.
Avant Projet Dtaill.
Matrise duvre : cette partie ne reprsente que 20% de lactivit.
Plans dExcution : reprsente 80% de lactivit du bureau, ils se composent des
plans de ferraillage, des plans de coffrage et du suivi du chantier jusqu la livraison.
FIG. 1.3. CHANTIERS REALISES PAR B.A.B.E.T.
-
Page 9 sur 47
2 Prsentation du projet
-
Page 10 sur 47
Mon projet de fin dtude porte sur un nouveau chantier de grande importance faisant
partie de lactualit du bureau dtude B.A.B.E.T. : la tour Totista.
Un des deux architectes, Jean-Michel WILMOTTE, urbaniste et designer, a ouvert son bureau
d'tudes en 1975. Aujourd'hui avec une quipe de cent trente-cinq personnes de
nationalits diffrentes, il travaille sur plus de deux cent projets en France et l'tranger
(Europe, Core, Liban, Maroc, Qatar, Japon, Russie, USA,). Les activits du bureau d'tudes
s'tendent du design industriel l'architecture, tout en poursuivant des ralisations dans les
domaines de la greffe contemporaine et de la musographie. En tant qu'urbaniste, il
dveloppe le concept d' architecture intrieure des villes , afin de traiter l'espace public
avec le mme soin que l'espace priv.
Il cre en 2005 la Fondation dentreprise Wilmotte qui organise chaque anne un concours,
le Prix W, qui permet de dcouvrir et daccompagner de jeunes talents afin de les sensibiliser
limportance dassocier patrimoine et architecture de demain.
Fig. 2.1. Projet Wilmotte et Associs S.A.
-
Page 11 sur 47
2.1 Localisation
La tour Totista est situe Monaco, entre la partie basse (au Sud), la partie haute (au Nord)
de la rue Hector Otto, les immeubles Garden House ( lOuest) et la villa Batrice ( lEst). Le
site est un terrain carr denviron 30 mtres de ct. La tour comportera 19 tages et 6
sous-sols : elle accueillera des commerces et des bureaux dans ses 3 premiers tages et
ensuite des logements allant du studio au F7, le R+18 et R+19 seront un vaste duplex de
deux fois 450m. Les parkings seront donc sur 5 niveaux en sous-sol et le R+6 sera cloisonn
en caves. La dmolition pralable de logements a t ncessaire la construction de cet
ouvrage. La diffrence de hauteur entre le talus amont 131.5 NGM et le talus aval 118
NGM est de 13.5m. La hauteur totale de terrassement de 31.6m ncessitera, pour la
ralisation des travaux, la cration de plateformes horizontales stabilises. Quant la
hauteur totale, elle est de 63.5m hors sol et 17.2m en sous-sol. Le chantier sera ralis en 2
phases : la premire effectue par lentreprise Soltanche qui consiste vacuer les
dcombres et mettre en place les parois moules et les micro-pieux, la deuxime partie,
qui est llvation de la tour, sera ralise par lentreprise SOBEAM. Ces deux entreprises
tant des filiales de VINCI. La premire phase a dbut en janvier 2009.
Fig. 2.1.1. Localisation gographique
Villa Batrice Garden House
-
Page 12 sur 47
2.2 Spcificits
La premire partie des travaux possde deux particularits intressantes : les parois moules
et la berlinoise.
Les parois moules :
Les parois moules seront ralises sur trois cots du chantier, elles servent de murs de
soutnement et contrairement laccoutumer Monaco il ny aura pas de tirant dancrage
cause de la proximit des ouvrages voisins donc une solution de contreforts a t retenue
pour retenir ces parois moules.
Une paroi moule est un cran vertical en bton, arm ou non, construit sans blindage ni
coffrage partir de la surface du sol par excavation laide de machine appropries. Ce
procd de construction permet dexcuter des murs ou crans au sein mme du terrain
avant deffectuer le terrassement correspondant aux fouilles de pleine masse. On peut
distinguer deux catgories dans les applications possibles de la paroi moule : les crans
dtanchit et les parois formant le soutnement, pour la tour Totista les parois moules
auront un rle de soutnement.
Le principe dexcution des parois moules sur le chantier est le suivant :
Ralisation des murettes-guides : assurent la rgularit du trac de la tranche et
canalisent la boue au voisinage de la surface.
Forage par passes successives et remplissage de bentonite : cette boue la
particularit dtre visqueux au repos et de redevenir fluide lorsquelle est agite,
cette proprit sappelle la thixotropie.
Mise en place des cages darmature prfabriques et btonnage : un tube plongeur
injecte le bton qui, tant plus dense que la bentonite, refoule la boue jusqu la
surface o elle peut tre pompe pour tre rutilise.
