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Mmoire de PFE
Modlisation et dimensionnement de structures du complexe
htelier Loisium Alsace Voegtlinshoffen
Auteur : ZACCOMER Cyrille
INSA Strasbourg, Spcialit Gnie-Civil, 5me
anne
Tuteur Entreprise : ROEDER Julien
Ingnieur Structure, OTE Ingnierie
Tuteur INSA Strasbourg : KOVAL Georg
Professeur des universits
25 janvier 2010 12 juin 2010
Rapport intermdiaire de PFE ZACCOMER Cyrille 2
RESUME
Ce projet a pour objet la construction du complexe htelier Loisium Voegtlinshoffen. Mon projet
de fin dtudes a port sur la modlisation et le dimensionnement de structures de ce btiment.
Ltude a t oriente autour de quatre grands axes.
Tout dabord, les cinq btiments en bton du complexe ont t modliss sur un logiciel de calcul
aux lments finis. Les modles ont ensuite servi de support pour le reste de ltude. La seconde
partie de mon projet de fin dtudes a port sur ltude statique et sismique des fondations, en
vue de choisir et de dimensionner les systmes de fondations. Cette tude ma aussi permis
daborder la problmatique des appuis lastiques.
La troisime partie traite du dimensionnement, du calcul des armatures et des vrifications dune
dalle paisse de transfert de charges. Enfin, la dernire partie porte sur les consquences du
retrait et des variations thermiques sur une dalle de grande longueur sans joint de dilatation.
ABSTRACT
This aim of this project is the construction of Loisium resort in Voegtlinshoffen. My graduation
project is essentially based on modelling and design of part of the building structure. The study
was oriented around four main axes.
First, I worked on modelling the five concrete buildings of the Loisium resort with a finite element
analysis software. Models were then used as support for the remainder of the study. The second
part this project which was focused on the static and seismic study of the foundations leads to the
choice of foundation systems and their design. This study also allowed me to look into the
problem of elastic supports.
The third part deals with the study of a thick slab of charge transfer. The design of reinforcement
as well as punching checks and deflection calculation were made. The final section deals with the
consequences of shrinkage and thermal gradient on a great length slab without expansion joints.
Rapport intermdiaire de PFE ZACCOMER Cyrille 3
REMERCIEMENTS
Je tiens remercier M. Georg KOVAL, mon tuteur de projet de fin dtudes lINSA, qui ma suivi
tout au long de cette priode et ma conseill sur lorientation que celui-ci devait prendre.
Par ailleurs, je remercie, M. Marc STOLL, chef du dpartement gnie civil de OTE Ingnierie et
responsable de mon projet, ainsi que Mme Anne HOFFER, directrice des ressources humaines qui
mont permis deffectuer mon stage au sein de ce bureau dtudes.
Je remercie fortement M. Julien ROEDER, mon tuteur au sein de OTE Ingnierie, qui ma suivi et
guid durant ces vingt semaines. De plus, je voudrais remercier M. Sbastien ANTOINET de ses
conseils et davoir su me transmettre la passion de ce mtier.
Enfin, je tiens remercier tous les ingnieurs, projeteurs et collaborateurs pour leur accueil, leur
aide et le temps quils ont partag avec moi.
