Les conférences et visites de chantier AFGC

AFGC Les conférences et visites de chantier

Bulletin annuel de l'AFGC 205 N° 14 - Janvier 2012

4 novembre à Paris La Fondation Louis Vuitton L’AFGC a organisé le 4 novembre 2011, en partenariat avec Construiracier, une journée consacrée au chantier de la Fondation Louis Vuitton. Rappel du programme

8h30 : Accueil des participants sur le chantier de la Fondation Louis Vuitton Jean-Bernard Datry, SETEC TPI/AFGC

8h45 : Exposés techniques

Introduction par le maître d'ouvrage de la Fondation Louis Vuitton pour la Création, Nicolas Paschal directeur de projet de la Fondation Louis Vuitton.

Présentation du projet et du montage de l'opération Bénédicte Danis, SETEC bâtiment

La conception des structures primaires. Miquel Peiro, SETEC bâtiment.

Les différentes formes structurelles des objets du clos couvert Bernard Vaudeville, TESS

Les études d'exécution des lots structuraux "porteurs et portés" Jean-Marc Tourtois, Eric Taillardat, VINCI GP

Le consortium d’entreprises générales Manuel Esteves, directeur général de l'entreprise Petit, VINCI Construction France

Le contre-modèle structurel en phase d'exécution Xavier Cespedes, SETEC TPI

Les verrières Charles Dunesme, Eiffage Constructions Métalliques Yves Duchêne, Bureau Greisch 11h30 : Discussion 13h00 - Buffet dans la salle de réunion

La maquette

Synthèse des présentations

Introduction par le maître d'ouvrage de la Fondation

Louis Vuitton pour la Création,

Nicolas Paschal directeur de projet de la Fondation Louis Vuitton. Origine du projet Dès 1992, Bernard Arnault, Président de LVMH, pense à une Fondation d’Art Contemporain à Paris, pour accueillir les collections des sociétés du Groupe LVMH. C’est en 2004, que Bernard Arnault décide de confier à Frank Gehry la réalisation de sa Fondation à Paris.

Le choix de F. Gehry s’inscrit dans une démarche de création dans la continuité des valeurs du groupe LVMH, leader français du marché mondial du luxe et de son fleuron Louis Vuitton : créativité, savoir-faire, qualité, exigence et excellence. Objet de la Fondation La Fondation a pour objet, en s’appuyant sur une collection d’œuvres d’art principalement axée autour de l’art moderne et contemporain : • la promotion de l’Art et de la Culture • le soutien à la création artistique • le développement de l’accès du plus grand nombre

aux œuvres d’art et aux créations culturelles



• le rayonnement national et international des activités de création artistique et culturelle.

2 octobre 2006 : Annonce officielle de la naissance de la Fondation Louis Vuitton pour la Création par Bernard Arnault et Yves Carcelle, respectivement président et vice président de la Fondation, en présence du Ministre de la Culture et de la Communication, du Maire de Paris et de Frank Gehry. 12 décembre 2006 Accord de la Mairie de Paris pour l’implantation de la Fondation sur son sol et signature d’une convention d’occupation domaniale de 55 ans. LE PROJET, UN ARCHITECTE : F. GEHRY

Musée Guggenheim – Bilbao Le bâtiment Terrain 10 675 m² Emprise au sol du bâtiment : 4 156 m² Surfaces : 11.500 m² dont Galeries d’exposition : 3 500 m² dont Forum - 360 places modulables : 430 m² Verrières : 12 unités, 13 500 m² Enveloppes vitrées : 6 000 m² Iceberg : 9 000 m² Particularité : bâtiment R+1 sans limitation de hauteur • Projet pilote pour l’élaboration du référentiel « NF

Démarche HQE® - Equipements culturels » • Profil de Performances Environnementales

ambitieux : – Etude d’impact sur l’environnement :

faune/flore, nappes phréatiques, acoustique, transports

– Bilan Carbone et Suivi des produits : recherche des produits et procédés les moins impactant sur l’environnement et la santé