Fig. 2.2.1. Localisation des parois moules et
berlinoises
-
Page 13 sur 47
Ce btonnage exige un bton
trs fluide et de prise lente.
Avec des btons doss 350
ou 400 kg de ciment, ce
rsultat est obtenu en
augmentant la proportion
deau par des adjuvants. La
dure de prise est denviron
10 heures car les parois sont
de grandes profondeurs.
La socit Soltanche, qui est une filiale de VINCI, est spcialise dans la
ralisation de paroi moule. Nous pouvons voir sur la Fig. 2.2.3. les cages
darmature de la paroi moul amont enfouies dans la bentonite. A premire
vu, la bentonite semble lisse et solide, mais lorsque nous posons le pied
dessus elle senfonce : il est donc ncessaire de faire trs attention sur ce
type de chantier.
Fig. 2.2.2. Mthode de ralisation des parois moules
Fig. 2.2.4. Rservoirs de bentonite
Fig. 2.2.3. Paroi moule amont
Fig. 2.2.5. Machine posant les armatures
-
Page 14 sur 47
La berlinoise :
L'ide de base consiste faire, depuis la surface, avant tout creusement, une partie du
soutnement : pieu, poteau moul ou prfabriqu, qui assurera l'quilibre des efforts de
bute (en pied) et de pousse (tirants ou butons multiples).
Ensuite, on creuse par tranches horizontales (un quelques mtres selon la tenue des
terres) et on complte le soutnement : pose des butons ou des tirants sur les appuis
verticaux dj en place, blindage des talus dgags entre les appuis verticaux.
Les tranches horizontales peuvent tre multiples. Le blindage, entre appuis, peut tre fait de
diffrentes faons: dalles minces de bton coules en place ou prfabriques, planches ou
madriers bois, planches mtalliques, bton projet.
Le soutnement type est la "paroi berlinoise", ainsi dnomme car elle a t largement
employe Berlin. Dans ce cas, l'appui est un profil mtallique gnralement mis en place
dans un forage. L'espacement des profils est de quelques mtres. Il s'agit, le plus souvent,
d'un soutnement caractre provisoire.
Pour le projet Totista, des micro-pieux assureront la paroi berlinoise. Lentraxe des pieux
est de 3m et leur diamtre est de 350 mm. La berlinoise sera complte par deux nappes de
treillis souds, lensemble constituant avec le bton projet un mur arm.
Fig. 2.2.6. Micro pieux
-
Page 15 sur 47
3 Risque sismique
3.1 Rglementation parasismique
3.1.1 Rglementation franaise
La rglementation relative la construction parasismique se compose de textes dorigine
lgislative et de textes techniques. Parmi les textes dorigine lgislative, nous distinguons les
textes de loi et les textes rglementaires, qui sont les dcrets et les arrts. Quant aux textes
techniques, ils regroupent les normes, les rgles et les avis techniques.
A lheure de lharmonisation europenne, lEurocode 8 va remplacer le P.S.92 dici 2010.
L'Eurocode 8 vise protger les personnes situes en zones sismiques, limiter les
dommages et maintenir en tat les structures importantes pour la protection civile. Il
regroupe six parties redfinissant le dimensionnement des structures soumises aux
sollicitations sismiques pour le btiment, les ponts, les silos et rservoirs, les fondations, les
tours, mts et chemines et instaure de nouvelles formules tout en conservant les principes
de calcul actuelles.
Fig. 3.1.1.1. Rglementation parasismique franaise
-
Page 16 sur 47
Fig. 3.1.1.3. Tableau dacclration nominale
Fig. 3.1.1.2. Tableau des classes douvrage
Classes des ouvrages :
La tour Totista est un ouvrage reprsentant un risque lev du fait de leur importance
socio-conomique : sa classe douvrage sera donc C. .
Zones de sismicit :
Le projet se situant Monaco, il se trouve en zone II (voir carte de zonage 3.1.2) : sismicit
moyenne do : = 0.3 x g = 0.3 x 9.81 3.0m/s.
Classification des sites :
Il est considr quatre types de sites correspondant aux descriptions suivantes :
Site S0 : sites rocheux (site de rfrence)
sols du groupe a en paisseur infrieure 15m.
Site S1 : sols du groupe a en paisseur suprieur 15m
sols du groupe b en paisseur infrieure 15m.
Site S2 : sols du groupe b en paisseur comprise entre 15 et 50m.
sols du groupe c en paisseur infrieure 10m.
Site S3 : sols du groupe b en paisseur suprieur 50m
sols du groupe c en paisseur comprise entre 50 et 100m.
Le terrain naturel sur lequel repose le projet tant de bonne qualit correspondant au
groupe a et b selon le P.S.92 : sols de rsistance bonne moyenne, le site choisit a t S1.