Rapport intermdiaire de PFE ZACCOMER Cyrille 4
TABLES DES MATIERES
RESUME ....................................................................................................................................... 2
ABSTRACT ..................................................................................................................................... 2
REMERCIEMENTS ............................................................................................................................ 3
TABLES DES MATIERES ...................................................................................................................... 4
TABLES DES ILLUSTRATIONS ............................................................................................................... 6
TABLE DES TABLEAUX ....................................................................................................................... 7
INTRODUCTION .............................................................................................................................. 8
1 PRESENTATION DE LENTREPRISE ................................................................................................. 9
1.1 Gnralits ......................................................................................................................... 9
1.2 Activits .............................................................................................................................. 9
2 DESCRIPTION DU PROJET ......................................................................................................... 10
2.1 Description architecturale ................................................................................................ 10
2.2 Structure ........................................................................................................................... 12
2.3 Les acteurs ........................................................................................................................ 13
2.3.1 Maitrise douvrage ................................................................................................... 13
2.3.2 Maitrise duvre ...................................................................................................... 13
2.4 Chiffres cls ...................................................................................................................... 14
2.4.1 Montant de lopration ............................................................................................ 14
2.4.2 Surfaces .................................................................................................................... 14
2.5 Planning de lopration .................................................................................................... 14
3 MODELISATION .................................................................................................................... 15
3.1 Prsentation du logiciel .................................................................................................... 15
3.2 Hypothses de modlisation ............................................................................................ 15
3.3 Charges et surcharges ...................................................................................................... 16
3.4 Hypothses aux appuis ..................................................................................................... 16
3.4.1 Influence des hypothses aux appuis ...................................................................... 16
3.4.2 Calcul de la raideur des appuis Influence dune variation de raideur ................... 19
4 ETUDE STATIQUE DES FONDATIONS............................................................................................ 21
4.1 Contexte gotechnique .................................................................................................... 21
4.2 Contraintes du projet ....................................................................................................... 22
4.3 Choix du mode de fondations .......................................................................................... 22
4.3.1 Consultation des entreprises ................................................................................... 22
4.3.2 Choix des systmes de fondations ........................................................................... 23
4.4 Dfinition des niveaux des plates-formes de travail ........................................................ 24
4.5 Modlisation sur appuis lastiques .................................................................................. 25
4.5.1 Intrt des appuis lastiques en statique Objectifs de ltude ............................. 25
4.5.2 Calcul des raideurs des appuis ................................................................................. 25
4.5.3 Mode opratoire Influence de la premire itration ............................................ 27
4.5.4 Conclusions et limites de la mthode ...................................................................... 29
Rapport intermdiaire de PFE ZACCOMER Cyrille 5
4.6 Fondations superficielles .................................................................................................. 31
4.6.1 Contrainte de rupture du sol .................................................................................... 31
4.6.2 Dimensionnement .................................................................................................... 33
4.6.3 Tassements ............................................................................................................... 33
4.6.4 Contrainte du bton ................................................................................................. 34
4.6.5 Ferraillage ................................................................................................................. 34
4.7 Fondations semi-profondes ............................................................................................. 35
4.7.1 Hypothses de calcul ................................................................................................ 36
4.7.2 Dimensionnement .................................................................................................... 36
4.7.3 Contrainte du bton ................................................................................................. 36
4.7.4 Ferraillage ................................................................................................................. 36
4.8 Fondations profondes ...................................................................................................... 36
4.8.1 Capacit portante dun pieu isol ............................................................................ 37
4.8.2 Effet de groupe ......................................................................................................... 38
4.8.3 Frottement ngatif ................................................................................................... 39
4.8.4 Contrainte du bton ................................................................................................. 40