– Chantier à faibles nuisances: suivi acoustique, tri des déchets, bungalows HQE®

– Energie: isolation renforcée, équipements économes en énergie, énergies renouvelables

(Géothermie sur nappes phréatiques), maîtrise du confort thermique

– Gestion de l’eau: récupération des eaux de pluie et utilisation des nappes phréatiques pour divers usages (bassin, nettoyage des verrières, sanitaires), zéro rejet d’eau pluviale à l’égout

– Maintenance

Structure

Charges de vent

• Vitesse de référence associée à une période de

retour de 50 ans à Paris. • Mesure réelle de la rugosité du site par

l’installation d’un mât équipé d’anémomètre à 15m, 30m, 45m de hauteur. Calibrage de l’intensité de turbulence issue de mesures en vraie grandeur.

• Calculs de pré-dimensionnement établis à partir d’une simulation numérique réalisée par le CSTB.

• Valeurs de charges du vent affinées par des essais en soufflerie sur une maquette physique

au 1/125ème (essais réalisées par le CSTB à Nantes).

Les objectifs de la modélisation structurelle globale (réalisée sous le logiciel ANSYS) par SETEC, RFR /

TESS sont : � Étudier le comportement global de l’ouvrage : génie

civil + verrières � Déterminer les interactions entre les différents

blocs structurels : � Interactions génie civil-verrières � Interactions sol-structure

� Calculer les descentes de charges sur le radier en phase conception

� Pré-dimensionner les éléments principaux du génie

civil et des verrières Sécurité incendie

La méthodologie, adoptée en coordination avec la

Commission de Sécurité, est la suivante : 1. Définition et caractérisation des scénarios après

une analyse de risques globale, sur la base d’un cahier des charges d’exploitation

2. Modélisation du bâtiment et simulations numériques 3. Analyse des phénomènes 4. Définition des critères présidant à la mise en

œuvre de dispositions constructives sécuritaires, ou en second ressort adaptation du cahier des charges

Maintenance

1. Réduire la fréquence de maintenance par l’utilisation de techniques et matériaux pérennes 2. Positionner les équipements nécessitant une maintenance courante exclusivement dans des zones aisément accessibles avec des équipements de protection collective



3. Privilégier systématiquement les équipements de protection collective (nacelles) ou les systèmes robotisés

Présentation du projet et du montage de l'opération

Bénédicte Danis, SETEC bâtiment

Conception : Structures Structure primaire :

• Ingénierie : Setec bâtiment • Béton armé et charpente primaire

Structure secondaire

• Ingénierie : RFR + TESS • Verrières : Charpente bois et métallique • Iceberg : Structure coques acier • Enveloppes vitrées : Charpente métallique

Conception : Modélisation globale MOE Modélisation globale réalisée sous le logiciel ANSYS par SETEC, RFR / TESS : • Étudier le comportement global de l’ouvrage : génie

civil + verrières • Déterminer les interactions entre les différents

blocs structurels : o Interactions génie civil-verrières o Interactions sol-structure

Conception : Prise en compte des effets du vent Essais réalisés par le CSTB • Simulation numérique : pour la réalisation les études

de prédimensionnement • Essais en soufflerie sur une maquette physique au

1/125ème (essais réalisées par le CSTB à Nantes) : affinement des valeurs de pression de vent o Mesures CSTB : 512 voies synchrones o Double mesure : intégration des pressions /

mesure par balance dynamométrique Prise en compte des effets du vent en phase conception :

• Approche par vents critères • Echelle : Globale, semi-globale et locale

Conception : organisation des modélisations et des contrôles

Exécution : organisation des études structurelles de l’Entreprise Modélisation Globale : Vinci Construction Grands Projet Modélisation Locale par Lots • Génie civil (structure primaire) :

� Béton armé :

VCGP pour les infrastructures, SIDF pour les superstructures

� Charpente métallique : Hofmeister / CE-N pour les études

• Verrières Eiffage Construction Métallique avec comme bureau d’études BE Greisch

Verrière Tripode Enveloppe vitrée

Iceberg



• Iceberg : Hofmeister / CE-N pour les études • Enveloppes vitrées : Sipral Exécution : Prise en compte des effets du vent • Méthode historique dynamique temporelle proposée

par VCGP

• Comité d’experts à la demande de BV • Contre modèle réalisé par SETEC TPI • Méthode spectrale validée par tous

Exécution

La conception des structures primaires.

