الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية

République Algérienne Démocratique et Populaire

Polycopié

Cours atelier de construction 2eme année Licence

Elaboré par : Docteur ZATIR Sara

Maitre de conférences

Examiné par :

Dr BELLA Nabil

Dr GLAOUI Bachir

Ministère de l'Enseignement Supérieur

et de la Recherche Scientifique

Université Tahri Mohammed Béchar

Faculté de Technologie

Département d’architecture

التعليم العالي والبحث العلمي وزارة

جامـــعة طاهري محمد بشــار

كلية التكنولوجيا

قســــم الهندسة المعمارية

Sommaire

INTRODUCTION

Chapitre 1 analyse des terrains

1-1 Notion de topographie …………………………………………………………….………3

1-2 Implantation ………………………………………………………………………….……5

Chapitre 2 Les terrassements

2-1 Introduction……………………………………………………………………………… 12

2-2 Travaux de déblais ……………………………………………………………………... 13

2-3 Le décapage ……………………………………………………………………………..14

2-4 Nivellement ……………………………………………………………………...……… 14

2-5 Déblai ………………………………………………………………………………….....14

2-6 Terrassement en présence d’eau ……………………………………………………..… 14

2-7 Travaux en remblai ……………………………………………………………………....14

2-8 Foisonnement et tassement des terrassements ……………………………………..……15

2-9 Bon sol ………………………………………………………………………………..….15

2-10 Terrain naturel …………………………………………………………………….……15

2-11 Calcul des cubatures ……………………………………………………………….…. 15

2-12 Engins de terrassement …………………………………………………………………17

2-13 Compactage du sol …………………………………………………………………... 20

2-14 Renforcement des sols ……………………………………………………………….. 22

Chapitre 3 infrastructures

3-1 Introduction ………………………………………………………………………………25

3-3 Technologie et méthodes de réalisation des semelles superficielles ………………….....26

3-4 Technologie et méthodes de réalisation des fondations profondes………………..……...58

3-5 Eléments annexes et spécifiques……………………………………………..…………. 62

Chapitre 4 Notions élémentaires de conception de bâtiment

4-1 Iintroduction ……………………………………………………………………………..74

4-2 Principes fondamentaux ……………………………………………..………………… 74

4-3 Systèmes statiques ………………………………………………………………………75

4-4 Transmission des efforts ………………………………....………………………………75

4-5 Notion de trame …………………………………………………………………………75

4-6 Joints de dilatation ……………………………………………………………………….76

4-7 Recommandations ……………………….………………………………………………76

Chapitre 5 systèmes porteurs verticaux

5-1 Définition et rôle des porteurs verticaux ………………………………………………..78

5-2 Sollicitations internes ……………………………………………………………………78

5-3 Points porteurs (poteaux) …………………………………………………………....….. 78

5-4 Murs porteurs …………………………………………………………………………… 81

5-5 Systèmes de contreventement …………………………………………………………..82

Chapitre 6 systèmes porteurs horizontaux

6-1 Poutres ……………………………………………………………………………….....89

6-2 Planchers ……………………………………………………………………………...… 97

6-3 Revêtements …………………………………………………………………………....108

Chapitre 7 Descente de charges

7-1 Introduction ……………………………………………………………………………..109

7-2 Actions ………………………………………………………………………………….110

7-3 Etapes à suivre pour calculer la descente des charges …………………………...…… 111

7-4 Notions de charges et surcharges dans le bâtiment …………………………………..... 111

7-5 Actions accidentelles ………………………………………………………………..... 116

7-6 Valeurs de calcul des actions ………………………………………………………..….117

7-7 Combinaisons d’actions ……………………………………………………………..….117

7-8 Loi de dégression des charges d’exploitation ……………………………………..……117

7-9 Pré dimensionnement rapide des poteaux en béton armé ou en acier …………… 118

Chapitre 8 Circulation verticale

8-1 Introduction ……………………………………………………………………………. 123

8-2 Les fonctions ……………………………………………………………...…………… 123

8-3 Terminologies ……………………………………………………………………….....124

8-4 Les types des escaliers ……………………………………………………………...…..127

8-5 La mise en œuvre d'un escalier………………………………………………...………. 130

8-6 Dimension des emmarchements …………………………………………..……………132

8-7 Longueur du palier intermédiaire……………………………………..……………….. 133

8-9 Conclusion ………………………………………………………..……………………133

Bibliographie……………………………………………………………………………… 134

1

INTRODUCTION

Le terrain est destiné à recevoir l’ouvrage à construire c’est à dire autant le bâtiment peut

répondre à des volontés précises et à des exigences techniques clairement choisies autant le

terrain se présente sans concession avec ses caractéristiques propres.

Dans une réalisation les matériaux s’adaptent au bâtiment, mais ici c’est le bâtiment de

s’adapter au terrain. La prise de connaissance et l’adaptation de ce support est alors

indispensable.

Ce polycopié est destiné aux étudiants de la deuxième années licence afin de leur apprendre à

dimensionner rapidement les différents éléments structuraux en vue de leur intégration dans le

projet architectural en rendant ce dernier aussi proche de la réalité que possible. Il sert aussi à

aider les étudiants à comprendre le fonctionnement mécanique global d’un ouvrage de génie

civil.

Cette matière comprend plusieurs chapitres ; en partant de l'analyse des terrains ; notion de

topographie; l'implantation (profils en long, en travers, cotes projets, etc.) passant par les

terrassements ; les fouilles, déblais, exécution des remblais, calcul des cubes, compactage,

renforcement des sols l'infrastructure. Notions de géotechnique et reconnaissance des sols.

Technologie et méthodes de réalisation des semelles superficielles (isolées, filantes et radiers).

Technologie et méthodes de réalisation des fondations profondes (puits de fondation, ensemble

de pieux). Pré dimensionnement rapide des semelles superficielles (isolées, filantes et radiers).

Eléments annexes et spécifiques : les longrines, les murs de soutènement, dallages.et en fin

aborder la superstructure. Notions élémentaires de conception des bâtiments. Notion de trame. Le

système porteur vertical. Systèmes porteurs verticaux (points porteurs, murs porteurs, l'ossature

métallique), systèmes de contreventement (le système poteaux – poutres, les refends, les noyaux

de contreventement les contreventements mixtes, les palées de stabilités en construction

métallique). Technologie et méthodes de réalisation. Le système porteur horizontal ; les poutres

(en béton armé et en acier). Technologie de réalisation et pré dimensionnement rapide ; les

2

planchers (semi préfabriqués, coulés sur place et mixte acier - béton); méthodes et technologie de

réalisation; limites d'utilisation et règles élémentaires de pré dimensionnement (plancher à corps

creux, dalle pleines simples en caisson ou nervurés; planchers champignons);La descente de

charges; Notions de charges et surcharges dans le bâtiment. La descente de charges (verticale) ;

pré dimensionnement rapide des poteaux, et murs porteurs en béton armé ainsi qu'en charpente

métallique ; la circulation verticale ; technologie et techniques de réalisation de divers types

d'escaliers. Ainsi que des exposés sur les notions des gros œuvres, de choix des terrains ainsi que

pour les terrassements complète ce cours.

Les cours de l’atelier de construction: Consiste essentiellement à effectuer des visites de

chantier, ainsi que des manipulations en laboratoire des matériaux et de construction, afin de faire

connaissance avec les contraintes du site:

Implantation et chaises.

Utilisation du niveau de chantier, du théodolite et du décamètre.

Le déblai et le remblai.

Le mur de soutènement, les contreforts, le drainage, les voiles en béton armé.

Les différentes semelles, leur rôle dans la construction.

3

Chapitre I

ANALYSE DES TERRAINS

1-1 Notion de topographie

1-1-1 Définitions

Topographie : association de topos et de graphein qui, en grec, signifie décrire. La topographie a pour

objectifs de permettre l’établissement de cartes et de plans graphiques ou numérique sur lesquels

sont représentées, sous forme symbolique, toutes les informations ayant trait à la topologie du

terrain et à ses détails naturels et artificiels. Elle vise aussi à contrôler la position en planimétrie

et en altimétrie, la forme, les dimensions des éléments d’un ouvrage existant à la surface du sol.

On distingue :

Topométrie : du grec topos signifiant le lieu et métrie signifiant l’opération de mesurer. C’est

donc l’ensemble des techniques permettant d’obtenir les éléments métriques indispensables à la

réalisation d'un plan.

1-1-2 Topométrie de construction

La topométrie de construction consiste à donner des alignements et des altitudes qui servent à

la construction de bâtisses, de réseaux d’égouts et d’aqueducs, de rues, et le reste.

1-1-3 Topométrie routière

La topométrie routière est intimement liée aux autoroutes, aux chemins de fer, aux oléoducs et

aux travaux qui s’étendent, d’une façon générale, sur de grandes distances.

1-1-4 Topométrie cadastrale

La topométrie cadastrale, aussi appelée arpentage légal, consiste principalement à déterminer

la délimitation et morcellement des propriétés foncières. C’est un champ d’activité exclusivement

réservé aux arpenteurs géomètres.

4

1-1-5 Topométrie souterraine

Les opérations comme l’orientation et les dimensions des tunnels et des galeries de mines, le

calcule des volumes, etc, relèvent de la topométrie souterraine.

1-1-6 Topométrie hydrographique

La topométrie hydrographique, ou tout simplement l’hydrographie, a pour but de représenter

le littoral, les lacs et rivières, les fonds marins, et le reste.

1-1-7 Topométrie industrielle

L’aménagement des installations industrielles, au moyen d’instruments optiques, constitue la

principale application de la topométrie industrielle.

1-1-8 Mesures

En topographie on effectue toujours des mesures sur le terrain telles que :

des mesures des longueurs

des mesures d’angles horizontaux,

des mesures d’angles verticaux,

des mesures directes de dénivelées.

1-1-9 Notion d’échelleL’échelle d’un plan ou d’une carte est le rapport exprimé dans la même unité entre une

longueur mesurée sur la carte et la même longueur mesurée sur le plan. Cette homothétie est

donnée telle que :

1 P

E T

E : nombre de l’échelleP : mesure sur planE : mesure sur terrain

L’échelle est toujours indiquée avec 1 au numérateur.

1-1-10 Exemple

a) Si on mesure une distance de 2,5 cm sur un plan et que la distance sur le terrain est 25 m,

l’échelle sera :

1 1

2500 1000

5

b) Si on mesure une longueur de 7, 4 cm sur un plan à l’échelle de 1/500, la longueur réelle

sera :

7,4 x 500 = 3 700 cm = 37 m.

c) Inversement si une longueur mesurée sur le terrain est : 85 m, elle sera représentée sur un

plan à 1/200 par :

850.425 42.5

200m cm

Remarque : l’échelle d’un plan sera d’autant plus grande, que son dénominateur sera petit.

1-2 Implantation

Tout en se référant à un plan préalablement étudié, l'implantation des ouvrages (bâtiments,

ponts, routes, ……, etc) consiste à matérialiser les plans sur le terrain par l’utilisation des tracés

constitués de points, de droites, de courbes. Cette opération doit être effectuée avec un maximum

de précision, afin de déterminer le plus justement possible la position et le niveau des ouvrages et

éléments d’ouvrages. Les observations doivent à ce sujet être surabondante afin de pouvoir être

recoupées et de pouvoir ainsi se vérifier et éviter de grossières erreurs. On dispose des:

Plans de masse (à vérifier soigneusement)

Plans d’implantation (à vérifier soigneusement)

Repères matériels faciles à matérialiser sur le terrain:

limites de propriété

bordures de trottoirs

etc.

1-2-1 Différents types d’implantationsLes différents types d’implantations sont :

Implantations d’alignements

Implantation de points en planimétrie

Implantation de repères altimétriques

Implantation d’un bâtiment

Raccordements circulaires

Raccordements routiers

6

Pour effectuer cette tâche, l’opérateur peut utiliser les instruments suivants : théodolites,

équerres optiques, rubans, niveaux, etc. Le choix de l’outil à utiliser dépend :

de la précision cherchée

du type d’ouvrage à implanter

Pour l’implantation, l’opérateur a besoins :

1-2-2 Documents graphique

Plan de situation,

Plan de masse,

Plan de fondation,

Vue en plan du premier niveau (RDC),

Coupes du bâtiment,

1-2-3 Références

1-2-3-1 Alignement de référence

Limite de propriété (1),

Bordure de trottoir (2),

Axe de rue (3),

Alignement de bâtiments voisins (4)

1-2-3-2 Repère de hauteur

Dessus de bordure (5),

Axe de rue (6),

Bouche d’égout (7),

Borne avec altitude donnée (8),

1-2-4 But de l’implantationLe but de l’implantation est de définir l’emplacement de la construction à réaliser sur le

terrain.

Fig 1.1 : Exemple de références nécessaires à l’implantation

7

1-2-5 Outils utilisés pour l’implantation1-2-5-1 Jalons : tige en bois ou métal de 2 mètre peinte alternativement blanc et en rouge. Son

rôle est de déterminer ou prolonger un alignement donné.

1-2-5-2 Cordeau : appelé aussi fil recuit ou fil à

ligature. La longueur du cordeau ne doit pas dépasser

20 mètre et être très tendu.

1-2-5-3 Ruban d’acier : il peut être un décamètre ou double décamètre. Il

est destiné à mesurer les longueurs.

8

1-2-5-4 Chaises d’implantation: se sont des piquets en bois ou en métal enfoncés dans le sol sur

lesquels seront fixées des traverses horizontales. Les chaises

d’implantation peuvent être : d’angles, de refond ou continues.

1-2-5-5 Equerre à prismes: c’est un outil très pratique dans l’implantation des

ouvrages. Elle se compose deux prismes trapézoidaux et à cinq côtés. Sa précision

est de +- 3mm à 10m.

1-2-6 Profil en long

Le profil en long est une coupe longitudinale du terrain suivant le plan vertical passant par

l’axe du tracé, sur laquelle sont reportés tous les points du terrain naturel et de l’axe du projet. Il

est impératif que :

Ce graphique s’oriente de la gauche vers la droite ;

les textes se rapportant au projet sont en rouge, écriture droite et,

ceux qui se rapportent au terrain naturel en noir et en italique (si l’on travaille sur un

support en couleur, on peut ne pas utiliser la représentation en italique).

Les distances et altitudes sont données en mètres au centimètre près.

On indique sur le profil:

Altitude des points du terrain

Altitudes projetées de ces mêmes points

Distances partielles entre deux points successifs

Distances cumulées depuis l’origine du profil jusqu’à chaque point

Numéros des profils en travers (un tous les 20 à 50m)

Déclivités du projet (tangente de l’angle que fait le terrain avec l’horizontale, On peut

l’indiquer en %, m/m, cm/m, etc). On distingue :

Rampe : déclivité parcourue en montant.

9

Pente : déclivité parcourue en descendant.

Longueurs des alignements droits

Rayon, développement et angle au centre des courbes

On prend comme référence une cote ronde inférieure à la cote du point le plus bas sur le

projet

Nota: l’échelle des longueurs est de 5 à 10 fois plus grande que celle des longueurs.

1-2-6-1 Dessin du profil en long

Pour la représentation graphique du profil en long (fig. 1.1), on choisit en général un plan de

comparaison d’altitude inférieure à l’altitude du point le plus bas du projet ou du terrain naturel.

Ce plan de comparaison est l’axe des abscisses du graphique sur lequel sont reportées les

distances horizontales suivant l’axe du projet. Sur l’axe des ordonnées, sont reportées les

altitudes. Les échelles de représentation peuvent être différentes en abscisse et en ordonnées.

On peut colorier de manière différente les remblais (en rouge) et les déblais (en bleu).

Les profils en travers fictifs sont les points d’intersection entre le terrain naturel et l’axe du

projet (surface nulle). Il faut connaître leur position en abscisse par rapport aux deux profils en

travers qui les encadrent. Ces profils particuliers sont utiles pour le calcul des cubatures.

Fig 1.1 : Exemple d’un profil en long d’une route

10

1-2-7 Profil en travers

Les profils en travers, coupes transversales menées selon des plans verticaux perpendiculaires

à l’axe de la route projetée, permettent de calculer les paramètres suivants :

la position des points théoriques d’entrée en terre des terrassements ;

l’assiette du projet et son emprise sur le terrain naturel ;

les cubatures (volumes de déblais et de remblais).

Le profil en travers (fig. 1-2.) est représenté en vue de face pour une personne qui se

déplacerait sur l’axe du projet de l’origine à l’extrémité du projet.

1-2-7-1 Dessin du profil en travers

Pour la représentation graphique du profil en travers, on commence par dessiner le terrain

naturel à partir d’un plan horizontal de référence qui n’est pas forcément celui du profil en long,

de manière à obtenir le profil en travers à l’échelle maximale sur le format choisi. Les

conventions de couleur et d’écriture doivent être les mêmes que pour le profil en long. Il existe

trois types de profils en travers:

les profils en remblai,

les profils en déblai ou

les profils mixtes.

On porte sur chaque profil :

la surface de remblais et

de déblais.

Le numéro du profil et

sa position (P.K. ou

point kilométrique).

la distance

d’application du profil.

la distance suivant l’axe depuis l’origine du projet.

Fig 1.2 : Exemple d’un profil en travers d’une route

11

1-2-8 Profil fictif

Profil situé au point de rencontre de la ligne de terrain naturel et de la ligne de projet (noté

PF). On l’utilise pour le calcul des volumes de terrassements

Remarque: on rabat habituellement le profil vers l’origine; le dessinateur a donc le coté droit du

projet à sa gauche et inversement.

Fig 1.3 : Différents types de profils en travers d’une route

12

Chapitre II

LES TERRASSEMENTS

2-1 Définition

Pour construire un ouvrage il est nécessaire de modifier le terrain naturel. Il faut profiler la

surface du terrain de telle sorte qu'il soit apte à supporter le poids de l'ouvrage et à en intégrer la

forme. Le terrassement désigne l’ensemble des opérations de mise en forme d’un terrain liées à

l’édification d’une construction (nivellement du sol, fouille pour l’exécution des fondations,

tranchée pour la mise en place des canalisations…). En fonction de l’importance des travaux et

des caractéristiques du sol, les terrassements peuvent s’effectuer manuellement, mécaniquement.

Lorsque les procédés manuels et mécaniques s’avèrent inopérants (Terrains rocheux durs), on fait

recours aux explosifs ou à l’explosif. Il existe les types suivants de terrassement :

2-1-1 Terrassements généraux

Dans ce type de terrassement, les sols sont travaillés pour une mise à cote des fonds de forme.

Cette opération consiste à réaliser ce qui suit :

Débroussaillage: enlever arbres et souches

Enlèvement et incinération des éléments précédents

Décapage de la terre végétale, inapte au remblai, mais utile et réservée aux futurs

aménagements paysagers

Réalisation des fouilles, de leur étaiement et de leur protection

Réalisation des plate-formes : déblai, remblai, compactage, avec décharge des déblais en

excès ou amenée des remblais manquants

Evacuation des eaux (nappe phréatique, source, pluie, fonte des neiges).

13

2-1-2 Terrassements ordinaires

Ce sont les travaux de préparation du terrain pour les ouvrages à venir (indispensables même

lorsque le relief existant n'est pas modifié). Ces travaux sont soit des fouilles (déblais), soit des

apports (remblais).

2-1-3 Terrassements complémentaires

Fouilles en tranchées pour canalisations enterrées, réseaux divers, semelles filantes

Fouilles pour semelles isolées

Fouilles pour puisards, regards

Fouilles pour fossés d’assainissements des voiries et des plates-formes

Etaiement et protection des fouilles

Epuisements des eaux

Opérations de compactages

2-1-4 Terrassements pour la réalisation d’espaces vertsLe lot espace vert est généralement séparé car il doit garantir ses plantations pour une durée

minimale d’une année ; mise en place de la terre végétale, sur un support en terre préparé, en vue

des plantations.

2-2 Travaux de déblais

Les déblais sont les volumes issus des fouilles. Les fouilles

peuvent être :

2-2-1 Fouilles ponctuelles ou en puits

Réalisée en forme de cube et destinée à recevoir le bétondes semelles isolées.