4.8.5 Ferraillage ................................................................................................................. 40
5 ETUDE SISMIQUE ................................................................................................................... 42
5.1 Dfinition de sisme de calcul .......................................................................................... 42
5.1.1 Paramtres de laction sismique .............................................................................. 42
5.1.2 Valeur du module dlasticit .................................................................................. 43
5.1.3 Coefficient de comportement .................................................................................. 44
5.1.4 Combinaisons de Newmark ...................................................................................... 45
5.1.5 Combinaisons dactions ............................................................................................ 45
5.1.6 Masses prendre en compte dans les calculs ......................................................... 46
5.1.7 Slection des modes ................................................................................................. 46
5.2 Orientation des modles .................................................................................................. 46
5.3 Vrification sismique des fondations ............................................................................... 48
5.3.1 Modlisation sur appuis lastiques .......................................................................... 48
5.3.2 Fondations superficielles et semi-profondes ........................................................... 49
5.3.3 Fondations profondes .............................................................................................. 53
6 DALLE DE TRANSFERT ............................................................................................................. 58
6.1 Problmatique Description du cas dtude ................................................................... 58
6.2 Modlisation .................................................................................................................... 59
6.3 Caractristiques des matriaux ........................................................................................ 60
6.3.1 Bton ........................................................................................................................ 60
6.3.2 Acier ......................................................................................................................... 60
6.4 Armatures longitudinales Prise en compte des moments de torsion ........................... 61
6.5 Armatures transversales Poinonnement ..................................................................... 63
6.5.1 Vrification sans armatures longitudinales .............................................................. 63
6.5.2 Vrification avec armatures longitudinales ............................................................. 63
6.5.3 Dtermination des armatures transversales ............................................................ 64
6.6 Vrification statique du poteau central ........................................................................... 65
6.7 Vrification des flches .................................................................................................... 65
Rapport intermdiaire de PFE ZACCOMER Cyrille 6
7 DALLE DE GRANDE LONGUEUR SANS JOINT DE DILATATION .............................................................. 67
7.1 Problmatique .................................................................................................................. 67
7.2 Calcul des effets du retrait et des variations thermiques ................................................ 68
7.2.1 Effets du retrait ........................................................................................................ 68
7.2.2 Effets des variations thermiques .............................................................................. 68
7.2.3 Pourcentage des effets prendre en compte .......................................................... 69
7.2.4 Combinaisons dactions ............................................................................................ 69
7.3 Etude des effets du retrait et des variations thermiques ................................................ 69
7.3.1 Introduction .............................................................................................................. 69
7.3.2 Influence sur le ferraillage dans le sens de la porte ............................................... 70
7.3.3 Influence sur le ferraillage dans le sens perpendiculaire la porte ...................... 72
7.3.4 Conclusion ................................................................................................................ 72
7.4 Joint de clavage ................................................................................................................ 73
7.4.1 Rle du joint de clavage ........................................................................................... 73
7.4.2 Dispositions constructives ........................................................................................ 73
7.4.3 Dtermination du temps ncessaire avant fermeture du joint de clavage ............. 73
7.5 Vrification en phase dexploitation de louvrage ........................................................... 76
CONCLUSION ............................................................................................................................... 79
BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................................ 81
TABLES DES ILLUSTRATIONS
Figure 1.1 - Muse d'Art moderne et contemporain de Strasbourg.................................................. 9
Figure 2.1 - Maquette du projet Loisium ......................................................................................... 10
Figure 2.2 - Vue en plan du projet Loisium et de son concept d'arborescence ............................... 10
Figure 2.3 - Vue en plan des 6 btiments du complexe Loisium ...................................................... 12
Figure 2.4 - Coupe A-A : Diffrence des niveaux des btiments A et E ............................................ 12
Figure 2.5 - Coupe D-D : Etagement du btiment B ......................................................................... 13
Figure 2.6 - Planning de l'opration ................................................................................................. 14
Figure 3.1 - Vues du modle du btiment E ralis sur Effel Structure ........................................... 15
Figure 3.2 - Modlisation des lments filaires ............................................................................... 15
Figure 3.3 - Valeur des efforts verticaux aux ELS selon le type dappui ........................................... 17
Figure 3.4 - Voile sur appuis lastiques ............................................................................................ 18
