Methodologie Tournier Rapport

8/4/2019 Methodologie Tournier Rapport

1/39

Projet de Fin dEtudes :

Etude Economique du Collge Doctoral EuropenEtude Economique du Collge Doctoral EuropenEtude Economique du Collge Doctoral EuropenEtude Economique du Collge Doctoral Europen

MmoireMmoireMmoireMmoire

Tournier Guillaume, lve ingnieur 5me anne

Gnie Civil SEPTEMBRE 2006


2/39

PFE COLLEGE DOCTORAL EUROPEEN

2

1. PRESENTATION DU PROJET ET DE LOBJECTIF DU PFE............................... 5

1.1 LE PROJET ...................................................................................................... 51.2 LES PRINCIPAUX INTERVENANTS............................................................................. 61.3 DESCRIPTION DU BATIMENT ETUDIE......................................................................... 71.4 PROBLEMATIQUE DU PFE..................................................................................... 7

2. MODELISATION & DESCENTE DE CHARGES. ...............................................8

2.1 MODELISATION ................................................................................................ 82.2 DESCENTE DE CHARGES .....................................................................................12

3. DIMENSIONNEMENT DES FONDATIONS PIEU ...................................... 15

3.1 HYPOTHESES ..................................................................................................15 3.2 ACTIONS ET COMBINAISONS DACTIONS :.................................................................15 3.3 PIEUX COMPRIMES............................................................................................15 3.4 PIEUX ARRACHES .............................................................................................17 3.5 DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES ............................................................................20 3.6 OPTIMISATION DES SECTIONS DE PIEU ....................................................................20 3.7 RECAPITULATIF DES PIEUX RETENUS .......................................................................21 3.8 DIMENSIONNEMENT DES ELEMENTS DOSSATURE.........................................................23

3.8.1 Dimensionnement dune semelle sur 2 pieux..............................................233.8.2 Dimensionnement du voile de contreventement..........................................25

4. DIMENSIONNEMENT DE LA SOLUTION PUITS . ...................................... 30

4.1 HYPOTHESES ..................................................................................................30 4.2 DIMENSIONNEMENT DES ELEMENTS DOSSATURE.........................................................32

4.2.2 Dimensionnement des puits sous semelles filantes......................................334.2.3 Dimensionnement des poteaux.................................................................344.2.4 Dimensionnement des poutres .................................................................344.2.5 Dimensionnement de la dalle haute du sous-sol.........................................34

5. ETUDE DE PRIX COMPARATIVE..................................................................... 35

5.1 METHODOLOGIE ..............................................................................................35 5.2 MEMOIRE METHODOLOGIQUE DE REALISATION : .........................................................36

5.2.1 Moyens mis en uvre .............................................................................365.3 CONCLUSION SUR LETUDE DE PRIX ........................................................................37

6. CONCLUSION DU PFE.................................................................................... 38


3/39


3

Remerciements

Je tiens remercier Monsieur Michel DUIGOU, directeur technique de la socit URBAN

pour le sujet qui ma t propos.

Je tiens exprimer ma trs grande reconnaissance Monsieur Philippe CAPRON,

directeur de lagence CTE Strasbourg pour le temps quil ma consacr et les nombreuses

explications quil ma donnes.

Mes remerciements vont galement tous les dessinateurs pour leur disponibilit.

Enfin je tiens remercier Monsieur HOTTIER Jean-Michel qui fut mon responsable au sein

de lcole pour les nombreux changes que nous avons pu avoir.


4/39


4

Introduction

Les principales tapes de ltude ont t les suivantes :

Pour la variante pieu

Analyse et recherche documentaire sur la problmatique

Modlisation et exploitation des rsultats

Dimensionnement des pieux, semelles de fondations, voiles de contreventements

Etude de Prix

Pour la variante puits

Conception du parking et tude de faisabilit

Modlisation et exploitation des rsultats

Dimensionnement des lments dossature (poteau, poutre, dalle haute sous-sol)

Etude de Prix

Dans un premier temps de prsenterai le projet ainsi que la problmatique, puis

jexposerai pour chacune des 2 variantes : la modlisation, les charges considres dans

les descentes de charges et les principes de dimensionnement retenus pour les diffrents

lments.

Enfin la dernire partie prsentera ltude de prix comparative.


5/39


5

1. Prsentation du projet et de lobjectif du PFE

1.1 Le projet

Dans le cadre du dveloppement de la formation lchelle europenne, lAcadmiede Strasbourg a dcid de raliser une structure permettant daccueillir des tudiantsdoctorants dans le cadre dun projet de recherche universitaire.Le Collge Doctoral Europen (CDE) de Strasbourg accueille des tudiants,principalement originaires de pays europens, qui ont t slectionns pour prparer unethse dans deux institutions diffrentes: l'une des universits de Strasbourg et uneautre universit europenne.Le doctorant partage son temps entre les deux institutions et conduit ses recherchessous la direction d'un directeur de recherche dans chacune d'elles. Dans le cadre du

projet de formation europenne le CDE a t conu dans le but dhberger les doctorantsen leur proposant un lieu de vie et de rencontres favorable aux changes culturels touten leur proposant des structures leur permettant de recevoir un enseignement surl'Europe afin de les initier sur divers aspects : arts, culture, conomie, institutions,politique. Le btiment se divise en 2 parties : Les sept tages suprieurs forment lapartie rsidentielle, le rez-de-chausse et le premier tage accueillent les espacesdenseignement et daccompagnement la recherche (espace langues, bibliothques,salles de classe). Les 2 parties sont runies par un jardin intrieur dont la toiture formeun atrium et sert demblme au CDE. Un soubassement existe au niveau de premiertage permettant davoir une vue depuis les jardins sur la cour centrale intrieure situeau rez-de-chausse (voir annexe1 prsentation de louvrage)

