NOM DE FICHIER :

ÉCHELLE

:

DATE :

LOT NUMÉRO INDICENIVEAUPHASEÉMETTEUR TYPE

INSA Strasbourg

Département :

IMMEUBLE SKY 56 LYON PART-DIEU

Etudes d'Exécution

de SKY56

PRO DCE EXE DOE

E X E

24, boulevard de la victoire

67000 Strasbourg

Génie Civil et Topographie

Spécialité : Génie Civil - Option CONSTRUCTION

Tuteur principal entreprise :

Philippe NURY - Cadre dirigeant

Ingénieur ETP-CHEBAP

Tuteur projet entreprise :

Maxime PELLETIER

Ingénieur INSA Lyon

Tuteur INSA Strasbourg :

Jean-Michel HOTTIER

Professeur agrégé de Génie Civil - ENS Cachan

Auteur :

Silvain NUSSBAUMER

Elève ingénieur - 5

e

année INSA Strasbourg

CM E M G C 5 67000

Génie Civil

Projet de Fin d'Etudes

Mémoire de

P L A R P T

33 rue du Jourdil

74960 CRAN-GEVRIER

E-mail : sky56@bureau-plantier.fr

Tél : 04.50.67.63.74

www.plantier.eu

P L A N T I E RB u r e a u d ' é t u d e sbéton armé · bois · métal

Notes

2

Remerciements

Je voudrais remercier M. Maurice PLANTIER, gérant, et M. Philippe NURY, ingénieur cadre dirigeant, de m’avoir donné l’occasion d’effectuer mon projet de fin d’études au sein du Bureau d’Études PLANTIER.

Merci tout particulièrement à M. Maxime PELLETIER, ingénieur du projet SKY 56, pour le temps passé à répondre à mes questions, son aide et ses explications tout au long des missions qui m’ont été confiées.

Merci à M. Etienne ARMAGNAT et M. Alexandre LADEVEZE, pour leur disponibilité, leurs explications et leur sympathie durant mon projet de fin d’études. J’aimerais également remercier l’ensemble des personnes du bureau : ingénieurs, projeteurs et personnel administratif pour leur accueil et leur gentillesse pendant mon temps au sein du bureau d’étude PLANTIER.

Merci à mon tuteur école, M. Jean-Michel HOTTIER, pour son encadrement impliqué et constructif. Je le remercie pour sa disponibilité et ses conseils, autant sur l’aspect technique que pour la rédaction de ce mémoire.

3

SOMMAIRE

Remerciements ...................................................................................................................................... 2

Résumé ................................................................................................................................................... 6

Mots clés ................................................................................................................................................ 6

Abstract .................................................................................................................................................. 6

Keywords ................................................................................................................................................ 6

Table des figures ................................................................................................................................... 7

Table des tableaux ................................................................................................................................ 9

Glossaire .............................................................................................................................................. 10

Introduction .......................................................................................................................................... 11

1. Présentation de l’entreprise et du service ............................................................................... 12

1.1. Le bureau d’études PLANTIER ............................................................................................. 12

1.1.1. Histoire ........................................................................................................................... 12

1.1.2. Activité ........................................................................................................................... 13

1.2. Organisation et moyens humains .......................................................................................... 14

1.2.1. Organisation du bureau ................................................................................................. 14

1.2.2. Fonctionnement du service d’ingénieurs ....................................................................... 14

1.2.3. Environnement du PFE ................................................................................................. 15

2. Présentation du projet ................................................................................................................ 16

2.1. Données générales : SKY 56 ................................................................................................ 16

2.2. Utilisation et services ............................................................................................................. 17

2.3. Principe de structure .............................................................................................................. 18

2.4. Particularités techniques ....................................................................................................... 19

3. Mission du Bureau d’Études PLANTIER .................................................................................. 20

3.1. Cahiers des charges pour le bureau d’études EXE .............................................................. 20

3.2. Engagements du Bureau d’Études ........................................................................................ 21

3.2.1. Respect des méthodes imposées par BBSE ................................................................ 21

3.2.2. Maquette BIM ................................................................................................................ 21

3.2.3. Planning des rendus d’études EXE ............................................................................... 21

3.3. Enjeux des études EXE ......................................................................................................... 22

4. Cadrage détaillé du sujet d’étude ............................................................................................. 23

4.1. Pré requis .............................................................................................................................. 23

4.2. Problématique ........................................................................................................................ 23

4

4.3. Objectifs définis par l’entreprise ............................................................................................ 25

4.4. Objectifs personnels du PFE ................................................................................................. 25

4.5. Planning prévisionnel ............................................................................................................ 25

5. Modélisation du projet aux éléments finis ............................................................................... 27

5.1. Présentation des modèles ..................................................................................................... 27

5.2. Hypothèses du modèle .......................................................................................................... 27

5.2.1. Matériaux et sol ............................................................................................................. 27

5.2.2. Maillage ......................................................................................................................... 28

5.2.3. Chargements ................................................................................................................. 28

5.2.4. Conditions hydrauliques du site ..................................................................................... 30

5.2.5. Combinaisons ................................................................................................................ 31

5.3. Utilisation et mises à jour du modèle ..................................................................................... 32

6. Calculs et ferraillage du radier .................................................................................................. 33

6.1. Calculs et justifications .......................................................................................................... 33

6.1.1. Contexte et enjeux ......................................................................................................... 33

6.1.2. Règlementation en vigueur ............................................................................................ 34

6.1.3. Études et analyse .......................................................................................................... 39

6.2. Principe et méthode du ferraillage ......................................................................................... 47

6.2.1. Principe du ferraillage .................................................................................................... 47

6.2.2. Méthode de ferraillage du radier .................................................................................... 49

6.2.3. Synthèse du ferraillage du radier ................................................................................... 55

7. Élévations des niveaux d’infrastructure................................................................................... 56

7.1. Principe de structure des niveaux de sous-sol ...................................................................... 56

7.2. Règlementation en vigueur et vérification ............................................................................. 56

7.2.1. Voiles ............................................................................................................................. 57

7.2.2. Poteaux .......................................................................................................................... 59

7.2.3. Résistance au feu .......................................................................................................... 59

7.3. Étude et analyse .................................................................................................................... 61

7.3.1. Voiles ............................................................................................................................. 61

7.3.2. Poteaux .......................................................................................................................... 62

7.4. Synthèse du ferraillage des murs et poteaux des niveaux d’infrastructure ........................... 65

8. Autres éléments constructifs .................................................................................................... 66

8.1. Poutres .................................................................................................................................. 66

8.1.1. Réglementation et théorie du calcul .............................................................................. 66

8.1.2. Cas général – Méthode de ferraillage ........................................................................... 71

8.1.3. Cas particulier ................................................................................................................ 73

8.2. Poutres – cloisons ................................................................................................................. 76

8.2.1. Réglementation et théorie du calcul .............................................................................. 76

5

8.2.2. Exemple de ferraillage ................................................................................................... 78

8.3. Dalles ..................................................................................................................................... 83

8.4. Synthèse du ferraillage des poutres, poutres-voiles et dalles ............................................... 85

9. Interaction avec Bouygues Bâtiment Sud-Est ......................................................................... 86

9.1. Exigences et attentes ............................................................................................................ 86

9.2. Demandes et modifications ................................................................................................... 86

10. Conclusion .................................................................................................................................. 88

Bibliographie ........................................................................................................................................ 89

6

Résumé Ce mémoire rend compte de mon Projet de Fin d’Études réalisé au sein du Bureau d’Études PLANTIER. Ma mission a porté sur la réalisation des ÉTUDES D’ÉXÉCUTION de la tour SKY 56. Le Bureau d’Études PLANTIER intervient en tant que sous-traitant de l’entreprise de construction, Bouygues Bâtiment Sud-Est. Le contenu de ce mémoire se limite au radier de fondation et aux quatre niveaux d’infrastructure. Mon rôle a été la conception et réalisation des plans de coffrage et de ferraillage ainsi que la production des notes de justification pour les différents éléments de la structure. Ce mémoire décrit les étapes de cette étude : renseignement de la réglementation en vigueur, analyse de modèles et méthodes de calculs, ferraillage et choix de réalisation.

Mots clés Études d’Exécution – Béton Armé – SKY56 – Immeuble grande hauteur – EUROCODES

Abstract This report presents my final study project at the Structure Design Office PLANTIER. As a mission, I worked on the SKY 56 TOWER’S EXECUTION STUDY. The Structure Design Office PLANTIER takes part in the construction as a subcontractor for the construction company, Bouygues Bâtiment Sud-Est. The report’s content is limited to the apron and the four infrastructure floors. My role was to design and carry out form structure plans, iron framework plans along with justification notes for each structure component. This report describes the steps of this study: regulations in force, model analysis and calculation methods and iron framework construction choices.

Keywords Execution Study – Reinforced Concrete – SKY 56 – Skyscraper – EUROCODES

7

Table des figures Figure 1. Maurice PLANTIER ................................................................................................................ 12 Figure 2. Bâtiment "Structure", siège du bureau PLANTIER ................................................................ 12 Figure 3. Compétences du Bureau d'études PLANTIER ...................................................................... 13 Figure 4. Organisation du bureau d'études PLANTIER ........................................................................ 14 Figure 5. Données générales de SKY 56 .............................................................................................. 16 Figure 6. Image de la tour SKY 56 ........................................................................................................ 16 Figure 7. Emplacement de SKY 56 ....................................................................................................... 17 Figure 8. Image de synthèse de l'aménagement intérieur d'un espace de travail ................................ 17 Figure 9. Certifications environnementales du projet SKY 56 ............................................................... 18 Figure 10. Principe de réalisation de la paroi moulée ........................................................................... 18 Figure 11. Schéma des différents types de dalle des étages courants ................................................ 19 Figure 12. Diagramme des composantes d’une mission d’Études d'Exécution.................................... 24 Figure 13. Planning provisoire des rendus de plans ............................................................................. 26 Figure 14. Niveaux d'eau du projet ........................................................................................................ 31 Figure 15. Modèle complet de la tour .................................................................................................... 32 Figure 16. Extrait de l'Annexe Nationale EC 0 ...................................................................................... 34 Figure 17. Extrait du DTU 14.1 .............................................................................................................. 35 Figure 18. Extrait de la DTU 14.1 .......................................................................................................... 36 Figure 19. Schéma du principe de cristallisation ................................................................................... 37 Figure 20. Cartographies des moments fléchissant dans le radier ....................................................... 41 Figure 21. Principe de vérification du poinçonnement .......................................................................... 42 Figure 22. Principe de vérification des poteaux "longs" ........................................................................ 42 Figure 23. Cartographie des efforts tranchants à l'interface radier - paroi moulée ............................... 44 Figure 24. Principe d'ancrage du radier dans la paroi moulée .............................................................. 45 Figure 25. Extrait d'un tableau de dimensionnement fourni par HILTI .................................................. 46 Figure 26. Différents types de ferraillage .............................................................................................. 48 Figure 27. Cartographie des sections d'aciers requises calée sur un fond de plan .............................. 50 Figure 28. Localisation des exemples de ferraillage ............................................................................. 51 Figure 29. Exemple 1 de ferraillage du radier ....................................................................................... 51 Figure 30. Exemple 2 de ferraillage du radier ....................................................................................... 53 Figure 31. Exemple d'annotation du plan de ferraillage ........................................................................ 54 Figure 32. Ferraillage en tiroir ............................................................................................................... 55 Figure 33. Principe de structure des élévations d'infrastructure ........................................................... 56 Figure 34. Phénomène d'about de voile et identification des voiles d'infrastructure ............................. 57 Figure 35. Exemple de vérification d’un about de voile ......................................................................... 58 Figure 36. Vérification CimFeu - données ............................................................................................. 60 Figure 37. Vérification CimFeu - résultats ............................................................................................. 60 Figure 38. Exemple de détermination de l'effort d'about de voile - 1 .................................................... 61 Figure 39. Exemple de détermination de l'effort d'about de voile - 2 .................................................... 62 Figure 40. Efforts dans les poteaux du niveau R-4 ............................................................................... 63 Figure 41. Identification des poteaux .................................................................................................... 64 Figure 42. Principe du calcul d'une poutre en flexion simple ................................................................ 66 Figure 43. Phénomène de fissuration dû à l'effort tranchant................................................................. 68 Figure 44. Extrait de l'Eurocode 2 - §9.2.1.4. ........................................................................................ 69 Figure 45. Extrait de l'Eurocode 2 - §9.2.1.2. ........................................................................................ 69 Figure 46. Tableau récapitulatif des longueurs d'ancrage et de recouvrement .................................... 70 Figure 47. Extrait de la vérification de la flèche par Arche Poutre ........................................................ 71 Figure 48. Localisation de la poutre Po1 - 19 ........................................................................................ 73 Figure 49. Particularités de Po1 - 19 ..................................................................................................... 74 Figure 50. Élévation de Po1 - 19 ........................................................................................................... 74

8

Figure 51. Sollicitations dans Po1 - 19 .................................................................................................. 74 Figure 52. Principe du ferraillage de Po1 - 19 ....................................................................................... 75 Figure 53. Note ferraillage de Po1 - 19 ................................................................................................. 75 Figure 54. Principe du calcul d'une poutre cloison selon l'EC - 2 ......................................................... 77 Figure 55. Formule de l'effort dans le tirant secondaire selon l'Eurocode 2 §6.5.3. ............................. 77 Figure 56. Feuille de calcul d'une poutre cloison selon l'Eurocode 2 .................................................... 78 Figure 57. Localisation des poutre-cloisons .......................................................................................... 79 Figure 58. Localisation des poutres-cloisons - 2 ................................................................................... 79 Figure 59. Élévation des poutres-cloisons - Vue 1 ................................................................................ 80 Figure 60. Élévation des poutres-cloisons - Vue 2 ................................................................................ 80 Figure 61. Ferraillage de Po2 - R16b .................................................................................................... 81 Figure 62. Ferraillage de Po2 - R16a .................................................................................................... 82 Figure 63. Ferraillage de Po2 - 12 ......................................................................................................... 82 Figure 64. Ferraillage de Po2 - 13 ......................................................................................................... 83 Figure 65. Principe des lumières dans un voile ..................................................................................... 84 Figure 66. Mise en place d'attentes industrielles "Start" ....................................................................... 85

9

Table des tableaux Tableau 1. Dégression verticale ............................................................................................................ 29 Tableau 2. Volumes d'armatures contractuels ...................................................................................... 33 Tableau 3. Contrainte traction maximum de l'acier en fonction du diamètre ........................................ 37 Tableau 4. Vérification de l'ouverture des fissures ................................................................................ 39 Tableau 5. Moments fléchissant maximaux sous les différents niveaux d’eaux ................................... 41 Tableau 6. Tableau de conversion des sections d'armatures pour l'exemple 1 ................................... 52 Tableau 7. Tableau de conversion des sections d'armatures pour l'exemple 2 ................................... 53 Tableau 8. Ferraillage minimal des voiles ............................................................................................. 57 Tableau 9. Vérification des poteaux du R-4 .......................................................................................... 64 Tableau 10. Vérification des poteaux du R-4 ........................................................................................ 65 Tableau 11. Tableau des efforts dans les poutres-voiles ...................................................................... 81

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Glossaire

- PRO : Phase projet : consiste en une phase de conception détaillée du bâtiment par l’architecte, en collaboration avec des bureaux d’études techniques

- EXE : Phase exécution : réalisation technique du projet par la production de plans d’exécution aux échelles appropriées et de notes de calculs,…

- NdC : Note de calcul : document regroupant les calculs nécessaires à la justification du dimensionnement de l’ouvrage, selon les normes en vigueur

- GO : Gros œuvre

- BBSE : Bouygues Bâtiment Sud Est

- BIM : Building Information Modeling

- BREAAM : Certification anglaise du comportement environnemental des bâtiments

- HQE Excellent : Certification française du comportement environnemental des

bâtiments

- RT 2012 : Règlementation Thermique Française datant de 2012

- ESTP : École Spéciale des Travaux Publics, du bâtiment et de l’industrie

- CHEBAP : Centre des Hautes Études de la Construction : Béton Armé et Précontraint

- EUROCODE : Normes européennes de conception, de dimensionnement et de justification des structures de bâtiment et génie civil

- Contreventement : système structurel destiné à assurer la stabilité globale d’un ouvrage vis-à-vis des sollicitations horizontales comme du vent ou un séisme.

- Bâtiment de grande hauteur : bâtiment dont le plancher bas du dernier niveau est situé, par rapport au niveau du sol le plus haut utilisable pour les engins des services publics de secours et de lutte contre l’incendie :

o à plus de 50 mètres pour les immeubles à usage d’habitation, o à plus de 28 mètres pour tous les autres immeubles

- MOA : Maître d’ouvrage : personne physique ou morale pour le compte de laquelle les travaux sont exécutés. Elle est chargée de formaliser l’expression de besoins ainsi que les normes métiers et les dispositions qualité qui devront être appliquées et de contrôler la conformité des livrables remis par la maîtrise d’œuvre dans le respect du cahier des charges.