Figure 4.1 - Pente de 1/3 entre niveaux d'assises de fondations .................................................... 22
Figure 4.2 - Coupe de principe des fondations du btiment B ........................................................ 23
Figure 4.3 - Mode opratoire pour le calcul sur appuis lastiques .................................................. 28
Figure 4.4 - Principe de ferraillage des fondations superficielles .................................................... 34
Figure 5.1 - Comparaison des acclrations sismiques PS92/EC8 ................................................... 43
Figure 5.2 - Diagramme lastoplastique .......................................................................................... 44
Figure 5.3 - Valeur du coefficient de comportement ....................................................................... 45
Figure 5.4 - Vues en plan des modles orients 0 (a) et 45 (b) et vue en perspective des
modles (c) ....................................................................................................................................... 47
Figure 5.5 - Cne d'arrachement d'une fondation superficielle ...................................................... 50
Rapport intermdiaire de PFE ZACCOMER Cyrille 7
Figure 5.6 - Raidisseurs verticaux ..................................................................................................... 51
Figure 5.8 - Principe de ralisation des micropieux ......................................................................... 52
Figure 5.7 - Btiment B - Localisation des efforts d'arrachement ................................................... 52
Figure 5.9 - Cne d'arrachement d'un pieu ..................................................................................... 54
Figure 5.10 Loi de comportement du sol pour les actions de courte dure ................................. 55
Figure 5.11 - Modlisation du comportement des pieux sous sollicitations horizontales .............. 57
Figure 6.1 - Vue en perspective de la dalle de transfert du btiment B .......................................... 58
Figure 6.2 - (a) Dformations dvies des barres - (b) Configuration en marches d'escalier .......... 61
Figure 6.3 - Dfinition du feuillet moyen ......................................................................................... 63
Figure 7.1 - Modlisation du btiment D ......................................................................................... 67
Figure 7.2 - Joint de clavage dans une dalle ..................................................................................... 73
Figure 7.3 - Evolution du retrait dans le temps ................................................................................ 75
Figure 7.4 (a) Evolution de la temprature dans la paroi (b) Contrainte du bton d au gradient
thermique ......................................................................................................................................... 77
TABLE DES TABLEAUX
Tableau 2.1 - Description des niveaux ............................................................................................. 11
Tableau 3.1 - Valeur des efforts verticaux selon la raideur des appuis ........................................... 17
Tableau 3.2 - Voile sur appuis lastiques Valeurs des ractions aux appuis ................................ 18
Tableau 3.3 - Dplacements maximums des modles sur appuis rigides et lastiques .................. 19
Tableau 3.4 - Effets d'une variation de raideur ................................................................................ 20
Tableau 4.1 - Systmes de fondations ............................................................................................. 24
Tableau 4.2 - Valeurs des modules pressiomtriques quivalents et du coefficient rhologique .. 26
Tableau 4.3 - Contrainte de rupture du sol aux ELS ......................................................................... 32
Tableau 4.4 - Armatures longitudinales des pieux ........................................................................... 41
Tableau 4.5 - Diamtres et espacements des armatures transversales des pieux .......................... 41
Tableau 5.1 - Caractristiques modales ........................................................................................... 47
Tableau 5.2 - Comparaison des efforts sismiques selon l'orientation du modle ........................... 47
Tableau 5.3 - Calcul des raideurs dynamiques pour des fondations superficielles ......................... 49
Tableau 6.1 - Flches maximales du modle avec charges reportes et du modle global ............ 59
Tableau 6.2 - Moments de flexion Mx maximaux du modle avec charges reportes et du modle
global ................................................................................................................................................ 59
Tableau 6.3 - Moments de flexion My maximaux du modle avec charges reportes et du modle
global ................................................................................................................................................ 59
Tableau 6.4 - Rsistance de calcul du bton aux ELU ...................................................................... 60
Tableau 7.1 - Sections minimales d'acier ......................................................................................... 71
Tableau 7.2 - Evolution du retrait dans le temps ............................................................................. 75
Tableau 7.3 - Tempratures extrieures et intrieures ................................................................... 76
Tableau 7.4 - Gradient thermique du bton .................................................................................... 77
Rapport intermdiaire de PFE ZACCOMER Cyrille 8
INTRODUCTION
Mon projet de fin dtudes porte sur la modlisation et le dimensionnement de structures du
complexe htelier Loisium Voegtlinshoffen. La structure, imagine par larchitecte New-Yorkais
Steven Holl, est compose de six btiments, de quatre six niveaux et accueillera des chambres,
des espaces de dtente et de restauration, ainsi quun centre vnementiel.
Cette tude sest droule au sein de lentreprise OTE Ingnierie, situe Illkirch et a t oriente
autour de quatre axes principaux.
Dans un premier temps, les cinq btiments en bton du complexe Loisium ont t modliss sur
un logiciel de calcul aux lments finis. Les hypothses de modlisation seront prsentes dans le
rapport. Ces modles serviront ensuite de support pour traiter les trois autres thmes majeurs de
mon projet de fin dtudes.
Ltude statique et sismique des fondations sera ensuite ralise en sappuyant sur les
conclusions du rapport de sol et en tenant compte des contraintes architecturales. Tout dabord,
les systmes de fondations des diffrents btiments seront choisis afin de sadapter au mieux aux
contraintes du projet. Les rgles de dimensionnement des fondations seront ensuite dtailles
dans le cas du calcul statique puis sismique, en portant une attention particulire la gestion des
efforts sismiques darrachements. Cette tude a galement permis daborder la problmatique de
linteraction sol-structure travers le calcul des raideurs statiques et dynamiques des appuis.