-
Page 17 sur 47
Fig.3.1.1.4. Rgion de vent de la France
Coefficient de vent :
Le coefficient de vent dans les Alpes-Maritimes est donc de 2.
Coefficient de neige :
-
Page 18 sur 47
Fig. 3.1.1.5. Rgion de neige de la France
La classe des Alpes-Maritimes est donc A2/C1 selon lEurocode 1 ou zone 1B selon les DTU
franais.
3.1.2 Rglementation mongasque
La rglementation mongasque reprend la rglementation franaise dans larrt ministriel
n2003-351 du 11 juin 2003 relatif la classification et aux rgles de construction
parasismique applicables aux btiments avec son annexe comportant 2 tableaux dfinissant
les types de sites ainsi que les valeurs spcifiques au spectre de dimensionnement
normalis. Les diffrences entre les 2 rglements sont les suivants :
Le spectre dacclration normalis dfini par :
Fig. 3.1.2.1. Spectre P.S.92 Fig. 3.1.2.2. Spectre mongasque
-
Page 19 sur 47
Fig. 3.1.2.3. Zonage sismique de la France
Lacclration nominale dfinie par :
La rglementation mongasque concernant la tour Totista est plus souple que celle
franaise : en France nous aurions pris =3.0m/s alors que nous avons pris =1.9m/s
Monaco.
Zone de sismicit Classe des Btiments
A B C D
II Sismicit moyenne
1,0 1,6 1,9 2,2
Fig. 3.1.2.4. Exemple sur Antibes
-
Page 20 sur 47
Fig. 3.1.2.5. Palissades de chantier
La zone des chantiers du bureau dtude B.A.B.E.T. comporte 3 coefficients sismiques PS92
diffrents :
o < 0.7 m/s : en Corse.
o 1.1 < < 1.6 m/s : entre Cannes et Antibes.
o 1.6 < < 3.0 m/s : entre Nice et Menton.
La loi mongasque impose au chantier davoir leurs palissades peintes, en effet
comme tous les chantiers sont en ville cela les rend moins inesthtiques.
3.2 Rponses de la structure
3.2.1 Amortissement :
La rponse des structures soumises aux forces sismiques, variables au cours du temps,
dpend en particulier des proprits damortissement des matriaux conscutifs de la
structure, des assemblages des diffrents lments de la structure et des liaisons avec le
milieu environnant, donc de linteraction sol-structure. Les phnomnes physiques
intervenant dans lamortissement dune structure ou du sol sont nombreux : frottement,
viscosit et plasticit des matriaux, rayonnement au niveau du sol, etc.
Selon le P.S.92, le coefficient damortissement pris pour le spectre normalis type est de 5%.
La structure de la tour Totista est en bton arm donc nous avons daprs le P.S.92 un
coefficient damortissement de 4% (voir fig.3.2.1.1). Cest pourquoi, il est ncessaire de
rectifier le spectre normalis en le multipliant par le coefficient dfini par :
-
Page 21 sur 47
Fig. 3.2.1.1. Tableau des coefficients damortissement
Ainsi, le spectre normalis subi une translation verticale ascendante de 1%. Le logiciel Robot
prend en compte dans son analyse cette rectification et il le dtail dans la note de calcul
jointe en annexe.
Les phnomnes damortissement jouent un rle majeur dans la rponse des structures.
On peut le dcomposer en 2 points.
Lamortissement interne :
Il engendre la principale dissipation dnergie suite la dformation des matriaux :
Par un amortissement visqueux caractrisant la dissipation dnergie dans le domaine
lastique.
Par un amortissement dhystrsis caractrisant le domaine inlastique.
Lamortissement externe :
Par les frottements entre les lments structuraux et non structuraux.
Par linteraction entre le sol et les fondations.
On traite lamortissement externe et lamortissement dhystrsis comme un amortissement
visqueux donnant lieu la mme dissipation dnergie.
Ainsi on parle dun amortissement total quivalent.
Pour les structures on a toujours
Les spectres de rponse sont gnralement donns pour un amortissement de 5%.
On augmente lamortissement si louvrage comporte beaucoup de cloisons et il diffre avec
les diffrents types de structure.
-
Page 22 sur 47
3.2.2 Coefficient de comportement
Ce coefficient traduit la non-linarit des matriaux, cest--dire lorsque les matriaux
rentrent dans leurs comportements plastiques ils absorbent lnergie transmis par le sisme.
La rsistance seule ne peut expliquer la tenue des ouvrages. La ductilit des matriaux
permet dviter leffondrement de louvrage. En fait les dformations importantes des
matriaux dans le domaine inlastique limitent les forces et contraintes sexerant sur la
structure mais en contre partie les dformations et dplacements sont trs importants.
La plupart des matriaux sont assez ductile pour autoriser des passages dans le domaine
plastique. On nexige alors pas une rsistance maximale de la part de la structure mais une
rsistance plus faible sous rserve dune ductilit suffisante.