2-2-2 Fouilles linéaires

Longue excavation, plus ou moins large, destinée à la mise en place de canalisations enterrées

(conduites d’alimentation et d’évacuation, drains…) ou à la réalisation de fondations pour un mur

de clôture. Une petite tranchée est parfois appelée rigole, pour la réalisation des réseaux ou des

fondations. Celles-ci ne devront pas dépasser les 2 m de largeur et 1 m de hauteur. Si ces

dimensions sont supérieures ou s'il y a un risque d'éboulement, la réalisation de fouilles blindées

ou de parois inclinées est recommandée.

L’expression « fond de fouille » désigne le fond horizontal de l’excavation.

14

2-3 Le décapage

Fouille superficielle étalée sur toute la surface du projet et effectuée sur une profondeur de 20

à 30-cm.

2-4 Nivellement

Action d’aplanir le terrain.

2-5 Déblai

Ensemble des terres retirées du sol lors des divers travaux de terrassement. Les terres sont soit

réutilisées sur le terrain sous forme de remblais, soit retirées du chantier.

2-6 Terrassement en présence d’eauLa présence d’eau dans les sols, modifie de manière non négligeable ses caractéristiques et les

modes de terrassements pour cela il faut :

Collecter les eaux de ruissellement

Pomper les venues d’eau (faible) ou drainer

Dans le cas de nappe phréatique avec présence d’eau permanente il faut procéder à un

rabattement de nappe.

2-7 Travaux en remblai

2-7-1 Définition

Rehaussement d’un niveau du sol de plusieurs mètres par

mises en place de couches successives de 25 à 30 centimètres

que l’on compacte. Cela nécessite de nombreux contrôles de

compactages

2-7-2 Types de remblais

Il existe les deux types suivants :

remblais ponctuels : qui consistent à refermer des tranchées, à boucher des petits

trous...

remblais massifs : qui consistent à boucher de grandes fouilles, à combler des zones

naturellement en cuvette. Il est conseillé de remblayer et de

compacter par couches de 20 à 30 cm.

15

Remarque : Les déblais issus des tranchées seront suivant leur qualité soit stockés sur le

chantier pour un usage ultérieur, soit évacués.

2-7-3 Terre excédentaire

Expression souvent employée au pluriel pour désigner les déblais non réutilisés sur le terrain

et évacués à la décharge.

2-8 Foisonnement et tassement des terrassements

Propriété des sols d’augmenter ou de diminuer de volume lorsqu’on les manipule. On doit

donc bien différencier les volumes géométriques et les volumes réels avec foisonnements et

tassements.

2-8-1 Foisonnement

Augmentation du volume des terres provoquée par leur déplacement lors des travaux de

terrassement. La terre extraite des fouilles perd sa cohésion initiale et se fragmente en petits

morceaux indépendants qui occupent un volume apparent supérieur au volume de la terre en

place. Le foisonnement varie en fonction de la nature des sols : un sol sableux foisonnera moins

qu'un sol argileux, mais il est en moyenne de 25 %.

2-8-2 Tassement

Il se produit naturellement sous le propre poids des matériaux. Il est en moyenne de 15 % mais

attention il varie en fonction de la nature des sols : un sol sableux se tassera moins qu'un sol

argileux.

L’estimation des foisonnements et tassements se fait sur l’expérience du projeteur ou par essai

sur des échantillons de la zone à terrasser.

2-9 Bon sol

Couche de terrain résistant, plus ou moins profonde, capable de supporter le poids de la

construction.

2-10 Terrain naturel

Expression utilisée pour désigner la configuration du terrain avant les travaux de terrassement.

2-11 Calcul des cubatures

La cubature des terrassements est l’évaluation du volume des terres à enlever ou à mettre en

remblai pour l’exécution du projet. Cette évaluation se fait de l’origine du projet vers l’extrémité,

16

ce qui amène depuis un profil en travers quelconque à dénommer le profil précédent « profil

arrière » et le suivant « profil avant ». Suivant la forme générale du projet étudié, on distingue les

deux types suivants:

Projets linéaires, dans lesquels la largeur est négligeable par rapport à la longueur, où

l’on évalue le volume des terrassements par le calcul des profils en long et en travers

(route, chemin de fer, etc.).

Projets étendus, où d’autres méthodes doivent être appliquées

Il existe donc deux types de calcul:

2-11-1 Calcul des volumes couchés

Il est utilisé pour les projets linéaires pour lesquels on calcule :

Profil en long

Profils en travers

Transport de terre :

D’un profil à un autre profil

D’un ou plusieurs lieux d’emprunts à des profils (excès de remblais)

D’un profil vers un dépôt (excès de déblais)

Pour ces calculs, il faut connaître à chaque profil en travers la surface de déblai et de remblai

ainsi que la distance entre les profils, y compris les profils dits « fictifs ».

2-11-2 Calcul des volumes debouts

Il est utilisé pour les projets étendus en surface (stade, aéroports, etc.).

Il existe trois méthodes de calcul des cubatures :

la méthode par le calcul des volumes élémentaires,

la méthode des aires moyennes,

la méthode des profils.

Remarque

Les calculs de cubature sont très importants dans l’organisation d’un chantier de travaux

publics : ils permettent d’aboutir aux épures de Lalanne qui optimisent les mouvements et le

choix des engins de chantier sur les chantiers linéaires.

17

2-12 Engins de terrassement

2-12-1 Engins d'excavation

Ils permettent l'extraction des terres et leur chargement en vue du transport. Les principaux

engins sont :

Pelle hydraulique équipée en rétro.

Pelle hydraulique équipée en buttée

Chargeur à chenilles

18

Chargeur à roues

Pelleteuse (tracto-pelle)

Scarificateur

2-12-2 Engins de nivellement

Ils assurent la mise en forme des terres. Les principaux engins sont les suivants :

19

Bouteur (bulldozer) équipé en ripper Décapeuse

2-12-3 Engins de transport

Ils assurent le transport des terres foisonnées du lieu d'excavation ou de reprise vers le site de

dépôt. Les principaux engins sont :

Camions au gabarit routier à benne basculante.

Camions au gabarit routier tribenne

20

Tombereau articulé Tombereau rigide

2-13 Compactage du sol

Lors de construction, on a le plus souvent à faire à des sols en place ou a des remblais déjà

existants. Il est alors nécessaire de vérifier leur stabilité et le cas échéant de les stabiliser en

profondeur afin d’augmenter leur résistance en profondeur. Il s’agit donc à augmenter la

compacité de la couche superficielle de terrain. Le compactage peut se faire en moyennant les

procédures suivantes :

Enfoncements dynamique de petits pieux en béton qui réalisent un frettage du sol en place

Vibrations dynamiques : ébranlement de grande énergie et de faible fréquence créés par

une masse tombant en chute libre sur le remblai à compacter

Réalisation de colonnes ballastées constituées d’un apport de matériaux de granulométrie

adapté et qui sont serrés :

Dans l’empreinte d’un mandrin tronconique battu (tube d’acier bouché), réutilisé pour le

serrage

Par compensation du vide créé par l’introduction d’un vibreur monté à l’extrémité d’un

tube foncé dans le sol (vibro-flottation)

2-13-1 Objectifs du compactage

Les objectifs du compactage des sols sont multiples. Ils visent principalement à :

Réduire la déformation (augmenter le module de Young)

Diminuer la perméabilité des sols

Diminuer les variations de volume indésirables

Augmenter sa capacité portante (sol)

21

2-13-2 Engins de compactage

Ils permettent le compactage des terres pour permettre la

reconstitution du sol. Les principaux engins sont :

Compacteur à pieds dameurs vibreur

Compacteur mono-cylindre

Compacteur à pneus Pilonneuse vibrante

22

Rouleau vibrant manuel Chargeur compact

2-14 Renforcement des sols

Les méthodes d’amélioration des sols sont l’un des outils dont dispose l’ingénieur pour

résoudre les problèmes de stabilité ou de déformations qu’il rencontre lors de l’élaboration d’un

projet. De nombreuses techniques ont été développées par les ingénieurs géotechniciens au cours

du 20ème siècle. Elles permettent l’amélioration des caractéristiques géotechniques et les

propriétés mécaniques des terrains, et, sont jugées efficaces. Certaines de ces méthodes sont très

anciennes, comme le battage de pieux de bois dans les sols de faible portance, d'autres sont plus

récentes, comme les méthodes d'injection, de pilonnage ou de congélation. Elles ont connu,

depuis une vingtaine d'années, un développement considérable et sont maintenant utilisées

comme un élément à part entière des projets. les améliorations et les renforcements de sol

peuvent permettre de préserver le mode de fondation le plus économique et le plus simple à

mettre en œuvre, à savoir les fondations superficielles. On distingue trois types d’amélioration de

sol :

inclusions rigides : constituées essentiellement de mortier ou de béton

inclusions souples : constituées de gravier (colonnes ballastées, plots ballastés).

améliorations de sol dans la masse : vibrocompactage, Induction Hydraulique,

compactage dynamique

Les concepts de base de l’amélioration des sols, notamment, le drainage, la densification, la

cimentation, le renforcement, le séchage et le traitement thermique sont développés depuis des

centaines d’années et ils restent valables. Les développements les plus significatifs, depuis les

23

années 1930, sont l’introduction des méthodes vibratoires pour la densification des sols

granulaires, les nouvelles techniques et matériaux d’injection et le concept de renforcement des

sols.

Pour construire sur des sites défavorables, on dispose des alternatives suivantes :

Enlèvement des mauvais sols par excavation;

Amélioration des propriétés mécaniques des sols en place pour les rendre compatibles

avec les exigences du projet ;

Révision du concept du projet : Un ouvrage conçu avec des semelles superficielles

peut être réétudié en tant qu’ouvrage avec des fondations flottantes et être ainsi

construit sur un sol très compressible ;

Mise hors compte d’un mauvais sol : On peut employer des pieux pour transférer la

charge d’une structure à travers un sol mou jusqu’à une couche portante inférieure.

Compactage, notamment le compactage dynamique et vibro-compaction ;

Consolidation par pré-chargement avec ou sans drainage vertical, électro-osmose et

explosion;

Injection;

Drainages;

Stabilisation par congélation;

Renforcement des sols par armature (terre armée, terre coulée, etc..).

2-14-1 But de l’amélioration des sols en placeOn peut tenter d’améliorer un sol en place, entre autre, pour les raisons suivantes :

Augmenter sa résistance en place, pour augmenter sa capacité portante;

Améliorer la stabilité d’un talus existant ;

Assurer la stabilité temporaire des travaux d’excavation sans recours aux systèmes

d’étançonnement conventionnels ;

Arrêter le mouvement d’une pente instable pour permettre des travaux de confortement

permanent ;

Augmenter la résistance latérale des sols offerte aux pieux installés;

Diminuer la compressibilité des sols en place ;

Diminuer la perméabilité des sols ;

24

Permettre le percement d’un tunnel dans un terrain difficile ;;

Accélérer la consolidation d’un dépôt d’argile ;

Contrôler les infiltrations d’eau autour d’un ouvrage ;

Réduire les risques de liquéfactions des dépôts granulaires lâches ;

Diminuer le potentiel de déformation volumique des sols ;

Homogénéiser les sols pour réduire le risque de tassement différentiel ;

Réduire la gélivité ;

Effectuer des travaux de reprise en sous-œuvre ;

Stabiliser un remblai nouvellement mis en place.

25

Chapitre III

INFRASTRUCTURE

3-1 Introduction

Un ouvrage quelle que soient sa forme et sa destination, prend toujours appui sur un sol

d’assise. Les éléments qui jouent le rôle d’interface entre l’ouvrage et le sol s’appellent

fondations. Ainsi, quel que soit le matériau utilisé, sous chaque porteur vertical, mur, voile ou

poteau, il existe une fondation.

3-2 Notions de géotechnique et reconnaissance des sols.

La géotechnique est la partie de la géologie qui étudie les propriétés des sols et des roches.

Elle a pour but d'obtenir une bonne connaissance d'ensemble des caractéristiques géologiques et

géotechniques des sols intéressés par le tracé, y compris de celles des zones d'emprunt. Cette

reconnaissance n'est pas spécialisée, en ce sens que les informations qu'elle donne pourront être

utilisées pour l'étude de chacun des problèmes spécifiques (terrassements, ouvrages d'art, talus,

etc.). La géotechnique est une étude "in situ" et en laboratoire permettant de définir l'ensemble

des caractéristiques physiques, mécaniques et chimiques des terrains en place.

La géotechnique sert, avec la mécanique des sols, aux constructeurs à choisir le type et les

caractéristiques des fondations à faire pour pouvoir bâtir des ouvrages de façon sûre. Pour cela il

est procédé à des reconnaissances de sol. Si le bon sol n’est pas trop profond il est possible de

creuser un trou et de regarder mais la plupart du temps il est nécessaire de faire des sondages

pour reconnaître le terrain si possible jusqu’au rocher. Des échantillons de sols, remaniés ou non,

sont ramenés de profondeurs différentes et analysés soigneusement. Les coupes de sol qui

résultent de ces travaux préparatoires montrent la nature et la profondeur des différentes couches

mais aussi le niveau de la nappe phréatique. (Profondeur à laquelle le sous-sol est complètement

saturé d’eau et qui n’est pas toujours facile à établir car le niveau de la nappe varie évidemment

avec la saison et les crues exceptionnelles. Il est prudent de tenir compte du plus haut niveau des

26

eaux si l’on veut éviter des désordres graves dans les sous-sols des ouvrages et on adopte le

niveau de crue centenaire par exemple du moins quand on le connaît).

3-3 Technologie et méthodes de réalisation des semelles superficielles

3-3-1 Définition

Les fondations sont des ouvrages de transition destinées à transmettre au sol, dans de bonnes

conditions, les charges permanentes et les charges variables d'une construction afin d’assurer la

stabilité de l’ouvrage. Elles constituent une partie essentielle de l'ouvrage puisque de leur bonne

conception et réalisation découlent sa bonne tenue. On doit alors déterminer la couche d’assise et

ses caractéristiques :

Profondeur (position)

Contrainte admissible (résistance)

Tassement (comportement)

Pour permettre choisir un type de fondation adéquat et le dimensionner

3-3-2 Stabilité des fondations

Les fondations doivent être stables, c'est-a-dire qu'elles ne doivent donner lieu à des

tassements que si ceux-ci permettent la tenue de l'ouvrage. Des tassements uniformes sont

admissibles dans certaines mesures mais des tassements différentiels sont rarement compatibles

avec la tenue de l'ouvrage.

Il est nécessaire d'adapter le type et la structure des fondations à la nature du sol qui va

supporter l'ouvrage. L'étude géotechnique a pour but de préciser le type et les dimension des

fondations nécessaires pour fonder un ouvrage sur un sol donné.

3-3-3 Tassement différentiels des fondations

Cela donne des contraintes parasites, délicates à évaluer, venant compromettre l’intégrité de

l’ouvrage, essentiellement :

Fissures dans le remplissage

Gêne dans le fonctionnement d’appareils (ponts roulants)

Ruptures de canalisations, etc.

27

3-3-3-1 Causes du tassement différentiel

3-3-3-1-1 Causes dues au sol

Hétérogénéité de celui-ci

Occlusions diverses

Pendage des couches

Sol soumis à des variations saisonnières de volumes (humidité, gel, sécheresse)

3-3-3-1-2 Causes dues à la conception du bâtiment

Fondations de nature différentes

Nombre de niveaux différents

Parties d’un même bâtiment fondées à des niveaux différents

Surcharges d’exploitations différentes

Construction d’un bâtiment par tranches

3-3-3-1-3 Solutions possibles

Création de Joints de tassements ou de ruptures : dans lesquels on espère que se circonscriront

les éventuels mouvements sans désordres.

Choix des fondations: ce choix doit être effectué après une sérieuse étude géotechnique. Il est

souvent dicté par les caractéristiques de la structure à appuyer sur le sol. L’importance,

l’amplitude et la nature des tassements sont déterminants.

Puisque toutes les structures se déforment, pour qu’une structure se comporte normalement on

admet:

Les tassements d’ensemble ne devront pas excéder 5cm

Les tassements différentiels ne devront pas excéder 2cm

Aucun désordre n’est à craindre si (avec L est la portée de l’ouvrage) :

Structure en béton armé : Tassement différentiel <= 3L/1000

Structure rigide de voile en béton armé : Tassement différentiel <= L/500

Structure métallique : Tassement différentiel <=L/250

28

3-3-4 Constituants des fondations

Quelle que soit ça forme, une

fondation est constituée de trois (03)

parties plus ou moins solidaires :

3-3-5 Rôles des fondations

La structure porteuse d’un ouvrage supporte différentes charges telles que :

3-3-5-1 Sous charges verticales

Charges permanentes : le poids des éléments porteurs, le poids des éléments non porteurs,

Charges variables : le poids des équipements et des personnes ainsi les charges climatiques

(neige et vent).

Fig 3.1 : Constitution d'une fondation

La semelle : Par sasurface d’appui repartitles charges sur le sol

Le béton depropreté : Enbéton dosé à150kg ; a pourbut d’éviter lasouillure de lasemelle.

Le fut : Liépar la semelle,transmet lescharges.

Fig 3.2 : Les composantes d'une fondation

29

3-3-5-2 Sous charges horizontales ou obliques

Charges permanentes :

la poussée des terres,

Charges variables :

la poussée de l’eau ou du vent.

3-3-6 Fondations superficielles

La distinction entre fondations superficielles et profondes se fait selon la valeur du rapport de

la hauteur du sol d’assise D sur la largeur de la fondation B.

Les fondations superficielles, sont

mise en œuvre lorsque la construction

peut prendre appui sur une couche de

résistance acceptable à faible profondeur

par rapport au niveau le plus bas de la

construction et non du terrain naturel.

On appelle fondation superficielle

toutes les fondations dont l’encastrement

D dans le sol n’excède pas quatre fois la

largeur B de la semelle.

Fig 3.3 : Types des charges permanentes et d'exploitation d'une structure.

Fig 3.4 : Les composants d'une fondation.

30

3-3-6-1 Semelles isolées

Ce sont les plus utilisées, particulièrement si L< 5 B, et peuvent supporter des charges assez

importantes sur des terrains de résistance moyenne à la compression. Généralement, les semelles

isolées sont réalisées en béton arme et se présentent sous les formes suivantes : La semelle

isolée, ou semelle ponctuelle selon les appellations, désigne une fondation qui va être placée sous

un poteau. Cette dénomination vient du fait que, contrairement à la semelle filante ou le radier,

ces fondations ne sont pas continues sous la structure mais sont localisées à des endroits bien

précis de la structure (généralement sous des poteaux). De plus, on considère en général que les

charges qui lui sont appliquées sont ponctuelles (centrées ou non par rapport à l’axe de ce poteau)

ce qui explique pourquoi on les appelle aussi semelle ponctuelle. Le dimensionnement se fait en

général par rapport à une base carré ou rectangulaire. Elles se présentent sous les formes

suivantes :

Fig 3.5 : Rapport entre la hauteur d'encastrement et la largeur de la semelle.

-A- -B-Fig 3.6 : Formes des semelles isolées.

31

Ces semelles peuvent être excentrées. Il s'agit des semelles isolées sous poteau. Elles sont

destinées à transmettre au sol des charges

concentrées plus au moins importantes. La forme

et les dimensions de telles semelles dépendent :

des charges.

du taux de travail admis pour le bon sol.

de la section droite des poteaux reposant

sur ces semelles.

3-3-6-2 Semelles filantes

On entend par semelle filante une semelle qui

est continue. On cite deux utilisations pour ce type de semelle : supporter plusieurs colonnes ou

bien un mur porteur. Un des principaux avantages de ce type de semelle est qu’elle est mieux

adaptée à des sols moins homogènes, car la surface de contact est plus importante ce qui limite le

risque de tassement différentiel, en d’autres termes, des tassements plus importants à certains

endroits entrainant une instabilité.