La troisime tape traitera de ltude dune dalle paisse de transfert de charges. On prsentera
lensemble des vrifications effectues sur cette dalle en portant une attention particulire sur
linfluence du moment de torsion sur le ferraillage de la dalle. Une tude comparative sera
galement prsente afin de montrer lincidence de la modlisation sur les sollicitations et les
dformations.
La dernire tape de ce projet de fin dtudes portera sur les consquences du retrait et des
variations thermiques sur une dalle de grande longueur sans joint de dilatation. On expliquera les
incidences de ces phnomnes sur les structures et en particulier sur le ferraillage des dalles. On
prsentera ensuite les dispositions constructives permettant de rendre ngligeables ces effets.
Ce mmoire prsente ma dmarche et les travaux que jai raliss durant mon projet de fin
dtudes. Il sera dcompos en 7 chapitres. Je commencerai par prsenter le bureau dtudes
OTE, qui ma accueilli pendant ce stage, avant de dcrire le projet Loisium. On dcrira ensuite les
hypothses utilises pour ltape de modlisation. Ltude statique et sismique des fondations
fera lobjet des parties 4 et 5. Enfin les parties 6 et 7 traiteront respectivement de ltude dune
dalle de transfert de charges et des consquences du retrait et des variations thermiques sur une
dalle de grande longueur.
Rapport intermdiaire de PFE ZACCOMER Cyrille 9
1 PRESENTATION DE LENTREPRISE
1.1 Gnralits
Omnium Technique Europen est un bureau dtudes pluridisciplinaire spcialiste de la
construction de btiments publics, tertiaires et industriels de haute technicit, reconnu dans tout
le quart nord-est de la France.
Cr en 1962, le bureau dtudes OTE sest dabord constitu en socit civile avant de devenir en
1980 une socit anonyme directoire. Le directoire est actuellement compos de 5 membres. Le
capital de la socit est dtenu majoritairement par 22 actionnaires actifs dans la socit et
slve 1M.
Le groupe OTE emploie environ 200 personnes, dont une centaine de cadres. La plupart de ses
collaborateurs sont regroups au sige dIllkirch-Graffenstaden dans la banlieue de Strasbourg.
OTE Ingnierie possde dautres agences Mulhouse (68), Colmar (68), Metz (57), Paris (75) et
Nantes (44).
Le groupe OTE Ingnierie comprend galement dautres structures telles que ITECO, ensemblier,
R2A, matre duvre en rgion Lorraine, et OTELIO, conseils et assistance la matrise douvrage
HQE (Haute qualit environnementale).
1.2 Activits
OTE Ingnierie produit annuellement plus de 16 M dtudes. Les comptences du bureau
dtudes sont :
La direction de projet
Lenvironnement et la scurit
Le gnie civil
Le gnie thermique
Le gnie lectrique
Lconomie de la construction
Les voiries et les rseaux divers
La direction de travaux
Ralisations notoires dOTE Ingnierie :
Nouvel Hpital Civil de
Strasbourg
Parlement europen IPE4
Muse dArt moderne et
contemporain de Strasbourg
(Figure 1.1)
Htel du dpartement du
Haut-Rhin (Colmar)
Centre hospitalier
universitaire de Grenoble
Figure 1.1 - Muse d'Art moderne et contemporain de Strasbourg
Mmoire de PFE ZACCOMER Cyrille 10
2 DESCRIPTION DU PROJET
Ce paragraphe est ddi la description du projet. On commencera par expliquer le concept
architectural du projet, puis on dcrira les particularits structurelles du complexe. On abordera
enfin les principaux acteurs du projet, son cot et le planning de lopration.
2.1 Description architecturale
Ce projet a pour objet la construction dun complexe htelier de luxe Voegtlinshoffen,
commune situe dans le vignoble alsacien (Figure 2.1).
Figure 2.1 - Maquette du projet Loisium
Ltablissement est situ sur les hauteurs de Voegtlinshoffen, proximit du site historique de
lAbbaye de Marbach, au pied dune ancienne carrire. Les installations seront exploites par la
socit LOISIUM ALSACE et seront implantes sur un terrain de 15 000 m.
Le complexe htelier haut de gamme (4 toiles) est ddi la vinothrapie. Le projet se compose
de 96 chambres, despaces spa et relaxation, despaces restauration et bar, de salles de runion et
dun espace vnementiel.