Nous devons donc intgrer le coefficient de comportement dans nos calculs. Nous allons
prendre lhypothse de linarit puis diviser les efforts par q. Le coefficient de
comportement q est unique pour toute la structure.
Le coefficient de comportement prend en compte :
o la ductilit (limitation des contraintes et transformation de ces contraintes en
dplacements).
o lvolution du systme qui nest pas prise en compte dans les calculs.
o la variabilit des rponses possibles des diffrents matriaux.
o les imperfections gomtriques de la structure.
o la dgradation de la structure dans le temps.
Les rgles prconisent le niveau de ductilit suivant : la structure doit supporter quelques
cycles de dformation inlastique damplitude moyenne. Les valeurs de q sont
essentiellement empiriques. Il dpend naturellement du matriau et du type de
contreventement de la structure (portiques, voiles, voiles+portiques). Il est noter que les
ouvrages risque spcial imposent de rester dans le domaine lastique (q=1). Dune manire
gnrale, nous pouvons noter que pour une structure en bton arm, la ductilit est assez
bonne mais limite par le risque de rupture du bton. On doit sassurer dun nombre
suffisant darmature transversales pour viter la ruine par suite dune fissuration du bton
qui entrane sinon souvent un flambement des armatures longitudinales.
-
Page 23 sur 47
Fig. 3.2.2.1. Tableau des coefficients de comportement
Pour notre projet, le C.C.T.P. nous donne un q = 2.5, notre btiment tant irrgulier et le
contreventement tant assur par les voiles en bton arm : cette valeur est justifie.
4 Elments pour le calcul sismique
4.1 Stratgie du calcul sismique
Lavnement des nouvelles technologies pour les calculs de structure statiques et
dynamiques facilitent le travail de lingnieur mais ne doit pas le dresponsabilis quant aux
rsultats obtenus. Le modle choisi nest pas toujours le meilleur compte tenu de la
structure et des possibilits du logiciel utilis. Certes, les logiciels tels que Robot offrent des
outils de vrification efficaces et performants.
La dtermination de la rponse de la structure et son dimensionnement peuvent se faire par
trois mthodes de calcul dont le choix est fonction la fois du type de la structure et de la
nature de lexcitation dynamique. Il sagit de sorienter vers lune ou lautre des mthodes
suivantes :
Lanalyse temporelle
Le calcul dynamique, analyse modale spectrale
Calcul statique quivalent
-
Page 24 sur 47
4.2 Recueil des hypothses pour le calcul sismique
Une tape importante consiste avant tout calcul tablir un ensemble cohrent
dhypothses, valides la fois par le matre douvrage, le matre duvre, le bureau de
contrle et le bureau dtudes.
Site et sol :
Le site a fait lobjet de campagne de reconnaissance, ralis par ERG Gotechnique
comprenant un ensemble de :
5 sondages carotts et 6 sondages destructifs pour le projet mitoyen Garden House.
1 sondage carott et 1 sondage pressiomtrique dans lemprise du site Totista.
Les sondages font apparatre une stratigraphie suivante depuis le niveau du terrain naturel :
Des remblais constitus par une couche superficielle de terrain de couverture et
dpt argileux.
Une couche dboulis et de colluvions matrice argileuse.
Une frange daltration du substratum dpaisseur variable.
Un substratum constitu de formations marneuses et marno-calcaires dge crtac.
Le toit des couches est variable de lamont vers laval avec un pendage moyen de 10 pour
les remblais et le substratum et un pendage moyen considr de 15 pour la frange
daltration du substratum et la formation des boulis.
Les interfaces entre les couches restent cependant sensiblement horizontales le long des
deux avenues Hector OTTO Suprieure et Infrieure.
Une deuxime campagne de sondage a t prvue dans le calendrier ralis par lentreprise
SOBEAM avec 24 sondages destructifs supplmentaires (voir annexe).
-
Page 25 sur 47
Les K ont une unit particulire : cela correspond la charge quil faut mettre en uvre pour
dplacer le type de terrain dun mtre, cest--dire quil faut plusieurs tonnes pour dplacer
les remblais dun mtre. Sous Robot, nous rentrons les pousses sous la forme deffort,
exemple avec le radier :
Fig. 4.2.1. Coupe du terrain
Fig. 4.2.2. Modle du radier
-
Page 26 sur 47
Structure :
Louvrage est caractris par sa gomtrie, dune part, dfinie par les vues en plan et les
faades et, dautre part, son matriau constitutif : le bton arm. Les caractristiques du
bton arm sont : E = 32 000 MPa, = 0.2 et G = 13 700 MPa.