En général, on dimensionne la semelle avec une

base plus importante que le mur qu’elle supporte et il

en va de même pour le béton de propreté légèrement

plus grand. Ce sont des éléments,

en général, coulés et il faut donc bien entendu

attendre que le béton durcisse entre chaque

couche. Si le sol n’a pas une portance suffisante, on

dispose les armatures dans la partie inférieure de la

semelle en prenant garde de laisser un espace

suffisant avec le béton de propreté et respecter les conditions d’enrobage. Le drain utilisé peut

être soit en PVC soit en béton et il est disposé avec une légère pente pour permettre l’écoulement

des eaux et va lui aussi servir à protéger la semelle contre un excès d’eau. On peut aussi utiliser

un géotextile qui va laisser passer l’eau tout en protégeant le drain des particules végétales

susceptibles de l’endommager. Quant à l’isolation, elle va servir à éviter le gel sous le bâtiment

qui pourrait créer des vides.

Fig 3.7 : Semelle isolée.

Fig 3.8 : Forme de semelle filante.

32

3-3-6-3 Les radiers

La fondation est ici répartie sur toute la surface du bâti ce qui implique une certaine

homogénéité du sol. Comme la charge est répartie sur une plus grande surface, cela permet de

diminuer la contrainte que l’on applique sur le sol. C’est donc une technique relativement

appréciée quand le sol n’est pas de très bonne qualité.

Une des erreurs communes qu’il ne faut

pas faire est de confondre radier et

dalle. Quand on parle de la dalle d’un

bâtiment, on désigne son plancher avec une

épaisseur d’en général 15-20 cm. Le radier

désigne quant à lui directement les

fondations qui sont reliées au mur porteur. C’est une hyperstructure de dimension plus

conséquente environ 30 cm.

3-3-6-4 Structure des fondations superficielles

Une semelle superficielle se compose des éléments suivants :

Béton de propretéDosage minimum de 150 kg/m³ de ciment, il évite la souillure de la semelle par le sol lors du

bétonnage, permet de positionner les écarteurs d’armatures afin de respecter l’enrobage de

celles-ci et d’obtenir une surface plane pour la réalisation de la semelle.

SemelleBéton armé dosé entre 300 et 400 kg/m³ de CEM Par sa surface d’appui, elle répartit les

charges au sol.

ArmaturesElles se composent soit de barres ou soit de treillis soudé. Elles renforcent le béton qui résiste

très peu à la traction.

Mur de soubassementLié à la fondation, il assure la transmission des charges entre les voiles et la semelle.

Drain et tout venantUn drainage périphérique autour du bâtiment n’est pas une obligation et ne se conçoit qu’en

présence d’une nappe phréatique peu profonde. Il se compose d’un drain en béton poreux

entouré d’un matériau filtrant.

Fig 3.9 : Forme de radier.

33

Arase étancheMortier composé de ciment hydrofuge, évite les remontées d’eau par capillarité dans les murs

supérieurs.

Isolant verticalPermet d’éviter au sol à l’intérieur du bâtiment de geler et d’éviter les ponts thermiques.

Terre-plein compactUniquement dans le cas d’un dallage il lui sert d’assise.

3-3-6-5 Réalisations de fondations superficielles

3-3-6-5-1 Implantation

L’ouvrage est implanté à l’aide de 2 lignes directrices à partir d’une base xx’. A, B et C, D

constituent des repères

principaux, leur intersection

en O donne l’origine des

mesures à reporter aux axes

des fondations et des voiles.

La matérialisation de cette

implantation se fait à l’aide

de « chaises » sur le terrain.

3-3-6-5-2 Terrassement

Si le terrain ne présente pas de risques d’éboulements la fondation peut être coulée

directement dans la fouille, dans ce cas la largeur de l’excavation sera celle du godet de la pelle,

soit au minimum 0,40 m.

Fig 3.10 : Structure des fondations superficielles.

Fig 3.11 : Matérialisation d'implantation.

34

Si le sol est ébouleux ou si la

fondation doit être coffrée, la fouille

présentera un talus dont l’angle est égal à

l’angle de talus naturel du sol φ. Cet

angle dépend de la nature du sol, de sa

cohésion, de sa granulométrie et de la

présence ou non d’eau.

3-3-6-5-3 Mise en place du béton de propreté

C’est un béton maigre (dosage minimum de 150 kg/m³ de ciment. Son épaisseur est > 4 cm et

sa largeur supérieure, en général, à celle de la semelle. Il n’est jamais coffré. Il peut être remplacé

par un film plastique (polyane) en fond de fouille.

3-3-6-5-4 Mise en place du ferraillage

Afin de respecter l’enrobage, les armatures sont positionnées sur le béton de propreté par

l’intermédiaire de cales pour armatures (acier en barres) ou de distancier ou écarteurs (treillis

soudé).

Le ferraillage arrive la plupart du temps sur le chantier sous forme de cage d’armatures pré

façonnées en usine.

Fig 3.12 : Présentation d'une fouille selon l'angle de talus.

Fig 3.13 : Semelle sans coffrage. Fig 3.14 : Un film plastique (polyane) en fond de fouille.

35

Fig 3.15 : La Mise en place du ferraillage.

Fig 3.16 : Représente armature en attente pour le voile.

Fig 3.17 : Opération mise en place du ferraillage; coffrage et betonnage.

36

3-3-6-5-5 Coffrage et bétonnage

La semelle peut être coffrée latéralement ou bien coulée directement dans la fouille, selon ses

dimensions et la tenue des terres. Le bétonnage est effectué en 1 seule fois sans reprise de

bétonnage.

3-3-6-6 Répartition des charges à l'intérieur d'une fondation

Dans un massif de béton on admet que les charges se répartissent suivant les plans AA', BB',

définis par tα. Tous les points qui se trouve entre ces plans et qui appartiennent au même plan

horizontal, supportent la même contrainte

Fig 3.19 : Répartition des charges.

Fig 3.18 : Types des semelles avec et sans coffrage.

37

3-3-6-7 Ferraillage des semelles isolées

Il dépend des charges et varie considérablement :

Soit un simple quadrillage placé à la base d'un bloc prismatique de faible emprise dans le

cas de poteaux peu charges ou de fondation sur un très bon sol.

Soit une armature complexe et dense, comportant un double quadrillage et des étriers,

pour des semelles pyramidales fortement chargées ou un mauvais sol de fondation.

Dans une semelle excentrée, on place des

semelles excentrées sous murs ou sous poteaux

lorsque le bâtiment est en limite de propriété

ou en rive d’un bâtiment existant (au droit

d’un joint de rupture).

Le décalage entre la charge apportée par le porteur vertical à la fondation et celle appliquée

par le sol sur la fondation crée un moment qui a tendance à faire basculer la semelle. Pour

compenser ce moment et empêcher la rotation de la semelle, il existe deux solutions :

Fig 3.20 : Ferraillage d'une semelle isolée.

Fig 3.21 : Semelle excentrée

38

1- Méthode de la poutre de redressement : placer une longrine de redressement entre la

semelle excentrée et la semelle voisine, dans la direction de l’excentrement. Une longrine est

une poutre reposant sur des fondations permettant la transmission des efforts. Elle est soumise

à la flexion. Cette longrine peut être placée au même niveau que les fondations ou juste au-

dessus. Les aciers supérieurs que l’on voit sur le schéma reprennent le moment.

2- Méthode de la butée : Le moment peut être compensé par un buton placé entre la fondation

excentrée et la fondation voisine. Le buton travaille uniquement en compression simple.

L’effort appliqué par le buton doit être compensé par un plancher au-dessus. Mais attention,

la méthode de la butée crée de la flexion composée dans le plancher et dans le porteur

vertical. C’est pour cela que la longrine de redressement est une méthode plus utilisée.

Fig 3.22 : Semelle excentrée avec poutre de redressement.

Fig 3.23 : Semelle excentrée avec buton.

39

3-3-6-8 Ferraillage des semelles filantes

Dans le cas d’une semelle filante, lorsque le taux de travail du sol est faible par rapport aux

charges à transmettre, ou bien que le terrain soit

hétérogène, la fondation en gros béton ne convient

pas, la largeur calculée impose un débordement

important. On choisit donc la semelle en béton

arme de préférence à une semelle en gros béton de

forte section qui serait une surcharge très

importante pour le sol.

Fig 3.24 : Réalisation de semelle isolée en béton armé.

Figure 25. Semelle filante sous murs.

40

Le ferraillage des semelles filantes en

béton armé : il dépend des charges. Les

aciers principaux porteurs sont placés dans

le sens transversal de la semelle, à la partie

inférieure pour reprendre les efforts de

Traction.

Quand les poteaux et par conséquent les

semelles dans une direction donnée sont

proches les uns des autres, on réalise une

semelle continue sous cette file de poteau. Le

fonctionnement de cette semelle se fait dans

deux sens transversalement, elle agit comme

une poutre renversée continue avec les poteaux

comme appuis.

3-3-6-9 Radiers

Le radier est une semelle générale étendue sur toute la surface du bâtiment en contact avec le

sol. On utilise un radier lorsque:

le sol a une faible capacité portante et que le bon sol est trop profond,

la surface totale des semelles isolées et filantes est supérieure à la moitié de la surface du

bâtiment,

le bâtiment comprend des niveaux enterrés,

l'ouvrage possède des charges symétriques (il ne faut surtout pas faire de radier dans le

cas de charges dissymétriques),

il est difficile d'utiliser des fondations profondes à cause de l'accessibilité, des vibrations

nuisibles,....

3-3-6-9-1 Radiers plats

Ce sont des radiers constitues par une simple dalle reposant directement sue le sol et sur

laquelle les murs viennent s'appuyer.

Fig 3.26 : Ferraillage d'une semelle filante en béton armé.

Figure 27. Semelle continue sous poteaux.

41

3-3-6-9-2 Radiers nervurés

C’est une dalle mince renforcée par des nervures et des poutres espacées de 2,50 à 3,50 m, son

coffrage et son ferraillage sont compliqués et son coût est important, mais sa faible masse par

rapport au précédent le réserve à des bâtiments plus importants.

3-4 Technologie et méthodes de réalisation des fondations profondes

3-4-1 Introduction

Lorsque les fondations superficielles ne sont pas envisageables en raison de la présence de sols

compressibles ou le sol de bonne qualité se trouve à une très grande profondeur, il faut chercher à

transmettre les charges des fondations au-dessus de ce sol. Les fondations profondes permettent

de transférer les charges structurelles des ouvrages dans les couches de meilleure qualité en

profondeur. Ces procédés trouvent une application dans tous les domaines de la construction

(bâtiments de logements, industriels et commerciaux, ouvrages génie civil, ouvrages d’arts,

éoliennes, etc.).

3-4-2 Type et profondeur de la fondation

On détermine d’après la coupe géotechnique du sol, la couche suffisamment résistante dans

laquelle seront ancrés les pieux ou puits. Deux cas peuvent se présenter :

La couche résistante existe, si elle est épaisse et très résistante (rocher par exemple), le

problème de portance ne se pose pas. On utilisera alors des pieux ou des puits suivant

l’importance des charges à transmettre.

La couche résistante n’existe pas, ou elle se trouve à très grande profondeur. Dans ce cas

la fondation pourra être faite sur pieux, mais on cherche à profiter au maximum la

Fig 3.28 : Ferraillage des radiers.

42

résistance au frottement latéral. Les pieux sont dits flottants, comme leur effort de pointe

est faible. Les pieux doivent être suffisamment espacés pour mobiliser tout le frottement

latéral.

3-4-2-1 Puits de fondation

3-4-2-1-1 Définition

Le puits : fondation profonde employé lorsque le sol

résistant est loin de la surface (jusqu’à 6 mètres environ) de

forme parallélépipédique ou cylindrique et de 1 mètre de

diamètre environ. Un puits de fondation s’apparente à un gros

pilier généralement en gros béton, prenant appuis sur le sol

résistant. Le puits reçoit de fortes charges. Ce sont les

intermédiaires entre les fondations profondes et les fondations

superficielles. Ils sont donc classés parmi les fondations semi-

profondes.

Autrefois exécutés manuellement, de nos jours, ils sont

exécutés par des tractopelles à une profondeur maximale de 5

m. Coulés sur place, ils sont généralement dépourvus

d’armatures et sont disposés à une profondeur relativement faible. Le frottement latéral est

généralement négligé et on ne considère que le terme de pointe.

La technique du puits est fréquemment utilisée,

notamment dans le cadre des chantiers de faible ou de

moyenne envergure. Certaines entreprises ont développé

une technique permettant de remplacer le béton du puits

par du ballast compacté. Dans ce cas, on obtient le puits

ballasté qui est fondé sur le principe de substitution du

matériau incompétent par un matériau de meilleure qualité

et de meilleure compacité.

Ils sont adaptés à des descentes de charges ponctuelles.

Ils sont le plus souvent reliés à des longrines en béton

armé sur lesquelles reposent les murs. Ces longrines vont

Fig 3.29 : Puits circulaire.

Fig 3.30 : Puits carré

43

retransmettre les charges vers les puits. En zone sismique, ils doivent être buttés dans les deux

directions. Le curage de la fouille est très difficile.

3-4-2-1-2 Choix de la fondation par puits

On préconise ce choix si :

La couche superficielle présente une résistance insuffisante pour équilibrer les charges.

Les charges sont importantes et concentrées.

Les puits sont moins couteux que le radier et les semelles massives.

Les conditions particulières du chantier s’y prêtent

La rapidité de l’exécution est un facteur déterminant.

3-4-2-1-3 Procédure de réalisation des puits

La réalisation d’un puits nécessite les deux étapes suivantes

a- terrassement mécanique (forage)

Sans tubage dans les sols cohérents,

Avec tubage provisoire dans les sols non cohérents. Dans ce procédé, l’enlèvement du

fourreau se fera au fur et à mesure du coulage du gros béton.

Fig 3.32 : Disposition en patte d’éléphant

Fig 3.31 : Exécution des forages

44

b- Remplissage en gros béton

Un béton dosé de 200 à 250 Kg/m3 sera utilisé comme matériau de remplissage.

sans tubageavec tubage

Fig 3.33 : Exécution des blindages

Fig 3.34 : Remplissage du gros béton

45

3-4-2-1-4 Procédés de blindage

Suivant la nature du terrain et la profondeur du puits, on peut distinguer les différents modes

de protections suivants :

Par madriers verticaux et étrésillonnage par étais au fur et à mesure du terrassement

mécanique.

Par panneaux préfabriqués en bois ou en métal descendus dans l’excavation et

étrésillonnés.

Avec des cadres métalliques placés horizontalement à glissières réglables qui

maintiennent les madriers verticaux.

Par cages mobiles de dimensions adaptées aux sections et profondeur.

Par cadre à glissière et panneaux métalliques associés.

3-4-2-2 Pieux de fondation

3-4-2-2-1 Définition

Le pieu : Le pieu fondation spéciale, de forme généralement cylindrique, en métal ou en béton,

est la réponse technique à l'éloignement en profondeur du sol porteur. Le pieu porte aussi le nom

d'inclusion verticale. Il est partiellement ou totalement enfoui dans le sol et sert à transmettre les

efforts appliqués sur les fondations. Le pieu est donc en quelque sorte une longue fondation qui

reportera, à grande profondeur (20 m, 40 et plus), les charges de la structure sur des couches de

sous-sol suffisamment résistantes mais également par le frottement des parois. Ils peuvent être

groupés par 2, 3 4 et plus et réunis en tête par une semelle très épaisse afin de répartir la charge

sur chacun des pieux. Les 3 parties principales d’un pieu sont la tête, la pointe et le fût; le fût

étant compris entre la pointe et la tête.

Les pieux sont conçus pour résister à :

Des charges verticales.

Des poussées horizontales ou obliques.

3-4-2-2-2 Différents types de pieux

Les pieux font partie du domaine des fondations profondes ou fondations spéciales, par

conséquent, ils sont utilisés lorsque le terrain ne peut pas supporter les contraintes dues à la

masse du bâtiment ou de l’ouvrage. On peut aussi réaliser des pieux (ou des micropieux) pour

renforcer des fondations existantes. En fonction des besoins, de la nature du terrain où des

moyens disponibles, on peut réaliser des pieux en béton, acier, bois ou mixte.

46

Les grandes familles de pieux sont les suivantes :

Pieux façonné à l'avance,

Pieux à tube battu,

Pieux forés,

Pieux foncés,

Micropieux,

Les colonnes ballastees,

a- Pieu battu

En gros, il s’agit d’éléments préfabriqués (que ce soit en béton, en bois ou en acier) qui sont

ensuite enfoncés dans le sol au moyen de dispositif de battage. Pour les pieux métalliques, ils

sont plus complexes. Le tube métallique est battu puis on le remplit de béton. Parfois, le tube est

retiré pendant le coulage et il ne reste que la pointe métallique du tube dedans.

Il y a également d’autres techniques pour enfoncer les pieux préfabriqués, notamment le vibro-

fonçage qui consiste à placer une charge importante au-dessus du pieu et le soumettre à une

vibration importante. Cette technique est très utilisée pour des sols pulvérulents.

Ces pieux ont une capacité portante de 100 tonnes pour des diamètres de 500 à 800 mm.

a-1 Pieux façonné à l'avance

a-1-1 Battu préfabriqué

Ces pieux sont en général en béton armé ou en béton précontraint. Ces pieux sont battus (ou

par vibrations). Le battage se fait au moyen d'un mouton. L'emploi d'un casque de battage est

obligatoire lorsque le choc direct du mouton est susceptible d'endommager la tête de pieu.

a-1-2 Métal battu

Les pieux métalliques peuvent être de

formes variées: circulaires, en forme de

H, hexagonaux. Comme i1ssont en

contact avec le sol la corrosion doit être

prise en compte. En cas de terrain très

agressif une protection particulière doit

Fig 3.35 : Formes de pieux métalliques

47

être mise en place sur l'acier (mortier, peinture, galvanisation, ... )

a-1-3 Tubulaire précontraint

Ce type de pieux est assez peu utilisé. Il s'agit de pieux constitues d'éléments préfabriqués

assemblés par précontrainte antérieurement au battage.

a-1-4 Battu enrobé

L'âme du pieu est métallique. La pointe comporte un sabot débordant. Au fur et à mesure du

battage on injecte un mortier dans le vide annulaire.

b- Pieux à tube battu exécuté en place

b-1 Battu pilonné

Un tube muni à sa base d'un bouchon de béton ferme est enfoncé par battage. En phase finale

le béton ferme est introduit dans le tube et pilonné au fur et a mesure de l'extraction du tube.

b-2 Battu moulé

Sensiblement identique mais en phase finale un béton d'ouvrabilité moyenne est introduit au

fur et a mesure de l'extraction du tube. Le pieu a alors la forme du tube (contrairement au battu

pilonné).

b-3 le pieu foré et moulé

Ce sont des ouvrages mis en place à l’intérieur d’un trou préalablement réalisé par technique

de forage. Dans cette technique, le forage est la partie la plus spectaculaire. On peut la réaliser à

Fig 3.36 : Procédure de réalisation des pieux exécutés sur place

48

l’aide de machines multiples et variables suivant le terrain à forer. Les plus utilisées sont les

tarières (pour un sol relativement tendre) et les machines à roto-percussion (pour les terrains

rocheux). Avant de réaliser des pieux forés, un forage préalable est nécessaire.

3-4-2-2-3 Outils de forage

Suivant la nature des terrains

traversés, il existe de nombreuses

techniques de forage. Différents

outils sont utilisés selon la dureté

des sols (Tricônes, tarières creuses,

trépans, Bucket…). Dans le cas de

sols de faible cohésion, un tubage

ou l’utilisation de boues permet

d’assurer la tenue des terres durant

les opérations de forage.

3-4-2-2-4 Différents types de pieux forés

a- Foré simple

Consiste à réaliser par tout moyen mécanique (tarière, benne) un forage dont les parois ne sont

pas soutenues. Les pieux forés simples sont idéalement utilisés quand le sol est suffisamment

Tarière Benne

Trépan

Benne pour rocher

Grappin

Fig 3.37 : Outils de forage.