- MOE : Maître d’œuvre : personne physique ou morale, publique ou privée, qui, en raison de sa compétence technique, est chargée par le maître d’ouvrage ou son mandataire, afin d’assurer la conformité architecturale, technique et économique de la réalisation du projet objet du marché, de diriger l’exécution des marchés de travaux, de lui proposer leur règlement et de l’assister lors des opérations de réception ainsi que pendant la période de garantie de parfait achèvement.

- Rapport G2 PRO : rapport de sol diffusé par le géotechnicien. Il détermine la structure du sol à l’emplacement de la future construction : les différents horizons ainsi que les contraintes de résistance du sol à prendre en compte pour le calcul. Il permet ainsi de déterminer le type et la géométrie des fondations.

- Radier : ouvrage de fondation superficiel surfacique sur lequel l’ensemble du bâtiment repose.

- Plan de coffrage : plan de structure utilisé pour la construction de la structure. Il est côté et comporte les indications suivantes : équarrissage (dimensions), qualité de béton, emplacement des réservations, pentes, niveaux bruts, charges et sens de portée.

- Plan de ferraillage : plan de structure utilisé pour la mise en place des armatures d’acier dans le béton lors du coffrage. Il indique les positions et les caractéristiques des barres à mettre en œuvre (diamètre, espacement, longueur).

11

Introduction

Ce mémoire rend compte du Projet de Fin d’Études (PFE) réalisé dans le cadre de ma formation d’ingénieur Civil à l’INSA de Strasbourg. Le PFE a une durée de vingt semaines minimum, pendant le deuxième semestre de la cinquième année, c’est la dernière étape de la formation.

Durant le cursus, deux autres stages nous sont proposés : un stage « ouvrier » en fin de 3ème

année, et un stage ETAM (Employés, Techniciens et Agents de Maîtrise) en fin de 4

ème année. Ce

dernier déjà effectué dans un bureau d’études structure.

Pour l’INSA, le PFE est un travail personnel de l’étudiant qui permet « la valorisation des acquis scolaires à travers un sujet professionnel ». Le travail fourni dans le cadre du PFE doit « mettre en avant les qualités personnelles de l’étudiant, ainsi son esprit critique doit s’exprimer à travers ses choix techniques, scientifiques, etc… »

Le Projet de Fin d’Études est pour l’étudiant une première expérience en entreprise avec le statut de cadre-ingénieur. Le sujet de l’étude doit être préalablement cadré : lieu, type de travail, planning, encadrement.

Récemment sorti de l’école, mon objectif personnel était de valoriser au maximum mes connaissances théoriques acquises au cours de la formation. Pour cela, j’ai voulu effectuer mon PFE dans un bureau d’études afin de mettre en pratique ces connaissances. C’est ainsi que j’ai eu l’opportunité de réaliser mon Projet de Fin d’Études au sein du BUREAU D’ÉTUDES PLANTIER, à Cran-Gevrier, du 15 février au 01 juillet 2016.

Lors d’un entretien préalable, M. Philippe NURY, cadre dirigeant ingénieur, m’a fait part d’une

mission d’Études d’Exécution obtenue par l’entreprise. Cela concerne un projet conséquent de construction d’une tour IGH dans le quartier de la Part-Dieu, à LYON (69).

Le sujet retenu pour le PFE est : « RÉALISATION DES ÉTUDES D’EXECUTION GROS ŒUVRE DE LA TOUR SKY 56 »

Intervenant en tant que sous-traitant pour l’entreprise de construction, Bouygues Bâtiments, notre mission consiste à fournir les plans de coffrage, plans de ferraillage et notes de calculs, selon un planning défini à l’avance correspondant à l’avancée du chantier.

Le Projet de Fin d’Études ne dure pas la totalité de la durée de la construction, pour cette raison, ma mission s’étendra principalement sur les 4 niveaux d’infrastructures, correspondant à l’avancée du chantier au 01 juillet 2016.

Ce rapport rend témoignage du travail effectué lors de ce Projet de Fin d’Études. Il a pour but de

démontrer, de manière logique et cohérente, mes connaissances et compétences techniques, logiques et scientifiques, résultant de ma formation à l’INSA et de mes expériences en entreprise.

12

1. Présentation de l’entreprise et du service La présentation de l’entreprise permet de situer le cadre de mon projet de fin d’étude, autant d’un point de vue humain qu’organisationnel.

1.1. Le bureau d’études PLANTIER

1.1.1. Histoire Le Bureau d’Études PLANTIER a été créé en 1963 par Jean-Louis PLANTIER, ingénieur de l’école de l’École Nationale des Arts et Métiers (ENSAM). En 1990, son fils Maurice PLANTIER, lui aussi diplômé de l’école des Arts et Métiers en 1986, reprend l’entreprise familiale, formée alors d’une vingtaine de salariés. Initialement basé à Albigny, de nouveaux bureaux ont été construits en 1989 à Cran-Gevrier, dans l’agglomération annécienne. Depuis cette date l’entreprise a continué de s’agrandir, regroupant aujourd’hui quarante-six salariés. Malgré un contexte économique difficile dans les dernières années, le Bureau d’Études PLANTIER continue de se développer. Le bureau possède des qualifications OPQIBI depuis plus de 30 ans. L’OPQIBI est l’Organisme de Qualification de l’Ingénierie, crée en 1969 à l’initiative des trois syndicats professionnels de l’Ingénierie. Seuls six bureaux d’ingénierie disposent de ces qualifications depuis aussi longtemps. Cette qualification a pour objet de reconnaître la compétence et le professionnalisme d’un prestataire d’ingénierie. Cette qualification permet de sécuriser les clients dans leur choix de prestataires capables de mener à bien leurs projets.

Figure 2. Bâtiment "Structure", siège du bureau PLANTIER

Figure 1. Maurice PLANTIER

13

1.1.2. Activité Le bureau d’études PLANTIER est un partenaire privilégié des cabinets d’architecture, promoteurs immobiliers, entreprise de construction et particuliers. Implanté au cœur de la Haute-Savoie, son activité s’étend principalement de la région Rhône-Alpes à PACA, et de manière plus ponctuelle sur le reste du territoire national, voire à l’international. Les compétences acquises au fil des années par le bureau d’études PLANTIER sont les suivantes :

Figure 3. Compétences du Bureau d'études PLANTIER Les chantiers suivis et réalisés par le bureau d’études sont variés. Ils englobent une grande diversité de type d’ouvrages :

Bâtiments publics : mairies, commerces, petite enfance, espaces culturels,…

Équipements scolaires, sportifs

Bâtiments industriels / Locaux techniques : usines, stations d’épuration, centre de secours, déchetterie,…

Bureaux

Établissement de santé : hôpitaux, cliniques, maisons de retraite,…

Logements sociaux, promotions immobilières

Immobilier en montagne

Réhabilitation

Parking

Génie civil : remontées mécaniques, murs antibruit,…

Missions de maîtrise d'oeuvre

•Dimensionnement des structures

•Conception parasismique

•Plans d'avant-projet et dossiers de consultation des entreprises

Missions d'exécution

•Modélisation informatique et calcul des structures en béton armé, métal et bois

•Recherche de variantes, optimisation et prise en compte des méthodes de construction

•Réalisation de l'ensemble des plans d'exécution (coffrage, ferraillage)

Missions d'expertise

•Relevés sur le terrain

•Analyse de structure à l'aide d'un FerroScan

•Avis technique et expertises pour des modifications structurelles

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1.2. Organisation et moyens humains

1.2.1. Organisation du bureau

Le bureau s’organise en pôles et en groupes de travail. Trois cadres dirigeants assistent M. PLANTIER dans la gestion, l’organisation et le fonctionnement de l’entreprise. Ils dirigent et représentent chacun un pôle :

Figure 4. Organisation du bureau d'études PLANTIER

Cette organisation est relativement récente dans l’histoire du Bureau et résulte de la consultation d’une personne extérieure, conseillère en management. Suite à l’augmentation du nombre de salariés, il a été préférable de réorganiser le fonctionnement du bureau afin de ne pas perdre en efficacité dans le travail. Annexe 1 : organigramme complet du Bureau d’Études PLANTIER

1.2.2. Fonctionnement du service d’ingénieurs

Le cadre dirigeant du pôle calcul est M. Philippe NURY, diplômé de l’ESTP et du CHEBAP. Il organise et gère le travail pour les 3 groupes d’ingénieurs, et prend également en charge un certain nombre d’affaires. Chaque lundi, les chefs de groupe et M. NURY se retrouvent pour faire le planning de la semaine : bilan de l’avancement des affaires en cours, répartition des nouvelles affaires, et assignation des projets à chaque ingénieur. Puis les chefs de groupe relaient les informations et le planning dans leur groupe respectif.

Pôle Administratif

•Composé de quatre personnes, chargées de la gestion du personnel, des affaires, du secrétariat et de la comptabilité

Pôle Calcul

•Constitué de trois équipes d'ingénieurs béton armé, un ingénieur bois et un ingénieur chargé de la conception, soit au total onze ingénieurs.

Pôle Dessin

•Constitué de huit groupes de dessinateurs, collaborant avec les différents groupes d'ingénieurs. Ces huit groupes rassemblent au total 28 dessinateurs - projeteurs.

15

Des méthodes de travail ainsi qu’un certain nombre de documents et fichiers de calculs sont regroupés sur le serveur de l’entreprise. Depuis la mise en vigueur de la règlementation Eurocode, les méthodes ont été adaptées. Des feuilles de calcul Excel sont disponibles afin de faciliter les étapes calculatoires des projets. Les projeteurs possèdent également une méthodologie de dessin et des extraits de l’Eurocode. La communication avec les projeteurs se doit d’être le plus clair et précis possible pour faciliter leur tâche. Les logiciels de calculs utilisés sont les suivantes :

Calcul par éléments finis :

Advance design 2016 avec modules sismiques

Robot Structural Analysis Professional 2016

Calcul d’éléments béton armé :

OMD / Arche version 2016

Feuilles de calculs développées en interne

Calcul bois :

ITECH Acord-Bat 3D version 5.3

Acord-Express 3.0 L’utilisation de ces logiciels est nouveau pour moi, n’ayant pas eu à les utiliser auparavant dans mon cursus scolaire (à l’exception de Robot). L’apprentissage se fait au travers des projets, avec des explications spontanées des collègues ingénieurs.

1.2.3. Environnement du PFE

À mon arrivée dans l’entreprise, j’ai été intégré dans l’équipe d’ingénieurs dont le chef de groupe est Maxime PELLETIER, diplômé INSA Lyon en 2011. Deux autres ingénieurs en font partie, Alexandre LADEVEZE, diplômé de l’école des Mines d’Alès en 2009 et du CHEBAP en 2010, ainsi qu’Etienne ARMAGNAT, diplômé de l’INSA Lyon en 2012. Maxime est l’ingénieur en charge des études d’exécution du projet SKY 56. C’est donc avec lui que je travaillerai principalement. Nous serons en collaboration étroite avec Romain SACCANI, le projeteur également en charge de SKY 56. Chaque ingénieur du groupe suit ses propres affaires dont il a la responsabilité. Cependant une grande collaboration est présente, et toutes les personnes du groupe sont informées des projets de chacun. La proximité avec ces trois ingénieurs me permet d’être bien encadré dans ce projet de fin d’études et d’obtenir facilement des indications lorsque des difficultés sont rencontrées. De plus, nous avons souvent l’opportunité de réfléchir et argumenter ensemble sur des difficultés techniques, de comportement structurel ou de justification.

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2. Présentation du projet

Cette partie a pour but d’introduire le projet de construction sur lequel est porté ce projet de fin d’étude, et donner le cadre d’intervention du Bureau d’Études PLANTIER.

2.1. Données générales : SKY 56

Figure 5. Données générales de SKY 56

Figure 6. Image de la tour SKY 56

Type de bâtiment

•Immeuble de grande hauteur (IGH), 56 mètres de haut pour 14 niveaux de superstructure

Maître d'ouvrage

•Société Civile de Construction-Vente SCCV SKY56, composée d'ICADE et de CIRMAD, tous deux copromoteurs

Localisation

•Lyon Part-Dieu (69), angle de l'avenue Félix-Faure et de l'avenue Mouton-Duvernet

Architectes

•Atelier Chaix et Morel & Associés, associé au Cabinet AFAA

Surface : 30 700 m²

Livraison : 1er Semestre 2018

Coût des travaux : 57 M€

Vente en VEFA (Vente en Etat Futur d'Achèvement) à GECINA, un investisseur immobilier

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2.2. Utilisation et services

SKY 56 est un immeuble d’une grande capacité, il offre 12 plateaux de bureaux de 2300 m² chacun

environ. À chaque niveau quatre terrasses seront accessibles par les utilisateurs. Le rez-de chaussée

du bâtiment accueille 3000 m² de commerces et services : un restaurant, des commerces, une crèche

ou encore une salle de fitness.

L’emplacement stratégique de la tour et sa conception orientée vers le confort des utilisateurs la rend particulièrement attractive dans l’accueil d’entreprise de services. L’accès à SKY 56 pourra aussi bien se faire par train, avec la gare SNCF à 400 mètres, par tram avec l’arrêt « Archives Départementales » à côté, que par voitures ou vélo. En effet quatre niveaux de sous-sol sont aménagés en parking, pouvant accueillir 330 véhicules.

Figure 8. Image de synthèse de l'aménagement intérieur d'un espace de travail

Emplacement de la tour SKY56

Figure 7. Emplacement de SKY 56

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Deux certifications en matière d’impact carbone sont prévues : la certification BREEAM (certification britannique du comportement environnemental des bâtiments), ainsi que la certification HQE Excellent. Ces certifications ont des exigences sur les impacts des bâtiments sur l’environnement dans différentes catégories :

L’énergie

Bien être et santé

Gestion

Matériaux

Déchets

Pollution

… SKY 56 atteindrait ainsi une performance énergétique RT2012-20%.

Figure 9. Certifications environnementales du projet SKY 56

2.3. Principe de structure

En infrastructure, 4 niveaux de sous-sol sont ceinturés par des parois moulées réalisées préalablement. La structure courante du parking est réalisée en poteau/poutre et dalle avec un noyau central en béton armé. Le bâtiment est fondé sur un radier général, résistant d’une part aux charges gravitaires descendantes, mais aussi aux poussées hydrostatiques ascendantes.

Figure 10. Principe de réalisation de la paroi moulée

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Annexe 2 : Principe et plan de réalisation de la paroi moulée En superstructure, le bâtiment est composé de 2 blocs structurels indépendants séparés par un joint de dilatation. Le contreventement général est assuré par le noyau central en voiles béton armé. Les charges statiques sont reprises par le noyau en voiles béton armé d’une part, et d’autre par un système poteau/poutre en façade. Les dalles sont réalisées en dalles alvéolaires (en bleu) et en dalles coulées en place (en vert) pour les plateaux de bureaux. Certaines façades sont inclinées, ce qui impose d’avoir des poteaux inclinés par rapport à la verticale.

Figure 11. Schéma des différents types de dalle des étages courants

2.4. Particularités techniques

La construction de la tour SKY 56 fait l’objet d’un certain nombre de spécificités techniques, imposées par l’environnement du site, mais également par volonté architecturale ou choix constructifs. Voici une énumération de quelque unes d’entre elles :

4 niveaux d’infrastructures, immergés dans la nappe phréatique de 12 mètres environ

Radier de fondation de différentes épaisseurs soumis à la poussée hydrostatique

Bâtiment de grande hauteur constitué de 14 niveaux de superstructure

Dimensionnement parasismique pour bâtiment de grande hauteur

Superstructure constituée d’un système poteaux-poutres, dont les poteaux périphériques ne

sont pas verticaux rectilignes

Ce sont ces différents aspects techniques du projet qui le rendent pertinent pour conclure ma

formation d’ingénieur tout en commençant dans le monde professionnel.

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3. Mission du Bureau d’Études PLANTIER Le groupe BBSE a répondu au marché en tant qu’entreprise générale. Il gère donc la construction de la tour SKY 56 du début à la fin, s’entourant de partenaires sous-traitants pour réaliser les missions dont elle n’a pas les capacités ou compétences. Le Bureau d’Études PLANTIER a été retenu par BBSE en qualité de bureau d’études structure pour la phase d’exécution Gros Œuvre. Cette partie va donc définir l’engagement du Bureau d’Études PLANTIER sur l’ensemble de l’affaire. La mission d’études d’exécution sera l’essence même du contenu de mon projet de fin d’étude.

3.1. Cahiers des charges pour le bureau d’études EXE

L’étude de structure EXE devra comporter les pièces suivantes : Note de calculs :

Note d’hypothèses générales

Note de descente de charges statiques et dynamiques

Note de prise en compte des efforts dus au retrait et à la dilatation

Note de contreventement sous séisme de chaque bloc avec modélisation et interaction sol –

structure

Note de calcul suivant les demandes de la MOE ou du bureau de contrôle

Analyse des rapports de sol

Gestion des demandes du contrôleur technique et réponses aux visas

Note d’analyse des tassements de fondations et des ouvrages bétons

Justification de toutes les phases provisoires en particulier lorsque celles-ci sont

dimensionnantes par rapport aux phases définitives (suivant options méthodes GO).