CollgeDoctoralEuropen


6/39


6

1.2 Les principaux intervenants

Matrise douvrage : ACADEMIE DE STRASBOURG

6 rue de la Toussaint 67975 Strasbourg

Matrise duvre :

Architecte : NICHOLAS HARE ARCHITECTS LLP3 Barnsbury Square Londres N1 1JL

Architecte dopration : OFFNER GILCH KALK TRAN7 rue du Parc 67205 Strasbourg-Oberhausbergen

Economiste : DAVIS LANGDON France5 rue St Germain lAuxerrois 75001 Paris

Ingnierie : BURO HAPPOLD17 Newman Street Londres W1T 1PD

Ingnierie associe : OTE Ingnierie1 rue de la Lisire 67403 Illkirch

Entreprises :

LOT Entreprise

G-O\Terrassement\VRD S.A. KETTERER SULTZER

Charpente mtallique S.A. ATELIERS BOIS

Isolation extrieure S.A.S. Isolations PALUSCI

Menuiserie mtallique S.A. LAUGEL RENOUARD

Faux plafonds S.A.S. GEISTEL

Revtement de sol souple S.A.S. Revtements HESS LK

Revtement de carrelage S.A. CAMPEIS

Peinture S.A. DECOPEINT

Electricit S.A. CLEMESSY

Systme de scurit incendie S.A. CLEMESSY

Ascenseurs S.A. EST-ASCENSEURS

Chauffage S.A.S. AMEC SPIE Est

Plomberie S.A. IMHOFF

NB : Comme indiqu dans la problmatique lentreprise URBAN na pas t retenue suite sa rponse lappel doffre


7/39


7

1.3 Description du btiment tudi

Le btiment tudi dans le cadre de ce projet de fin dtude est un R+8 de typersidentiel (7 tages proposant 15 chambres dtudiants chacun). La structure estralise en bton arm, le jardin intrieur est couvert par un atrium en charpente

mtallique.Ces dimensions principales sont : 28*60 m au sol pour une hauteur total de 28.25m. Lastructure est compose de voiles, poutres et poteaux au rez-de-chausse ainsi quaupremier tage, partir du 2me tage la structure se rpte avec des voiles decontreventements (25cm) et deux noyaux rigides au niveau des cages descalier etdascenseurs. En faade nord les dalles reposent sur des poteaux, de sectionrectangulaire, continus sur toute la hauteur du btiment. Les dalles au niveau des tagesrsidentiels sont seulement perces par les accs intrieurs (escaliers, ascenseurs). Enrevanche la dalle haute du rez-de-chausse prsente une trmie assez importante offrantune vue depuis les jardins sur la cour intrieure.(Cf. annexe 1 : prsentation du projet)

1.4 Problmatique du PFE

Dans le cadre du projet de construction du Collge Doctoral Europen lentreprise URBANa t consulte afin de rpondre lappel doffre concernant le lotGO\Terrassement\VRD.Ce btiment tant Strasbourg, il se trouve par consquent class en zone sismique etdoit rpondre aux rgles PS 92 aussi bien en terme de conception quen terme deralisation. Le Collge Doctoral Europen possde une forme et un systme structural decontreventement qui pose problme vis--vis du comportement sismique. Ainsi lors deltude mene par le service technique de lentreprise URBAN deux solutions ont tchiffres afin damliorer la conception dun tel btiment sans en modifier larchitecture

et prendre en compte le sol de mauvaise qualit sur lequel se trouve louvrage (remblaisde types graviers peu compacts sur une profondeur de 4.60m. Selon ces critres desvariantes ont t ralises sur le systme de fondation du btiment. En effet il sagitdencastrer le btiment dans le sol pour limiter ses dformations et viter les effortsdarrachements en cas de sisme :

La premire solution est dite solution de base et consiste fonder le btiment sur desfondations profondes de types pieux, en effet le sol de qualit est constitu de sableset graviers moyennement assez compacts et se rencontre 4.60m au-dessous duterrain naturel.

La deuxime solution envisage dite solution variante dentreprise propose dajouterun sous-sol de type parking au btiment afin de prendre en compte la difficult destationnement dans le quartier et de permettre de fonder louvrage sur des puits defondations. Cette variante permettrait dabaisser le niveau de fondation du btiment ;pour un sous-sol de 3m le sol de qualit ne serait alors qu 1.50 m du dallage sous sol.

Lobjectif de ce projet de fin dtude est dans un premier temps de dimensionner lavariante de fondation de base puis dans un second temps de concevoir (vrificationde la faisabilit structurelle) et de dimensionner la variante dentreprise afin de leschiffrer de manire prcise. En effet lors de leur tude le chiffrage obtenu par URBANa t ralis sur la base de prdimensionnement. Lentreprise souhaitant vrifier si lavariante entreprise type parking savre rellement plus conomique comme cela estapparu lors de ltude de prix.


8/39


8

2. Modlisation & Descente de charges.

2.1 Modlisation

Les deux modles ont t gnrs sous Arche pour le calcul de la descente decharge statique puis import sous Effel pour effectuer la descente de chargesismique.Arche est un logiciel permettant deffectuer une descente de charge et des plans deferraillage tandis que Effel est un logiciel de calcul par lment finis.Ces deux logiciels sont des produits dvelopps par la socit Graitec , socitspcialise dans linformatique pour bureau dtudes.Le modle sous Arche est assez facile raliser. On construit le btiment lments parlments (poutre, dalle, voiles). La saisie est ralise en mode 2D, la troisimedimension tant gnre automatiquement par la hauteur dtage.Les tages se rptant successivement, il est possible de copier les lments dun tage lautre.

Les lments type poutres et poteaux sont gnrs partir de leur section.Les voiles et les dalles sont gnrs par lpaisseur.