Le projet, imagin par larchitecte New
Yorkais Steven HOLL, forme une
structure arborescente (Figure 2.2) :
les btiments reprsentent des
branches et une fleur aux tons rouges
merge de cet difice en bton bard
de bois. Ce concept permet au
complexe de sintgrer en douceur la
pente du paysage. Ces faades en bois
sombre brl se fondent dans la
Figure 2.2 - Vue en plan du projet Loisium et de son concept
d'arborescence
Mmoire de PFE ZACCOMER Cyrille 11
verdure de la fort et lacier rouge patin (acier Corten) du pavillon consacr lvnementiel
sharmonise aux couleurs de la carrire de grs.
La forme arborescente permet galement de former diffrents espaces extrieurs indpendants :
un endroit privatif pour le spa, une partie caractre plus public pour le restaurant. Dans lhtel,
les couloirs, les chambres et suites offrent une vue exceptionnelle sur le vignoble alsacien. Toutes
les chambres disposent dun balcon avec fentres allant du sol au plafond afin de renforcer le
rapport la nature.
Le pavillon vnementiel comprend sa base une galerie vin relie au restaurant. Au niveau
suprieur, reli au hall, se trouve un espace de runions ddi aux concerts, mariages et autres
manifestations de lhtel.
Les affectations des diffrents niveaux du btiment qui sera tabli sur un site en pente (environ
du niveau + 398,00 ct est, aux niveaux + 412,00 / + 413,00 en limite du btiment projet ct
ouest), seront (Tableau 2.1) :
Etage Hauteur par rapport
au niveau 0
Description
R+6 + 19,40 m - 1 chambre en duplex (tour ouest)
R+5 + 16,25 m - 1 chambre (tour ouest)
R+4 + 13,10 m - 22 chambres (dont duplex R+5/R+6 de la tour sud
accessible depuis le R+4)
R+3 + 9,95 m - 34 chambres dont 3 chambres accessibles aux PMR
R+2
de plain-pied
sur extrieur
ct ouest
+ 6,80 m - 32 chambres
R+1
de plain-pied
sur extrieur
ct sud/ouest
+ 2,85 m
- 6 chambres
- spa : salons, salles fitness-yoga, espaces bains-sauna
et dtente
- salle de runion
RDC
de plain-pied
sur extrieur ct
nord et sud/est
+/- 0,00 m
- hall-bar
- espace vnementiel
- spa : espace dtente et piscine
- locaux sociaux et bureaux personnels
RDJ
de plain-pied sur
extrieur ct est
- 3,55 m - restaurant et salon
- cuisine, locaux techniques et stockages
Tableau 2.1 - Description des niveaux
Des vues architecturales du projet figurent en annexe 1.
Mmoire de PFE ZACCOMER Cyrille 12
2.2 Structure
Le complexe Loisium est dcompos en six btiments (Figure 2.3). Les btiments A, B, C, D et E
sont conus en bton alors que le btiment F a une structure mixte acier/bton (charpente
mtallique appuye sur un soubassement en bton).
Figure 2.3 - Vue en plan des 6 btiments du complexe Loisium
Laspect architectural du projet Loisium est trs important. La conception structurelle a donc d
tre adapte pour satisfaire ces fortes exigences architecturales.
Les diffrents blocs sont fonds des altitudes trs diffrentes. On notera notamment une
diffrence de 10 m entre les niveaux des btiments A et E (Figure 2.4). Le btiment B prsente
galement la particularit dtre tag puisquil y a jusqu deux tages de diffrence entre les
diffrentes zones du btiment (Figure 2.5). Ces contraintes ont influ de faon notoire sur le
mode de fondations retenu et sur la conception de la plate forme de travail. Cest lobjet du
paragraphe 4.
Figure 2.4 - Coupe A-A : Diffrence des niveaux des btiments A et E
Mmoire de PFE ZACCOMER Cyrille 13
Figure 2.5 - Coupe D-D : Etagement du btiment B
Les tages prsentent peu de similarits et de nombreux voiles ne se superposent pas, hormis
pour les derniers niveaux qui ne regroupent que des chambres. Dans de nombreux cas, il est
possible de faire travailler les voiles en poutre-voile en sappuyant ponctuellement sur les niveaux
infrieurs. En revanche, dans la plupart des blocs du complexe, ce fonctionnement nest pas
possible. Les niveaux suprieurs, qui regroupent les chambres, possdent une trame rgulire et
sappuient sur des espaces communs, plus ouverts et moins trams, ce qui ncessite donc des
dalles paisses de transfert de charges. Ltude dune de ces dalles fait lobjet du paragraphe 6.