Plans :

Plan de structure au 1/50ème

de chaque niveau

Coupes en nombre suffisant

Carnet de détails structures aux points singuliers

Plans et/ou carnets de ferraillage

Poids d’aciers sur chaque plan

Interfaces avec les autres corps d’états :

Gestion des interfaces avec les éléments de soutènements, aussi bien en termes de charges

que de dispositions constructives

Gestion des interfaces avec le bureau d’étude en charge de la façade, notamment en termes

de déformations et de détails de liaison en nez de dalle

Gestion des interfaces avec la charpente métallique, notamment en termes de modélisation

Participation à la présynthèse et intégration dans les modèles des réservations majeures

influant sur le contreventement

Réunion : Participations aux réunions de chantiers, suivant demandes travaux (généralement toutes les

deux semaines)

Participations aux réunions spécifiques, suivant besoins du projet

Maquette numérique :

Suivi et mise à jour d’une maquette numérique « coffrage GROS ŒUVRE » sous REVIT,

notamment l’intégration des réservations dans les modèles EXE

Charpente métallique :

Étude de la charpente métallique présente au PH R+13 et PH R+14

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3.2. Engagements du Bureau d’Études

3.2.1. Respect des méthodes imposées par BBSE En travaillant pour le compte de BBSE, filiale du groupe international Bouygues Construction, on s’engage à respecter des méthodes constructives définies par leurs services. Différents aspects de la construction sont concernés :

- Les éléments préfabriqués : une note propre à Bouygues Construction donne les normes à

respecter en terme de levage d’éléments préfabriqués en béton (concerne ici principalement

les dalles alvéolaires, mais également des poutres et des poteaux prévus en préfabrication).

- Le ferraillage des voiles en béton armé : un document donne des prescriptions particulières

respectant les normes EUROCODES 2 et 8, visant à diminuer des désordres observés dans

les ouvrages (nombreuses fissures, qualité de parement).

- Définition des bétons : une note de définition des bétons et de leur formulation est assignée

au projet. Elle tient compte de l’utilisation du béton (radier sous pression étanche, classe

d’exposition), des conditions de bétonnage (été/hiver, béton pompé ou mis en place à la

benne) et de la qualité de parement (éléments architecturaux avec parement décoratif).

- Quantités d’acier : l’entreprise générale se base sur des ratios et quantités d’aciers lors de

son chiffrage du projet. Ces quantités d’aciers sont communiquées au bureau d’études afin

qu’elles soient respectées dans les études d’exécution.

Ces dispositions imposées par l’entreprise générale BBSE affecte le travail du bureau d’études, dans la mesure où il doit prendre en compte ces prescriptions lors de l’étude.

3.2.2. Maquette BIM

La mise à jour d’une maquette numérique du projet est également inclue dans la mission du bureau d’étude. Le dessinateur – projeteur Romain SACCANI est en charge du modèle « BIM », réalisé avec le logiciel REVIT. La maquette numérique ne représente pas un élément de référence pour les études de Structure GO, mais doit néanmoins être mise à jour des modifications faites. Elle est utilisée par le service méthode comme élément de référence et le sera également par les corps d’états secondaires pour obtenir des dimensions, surfaces et volumes etc... Pour garantir la qualité et la bonne utilisation de la maquette (modifiée et utilisée par plusieurs groupes d’utilisateurs), BBSE possède une charte de modélisation. Elle établit des règles de bases communes à tous : codification, référentiels, convention de modélisation,… Un protocole d’échange et de diffusion est donné au bureau par BBSE, pour l’utilisation de la plateforme commune « SYNCPLICITY », Cloud de stockage des fichiers REVIT. Des réunions « Maquette BIM » sont régulièrement planifiées avec les différents intervenants pour s’assurer le bon fonctionnement de la méthodologie. L’utilisation du « BIM » étant relativement nouveau, il est important de veiller à ce que le modèle soit toujours à jour et utilisable.

3.2.3. Planning des rendus d’études EXE Le Bureau d’Études devra respecter un planning défini dans le contrat pour le rendu des différentes pièces justificatives et des plans. Il consiste en :

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1. Des études initiales de Structures GO réalisées afin de confirmer la faisabilité à partir des plans PRO de la maîtrise d’œuvre.

2. Des études détaillées comportant les plans de coffrages, les plans de ferraillage ainsi que les notes ou minutes de calculs, à l’avancement de la construction

Ces études doivent être visées par la maîtrise d’œuvre ainsi que le bureau de contrôle. Les ajustements faits devront être pris en comptes par le bureau d’études. Annexe 3 : Planning des rendus EXE

3.3. Enjeux des études EXE La mission d’études EXE confiée au Bureau d’Études PLANTIER rassemble certains enjeux primordiaux à la bonne réalisation des travaux. Plusieurs chantiers de grande taille ont déjà été réalisés en phase EXE par le bureau PLANTIER. Par exemple le nouvel hôpital de Belfort-Montbéliard (90) ou encore le Parvis Sud, Ouest et Nord du Stade Vélodrome (13) dans le cadre de sa rénovation pour l’Euro 2016. Des compétences en matière de calcul structurel sont bien évidemment nécessaires pour mener à bien une telle mission :

Vérification de la faisabilité à partir des plans PRO

Optimisation et modification de la structure selon les demandes de l’entreprise générale

Justification selon la règlementation en vigueur

De plus, une expérience forte du chantier permet de :

Faire des choix judicieux dans les solutions proposées

Dessiner des plans réalisables par les compagnons

Naturellement appréhender la réalité du terrain (délais, condition de travail, pénibilité…)

Enfin, les deux éléments clés dans les études d’exécution sont :

Le respect du planning

Le respect des quantités d’aciers

C’est dans cette optique que va s’inscrire le déroulement de mon projet de fin d’études et des missions que je vais entreprendre. D’une part dans le but de remplir au mieux la mission qui nous a été confiée au sein du Bureau d’Études PLANTIER, et d’autre part, personnellement, pour acquérir des compétences et engranger des connaissances du métier.

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4. Cadrage détaillé du sujet d’étude

La partie suivante a pour but d’établir de façon clair et précis le sujet de l’étude réalisée pendant le projet de fin d’études.

4.1. Pré requis

La définition et le contenu des études d’EXECUTION ont été explicités dans la partie précédente. Ils constituent le cadre de mon intervention sur le projet SKY 56 au sein du Bureau d’Études PLANTIER.

À mon arrivée dans l’entreprise, le chantier était à la fin de la phase « Réalisation de la paroi

moulée ». Sur le chantier, l’étape suivante est le terrassement, réalisation des tirants d’ancrage de la paroi moulée et mise en place du pompage. Au bureau d’études, je suis arrivé au début de la phase « Ferraillage du radier ».

4.2. Problématique

La phase d’études d’exécution est la dernière étape avant la construction proprement dite de l’ouvrage. Elle nécessite la prise en compte de paramètres techniques, économiques et organisationnels.

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Figure 12. Diagramme des composantes d’une mission d’Études d'Exécution

Annexe 4 : diagramme heuristique détaillé des « Études d’Exécution » La problématique du projet de fin d’études élaborée en collaboration avec mes tuteurs d’entreprise est la suivante :

« Réalisation des ÉTUDES D’EXÉCUTION GROS ŒUVRE de la tour SKY 56 »

Réalisation des Études

d'EXÉCUTION de la tour SKY 56

Aspect Technique

•Justification

•Choix / Prise de décision

•Production des plans

•Entreprise de construction

Aspect économique

•Contrat d'engagement

•Volume de travail

Aspect organisationnel

•Avancement de la construction

•Relationnel

•Livraison des plans et notes

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4.3. Objectifs définis par l’entreprise Plusieurs critères doivent être satisfaits pour remplir à bien la mission des études EXE.

Produire les différents plans (coffrage et ferraillage) nécessaire au bon avancement du chantier

Pouvoir justifier les plans par des méthodes de calcul qui respectent la règlementation en vigueur

Respecter les volumes d’acier établis à la signature du contrat et ainsi respecter dans les coûts du chantier

Respecter le planning établi à la signature du contrat Les attentes du Bureau d’Études PLANTIER pour la durée de mon projet de fin d’études sont de participer de manière active et intéressée à la réalisation de cette mission, en utilisant les connaissances acquises pendant ma formation à l’INSA Strasbourg, et celles acquises tout au long de ma présence au sein de l’entreprise.

4.4. Objectifs personnels du PFE

Arrivé en fin de formation Génie Civil à l’INSA de Strasbourg, j’ai décidé d’effectuer mon projet de fin d’études dans un Bureau d’Études pour plusieurs raisons :

Mettre en pratique les connaissances apprises durant les trois années de cycle ingénieur

Apprendre à bien réaliser les phases APD, PRO et EXE du déroulement d’une affaire

Gagner en fluidité dans la connaissance et l’utilisation des différentes réglementations

Développer des compétences pour la bonne rédaction de notes de justification

Apprendre à concevoir et optimiser les structures, en tenant compte de tous les paramètres

de la construction

De plus, c’est l’occasion pour moi d’avoir une première longue expérience professionnelle dans un bureau d’études. Je peux ainsi appréhender les différentes composantes de la vie d’un bureau. Travailler sur un projet comme SKY56 me permettra également de découvrir les études pour un bâtiment « particulier », dans le sens où les problématiques rencontrées sur ce projet ne sont pas présentes dans un projet « courant ».

4.5. Planning prévisionnel

Le planning par lequel nous sommes concerné en tant que bureau d’étude, est celui des rendus des plans et notes justificatives (disponible en annexe). Ci-dessous un extrait de ce planning sur la durée de mon projet de fin d’études.

Les études d’exécution devront donc traiter toute la partie infrastructure pendant la durée de ma présence au Bureau d’Études PLANTIER. Cependant certains aspects de la superstructure seront peut-être anticipés et devront également être étudiés.

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Figure 13. Planning provisoire des rendus de plans

Fin du projet : 01

er juillet 2016

Rd

C

• Coffrage EXE : 18 juillet

• Ferraillage : 23 août

R-1

• Coffrage EXE : 17 juillet

• Ferraillage : 26 juillet

R-2

• Coffrage EXE : 06 mai

• Ferraillage : 10 juin

R-3

• Coffrage EXE : 29 avril

• Ferraillage : 27 mai

R-4

• Coffrage EXE : 30 mars

• Ferraillage : 25 avril

Rad

ier

• Coffrage EXE : 22 février

• Ferraillage : 18 mars

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5. Modélisation du projet aux éléments finis

L’objectif de cette partie est de présenter le modèle du projet ainsi que de montrer son utilisation possible.

À mon arrivée dans l’entreprise, la modélisation avait déjà été réalisée depuis quelques mois. Cependant, l’ayant beaucoup utilisé dans les calculs d’exécution, il m’a paru important de l’expliquer.

5.1. Présentation des modèles La base du modèle a été faite sous ARCHE OSSATURE. C’est une étape intermédiaire avant la constitution du modèle aux éléments finis. La structure et les charges sont saisies conformément aux fonds de plan structure de la phase PRO (PROJET). Ce modèle est ensuite importé sous ADVANCE DESIGN, pour la modélisation aux éléments finis. Toutes les charges ainsi que les poids morts de maçonnerie sont conservés lors de l’importation. Le modèle peut présenter des simplifications par rapport à la réalité, de manière à trouver le juste compromis entre complexité du modèle de calcul et justesse des résultats. Les éléments utilisés sont de type filaire (éléments barres) et de type surfacique (éléments coques épaisses ou parois), ainsi les poteaux et poutres seront assimilés à des filaires de même que les voiles et dalles seront modélisées en coques épaisses. Pour l’étude de l’interaction sol-structure, un second modèle qui ne comporte que le niveau R-4 a été réalisé. La descente de charge de l’ensemble du bâtiment lui est appliquée en tête du R-4. C’est à partir de ce modèle que le radier sera dimensionné et ferraillé. Ce deuxième modèle a été réalisé afin de réduire la durée du calcul. En effet, à l’interaction sol-structure, des combinaisons supplémentaires sont à prendre en compte dues à la présence d’eaux souterraines et augmentent donc considérablement le temps de calcul.

5.2. Hypothèses du modèle

5.2.1. Matériaux et sol À chaque élément est attribué un matériau et ses caractéristiques. Le seul matériau de construction présent dans ce bâtiment est le béton armé, défini comme suit :

- Module d’élasticité : E = Ei/2 = 15 738 MPa pour tenir compte de la fissuration, conformément aux prescriptions de l’Eurocode 8 (EC8 - §9.4 alinés 2 et 3).

- Coefficient de Poisson : ν = 0 - Taux d’amortissement critique : ξ = 5% (pour l’étude sismique)

Le second matériau intervenant dans le modèle est le sol. Trois valeurs de raideurs du sol sont définies par le rapport G2-PRO, à savoir :

- 10 000 t/m3 : zone peu chargée entre paroi moulée et noyau central

- 20 000 t/m3 : zone chargée sous noyau central

- 30 000 t/m3 : zone très chargée sous poteaux des failles

Par ailleurs, il a été défini des valeurs d’appuis élastiques linéaires dans le rapport G2-PRO :

- 77 600 t/m sous la paroi moulée ép. 82cm

- 67 000 t/m sous la paroi moulée ép. 62cm - 60 000 t/m sous la paroi moulée ép. 50cm

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5.2.2. Maillage Le maillage retenu dans le cas général est de 1m x 1m pour les éléments verticaux et horizontaux. Les réservations inférieures à la taille de la maille ne sont pas modélisées. On admet dans ce cas que leur présence ne perturbe pas le fonctionnement global et elles seront traitées par des renforts d’acier localisés.

5.2.3. Chargements Les charges permanentes et d’exploitation sont importées automatiquement du modèle statique d’ARCHE OSSATURE. Les valeurs des charges sont données ci-dessous à titre indicatif.

5.2.3.1. Charges permanentes - Poids béton armé: 2,5t/m

3

- Poids dalle alvéolaire des étages courants 25+5 : 530kg/m²

- Recharges béton : 2,2t/m3

- Cloisons et faux plancher (bureaux) : 80 kg/m²

- Carrelage + chape allégée (sanitaires) + cloisons : 220 kg/m²

- Terrasse accessible sur plots/balcons : 200 kg/m²

- Toiture non accessible (complexe végétalisation ou gravillons) : 200 kg/m²

- Recharges pour chape acoustique : 250kg/m²

- Façades (suivant note du bureau d’étude en charge de la façade) :

Double peau respirant en façade courante : 100 kg/m² de surface vitrée ou inclinée

Double vitrage en fond de faille : 60 kg/m² de surface verticale

Socle en simple ou double hauteur (hall d’entrée) : 80kg/m² de surface verticale

5.2.3.2. Charges d’exploitation Les charges réparties qk et les charges ponctuelles Qk, au sens de l’Eurocode 1 sont indiquées ci-dessous :

- Bureaux : 350 kg/m² et 450 kg ponctuel

- Balcons : 350 kg/m² et 300 kg ponctuel

- Circulation commune/escaliers : 400 kg/m² et 400 kg ponctuel

- Sanitaires/vestiaires : 250 kg/m² et 300 kg ponctuel

- Hall d’entrée/paliers d’étages : 500 kg/m² et 700 kg ponctuel

- Terrasses accessibles : 350 kg/m² et 300 kg ponctuel

- Toitures non accessibles : 150 kg/m² et 300 kg ponctuel

- Surcharge nacelle en R+14 : 10 tonnes sur 4 roues

- Locaux techniques : 500 kg/m² (ou charges d’équipements)

- Locaux transformateurs : 1t/m²

- Locaux GES : 1t/m² (ou charges d’équipement)

- Préparateur ECS : 1,5 tonnes en ponctuel

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- Parking : 250 kg/m² et 1,5 tonnes en ponctuel réparties sur deux points distants de 1,8m

- Réserve sprinklage : 1,9t/m² (hauteur liquide = 1,9m)

- Commerce/cuisine/salle fitness : 500kg/m² et 700kg en ponctuel.

- Archives : 600 kg/m²

Les charges ponctuelles et réparties sont exclusives les unes des autres. On prendra les charges réparties pour les calculs généraux et les charges ponctuelles pour les vérifications localisées de poinçonnement. Nota : L’ensemble des charges permanentes et d’exploitation seront indiquées sur nos plans EXE de coffrage.