Miquel Peiro, SETEC bâtiment.

Données d’entrée

- volonté formelle de l’architecte

- charges provenant des façades et des vérrières allant de 15 tn à 1500 tn ponctuellement.

- flexibilité programatique: grandes portées + charges exploitation importantes (800 kg/m² ou charge oeuvre d’art 13 t)

Superstructure Ouest

Superstructure Est



Charpente métallique

Les différentes formes structurelles des objets du

clos couvert

Bernard Vaudeville, TESS Vitrages des verrières Les vitrages sont des composés bi-feuilletés cintrés d’un verre trempé sérigraphié extra-blanc, en face extérieure, et d’un verre trempé extra-blanc, en face intérieure, avec intercalaire SGP. Les vitrages sont prévus pour répondre aux exigences de sécurité suivantes : • vitrages de sécurité, • résistance à la chute de 1200J, • résistance résiduelle après la rupture de l’un des

composants verriers du feuilleté. Les enveloppes vitrées • Les Enveloppes Vitrées sont composées des

éléments principaux suivants : • structure secondaire en acier peint, • structure tertiaire en aluminium, assurant le

support des vitrages et des remplissages opaques d’étanchéité et isolation thermique,

• vitrages isolants. • Les vitrages isolants sont plans, à découpes

trapézoïdales ou triangulaires. • Certains ouvrages doivent garantir des

performances de protection au feu: leur conception les fait rentrer dans le cadre de PV déjà existants ou bien des essais réels sont prévus.

Les études d'exécution des lots structuraux

"porteurs et portés"

Jean-Marc Tourtois, VINCI Grands Projets

Structure primaire : Béton et Charpente métallique Le clos couvert : Les Icebergs - 19 ensembles de coques icebergs - 9000 m² de ductal - 16 000 panneaux de vêture - Sous-traitant désigné : HOFMEISTER

Le clos couvert : Les Enveloppes vitrées - 47 ensembles

- 6000 m² de vitrage - 400 tonnes d’ossature acier - Sous-traitant désigné : SIPRAL

Les Verrières : Structure tertiaire et vitrage Les Verrières : Structure secondaire bois et acier Les Verrières : Connexions tripodes sur Structure secondaire

- 12 verrières - 1 350 m³ de poutres lamellé collé - 13 230 m² de vitrage - 418 tonnes structure tertiaire - Sous-traitant désigné : EIFFEL

Interfaces Béton-Charpente primaire-Icebergs-Enveloppes vitrées- Verrières

Problématique

1200 interfaces Béton �-> Charpente 1050 interfaces Béton/Charpente �-> Icebergs 1000 interfaces Béton/Charpente �-> Enveloppes vitrées 175 interfaces Béton/Charpente � -> Verrières

Total : 3425 interfaces

• Un projet complexe, volumes et interfaces • 5 lots structurels avec des méthodes de conception

« métier » très différentes

Coordination-Synthèse géométrique et structurelle des Bureaux d’études sous-traitants autour d’un modèle numérique 3D commun qui centralise toutes les données majeures du projet



La maquette structurelle 3D DP-FM Concept

DP-FM : Maquette 3D (Digital Project) des fibres et plans moyens (avant discrétisation)

Indépendant de tous les codes de calculs FEA utilisés sur le projet

Synthèse:

� des géométries exactes des fibres moyennes et des plans moyens des structures des lots porteurs et des nœuds d’appui des lots portés

� des caractéristiques mécaniques des matériaux � des caractéristiques géométriques et mécaniques

des éléments filaires (sections droites) et des éléments plans

� des relaxations (aux nœuds d’assemblage…)