On peut galement remarquer que le btiment D est de grande longueur sans joint de dilatation,
puisquon a prs de 42 m entre blocs. Les phnomnes de retrait du bton et la dilatation
thermique peuvent donc avoir des consquences importantes et provoquer des sollicitations non
ngligeables dans la structure. Le paragraphe 7 aborde ltude de linfluence de ces phnomnes
sur un tage du btiment D.
La structure prsente dautres particularits comme de nombreux dcaisss de dalles ou encore
des discontinuits verticales de certains joints de dilatation qui ont ncessit des tudes
spcifiques. On peut relever la prsence de structures fonctionnant en porte--faux. Nanmoins,
ces particularits ne font pas lobjet de ce mmoire.
Des plans des niveaux, des coupes de la structure et des vues des faades figurent en annexe 2.
2.3 Les acteurs
2.3.1 Maitrise douvrage
La socit Loisium Alsace SAS, gre par un groupement dinvestisseurs autrichiens, est
commanditaire du projet. Elle a dlgu la maitrise douvrage la Socit dEconomie Mixte de
Haute Alsace (SEMHA) qui est spcialise dans le suivi doprations de construction.
2.3.2 Maitrise duvre
Le New-Yorkais Steven Holl est larchitecte mandataire du projet Loisium. Il sest associ au
cabinet darchitectes suisse Ruessli Architects.
Mmoire de PFE ZACCOMER Cyrille 14
OTE Ingnierie a t choisi par la matrise douvrage dlgue (SEMHA) pour assurer le suivi du
projet, les tudes structurelles et techniques ainsi que pour le suivi des travaux.
SOCOTEC a t dsign comme bureau de contrle sur lopration et la socit APAVE comme
coordinateur SPS (Scurit et Prvention de la Sant).
2.4 Chiffres cls
2.4.1 Montant de lopration
Le montant global de lopration est de 17,2 M. Le lot gros-uvre charpente mtallique
tanchit reprsente 22% du montant des travaux, soit 3,8 M.
2.4.2 Surfaces
La dfinition exacte des diffrents types de surfaces cites ci-dessous figure en annexe 3.
Surface utile (SU) : 8570 m
Surfaces Hors uvre Nette (SHON) : 9247 m
Surface Hors uvre Brute (SHOB) : 9913 m
2.5 Planning de lopration
Le projet est actuellement en phase de consultation des entreprises (DCE). La figure 2.6 ci-dessous
dcrit les principales phases du projet Loisium. Un planning prvisionnel dtaill des phases
Etudes dexcution et Travaux figure en annexe 4.
Figure 2.6 - Planning de l'opration
Nanmoins, ce planning devrait tre mis jour prochainement, car le projet est actuellement
menac par deux recours administratifs dposs par des associations locales. Un jugement sera
prononc dans les prochains mois pour statuer sur la poursuite du projet.
Travaux
Etudes d'excution
Ngociations
Analyse des offres
DCE
PRO
APD
Mmoire de PFE
3 M
Cette partie est consacre la modlisation des structure
laide du logiciel Effel.
modlisation avant daborder lintrt
3.1
Effel Structure est un logiciel d
efforts internes et les dplacements dune structure soumise diffrents types de chargements
Le logiciel Effel Structure permet galement deffectuer un calcul sismique par lanalyse mo
La figure 3.1 reprsente deux vues du modle du btiment E obtenues respectivement avec le
moteur 3D
annexe 5.