5.2.3.3. Dégression verticale Conformément à l’Annexe Nationale de l’EC1, on appliquera une dégression verticale de charges pour les charges d’exploitation des surfaces de bureaux. Les bureaux étant classés en catégorie B, la formule retenue est αn = 0,7 + 0,8/n avec n>2 correspondant au nombre d’étages au-dessus des éléments structuraux chargés de la même catégorie. Les bureaux occupant les niveaux R+2 au R+13, on obtient le tableau suivant :

Etage n αn CE (kg/m²)

PH12 0 1 350

PH11 1 1 350

PH10 2 1 350

PH9 3 0.97 338

PH8 4 0.90 315

PH7 5 0.86 301

PH6 6 0.83 292

PH5 7 0.81 285

PH4 8 0.80 280

PH3 9 0.79 276

PH2 10 0.78 273

PH1 11 0.77 270

Tableau 1. Dégression verticale

5.2.3.4. Dégression horizontale Il pourra être tenu compte d’une dégression horizontale sur la surface des bureaux (catégorie B) conformément à l’Annexe Nationale de l’EC1, en appliquant le coefficient minorateur suivant : αA = 0,77 + A0/A avec A0 = 3,5 m². Nota : Cette dégression n’est pas prise en compte pour la descente des charges verticales, elle le sera uniquement pour le calcul des poutres des planchers de bureaux.

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5.2.3.5. Charges climatiques

Neige :

Région A2, altitude <200m Valeur caractéristique Sk = 0,45 kN/m² Valeur de calcul neige exceptionnelle SAD = 1 kN/m² Nota : Les charges de neige, y compris sous cas d’accumulation restent inférieures aux charges d’exploitations appliquées aux dalles. Le cas de neige n’est donc pas dimensionnant.

Vent :

Région 2 Valeur de base de la vitesse de référence : 24 m/s La rugosité du terrain sera prise égale à IV (ville) Cette charge n’est pas cumulable avec le séisme (ψ2 = 0). Étant donné les ordres de grandeurs des efforts engendrés par le vent par rapport au séisme, ce cas de charge n’est pas dimensionnant et sera donc négligé au calcul.

5.2.3.6. Retrait et dilatation Un joint de dilatation est prévu pour séparer le bâtiment en deux blocs. La longueur des blocs est d’environ 42 mètres et dépasse les 35 mètres recommandés dans les régions de l’Est, les Alpes et le Massif Central pour les parties hors sol (cf. clause 2.3.3 de la NF EN 1992-1-1/NA). Toutefois, la distance à prendre en considération est celle pour laquelle la dilatation est bridée. Or, les extrémités Nord et Sud sont libres de se dilater. Le respect du critère est des 35 mètres est donc obtenu.

5.2.4. Conditions hydrauliques du site Le rapport de sol défini les différents niveaux d’eau de la nappe phréatique à considérer pour le dimensionnement de l’ouvrage. Le radier de fondations est calculé selon le DTU 14.1, les niveaux d’eau considérés sont ceux définis au sens de la NF P94-282. La résistance et la stabilité de la tour sont calculé selon l’Eurocode, les niveaux d’eau considérés sont ceux définis au sens de la NF EN 1990/NA. Les niveaux d’eau définis dans le rapport du bureau géotechnique sont les suivants :

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Figure 14. Niveaux d'eau du projet

Nota :

En l’absence de dispositif permettant de borner le niveau d’eau, le niveau des hautes eaux

accidentelles retenu sera celui des courettes anglaises qui jouent ici le rôle de surverses

d’inondation des sous-sols.

Annexe 5 : Schéma des niveaux d’eaux retenus

5.2.5. Combinaisons Les combinaisons prises en compte suivant la norme NF EN 1990 de l’Eurocode. Elles seront détaillées spécifiquement dans les parties concernées.

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5.3. Utilisation et mises à jour du modèle Le modèle est utilisé pour chaque phase du dimensionnement. Il permet en effet d’obtenir de nombreuses informations sur chaque élément structurel, pour chaque niveau :

Efforts normaux

Effort tranchants

Moments fléchissant

Contraintes

Déformations À partir de ces efforts, les éléments peuvent être dimensionnés et vérifiés selon les réglementations en vigueur. Les modifications majeures apportées à la structure pendant la phase d’exécution doivent également être changées dans le modèle. Cependant, les changements mineurs ne sont pas apportés au modèle.

Figure 15. Modèle complet de la tour

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6. Calculs et ferraillage du radier Cette partie recense le cœur même de l’étude. Les étapes et procédés mis en œuvre pour produire des plans de coffrage et de ferraillage sont décrits et expliqués ici.

6.1. Calculs et justifications

6.1.1. Contexte et enjeux Pour le calcul du radier, un modèle séparé a été réalisé. Celui-ci comprend uniquement le radier et les élévations du niveau R-4. Les paramètres des matériaux et les chargements ont été assignés conformément aux hypothèses du modèle. Trois particularités sont à considérer particulièrement pour ce radier :

1. L’étanchéité du radier par cristallisation

2. La situation de projet à l’arrêt du pompage

3. Le respect des ratios de ferraillage

1. L’étanchéité du radier par cristallisation

Dû à une importante immersion dans la nappe phréatique, le radier de fondation doit satisfaire l’étanchéité du bâtiment. L’entreprise de construction BBSE a choisi de réaliser cette imperméabilisation par cristallisation. Cela consiste en l’application d’une couche de mortier comprise entre 6 et 10mm. Ce mortier est obtenu à partir d’un mélange d’une résine liquide et d’un ciment en poudre. Le support (le radier) doit être saturé en eau au moment de la mise en œuvre et le mortier protégé contre la dessiccation (vent et soleil) pendant le durcissement. L’étanchéité du radier impose des dispositions particulières pour son dimensionnement. Dans le cas de ce projet, le DTU 14.1 « Cuvelage » et l’Eurocode 2 partie 3 « Silos et réservoirs » donnent les règles de dimensionnement pour assurer la bonne étanchéité du radier de fondations.

2. La situation de projet à l’arrêt de pompage

Pendant la durée des travaux d’infrastructure (du terrassement jusqu’à la sortie de terre de l’ouvrage), l’eau de la nappe phréatique doit être pompée et réinjectée ailleurs dans la nappe phréatique. Selon les hypothèses communiquées par BBSE, le pompage s’effectuera pendant une durée de 6 mois et la dalle haute du niveau R+2 sera réalisée avant l’arrêt du pompage. Un cas de charge particulier correspondant à la descente de charge du bâtiment écrêté au niveau PH R+2, sans charges d’exploitation est réalisé. Il est intégré au modèle du radier sous la dénomination GR+3. Une combinaison spécifique composée de la descente de charge du bâtiment écrêté et du niveau des eaux de chantier est créée dans le modèle pour vérifier l’équilibre global du bâtiment.

3. Le respect des ratios de ferraillage

Le troisième enjeu du dimensionnement du radier sera le respect du tonnage d’acier prévu pour cette phase dans le contrat établi avec BBSE, à savoir :

HA (kg) TS (kg)

Radier 174 501 62 308,8 Local Sprinklage 2 495 4 563

Tableau 2. Volumes d'armatures contractuels

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6.1.2. Règlementation en vigueur Pour le dimensionnement du radier, deux règlementations sont utilisées : L’Eurocode et le DTU 14.1. L’association de ces deux méthodes de calculs est une demande de l’entreprise de construction Bouygues Bâtiment ainsi que du maître d’ouvrage. La méthode d’imperméabilisation retenue est une cristallisation. Le DTU 14.1 propose une méthode précise pour ce type de revêtement d’étanchéité, c’est pourquoi cette règlementation sera utilisée pour le ferraillage du radier. Cependant, dans le cadre de mon projet de fin d’études, nous nous sommes également intéressés à la vérification selon l’Eurocode 2 Partie 1-3 «Silos et réservoirs ». Un paragraphe y est consacré dans cette partie.

6.1.2.1. Vérification de l’équilibre global (ELU) La vérification de l’équilibre global du bâtiment, en prenant compte du phénomène de sous-pression se fait selon l’Annexe Nationale de l’Eurocode 0.

« Lorsque l’action variable dominante sur la structure est celle due à l’eau souterraine, la vérification de l’équilibre statique doit être faite pour la situation accidentelle avec le jeu de coefficient partiels suivant :

a. Pour chaque action permanente : 1.10 Gkj,sup, si cette action est défavorable 0.95 Gkj,inf, si elle est favorable

b. Pour l’action due l’eau, celle résultant du niveau (accidentel) EE avec :

γFw = 1.0 … »

Clause A1.3.1 – Annexe Nationale NF EN 1990

Figure 16. Extrait de l'Annexe Nationale EC 0

Les combinaisons considérées pour l’équilibre de la structure sont :

108 ∶ 𝟎. 𝟗𝟓 ∗ 𝑮𝑹+𝟑 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑬𝑪𝟏𝟔𝟒.𝟐𝟎 𝑵𝑮𝑭

101 ∶ 𝟎. 𝟗𝟓 ∗ 𝑮𝑪𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑬𝑬𝟏𝟔𝟕.𝟓𝟓 𝑵𝑮𝑭

35

6.1.2.2. Vérification de l’étanchéité (ELS) La vérification de l’étanchéité du radier se fait conformément aux prescriptions données par le DTU 14.1 « Cuvelage ». Ce sont des règles techniques de conception et de calculs des ouvrages de gros œuvre. Les sollicitations de calcul considérées prennent comptes des niveaux d’eaux données dans la partie « 5.2.3.7. Conditions hydrauliques du site ». Seules les combinaisons correspondant à « l’état limite ultime de résistance » nous intéressent, en effet « l’état limite d’équilibre statique » a été traité selon l’Eurocode. Ci-dessous un extrait du DTU 14.1 :

7.2.1 Etat limite ultime de résistance

7.2.1.1 Combinaison fondamentale

Lorsque l'eau est l'action variable de base, le coefficient de pondération est égal à 1,5 pour sa partie variable et 1,35 pour sa partie permanente.

Lorsque l'eau est l'une des actions d'accompagnement, le coefficient ψ 0 associé est pris égal à 0,77. Toutefois, le niveau de l'eau doit parfois être plafonné de telle sorte que tous les points porteurs soient en état d'équilibre statique, les charges verticales descendantes étant estimées par le cumul des charges permanentes majorées par le coefficient 1,2 et des charges variables majorées par le coefficient 1,33. NOTE Il est en effet absurde de justifier à l'ELU (Etat Limite Ultime) de parties d'ouvrages qui ne soient pas en équilibre statique par insuffisance des charges verticales descendantes déduites avec un excès probable de celles prises en compte au paragraphe 7.2.2.

7.2.1.2 Combinaison accidentelle

Lorsque l'eau est l'action accidentelle, le niveau E est pris en compte.

Lorsque l'eau n'est pas l'action accidentelle, on retient comme valeur fréquente et comme valeur quasi permanente sa partie variable (différence des niveaux EH - EB).

7.3 Prescriptions particulières concernant les cuvelages avec revêtement d'imperméabilisation

7.3.1 Etat limite de service vis-à-vis de l'ouverture des fissures

Les règles de calcul du béton armé sont modifiées comme suit :

NOTE 1 Les articles A.1. 1 et A.4.5.34, des Règles BAEL, précisent que celles-ci ne sont pas directement applicables aux cuvelages.

Les sollicitations de calcul résultent des combinaisons d'actions suivantes :

charges permanentes affectées du coefficient 1 ;

action de retrait résiduel dans le cas de radier gêné (voir paragraphe 4.6) ou de radier coulé sur des distances entre joints de dilatation supérieures aux valeurs usuelles des dimensions entre joints prévues par les règles de béton armé en vigueur pour les superstructures ;

action de l'eau affectée du coefficient 1 ;

action latérale des terres affectée du coefficient 1 ;

autres actions variables affectées du coefficient ψ 0 (en général, ψ 0 = 0,77).

L'état limite d'ouverture des fissures est défini par une double vérification concernant la structure résistante située sous le niveau de l'eau envisagé :

la première concerne la limitation de la contrainte de l'acier tendu ;

la deuxième concerne la limitation de la contrainte de traction du béton en section homogénéisée.

Figure 17. Extrait du DTU 14.1

36

Les combinaisons considérées pour l’état ultime de résistance sont les suivantes :

102 ∶ 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑮𝑪𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑬𝑩𝟏𝟔𝟏.𝟕𝟓 𝑵𝑮𝑭

103 ∶ 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑮𝑪𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑬𝑯𝟏𝟔𝟒.𝟔𝟓 𝑵𝑮𝑭

104 ∶ 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑮𝑪𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑷𝑯𝑬𝑬𝟏𝟔𝟓.𝟏𝟓 𝑵𝑮𝑭

105 ∶ 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑮𝑪𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑸𝑫𝒆𝒈𝒄𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕+ 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑬𝑩𝟏𝟔𝟏.𝟕𝟓 𝑵𝑮𝑭

106 ∶ 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑮𝑪𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑸𝑫𝒆𝒈𝒄𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕+ 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑬 𝑯𝟏𝟔𝟒.𝟔𝟓 𝑵𝑮𝑭

107 ∶ 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑮𝑪𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑸𝑫𝒆𝒈_𝒄𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑷𝑯𝑬𝑬𝟏𝟔𝟓.𝟏𝟓 𝑵𝑮𝑭

La limitation d’ouverture des fissures, et donc la vérification de l’étanchéité, est définie par une double vérification de limitation de contrainte : dans l’acier tendu et dans le béton tendu.

6.1.2.2.1. Limite de la contrainte de l’acier tendu

Extrait de la norme :

Dans le cas des sections droites tendues du côté recevant le revêtement d'imperméabilisation, l'action de l'eau est définie par son niveau E et la contrainte de traction de l'acier tendu est limitée à la valeur suivante :

où : α = 320 ;

NOTE Pour les définitions de η, f 28 et Ø, se reporter aux Règles du béton armé.

La majoration de 30η ne peut pas être appliquée dans le cas d'eaux saumâtres ou agressives.

Dans le cas des sections droites tendues du côté en contact avec l'eau, trois cas doivent être distingués :

eau définie par son niveau EB : le calcul est effectué comme ci-dessus avec α ;

eau définie par son niveau EH : le calcul est effectué comme ci-dessus en substituant au coefficient α un coefficient égal à

eau définie par son niveau EE : le calcul est effectué comme ci-dessus en substituant au coefficient α un

coefficient égal à

Pour cette limitation de contraintes, deux cas sont distingués : la face supérieure et la face inférieure :

Figure 18. Extrait de la DTU 14.1

37

Figure 19. Schéma du principe de cristallisation

En face supérieure : la contrainte de l’acier tendu n’est pas majorée.

En face inférieure : la contrainte de l’acier tendu est majorée fonction du niveau d’eau considéré. Pour le niveau d’eau EH, α est remplacé par √2α. Pour le niveau d’eau EE, α est remplacé par √3α.

D’après les formules données par le DTU 14.1, la valeur de la contrainte maximale de l’acier tendu varie en fonction du diamètre de la barre et du niveau d’eau considéré (EB, EH, EE). Nos hypothèses pour le radier sont les suivantes :

Béton C30/37 (FC,28 = 30 MPa)

Acier fyk = 500 MPa ( = fe) D’après les règles du Béton Armé, les paramètres ont les valeurs suivantes :

Ft,28 = 0.6 + 0.06 x FC,28 = 2.4 MPa

η = 1.6 Le tableau suivant est donc obtenu :

Diamètre Acier HA

Contrainte de traction maximum dans l’acier en fonction du niveau d’eau considéré (en MPa)

σs,E σs,EB σs,EH (α = α√2) σs,EE (α = α√3)

8 270 270 333 333

10 246 246 328 333

12 229 229 304 333

14 216 216 285 333

16 205 205 270 320

20 188 188 246 291

25 173 173 225 265

32 159 159 205 240

40 147 147 188 220

Tableau 3. Contrainte traction maximum de l'acier en fonction du diamètre

38

Pour les calculs effectués par le logiciel ADVANCE, la valeur de la contrainte de l’acier tendu est paramétrée à 173 MPa, soit des barres de diamètre 25mm pour le niveau d’eau EB. L’enrobage est entré à 7,0cm dans le modèle. Une règle de trois sera utilisée dans la partie méthode de dimensionnement afin de prendre en compte le diamètre ainsi que le bras de levier effectivement mis en place.

6.1.2.2.2. Limite de la contrainte du béton tendu

Le DTU 14.1 impose une limitation de la contrainte de traction du béton en section homogénéisée. Cette vérification n’est à effectuer que pour les sections droites tendues du côté recevant le revêtement d’imperméabilisation. La contrainte de traction du béton ne peut pas excéder la valeur :

1,1 ∗ 𝜃 ∗ 𝑓𝑡28 Avec :

θ = 1, dans le cas de la traction simple

θ = 1 + (4 e0)/(3h0), dans le cas de la flexion plane composée avec traction, la force ayant une excentricité e0 inférieure à la demi-épaisseur h0/2

θ = 5/3, dans tous les autres cas. Dans notre cas (béton C30/37), la limite de contrainte de traction du béton est : 1.1 * 5/3 * 2.4 = 4.4 MPa Cette vérification a été prise en compte dans l’équarrissage du radier.