Les porteurs sont : les voiles intrieurs qui ont une paisseur de 20 centimtres, les voiles de
faade avec une paisseur de 35 centimtres, 2 poteaux ct amont de dimension 70x94 et
2 poteaux ct aval de dimension 70x114.
Charge :
Il sagit de la masse propre de la structure laquelle nous ajoutons les charges dexploitation
qui correspondent lutilisation de louvrage tel que le revtement du sol, le faux plafond,
les quipements fixes
Parking Local technique
Circulation Bureau Loggia Habitation
Surcharges Exploitation: 250 kN/m
Cloison : 100 kN/m
Exploitation: 250 kN/m
Revtement : 60 kN/m
Exploitation: 250 kN/m
Revtement : 200 kN/m
Revtement: 160 kN/m
Exploitation: 350 kN/m
Revtement: 200 kN/m
Exploitation: 150 kN/m
Cloison : 100 kN/m
Nous avons ralis un chargement surfacique des diffrentes dalles.
Fig. 4.2.1. Modle du chargement
-
Page 27 sur 47
La modlisation du chargement d laction du vent vaut :
Hypothses : Rgion 2
Site expos
Solution uniforme :
avec : h = 63.5m
Solution diagramme :
Do :
Nous avons ralis ainsi une seconde note de calcul aprs celle d aux actions des sismes.
Le modle de la tour utilis tant le mme pour les deux notes de calcul, le changement se
situant au niveau des pousses des terres : le module dynamique, celui sous sisme, tant
deux fois plus fort quen statique, celui sous laction du vent.
Fig. 4.2.2. Schma de pousse du vent
-
Page 28 sur 47
5 Modlisation
Le btiment a t modlis avec le logiciel ROBOT Structural Analysis Professionnel 2009
avec les hypothses explicites dans les paragraphes prcdents et selon le C.C.T.P.
Fig. 5.1. Extrait du CCTP
-
Page 29 sur 47
- Caractristiques du sisme :
- Zone II btiment Classe C
- Spectres rglementations mongasques
- Acceleration: = = 1.9 m/s2
- Site S1
- Coefficient damplification topographique = 1
- Coefficient damortissement = 4 %
- Coefficient de comportement q = 2.5
- Bton 25 : Fc28 = 25MPa
- E = 32 000 MPa
- G = 13 700 MPa
- Aciers Fe500
- Caractristiques du sol au sisme :
- Sous sisme :
- Module de raction vertical Kv = 16 500 t/m3
- Module de raction horizontal Kh = 11 500 t/m3
Fig. 5.2. Modle Robot
-
Page 30 sur 47
Les pousses des terres sous sismes amont et ct Batrice ont t fournies par
lentreprise Soltanche (voir annexe). Dun ct, nous avons entr les pousses des terres et
de lautre, nous avons entr les raideurs de sols qui sont reprsentes sur la Fig.5.2 en bleu.
En effet, le basculement de la tour est dans le sens amont-aval, cest pourquoi nous ne
rentrons pas de bute mais les valeurs de et Robot se charge de calculer
les valeurs de bute correspondantes.
La conception a t ralise laide de coques : sous le logiciel Robot deux types dlments
son disponible coque ou barre, les barres tant des lments filaires ayant une section et
une inertie contrairement aux coques qui sont des lments surfaciques soumis des efforts
dans son plan et perpendiculaire a son plan : soit en dalle, soit en mur.
Fig. 5.3. Modle dun tage courant
-
Page 31 sur 47
En premire approche, les linteaux nont pas t modliss, lors dune runion avec
M.GUTH, mon tuteur INSA, nous nous sommes demands linfluence quils auraient : ainsi,
nous avons amlior le modle et refait les calculs pour voir linfluence des linteaux sur la
structure en cas de sisme et de vent.
Une fois le modle valid, il faut le maill : les mailles des lments finis ont t prises de
1x1m. Ainsi, environ 35 000 panneaux ont t modliss pour un total de 31 000 nuds. A la
suite du maillage sous Robot, une vrification doit tre effectue et en gnral plusieurs
problmes locaux sont rparer : pour cela une libration du maillage et un remaillage local
enlve en gnral les problmes de maillage. Sinon, un zoom de lerreur de maillage
renseigne sur limperfection du nud qui entraine lchec de la vrification : il peut se
trouver en dehors dun panneau, il peut avoir t cr car deux panneaux ne se touchent
pas,. Ainsi, toutes les erreurs doivent tre rectifies.
Fig. 5.4. Second modle
-
Page 32 sur 47
Une fois le modle entirement maill et sans aucune erreur lors de la vrification, nous
pouvons lancer les calculs.