Les charges de poids propres sont gnres directement partir de la gomtrie dfinitsous Arche.Pour chaque lment de dalle, on peut lui affecter des charges permanentes G et descharges dexploitation Q.La dalle est dcoupe en diffrentes zones correspondant aux diffrents revtements desol et aux diffrentes destinations des pices.Les pieux dans le modle ont t remplacs par des appuis fixes de types rigide Une fois le modle construit sous Arche, on lance le maillage en ayant pralablementchoisi le type de maillage des voiles. Loption maillage de coques a t retenu afin de

pouvoir exporter le modle vers Effel pour un calcul lments finis.

Principe :

Plusieurs modlisations ont t ralises avec les logiciels Arche afin dobtenir ladescente de charges statique, les rsultats ayant t contrls ponctuellement par unedescente de charge manuelle.Lee efforts statique (G et Q) sollicitant les pieux ont t dtermins avec Arche.

Principe de conception des modles pour les 2 variantes.

les voiles sont modliss par des lments surfaciques de types coques les poutres sont des lments filaires les dalles sont galement des lments surfaciques les poteaux sont galement des lments filaires les appuis reprsentant les pieux sont des appuis rigides

Le modle tant par la suite import sous Effel, il est conu sous Arche enconsidrant que le systme de contreventement est uniquement constitu par les voilesse rptant sur toute la hauteur du btiment.Afin damliorer la conception du systme de contreventement (rgularit longitudinale)le voile dabout de 14 m a t scind en 2 voiles de 6.35m reli par un linteau type poutre afin davoir une rpartition uniforme des inerties sur ltage (10 voiles de

6.35m I=64m4 chacun contre 9 voiles de 6.35m et un voile de 14m,I=686m4)


9/39


9

Les 2 voiles suivant laxe y de la cage descalier nord nont pas t considrs car ilssont percs de nombreuses ouvertures. Seuls les linteaux ont t pris en compte par unemodlisation en poutre bi-encastre (afin davoir quand mme la rigidit du tube )

La partie irrgulire du btiment (RDC) a t modlis avec un systme de portique,

des poutres modlisent le voile (mme paisseur, mme matriau, mme hauteur) endehors des appuis.Sur appuis, les poteaux modlisent le voile pour obtenir la descente de chargecorrespondante.La liaison poteau/poutre modlise est une articulation afin de pas crer une structurerigide et ainsi ne pas reprendre deffort sismique dans cette zone.La modlisation est illustre sur les images suivantes, avec:

en vert : poutre bi-articule ne prsentant pas de rigidit pour la reprise desefforts sismiques.

en jaune : voile de contreventement. en rouge : poteau bi articul ne prsentant pas de rigidit pour la reprise des

efforts sismique. en bleu : dalle BA.

Concernant la variante, le modle de base t repris auquel jai rajout un tageformant le parking (compos de voiles de 25cm transversalement et longitudinalement)

Modlisation Arche de la solution Arche


10/39


10

Modlisation Effel de la solution base sans sous-sol:

Modlisation Arche de la solution variante avec sous-sol :


11/39


11

Modlisation Effel de la solution variante avec sous-sol :

Les complments faire ces modles sont : La charpente mtallique : compose de profil HEA dont il a fallu modliser

laction sur lossature bton (application deffort ponctuel au niveau des pointsdapplication)

La neige est introduite sur ldicule en toiture.

Une fois limportation, la reprsentation sous Effel est beaucoup moins lisible que sousArche. En effet sous Arche , les lments sont reprsents par leur volume et leurcouleur.Sous Effel il y a une discrtisation des lments : on obtient des filaires, des surfaciques,des nuds. Les charges sont elles-mmes discrtises et se trouve rattaches auxnuds.Les 2 modles ainsi obtenus sont de taille trs importante et ncessite un temps de

calcul considrable

A titre indicatif :Pour la variante pieu :

11905 nuds 1473 filaires 11726 surfaciques 72 appuis ponctuels

Pour la variante puits : 15965 nuds 1372 filaires

16365 surfaciques 72 appuis ponctuels


12/39


12

La mthode de calcul utilise aux lments finis est celle des dplacements.

PS : Des modles annexes de latrium et du principe de fondation de la cagedescalier ont t raliss pour affiner le dimensionnement des fondations (voir

annexe 2 p.23 38 pour plus de dtail les modles et leurs rsultats)

2.2 Descente de charges

Il y a 2 types de descente de charges : Les charges statiques Les charges sismiques

Les cas de charges pris en compte dans les 2 modles : Action de poids propre G Action de charges permanentes G

Action variable Q Action et combinaison sismique horizontale et verticale.

Le cas de charges de vent a t nglig dans les 2 modles ( voir justification en annexe2 & 3)La pousse des terres galement tait nglige dans la variante avec sous-sol (voirannexe 3)

2.2.1 Les charges statiques :

La descente de charge a t ralise avec le logiciel Arche suivant la mthodetraditionnelle. Les charges de charpentes ont du tre rajoutes partir des rsultats dumodle de latrium.La descente de charge a t ralise sur les charges permanentes G et les chargesdexploitation Q.Ces charges sont composes des lments dossatures G-O et des charges dexploitationconforme au descriptif du CCTP.Elles sont dtailles dans les annexes annexe 2 p.46 etannexe3 p.30)

2.2.2 Les charges sismiques :

Elles ont t dfinies partir de la norme NF 06-013 dite PS92. La dynamiquespectrale ou sismique permet ltude de la rponse des structures soumises descharges dynamiques dont on connat le spectre dacclration. La structure est excite

par ses appuis selon une direction donne, pour un cas de charge. Ce type dechargement donne lieu des dplacements et des efforts quadratiques moyens dont lesvaleurs sont toujours positives.