49

cohérent et situé au-dessus des nappes phréatiques, le principe d’exécution reste le même que

pour les pieux forés tubés, mais le tubage n’est pas nécessaire.

Le pieu est exécuté sans nuisance sonore et sans vibration.

L’ancrage se fait dans les terrains durs à grande profondeur.

Outils de forage souvent utilisés: Tarière, bucket, carottier, trépan.

Diamètres courants : de 500 à 2000 mm.

Profondeur maxi : 70 mètres.

Avantages

Bon marché.

Économie substantiel de béton par rapport aux techniques traditionnelles.

Respect du diamètre demandé.

Passage dans les anciennes fondations.

Forage dans les anciennes fondations.

Visualisation du sol en base du pieu.

Ancrage dans le Bedrock.

Fond horizontal.

a-1-1 Exécution des pieux forés simples

Forage Curage Introduction Bétonnage Recépagedu fond du ferraillage de la tête

Fig 3.38 : Mode d’exécution des pieux forés.

50

b- Pieux forés tubés

Dans le cas de sols de faible cohésion, un tubage ou l’utilisation de boues permet d’assurer la

tenue des terres durant les opérations de forage.

Dans un premier temps, Le tubage peut être enfoncé jusqu’à la profondeur finale par vibration

ou foncé avec louvoiement au fur et à mesure de l’avancement du forage. Le diamètre du pieu est

le diamètre extérieur du sabot du tubage.

Dans un deuxième temps, le pieu définitif est réalisé dans le forage : on descend une cage

d’armature et l’on envoie le béton, éventuellement par un tube plongeur s’il y a présence d’eau.

Enfin, il est procédé à l’extraction du tube qui a servi sur tout ou partie du pieu.

Les pieux forés tubés sont particulièrement bien adaptés pour les travaux fluviaux ou

maritimes tels que les fondations de quai, les fondations de pont en rivière.

Outils de forage souvent utilisés: Tarière, bucket, carottier, benne circulaire, trépan.

Diamètres courants : de 600 à 1500 mm.

Profondeur maxi : 60 mètres.

b-1 Exécution des pieux forés tubés

Forage Curage Introduction Bétonnage Recépagedu fond du ferraillage de la tête

Fig 3.39 : Mode d’exécution des pieux forés tubés.

51

c- Pieux forés à la boue

Ces types de pieux forés s’utilisent sur toutes les natures de terrains de grande profondeur.

La stabilité des parois de forage est assurée par une boue thixotropique (bentonite ou polymères).

L’outil de forage, appelé “bucket”, est de section circulaire.

Après descente dans le forage d’une cage d’armature, l’excavation est remplie de béton à

l’aide d’une colonne de bétonnage.

Outils de forage souvent utilisés: : Bucket, carottier, trépan.

Diamètres courants : de 620 à 1980 mm.

Profondeur maxi : 60 mètres.

c-1 Exécution des pieux forés sous boue

3-4-2-2-5 Principes de fonctionnement

Un pieu transmet au sol les charges qu’il supporte :

Par l’appui de sa base sur le sol résistant.

Par le frottement latéral entre le sol et le pieu.

L’effort de pointe est proportionnel à :

La section de la base du pieu.

Forage Curage Introduction Bétonnage Recépagedu fond du ferraillage de la tête

Fig 3.40 : Mode d’exécution des pieux forés sous boue.

52

La résistance du substratum.

L’effort de frottement latéral est proportionnel à :

la surface de contact entre le pieu et le sol

au coefficient de frottement pieu-sol (rugosité du pieu, pression latérale, coefficient de

frottement interne du sol)

Le frottement latéral du pieu n’est mobilisable que s’il y a déplacement relatif entre le pieu et

le sol.

Si le pieu a tendance à s’enfoncer dans un sol stable, le frottement sol-pieu génère un effort

vertical ascendant (frottement positif)

Si au contraire, le pieu étant immobile, le sol à tendance à tasser, le frottement sol-pieu est

négatif. Cela à pour conséquence de surcharger le pieu. Pour remédier à ce problème (couches

compressibles, remblais récents non stabilisés), on chemisera le pieu par un tubage afin de

diminuer l’effet du frottement négatif.

3-4-2-2-6 Frottement latéral négatif

Le frottement latéral est fonction du mouvement relatif entre le sol et le pieu. Lorsque le pieu

tasse plus que le sol, le frottement latéral participe à la résistance du pieu. On dit que le

frottement latéral est positif (figure 13a). Dans le cas d’une couche de sol très compressible sur

une épaisseur élevée, le sol tasse plus que le pieu (figure 13b), le frottement latéral le long du

pieu est alors dirigé vers le bas ; et la force portante est égale à l’effort de pointe diminué du

Fig 3.41 : Principes de fonctionnement des pieux

53

frottement latéral. On dit que le frottement est négatif, on essaie alors de réduire au maximum la

hauteur sur laquelle il a lieu.

3-4-2-2-7 Risque de cisaillement des pieux

Dans certaines situations, les pieux peuvent être sujet à des efforts de cisaillement pouvant

causer leur rupture. L’exemple de la figure 14 montre que sous le poids du remblai (placé après la

construction de la fondation profonde), les déformations latérales de la vase entraînent le

cisaillement des pieux.

3-4-2-2-8 Transfert des charges

La diffusion de contraintes en profondeur sous un groupe de pieux est différente de celle sous

un pieu isolé. Il se produit un effet radier.

Sous un pieu isolé, la zone compressible n’est pas influencée par le pieu. Par contre, la zone

compressible est influencée par l’effet radier du groupe de pieux. Cela a pour conséquence de

transmettre les contraintes en profondeur bien au delà de celles générées par un pieu isolé.

3-4-2-2-9 Principes de conception

a- Pieux isolés

La jonction entre un pieu isolé et un poteau est toujours assuré par une semelle de liaison en

béton armé.

Pieu isolé Groupe de Pieux

Fig 3.42 : Mode de transfert des charges par les pieux.

54

b- Groupes de pieux

Le choix de la composition du groupe de pieu est lié au type d’effort (moment, effort

horizontal ou incliné) et à la géométrie de la structure à reprendre.

Dans la plupart des cas, on respectera les symétries dans les structures, et on fera en sorte que

les charges soient transmises le plus directement possible entre la structure et les pieux. Cela qui

conduit à :

prévoir une répartition uniforme des pieux le long de la structure à reprendre.

respecter les symétries par rapport aux points d’application des charges.

prévoir des files de pieux en nombre pair.

Fig 3.43 : Liaison poteau - pieuVue en plan

Elévation

Fig 3.44 : Mode de liaison de groupe de pieux

55

c- Pieux sollicités horizontalement

Lorsqu’un pieu est soumis à des efforts horizontaux ces derniers sont repris par la réaction

latérale du sol. On traite ce cas par une étude en petites déformations, qui consiste à déterminer la

répartition des efforts, et le déplacement horizontal du pieu sur toute sa longueur. Les calculs sont

effectués de différentes façons :

Analytiquement en supposant le sol est élastique linéaire;

Par la méthode des ressorts indépendants en utilisant le module de réaction horizontal du

sol, la valeur de ce module est souvent déterminée à partir des données de l’essai

pressiométique;

Numériquement en utilisant la méthode des éléments finis.

3-4-3 Prédimensionnement des fondations superficielles

Une étape importante pour toute la suite des travaux. Les fondations se dimensionnent

principalement en fonction de :

La nature et portance du sol,

La poussée de la future construction sur ce sol (descente des charges du bâtiment),

Le dimensionnement des fondations est une affaire de spécialiste, nombreux constructeurs

oublient volontiers cette étape coûteuse lors de l’étude du projet. Ces calculs permettent pourtant

le dimensionnement complet de la structure porteuse du bâti :

Profondeur des fondations,

Hauteur et largeur,

Ferraillage : définition des emplacements et des sections des aciers.

3-4-3-1 Contrainte de calcul du sol

La résistance du sol est donnée dans le rapport géotechnique de l’étude du sol.

3-4-3-2 Semelle filante

D'une manière générale, quelle que soit la forme de la semelle, il y a trois dimensions à

déterminer pour définir la géométrie de la semelle :

3-4-3-2-1 Longueur

Une semelle sous un mur, appelée aussi semelle filante, est calculée pour une longueur de 1,00

mètre.

56

3-4-3-2-2 Largeur

Lorsqu'on connaît la charge apportée par le mur et la contrainte de calcul du sol, on détermine

la largeur de la semelle par une relation du type :

soleffort normal

surface

Soit en considérant une longueur de mur et de semelle de b'= 1,00 m:

' ' 'u u

solN N

a b a

Soit encore:

'' 'u u

sol

N Na

a b

'' 'u u

sol

N Na

a b

Remarque : On prendra toujours a' ≥ 400 mm, c'est la largeur minimale d'un godet.

3-4-3-2-3 Hauteur

a- Cas des semelles massives sans armature transversale

Une semelle continue sous mur peut ne pas comporter d'armature transversale si les deux

conditions suivantes sont remplies:

- le mur transmet à la semelle une charge verticale, uniforme et centrée,

h ≥ a'−a ou bien h≥ 2 ⋅d0

a : largeur du voile

a' : largeur de la semelle

d0 : débord de la semelle, d0 = (a’ – a)/2

b- Cas des semelles rigides

Une semelle est dite rigide si :

''

4

a ad a a

ou encore 0

022

dd d

d : hauteur utile

enrobage : C = h – d = 30 à 50 mm

57

Remarque: Quelles que soient les conditions de fissuration, on prévoit généralement un

enrobage de 50 mm. C'est cette valeur que l'on retiendra dans tous nos calculs.

3-4-3-3 Semelle isolée

3-4-3-3-1 Dimensions horizontales

Les dimensions horizontales des semelles sous poteau sont représentées par : a' et b' avec b' ≤

a'. On calcule la surface de la semelle à partir de la relation:

' ''b'

u u usol

sol

N N NS a b

S a

Si le poteau est carré ou rond on en déduit a'

Si le poteau est rectangulaire, la semelle peut être :

Homothétique (utilisation générale)

b'

'

b

a a

Ou

à débord égal (utilisation plus rare)

' 2a a x et ' 2b b x

Les calculs sont conduits en théorie avec des semelles à débords homothétiques.

Cependant, dès que la longueur du poteau est supérieure à trois fois sa largeur, la semelle

devient disproportionnée, exagérément longue par rapport à sa largeur. Il est préférable de choisir

alors des débords égaux.

On connaît S, a et b . Il faut calculer a' et b' dans chaque cas :

a- Semelle homothétique

' 'S a b

b'' b' et ' a'

'

b a ba b

a a b a

Fig 3.45 : Semelle isolée homothétique

Fig 3.46 : Semelle isolée a débord égal

58

2' 'b

u

sol

Na b S bS b b

a a

b- Semelle à débord égal

' 'S a b

' 2a a x et ' 2b b x

2 2 u

sol

NS a x b x

2 2 u

sol

NS a x b x

équation du second degré dont x est l'inconnue et dont seule la racine positive doit être retenue

3-4-3-3-2 Dimensions verticales

Comme pour une semelle sous mur on doit avoir :

''

4

a ad a a

et

''

4

b bd b b

' 'b a

' ' 'max ;

4 4 4

a a b b a ad

et

min ' ; ' 'd a a b b b b

Soit

''

4

a ad b b

On choisit généralement pour d la valeur la plus proche de a, arrondi au multiple de 5 cm

supérieur. La hauteur réelle de la semelle sera : h = d+ 5cm

59

Cette hauteur minimale devra être contrôlée et, au besoin, corrigée pour respecter les

conditions d'enrobage supérieur des aciers.

3-4-3-4 vérifications des contraintes

Les calculs précédents nous ont conduit à des dimensions de semelle pour lesquelles on n'a pas

tenu compte ni du poids propre de la semelle ni du poids propre des terres de remblai. Ces

valeurs n'étant pas négligeables, il convient de vérifier que la contrainte réelle, avec prise en

compte du poids propre de la semelle ainsi du poids propre des terres de remblai, au niveau de la

surface d'appui de la semelle reste inférieure à la contrainte de calcul du sol, soit:

0 11.35

' 'u

solsolN G G

a b

G0 : est le poids de la semelle,

G1 : est le poids propre du remblai,

3-4-3-4-1 Condition de non-poinçonnement

a- Cas général

Dans le cas de semelles sur sol donnant lieu à des contraintes de sol relativement élevées (σsol

> 0,6 MPa) sous l'effet de charges localisées, il faut vérifier le comportement de la semelle vis-à-

vis du poinçonnement. Cette vérification est inutile si:

'

2

a ah

On appelle P’u la charge poinçonnante:

' 2 20 11.35 1

' 'u ua b

p N G Ga b

La condition de non-poinçonnement s'écrit :

' 0.045 cju c

b

fp u h

, 1 12cu a b

1a a h 2 2a a h

1b b h 2 2b b h

Ce qui donne :

60

2 2cu a b h

b- Cas des semelles filantes

A priori la condition de non-poinçonnement ne s'applique pas, la charge ne pouvant pas être

considérée comme localisée. On peut cependant faire la vérification en prenant: b=b'=b1 = b2 =

1.00 m.

c- Cas des semelles isolées rectangulaires

Dans ce cas la condition devient:

0 12 2

1.35 1 0.090 2' '

cju

b

fa h b hN G G a b h h

a b

Au cas où la condition de non-poinçonnement n'est pas vérifiée, il faut augmenter la hauteur h

de la semelle.

3-4-3-5 Radier général

L’étude du radier impose de calculer :

3-4-3-5-1 Surface du radier

La surface nécessaire (Snec) du radier peut être déterminée par la formule suivante:

max sol necsolnec

N NS

S

3-4-3-5-2 Epaisseur du radier

L'épaisseur du radier doit satisfaire aux quatre conditions exposées ci-après. De chaque

condition, on tire la hauteur h. La hauteur h du radier à retenir est celle satisfaisant les quatre

conditions.

a- Condition forfaitaire

max max125 20

L Lh

Lmax: La longueur maximale entre les axes des poteaux.

b- Condition de la raideur

Pour étudier la raideur de la dalle du radier, on utilise la notion de la longueur élastique définie

par l'expression suivante:

61

max 2 eL L

4e4 EI

Lb K

3

12

bhI

I: Inertie de la section transversale du radier.

E: Module d’élasticité du béton (prendre en moyenne E=32164,2MPa).

b=1: Largeur de la semelle par bande d'un mètre (b=1m).

K: Coefficient de raideur du sol (0,5 kg/cm3≤ K ≤ 12kg/cm3).

On pourra par exemple adopter pour K les valeurs suivantes :

K = 0,5 [kg/cm3] → pour un très mauvais sol.

K = 4,0 [kg/cm3] → pour un sol de densité moyenne.

K = 12 [kg/cm3] → pour un très bon sol.

c- Condition de non cisaillement

On doit vérifier que:

uuu

T

b d

2uq L

T

1u

rad

N x mlq

S

d- Condition de non poinçonnement

On doit vérifier que:

280.045u c cN u h f

Nu: Effort normal du poteau le plus sollicité.

62

uc: Périmètre de contour au niveau de feuillet moyen ; Uc = 2[(a+b) +2h]

a, b: Dimensions du poteau du RDC ou sous-sol.

280.045 4 4u cN a h h f

3-4-4 Recommandations

Tout projet de fondation correct doit répondre à quatre exigences :

Une bonne connaissance du sol et des lieux pour assurer la sécurité de la construction.

La fondation doit être en sécurité vis-à-vis du cisaillement du sol qui la supporte. C'est-à-

dire la fondation doit exercer sur le sol des contraintes compatibles avec sa résistance à la

rupture. C’est le problème de la capacité portant du sol.

Elle ne doit pas subir des tassements excessifs pour éviter le basculement ou la ruine de

l’ensemble et pour empêcher l’apparition de fissure localisées qui rendraient l’ouvrage

inutilisable. Le mot excessif est relatif, car le tassement admissible d’une structure dépend

de plusieurs paramètres,

Son matériau constituant doit avoir une bonne résistance.

3-5 Eléments annexes et spécifiques

3-5-1 Longrines

3-5-1-1 Définition

Plus précisément, une longrine est une poutre rectangulaire horizontale en béton armé ou en

béton précontraint qui assure la liaison transversale entre les poteaux au niveau des massifs de

fondation et qui sert à répartir les charges (des murs supportés) ou à les reporter vers des appuis.

Elle est posée directement sur un béton de propreté pour empêcher la pollution du béton frais

de la longrine par le sol support lors du coulage du béton. Le béton de propreté offre également

un support uniforme à la longrine.

Lorsque la longrine est placée entre deux semelles, une semelle centrée et une semelle

excentrée, elle est appelée poutre de redressement ou longrine de redressement. Elle sert

concrètement à plaquer la semelle excentrée pour éviter tout déplacement. Elle se coule

normalement en même temps que la semelle car son ferraillage est ancré dans la semelle.

63

3-5-1-2 Utilisation des longrines

Elle est généralement utilisée pour répartir les charges venant des éléments à supporter (murs,

poteaux, dalles) vers des appuis ponctuels tels que les semelles isolées, les pieux, etc.

Par conséquent, c’est la ceinture périphérique du bâtiment assurant la jonction avec le dallage en

béton armé. Elle délimite par la même occasion le dallage. Elle est indispensable quand le terrain

est en pente et que l’on ne souhaite pas faire de grands travaux de terrassement.

3-5-1-3 Les différents types de longrines

Les longrines en béton armé peuvent être réalisées sur place ou préfabriquées sur le chantier

ou en usine. La plupart du temps, les longrines employées sont préfabriquées. Ce procédé permet

une mise en œuvre plus rapide en raison de l’absence de coffrage et de décoffrage. De plus, le

recours à des longrines préfabriquées évite les difficultés liées aux conditions météorologiques

notamment pour le coulage du béton.

La préfabrication peut ne concerner que les armatures ou être complète. Dans ce cas, les

longrines sont réalisées en usine ou sur le chantier au moyen de systèmes de coffrages

métalliques réglables. Ces coffrages permettent de réaliser plusieurs longrines à la fois.

3-5-1-4 Les caractéristiques des longrines

Les longrines sont des poutres en béton armé soumises à la traction dont la taille est

déterminée en fonction de la descente de charge. La descente des charges désigne les charges ou

actions permanentes ou variables agissant sur les longrines du haut vers le bas. Le calcul de la

somme des charges permet de déterminer la pression exercée sur le sol.

Les longrines sont armées d’aciers importants car ils reprennent la charge des murs porteurs.

Ainsi, des aciers longitudinaux en zone inférieure sont positionnés pour leur permettre de résister

à la contrainte de traction. De plus, des armatures transversales sont ajoutées pour augmenter leur

résistance afin d'éviter l’apparition de fissures (phénomène de cisaillement) susceptibles de

provoquer une rupture.

3-5-1-5 La mise en œuvre des longrines

Si les longrines sont réalisées entièrement sur le chantier, il faut confectionner un coffrage en

bois permettant de résister à la poussée du béton. Les armatures sont réalisées en fonction des

charges exercées et positionnées dans les différentes zones d’efforts. Le coulage du béton

s’effectue le plus souvent, au moyen d’une pompe à béton.

64

La liaison entre la longrine et les plots ou les pieux est assurée au moyen d’un système de

clavetage. L’armature du clavetage est réalisée au moyen d’aciers de différentes sections. Le

coffrage du clavetage est en bois et maintenu à l’aide de serre-joints.

Dans le cas de longrines entièrement préfabriquées, leur mise en place est assurée par grue au

moyen des aciers de levage.

3-5-2 Murs de soutènements

3-5-2-1 Définition

Les ouvrages de soutènement sont des constructions verticales destinées à prévenir

l’éboulement ou le glissement d’un talus raide. La retenue des terres par un mur de soutènement

répond à des besoins multiples :

Soit en site

montagneux pour

protéger les

chaussées routières

contre le risque

d’éboulement ou

d’avalanches ;

Soit, en site urbain

pour réduire

l’emprise d’un talus

naturel, en vue de la

construction d’une

route, d'un bâtimentFig 3.49 : Composantes des murs de soutènement

Fig 3.47 : Longrine en béton arméFig 3.48 : Longrine préfabriquée en béton précontrainte

65

ou d’un ouvrage d’art, soutenir des fouilles et tranchées de chantier pour travailler à l'abri

de l'eau (batardeau). Les murs de soutènement peuvent être en pierres sèches, en

moellons, en pierres de taille, en béton armé, en acier, et en même bois.