6.1.2.3. Vérification de l’ouverture des fissures selon l’EC-2 Même si le ferraillage du radier a été réalisé selon le DTU 14.1 pour l’étanchéité, une vérification de l’ouverture des fissures a été faite selon la règlementation donnée dans l’EC-2 Partie 3 « Silos et réservoirs ». Elle a pour but de comparer les méthodes de calcul et valider les sections d’armatures obtenues avec le DTU 14.1. Pour cela, les niveaux d’eaux correspondants ont été ajoutés au modèle :

EB (quasi permanent) : 163.30 NGF

EF (fréquente) : 164.65 NGF

EH (caractéristique) : 164.15 NGF

Les combinaisons associées sont les suivantes :

𝟏𝟏𝟎 ∶ 𝑮 + 𝟎. 𝟑𝑸𝒅𝒆𝒈 + 𝑬𝑩(𝟏𝟔𝟑. 𝟑𝟎)

𝟏𝟏𝟏 ∶ 𝑮 + 𝟎. 𝟓𝑸𝒅𝒆𝒈 + 𝑬𝑭(𝟏𝟔𝟒. 𝟔𝟓)

𝟏𝟏𝟐 ∶ 𝑮 + 𝑸𝒅𝒆𝒈 + 𝑬𝑯(𝟏𝟔𝟒. 𝟏𝟓)

L’effort dimensionnant est obtenu sous combinaison 112 : Combinaison caractéristique EH

39

Vérification 1

(Mxx) Vérification 2

(Mxx) Vérification 3

(Myy) Vérification 4

(Myy)

Local sprinklage Zone centrale Périphérie

Moment 45 t.m 27 t.m 62 t.m 30 t.m

As mise en place HA25 e8 HA20 e10 HA20 e9 HA20 e10

Épaisseur 80 cm 70 cm 120 cm 80 cm

Hauteur béton comprimé (m)

0.209 0.146 0.212 0.162

Ouverture des fissures (mm)

0.10 0.13 0.15 0.12

Tableau 4. Vérification de l'ouverture des fissures

Les emplacements des vérifications sont indiqués sur le plan ci-dessous.

Limite d’ouverture des fissures selon EC-2 Partie 3 « Silos et réservoirs » : La hauteur de béton comprimée est toujours supérieure à la limite minimale xmin = 50 mm. Les fissures sont par conséquent considérées comme non traversantes. La limitation d’ouverture de fissure de wk1 = 0.2 mm (Annexe nationale). L’ouverture des fissures est donc toujours vérifiée dans notre cas.

6.1.3. Études et analyse À ce stade-là de la démarche, les principales hypothèses utilisées pour le calcul sont fixées. Dans cette partie nous allons maintenant étudier les résultats donnés par le modèle, observer et identifier les phénomènes présents, et aboutir à des conclusions pour la phase suivante, le ferraillage à proprement dit.

V1

V3

V2

V4

40

6.1.3.1. Enveloppe des moments MXX et MYY Le calcul a été réalisé sur la modélisation aux éléments finis. En annexe 6, quatre cartographies sont fournies, prenant en compte l’enveloppe des combinaisons suivantes :

102 ∶ 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑮𝑪𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑬𝑩𝟏𝟔𝟏.𝟕𝟓 𝑵𝑮𝑭

103 ∶ 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑮𝑪𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑬𝑯𝟏𝟔𝟒.𝟔𝟓 𝑵𝑮𝑭

104 ∶ 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑮𝑪𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑷𝑯𝑬𝑬𝟏𝟔𝟓.𝟏𝟓 𝑵𝑮𝑭

105 ∶ 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑮𝑪𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑸𝑫𝒆𝒈_𝒄𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝑬𝑩𝟏𝟔𝟏.𝟕𝟓 𝑵𝑮𝑭

106 ∶ 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑮𝑪𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑸𝑫𝒆𝒈_𝒄𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝑬𝑯𝟏𝟔𝟒.𝟔𝟓 𝑵𝑮𝑭

107 ∶ 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑮𝑪𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑸𝑫𝒆𝒈_𝒄𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝑷𝑯𝑬𝑬𝟏𝟔𝟓.𝟏𝟓 𝑵𝑮𝑭

108 ∶ 𝟎. 𝟗𝟓 ∗ 𝑮𝑹+𝟑 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑬𝑪𝟏𝟔𝟒.𝟐𝟎 𝑵𝑮𝑭

101 ∶ 𝟎. 𝟗𝟓 ∗ 𝑮𝑪𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟎 ∗ 𝑬𝑬𝟏𝟔𝟕.𝟓𝟓 𝑵𝑮𝑭

Annexe 6 : Moments fléchissant dans le radier

Observations : Cartographie Mxx max : on remarque deux grandes zones reprenant des moments plus importants (voir photo ci-dessous). Cette flexion autour de l’axe X est due à la pression hydrostatique. Dans les deux cas les radiers est d’un côté ancré dans la paroi moulée et de l’autre côté il y a changement d’épaisseur de radier, donc changement de raideur. Un ferraillage conséquent sera à mettre dans le sens Y dans ces zones-là. Cartographie Myy min : au droit des voiles de la zone centrale et des poteaux le moment fléchissant selon l’axe Y augmente rapidement et de manière importante. Ce phénomène est dû aux charges reprises par les murs et poteaux. Un ferraillage conséquent sera à mettre en place dans le sens X dans ces zones-là.

EST

OUEST

41

6.1.3.2. Influence des niveaux d’eaux considérés La règlementation (DTU 14.1) impose de considérer le niveau d’eau E sur la face recevant l’imperméabilisation, et limite au plus les contraintes dans l’acier (α = 320). En partie inférieure du radier de fondation, le niveau d’eau à considérer est le plus défavorable entre EB, EH et EE. D’après le tableau ci-dessous, on constate que les moments en partie inférieure dans chaque direction ne varient que très peu entre les différents niveaux d’eau (maximum 9.5%). Parallèlement, l’augmentation de la contrainte maximum de traction est de l’ordre de 50-55% entre le niveau EB et le niveau EE par exemple. (Voir tableau « Contrainte de traction maximum » partie 6.1.2.2.1.) De ce fait, le calcul dimensionnant est celui avec une contrainte d’acier non majorée correspondant au niveau des eaux basses EB sur l’enveloppe des moments en partie inférieure du radier.

Moment fléchissant dans le radier en Tonne.m

MXX,min MYY,min

EB – 161.75 -250.80 -306.15

EH – 164.65 -263.73 -320.43

EE – 165.15 -268.40 -323.99

Variation max (%) 7.0 % 5.8 %

Tableau 5. Moments fléchissant maximaux sous les différents niveaux d’eaux

Figure 20. Cartographies des moments fléchissant dans le radier

42

6.1.3.3. Vérification du poinçonnement Une vérification au poinçonnement du radier est réalisée selon la section 6.4. de l’Eurocode 2. Le poinçonnement est vérifié au nu du poteau et le long d’un contour u1 comme défini par les figures ci-dessous.

Dans le projet on rencontre des cas où deux poteaux sont rapprochés. Nous avons retenu de vérifier chaque poteau indépendamment, mais aussi de vérifier un seul poteau équivalent comme décrit sur le schéma ci-dessous :

Poteau n°1 : A1, P1

Poteau équivalent :

Aire centrale : A’ A = A1 + A’ + A2

P = P1 + P2

Poteau n°2 : A2, P2

La vérification du poinçonnement se fait de façon similaire à la vérification de l’effort tranchant dans le cas d’une poutre. Un modèle bielle-tirant est mise en place pour transmettre au sol l’effort normal du poteau.

6.1.3.3.1. Vérification au nu du poteau

La vérification au nu du poteau se fait avec la formule suivante :

𝑣𝐸𝑑,𝑛𝑢 ≤ 𝑣𝑅𝑑,𝑚𝑎𝑥 = 0.5 ∗ 0.6 ∗ (1 −𝑓𝑐𝑘

250) ∗ 𝑓𝑐𝑑

Cette vérification assure que l’effort tranchant ne dépasse pas la valeur de résistance ultime à la compression de la bielle.

6.1.3.3.2. Vérification sur le contour u1

La vérification sur le contour u1 indique le besoin ou non d’armatures de poinçonnement (des cadres) pour remonter la charge dans le cas où le béton ne suffit pas pour la diffuser.

Figure 21. Principe de vérification du poinçonnement

Figure 22. Principe de vérification des poteaux "longs"

43

Pour cette vérification, une part de l’effort agissant peut être considérée comme transmise directement au sol conformément à l’article 6.4.4.(2). Cette valeur est obtenue à partir de la contrainte de sol que l’on obtient via la modélisation du radier sous ADVANCE. Une cartographie de la réaction de sol sous combinaison ELU 1.35G + 1.5Qdeg est disponible en annexe 7. Annexe 7 : Réaction de sol sous le radier Le choix de cette valeur de réaction du sol conditionne de manière importante la vérification au poinçonnement. La réaction du sol étant en « pique » sous la charge, une valeur moyennée sur le contour u1. Suite à plusieurs exemples sur des cas particuliers de poteaux, nous avons choisi de prendre comme moyenne la réaction de sol à une distance « d » du nu poteau. (Avec d défini sur le schéma ci-dessus). Une feuille de calcul interne pour la vérification du poinçonnement a été utilisée pour vérifier chaque poteau. La valeur de calcul de la résistance au poinçonnement est donnée par l’équation ci-dessous :

𝜈𝑅𝑑,𝑐 = 𝐶𝑅𝑑,𝑐𝑘(100𝜌𝑙𝑓𝑐𝑘)1/3 + 𝑘1𝜎𝑐𝑝 ≥ (𝜈𝑚𝑖𝑛 + 𝑘1𝜎𝑐𝑝) … (6.47)

𝐴𝑣𝑒𝑐 ∶ 𝐶𝑅𝑑,𝑐 = 0,12 𝜎𝑐𝑝 = 0 (𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑎𝑛𝑠 𝑙𝑒 𝑏é𝑡𝑜𝑛)

𝐶𝑜𝑛𝑑𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑣é𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 ∶ 𝑣𝑒𝑑,𝑢1 < 𝑣𝑅𝑑;𝑐

𝐴𝑣𝑒𝑐 ∶ 𝑣𝑒𝑑,𝑢1 =(𝑉𝐸𝐷 − Δ𝑉𝑠𝑜𝑙,𝑢1)

𝑑 ∗ 𝑢1

Un tableau de synthèse de la vérification sous chaque poteau est disponible en annexe 8. Annexe 8 : Tableau de synthèse de la vérification au poinçonnement

6.1.3.4. Ancrage du radier dans la paroi moulée Sur toute la périphérie du radier, un ancrage particulier dans la paroi moulée est à prévoir. Le choix de l’entreprise de construction BBSE a été fait pour l’utilisation d’une résine de scellement Hilti. Une méthode de dimensionnement est donnée par le fabricant.

6.1.3.4.1. Matériaux

1- Béton :

En accord avec la note d’hypothèses de la paroi moulée, pour le calcul à l’ELU durable et transitoire pour les phases de construction, la résistance de calcul du béton est fcd = 17 MPa (soit fck = 17*1,5 = 25,5 MPa). La qualité de béton retenue pour la paroi moulée est C25/30 pour l’étude des scellements.

2- Acier : Les aciers d’interface utilisés sont des aciers haute adhérence de nuance FeE500B, fyk = 500 MPa.

3- Résine de scellement : La résine de scellement utilisée pour l’interface radier – paroi moulée est la résine HILTI HIT-RE 500-SD.

44

6.1.3.4.2. Efforts tranchants

1- Combinaisons :

La combinaison de calcul dimensionnante est la combinaison ELU suivante :

𝟏𝟏𝟎 ∶ 𝟏. 𝟑𝟓 ∗ 𝑮𝒄𝒐𝒎𝒑𝒍𝒆𝒕 + 𝟏. 𝟓𝟎 ∗ 𝑸𝒅𝒆𝒈 + 𝟎. 𝟕 ∗ 𝟏. 𝟓 ∗ 𝑬𝑯(𝟏𝟔𝟒.𝟔𝟓)

2- Résultats : Le calcul a été réalisé sur la modélisation aux éléments finis. Les valeurs d’efforts tranchants obtenus sont synthétisées sur le schéma ci-dessous :

La zone où l’effort tranchant est plus important (40t/ml) correspond à la zone du local Sprinklage (en orange). En effet, cette zone est plus basse que le reste du radier. L’effort dimensionnant retenu est T = 35 t/ml pour la partie courante et T = 40 t/ml pour le local Sprinklage.

6.1.3.4.3. Dimensionnement et principe du scellement

L’espacement des barres retenu est le maximum autorisé par HILTI à savoir 30cm.

La charge de traction par fer sera donc 350 𝑘𝑁/𝑚𝑙

100/30= 105 𝑘𝑁 pour la zone courante et

400 𝑘𝑁/𝑚𝑙

100/30= 120 𝑘𝑁

pour la zone du local Sprinklage. Un extrait du manuel technique HILTI traitant de cette méthode est disponible ci-dessous. Suivant cet extrait :

La charge de traction par fer impose l’utilisation de barres HA20.

La longueur d’ancrage doit au minimum être de 33cm. En négligeant les premiers centimètres

d’ancrage, la longueur d’ancrage retenue sera portée à 40 cm.

Les résultats obtenus permettent d’uniformiser le scellement sur l’ensemble du radier. En face inférieure, les aciers sont dimensionnés en reprenant 0.15MO, avec MO le moment maximum de flexion dans le radier. Les fers retenus seront donc en HA14 espacement 30cm.

TXZ = 40 t/ml

TXZ = 30 t/ml

TYZ = 30 t/ml TYZ = 30 t/ml TYZ = 25 t/ml

TYZ = 40 t/ml TYZ = 25 t/ml TYZ = 35 t/ml

TXZ = 35 t/ml

Figure 23. Cartographie des efforts tranchants à l'interface radier - paroi moulée

45

Le principe de l’ancrage est expliqué ci-dessous :

Figure 24. Principe d'ancrage du radier dans la paroi moulée

46

Figure 25. Extrait d'un tableau de dimensionnement fourni par HILTI

Dans cette partie 6.1.3.Études et analyse, nous avons vu les points particuliers du radier et leurs impacts sur le ferraillage :

- Niveau d’eau à considérer et contrainte de traction de l’acier à respecter - Vérification du radier au poinçonnement - Ancrage dans la paroi moulée

47

6.2. Principe et méthode du ferraillage Dans cette partie, avant de s’intéresser à la méthode retenue pour ferrailler le radier, nous allons voir, de manière générale, en quoi consiste le « ferraillage », quels sont les enjeux d’un bon ferraillage et finalement quelques règles de bases.

6.2.1. Principe du ferraillage

6.2.1.1. Qu’est-ce que le ferraillage ? Avec la note de calcul et les plans de coffrages, les plans de ferraillages sont la production des études d’exécution.

Le ferraillage consiste en, à partir de sections d’aciers théoriques obtenues par des calculs de résistance des matériaux, pour chaque endroit (maille ou section) d’un élément constructif, la mise en place d’une section d’acier réelle dans chacun de ces endroits, matérialisé par un nombre de barres, un diamètre et une longueur pour chaque barre, et, une position géométrique dans la

section étudiée.

L’ingénieur annote donc les plans de coffrages avec ces informations afin de communiquer au dessinateur-projeteur le ferraillage nécessaire pour assurer la bonne réalisation de l’ouvrage.

6.2.1.2. Enjeux du ferraillage Le volume d’acier acheté représentant un moyen très efficace pour économiser de l’argent lors d’une construction, la méthode et l’assiduité lors de la réalisation de plans de ferraillage devient un moyen primordial pour la réduction du coût de construction. De plus, les choix faits pour le ferraillage impactent directement le travail des ouvriers sur le chantier selon trois aspects :

- Pénibilité : mise en place de barres lourdes (gros diamètre), espacements non réguliers - Durée de pose : grand nombre de barres de petits diamètres, espacements faibles - Possibilités d’erreurs : absence de symétrie, absence de repères visuels « intuitifs » sur le

chantier Ainsi, même si des règles sont à appliquer pour le ferraillage, la connaissance du travail sur le chantier et l’expérience sont des atouts importants pour une bonne conception du ferraillage.

6.2.1.3. Quelques principes de bases De manière générale, plusieurs « types » de barres sont à choisir lors de la réalisation d’un ferraillage :

o Les barres longitudinales (sens principal et sens de répartition) Ce sont les barres « principales » c’est-à-dire celles qui renforcent la section vis-à-vis de la sollicitation à la flexion. Elles sont dites « principales » dans la direction principale de portée, et de « répartition » dans la direction perpendiculaire à la direction principale.

48

o Les barres transversales (ou cadres)

Elles sont verticales dans la section et reprennent l’effort tranchant agissant. Elles sont calculées à partir d’un modèle « bielle-tirant » pour remonter l’effort dans la section afin d’assurer une bonne diffusion.

o Les ancrages et recouvrements

Ce sont les barres de liaison. Les recouvrements assurent la bonne transmission de l’effort d’une barre à une autre lors de la jonction de deux barres. Les ancrages garantissent la bonne transmission de l’effort d’une barre à un appui, c’est-à-dire à une section de béton.

o Les attentes

Ce sont également des barres de liaison, cependant entre deux éléments constructifs non coulées en même temps. Par exemple une liaison entre une dalle et un mur coulé par la suite sur la dalle.