Principe de modlisation :

Le principe de modlisation de chargements sismiques consiste en une tude dynamiquede la structure qui sappuie sur les hypothses suivantes :

Dfinition des modes propres de la structure Dfinition des masses de la structure Dfinition du spectre appliqu aux masses de la structure Mthode de recombinaison des rponses des diffrents modes de la structure


13/39


13

a. dfinition des modes propres de la structure :

Les forces intervenant en dehors de toute sollicitation extrieure sont les suivants : Masse* acclration de la structure Amortissement ou frottement * vitesse de la structure

Raideur* Dplacement

A lquilibre de la structure, il fut donc :

0. =++ KXXCXM &&&

avec

X&& est le vecteur acclration de la structure

X& est le vecteur vitesse de la structureX est le vecteur dplacement de chacun des nudsMest la matrice de masse de la structure, masse reporte chaque nud.C est la matrice damortissement de la structure

K est la matrice de raideur de la structure, cest dire la matrice de raideur sopposantau dplacement de chaque nud.

En ralit, il y a une infinit de modes propres, chacun tant dtermin par un tat dedformation et une pulsation.La dmarche consiste dterminer le taux de participation de chacun des modes dans larponse une sollicitation donne, afin de dterminer les modes prpondrants.

b. dfinition des masses de la structure

Pour effectuer ltude dynamique de la structure, il faut dfinir les masses qui lacomposentLa prise en compte de la masse de la structure passe par la discrtisation de celle-ci enchacun des nuds de la modlisation.

Les masses prises en compte sont :

poids propre de la structure charges permanentes charges dexploitation affectes dun coefficient de pondration : 0.2 pour le cas

du CDE (btiment rsidentiel)

c. Dfinition du spectre

Il est valu de la faon suivante (voir annexe pour plus de dtail sur les diffrentsparamtres)

)()( TRaTR DN= , Fonction du site sur lequel se trouve louvrage.

Le nombres de modes propres calculs est dfini par lutilisateur, le calcul est itratif dosa longueur.Il faut calculer suffisamment de modes propres pour exciter une partie suffisante de lamasse de la structure.Lamortissement de chaque nud est dfini de manire automatique car la structure necomporte quun seul matriau.


14/39


14

d. obtention des rponses modales par la mthode de combinaison des rponses.

Pour un cas de charges sismique, les valeurs de calcul des dplacements sont obtenuesdans chaque mode suivant 2 mthodes proposes par le PS92.

Mthode SRSS (mthode quadratique) : article 6.6.2.3 du PS92Mthode CQC : Combinaison Quadratique Complte : Cette mthode a t utilis sousEffel

Le nombre de mode rsiduel : 6.6.2.2 du PS92Il faut avoir calcul un nombre de modes suffisant :

Pour avoir atteint 90% de la masse totale vibrante la frquence de 33Hz Si le calcul est interrompu avant 33Hz, il faut avoie excit 70% de la masse totale

Les efforts sismiques sont gnrs automatiquement par le programme si les hypothsessismiques ont t renseignes.

Hypothses et rsultats :

Les actions sismiques sont des actions accidentelles, dfinies par des valeurs nominaleset sont pondres dans les calculs par un coefficient gal 1.Les hypothses retenues pour le CDE sont les suivantes :

Zone de sismicit : Ib-faibleClasse de louvrage : C- risque levType de sol : site S1Coefficient damplification topographique : 1.00Coefficient de comportement : q=1.40 (btiment infrieur 28m)

Les 2 cas de charges de sisme horizontaux ont donn des rsultats exploitables :Variante pieu : 87% de la masse totale excite avec 75 modesVariante puit : 85% de la masse totale excite avec 30 modesA partir de ces rsultats, jai pu obtenir les efforts de dimensionnement des fondationspar combinaisons sismiques (voir annexe 2 & 3).Ces rsultats ont t valids par la mthode simplifie effectue manuellement.


15/39


15

3. Dimensionnement des fondations pieu .

3.1 Hypothses

le type de pieu retenu est le pieu for la tarire creuse (solution propose par URBAN)

Les calculs ont t fait avec le D.T.U 13.2 : fondations spciales, les dispositionsconstructives des rglements suivants ont t respectes :

DTU 13.2 : fondations spciales

Fascicule 62- Titre V PS 92

Le bton retenu est un C25/30. Sa rsistance conventionnelle note fc* vaut 15.87MPa :elle dpend de la technique de forage, du mode de mise en place, de la gomtrie.Le diamtre minimum a t fix 60cm pour une question de mise en oeuvre. la

longueur doit tre au minimum de 10m+3

3.2 Actions et combinaisons dactions :

Trois types de situations ont t tudi : En cours de construction En cours dexploitation Situations accidentelles

Les actions variables sont introduites de la faon la plus dfavorable, soit par lapondration indique par les rglements, soit avec 1 coefficient de pondration nulle.Les combinaisons sont tablies dune part pour les pieux comprims, dautre part pourles pieux arrachs suivant les rglements en vigueur. Les rsistances des matriaux sontgalement values de la norme BAEL.On distingue les ELU fondamentaux et accidentels (sismique) ainsi que les ELS.

3.3 Pieux comprims

Le diamtre minimum du pieu est dtermin par la vrification de la rsistance dubton lELS et lELU


16/39


16

A lELS : *3.0 cfSF

A lELU :b

fc

SF

*85.0 avec 1=

La vrification de la rsistance du sol par rapport au pieu lELS et lELU permet dedterminer la longueur minimum du pieu.

On doit avoir4

*****

ps qLqF +

Avec Lqs *** frottement latral

4/** pq terme de pointe

qs et qp donns par le rapport de sol.