3-5-2-2 Modes de ruine des ouvrages de soutènement

Pour la conception des murs de soutènement, il est nécessaire de définir «la rupture» et de

savoir comment les murs peuvent s’effondrer. En principe cinq modes de rupture peuvent être

rencontrés dans les ouvrages de soutènement:

Le glissement de l’ouvrage sur sa base

(Figure 3.50 a).

Le renversement de l’ouvrage (Figure

3.50 b).

Le poinçonnement du sol de fondation

(Figure 3.50 c).

Le grand glissement englobant

l’ouvrage (Figure 3.50 d).

La rupture des éléments structuraux de

l’ouvrage (Figure 3.50 e).

Les quatre premiers types de rupture sont relatifs à l’instabilité externe de l’ouvrage et la

rupture des éléments structuraux constituant l’instabilité interne.

3-5-2-3 Règle de conception

Parfois, la stabilité au glissement du mur nécessite de disposer sous la semelle une bêche.

Celle-ci peut être mise soit, à l’avant ou à l’arrière de la semelle, ou parfois encore en

prolongement du voile (Fig. 3.51).

Fig 3.50 : Modes de rupture des murs de soutènement

Fig 3.51 : Dispositions possibles de la bêche

66

Cette bêche, toujours coulée en pleine fouille sans coffrage, le premier cas peut paraître

intéressant car il permet de mettre la semelle totalement hors gel. Mais à l’ouverture de la fouille

de la bêche, il y a un risque de décompression du sol dans la zone où il est le plus sollicité. De

plus, il y a aussi un risque de voir, après la construction du mur, la butée devant la bêche

supprimée par des travaux de terrassement (ouverture d’une tranchée pour pose d’une

canalisation par exemple).

3-5-2-3-1 Mur a contreforts

Lorsque la hauteur du mur devient importante ou que les coefficients de poussée sont élevés,

le moment d’encastrement du voile sur la semelle devient grand. Une première solution consiste à

disposer des contreforts ayant pour but de raidir le voile (Fig. 3.52).

Remarque : les contreforts, encastrés sur la semelle, soit à l’arrière soit à l’avant du voile. Ils

sont espacés de 2.5 m à 5 m

Pour limiter les poussées des terres sur le voile des murs, on peut encore adopter les solutions

suivantes (Fig 3. 53) :

Fig 3.52 : Mur de soutènement à contreforts

67

Mur à console.

Mur avec dalle de transition.

Mur avec dalle de frottement.

Mur avec dalle d’ancrage.

Ces solutions, certes astucieuses et séduisantes, mais peu fréquentes car ils ont l’inconvénient

d’être d’exécution difficile et de grever le coût du mur, même

si l’on peut économiser par ailleurs sur la matière.

3-5-2-4 Forces agissantes

En l’absence d’eau, les forces agissant sur un mur de

soutènement, sont :

le poids propre G0 du mur ;

Fig 3.53 : Accessoires pour limiter les poussées sur les murs de soutènement

Fig 3.54 : Forces agissantes sur les murs de soutènement

68

le poids G1 des terres surmontant la fondation à l’amont (remblai amont) ;

le poids G2 des terres surmontant la fondation à l’aval (remblai aval) ;

la charge d’exploitation Q ;

la résultante PG de la poussée des terres soutenues ;

la résultante PQ de la poussée due à la charge d’exploitation sur le terre-plein ;

la résultante Pb de la butée du terrain devant le mur ;

la réaction R du sol sous la base du mur.

Il est recommandé de ne pas prendre en compte l’effet de la butée (Pb) car elle peut toujours

être supprimée par des futurs travaux.

3-5-2-5 Dimensionnement

La problématique consiste, à partir des données, de dimensionner le voile et la semelle du mur

de soutènement. Les données sont :

les propriétés géométriques du mur et du terrain ( H, H’, D, β et he, le cas échéant) ;

les propriétés mécaniques et physiques du terrain ( : poids volumique et : angle de

frottement interne) ;

les propriétés mécaniques et physiques des sols de fondation du mur: la cohésion du sol

non drainé cu , la cohésion des sols c et l’angle de frottement interne ;

la densité des charges d’exploitation : q ;

la résistance caractéristique du béton : fck ;

les classes d’exposition en parements amont et aval de l’ouvrage.

Les paramètres inconnus à déterminer, sont les dimensions du voile et de la semelle (e0 ; e1 ; e2

; b1 et b) et le ferraillage du voile et de

la semelle.

Les déplacements possibles d’un

mur de soutènement sont :

Poinçonnement, renversement et

glissement qui proviennent

essentiellement des déformations

d'ensemble du sol d’assise sous l'effet

des réactions que le mur lui transmet.

Fig 3.55 : Dimensions du mur de soutènement

69

Les déplacements induits en cours de construction ou à sa mise en service, sont susceptibles

d’entrainer des désordres inacceptables pour les structures portées par le mur ou celles qui sont

situées à proximité

3-5-2-5-1 Démarches à suivre

Pour établir une étude d’un mur de soutènement, les étapes à suivre se résument dans

l’organigramme ci-après.

a- Limitation de l’excentrement (ELU)Pour limiter l’excentrement, il convient, pour une semelle filante de largeur B, de vérifier la

relation suivante :

2 11

15

e

B

e : est l’excentricité du chargement par rapport au centre géométrique à la base du mur.

b- Calcul de stabilité

Le calcul de stabilité prend en compte 4 modes de rupture de l'ouvrage:

renversement;

glissement;

poinçonnement;

rupture généralisée.

b-1 Stabilité au renversement

Cette vérification se fait par rapport à l'axe de rotation du mur (généralement l'arrête inferieur

de l'aval de la fondation). On compare la somme des moments des forces qui tendent à renverser

le mur et la somme des moments des forces stabilisantes.

Le rapport de ces deux sommes est le coefficient de stabilisé au renversement. Le mur est

stable vis-à-vis du renversement, si ce coefficient de stabilité (sécurité) est supérieur ou égal à 1.

/ O1.5

/ O

des moments stabilisateurs

des moments renverseurs

b-2 Stabilité au glissement

Le mur est stable vis-à-vis du glissement si :

70

1.5des efforts verticaux

des efforts horizontaux

b-3 Stabilité au poinçonnement

Dans le cadre de mur poids, une rupture par poinçonnement est possible. Pour vérifier la

stabilité vis-à-vis de ce type de ruine, on utilise les formules utilisées pour le calcul de fondations

superficielles, la charge sur le sol est inclinée et excentrée.

3-5-3 Dallages

3-5-3-1 Définition

Le dallage sur terre-plein est une dalle en béton placée à même le sol. Toute construction

nécessite la création d'un plancher ou d'une assise au sol : le dallage sur terre-plein est l'une des

solutions économiques pour qu'une maison s'adapte à son terrain. Une dalle en béton est coulée

afin de créer une surface lisse qui permette aux revêtements de sol et aux cloisons de l'habitat

d'être posés. Le dallage sur terre-plein intègre également les couches nécessaires à l'isolation

thermique ou à la protection contre l'humidité. Son épaisseur est d'environ 12 cm.

3-5-3-2 Différents types de dallages

Le dallage sur terre-plein peut prendre appui ou pas sur les maçonneries existantes.

Le dallage sur terre-plein prenant appui sur les structures existantes est préconisé lorsque

des tassements sont à craindre. Ces tassements peuvent être liés à la qualité des matériaux

utilisés ou à une quantité conséquente de remblai.

Le dallage sur terre-plein indépendant appelé également « dallage sur terre-plein

désolidarisé » prend uniquement appui sur le terre-plein. Cette méthode est retenue

lorsque la forme est stable, sans risque de tassements (le sol doit être stable et le terrain

homogène).

Remarque : le dallage sur terre-plein est déconseillé en cas de sol argileux.

3-5-3-3 Fonctions du dallage en terre-plein

Le dallage sur terre-plein remplit les trois fonctions suivantes :

il permet de supporter les charges de l'ouvrage (murs, cloisons, meubles et personnes).

il remplit une fonction d'isolation thermique.

il est destiné à recevoir un revêtement de sol.

71

3-5-3-4 Mise en œuvre d'un dallage sur terre-plein

La réalisation s'effectue comme suit :

Un décapage de la terre végétale est effectué sur une épaisseur d'au moins 30 cm.

La fondation du dallage est réalisée au moyen d'une « forme ». La forme se compose de

gravier, de granulats et de sable d'une épaisseur minimale de 20 cm. Cette forme doit être

compactée afin de limiter les risques de déformations éventuelles. Le DTU 13-3 exige une

déformation de 30 MPa /m pour une surface de 75 cm de diamètre.

Une couche de sable d'une épaisseur de 5 cm minimum est posée afin d'obtenir une

surface plane.

Les canalisations éventuelles sont placées une fois le fond de forme réalisé. Dans ce cas,

un dénivelé de 2 cm par mètre est préconisé.

Un isolant thermique non compressible de type polystyrène expansé d'une épaisseur de

12 cm environ est placé sur la surface de la couche de sable. L'isolant limite les échanges

thermiques entre la périphérie de la construction et l'intérieur de cette dernière. Le choix

des matériaux isolants est fonction des performances thermiques attendues.

Un film en polyéthylène de 200 microns est placé afin de faire obstacle aux remontées

capillaires.

La dalle béton est réalisée afin de supporter les charges et d'accueillir les futurs

revêtements. Cette dalle est armée d'aciers assemblés pour former une nappe de treillis

soudés. En fonction du type de dallage retenu, l'armature est plus ou moins complexe.

Ainsi, l'armature de la dalle désolidarisée est plus simple que celle d'une dalle prenant

appui sur la maçonnerie. Le béton utilisé peut être un béton traditionnel auquel sont

ajoutés ou pas des adjuvants.

3-5-3-5 Constitution

Le dallage se décompose en trois parties essentielles :

3-5-3-5-1 Support

Il est constitué du sol et d'une couche de forme éventuelle. La couche de forme est un lit de

sable et de granulats concassés qui est compacté, afin d'obtenir une plate-forme homogène et

stable. On vérifie la compacité de la plate-forme grâce à des essais à la plaque réalisés par un

laboratoire géotechnique.

72

La couche de forme ainsi obtenue est souvent recouverte d'un film de polyéthylène. Ce film

est déconseillé dans la mesure où il peut parfois constituer des réservoirs d’eau (condensations,

arrosages) en sous face du dallage et aggraver les soulèvements par retraits différentiels aux

angles des panneaux et le long des bordures.

3-5-3-5-2 Corps du dallage

C'est l'ouvrage en béton à proprement parler. Il peut être armé suivant l'utilisation qu'il en est

fait et son épaisseur se calcule en fonction des charges appliquées.

3-5-3-5-3 Revêtement éventuel

Il peut s'agir d'une simple chape de ciment ou d'un revêtement de protection.

3-5-3-5-4 Joints

Différents types de joints sont mis en œuvre lors de la réalisation d'un dallage. Ces joints ont

des rôles différents en fonction de leur localisation ou de leur type même.

a- Joints de rupture ou d'isolement

Les dallages ne doivent pas être solidarisés à la structure verticale du bâtiment, dans la mesure

où le sol situé sous les fondations peut tasser de manière différente de la couche de forme sur

laquelle repose le dallage. Une exception peut cependant parfois être faite pour les dallages des

maisons individuelles. Ces joints sont réalisés sur toute l'épaisseur du dallage.

b- Joints de dilatation

Sous l'effet des variations de température, le béton armé se dilate, des joints sont alors réalisés

pour éviter que les ouvrages ne se fissurent.

Si le dallage est soumis à des charges roulantes, comme dans un bâtiment industriel par

exemple, les joints doivent être conjugués. Ces joints sont réalisés sur toute l'épaisseur du

dallage.

c- Arrêts de coulage ou joints de construction

Lorsque le dallage est réalisé en plusieurs fois, des joints se créent au niveau des arrêts de

coulage. Ces joints sont semblables à des joints de dilatation si ce n'est que les nappes de treillis

soudé ne sont pas coupées.

73

d- Joints de retrait

Lors de la prise du béton, le phénomène de retrait du béton peut engendrer une fissuration du

béton. Pour pallier ce problème, des sciages doivent être réalisés sur le dallage. Ces joints sont

réalisés sur environ un tiers de l'épaisseur du dallage.

74

Chapitre IV

SUPERSTRUCTURE

4-1 NOTIONS ELEMENTAIRES DE CONCEPTION DES BATIMENTS

La conception doit assurer l’esthétique, la fonctionnalité, la préfabrication aisée en atelier et la

rationalité. Le problème principal dans la conception d’un bâtiment est de savoir par où passent

les efforts afin de bien dimensionner les éléments et d’assurer correctement la stabilité de

l’ouvrage. Les structures ont une géométrie et un comportement mécanique tridimensionnels.

Néanmoins pour la conception comme pour le dimensionnement le concepteur est amené à les

décomposer en systèmes plans selon les trois directions de l’espace (plan, coupe, élévation).

Cette simplification est justifiée dans de très nombreux cas classiques. Il existe cependant de

vraies structures tridimensionnelles, dont l’analyse ne peut accepter cette simplification.

4-2 Principes fondamentaux

La conception d’ensemble, préalable à tout calcul, consiste à établir une organisation générale

des éléments de telle sorte que toutes les fonctions structurelles soient remplies, dans des

conditions compatibles avec l’exploitation du bâtiment. On doit donc respecter trois

principes fondamentaux au cours d’une étude :

Stabilité de l’ouvrage vis à vis de toutes les actions qui lui sont appliquées sans exception,

lesquelles doivent être véhiculées depuis leur point d’application jusqu’aux fondations,

sans aucun hiatus dans leur cheminement.

Maintien de la cohérence du schéma de fonctionnement structurel depuis le choix des

hypothèses de départ jusqu’au stade de l’étude de détail des assemblages entre éléments.

Aptitude de l’ouvrage à l’utilisation prévue.

Ces impératifs impliquent concétement de:

75

Prédéterminer avec précision un cheminement à travers la structure de tous les efforts qui

lui sont appliqués, en prévoyant les éléments structurels et les assemblages nécessaires à

ce cheminement.

Choisir avec soin les hypothèses de liaisons entre les éléments de structure et avec les

fondations en s’assurant de la faisabilité technique des dispositions qui en découlent et en

recherchant par ces choix la meilleure économie globale pour le projet.

Veiller à la cohérence des déformations relatives des systèmes structurels en présence et à

la compatibilité de ces mêmes déformations avec les conditions d’utilisations de

l’ouvrage.

4-3 Systèmes statiques

On distingue deux types de systèmes statiques à savoir :

systèmes isostatiques: la suppression d’un élément entraîne l’instabilité de l’ouvrage. Ces

systèmes acceptent de légers déplacements relatifs.

Systèmes hyperstatiques: la suppression d’un seul élément n’entraîne pas l’instabilité.

4-4 Transmission des efforts

Deux types de fonctionnement sont envisagés :

Transmission des actions vers les fondations en mobilisant la résistance en flexion des

éléments: poutres de planchers, portiques.

Transmission des actions vers les fondations en mobilisant la résistance à l’effort normal

des sous éléments les constituants: éléments triangulés.

4-5 Notion de trame

Combinaison d’éléments verticaux (poteaux, voiles BA, voiles béton banchés, etc.) et

d’éléments horizontaux (poutres, planchers, etc.) ; la trame de l’ossature est la combinaison en

plan des porteurs verticaux et horizontaux. On a intérêt à avoir une trame aussi régulière que

possible, afin de pouvoir avoir une conception modulaire et de faciliter l’industrialisation du

bâtiment. On distingue :

Trame des façades

Trames d’usage (parking, modules bureau ....)

Trames structurales (bâtiment préfabriqué, blocs en béton...)

76

4-5-1 Choix de matériaux

La conception d'un bâtiment peut intégrer tous les bons principes de conception, mais la

manière dont il est construit peut entraîner sa défaillance si les forces de la nature lui sont

appliquées.

Même avec la meilleure conception, de mauvaises pratiques de construction et de mauvais

matériaux peuvent empêcher une maison de protéger ses résidents. Si elle n'est pas construite

correctement ou si de mauvais matériaux sont utilisés, la maison peut blesser ou tuer des gens

lorsque des forces extérieures le touchent.

Lors de la construction d'une maison, le principe premier est de suivre la conception et non de

réduire les coûts en réduisant les exigences de conception. Le choix des matériaux de

construction, tels que le sable et le gravier, influe sur la résistance du bâtiment. Vous devez donc

choisir les meilleurs matériaux car les mauvais ingrédients affaiblissent sérieusement la résistance

de la structure. Le ferraillage des colonnes et des poutres est important, car il renforce le béton

comme des os dans le corps. Utilisez le meilleur pour garder tout et tout le monde en sécurité.

Pour aboutir à une bonne conception, l’ingénieur concepteur est tenu de choisir le matériau

convenable permettant obtenir une structure économique et résistante. A titre indicatif, on utilise :

Béton armé: portées courtes.

Charpente métallique: portées moyennes

Béton précontraint: grandes portées telles que, grandes travées de pont et traverses de

grandes halles industrielle.

4-6 Joints de dilatation

On doit prévoir des joints de dilatations tous les :

25 m maxi : Structure en béton armé.

52 m maxi : Structure en charpente métallique.

4-7 Recommandations

Pour que la maison réponde à tous les besoins de la famille et assure leur sécurité ainsi que

celle de leurs proches et de leurs biens, il est nécessaire de prendre en compte les aspects suivants

d'une maison ou d'une structure:

Une maison d'hébergement doit reposer sur des bases solides et, par conséquent, elle doit

faire l'objet d'une attention prioritaire. Les problèmes de fondations mal conçues

77

entraînent un tassement inégal, une fissuration des murs et du sol, ainsi qu'une faiblesse

structurelle. Pour résister aux forces extérieures, une maison a besoin d’une structure

simple et cohérente.

La structure de la maison est comme le squelette du corps. S'il est fort, il protège toute la

maison. Les murs doivent être reliés au toit. Les murs et le toit peuvent se renforcer s'ils

sont joints correctement. Les murs doivent également être joints à la structure du

bâtiment. Les murs doivent être soutenus par les colonnes et doivent être connectés à

celles-ci. Les fermes de toit doivent être flexibles mais suffisamment solides pour

améliorer la sécurité. Les murs et le toit doivent être entretenus pour résister aux

mouvements latéraux.

Les plans de drainage sont essentiels à une bonne conception de la maison. La conception

doit examiner avec soin si la maison doit être élevée pour la protéger et protéger son

contenu des inondations.

Le bâtiment a besoin d'une structure cohérente Si la structure est cohérente et solide, elle

protège l'ensemble de la maison.

Les joints des fermes de toit en bois doivent être boulonnés ensemble et attachés avec des

sangles en métal pour assurer la flexibilité mais ne pas s'effondrer sous les forces de la

nature.

Les fermes de toit en métal doivent être soudées ensemble, soudées à des pannes et

soudées au renforcement des murs pour plus de résistance.

Afin de résister aux efforts latéraux, les murs et la structure du toit doivent être entretenus à

tous les niveaux, en particulier s'il s'agit d'une structure en bois.

78

Chapitre V

SYSTEMES PORTEURS VERTICAUX

5-1 Définition et rôle des porteurs verticaux

Les porteurs verticaux font partie de la structure porteuse ou ossature du bâtiment. Leur

fonction principale est de reprendre les charges permanentes et les surcharges d’exploitation

issues des différents niveaux de l’ouvrage pour les transmettre au sol par l’intermédiaire des

Fondations. En outre, le rôle des porteurs verticaux ne se limite pas d’assurer la reprise des

charges verticales, mais également contribuent largement lorsqu’ils sont associés à des poutres

pour former des cadres ou des portiques destinés à reprendre les actions horizontales dues aux

séismes et aux vents.