Figure 26. Différents types de ferraillage

Nota : Les cadres n’étant pas des éléments présents de manière « structurelle » dans un radier (car le poinçonnement a été vérifié sans cadres), ils ne sont pas représenté sur cette coupe.

Barres longi. principales

Barres longi. répartition

Attentes (et recouvrement)

Ancrage

49

6.2.2. Méthode de ferraillage du radier

6.2.2.1. Calcul des sections d’armatures Comme expliqué précédemment, la section d’armatures théorique s’obtient à partir de calculs de résistance des matériaux, en prenant certaines hypothèses :

Résistance du béton

Résistance de l’acier

Section de béton

Position géométrique de l’acier Dans notre cas, le module « Calcul béton armé » du logiciel ADVANCE Design, nous permet d’obtenir pour chaque maille, dans chaque direction une section d’armatures théorique en cm²/m. Pour ce calcul, les hypothèses retenues sont :

Béton C30/37

Acier fyd = 173 MPa (selon la limitation de la contrainte de traction dans l’acier pour des barres de diamètre 25mm)

Section béton : radier d’épaisseur variable (70, 80, 120, 150cm)

Position géométrique de l’acier : h – d = 7,0cm Le maillage retenu a été adapté en fonction des besoins de précisions :

Ferraillage de la nappe d’acier supérieur : maille 1,0m Ferraillage de la nappe d’acier inférieure : maille 0,50m

Les sorties sont quatre cartographies de la section d’acier théorique suivantes :

Section d’acier supérieur selon la direction X Section d’acier supérieur selon la direction Y

Section d’acier inférieur selon la direction X

Section d’acier inférieur selon la direction Y

Les cartographies des sections d’aciers sont données en annexe 9. Annexe 9 : Cartographies des sections d’aciers Afin de pouvoir plus facilement se repérer sur la cartographie, un fond de plan de coffrage épuré a été superposé, pour donner le résultat suivant :

Zoom

50

Figure 27. Cartographie des sections d'aciers requises calée sur un fond de plan

Le bâtiment a été séparé en deux zones pour que les plans soient plus facilement manipulables et pour chaque zone, les plans ont été imprimés comme support pour le ferraillage réel.

6.2.2.2. Transposition en sections réelles C’est à ce stade que le ferraillage proprement dit commence. Les valeurs obtenues sur les cartographies ci-dessus correspondent aux sections d’armatures théoriques en cm²/m à mettre en place dans la section de radier considérée selon les hypothèses retenues lors du calcul. Cependant, la vérification de l’étanchéité du radier nous impose une contrainte d’acier variable selon le diamètre des barres utilisées. À partir des sections obtenues par le calcul, pour des barres de diamètre 25 mm, une transposition doit être faite pour ajuster la contrainte au diamètre des barres mises en place. Nous avons donc conçu un petit outil Excel décrit ci-dessous. Deux exemples de ferraillage sont détaillés ici :

Exemple 1 : Ferraillage fibre supérieure – sens Y

Exemple 2 : Ferraillage fibre inférieure – sens X

Sur les cartographies, les valeurs de section d’armatures à mettre en place ont été calculées avec pour hypothèses : enrobage e = 7.0cm et contrainte de l’acier σs = 175 MPa. Un choix a été fait de mettre en place sur tout le radier une nappe de treillis ST50C soit 5,03 cm²/m dans les sens, qui est déduit en prenant la contrainte de l’acier réellement mis en place.

51

Localisation des exemples :

Figure 28. Localisation des exemples de ferraillage

Exemple 1 :

Figure 29. Exemple 1 de ferraillage du radier

Pour cette zone (entre les deux traits rouges) la section d’acier théorique retenue est 34.2 cm²/m. Après transposition, la section « réellement mise en place » sera φ20 e = 10 soit 31.4 cm²/m, selon la démarche expliquée ci-dessous.

Exemple 1

Exemple 2

52

Tableau 6. Tableau de conversion des sections d'armatures pour l'exemple 1

Fonctionnement du tableau :

La valeur retenue sur la cartographie est entrée dans la case As modèle.

Le tableau la corrige, selon une règle de trois avec la contrainte réelle et l’enrobage réel

(colonne As corrigé).

La section du treillis ST50C (5,0 cm²/m) est déduite (colonne As calcul).

Une valeur d’espacement est proposée (colonne normalisé) et la section réellement mise en

place affichée (colonne As réel).

Une colonne Δ indique la marge entre la section nécessaire et la section mise en place pour

rendre le choix plus facile entre les différentes possibilités.

Le choix est fait pour du HA20 e=10.

53

Exemple 2 :

Figure 30. Exemple 2 de ferraillage du radier

Dans cet exemple, la valeur retenue sur la cartographie est : 55.7 – 35.9 = 19.8 cm²/m. En effet, le premier lit de barres, reprend 35.9 cm²/m. Le choix est donc fait pour du HA16 e = 16cm.

Tableau 7. Tableau de conversion des sections d'armatures pour l'exemple 2

1er

lit de barres

54

Remarques : Pour ne pas trop réduire le bras de levier dans la section, le nombre de lit de barres a été limité

à deux. Afin de rendre la mise en place possible et pas trop chronophage, les espacements des barres

des deux lits doivent être multiples. Ces dispositions constructives ont eu un impact important sur la conception du ferraillage. En effet, comme visible sur les cartographies de moments, dans certaines sections l’effort augmente fortement très localement. Ainsi, il n’est pas toujours évident de suivre la courbe des moments avec le ferraillage, limité à deux lits, en choisissant des espacements multiples.

6.2.2.3. Annotations et repérage sur le plan Une fois la section réelle choisie, la dernière étape correspond à l’annotation du plan de manière claire et précise pour le dessinateur-projeteur. Les annotations doivent permettre au dessinateur-projeteur de redessiner les barres (diamètre, espacement et longueur) ainsi que leur position par rapport à des éléments de l’ouvrage : périphérie, axe d’un mur, axe d’un poteau … C’est aussi à ce stade qu’interviennent les notions d’ancrage, recouvrement et décalage. La barre, une fois mise en place, doit pouvoir travailler à sa contrainte maximale dans la zone dimensionnante. Pour cela, elle dépasse la zone considérée afin de s’ancrer dans une zone juxtaposée, comme dans le schéma ci-dessous.

Figure 31. Exemple d'annotation du plan de ferraillage

La longueur de recouvrement (ou ancrage) est règlementaire. Elle dépend de la qualité du béton, des conditions d’adhérence et du diamètre de la barre. Cette longueur de recouvrement est encore augmentée selon la règle du décalage. Cela correspond à la prise en compte de l’accroissement de l’effort dans les barres longitudinales, dû à la transmission de l’effort tranchant par la bielle inclinée.

55

Dans le but d’optimiser le ferraillage dans le cas où la section d’armature requise augmente rapidement, nous avons retenu un ferraillage en tiroir. Cela correspond décaler une barre par rapport à sa barre voisine, comme montré ci-dessous. Cette disposition permet de réduire les longueurs de barres.

Figure 32. Ferraillage en tiroir

Les plans annotés complets sont disponibles en annexe 10. Annexe 10 : Plans de ferraillage annotés

6.2.3. Synthèse du ferraillage du radier

Les choix des sections réelles, compte tenu des dispositions (nombre de lits, espacements), cumulé à la volonté d’optimiser autant que possible le ferraillage afin de correspondre aux quantités d’aciers du contrat, a rendu cette phase de ferraillage complexe mais captivante.

L’optimisation s’étant faite en plusieurs essais, le ferraillage a été refait plusieurs fois. Cela m’a permis d’avoir de la persévérance et d’améliorer à chaque fois la méthode de ferraillage.

La communication claire et précise avec le dessinateur-projeteur a été un point délicat. Une annotation juste nécessite d’avoir bien réfléchi en amont, prenant en compte les différents

facteurs, pour que les informations sur le plan soit facilement compréhensibles.

56

7. Élévations des niveaux d’infrastructure Cette partie est consacrée aux calculs et ferraillage des élévations des quatre niveaux de sous-sols. Cela correspond aux murs du noyau central ainsi qu’aux poteaux présent sur tous les niveaux. Dans un premier temps la structure globale des niveaux d’infrastructure sera analysée, puis les règlementations et vérifications en vigueur seront décrites. Enfin l’étude et le ferraillage mis en place seront expliqués.

7.1. Principe de structure des niveaux de sous-sol Les niveaux d’infrastructures sont composés d’un noyau central de voiles en béton armé et d’un réseau poteaux-poutres reliant ce noyau à la paroi moulée périphérique.

Figure 33. Principe de structure des élévations d'infrastructure

Dans cette partie uniquement ces éléments seront étudiés. En effet, cela correspond aux éléments reprenant la superstructure, et donc les plus chargés.

7.2. Règlementation en vigueur et vérification Le ferraillage des voiles et des poteaux se fait principalement en utilisant l’Eurocode 2. L’infrastructure étant supposée encastrée dans les hypothèses générales, il n’y pas de vérification parasismique (Eurocode 8) à prendre en compte.

57

7.2.1. Voiles Les voiles sont vérifiés à la compression dans leur partie centrale et armés au minimum de l’Eurocode, soit 0,2% de la section selon le tableau ci-dessous :

Ferraillage mini des voiles en zone centrale (à répartir sur les deux faces)

Ép. (cm) 58 45 35 30 20

Asmin (cm²/m) 11,6 9,0 7,0 6,0 3,0

Tableau 8. Ferraillage minimal des voiles

De plus, on observe un phénomène important de surcharge aux abouts des voiles. Cette concentration des efforts est due à l’appui des poutres reprenant le noyau de la superstructure. Sur la figure ci-dessous, la diffusion triangulaire des efforts est nettement visible dans les murs. Des piques d’efforts ont lieu en partie supérieure (interface avec les poutres de superstructure) et en partie inférieure (interface avec le radier). Une vérification particulière des abouts de voiles est faite selon la norme DTU 23.1 « Calcul de mur en béton banché ».Un exemple explicatif est donné ci-dessous.

Figure 34. Phénomène d'about de voile et identification des voiles d'infrastructure

Exemple de vérification :

Le principe de vérification selon le DTU 23.1 est détaillé dans l’exemple suivant, dans le cas du voile V4 au niveau R-2.

V1

V2

V3

V4

V5

V6

V7

V11 V9

V10

V8

58

Figure 35. Exemple de vérification d’un about de voile

Hypothèses de la vérification :

Qualité du béton

Épaisseur du mur

Hauteur du mur

Largeur de la charge ponctuelle

Effort ultime ponctuel

Retombée de la charge

Charge ultime répartie

Principe de la vérification :

1) Vérification sous la charge

La vérification sous la charge consiste à déterminer :

la surface utile sur laquelle la charge est appliquée (largeur de la charge x épaisseur du mur),

L’effort s’appliquant sur cette surface : charge ponctuelle + charge répartie x largueur utile

l’effort repris par le béton en le faisant travailler à sa contrainte maximum

l’effort restant à reprendre et la section d’armatures nécessaire

2) Vérification à mi-hauteur (sous diffusion à 2/3)

La vérification à mi-hauteur se fait sur la largeur de la charge ponctuelle + une diffusion à 2/3 sur la demi-hauteur du mur. Les autres étapes de la vérification sont identiques à celle sous la charge.

3) Synthèse :

La section d’aciers à mettre en œuvre est l’enveloppe des deux vérifications.

Voile V4

Poutres amenant l’effort ponctuel : largeur mini 60 cm

59

7.2.2. Poteaux Le dimensionnement des poteaux est fait selon l’Eurocode 2. Armatures longitudinales : Le dimensionnement des poteaux est fait selon l’EC-2. La section minimale d’armatures longitudinales vérifie :

𝐴𝑠,𝑚𝑖𝑛 = 𝑚𝑎𝑥 {0.10

𝑁𝐸𝐷𝑓

𝑦𝑑⁄

0.2%𝐴𝑐

Armatures transversales : Conformément à l’EC-2, les dispositions concernant les armatures transversales sont les suivantes :

Diamètre des armatures supérieur ou égal à 6mm ou 0.25*dbl,max

L’espacement des armatures doit satisfaire : 𝑆𝑐𝑙,𝑡𝑚𝑎𝑥 = min {20𝑑𝑏𝑙,𝑚𝑎𝑥

𝑙𝑎𝑟𝑔𝑒𝑢𝑟 𝑑𝑢 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑎𝑢

40𝑐𝑚

Espacement réduit d’un facteur 0.6 en zone critique.

Zone critique : section située à une distance égale au maximum de la plus grande dimension

de la section transversale du poteau et de la zone de recouvrement d’armatures.

7.2.3. Résistance au feu Une résistance au feu d’une durée de 4 heures est requise pour les éléments d’infrastructures.

Le logiciel CimFeu – EC2 est utilisé pour cette vérification de tenue au feu. C’est un logiciel développé depuis plusieurs années par le CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment). Il prend en compte la diminution de la capacité résistante de l’acier et du béton due à l’augmentation de la température. Il propose une vérification de la tenue au feu suivant différents paramètres. Les hypothèses de vérification sont les suivantes :

Catégorie bâtiment : « F – zone de trafic, véhicules < 30kN » Ψ1 = 0.7

Type de feu : ISO / Durée 240 min

Distance entre l’arête et l’axe des barres : 7,5 cm

La vérification est faite en comparant le moment fléchissant agissant en conditions d’incendie, à un moment résistant ultime qui tient compte de l’échauffement du poteau. Selon la règlementation de l’Eurocode, la sollicitation considérée par CimFeu pour la justification en situation d’incendie est définie par la relation du type ELU accidentel suivante :

𝟏, 𝟎 ∗ 𝑮 + 𝟏, 𝟎 ∗ 𝝍𝟏 ∗ 𝑸𝒅𝒆𝒈

60

Figure 36. Vérification CimFeu - données

Figure 37. Vérification CimFeu - résultats

La section d’armature requise pour la vérification STR-ELU est entrée comme première approche de la vérification au feu. Dans le cas où la résistance au feu n’est pas vérifiée, la section d’armature est augmentée.

61

7.3. Étude et analyse Dans cette section la démarche mise en place pour aboutir au choix du ferraillage et des qualités de béton sera détaillée. Les voiles et les poteaux seront traités séparément.

7.3.1. Voiles

7.3.1.1. Observations Suite à l’observation des cartographies d’efforts dans les murs sur l’ensemble des quatre niveaux d’infrastructure, deux conclusions ont été tirées :

- Les zones d’abouts de voiles sont à armer spécialement - Une différence des efforts par niveau, avec des niveaux R-1 et R-2 ponctuellement plus

chargés qu’en R-3 et R-4

7.3.1.2. Détermination de la contrainte dans l’about de mur Une vérification faite cas par cas est détaillée en annexe. Certains abouts de voile des niveaux R-2 et R-1 sont plus armés que le minimum requis pour reprendre les efforts de compression. Les valeurs données par le modèle correspondent à des « piques » dans un nœud de la maille. Une interprétation est nécessaire afin de prendre une valeur cohérente pour le dimensionnement des renforts d’abouts de voiles. Un exemple est donné ci-dessous.

Figure 38. Exemple de détermination de l'effort d'about de voile - 1

62

Figure 39. Exemple de détermination de l'effort d'about de voile - 2

Valeur du pic : 1263.27 t

Valeur de la maille à côté : 75.60 t

Valeur retenue sur la 1e maille : (1263.27 – 75.60) /2 # 593.86 t

L’influence de la dimension des mailles est négligeable sur la valeur de l’effort moyen de la maille.

Pour arriver à cette interprétation, des modélisations « témoins » ont été réalisées en faisant

varier différents paramètres pour comprendre les calculs faits par le logiciel, en se ramenant

à des cas simples de résistance des matériaux.

7.3.1.3. Synthèse En accord avec la méthodologie de coulage de BBSE, la qualité de béton retenue est C30/37 pour les voiles. Cependant, certains voiles particulièrement chargés aux niveaux R-1 et R-2 ont pour qualité de béton du C40/45. Des tableaux de synthèses des efforts et des sections d’armatures dans les voiles sont données en annexes 11. Annexe 11 : Ferraillage des murs et des abouts de murs des niveaux d’infrastructure

7.3.2. Poteaux

7.3.2.1. Observations À partir du modèle Advance les efforts dans les poteaux ont été analysés par niveau. Logiquement, les efforts augmentent à chaque niveau descendant.

