PFE PAROIS MOULEES 2013

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PROJET DE FIN DETUDE La Tour Totista Monaco

Auteur : BONNARD Quentin

Tuteur INSA Strasbourg : M. Guth

Tuteur entreprise : M. Bertuli

Spcialit Gnie Civil

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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.

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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

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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

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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.

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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.

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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

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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.

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2 Prsentation du projet

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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.

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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

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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

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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

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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

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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

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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.

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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 :

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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

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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

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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 :

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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.

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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.

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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

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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).

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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

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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


Revtement : 200 kN/m

Revtement: 160 kN/m


Revtement: 200 kN/m


Cloison : 100 kN/m

Nous avons ralis un chargement surfacique des diffrentes dalles.

Fig. 4.2.1. Modle du chargement

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

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

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

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

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

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

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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

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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.

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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.

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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.

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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

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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

sur 47

Fig. 7.2.1.2. Plan dun tage courant

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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

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

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

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

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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

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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.

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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.

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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.

Documents

PFE PAROIS MOULEES 2013