5-2 Sollicitations internes

Les poteaux sont appelés à reprendre des efforts de compression transmis verticalement des

étages supérieurs au sol à travers les fondations. L’élément de réduction correspondant à cet

effort est l’effort normal de compression noté N.

Les autres types de sollicitations internes agissant sur les poteaux, on trouve :

L’effort tranchant noté V,

le Moment de Flexion noté M,

l’effort de Torsion Noté Mt

Le prédimensionnement des poteaux est conditionné, en grande partie, en considérant l’effort

normal de compression N. Or, dans le cas d’un calcul tenant compte des efforts horizontaux dus

principalement aux séismes et au vent. Il ne sera plus possible de négliger les efforts internes en

l’occurrence l’effort tranchant et le moment de flexion dans le pré dimensionnement.

5-3 Points porteurs (poteaux)

Peuvent aussi être dénommés Piles ou Piliers pour le cas des ponts, colonnes pour le cas de la

construction métallique.

79

5-3-1 Types des poteaux

Les types des poteaux se diffèrent en fonction de la nature des matériaux les constituant. Les

poteaux, suivant leur longueur et l’intensité des efforts à transmettre, peuvent être :

en béton armé,

en béton précontraint,

en acier - métallique,

en bois,

mixte acier-béton

Les poteaux peuvent également comporter des corbeaux destinés à recevoir des poutres à

niveaux décalés, des poutres de plancher...

5-3-1-1 Poteaux en béton armé

L’un des aspects les plus attrayants du béton armé pour l’architecte, réside dans la possibilité

de diversifier les formes des poteaux et des colonnes. Ci-après quelques unes des formes

possibles et envisageables. Les poteaux en béton armé peuvent être en formes variées :

Fig 5.1 : Différents types de poteaux.

80

5-3-1-2 Poteaux en acier – métallique

Contrairement aux éléments du béton qui permettent d’avoir des formes très diverses,

l’utilisation de l’acier restreint de l’acier restreint et limite pour l’Architecte l’emploi de formes;

ceci tient à la standardisation de ces éléments. En effet; l’acier et plus particulièrement les

profilés métalliques sont des éléments issus du laminage des hauts fourneaux. Les principales

familles de profilés sont les suivantes:

Profilés de types IPE-IPN.

Profilés de types HEA- HEB- HEM.

Profilés de types UPN – UAP.

Profilés de types cornière L.

Profilés de types tubulaires carrés- rectangulaires- ou creux.

5-3-1-3 Poteaux mixtes

A côté de la possibilité de réaliser des poteaux métalliques ou en béton uniquement, la

capacité portante des poteaux mixtes est largement dominée par la partie métallique de ceux- ci.

Les poteaux mixtes sont généralement utilisés en présence d'efforts normaux élevés et d'un

souhait de sections de faibles dimensions. Comme les poteaux mixtes peuvent être préfabriqués

ou préparés en atelier, le temps de construction peut être fortement réduit par rapport à la

construction sur place en béton armé. L'avantage principal des poteaux mixtes par rapport aux

Fig 5.2 : Types des formes des sections de poteaux.

81

poteaux métalliques est la grande résistance au feu de ceux-ci sans la mise en œuvre de mesures

préventives.

L'association de l'acier et du béton est la combinaison de matériaux de construction la plus

fréquemment rencontrée tant dans les bâtiments que dans les ponts [1]. Bien que de nature

franchement différente, ces deux matériaux sont complémentaires:

Le béton résiste en compression et l'acier en traction.

Les éléments métalliques sont relativement élancés et sujets au voilement, le béton

peut empêcher le voilement.

Le béton assure à l'acier une

protection contre la corrosion et

une isolation thermique aux

températures élevées.

L'acier permet de rendre la

structure ductile.

5-4 Murs porteurs

5-4-1 Définition

Les murs porteurs soutiennent la structure. Ils peuvent être constitués de différents matériaux :

briques, parpaings, plâtre (avec un colombage en bois ou en béton ferraillé).

5-4-2 Murs en béton armé

Les murs porteurs soutiennent la structure. Ils sont souvent très épais : la plupart font 10 cm

d’épaisseur au minimum. Ils sont posés sur les fondations, ce qui assure leur grande stabilité

horizontale et verticale. Ils sont placés sur les côtés de la maison, mais peuvent également être

mis en place au milieu de l’habitation : il sont alors appelés murs de refend. Il joue un rôle crucial

pour la solidité de la construction comme contreventement et pour une répartition efficace des

charges. Un mur de refend permet également de délimiter les espaces intérieurs.

Fig 5.3 : Formes des sections de poteaux mixtes acier-béton.

82

5-4-3 Murs en maçonnerie (petits éléments)

Pour une construction individuelle ou un petit immeuble collectif, les murs porteurs sont le

plus souvent réalisés en maçonnerie traditionnelle de petits éléments assemblés sur le chantier, à

joints de mortier.

Il s agit du mode constructif le plus ancien, mais qui a connut de nombreuses évolutions ces

dernières années. Ce système constructif reste utilisé dans plus de 90 % des maisons

individuelles. Les principaux avantages sont :

Facilité de la mise en œuvre,

Grande résistance mécanique

5-5 Systèmes de contreventement

Le mode de contreventement est déterminant pour la structure et pour l’architecture. Il fait

partie intégrante du parti structural. Il doit être défini dès le début du projet. En génie civil, un

contreventement est un système statique destiné à assurer la stabilité globale d'un ouvrage vis-à-

vis des effets horizontaux issus des éventuelles actions sur celui-ci (par exemple : vent, séisme,

choc, freinage, etc.). Il sert également à stabiliser localement certaines parties de l'ouvrage

(poutres, colonnes) relativement aux phénomènes d'instabilité (flambage ou déversement).

Afin d'assurer la stabilité globale d'un bâtiment, il est nécessaire que celui-ci soit contreventé

selon au moins 3 plans verticaux (qui s’intersectent en au moins 2 droites distinctes) et un plan

horizontal ; on distingue donc les contreventements verticaux (destinés à transmettre les efforts

horizontaux dans les fondations) des contreventements horizontaux (destinés à s'opposer aux

effets de torsion dus à ces efforts).

Un contreventement peut être réalisé par des voiles (contreventements verticaux) ou des

plaques (contreventements horizontaux) en béton armé, en maçonnerie, en bois ou en tôle

ondulée; ou par des treillis en bois ou en acier. Un contreventement est particulièrement utilisé

dans la création d'une ossature ou d'une structure d'un bâtiment ou d'une charpente métallique.

5-5-1 Structures en béton armé

Il existe les différents systèmes de contreventement suivants :

Système poteaux – poutres (par portiques)

Système de refends (voiles)

Système par noyau

83

Système mixte

5-5-1-1 Système poteaux – poutres (par portiques)

Les portiques (poteaux + poutres) sont conçus et dimensionnés pour résister, à la fois, aux

forces verticales et aux forces horizontales. Cette solution a pour avantage de ne pas créer

d’obstacles pour disposer des ouvertures. En contrepartie, l’utilisation du contreventement par

portique est limitée par les règlements parasismiques.

5-5-1-2 Contreventement avec voile en béton

Le contreventement par voiles en béton armé est très souvent utilisé comme élément de

stabilité dans les bâtiments. Les voiles de contreventement peuvent être seuls ou renforcés par des

poteaux.

Les murs individuels peuvent être soumis à des déplacements axiaux, de translation et de

torsion. La mesure dans laquelle un mur contribuera à la résistance des moments de

renversement, les forces de cisaillement, et la torsion dans chaque étage dépend de sa

Fig 5.5 : Contreventement avec voile

Fig 5.4 : Contreventement par portique

84

configuration en plan et l'orientation géométrique ainsi que l'emplacement dans le plan de

l'édifice. Les positions des murs de contreventement dans un bâtiment sont généralement dictées

par des impératifs fonctionnels. Les dispositions des voiles dans un bâtiment peuvent être

facilement utilisées pour la résistance à une force latérale. Les concepteurs des structures sont

souvent en mesure de conseiller les architectes sur les endroits les plus souhaitables pour les murs

de contreventements, afin d'optimiser la résistance sismique. Les considérations structurelles

majeures pour le mur porteur seulement seront les aspects de la symétrie, la rigidité, la stabilité

de torsion, et la capacité disponible de renversement des fondations. La clé de la stratégie de

disposition des murs de contreventement est le désir que les déformations soient distribuées

uniformément raisonnable sur tout le plan de la construction plutôt que d'être concentrer

seulement sur quelques murs.

5-5-1-3 Contreventement par noyaux

Le noyau central est l'élément assurant la rigidité de l'édifice, il parcourt le bâtiment sur toute

sa hauteur et contient généralement les ascenseurs ainsi que les cages d’escaliers. Les efforts

exercés par le vent sont retransmis au noyau par l'intermédiaire d'éléments horizontaux

positionnés aux différents étages. Les gratte-ciel constitués d’un noyau central peuvent atteindre

facilement une hauteur équivalente à une cinquantaine d'étages tout en réduisant l'emprise au sol.

Le doublement parfois même le triplement de la structure centrale a ensuite permis d'atteindre des

hauteurs d'environ 70 étages. Nous remarquerons que dans l’ouvrage étudié il est question de 2

noyaux centraux symétriquement opposés.

L’avantage principal de ces structures est la forme du noyau leur permettant de résister à tous

types de charges : verticales, efforts tranchants, moments de flexion dans les deux directions et

torsion. Il reprend donc la majorité des forces horizontales qui lui sont transmises par

l’intermédiaire des dalles.

85

5-5-1-3-1 Aspect technique du noyau central

Le noyau central est la base de toute structure. En effet, la stabilité horizontale d’un bâtiment

et la reprise des charges horizontales provenant du vent ou des séismes est assurée par une série

de dalles qui sont quasiment indéformables dans leur propre plan. Ces dalles travaillent dans le

sens horizontal et transmettent ainsi ces charges horizontales aux noyaux centraux et aux murs de

refends.

5-5-1-3-2 Emplacement du noyau central

Cette position est souvent déterminée par des raisons fonctionnelles et d’exploitations du

bâtiment. Cependant, le placement de ce noyau en vue de la sécurité est primordial en raison des

conditions d’évacuations en cas d’incendie,… Outre cet aspect sécurité, le(s) noyau(x) tout

comme les murs de refends doivent être positionnés en plan le plus symétriquement possible de

manière telle à limiter les déformations torsionnelles sous l’action du vent ainsi que sous l’action

des séismes. En plus de ces facteurs principaux, d’autres facteurs rentrent également en ligne

compte pour la conception, tels que le fluage du béton, les variations de température…

5-5-1-4 Solutions mixtes

Il est avantageux, parfois, de recourir à des solutions mixtes, utilisant simultanément plusieurs

modes de contreventement. La difficulté essentielle est alors de définir la répartition des forces

horizontales entre les divers pans de contreventement, dont les déformabilités peuvent être très

différentes en raison de leurs dimensions et de leur constitution.

Fig 5.6 : Contreventement par noyau central

86

Enfin, le contreventement longitudinal d’un bâtiment de forme rectangulaire allongée peut très

bien être assuré différemment du contreventement transversal : par exemple, ce dernier par voiles

en béton armé et le premier par portiques, si l’on peut disposer d’un nombre important de travées.

5-5-1-5 Constructions métalliques

Dans une structure métallique, les contreventements sont des dispositifs conçus pour reprendre

les efforts du vent dans la structure et les descendre au sol. Ils sont disposés soit :

en toiture dans le plan des versants (poutres au vent),

en façades (palées de stabilité),

La stabilité est ainsi assurée dans les trois directions de l’espace. On distingue les trois types

de contreventements:

triangulation (treillis): il s’agit du type le plus fréquent ; les treillis en N

conviennent bien lorsqu’il n’y a pas d’inversions d’efforts. Lorsque l’on est en

présence d’inversions d’efforts possibles on préfère les croix de saint André

(quelquefois les treillis en K ou V peuvent convenir).

Cadre - portique: ils se justifient pleinement lorsque l’on doit laisser le passage

libre, ou pour éviter des diagonales inesthétiques, ou bien parfois pour laisser une

plus grande liberté pour une modification de la structure.

remplissage (voile, diaphragme) : on utilise des voiles en béton pour les fortes

sollicitations. Pour les faibles sollicitations des voiles en maçonnerie conviennent.

Lorsqu’il existe un noyau ou un mur de refend celui-ci peut bien sur servir de

contreventements (il s’agit surtout d’un cas pour les bâtiments à étages). Il est

Fig 5.7 : Contreventement mixte, poteau-voile

87

imprudent d’estimer que des bardages ou couvertures en tôles puissent faire office

de contreventements.

Remarques

1- dans le cas de contreventements par remplissages, il faut toujours s’assurer que la

transmission d’efforts entre éléments porteurs et éléments de stabilisation se fasse correctement.

2- les ciseaux ne sont sollicités qu’en traction ; on admet en effet que la diagonale qui du fait

de son orientation devrait être comprimée se dérobe en fait par flambement élastique (cette

hypothèse est valable pour les cornières et autres profils de faibles rigidité).

5-5-1-5-1 Contreventements verticaux de combles (ciseaux)

Les ciseaux sont obligatoires en cas de fermes treillis. Ils ont pour rôle d’éviter le

déversement des fermes en les maintenant rigoureusement dans le plan vertical ; ils réduisent

aussi les longueurs de flambement des membrures. Ils sont le plus souvent formés de cornières en

croix attachées sur les montants des fermes ; la triangulation est fermée par les pannes. Ils sont

toujours présents au faîtage et obligatoirement au droit de toute brisure de membrure. Pour les

fermes de faible hauteur on peut utiliser un système de bracons.

5-5-1-5-2 Contreventements de versants transversaux

Poutres treillis disposées dans le plan des versants (parfois aussi dans le plan des entraits en

cas de fermes treillis). Elles sont généralement placées aux deux extrémités du bâtiment ou en

travée centrale ; les membrures sont celles des fermes, empannons ou fers de pignons, les

montants étant constitués par les pannes. Les diagonales, souvent en cornières, doivent être

suspendues sous les pannes pour limiter toute déformation apparente. Leur point d’épure doit

converger avec celui des pannes et de la membrure.

5-5-1-5-3 Contreventements longitudinaux

Dans le cas d’empannons, les déformations longitudinales dues au vent sont atténuées par des

poutres treillis généralement disposées entre la sablière et la panne basse.

5-5-1-5-4 Contreventements de long-pans

Il faut le mettre dans tous les cas. Il existe trois types:

Croix de saint André (Fig 5.8).

Palée de stabilité réticulée (Fig 5.9).

Portique (Fig 5.10).

88

5-5-1-5-5 Disposition constructives

Si on place une stabilité à chaque extrémité d’un bâtiment celui-ci se trouve bloqué et la

dilatation n’est pas possible, ce qui crée des efforts supplémentaires dans la structure. On

considère dans ce cas que chaque contreventement reprend l’intégralité des efforts appliqués à

son pignon.

Si l’on place une seule stabilité vers le milieu du bâtiment, la dilatation peut se faire plus

librement, les efforts thermiques étant divisés en deux parts de chaque cotés du système.

Si on encastre les sablières sur les poteaux on peut certes éviter les stabilités, mais la poussée

en tête se répartit sur le nombre de poteaux (à éviter, en général).

Fig 5. 8 : Croix de saint André Fig 5. 9 : Palée de stabilité réticulée Fig 5. 10 : Portique

Fig 5. 11 : Stabilité en deux extrémités

Fig 5. 12 : Une seule stabilité au milieu

Fig 5. 13 : Stabilité par portique

89

Chapitre VI

SYSTEMES PORTEURS HORIZONTAUX

6-1 Poutres

6-1-1 Définition et Rôles

Les poutres sont des éléments porteurs horizontaux chargés de reprendre les charges et les

surcharges se trouvant sur les planchers pour les retransmettre aux poteaux, Appelées aussi,

Pannes, Frames…

Le chargement ou encore les charges agissant sur les poutres de plancher sont essentiellement

des charges verticales (poids propre, et surcharges d’exploitation, ou de neige).

A noter que ces surcharges sont supposées uniformément réparties mais parfois ces mêmes

charges peuvent être ponctuelles.

Ainsi, les planchers recevant les charges (permanentes, et d’exploitation) , en s’appuyant sur

les poutres transmettent à ces dernières par réaction d’appui ces mêmes charges, qui seront

transmises aux éléments porteurs verticaux toujours par le même principes d’action réaction.

Fig 6.1 : Répartition des charges sur les poutres de plancher

90

6-1-2 Type de poutres

Les types des poutres se diffèrent en fonction également de la nature des matériaux les

constituant, On trouve alors :

Poutres en Béton Armé.

Poutres en Acier.

Poutres en béton Précontraint

Poutres Mixtes.

Poutres en Bois.

Remarque: Les types des poutres les plus utilisés sont ceux en béton armé en béton précontraint

et en acier

6-1-2 Sections des poutres et principe de prédimensionnement

6-1-2-1 Poutres en béton armé

Dans la majorité des cas de structures de type bâtiment, les poutres sont en général de section

rectangulaire (b x h). Avec « b » désignant la largeur de la poutre et « h » sa hauteur (comptée

jusqu’à surface de la dalle). Mais il arrive que l’on rencontre aussi des poutres de section

trapézoïdale.

On peut aussi rencontrer quelques fois des poutres de forme en I ou de T avec ou sans talon.

Ce genre de poutres est en général utilisé pour les ponts et les ouvrages d’Arts, à noter qu’en

général ces poutres sont des éléments précontraints.

De ce fait, il est clair que pour éviter à ce que la poutre se rompt par cisaillement, il est

nécessaire de renforcer les planchettes par des Clous.

En réalité, ce rôle joué par les clous est assuré par les armatures transversales/ cadres,

épingles, et étriers.

Fig 6.2 : Sections des poutres En Béton Armé.

91

Fig 6.4 : Armatures d’effort tranchant (cadres) le long de la poutre.

Fig 6.5 : Ferraillage d'une poutre en béton armé.

Fig 6.3 : Poutre chargée.

92

Lorsqu’il s’agit de pré-dimensionner une poutre, c’est-à-dire choisir la largeur b et la hauteur

h d’une poutre rectangulaire on procédera comme ci-après :

On calcule la hauteur par la formule suivante :

1/15 h/L 1/10.

L : la portée entre axe de la poutre

Puis, en se référant au règlement parasismique RPA 99/2003 on fixe la largeur b :

b ≥ 20 cm

h ≥ 30 cm

h/b 4 cm

bmax 1,5 h + b1

6-1-2-2 Poutres à treillis

Appelées aussi poutres réticulées, fermes, systèmes triangulées, les poutres à treillis est une

conception permettant le franchissement de portée importantes. Elles se rencontrent souvent dans

les constructions de type hangar, mais elles sont utilisées dans les planchers de structures

associant portée et surcharges importantes.

Il existe différentes configurations des fermes à treillis en fonction de la configuration et la

disposition des arbalétriers, des entraits et diagonale, montants.

Ces poutres peuvent être utilisées dans les limites suivantes :

10 m Lpoutre 50m (maximum)

L

b

h

Fig 6.6 : Dimensions d'une poutre en béton armé.

93

La hauteur de la poutre est telle que: 1/25 h /L 1/35.

Fig 6.8 : Poutre à treillis.

Fig 6.7 : Exemples de structures avec poutre à treillis.

94

6-1-2-3 Poutres en acier à âme pleine

Les poutres et poutrelles en acier sont un recours précieux aussi bien en construction neuve

qu'en extension et en rénovation. La poutre en acier offre une excellente résistance tout en étant

de mise en œuvre rapide et facile.

Pas de séchage comme pour le béton, un encombrement bien plus réduit que le bois à

résistance égale et une longévité exceptionnelle sans crainte des insectes ni des champignons et

moisissures. IPE, IPN, poutres en U et à congé, etc., la poutre en acier se décline selon de

nombreux modèles pour des utilisations multiples.