63

Figure 40. Efforts dans les poteaux du niveau R-4

Afin de garantir une bonne optimisation du ferraillage, ainsi qu’une simplicité de mise en œuvre, les poteaux ont été regroupés par famille suivant trois aspects :

- Leur position (niveaux R-4 et R-3 regroupés et niveaux R-2 et R-1 regroupés) - Leurs dimensions - Leur chargement

7.3.2.2. Classification et ferraillage Les poteaux du R-4 et R-3 sont ferraillés ensemble, et de même pour les poteaux du R-2 et R-1. La qualité de béton de certains poteaux a été augmentée afin de limiter les armatures à mettre en place. Un plan de définition des qualités de béton pour le niveau R-4 est donné ci-dessous. Un exemple de note de justification CimFeu du poteau P3 est donné en Annexe 12. Annexe 12 : Note de justification au feu CimFeu du poteau P3

64

Figure 41. Identification des poteaux

Les poteaux les plus chargés ont été définis en qualité de béton C35/45 (violet) et C25/30 pour les poteaux classiques (vert). Un tableau récapitulatif donne les différents paramètres de la vérification pour chaque poteau.

As, requis : Section d’armatures requis pour la vérification STR-ELU, calculé avec un outil interne à l’entreprise

As, min : Section d’armatures minimum selon l’Eurocode 2

As, feu : Ferraillage paramétré pour la vérification avec CimFeu

As, réel : Section d’armatures réellement mise en place Niveau R-4 Les lignes en gras italique sont les poteaux pour lesquels la vérification au feu a été dimensionnante. Les poteaux P4, P5, P6, P18, P19, P20, P24, P25, P26 sont des poteaux « de grandes dimensions ». La vérification au feu a été faite avec le module mur du logiciel CimFeu en prenant une section d’armatures par face équivalente. Tableau 9. Vérification des poteaux du R-4

Section G (t) Qdeg (t) ELU (t) Béton

As (cm²)

Amin (cm²)

As feu (cm²)

As réel (cm²)

P1 40 x 45 125 41 230 C35 0 5,3 8HA12 9,05

P2 40 x 45 157 56 296 C35 0 6,8 8HA20 25,13

P3 40 x 45 161 67 318 C35 0 7,5 8HA20 25,13

P4 50 x 215 478 175 908 C25 0 21,5 5,0 /m 24,64

P5 50 x 190 436 133 788 C25 0 19 5,0 /m 21,64

P6 40 x 170 364 127 682 C25 0 15,7 3,8 /m 20,06

P7 40 x 45 136 47 254 C35 0 5,8 8HA12 9,05

P8 30 x 45 20 7 38 C25 0 2,7 6HA12 6,8

P9 40 x 45 88 30 164 C25 0 3,8 8HA12 9,05

P10 40 x 45 154 54 289 C35 0 6,6 8HA20 25,13

P11 85 x 105 583 180 1057 C35 0 24,3 12HA20 37,70

P12 85 x 105 665 216 1222 C35 0 28,1 12HA20 37,70

CC

65

P13 85 x 105 985 305 1787 C35 11,6 41,1 12HA25 58,90

P14 45 x 50 214 73 398 C35 0 9,2 8HA14 12,32

P15 45 x 50 178 67 341 C35 0 7,8 8HA14 12,32

P16 45 x 50 169 60 318 C35 0 7,3 8HA14 12,32

P17 45 x 50 188 66 353 C35 0 8,1 8HA14 12,32

P18 40 x 155 393 141 742 C25 0 17,1 5,0 /m 20,06

P19 60 x 160 534 169 974 C25 0 21,4 6,4 /m 21 ,64

P20 40 x 175 447 159 842 C25 0 19,4 5,0 /m 20,06

P21 40 x 45 85 29 158 C25 0 3,6 8HA12 9,05

P22 40 x 45 110 37 204 C35 0 4,7 8HA12 9,05

P23 40 x 45 134 55 263 C35 0 6,1 8HA20 25,13

P24 70 x 198 355 116 653 C25 0 27,7 6,4 /m 33,96

P25 45 x 198 212 68 388 C25 0 17,8 5,0 /m 27,34

P26 70 x 198 337 106 614 C25 0 27,7 6,4 /m 33,96

P27 40 x 45 106 37 199 C25 0 4,6 8HA12 9,05

P28 40 x 45 95 34 179 C25 0 4,1 8HA12 9,05

P29 40 x 45 120 42 225 C35 0 5,2 8HA12 9,05

P30 45 x 110 360 109 650 C25 1,6 15 12HA14 18,47

P31 45 x 110 360 110 651 C25 1,6 15 12HA14 18,47

P32 45 x 110 357 115 654 C25 1,6 15 12HA14 18,47

P33 50 x 115 733 236 1344 C35 72,3 30,9 16HA25 78,56

P34 40 x 110 311 105 577 C25 4,9 13,3 12HA12 13,57

P35 40 x 110 240 83 449 C25 0 13,3 12HA12 13,57

P36 40 x 110 280 97 524 C25 0 13,3 12HA12 13,57

Tableau 10. Vérification des poteaux du R-4

7.4. Synthèse du ferraillage des murs et poteaux des niveaux d’infrastructure

La conception s’est faite sur quatre niveaux. Cela oblige à bien analyser la structure pour faire correspondre le ferraillage aux besoins, en optimisant autant que possible la qualité de béton et le ferraillage.

Le phénomène particulier des abouts de voiles a requis une réflexion poussée pour le choix de la méthode de justification et dimensionnement. L’expertise des ingénieurs expérimentés a été bénéfique pour prendre ces décisions

L’interaction avec l’entreprise de construction BBSE a été déterminante pour la prise de décision concernant les qualités de béton, mais aussi les solutions techniques de ferraillage

pour les poteaux de « grandes dimensions ».

66

8. Autres éléments constructifs Cette section sera consacrée au ferraillage d’autres éléments constructifs comme les poutres, les poutres-cloisons ou encore les dalles.

8.1. Poutres

8.1.1. Réglementation et théorie du calcul La réglementation en vigueur pour le calcul des poutres est l’Eurocode 2 et ses Annexes Nationales. Aucune mesure particulière supplémentaire n’est à prendre en compte pour ce projet. Les éléments du calcul et de la vérification sont les suivants :

- Détermination des sections d’armatures (longitudinales, transversales, ancrage) - Vérification de la résistance au feu - Vérification de la flèche nuisible

8.1.1.1. Détermination des sections d’armatures Plusieurs sections d’armatures sont à déterminer pour ferrailler une poutre. Cela dépend de la configuration de la structure (continuité, charges à remonter,…). Uniquement les sections principales seront expliquées dans cette partie, à savoir :

1- Armatures longitudinales 2- Armatures transversales 3- Ancrage

8.1.1.1.1. Armatures longitudinales

Ce sont les armatures « principales », celles qui équilibrent le moment fléchissant dans chaque section de la poutre. La détermination de la section d’aciers à mettre en place se fait à partir d’une équation d’équilibre des moments dans la section. Le schéma de raisonnement dans chaque section de la poutre est le suivant :

Figure 42. Principe du calcul d'une poutre en flexion simple

67

Des hypothèses de comportement de la structure et des matériaux sont faites pour raisonner selon ce modèle :

La section plane reste plane après déformation. Ainsi, la distribution des déformations est

linéaire à travers la section.

Les armatures subissent les mêmes déformations que le béton adjacent.

La résistance du béton à la traction est négligée.

Déformation du béton limitée

Déformation de l’acier limitée

Règle des « trois pivots »

Les données d’entrées sont les suivantes :

- Matériaux : classe de résistance, paramètres intrinsèques, déformations maximales,…

- Géométrie : équarrissage de la poutre, enrobage, inertie

- Armatures : supposition de la position du centre de gravité

À l’équilibre, le moment agissant MEd est comparé à des moments frontières MAB et MBC pour

connaître l’état limite à considérer : aciers tendus ou béton comprimés.

Les moments frontières sont calculés à partir des conditions de déformations limites. L’équilibre est

obtenu à partir des efforts correspondants aux déformations limites : FC, développé par la section de

béton comprimé, et FS, développé par la section d’acier tendu.

Un artifice mathématique permet, par une série d’équations, de déterminer la section d’aciers requise

pour atteindre cet équilibre, en prenant en compte la compatibilité des déformations acier – béton.

Cette démarche a été programmée en interne à l’aide du logiciel Excel et permet d’obtenir le résultat façon automatique. L’utilisation du programme « Outils Structure » sera décrit dans une partie suivante.

8.1.1.1.2. Armatures transversales

La nécessité d’armatures transversales est fonction de l’effort tranchant de la poutre. L’effort tranchant agissant VEd est issu de résultats de résistance des matériaux. C’est un phénomène de cisaillement qui doit être équilibré par ces armatures. Les armatures transversales servent à « remonter » l’effort tranchant dans la poutre, et à le faire transiter jusqu’à l’appui.

68

Figure 43. Phénomène de fissuration dû à l'effort tranchant

L’effort tranchant VEd est comparé à trois valeurs :

VRd,C : Effort tranchant en dessous duquel aucune armature d’effort tranchant n’est requise. C’est aussi la limite entre l’état non fissuré du béton et l’apparition de bielles comprimées.

VRd,s : Effort tranchant au-delà duquel les armatures transversales sont plastifiées VRd,max : Effort tranchant au-delà duquel les bielles comprimées se ruinent par dépassement

de la résistance du béton par compression. VRd,C est une valeur déterminée à partir d’essais en laboratoire dont l’expression est donnée dans l’Eurocode. VRd,s et VRd,max sont issus d’une analyse en contraintes. Dans le cas où VEd est supérieur à VRd,C, des armatures d’effort tranchant sont nécessaire. La section d’armatures à mettre en place est déterminée à partir de l’expression de VRd,s. Enfin, l’effort tranchant VEd doit rester inférieur à VRd,max, l’effort maximum admissible par la bielle. Cet effort de résistance maximale est directement lié à la classe de résistance du béton.

8.1.1.1.3. Ancrage

L’ancrage concerne les armatures longitudinales. Il est composé de deux paramètres :

1. La section à ancrer : C’est une section d’armatures à mettre en place à l’appui, en fibre supérieure et inférieure. En partie inférieure, la valeur à prendre est l’enveloppe d’un minimum réglementaire fonction de la section en travée, et de la section pour ancrer l’effort tranchant à l’appui.

69

Figure 44. Extrait de l'Eurocode 2 - §9.2.1.4.

En partie supérieure, le moment à ancrer est 0,15M0, avec M0 le moment maximal en travée.

Figure 45. Extrait de l'Eurocode 2 - §9.2.1.2.

2. La longueur d’ancrage :

Elle correspond à la longueur nécessaire pour que l’effort dans la barre soit transmis à l’appui via l’adhérence entre l’acier et le béton. Elle est déterminée réglementairement par l’Eurocode en prenant en compte des coefficients d’adhérence de réduction de contraintes. La longueur d’ancrage de référence est calculée en fonction du diamètre de la barre et de la contrainte d’adhérence. Elle est ensuite pondérée par des coefficients prenant en compte les propriétés d’adhérence, la forme, l’enrobage, le confinement, le nombre de barres,… Des valeurs minimales sont également à respecter. Afin de faciliter le calcul de la longueur d’ancrage, des tableaux récapitulatifs ont été élaborés en interne. Ils synthétisent la longueur d’ancrage à retenir, en fonction du diamètre de barres et des conditions d’adhérence.

70

Figure 46. Tableau récapitulatif des longueurs d'ancrage et de recouvrement

8.1.1.2. Vérification de la résistance au feu La vérification de la résistance au feu est faite selon l’Eurocode 2 EN 1992-1-2. Le logiciel CimFeu – EC2 a été utilisé pour réaliser les vérifications. La méthode de vérification et le fonctionnement du logiciel ayant été expliqués dans la partie « 7.2.3. Résistance au feu », ils ne seront pas détaillés ici.

8.1.1.3. Vérification de le flèche nuisible La vérification de la flèche nuisible est faite à l’aide du logiciel Arche Poutre. Dans les cas classiques, elle n’avait pas d’impact particulier sur le ferraillage.

71

Figure 47. Extrait de la vérification de la flèche par Arche Poutre

Cependant, pour certaines poutres ayant de grandes réservations ou changement de section, une vérification plus poussée a été réalisée.

8.1.2. Cas général – Méthode de ferraillage Les étapes de la méthode de ferraillage des éléments poutres sont les suivantes. Un exemple complet est donné en annexe 13. Annexe 13 : Exemple de ferraillage d’une poutre

1) Lecture des plans et compréhension de la structure Cette première étape a différents intérêts :

Comprendre comment la structure porte : appuis, continuité, surcharges, partie en console,

changements de niveaux…

Identifier les caractéristiques données en phase projet : équarrissage, qualité de béton,

charges permanentes et d’exploitation

Identifier les particularités de la phase exécution : réservations, pentes, technique de

construction

Pour cela, les plans « Architecte », ainsi que les fonds de plans « Structure » sont nécessaires.

2) Détermination des charges et des sollicitations dans l’élément

72

Deux méthodes sont possibles dans le cas des poutres :

- L’utilisation des plans : détermination de bandes de charges manuellement, puis

modélisation de la poutre à l’aide d’ARCHE POUTRE. Les sollicitations dans la poutre sont

alors obtenues avec le logiciel.

- Export du modèle ARCHE OSSATURE : un modèle de l’ensemble de la structure a été

réalisé sous Arche Ossature. Il permet d’obtenir une descente de charges des efforts dans

chaque élément modélisé. Un simple export de ce modèle vers Arche Poutre permet d’obtenir

les sollicitations.

La première méthode à l’inconvénient de ne pas prendre en compte les surcharges éventuelles de mur d’étage supérieur. De ce fait, elle convient uniquement pour les cas simples. La deuxième méthode nécessite un modèle entièrement à jour de la structure et correctement modélisé. Le projet évoluant constamment, il est important de le mettre à jour régulièrement. De plus, la connaissance du fonctionnement du logiciel est primordiale afin d’obtenir des efforts

cohérents dans chaque élément.

3) Détermination des sections d’aciers à l’aide de l’outil structure

À ce stade, les sollicitations dans la poutre sont connues. La détermination des sections d’acier se fait à l’aide de « L’Outils Structure », feuille de calcul Excel programmée en interne selon la réglementation de l’Eurocode 2.

4) Note de calcul – Mise à l’écrit Enfin, la dernière étape concerne la mise par écrit de cette démarche et des résultats obtenus. Elle a pour but la communication avec le dessinateur – projeteur, mais sert également à conserver une justification du ferraillage. Les charges et efforts appliqués étant issus du modèle, la sauvegarde du modèle permet une conservation de ces données. Pour le ferraillage, des annotations sont faites sur une impression des sollicitations dans la poutre. Ce document sert de base de dessin pour le dessinateur, mais aussi de note de ferraillage de l’élément. Sur cette impression sont indiqués :

Section requises : Section d’aciers longitudinaux AS [cm²] Section d’aciers transversaux At/st [cm²/m] Section d’ancrage [cm²] Section d’aciers longitudinaux de « chapeaux » As [cm²] (si nécessaire)

Choix constructifs : Diamètre et nombre de barres longitudinales inférieures Diamètre et espacement des cadres transversaux Diamètre et formes des barres d’ancrage Diamètre et longueur des « chapeaux » Informations complémentaires si nécessaire : qualité de béton, ancrage dans la paroi

moulée, recouvrement,…

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8.1.3. Cas particulier Dans cette partie, un exemple de ferraillage de poutre va être donné. Cette poutre a des spécificités qui la rendue particulièrement intéressante à ferrailler. La poutre Po1-19 située dans la zone 1 présente plusieurs spécificités :

- Deux réservations - Une cunette en rive - Une pente sur l’extrados - Un ancrage dans la paroi moulée

La position des réservations a été discutée avec BBSE afin de pouvoir les positionner le plus haut possible pour éviter d’interférer avec les lits de barres. De plus les sollicitations dans la poutre sont conséquentes et nécessitent un important ferraillage.

Localisation :

Figure 48. Localisation de la poutre Po1 - 19

- La poutre Po1-19 est prise en continuité avec la poutre Po1-20.

- Deux réservations sont indiquées sur la partie gauche de la poutre, proche de la paroi

moulée.

- Une cunette périphérique réduit la hauteur de la poutre à l’endroit de l’ancrage dans la paroi

moulée

- La hauteur de la poutre est variable, due à une pente dans la dalle pour l’évacuation de l’eau

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Figure 49. Particularités de Po1 - 19

Afin de bien prendre en compte tous les détails, le dessinateur a réalisé une élévation de la poutre.

Figure 50. Élévation de Po1 - 19

Sollicitations :

Figure 51. Sollicitations dans Po1 - 19

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Sections d’aciers :

{

𝑴𝑬𝒅 = 𝟒𝟎. 𝟏 𝒕𝒎𝑽𝒆𝒅 = 𝟑𝟏. 𝟕 𝒕

𝑽𝑹𝒆𝒅 = 𝟐𝟗. 𝟒 𝒕→ {

𝑨𝒔 = 𝟐𝟓. 𝟏 𝒄𝒎²

𝑨𝒕/𝒔𝒕 = 𝟏𝟗, 𝟓 𝒄𝒎²/𝒎

𝟏𝟎, 𝟑 𝒄𝒎²

À ce stade-là, les sections d’aciers sont connues. Cependant, étant donné la hauteur de poutre variable, le calcul est réalisé dans plusieurs sections de la poutre (encadrés rouges).