Fig. 5.5. Maillage du radier
-
Page 33 sur 47
6 Lanalyse modale
Lanalyse modale spectrale dsigne la mthode de calcul des effets maximaux dun sisme
sur une structure. Elle est caractrise par :
La sollicitation sismique dcrite sous forme dun spectre de rponse
Le comportement suppos lastique de la structure permettant le calcul des modes
propres
6.1 Mthodologie de calcul
Aprs le choix des hypothses de calcul et ltablissement du modle de calcul, la mthode
modale spectrale comporte les tapes suivantes :
Recherche des modes propres
Slection des modes utiles
Combinaisons des rponses modales
Cumul des effets des composantes du mouvement sismique
Ainsi, une note de calcul a t faite pour la tour Totista numrote 012A (voir annexe).
Pour le calcul, nous avons cr plusieurs cas de charge que le tableau suivant dtails :
Fig. 6.1.1. Tableau des combinaisons
Robot
-
Page 34 sur 47
6.2 Rsultats
Lanalyse modale, qui est le cas 6, nous donne les diffrents modes propres de la structure,
mais seulement quelques modes nous sont utiles : le premier mode, qui est appel mode
fondamentale, nous donne la priode propre de la structure qui vaut 1.42 secondes. Nous
pouvons en dduire que la tour est une structure souple.
Ensuite, nous utilisons le tableau des masses effectives : il nous permet de mettre en
vidence les modes caractre local, les modes purement de flexion ainsi que les modes
coupls. La slection des modes est interrompue lorsque la somme des masses modales
reprsente au moins 70% de la masse totale vibrante. Ainsi, aprs 61 modes, nous arrivons
une masse cumule en X de 75.58%, 63.34% en Y et 52.64% en Z. le pourcentage restant est
la masse rsiduelle.
Nous pouvons voir le poids total de la structure : 26 222 Tonnes.
Nous obtenons ainsi les modes propres selon les diffrentes directions :
Le mode 1 est le mode propre en Y, et les modes 2 et 5 sont des modes secondaires.
Le mode 2 est le mode propre en X, et les modes 6 et 10 sont des modes secondaires.
Le mode 14 est le mode propre en Z.
Ces rsultats correspondent au modle sans linteaux, le second modle nous donne une
priode propre de 1.14 secondes : nous pouvons en conclure que les linteaux raidissent la
structure, en plus de lalourdir. Cette diffrence nest pas prjudiciable au dimensionnement
de la structure, la priode intervient dans le spectre normalis et permet dobtenir la valeur
de RD(T). Ainsi, labsence des linteaux dans la premire modlisation nengendre pas de
lourdes consquences.
Fig. 6.2.1. Extrait de la note de calcul de B.A.B.E.T.
-
Page 35 sur 47
7 Vrification
A la suite des rsultats donns par Robot, avec mon tuteur dentreprise, nous avons dcid
de les vrifier en les comparant aux valeurs que le calcul manuel, dit calcul en brochette,
nous donnerait. Ainsi, laide du logiciel Excel, nous avons essay de retrouver lordre de
grandeur des rsultats de Robot.
7.1 Conditions remplir par la structure
7.1.1 Mthode
Il nous faut donc tout dabord vrifier que les conditions dapplication de la mthode
simplifi.
Conformment aux articles du PS 92 :
a) La structure que nous tudions ne comporte pas, dans son contreventement,
dlment porteur vertical dont la charge se transmet directement la fondation.
b) Dans les deux plans verticaux, il est possible de rduire la structure un systme plan
ne comportant quune seule masse chaque niveau.
c) Pour une excitation verticale la structure peut tre limite un systme plan ne
comportant quune seule masse le long dune mme verticale.
d) La structure comporte au moins 3 plans de contreventement qui ne sont pas
concourant.
e) Les planchers prsentent une rigidit suffisante, qui permet de les considrer comme
indformables dans leur plan.
Il nous faut maintenant vrifier les conditions de rgularit du btiment afin de prciser la
mthode utiliser.
7.1.2 Rgularit du btiment
Nous vrifions maintenant si la structure que nous tudions sapparente un btiment
rgulier, moyennement rgulier ou bien irrgulier.
Nous pourrons alors en fonction de sa rgularit, dimensionner le btiment laide de la
mthode adapte.
-
Page 36 sur 47
Vrification des critres de rgularit relatifs aux btiments dits rguliers :
Le modle de calcul est compos dtage courant, en effet, la tour prsente des balcons de
part et dautre mais ils sont symtriques et donc nengendre pas deffets dfavorables selon
le P.S.92 : , ici, .
Configuration Horizontale
1. Le btiment que nous tudions prsente une configuration quasiment symtrique
dans les deux directions orthogonales que sont celles du repre (x, y). Ceci est vrifi
aussi bien pour ce qui est des raideurs de flexion, que de la distribution des masses.
2. Il est vrifi que les parties saillantes ou rentrantes du btiment dans une direction,
prsentent une dimension reprsentant moins de 25% de la dimension totale du
btiment dans la direction correspondante.