Les appellations de la poutre en acier sont nombreuses. Les poutres en acier les plus

couramment utilisées sont les IPE, IPN, HE, UAP, UPN qui se différencient entre elles selon le

profil déterminé par la première lettre de l'appellation (en I pour IPE et IPN, en U pour UAP et

UPN). Les différences entre ces appellations résident dans des détails (pour le particulier)

importants pour le professionnel :

IPN ou IPE : IPN pour poutrelle en I à profil normal (IPN) ou poutrelle en I à

profil européen (IPE). La différence vient du raccordement entre les semelles

(ailes) et l'âme ; alors qu'une IPE dispose d'une épaisseur constante des semelles,

dans l'IPN, l'épaisseur des semelles augmente vers la liaison avec l'âme.

UAP et UPE : c'est une autre distinction que pour les poutres à profil en I puisque

dans les poutres à profil en U, les ailes sont à bords parallèles et d'épaisseur

constante mais réduite pour les UPE. La hauteur maximale de l'aile (exprimée en

mm) différencie les UAP (de 80 mm jusqu'à 300 mm) des UPE (de 80 mm à

400 mm).

IFB et SFB : il s'agit de poutres et poutrelles à semelles asymétriques dont l'une

est particulièrement large dans le but de réaliser des planchers-dalles. Les poutres

IFB (Integrated Floor Beam) sont confectionnées ainsi au laminage alors que sur

les poutres SFB (Slim Floor Beam) consistent en une tôle soudée sous une semelle

qui en élargit la cote.

HEA, HEB, HEM : les poutres et poutrelles à profil en H (ailes plus larges et âme

moins haute que sur les poutres en I) répondent également à des appellations

différentes en fonction de la hauteur de l'âme et de la largeur des semelles ou ailes.

95

6-1-2-4 Poutres ajourées

Dans de nombreux bâtiments, l’ossature et les réseaux et équipements techniques situés sous

les planchers sont intégrés, c'est à dire qu'ils occupent le même espace, de façon à réduire la

hauteur entre étages. Dans de telles constructions intégrées, l'âme des poutres en retombée

comporte souvent des ouvertures de types et de dimensions différents. Ces ouvertures peuvent

être circulaires et disposées à intervalles réguliers dans le cas des poutres cellulaires, ou

rectangulaires et isolées dans le cas des poutres laminées ou reconstituées par soudage. En

fonction de la forme de l’ouverture, on distingue :

Poutre ajourées à ouverture carrée ou rectangulaire.

Poutre ajourées à ouverture circulaire.

Fig 6.10 : Poutre ajourées à ouverture carrée ou rectangulaire

Fig 6.11 : Poutre ajourées à ouverture circulaire

Fig 6.9 : Poutre à âmes pleines.

96

6-1-2-5 Poutres mixtes acier-béton

6-1-2-5-1 Généralités

L’association de l’acier et du béton est la combinaison de matériaux de construction la plus

fréquemment rencontrée tant dans les bâtiments que dans les ponts [SET 05, 07]. Bien que de

nature franchement différente, ces deux matériaux sont complémentaires:

Le béton résiste en compression et l’acier en traction.

Les éléments métalliques sont relativement élancés et sujets au voilement, le béton

peut empêcher le voilement.

Le béton assure à l’acier une protection contre la corrosion et une isolation

thermique aux températures élevées.

L’acier permet de rendre la structure ductile.

6-1-2-5-2 Définition

On appelle section mixte la section transversale d’un élément porteur composé de deux ou

plusieurs matériaux liés entre eux et résistant ensemble aux efforts qui les sollicitent, il ne s’agit

donc pas d’une simple juxtaposition d’éléments porteurs indépendants. Dans le langage technique

usuel, ce terme est plus directement attaché à la construction acier-béton. D’où, dans la pratique

courante de la construction métallique, on peut distinguer trois types principaux d’éléments

mixtes:

Les poutres mixtes.

Les planchers mixtes et,

Les poteaux mixtes.

Fig 6.12 : Poutre ajourée

97

6-1-2-5-3 Avantages des poutres mixtes acier-béton

L’association de la dalle en béton et du profilé en acier dans les poutres mixtes présente

plusieurs avantages. La dalle en béton, outre son rôle de surface porteuse, permet la reprise des

efforts de compression ainsi qu’une protection complémentaire de l’acier contre la corrosion et

l’incendie. La collaboration de la dalle peut aussi se traduire par une réduction de poids de la

structure métallique, une assurance du contreventement au niveau supérieur vis-à-vis des efforts

de vent et une amélioration de la stabilité au déversement. A son tour, le profilé métallique

remplace les armatures et conserve leur rôle en travaillant essentiellement en traction.

6-1-2-5-4 Raisons d’utiliser des structures mixtesTout dimensionnement doit non seulement prendre en compte l’optimisation de la résistance

aux charges, de la raideur et de la ductilité mais, également les aspects suivants :

Aspects architecturaux

Aspects économiques

Fonctionnalité

Equipements et utilisation flexible du bâtiment

6-2 Planchers

6-2-1 Introduction

Le plancher est une aire plane horizontale séparant deux niveaux d’une construction et est

capable de supporter des charges (plancher sur vide sanitaire, planchers intermédiaires, plancher

de toiture terrasse) (Fig 6.14). Les planchers sont des éléments porteurs. Les dallages sur terre-

plein peuvent être assimilés à des planchers.

Fig 6.13 : Poutre mixte acier-béton

98

6-2-2 Composantes de plancher

Un plancher se compose de :

6-2-2-1 Partie portante

Est constituée par des poutres en B.A. ou en béton précontraint, des poutrelles métalliques, des

solives en bois, des dalles en béton armé pleines ou nervurées.

La partie portante doit résister aux charges transmises par le poids propre (de l’élément

porteur lui-même, du revêtement et du plafond) ; les surcharges d’exploitation qui sont fonction

de l’utilisation qu’on va faire du bâtiment ; le poids des diverses cloisons de séparation (dans le

cas de bâtiment à usage d’habitation, on assimilera leur effet à celui d’une charge supplémentaire

d’environ 75kg /m²).

6-2-2-2 Revêtement

Repose sur la partie portante : ce peut être du carrelage, parqué en bois, dallages divers,

revêtements synthétiques. Il doit être adapté au type de la construction, il doit garantir

essentiellement une isolation acoustique et thermique satisfaisante, tout en présentant un aspect

esthétique.

6-2-2-3 Plafond

Est réalisé sous l’ent porteur, c’est un enduit de plâtre, ce peut être des plâtres préfabriqués en

matériaux de tous genres. Il contribue à l’amélioration de l’isolation qui peut être obtenue tout en

obéissant à l’esthétique.

Fig 6.14: Différents types de planchers

99

6-2-3 Fonctions des planchers

Les planchers doivent répondre aux critères suivants :

Résistance et stabilité (porteuses)

Etanchéité et protection (à l’air au feu aux effractions)

Isolation thermique et acoustique

Aspect décoratif en sous face

Fonctions techniques

Facilité de mise en œuvre

Liaisons avec les porteurs verticaux

Passage de gaines (eau, chauffage, électricité, ...)

6-2-4 Types de planchers

6-2-4-1 Planchers à corps creux

Les planchers à corps creux sont composés de3 éléments principaux :

les corps creux ou "entrevous" qui servent de coffrage perdu (ressemblent à des

parpaings),

les poutrelles en béton armé ou précontraint qui assurent la tenue de l'ensemble et

reprennent les efforts de traction grâce à leurs armatures,

une dalle de compression armée ou "hourdis" coulée sur les entrevous qui reprend

les efforts de compression. Le plancher est entouré par un chaînage horizontal.

Fig 6.15 : Réseau porteur horizontal constitué de poutre, poutrelles et chevêtres.

100

Fig 6.16 : Eléments principaux d’un plancher à corps creux.

Fig 6.17 : Différents types de poutrelles

Fig 6.18 : Schémas des entrevous en béton et des entrevous en polystyrène

101

Le hourdis est l'âme de ce type de plancher. Il a généralement une épaisseur supérieure à 4 cm.

Cette dalle de compression qui est coulée en place sur les entrevous et les poutrelles doit être

correctement armée.

Fig 6.19 : Partie résistante du plancher

Fig 6.20 : Eléments du plancher à corps creux

Fig 6.21 : Mise en œuvre des planchers avec poutrelles préfabriquées

102

6-2-4-2 Dalles pleines en béton armé

L’épaisseur à donner aux dalles résulte des conditions :

de résistance à la flexion

1/30 à 1/35 de la portée pour une dalle

travaillant suivant un seul sens ;

1/40 à 1/50 pour une dalle travaillant suivant

deux sens

Avantages

Mise en œuvre facile, pas de coffrage,

Ne nécessite pas de gros engin de

levage,

Isolation thermique améliorée,

Le plancher est relativement léger,

Idéal pour la confection des vides

sanitaires.

Inconvénients

Grande épaisseur de plancher,

Sous face à enduire,

Portée limitée à 6 ou 7 mètres,

Pas de souplesse de forme et de taille.

« Mauvaise » isolation acoustique,

Nécessite beaucoup de manutentions

Fig 6.22 : Mise en œuvre des planchers avec poutrelles préfabriquées.

Fig 6.23 : Dalle unidirectionnelle

103

de l’isolation acoustiqueL’épaisseur ≥ 16 cm de rigidité ou limitation de la flèche ≤ 1/500 ; de sécurité vis à vis de

l’incendie. On adopte une épaisseur de :

7 cm pour 1 heure de coupe-feu, et

11 cm pour 2 heures de coupe-feu.

6-2-4-2-1 Dalles coulées en place

6-2-4-2-2 Dalles champignons

C’est des dalles pleines reposant sur des points d’appuis isolés constitués par des poteaux et

comme les poteaux ont la tête évasée, on les appelle dalle champignon. Ce type de dalle est

adopté.

Avantages

Pas de contrainte liée à la

préfabrication,

Dalle de taille et de forme

quelconque,

ne nécessite pas forcément un gros

matériel de levage,

bonne isolation aux bruits aériens,

bonne résistance au feu.

Inconvénients

nécessite l'immobilisation de

nombreux coffrages,

mise en œuvre longue,

mauvaise résistance aux bruits

d'impacts.

Fig 6.24 : Disposition des armatures dans les dalles

104

6-2-4-3 Planchers à prédalles

La partie inférieure du plancher est préfabriquée en usine ou sur chantier. Cet élément

s'appelle une prédalle (Figure 6.28). Il fait entièrement partie du plancher et il renferme toute ou

partie des armatures de la zone courante.

Le stockage s’effectuera sur surface horizontale et les prédalles seront posées sur des chevrons

alignés sur une même verticale en respectant les porte-à-faux préconisés par le fabricant.

Fig 6.25 : Dalle champignon

Fig 6.27 : Plancher prédalle.

105

Avantages

Utilise des éléments préfabriqués

sur place ou en usine de formes

diverses.

Pas de coffrages à placer en

hauteur,

Mise en œuvre rapide et facile,

Inconvénients

Nécessite un gros matériel (grue,

palonnier),

Traitement des joints nécessaire,

Portée relativement limitée

Fig 6.28 : Mise en œuvre – Manutention.

Fig 6.29 : Mise en œuvre des prédalles.

106

6-2-4-4 Planchers métalliques

6-2-4-4-1 Planchers en tôle pliée ou ondulée

Ce sont des planchers développés pour les constructions industrielles et les constructions de

bureaux.

6-2-4-5 Planchers à corps creux et poutrelles en acier

Ce sont des planchers appropriés pour les constructions d’habitation et de commerce. Les

hourdis peuvent prendre différentes formes et être fabriqués en différents matériaux.

6-2-4-6 Planchers collaborant

Ce plancher est surtout utilisé pour les constructions métalliques. Une tôle bac en acier est

placée dans la zone tendue du plancher et collabore avec le béton par l’intermédiaire de

connecteurs (plots) pour reprendre les efforts de traction.

Fig 6.30 : Plancher métallique en tôle pliée ou ondulée.

Fig 6.31 : Plancher métallique à corps creux et poutrelles en acier.

107

.

6-2-4-7 Dallages

Un dallage constitue une plate-forme

rigide ou un plancher bas au niveau du

rez-de-chaussée ; il utilise le sol comme

assise. Son rôle principal est d’isoler la

construction de l’humidité provenant

du sol et de limiter les déperditions

thermiques.

6-2-4-8 Planchers alvéolés

Les planchers alvéolés se composent

d’éléments creux préfabriqués en usine. Ils se

manipulent au palonnier.

Fig 6.32 : Plancher collaborant.

Fig 6.33 : Composants d’un dallage sur terre-plein.

Fig 6.34 : Plancher alvéolé

108

6-4-3 Revêtements

Le revêtement doit garantir essentiellement l’isolation thermique et acoustique tout en

présentant un aspect esthétique, mais le choix du revêtement dépend des qualités qu’on exige de

lui et qui peuvent être très variées, par exemple, dans l’industrie, il doit supporter des attaques

mécaniques et chimiques, on peut donc demander à un revêtement d’être antidérapant, de résister

à l’humidité et aux frottements, d’avoir une bonne tenue au gel, à la chaleur, aux variations de

température, une bonne tenue de la couleur à la lumière, être non putrescible, bactéricide (ex :

pour les hôpitaux). Toutes ces exigences nécessitent souvent la disposition de plusieurs couches

dans le revêtement, et chacune assure une fonction définie.

Couche de séparation : pour éviter les retraits, les vapeurs d’eau, les cloques, etc. Pour

cela on utilise du papier huilé, feuilles en matières plastiques (polyane), carton

bitumineux, etc.

Couches d’isolation thermiques et phonique : on utilise des matériaux présentant une

bonne élasticité à la pression (ex : plaque de liège compressée, carton feutre, déchets

végétaux divers)

Couches d’étanchéité : elles servent à protéger la partie portante de l’humidité, leur

emplacement dépend du sens d’arrivée de l’humidité. On utilise pour cela des feuilles

métalliques collées, du mastic bitumineux, une chape ou du béton hydrofuge.

Forme de pente : elle est nécessaire dans le cas de chutes abondantes de liquide (cas de

toiture terrasse, de laiteries, etc.).

Le coffrage « étaiement » est une phase plus importante dans la réalisation d’une dalle

pleine.

Avantages

Préfabrication en usine,

Portée atteignant 16 à 20 m sans aciers

complémentaires et sans hourdis

Généralement, pas d’étaiement,

Cadence de pose élevée,

Peu ou pas d’armatures complémentaires.

Inconvénients

Coût élevé,

Problèmes de fixations ultérieures,

Joints très nombreux,

Levage de forte puissance,

Trame plus ou moins imposée.

109

Chapitre VII

DESCENTE DE CHARGES

7-1 Définition

La descente de charges est le principe de distribution et de transfert des charges dans une

structure, dont l’objectif étant de connaitre la répartition et les cheminements de ces charges sur

l’ensemble des éléments porteurs de la structure, cela nous permets de les dimensionner. Pour

quantifier les charges, les ingénieurs civils doivent analyser la fonction de l’ouvrage et

l’utilisation qui en sera faite. En plus, il appartient à l'ingénieur civil d’appliquer des facteurs

appelés facteurs de sécurité sont appliqués aux charges calculées afin de respecter les

règlements contenus dans les codes et permettent d'atteindre un certain niveau de fiabilité chez la

structure.

Poutres principales et Poutres secondaires

Poteaux et éléments de contreventement

Chargement sur les planchers

Fondations

Sol

110

7-2 Actions

Une action peut se définir comme un ensemble de forces ou de couples appliqués à la structure

ou bien comme une déformation imposée à la structure (dilatation thermique par exemple). Une

action est définie par sa valeur caractéristique qui tient compte de la dispersion de cette action et

de la probabilité que celle-ci soit plus ou moins éloignée de la valeur prévue.

7-2-1 Classement des actions

On peut classer les actions selon :

7-2-1-1 leur variation dans le temps

On distingue de ce point de vue les actions permanentes, notées G, dont la variation dans le

temps est négligeable (poids propre des structures, des terres, . . . ), variables, notées Q, dont

l’intensité varie fréquemment et de façon importante dans le temps (exploitation, neige, vent, . . .

), accidentelles, notées Fa, dont la durée est très courte par rapport à la durée de vie de l’ouvrage

et la probabilité d’occurrence avec une grandeur significative est très faible (séisme, choc,

explosion, . . . ).

7-2-1-2 leur variabilité dans l’espaceOn distingue selon ce critère :

Les actions fixes qui ne peuvent varier indépendamment d’un endroit à l’autre où elles

s’exercent (le poids propre d’une poutre s’applique simultanément sur toute sa longueur).

Les actions libres qui ont une distribution spatiale quelconque (c’est le cas des charges

d’exploitation, certaines pièces pouvant être vides alors que les autres sont plus ou moins

remplies).

7-2-1-3 la réponse de la structure

On distingue de ce point de vue :

les actions statiques qui n’entraînent pas de vibration de l’ouvrage,

les actions dynamiques qui induisent une accélération significative de la structure mettant

en jeu des forces d’inertie (séisme, vent, . . . ).

Remarques

1- La descente des charges est importante dès le stade de la conception car elle permettra de

dimensionner sommairement les éléments de la structure.

111

2- Les charges sont évaluées à partir de spécifications et de standards publiés par des

organismes de normalisation.

3- le cheminement des efforts s’effectue du niveau le plus haut (Toiture) vers le niveau le plus

bas (fondation).

7-3 Etapes à suivre pour calculer la descente des charges

Pour effectuer une descente des charges, les démarches suivantes sont à suivre :

réaliser un schéma détaillé de la structure niveau par niveau,

fixer les caractéristiques (épaisseurs et dimensions) et la nature des éléments de la

structure (masses volumiques et masse surfaciques des matériaux utilisés).

définition du type d’utilisation de l’ouvrage (bâtiments d’habitation, hôpitaux,

administrations,…).

7-4 Notions de charges et surcharges dans le bâtiment

Toutes les actions peuvent être classées en actions permanentes d'intensité constante ou très

peu variables, et en actions variables dont l'intensité varie fréquemment et de façon importante

dans le temps.

7-4-1 Actions permanentes notées Gk

La valeur moyenne du poids propre des structures est souvent connue avec une bonne

précision. C’est pourquoi on se contente de représenter les actions correspondantes par une valeur

nominale unique calculée à partir des plans et des poids volumiques moyens des matériaux. La

valeur caractéristique Gk correspond donc à la valeur moyenne, encore appelée valeur probable.

Nous citerons :

Poids propre de la structure et éléments de l’ouvrage.

Poids des autres éléments de la construction.

Poussées des terres, pression des liquides.

Actions dues aux déformations différées : raccourcissement par retrait du béton.

Ci-après :

- Le poids volumique de quelques matériaux de construction

112

Matériaux Poids volumique [kN/m3]

Bétons légers

Béton de poids normal

Mortier de ciment

Mortier de chaux

Mortier de plâtre

Acier

Aluminium

Bois

9-20

25

19-23

12-18

12-18

78.50

27

3:5-10:8

Tableau n° 01 Le poids volumique de quelques matériaux de construction

- Le poids volumique et angle de talus naturel de différents matériaux en dépôt.

Matériaux Poids volumique [kN/m3] Angle de talus naturel ϕ [°]

Livres et documents

Vêtement et chiffons

Granulats

Gravier et sable

Ciment en vrac

Verre en feuilles

Eau douce

Orge

Avoine

Blé en vrac

Farine broyée

Pommes de terre en vrac

6-8.5

11

20-30

15-20

16

25

10

7

5

7.5

7

7.6

-

-

30

35

28

-

-

30

30

-

45

35

Tableau n° 02 Le poids volumique et angle de talus naturel de différents matériaux en dépôt

113

- Poids volumique de différents matériaux liquides en dépôt.

Matériaux Poids volumique [kN/m3]

Lait

butane

Propane

Mercure

10

5.7

5.0

133

Tableau n° 03 Poids volumique de différents matériaux liquides en dépôt

7-4-2 Actions variables notées Qk

Une action variable Q est définie :

soit par sa valeur caractéristique Qk, si cette valeur a été établie sur des bases statistiques.