• Avec transfert automatique vers maquette volumique 3D et vers modèle EF avant discrétisation

• Avec labélisation « universelle » :

� des barres, poutres et poteaux, métal et béton

� des dalles, voiles

� des nœuds d’assemblage

� des nœuds d’interfaces entre lots et des nœuds d’appui

� Labélisation de toutes les entités pour échanger, sans ambiguité, les inputs/outputs de calcul avec les Bureaux d’études sous-traitants : � descentes de charges DDC, déplacements

d’appuis…. � modèles locaux et super-éléments

Le modèle global ANSYS après addition des lots portés, icebergs, enveloppes vitrées et verrières (1 800 0000 degrés de liberté)

Les chargements

Charges permanentes / surcharges d’exploitation / température et hygrométrie / vent

Prises en compte sur le modèle global ANSYS par : - des actions données directement appliquées aux

lots porteurs « 2GC et 2CM » et au lot porté 15VER (verrières)

- des DDC sur appuis fixes des cas de charges correspondants appliqués aux modèles locaux des lots portés 5ICE et 10EV (données des sous-traitants des lots portés Icebergs et enveloppes vitrées)

Les calculs au vent turbulent

La maquette du CSTB



Les résultats des calculs globaux

Pour la conception des lots portés 5ICE et 10EV : Résultats aux nœuds frontières

Pour la conception des lots porteurs béton et charpente primaire (2GC et 2CM) et du lot verrières (15VER) • Enveloppes ELS, ELU, ELU accidentel des DDC des

lots portés • Enveloppes ELS, ELU, ELU accidentel des

sollicitations • Cartes de ferraillage

Vérification des critères principaux du CCTP

Appuis des tripodes supports de verrières • souplesse axiale maximale : de 2,5 à 16 mm/MN • souplesse tangentielle maxi : 50 mm/MN

Raideurs minimales des contreventements entre niveaux : déplacement relatif horizontal maxi de 2 planchers successifs limité à une valeur comprise entre H/500 et H/2000 selon la zone

Comportement dynamique de la structure, confort vibratoire au vent :sous combinaison ELS quasi-permanent et vent de période de retour 10 ans : Accélération maximale : 0,18% g

Fréquences propres minimales des planchers et passerelles : • planchers : 2,6 Hz • passerelles : 6 Hz • plancher technique : 7 Hz

Principales vérifications complémentaires

Analyse modale

Flambement Eulérien sous cas de charges ELS quasi-permanent, la structure est dimensionnée pour que aucun coefficient de sécurité au flambement soit inférieur à 5

Déplacement maxi des points d’appui des lots portés (5ICE, 10EV, 15VER) • sous vent ELS : 7 mm • sous action thermique + hygrométrique, valeur

caractéristique : lot 5ICE : 6 mm lot 10EV : 6,5 mm lot 15VER : 13 mm

Déplacement relatif maxi de 2 points d’appui d’une même sous-structure d’un lot porté : • sous vent ELS : lot 5ICE : 1 mm lot 10EV : 4,5 mm lot 15VER : 7 mm • sous action thermique + hygrométrique, valeur

caractéristique : lot 5ICE : 2,5 mm lot 10EV : 6 mm lot 15VER : 12 mm

Le contre-modèle structurel en phase d'exécution Xavier Cespedes, SETEC TPI

Modélisation des verrières

– Modélisation de l’ensemble des 12 verrières des 2 blocs de la Fondation

– Bloc Centre Ouest (7 verrières) : – Bloc Est (5 verrières) :



Difficultés: géométrie non rationnelle � Comment récupérer les coordonnées des nœuds?