Il faut ensuite vrifier linteraction des pieux car certains pieux ont un effet de groupevis a vis des tats limites de mobilisation globale du sol.Pour effectuer cette vrification, on utilise la formule de Converse-Labarre etprincipalement sa reprsentation graphique.Bien que cette modlisation soit idaliste, elle fournit cependant une ide delinteraction existant entre les diffrents pieux.Le graphique donne le coefficient defficacit du groupe en fonction du rapport d/B ,rapport de lentraxe des pieux leur diamtre.


17/39


17

3.4 Pieux arrachs

La dtermination de la longueur des pieux est effectue en recherchant laprofondeur ncessaire pour mobiliser un frottement latral suffisant en plus du terme depointe pour reprendre leffort total de compression appliqu au pieu. Il sagit de mobiliser

un frottement suffisant entre le sol et le pieu et ainsi dterminer la surface de contactminimale ncessaire pour transmettre leffort au sol par frottement.

ps QQQ +

avecQ effort appliqu en compression sur le pieu

LDqQs s = effort mobilis par frottement latral

4DqQ pp = effort de pointe

Cette expression nous permet de dterminer la longueur minimum du pieu

4

DqLDqQ ps

+

Dans un premier temps, la section darmature minimum a t dtermin partirdes efforts darrachement sexerant sur chaque pieu.Dans le cas de pieux soumis des efforts darrachement, la section de bton tenduenest pas considre. Leffort de traction doit tre quilibr par la seule sectiondarmature.Suivant les diffrentes combinaisons, la section darmature est dfinie par :

ELELs

ELMaxA

)(=

Dans ltude du CDE, seul le cas de combinaisons sismiques accidentelles provoque desefforts darrachement dans les pieux. Par consquent se sont ces seules combinaisonsqui vont dterminer les sections darmatures.


18/39


18

La longueur minimum est dtermine par la vrification larrachement dun cne deterre.

On doit alors vrifier

5.1PF ELS (non considr car pas darrachements aux ELS)

33.1

P

F ELU Fondamental

15.1PF ELU Accidentel en ayant considr un angle douverture de

La vrification de la longueur vis vis des efforts darrachements a t faite, elle nestpas dimensionnante.


19/39


19

Linteraction des cnes darrachement a t vrifie suivant les recommandations T.A.77relatives aux tirants dancrages :

On dfinit un coefficient de rduction du volume dinfluence des cnes darrachementsen fonction de R, rayon de base du cne et de a, distance entre les axes des deux cnes

Le principe est de considrer un poids de terrain rsistant rduit pour prendre en comptelinteraction :

PP ='

est dtermin par la relation empirique :

Ra4.05.0 += pour 0


20/39


20

On fixe un taux maximal car on souhaite avoir un coulement des armatures avantlcrasement du bton.

3.5 Dispositions constructives

Le ferraillage et les dispositions constructives sont conforment aux rglements suivants : PS 92 DTU 13.2 Fascicule 62 Titre V

Armatures longitudinales :

Les pieux sont arms sur toute leur longueur de la manire suivante :

Nombres minimales de barres : 6 Diamtre minimal : 12 Espacement maximal des armatures de nu nu : 20cm

Recouvrement :majoration de 30% en partie courante et de 50 % en zonecritique Ancrage des pieux dans les semelles Section : 0.5% mini (sol a et b) , 3% maxi

On fixe un taux maximal car on souhaite avoir un coulement des armatures avantlcrasement du bton.

Armatures transversales :

Elles doivent tre composes de spires ou de cerces (cerces retenues dans notrecas)

6mm minimum pourcentage volumique mini :0.6% en partie courante, 0.8% en zone critique espacement maxi nu a nu des spires ou des cerces

Ls 12'= en partie courante

cms 10'= en zone critique

=>voir note de calcul et schma de principe en annexe2

3.6Optimisation des sections de pieu

Dans les 2 voiles de contreventements longitudinaux situs file 3 et 4 onsaperoit que les pieux dimensionns ont une section beaucoup plus importante que lesautres pieux de la structure. Cependant on saperoit que les pieux assurant la fondation

de ces mmes voiles ne sont pas tous sollicits de la mme manire : il existe donc unpotentiel de rpartition entre les diffrents pieux.En effet, la longrine et les voiles du RDC et 1er tage forme un ensemble rigidepermettant de rpartir les efforts entre les pieux telle une poutre sur appui lastique degrande hauteur statique.Cette constatation provient du modle constitu sous Effel : les charges tombentdirectement au niveau des appuis rigides alors que dans la ralit il y aura rpartition desmmes efforts entre les diffrents pieux. Cette analyse va nous permettre doptimiser lespieux en rpartissant leffort entre les diffrents pieux, modliss non pas comme desappuis infiniment rigides mais comme des appuis lastiques (comportement beaucoupplus proche de la ralit)Ce modle a permis dharmoniser les sections de pieux (voir annexe 2 p.131)


21/39


21

3.7 Rcapitulatif des pieux retenus


22/39


22


23/39


23

3.8 Dimensionnement des lments dossature

Afin dobtenir le ratio pour raliser ltude de prix, jai dimensionn un voile decontreventement et une semelle de rpartition du systme de fondation type pieu.

3.8.1 Dimensionnement dune semelle sur 2 pieux

Il sagit de : dimensionner les armatures suprieures dimensionner les armatures infrieures dimensionner les armatures transversales

sassurer des dispositions constructives tablir le plan de ferraillage tablir le ratio de la semelle de rpartition

Pour dimensionner une telle semelle on utilise la mthode des bielles qui suppose que lacharge du poteau se rpartit suivant les pieux par des bielles arrivant dans laxe du pieu

et partant dun point situ 4a de laxe du poteau reposant sur la semelle.