Figure 52. Principe du ferraillage de Po1 - 19

Figure 53. Note ferraillage de Po1 - 19

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Comme indiqué sur la note de ferraillage ci-dessus, plusieurs adaptations ont été réalisées pour vérifier cette poutre :

Hauteur de calcul : 0,46 m

Aciers de coutures pour utiliser de la table de compression

Deux lits différents d’armatures longitudinales, avec la longueur de recouvrement requise,

pour correspondre à la section variable de la poutre.

Cadres resserrés au changement de section

Qualité du béton augmentée pour vérifier la compression de la bielle d’about

Ancrage dans la paroi moulée

Ce travail a été le fruit d’une collaboration rapprochée avec le dessinateur-projeteur et l’ingénieur en charge du projet. En effet, plusieurs règles de « bonne construction » sont à prendre en compte pour le choix des aciers à mettre en place. Dans ces situations, obtenir la section de calcul n’est pas toujours suffisant pour prendre les bonnes décisions de ferraillage. L’expérience, la connaissance du chantier, et le ressenti de la structure sont des qualités nécessaires.

8.2. Poutres – cloisons

8.2.1. Réglementation et théorie du calcul La méthode de ferraillage d’une poutre-cloison (ou poutre-voile) n’est pas très détaillée dans l’Eurocode 2. Elle relève de l’utilisation du modèle « bielle-tirant » et dépend d’un certain nombre de paramètres. Une interprétation du fonctionnement de ce modèle et un artifice d’équations mathématiques sont nécessaire pour aboutir à des sections de ferraillage. Condition géométrique pour se situer dans le cas d’une poutre-voile :

𝑷𝒐𝒓𝒕é𝒆 𝑳 < 𝟑 ∗ 𝑯𝒂𝒖𝒕𝒆𝒖𝒓 𝑯 La résolution en modèle bielle-tirant considère l’élément suffisamment raide pour que la charge se transmette uniquement par l’effort tranchant, en sollicitant une bielle de béton comprimée. La flexion est négligée dans une poutre-cloison. Le schéma ci-dessous explique le principe de la modélisation « bielle – tirant » dans le cas d’une poutre-voile :

La charge répartie q est concentrée en deux points d’applications

La poutre-voile est appuyée sur deux appuis de largeur a

L’inclinaison des bielles θ et la hauteur de la voute z sont déterminés. Elles dépendent de paramètres géométriques (portée – hauteur), cependant une certaine liberté est donnée pour les obtenir.

À partir des efforts concentrés et de l’inclinaison de la bielle, l’effort de compression dans la bielle et la traction dans le tirant sont déterminés.

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Figure 54. Principe du calcul d'une poutre cloison selon l'EC - 2

Un tirant horizontal en partie basse de poutre-voile est à armer pour reprendre l’effort horizontal amené par l’inclinaison de la bielle. Le tirant doit être entièrement ancré au nœud.

La contrainte de compression dans la bielle inclinée est à vérifier

Des sections d’armatures par face sont à déterminer pour reprendre les efforts de traction

crées par la compression axiale de la bielle. Une feuille de calcul Excel a été programmée pour effectuer ces calculs. Dans notre méthode, l’inclinaison de la bielle est limitée à tanθ = 3° soit θ = 71,55°. La section d’acier du tirant principal est aisément obtenue à partir de l’inclinaison de la bielle. Les sections d’aciers secondaires d’anti-fendage de la bielle sont calculées à partir de l’expression suivante, donnée dans l’Eurocode 2 §6.5.3 pour le cas de discontinuité partielle.

Figure 55. Formule de l'effort dans le tirant secondaire selon l'Eurocode 2 §6.5.3.

La méthode utilisée a été inspirée de l’ouvrage « Applications de l’Eurocode 2 : Calcul des bâtiments en béton » des éditions Presses de l’école nationale des Ponts et chaussées.

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Figure 56. Feuille de calcul d'une poutre cloison selon l'Eurocode 2

8.2.2. Exemple de ferraillage Le ferraillage des poutres-voiles Po2 – R16b ; Po2 – R16a ; Po2 – 12 et Po2 – 13 est décrit dans cette partie.

Localisation Ces poutres-voiles se situent sur la hauteur du R-1. Le départ de voile est ferraillé dans un talon en plancher haut du R-2.

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Figure 57. Localisation des poutre-cloisons

Figure 58. Localisation des poutres-cloisons - 2

Les voiles Po2 – R16a et Po2 – R16b se situent dans la zone de rampe (R). Des vues en élévations permettent de voir cela (Vue 1 et Vue 2 ci-dessous). Les paramètres géométriques sont déterminés à ce moment-là :

- Épaisseur - Portée - Hauteur utile - Largeur d’appuis

Vue 1

Vue 2

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Figure 59. Élévation des poutres-cloisons - Vue 1

Figure 60. Élévation des poutres-cloisons - Vue 2

Sollicitations À ce stade, une fois la localisation et l’environnement autour identifié, les sollicitations sont obtenues à partir du modèle. Entre les deux modèles (éléments finis avec Advance et …… avec Arche), des différences de l’ordre de 30 à 50 % sont observées dans les descentes de charges. Elles sont expliquées par les méthodes de calculs utilisées. Le logiciel ADVANCE tient compte de la raideur des éléments et diffuse les efforts vers ceux les plus raides, alors que le logiciel ARCHE procède à une descente de charge verticale sans tenir compte de la raideur.

Po2 – R16b Po2 – R16a

Po2 – R16b Po2 – R16a Po2 – 12

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Une analyse de la structure, élément par élément, a permis d’avoir un meilleur ressenti du fonctionnement structurel et ainsi de savoir « qui porte quoi ». La conclusion tirée est d’utiliser le modèle ARCHE, après certaines modifications. En effet, ce modèle permet mieux de comprendre l’origine des efforts et de ne pas en « oublier » (diffusion des efforts dans ADVANCE), même si les résultats sont plutôt défavorables.

Po2 – R16b Po2 – R16a Po2 - 12 Po2 - 13

Tranchant (t) 320 510 567 578

Moment (t.m) 202 690 568 488

Tableau 11. Tableau des efforts dans les poutres-voiles

Sections d’aciers et ferraillage : Les sections d’aciers du tirant principal et des faces ont été calculées avec l’outil Excel. Le tirant devant être ancrer au nœud, des aciers complémentaires ont parfois été ajoutés. De plus, pour l’ensemble de ces voiles la qualité du béton a été augmentée à C50/60. Lorsque possible, le ferraillage a été conçu de manière continue entre deux voiles. L’ancrage a été conçu comme suit :

1er

lit crossé dans le talon 2

e lit crossé à 90° et couturé avec des « U » de sections équivalentes

La section mise par face (horizontalement) est reprise par des « U » de sections équivalentes en bout de mur

La section mise par face (verticalement) est reprise par des cadres de liaison avec le talon de la poutre-voile.

En cas de continuité, des tirettes et des barres de liaison sont mises en place

Po2 – R16b

Figure 61. Ferraillage de Po2 - R16b

82

Po2 – R16a

Figure 62. Ferraillage de Po2 - R16a

Po2 – 12

Figure 63. Ferraillage de Po2 - 12

83

Po2 – 13

Figure 64. Ferraillage de Po2 - 13

Le ferraillage des poutres voiles a été une étape longue et difficile, pour différentes raisons :

La compréhension de la structure : changements dans le projet par l’architecte, niveaux R-2, R-1 et RDC qui ne se ressemblent plus

La mise à jour des modèles et l’interprétation des résultats Des problèmes de dimensionnement en phase projet Des valeurs d’efforts élevés et des dispositions particulières (rampe, décrochés L’élaboration de la méthodologie de calcul d’une poutre-voile selon l’EC-2

8.3. Dalles Les dalles ont été ferraillées en utilisant un outil interne du bureau permettant de déterminer les sections d’armatures requises pour des dalles sur deux ou quatre appuis.

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Pour les dalles sur deux appuis, la méthode de calcul est similaire à celle décrite pour les poutres. Pour les dalles sur quatre appuis, les moments sont pondérés en fonction du rapport des dimensions. Dans la majorité des cas, cet outil est suffisant et les dalles ne présentent pas de spécificités structurelles particulières. Les aspects à prendre en compte sont :

les différences d’épaisseur de dalle le niveau brut des dalles (prise en compte de continuité) le mode de réalisation (ici coulé en place)

Par méthode constructive, les murs du niveau inférieur sont coulés jusqu’à 10 cm au-dessus du niveau supérieur, afin d’avoir une talonnette pour faciliter la mise en place de banches. Cette disposition implique un ferraillage particulier pour la prise en compte de continuité de dalle sur un mur. Des lumières (réservations) sont prévues en partie supérieure du mur pour faire passer des barres de continuité au moment du bétonnage de la dalle, comme indiqué ci-dessous

Figure 65. Principe des lumières dans un voile

De la même façon, pour prendre en compte un moment à l’appui, des attentes industrielles sont placées lors du bétonnage du mur.

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Figure 66. Mise en place d'attentes industrielles "Start"

Des extraits du ferraillage du plancher haut du niveau R-4 sont disponibles en annexe 14. Annexe 14 : Exemple de ferraillage d’une dalle

8.4. Synthèse du ferraillage des poutres, poutres-voiles et dalles

Ces tâches ont requise différentes compétences : lecture de plan, compréhension de la structure, compréhension des modèles, connaissances des méthodes de ferraillage. Pratiquer cela m’a été bénéfique et enrichissant.

Chaque élément, ou presque, possède des particularités et nécessite une réflexion pour ne pas faire d’erreur.

De nombreux changements et adaptations ont eu lieux, encore à cette étape du projet.

Les méthodes de calcul et de ferraillage ne sont pas toujours évidentes à appréhender et ont

demandé du temps pour concevoir un ferraillage adapté à chaque élément.

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9. Interaction avec Bouygues Bâtiment Sud-Est Dans cette dernière partie, les échanges avec l’entreprise de construction, Bouygues Bâtiment Sud-Est, sont décrit. En tant que sous-traitant, ces interactions déterminent et orientent notre travail.

9.1. Exigences et attentes Comme expliqué dans la partie « 3. Mission du Bureau d’Études PLANTIER », des obligations sont à respecter vis-à-vis de BBSE : volume d’acier, date de rendus, note de justification, présence aux réunions… De plus, le bureau d’études PLANTIER s’est engagé lors de son contrat à respecter des fonds de plans structure élaboré par le bureau d’étude ILIADE INGENIERIE de l’équipe de maîtrise d’œuvre. Ainsi, les possibilités de modifications structurelles sont limitées lors de la phase EXE. La conception ayant déjà été faite en phase projet, aucun changement majeur ne devrait être nécessaire. Enfin, le bureau d’études se doit également de répondre aux demandes de modifications structurelles émises par BBSE, et adapter la conception du ferraillage aux méthodes de constructions appliquées sur le chantier. La communication est un point clé et non négligeable de cette mission. En effet, bien communiqué permet d’être à jour dans les modifications, d’assurer un bon avancement du chantier.

9.2. Demandes et modifications Les demandes de modifications des conducteurs de travaux sont fréquentes, et précises. Deux catégories sont différenciables : Modifications « Projet » : ce sont des demandes souvent émises par l’architecte ou par un autre corps d’état (réseaux, façade). Exemples :

- Modification d’équarrissage d’une poutre - Modification d’équarrissage d’un poteau - Modification de forme d’un poteau - Modification de position de murs non porteurs - Déplacement d’une réservation

Modifications « EXE » : ce sont des demandes directement émises par l’entreprise de construction et qui concernent la réalisation et la mise en œuvre. Le délai de réponse est souvent plus court. Il peut s’agir de modification à apporter à la structure, ou bien d’un constat de mauvaise mise en œuvre à prendre en compte et vérifier. Exemples :

- Modification de forme de pente o Pour diminuer les nombre de ruptures de pente, complexes en coffrage et bétonnage

- Adaptation de ferraillage o Problème de débutonnage

- Décalage de crochet de levage d’une poutre o Problème de mise en place du à la présence d’un buton

- Mode de coulage o Principe de réalisation des voiles de rampe avec interruption de bétonnage

- Prise en compte des écarts maquette structure et plans de coffrage o Mise à jour de la maquette structure

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- Vérification d’un défaut de réalisation o Défaut d’enrobage sur un ferraillage du radier à valider

- Restriction des types de barres o Pas d’utilisation de treillis ST25, pas d’utilisation de cadres φ6

- Uniformisation des qualités de béton o Poteaux, voiles

Certaines de ces demandes peuvent directement être traitées par le dessinateur-projeteur avec une mise à jour de plans. Cependant, d’autres nécessitent un temps plus conséquent pour mener une vérification approfondie. Les réponses et vérifications entrainées par ces demandes peuvent être considérablement chronophage, et parfois nécessiter de recommencer le travail déjà réalisé. D’autre part, pour nous bureau d’études, très peu de modifications sont tolérés. Néanmoins, des demandes sont également faites pour :

- modification de qualités de béton - modification d’équarrissage de poutres ou voiles

Ces sujets sont régulièrement discutés par téléphone ou en réunion. Un projet n’étant jamais « fixe », il faut savoir s’adapter autant que possible aux aléas de conception et de construction.

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10. Conclusion Au 1

er Juillet 2016, date de fin de mon projet, les documents suivant ont été diffusés :

plans de coffrage et plans de ferraillage du radier : complet plans de coffrage et plans de ferraillage du R-4 : complet plans de coffrage et plans de ferraillage du R-3 : complet plans de coffrage et plans de ferraillage du R-2 : partiel note de justification du radier note de justification de l’interface radier – paroi moulée note de justification des élévations des niveaux d’infrastructure

Le retard de la diffusion complète du niveau R-2 concerne le ferraillage des poutres. Il est dû à un retard dans la diffusion de la synthèse des réseaux, indépendant de notre mission. La mission de réalisation des études d’exécution a été réalisée efficacement et dans les temps. Les notes de justification ont été visées par le bureau de contrôle SOCOTEC et par le bureau structure ILIADE INGENIERIE. De même, les plans ont été visés par le bureau de contrôle et par l’architecte. De nombreux défis ont néanmoins été rencontrés durant cette mission principale de mon projet de fin d’études :

Utilisation et interprétation des modèles : différences des résultats entre Arche et Advance Compréhension et mise en œuvre de la réglementation : étanchéité du radier, poutres-voiles,

flèches Problème de pré-dimensionnement dans les phases précédentes : modification

d’équarrissage et de qualité de béton Conception du ferraillage entre respect des ratios et contraintes de mise en œuvre imposées

par BBSE Modifications et changements récurrents pendant la construction : modification de l’architecte,

synthèse des réseaux, mise en œuvre sur le chantier Malgré cela, la mission a bien été menée, sans retard préjudiciable à l’avancée du chantier ou de modifications conséquentes de notre part. C’est un chantier conséquent et complexe qui demande une implication importante pour s’imprégner du projet. Personnellement, ce projet m’a permis de mettre en pratique les connaissances acquises à l’INSA Strasbourg, de les étendre considérablement et de découvrir les enjeux présents dans la réalisation d’un tel ouvrage. Même si cela m’a demandé des efforts personnels, ce projet m’a permis de progresser dans la compréhension des modèles et des structures, mais également de considérer les réalités physiques de la construction. J’ai cependant été surpris par le nombre de changements encore opérés pendant cette phase d’exécution, par l’architecte ou l’entreprise de construction. Parallèlement à mon implication dans le projet SKY56, des affaires courantes m’ont été confiées. J’ai eu l’occasion de faire du ferraillage d’exécution pour des projets classiques de logement, faire des calculs de ratio d’armatures en phase DCE, mais aussi de traiter des affaires de recommandations techniques, par exemple dans le cas d’un aléa de type fontis. Ce projet de fin d’études au sein du Bureau d’Études PLANTIER a été une expérience très enrichissante pour moi à plusieurs niveaux. Cela m’a permis d’avoir un large aperçu du travail en bureau d’études, et d’en prendre part activement.

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Bibliographie Sites Internet : PLANTIER, Bureau d’Études PLANTIER, http://plantier.eu ICADE, Sky 56 à Lyon Part-Dieu (69), http://www.icade.fr/references/bureaux/sky-56-lyon-part-dieu-69 BA-CORTEX, Cours de béton armé, http://www.ba-cortex.com/pages/cours.php Documents : PLANTIER, Note d’hypothèses générales PLANTIER, Note de modélisation CALGARO Jean-Armand & CORTADE Jacques, Applications de l’Eurocode 2, Presses Ponts et Chaussées MULTON S., Béton Armé Eurocode 2, INSA Toulouse HOTTIER Jean-Michel, Flexion aux Etats Limites Ultimes et Effort Tranchant, INSA Strasbourg Normes : Eurocode 0 et Annexe Nationale Eurocode 1 et Annexe Nationale Eurocode 2 et Annexe Nationale DTU 14.1 relatif aux travaux de cuvelage des bâtiments DTU 23.1 relatif aux calculs des murs en béton banché