Pour la plupart des actions, la valeur caractéristique est définie par une probabilité de

dépassement de 0:02 par an, ce qui correspond à une période de retour de 50 ans.

soit par sa valeur nominale (notée aussi Qk), si cette valeur n’est pas établie sur des bases

statistiques. Dans ce cas, il convient de donner une valeur nettement supérieure à la valeur

moyenne de l’action sur la vie de l’ouvrage.

Dans le bâtiment, les charges variables ou surcharges sont les charges mécaniques statiques ou

dynamiques générées par le climat et les activités humaines liées à l'occupation d'un bâtiment,

Charges d'exploitation.

Charges climatiques (neige et vent)

Charges accidentelles (séisme, incendie)

Action de la température due aux variations d'ambiance au cours de la journée.

Actions appliquées en cours de construction qui proviennent des équipements de chantier.

En plus de la valeur caractéristique, on distingue trois autres valeurs représentatives

correspondant à trois niveaux d’intensité de ces actions. Ces valeurs représentatives sont :

la valeur de combinaison, notée 0Qk, qui doit être utilisée lorsqu’on envisage

l’occurrence de deux actions variables simultanément, sachant que la probabilité de voir

ces deux actions atteindre des valeurs proches de leurs valeurs caractéristiques est très

faible.

114

la valeur fréquente, notée 1Qk avec 1 < 1, qui représente une intensité de l’action qui

peut être régulièrement dépassée (d’après l’Eurocode 1, jusqu’à 300 fois par an pour des

bâtiments ordinaires et jusqu’à 5% du temps total).

la valeur quasi-permanente, notée 2Qk avec 2 < 1 < 1, désigne une intensité très

souvent atteinte, proche de la valeur moyenne dans le temps.

En fonction de la catégorie de surface, le tableau suivant donne les valeurs de ces trois

coefficients.

Tableau n° 04 les valeurs des trois coefficient

7-4-3 Catégories de surfaces

On distingue, en fonction de leur usage spécifique, les différentes catégories de surfaces

suivantes:

A Activités domestiques et résidentielles (Pièces des bâtiments résidentiels et des maisons

; chambres et salles des hôpitaux ; chambres d’hôtels et de foyers ; cuisines et sanitaires)

B Bureaux

115

C Lieux de rassemblement de personnes (à l’exception des surfaces des catégories A, B,

D et E), avec les sous-catégories suivantes :

C1 Locaux avec tables (écoles, cafés, restaurants, salles de banquets, salles de lecture,

salles de réception,. . . )

C2 Locaux avec sièges fixés (églises, théâtres, cinémas, salle de conférences, salle

d’attente,. . . )

C3 Locaux sans obstacle à la circulation des gens (salle de musée, salles d’exposition, . . .

ou locaux d’accès des bâtiments publics, administratifs et hôtels, . . . )

C4 Locaux permettant des activités physiques (dancing, salles de gymnastique, scènes,. .)

C5 Locaux susceptibles d’être surpeuplés (salles de concert, salle de sport y compris les

tribunes, terrasses et aires d’accès, . . . )

D Commerces

D1 Commerces de détails courants

D2 Grands magasins

E Aires de Stockage et locaux industriels

E1 Surfaces susceptibles de recevoir une accumulation de marchandises, y compris les

aires d’accès (Entrepôts, bibliothèques).

E2 Usage industriel

F Aires de circulation et de stationnement pour véhicules légers (30 kN, garages, parcs de

stationnement)

G Aires de circulation ou de stationnement de véhicules dont le poids est supérieurs à 30

kN mais inférieurs à 160 kN

H Toitures inaccessibles sauf pour l’entretien normal

I Toitures accessibles des bâtiments des catégories A à D

K Toitures accessibles à fonctions spéciales (atterrissage hélicoptère, . . . )

7-4-4 Valeurs des actions

Pour chacune de ces catégories de surface, on prendra la valeur des actions données dans le

tableau suivant.

116

Aires chargées qk [kN/m2] Qk [kN]

A - cas général

A - escaliers

A - balcons

B

C1

C2

C3

C4

C5

D1

D2

E1

E2

F

G

H

I

K

1.5

2.5

3.5

2.5

2.5

4.0

4.0

5.0

5.0

5.0

5.0

7.5

voir note

2.3

5.0

1.0

voir note

voir note

2.0

2.0

2.0

4.0

3.0

4.0

4.0

7.0

4.5

5.0

7.0

7.0

-

15

90

1.5

-

-

Tableau n° 05 tableau des valeurs des actions

7-5 Actions accidentelles

Les actions accidentelles sont définies par une seule valeur, par rapport à leur valeur réelle

(Par exemple, pour un séisme, on se basera sur des séismes ayant déjà eu lieu pour estimer les

actions à prendre en compte).

117

7-6 Valeurs de calcul des actions

La valeur de calcul d’une action Fd est sa valeur représentative multipliée par un coefficient de

sécurité partiel F.

7-7 Combinaisons d’actionsUne combinaison d’actions est, généralement, la somme :

des N actions permanentes Gkj introduites avec une valeur moyenne (ou probable),

d’une action de précontrainte Pk introduite à sa valeur caractéristique,

d’une action variable de base (ou dominante) à sa valeur caractéristique Qk1,

des (M - 1) autres actions variables d’accompagnement à leurs valeurs de combinaison

0Qki, fréquentes 1Qki ou quasi-permanentes 2Qki.

Remarques

1- On ne combine que des actions compatibles (une charge d’entretien pour la réparation

d’une toiture terrasse ne se combine pas avec une charge de neige, ou la charge de vent ne se

combine pas avec la neige).

2- Pour un élément donné d’une construction, on ne considère ensuite que la combinaison la

plus défavorable pour chaque type de sollicitation (effort normal, effort tranchant, moment

fléchissant, . . . ).

7-8 Loi de dégression des charges d’exploitationLes règles de BAEL91 nous recommandent une dégression de charges d’exploitation et ceci

pour tenir compte de la non simultanéité du chargement sur tous les planchers (surcharges

différentes). Soit : Q0, la charge d’exploitation sur la terrasse couvrant le bâtiment. Q1 , Q2

,Q3…….Qn, les charges d’exploitation respectives des planchers des étages 1,2,3,…….n,

numérotés à partir du sommet du bâtiment. On adopte pour le calcul les points d’appui les

charges d’exploitation suivantes :

118

7-9 Prédimensionnement rapide des poteaux en béton armé ou en acier

Dès le stade de la conception, pour que le projet d’architecture soit représentatif de la réalité

future du bâtiment, il est important de pouvoir donner des dimensions réalistes aux planchers,

dalles, poutres et colonnes des ossatures des bâtiments étudiés. Le dimensionnement des

structures est un processus complexe, il dépend d’un très grand nombre de paramètres. Le

dimensionnement des poteaux doit prendre en compte les trois critères suivants :

7-9-1 Critère de résistance

Le poteau est considéré soumis à une charge normale de compression. D’où, le critère de

résistance à satisfaire est celui de la résistance à la compression. On suivra donc la procédure

suivante :

1- Détermination, pour chaque niveau du bâtiment, de l’effort pondéré P à reprendre par le

poteau.

P = charge surfacique du plancher (descente des charges) x surface afférente du poteau

7-9-2 Calcul de la surface afférente du poteau

Le schéma ci-contre montre la surface afférente pour chaque type de poteau à savoir : poteau

d’angle, poteau de rive et poteau central. Cette surface s’obtiendra en appliquant la formule

suivante :

119

11

2 2yi yixi xi

al ll l

S

3- nous additionnions les efforts concentrés

P pour chaque niveau du bâtiment.

4- Choix de la résistance limite (pour le

béton, fc28 et fy pour la charpente métallique)

5- Déduction de la section transversale du

poteau comme suit :

7-9-3 Poteau en béton armé

28c

NA

f

7-9-4 Poteau en acier

y

NA

f

7-9-5 Critère de l’instabilité – flambement-

Les colonnes risquent de « flamber ». Le risque de flambement est très souvent

dimensionnant. Ce risque est lié :

120

à la longueur de flambement (l0). Cette longueur est la longueur de la colonne réduite ou

augmentée en fonction des conditions de liaison à ses extrémités

aux caractéristiques géométriques de la section exprimées par le rayon de giration (i). Le

rayon de giration exprime l’éloignement de la matière par rapport au centre de gravité de

la section.

Le rapport longueur de flambement / rayon de giration est l’élancement structural de la

colonne (λ). Le risque de flambement est d’autant plus important que l’élancement est grand.

7-9-6 Critère parasismique

7-9-6-1 Poteaux en béton armé

Les poteaux doivent être coulés sur toute leur hauteur (he) en une seule fois. Et les dès de

calage sont interdits.

Les dimensions de la section transversale des poteaux doivent satisfaire les conditions

suivantes.

Min (b1,h1) ≥25cm en zones I et IIa

Min ( b1,h1) ≥30 cm en zone IIb et III

Min (b1,h1) ≥he/20

1/4 < b1/h1 < 4

Pour les poteaux circulaires, le diamètre D devra satisfaire les conditions ci-dessous:

D ≥ 25cm en zone I

D ≥ 30cm en zone IIa

D ≥ 35cm en zone IIb et III

121

D ≥ he/15

Pour leur conférer une meilleure résistance aux sollicitations sismiques, il est recommandé de

donner aux poteaux d’angles et de rives, des sections comparables à celles des poteaux centraux.

7-9-6-2 Voiles

Les voiles sont des éléments en béton armé (préfabriqué) ou coulés sur place et ils sont

destinés à assurer la stabilité de l’ouvrage sous l’effet des actions horizontales et à reprendre une

partie des charges verticales.

Le R.P.A 99 (version 2003) considère comme voiles de contreventement les voiles satisfaisant

les conditions suivantes :

L ≥ 4a

a ≥ he /20

L : longueur du voile

a : épaisseur des voiles (a min =15 cm)

he : hauteur libre d’étage.

L'épaisseur minimale est de 15 cm. De plus, l'épaisseur doit être déterminée en fonction de la

hauteur libre d'étage he et des conditions de rigidité aux extrémités.

122

123

Chapitre VIII

CIRCULATION VERTICALE

8-1 Définition

L’escalier est un élément d’ouvrage permettant de passer à pieds d’un étage de

bâtiment a un autre. Il est composé d’une succession régulière de plan horizontaux

consistant en des marches et des paliers.

8-2 Les fonctions

L’escalier ne répond qu’a deux fonctions :

8-2-1 Fonction d’usage

Être confortable à l’usage, Permettre le passage de mobilier,

Assurer la sécurité contre la chute des personnes,

Permettre l’évacuation en cas d’incendie.

124

8-2-2 Fonction esthétique :

Dans un hall, l’escalier est plus souvent une réalisation de prestige.

Dans une maison individuelle, l’escalier est souvent considéré comme le premiermeuble de la maison.

8-3 Terminologies

Marche: la partie horizontale qui reçoit le pied, elle doit avoir une largeur de 30cmcorrespondant à un pied normal.

Contremarche : c’est la partie verticale prenant place entre deux marches. Emmarchement : largeur praticable de l’escalier qui correspond en générale à la

grande dimension de la marche

125

Figure 8.1 : Constituants d'un escalier.

Palier : plan horizontal plus large que les marches courantes. Si le palier est au même niveau

qu’un étage courant de bâtiment, on parle de palier d’arrivée ou palier départ. Si

non, il s’agit d’un palier intermédiaire ou palier de repos.

Volée : ensemble de marches successives, compris entre deux paliers .Une volée ne doit pas

comporter plus de 20 à 22 marches et moins de 3marches.

Jour : c’est L'espace vide entre deux volées.

Echappée : désigne la hauteur libre la plus faible calculée entre le dessus des marches et la

sous-face de plancher supérieure.

Trémie d’escalier : ouverture ménagée dans le plancher pour permettre le passage de

l’escalier.

Dénivelée : hauteur de franchissement de l’escalier. Dans un bâtiment, c’est la hauteur

comptée de plancher.

Reculement : c’est la projection verticale de la longueur de l’escalier.

Echappée : désigne la hauteur libre la plus faible calculée entre le dessus des marches et la

sous-face de plancher supérieure.

Trémie d’escalier : ouverture ménagée dans le plancher pour permettre le passage de

l’escalier.

Dénivelée : hauteur de franchissement de l’escalier. Dans un bâtiment, c’est la hauteur

comptée de plancher.

126

Reculement : c’est la projection verticale de la longueur de l’escalier.

Crémaillère : poutre inclinée supportant les marches et présentant les redans permettant de

poser les marches

Garde –corps : élément plan vertical ou sensiblement vertical, destiné a empêcher la chute des

personnes d’un endroit élevé de plus de 1 mètre

Main courante : élément de type bar, mis en partie supérieure d’ un garde-corps d’ escalier

,permettant d’ y poser la main pour se guider

Poutre palier : poutre destinée a supporter le palier.

Poutre d’étage : poutre disposée au niveau d’ un plancher et destinée à supporter une partie de

celui –ci.

Paillasse : c’est la partie en pente supportant les marches d’une volée.

127

8-4 Les types des escaliers

8-4-1 Selon la forme

Dans la pratique il y a plusieurs formes d’escalier, ils peuvent être adoptés en fonction

de l’espace disponible, des positions et dimensions des trémies et des choix

architecturaux.

128

a- Escalier a volée droit

Escalier droit : il est constitué d’une volée droite

b- Escalier a volées droites avec palier intermédiaires

Constitué de plusieurs volées droites, il comporte dans son parcours un ou plusieurs palier

intermédiaires.

c- Escaliers balancés

Escalier a changement de direction sans palier intermédiaire, les changements des directions

sont assurés par des marches dites balancée.

129

d- hélicoïdal

C’est un escalier tournant dans les marches rayonnent autour d’un pilier central, le plus

souvent de forme cylindrique. Appelé escalier en colimaçon ou escalier en spirale

8-4-2 Selon les matériaux

a- Escalier en béton armé :

Les matériaux les plus couramment utilisé et le béton armé et cela parce qu'il présente une

grande résistante. Ils sont caractérisés par leur forme ; leur constitution et surtout par leur aspect

fini.

b- Escalier métallique :Utilisé pour un usage industriel ; les marche métalliques sont en tôle d’acier ;en inox ou même

en aluminium coulé

130

c- Escalier en bois :Ce sont des escaliers dont les marches et les limons sont réalisé en bois.

d- Escalier en verre :Les marches en verres doivent être constituées par des composantes verrières porteuses de

même épaisseur et de même nature. Elles ne doivent comporter ni trous ni encoches.

8-5 La mise en œuvre d'un escalierIl y deux façons de construire des escaliers :

escalier préfabriqué en béton

131

escalier coulée sur place.

8-5-1 Escalier préfabriqué en béton

Ils se mettent en œuvre suivant transport Manipulation Pose assemblage finition.

8-5-2 Réalisation escalier coulée sur place

1- Le tracée : le traçage des marches et des contremarches sur le mur ou sur coffrage

2- le coffrage : par planche longitudinales ou transversales à l’aide de contre –plaqué.

avec limons inférieurs porteurs.

3-armatures : les aciers porteurs longitudinaux généralement.

rt

Figure 68 :Armature d’escalier droit

132

Figure 69 : Coffrage d’escalier colimaçon

Figure 70 ; Armature d’escalier colimaçon

8-6 Dimension des emmarchements :

L’emmarchement est en fonction de la destination de l’escalier et de du nombre d’utilisateurs.

On compte 60-65 cm par personne, ainsi on admet les valeurs suivantes:

133

70-90 cm pour les escaliers de service 100 cm pour l’escalier de cave

90-120 cm pour escaliers de bâtiment d’habitations 120-200 cm pour escaliers de bâtiments publics

8-7 Longueur du palier intermédiaire :

Le calcul de la longueur d’un palier intermédiaire est également basé sur le pas d’un homme

moyen . On applique la formule suivante :

La longueur = 1 giron +1 ou plusieurs pasL=G +n.63

8-9 Conclusion

Les escaliers constituent l’outil essentiel en matière de réalisation d’ouvrage en béton ou autre.

Il a beaucoup évolué ces dernières années pour mieux s’adapter a nos besoins.

134

BIBLIOGRAPAHIQUES

[1] PUTATI, J. « Technologie de la construction des bâtiments » éd. EYROLLES.

[2] Traité de génie civil (vol : 7-8-10-11-18-19-20) Presses polytechniques et universitaires

Romandes EPFL.Lausanne.

[3] Renaud, H. Letrertre, F. « Ouvrages en béton armé » éd. FOUCHER –France)

[4] Afitep « Dictionnaire de management de projet » éd. AFNOR, Paris, 2004.

[5] André, C « La gestion financière des chantiers » éd. Le moniteur, Paris, 1996.

[6] Bernard, V. Henri, R « Chantier de bâtiment, préparation et suivi » éd. Nathan Technique,

Paris 1995.

[7] Francis, N « Le planning du coordinateur de travaux » éd. EYROLLES, Paris 1978.

[8] Armand, J. Rafestin, Y « Conduire son chantier » éd. Le moniteur, Paris, 1999.

[9] Le Bissonnais, J « Management de Projet de A à Z » éd. AFNOR, Paris, 2003.

[10] Louis Muller, J « Guide du management et du leadership » éd. RETZ, Paris, 2008.

[11] Jurennov « Cours de résistance des matériaux de l'institut d'architecture d'urbanisme et de

construction, Université de constantine »,1978.

[12] Ladouani, A « Planification de la production à la chaîne dans le btp ». La revue La Cible,

N°105 août 2005. éd. AFITEP France. p 35-40.

[13] Square, N. P « Project Management Institute: Guide du corpus des connaissances en

management de projet ». Editeur, PMI Publication, quatrième édition, 2008.

[14] Balazard, Y « Préparation d’un chantier de travaux public » éd. EYROLLES, Paris 1976.

[15] Timoshenko, S.P. « Résistance des matériaux- tome 1» (DUNOD), Paris 1968.

[16] Timoshenko, S.P. « Résistance des matériaux- tome 2 » (DUNOD), Paris 1968.

135

[17] Lacroix, R. Fuentes,A. Thonier, H « Traité de béton armé » éd. 1982.

[18] Walther, R. Miehlbradt, M « Béton armé et béton pécontraint » EPFL-IBAP,1985.

[19] CNERIB « Guide de l'auto constructeur », ENAL, Edition 1994.

[20] Matériaux de construction par une réunion d'ingénieurs, Eyrolles,1979.

[21] Renaud, H. Letertre, F « Ouvrages en béton armé - Gros œuvre » éd. Foucher, 1979.

[22) Renaud, H. Letertre, F « Travaux de maçonnerie et finitions - Gros œuvre » éd. Foucher,

1979.

[23] Gagliardini, O « Principes Généraux du Dimensionnement des Ouvrages, Eurocodes EN

1990 et EN 1991 » UJF-Grenoble I 2011/12.

[24] Travaux de terrassement- IUT de St Pierre Module O1- GC1

[25] Berthaud, M. Duvivier, A « Constructions civiles B3, Séquence 2, calcul des fondations »

Conservatoire National Des arts et métiers.

[25] Davidovici, V. Lambert, S « Fondations et procédés d’amélioration du sol - Guide

d’application de l’Eurocode 8 (parasismique) ». Afnor et Groupe Eyrolles, 2013

[26] Provost, M. Delpire, D « Manuel de pré dimensionnement des éléments de structure des

ossatures en acier, bois et béton armé ». Version 3 – 8 septembre 2013. ULB.

[27] FREDERIC « Cours fondations profondes 2008 ». Lycee Pierre Caraminot 19300

EGLETONS

[28] HENRY. J.B « Cours de Topographie et Topométrie Générale ». Université Louis Pasteur,

strasbourg.

[29] Renaud, H « Constructeur bâtiment – technologie », tome 1.

[30] Kassoul, A « Cours : Ossatures Bâtiment » (2015/2016) –UHB, Chlef

[31] Laboratoire de mécanique des roches, L M R « Description des pieux forés ». Ecole

polytechnique fédérale de Lausanne.