Les rglements utiliss sont : BAEL 91 et PS92Le dimensionnement est ralis aux ELU accidentels(voir annexe2 p.162 pour dtail calcul)


24/39


24


25/39


25

3.8.2 Dimensionnement du voile de contreventement

LEurocode 2 propose danalyser le voile de contreventement selon un modle de biellesde bton comprimes et de tirant daciers tendus. Jai choisi cette mthode car elle estadapte une justification aux ELU ce qui est tout fait notre cas : en effet la structure

est sollicite par des efforts horizontaux uniquement en cas daction sismique.Le cas de charge de vent tant ngligeable devant laction sismique, il ne sera pasconsidr dans le dimensionnement du voile.

Principe du modle :

On assimile le refend un systme triangul de type treillis isostatique constitu debielles rectilignes dcoupes dans les panneaux du refend (transmettant les efforts decompression) et de tirants raliss par des armatures verticales au droit du chanagevertical et des armatures horizontales au droit du plancher (linclinaison des biellesrelevant du choix de lingnieur).On charge alors ce systme par les actions sismiques (effort tranchant au niveau des

dalles) et on rpartit leffort entre les bielles et les tirants afin de les descendre jusquauniveau des fondations (voir schma page suivante reprsentant le modle bielle/tirantadopt ainsi que le chargement sismique)

NB : le chargement sismique a t dfini partir des rsultats du modle Effel(combinaison des composantes Sx et Sz )Les efforts ont t calculs par dtermination de la rsultante deffort tranchant auniveau de chaque coupe effectue chaque niveau de dalle. Cependant les rsultatsfournis par Effel au niveau des dalles ne sont pas cohrents. Ainsi pour avoir les bonsefforts, jai effectu 2 coupes sur le voile : au-dessus et au-dessous de la dalle puis jai,par interpolation linaire, dduit leffort tranchant au niveau de la dalle.Effel nous fournit directement les efforts de compression/traction lis au momentflchissant engendr par laction sismique.


26/39


26


27/39


27

Le refend est dcompos en panneau qui correspondent la partie de voile entre chaquetageOn dcompose chaque panneau de la faon suivante :


28/39


28

On calcul ensuite les efforts dans chaque montant du treillis dans chaque panneau.

On dtermine ensuite :

Les armatures verticales

Les armatures horizontales Les chanages La vrification de lpaisseur du voile Les dispositions constructives Le plan de ferraillage

Le ratio pour ltude de prix : 150kg/m3


29/39


29


30/39


30

4. Dimensionnement de la solution puits .

4.1 Hypothses

Le parking a t conu suivant la norme NF P 91-100 :

Parcs de stationnement accessibles au public : rgles daptitudes a la fonction,

conception et dimensionnement

Cette norme ma permis de dfinir les critres de faisabilit dun tel parking :

Choix de trame pour implantation des porteurs verticaux Dimensions et dispositions gomtriques

Dallage avec une pente favorisant lvacuation de leau et ltanchit

Dispositions permettant dassurer une tanchit suffisante des dalles

Le type de puits retenu est un puit for bus, en effet, il faut raliser cesouvrages, dans la nappe phratique, il faut donc prvoir des buses en bton armafin de maintenir les parois du sol lors du forage.

Donnes du problme :

Le rapport de sol nous indique que le toit des sables-graviers varie entre les cotes136.5 GN 69 et 134.65 IGN 69.

Les indications concernant lhydrologie du site prcise de ne pas raliser un sous-sol au-dessous de la cote 136.65 IGN 69.

La coupe lithologique R4 indique qu lemplacement des appuis les plus sollicitsle toit des graviers se situe le cote 134.65 IGN69.

Hypothses :

On fait lhypothse que toutes les fondations seront descendre la cote 134.65IGN 69 pour chercher les sables graviers supposs uniforme partir de cette cote(hypothse la plus dfavorable mais la plus sre en phase dtude devariante).


31/39


31

Mthode de calcul :

On considre un puit moyen de 2.00m de diamtre allant de la cote 136.65 la cote134.65 IGN 69.

La hauteur du puit sera donc de 2.00m

La profondeur dencastrement calcule prcdemment est De=1.54m

Par consquent 5.177.0254.1


32/39


32

Afin de prendre en compte laspect conomique et pratique ds la phase de calcul, nouslimiterons le diamtre des puits 2.40m (buses devant tre transportes par la routedonc pour ne pas dpasser le gabarit routier on limite 2.40m) . Ceci lavantageconomique de ne pas avoir considrer un transport exceptionnel lors de ltude deprix.

Les viroles disponibles chez URBAN ont un diamtre :{ }40.2;20.2;00.2;80.1;60.1;40.1;20.1

4.2 Dimensionnement des lments dossature

Dans cette partie, on ne prsente que les dmarches et raisonnement mis en uvre pourdimensionner les lments dossature du sous-sol. Les dtails de calcul (trop fastidieuxpour figurer dans un rapport de synthse) sont prsents en annexe 3.

4.2.1Dimensionnement des semelles superficielles.

Les dimensions minimales des semelles sont fonction des engins qui doivent lesexcuter. Le dbord de la semelle, par rapport un lment porteur est choisi de telle

manire quon puisse sen servir pour positionner le coffrage.Un gros bton est mis en uvre en fond de fouille (ep=5cm)Compte tenu de ces remarques, les dimensions indiques ci-dessous paraissent tre unminimum :

Le dimensionnement est appliqu selon la mthode des bielles prconise par le DTU13.12Cette mthode suppose que les charges appliques aux semelles sont transmises au solpar des bielles obliques transmettant des efforts de traction devant tre quilibrs pardes armatures.

Le coffrage est dtermin par une limitation des contraintes admissibles enfonction des diffrents lments considrs.

La hauteur de la semelle doit tre telle que les bielles puissent se former ettransmettre directement les efforts de compression.

La semelle de fondation est galement vrifie au poinonnement. Le ferraillage est dtermin partir de la mthode des bielles car la charge est

centre. Chaque armature quilibre les bielles de bton comprimes.