3. Llancement du btiment tudi vaut : valeur limite.
4. On a dautre part :
et
Aprs calculs nous obtenons :
La condition est donc vrifie.
De mme,
La condition est bien vrifie pour chaque tage.
Lensemble des centres de gravit et de torsion de chaque tage se projettent lintrieur
dun rectangle de 0,20 r de ct.
-
Page 37 sur 47
5. Dautre part, on a la relation :
Etage courant :
Cette relation nest donc pas vrifie : au chapitre 11 du livre la construction en zone
sismique de Victor Davidovici, lors dun exemple, nous trouvons : *+ ; le non-respect du
critre (e) nest pas prpondrant. . Ainsi, je poursuit la mthode de calcul simplifie.
Configuration Verticale
a) Notre structure ne prsente pas de couplage entre les degrs de liberts horizontaux
et verticaux.
b) La structure que nous tudions peut tre rduite un systme plan constitu dune
seule masse chaque niveau. Cela dans les deux plans verticaux dfinis par laxe de
torsion et les directions horizontales de calculs.
Pour ce qui est de lexcitation verticale, la structure est rductible une poutre
verticale unique le long de laquelle sont aligns les masses des diffrents niveaux.
c) d) e) f) g) La structure vrifie galement les conditions ci-dessous en ce qui
concerne sa forme. Les rapports de dimensions entre les tages sont vrifis.
h) Nous pouvons galement constater que la distribution des raideurs est homogne.
Le contreventement d aux voiles est identiques chaque tage.
(Lx+Ly)/8-e0 102.02 selon x > rx = 29.60
102.17 selon y > ry = 53.02
-
Page 38 sur 47
On peut en effet vrifier la relation :
Avec Ki et Ki-1 les raideurs des contreventements de 2 tages conscutifs dans la mme
direction de calculs.
i) La distribution des masses est bien rgulire sur la hauteur de louvrage.
On peut vrifier les relations :
Nous avons ainsi dans notre cas :
Fig. 7.1.2.1. Tableau de calcul des centres de gravit et de torsion
-
Page 39 sur 47
Fig. 7.2.1.2. Plan dun tage courant
-
Page 40 sur 47
7.2 Formules
Tout dabord, il faut savoir la masse en Tonne de chaque tage : pour cela il faut mtrer les
porteurs et nous arrivons ainsi sur un plancher de 450 m avec une dalle moyenne de 21.5
centimtres, 51 mtres en mur de 20, 19 mtres en mur de 35 et les 4 poteaux, tout ceux-
ci pris sur la hauteur dinfluence dun plancher qui est de 3 mtres. Nous considrerons que
tous les tages sont identiques. De plus, les charges permanentes doivent tre prises en
compte, elles sont ici de 300 kg/m et une partie des charges dexploitation prcise par la
maitrise duvre dans le C.C.T.P., qui sont ici de 150 kg/m, doivent aussi tre prises en
compte. Nous arrivons une masse M :
Ensuite, la suite de la conception sous Robot nous nous sommes aperus que les 6 sous-
sols sont extrmement rigides, cest pourquoi ils ne seront pas pris en compte dans le calcul
manuel. Par consquent, 20 tages seront calculer : du RDC au R+19, ce qui correspond
une hauteur total H de 60 mtres. Le rectangle de base lui fait 19 mtres par 26 mtres. DE
plus, le rglement nous dit dans la mthode forfaitaire que lorsque le btiment comporte
une infrastructure, il est loisible de considrer une hauteur de dimensionnement, qui est
dfinie en fonction des hauteurs respectives de linfrastructure et de la superstructure et en
fonction de la nature du sol de fondation. La structure est fonde sur un sol de type a et b
donc nous pouvons prendre :
soit soit .
Fig. 7.2.1. Extrait du P.S.92
-
Page 41 sur 47
Pour finir, il nous faut les valeurs caractristiques du spectre dacclration mongasque :
Pour finir, les formules du P.S.92 utiles sont :
Priode de vibration :
Force statique quivalente :
Coefficient majorateur :
Dplacement :
Fig. 7.2.2. Extrait de lannexe de loi mongasque
-
Page 42 sur 47
7.3 Feuilles de calcul
Ainsi, nous pouvons trouvons manuellement les efforts dans chaque tage qui nous donne
les moments et le dplacement selon x et y.
Les cases en jaunes correspondent aux cases remplir et les cases bleues aux rsultats.
Les rsultats obtenus selon x et y sont trs proche : le btiment tant rgulier et de base
presque carre cela est normal.
Ces rsultats nous ont amen nous demand si nous prenions
pourrions nous retrouver le moment que Robot nous donne dans le radier et leffort
tranchant. Jai donc ralis un deuxime tableau de rsultats.