Aspects particuliers de la modélisation:

– Définition des éléments de la résille tertiaire au niveau de la surface de verre

– Orientation de la résille tertiaire pour que l’axe fort des éléments soit normal à la surface de verre

– Décalage de la résille tertiaire par rapport à sa définition filaire

– Respecter le principe statique de la connexion structure tertiaire / structure secondaire � bridage ou non des degrés de liberté

TRIPODES : connectent la structure secondaire au Gros Œuvre � éléments biarticulés qui reprennent des efforts normaux • Construction du modèle verrière par verrière • Assemblage de l’ensemble des verrières à la fin

• Modélisation du gros œuvre – Bloc Est

Difficulté � récupération d’une géométrie non conventionnelle

Modèle du bloc Est • 12600 nœuds • 17000 éléments de poutres • 7000 éléments de coques

Prise en compte du phasage de construction

Prise en compte des effets du vent turbulent sur les verrières

Analyse des effets du vent

• Essais en soufflerie réalisés par le CSTB : - Enregistrements de pression par des capteurs

disposés sur les verrières et sur le gros œuvre - 12 enregistrements de 10 minutes pour 36

incidences de vent différentes (pas de temps de 0.4s)

� Environ 700.000 pas de temps à traiter

Chaque capteur est associé à une zone sur une verrière par le CSTB Chaque capteur est associé à une zone (constituée de plusieurs éléments de dalle) sur une verrière dans le logiciel Pythagore

Conclusion

• Effets dus aux turbulences peuvent être importants, surtout si vent rasant

• Ces effets doivent être ramenés aux autres charges sur la structure, comme les charges permanentes

� Pas de changement radical pour le dimensionnement de la structure

Mais aussi…

• Charges d’exploitation • Surfaces d’influence • « Convois » d’œuvres d’art… • Chargements thermiques

• Vérifications de « redondance » (suppression de tripodes)

• Vérification des éléments de charpentes métalliques selon l’EC3

Les verrières

Charles Dunesme, Eiffage Constructions Métalliques Yves Duchêne, Bureau Greisch Principales particularités du calcul

Schéma statique 3D très complexe Interaction avec le gros œuvre Bridage bois – acier Vent Connexions bois – acier

Schéma statique Structure 3D complexe Torseur complet des efforts • Nombreuses excentricités • Axes non concourants Plusieurs matériaux Prise en compte de la raideur des assemblages Difficulté d’estimer les efforts « à la main » Interaction avec le gros œuvre

Verrières posées sur appuis non rigides Ajout déplacements issus du modèle complet VCGP par cas de charge

Verrières sont extérieurement globalement isostatiques

Pourquoi un modèle propre et ne pas utiliser le modèle complet ?

Bridage bois – acier

Comportement acier et bois différent sous T° Bois sensible aux variations d’hygrométrie

Acier : a = 1.2 * 10-5/°C et DT = +50°C / - 30°C



Bois : a = 0.5 * 10-5/°C et DT = +20°C / - 10°C hygrométrie +2.5% / – 0 % (1% hygro. DT = 20 °C)

Verrières hyperstatiques intérieurement Efforts (normaux) non négligeables Efforts les plus importants après les charges permanentes Vent

Essais en soufflerie au CSTB 512 voies synchrones Pression maximum de vent : 1000 - 1200 N/m² Fréquence des verrières > 2 Hz donc effets dynamiques faibles

Etude par analyse spectrale avec prise en compte de la corrélation spatiale

Calcul des efforts maximum dans des éléments représentatifs ou maximisation de résultantes sur différentes avec l’histogramme des pressions

� Cas de charges pour toute la structure

Connexions bois – acier Transmission d’un torseur complet : N, My, Mz, Ty, Tz, et torsion

Extension des règles de EC5: • Rigidité de la connexion • Efforts axe faible • Résistance en rupture de bloc

Collaboration avec J-F.Bocquet (ENSTIB - Epinal) Réflexion sur durabilité / fissuration / variation dimensionnelle (frettage)

Validation du modèle de calcul par campagne d’essais destructifs

Structure tertiaire

Structure tertiaire globalement isostatique En raison de la complexité, il reste des effets hyperstatiques

Travail de débridage Minimiser les efforts dus aux déformations du

secondaire Minimiser les efforts sous variation de T°

Documents

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