Le dtail du calcul est illustr dans lannexe 3.


33/39


33

4.2.2 Dimensionnement des puits sous semelles filantes

Les contraintes de dimensionnement sont dfinies par le rapport de sol.

ELS : MPaq ELSsoladm 3.0__ =

ELU fondamental : MPaq ELUFsoladm 45.0__ =

ELU accidentel : MPaq ELUAsoladm 6.0__ =

Le dimensionnement est conduit selon le principe de vrification suivant pour lesdiffrents tats limites :

admqAFp =

avec p : pression de contact au sol

Afin de prendre en compte lexcentricit engendr par leffort sismique, on utilisera :

Diagramme de contrainte triangulaire au sol (linaire classique) si6Be

Diagramme de contrainte trapzodal au sol (linaire classique) si6Be

Le torseur des efforts ainsi que les efforts darrachement/compression sont issus desrsultats Arche/Effel. Par scurit, on ne considre pas la stabilisation due aux chargesdexploitation Q (ici un exemple pour une semelle)

On dtermine ensuite la position de la rsultante pour obtenir lexcentricit afin dedterminer le diagramme des contraintes utiliser.Avec cette hypothse, la seule inconnue dterminer est la contrainte maximale au sol :Dans le cas des vrifications sous sollicitations extrmes (ce qui est notre cas en cas desisme), la contrainte maximale est comparer 75% de la contrainte de ruine.Enfin, on dtermine la section de puits mettre en uvre pour ne pas dpasser cettecontrainte.


34/39


34

4.2.3 Dimensionnement des poteaux

Afin dobtenir le ratio et la section dacier pour ltude de prix, jai dimensionn un poteaudu sous-sol.

Le rglement utilis est le BAEL 91 pour :

Dterminer la section minimale de bton ncessaire Dterminer les armatures longitudinales :

On doit dterminer : La longueur de flambement Llancement Armatures longitudinales Armatures transversales Vrifier les dimensions du coffrage Calcul du ratio pour ltude de prix : 100 kg/m3

Voir annexe 3 pour dtail du calcul.

4.2.4 Dimensionnement des poutres

Hypothses : Actions uniformment rparties de dure dapplication suprieure 24 heures Fissuration prjudiciable Enrobage 3cm Matriau : bton fc28=25MPa, acier FeE500, granulat c=2.5cm

Dmarche :

Dtermination des caractristiques des matriaux Sollicitation en flexion dans les poutrelles Dimensionnement des armatures ELS en flexion Dimensionnement des cadres defforts tranchant Vrification de la bielle dabout Calcul du ratio pour ltude de prix : 185 kg/m3

4.2.5 Dimensionnement de la dalle haute du sous-sol

Hypothses : Actions uniformment rparties de dure dapplication suprieure 24 heures

Fissuration prjudiciable Enrobage 3cm

Dmarche :

Dtermination des caractristiques des matriaux Charges permanentes + exploitation Dcoupage de la dalle en bande de 1 m Calcul des moments de flexion sollicitant ces bandes (en trave et sur appui) Calcul de la section daciers (lits infrieurs+ chapeau) Vrification de la ncessit ou non des armatures defforts tranchant Ratio obtenu : 22kg/m


35/39


35

5. Etude de Prix comparative

5.1 Mthodologie

La mthodologie adopte pour tudier les variantes a t de chiffrer la plus value

engendre par les 2 variantes selon la mthode des dbourss secs+ frais de chantier.Le prix global est dcompos en :

Dbours secs : qui correspondent au matriau, matriel et main duvre mis enuvre pour raliser louvrage. Chaque position du march est ainsi dcomposeen sous dtail de prix correspondant aux prestations indiques dans la DPGF.

Frais de chantier: ils correspondent aux moyens mis en uvre pour raliserlouvrage. (grue, cantonnement, matriel divers, installations)

Pour chaque prestation on dfinit si celle-ci doit tre ralise en part propre ou bien sielle est ralise en sous-traitance.En entreprise gnrale, un coefficient de pilotage est mis sur les sous traitants.Afin de dterminer la dure totale prvisible du chantier et ainsi pouvoir quantifier le

budget des moyens mis en uvre pour la location, on ralise un planning partir desrendements issus des retours de chantiers appliqus aux quantits rellement ralises.A titre dexemple, jai tabli les plannings partir des rendements suivants :

Dalle 60m/j Voile 20ml/j 5 6 pieux par jour 5 6 puits par jour Dallage 300m/j Poteaux 3u/j Poutres 15ml/j

Le prix de revient est compos des dbourss secs et des frais de chantier.Le prix de vente est compos du prix de revient et des frais gnraux.Ces frais gnraux sont composs des frais gnraux dentreprise, des assurances, duSAV et du prorata.

Hypothses formules pour ltude :taux moyen horaires : 23/H (cot de la main duvre)anticipation de ngociation sur les prix de sous-traitance : 5%ratio issu du calcul pour les diffrents lments dossature :semelle 45kg/m3

longrines : 200kg/ m3voiles de contreventement : 150 kg/m3

ratio poteau 100kg/m3ratio poutre 200kg/m3

ratio dallage 7kg/mratio dalle haute sous sol:25kg/mratio puits :5kg/m3

Amortissement coffrage voiles : 3.00/m2Amortissement coffrage poteaux : 8.00/m2Amortissement coffrage de poutres 10/m2Amortissement coffrage ordinaire : 4.50/m2

Raisonnement et formule utilise pour ltude :

Q=quantits issues du mtrMOU : rendement horaire unitaire (main duvre unitaire)

MOG :MOU*Q= main duvre globale de la positionCot en Main duvre : MOU(H/u)*TMH(/H)


36/39


36

Le raisonnement pour monter une tude de prix et donc le suivant : Mtr des quantits poste par poste suivant le DPGF Consultation des entreprises pour les parties sous-traites Montage de ltude partir des prix et des quantits Ralisation dun planning pour valuer la dure des travaux et la dure de location

du matriel

5.2 Mmoire mthodologique de ralisation :

5.2.1 Moyens mis en uvre

5.2.1.2 Encadrement et matriel

Le personnel dencadrement de chantier sera compos de : Un directeur de travaux Un ingnieur travaux Un chef de chantier

Un gomtre Un service mthode pour la dfinition des outils, du phasage et du matriel descurit.