Fig. 7.3.1. Tableau des rsultats selon x
-
Page 43 sur 47
7.4 Bilan
En conclusion, nous retrouvons le rsultat de Robot pour le dplacement dans les deux
directions denviron 19 centimtres au R+19 dans le cas o nous modlisons le btiment
partir du RDC, le rglement limite le dplacement au sommet
donc le dplacement est admissible. Par ailleurs, lorsque nous prenons en compte
nous arrivons retrouver lordre de grandeur de leffort
tranchant : 1800 T par le calcul manuel pour 2700 T avec Robot, contrairement au moment
o nous trouvons le double avec le calcul manuel 117 000 T.m contre 50 000 T.m avec le
Fig. 7.3.2. Tableau des rsultats selon x et H = 68.75m
-
Page 44 sur 47
logiciel Robot. Cette diffrence peut sexpliquer par la prsence de la terre sur les 6 premiers
niveaux enterrs qui engendre une pousse qui multiplier par le bras de levier augmente le
moment.
8 Plan dexcution
La dernire mission du bureau dtude est de raliser les plans de coffrage et de ferraillage
ncessaires la ralisation du chantier. De plus, lors du suivi du chantier dautre plan de
dtails peuvent tre demand en supplment par les entreprises.
Au sein du bureau dtude B.A.B.E.T., des modles ont t mis en place pour les plans de
coffrage.
Fig. 8.1. Plan de coffrage du R+14
-
Page 45 sur 47
Ces modles correspondent aux voiles, aux raidisseurs, aux linteaux et aux attentes. Les
raidisseurs sont la rponse aux dispositions constructives en zone parasismique, ils
correspondent au chanage vertical.
Pour raliser les plans dexcution, une fois les plans architectes dshabills, cest--dire une
fois enlev tous les lments qui ne sont pas en bton, les ouvertures sont remplacs par
des poutres ou des linteaux.
De plus, un code couleur sert dfinir dune part le calque sous lequel est lobjet mais aussi
lpaisseur du trait limpression. Ainsi, les murs porteurs sont en blanc et sortent pais
limpression, les dalles, quant elles, sont vertes et sortent fines sur les plans finaux.
Enfin, les reprises des tages suprieurs sont reprsentes en orange : nous pouvons voir
ainsi les irrgularits du btiment et si ncessaire comment reprendre les charges
descendantes.
-
Page 46 sur 47
CONCLUSION
Tout au long de mon projet de fin dtude, jai pu apprendre toute la dmarche mettre en
place sur un projet concret : de la lecture des plans architectes la cration des plans
dexcution en passant par la modlisation sous ROBOT et conception dune note de
calcul. Ainsi, jai appris au contact dingnieur et de professionnel du btiment mon futur
mtier. Le bureau dtude technique est un milieu trs particulier o lexprience sur
chantier est indispensable ; en effet, ma faible exprience sur le terrain, deux stages au sein
de lINSA de Strasbourg, a jou en ma dfaveur au vu de la complexit des plans tudier.
La conception de modles sous ROBOT ma montr les difficults de lutilisation dun logiciel
professionnel, mais ma aussi appris la rigueur avoir lors de la mise en page dune note de
calcul o tout doit tre bien dfini et justifi. Lors de ma formation, je nai pas reu
lenseignement parasismique donn par M.GUTH, mais grce nos runions, notre
correspondance lectronique et mon tuteur dentreprise, jai tudi la rglementation
franaise et mongasque pour en ressortir les lments qui mont t utiles dans mon
tude. Ces rglementations tant trs denses, je sais quil me reste beaucoup de travail
avant de les matriser entirement, mais je sais maintenant o chercher si je rencontre un
problme lier au parasismique.
Pour finir, le travail en bureau dtude ma permis de faire le lien entre les diffrents acteurs
du monde du btiment : en effet, lentreprise de gros uvre qui ralise la tour Totista,
SOBEAM, est lentreprise o jai eu la chance de faire mon stage ST2, donc jai essay de ne
pas renouveler les erreurs du bureau dtude que javais rencontr sur mon dernier chantier.
-
Page 47 sur 47
BIBLIOGRAPHIE
Rgles de construction parasismique : rgle P.S. applicable aux btiments PS92.
Norme NF P 06-013
Ed. EYROLLES de 1996
Cours pratique de mcanique des sols de J. COSTET et G. SANGLERAT.
Ed. DUNOD de 1969
Rgles dfinissant les effets de la neige et du vent sur les constructions et annexes tablies
par le groupe de coordination des textes techniques.
Ed. EYROLLES de 1990
http://www.planseisme.fr/
Gnie parasismique : conception et dimensionnement de Pierno Lestuzzi et Marc Badoux.
Guide des dispositions constructives parasismiques : des ouvrages en acier, bton bois et
maonnerie.