Leffectif moyen prvu sera de 20 personnesLe moyen de levage propos est une grue tour de type Potain MD 235Elle sera installe proximit de la file 1/H

Linstallation de chantier comportera : Un panneau de chantier Voies daccs et plate-forme provisoire Clture de chantier, sanitaires, vestiaires, rfectoires, salles de runion. Installation lectrique Magasin pour rangement du petit matriel

5.2.1.3 Procds dexcution

a. Fondations profondes

Pieux : Forage la tarire creuse, btonnage la benne bton, vacuation parcamion (dans les 2 cas : avec ou sans parking)

Puits : Forage par puits buss, btonnage la benne, vacuation par camion

b. Fondations superficielles :

Fouilles par pelle hydraulique, btonnage la benne, vacuation par camion

Semelles et longrines coules en place, lintrieur de coffrage PERI

d. Infrastructures et superstructure :

Poteaux circulaires coffrs par matriau ECOBAT Voiles bton excuts dans banches mtalliques type HUSSOR (4.50m au

RDC, 2.80m et 2.40m aux tages). Des consoles mtalliques types HUSSORassurent la scurit en priphrie du btiment

Poutres coules en place sur platelage bois et taiement Erecta. Prfabricationventuelle suivant le poids des pices prfabriques.

Dalles bton coules sur Prdalle Dalles bton coules en place

Scurit des rives de dalles mises en place lavancement Dallage conforme au nouveau DTU


37/39


37

e. Environnement

Les dchets seront tris avant leur dpart du chantier Des bennes gravois seront mises disposition

Bton en provenance dune centrale bton agre. Acier en provenance de fournisseurs agrs.

5.3 Conclusion sur ltude de prix

Etude URBAN Base tarirePFE

Base StarsolPFE

VarianteParking Puits

VarianteParking Pieu

Montant hors TVA 2 827 512 2 805 678 2 898 959 3 271 755 3 228 870

TVA 19.6%554 153 549 913 568 196 641 264 632 858

Montant TVA 3 381 465 3 355 591 3 467 155 3 913 019 3 861 928

Conclusion :

La variante base avec procd tarire creuse semble donc la plus conomique.En conclusion de ce PFE, on peut affirmer que URBAN aurait perdu beaucoup dargent sielle avait t retenu avec sa solution variante. Ltude structure a confirm que lidetait bonne dun point de vue thorique , cependant il navait pas mesur toutes lesdifficults qui seraient apparues lors de la ralisation des travaux. Il aurait pu serattraper en ralisant une solution de fondation sur pieu.La variante parking nest donc pas la solution la plus conomique comme lavait laissentendre la premire estimation en tude de prix. Cependant elle semble ralisable avecdes fondations sur pieu. Cela constitu un argument de vente supplmentaire vis vis duclient si celui-ci avait dispos dun budget plus important.


38/39


38

6. Conclusion du PFE

Ltude mene sur le Collge Doctoral des Universits de Strasbourg, ma permisdans un premier temps dutiliser loutil informatique pour modliser le btiment. Cet

apprentissage tant indispensable pour pouvoir mener ltude sismique douvragesirrguliers.Jai ainsi t confront la difficult dobtenir un compromis acceptable sur le degr definesse du modle pour satisfaire 2 objectifs apparemment contradictoires :Lexploitation aise du modle et la fiabilit des rsultats dun modle simplifie Jai ainsi pu exploiter ces rsultats pour le dimensionnement des lments du systme defondation.Lexploitation de ces modles ma permis de mener une rflexion dans les domainesvaris du gnie civil : fondations profondes, superficielles, bton arm.Jai ainsi pu me familiariser avec les rglements auxquels se rapportent ces domaines(normes bton, parasismique)Cette premire partie de PFE ma donc permis dobtenir un premier aperu du mtier

dingnieur structure.Ensuite,la deuxime partie ralise au sein de lentreprise URBAN ma permis derpondre la problmatique propose pour ce projet de fin dtude.La faisabilit de la variante imagine par le service tude de prix savre impossible techniquement mais en revanche lide denvisager une fondation de type puit taittout de mme pertinente car ralisable dun point de vu thorique . On peutcependant affirmer que lentreprise URBAN aurait certainement perdu beaucoup dargentsi elle stait vue attribuer le march sur avec cette variante. La solution de base apparatdonc comme tre la solution optimale la fois techniquement et conomiquement.

Ce PFE a t intressant car il ma permis daborder plusieurs facettes desprofessions offertes un ingnieur INSA : le Bureau dtude et les services techniques enentreprise et ainsi me rendre compte du caractre polyvalent de ma formationdingnieur


39/39


Bibliographie

La construction en zone sismique Pratique du BAEL 91 de Perchat & Roux Dimensionnement des structures bton. EPFL Tome8 Cours de fondation profonde EPFL

Rglements

Rgles PS 92

Rgles BAEL 91 Recommandation T.A.77 Rgles NV 65 Fascicule 62 Titre 2 DTU 13.2 : fondations profondes DTU 13.11 : fondations superficielles

La norme NF P 91-100 : Parcs de stationnement accessibles au public : rgles

daptitudes a la fonction, conception et dimensionnement

Methodologie Tournier Rapport

Documents

Transcript of Methodologie Tournier Rapport