3.2
Lensemble des six btimen
suivantes ont t utilises pour la modlis
Ltape de modlisation est trs importante. La structure ne doit pas tre reprsente dans les
moindres dtails. Lingnieur doit donc apporter une relle valeur ajoute lors de cette tape afin
Mmoire de PFE
MODELISATION
Cette partie est consacre la modlisation des structure
laide du logiciel Effel.
modlisation avant daborder lintrt
Prsentation du logiciel
Effel Structure est un logiciel d
efforts internes et les dplacements dune structure soumise diffrents types de chargements
Le logiciel Effel Structure permet galement deffectuer un calcul sismique par lanalyse mo
La figure 3.1 reprsente deux vues du modle du btiment E obtenues respectivement avec le
moteur 3D et linterface de calcul du logiciel.
annexe 5.
Hypothses de modlisation
Lensemble des six btimen
suivantes ont t utilises pour la modlis
les dalles et les voiles sont modliss en
coques paisses
les poteaux sont bi
reprennent que des charges verticales, ou
bi-encastrs lorsquils participent au
contreventement
les poutres sont encastr
une maille dans les
(Figure 3.2)
le maillage est constitu dlments
quadrangulaires de 1 m x 1 m
Ltape de modlisation est trs importante. La structure ne doit pas tre reprsente dans les
moindres dtails. Lingnieur doit donc apporter une relle valeur ajoute lors de cette tape afin
ODELISATION
Cette partie est consacre la modlisation des structure
laide du logiciel Effel. On commencera par dcrire le logiciel Effel, puis les hypothses de
modlisation avant daborder lintrt
Prsentation du logiciel
Effel Structure est un logiciel d
efforts internes et les dplacements dune structure soumise diffrents types de chargements
Le logiciel Effel Structure permet galement deffectuer un calcul sismique par lanalyse mo
La figure 3.1 reprsente deux vues du modle du btiment E obtenues respectivement avec le
linterface de calcul du logiciel.
Figure 3.1
Hypothses de modlisation
Lensemble des six btiments du complexe a t modlis
suivantes ont t utilises pour la modlis
les dalles et les voiles sont modliss en
coques paisses
les poteaux sont bi
reprennent que des charges verticales, ou
encastrs lorsquils participent au
contreventement
les poutres sont encastr
une maille dans les
(Figure 3.2)
le maillage est constitu dlments
quadrangulaires de 1 m x 1 m
Ltape de modlisation est trs importante. La structure ne doit pas tre reprsente dans les
moindres dtails. Lingnieur doit donc apporter une relle valeur ajoute lors de cette tape afin
ZACCOMER Cyrille
Cette partie est consacre la modlisation des structure
On commencera par dcrire le logiciel Effel, puis les hypothses de
modlisation avant daborder lintrt des appuis lastiques.
Prsentation du logiciel
Effel Structure est un logiciel de calcul de structure au
efforts internes et les dplacements dune structure soumise diffrents types de chargements
Le logiciel Effel Structure permet galement deffectuer un calcul sismique par lanalyse mo
La figure 3.1 reprsente deux vues du modle du btiment E obtenues respectivement avec le
linterface de calcul du logiciel.
- Vues du modle
Hypothses de modlisation
ts du complexe a t modlis
suivantes ont t utilises pour la modlis
les dalles et les voiles sont modliss en
les poteaux sont bi-rotuls
reprennent que des charges verticales, ou
encastrs lorsquils participent au
contreventement
les poutres sont encastres dau moins
une maille dans les lments
le maillage est constitu dlments
quadrangulaires de 1 m x 1 m
Ltape de modlisation est trs importante. La structure ne doit pas tre reprsente dans les
moindres dtails. Lingnieur doit donc apporter une relle valeur ajoute lors de cette tape afin
ZACCOMER Cyrille
Cette partie est consacre la modlisation des structure
On commencera par dcrire le logiciel Effel, puis les hypothses de
des appuis lastiques.
e calcul de structure au
efforts internes et les dplacements dune structure soumise diffrents types de chargements
Le logiciel Effel Structure permet galement deffectuer un calcul sismique par lanalyse mo
La figure 3.1 reprsente deux vues du modle du btiment E obtenues respectivement avec le
linterface de calcul du logiciel. Des vues des autres btiments modliss figurent en
modle du btiment E
ts du complexe a t modlis
suivantes ont t utilises pour la modlisation :
les dalles et les voiles sont modliss en
lorsquils ne
reprennent que des charges verticales, ou
encastrs lorsquils participent au
s dau moins
lments surfaciques
le maillage est constitu dlments
quadrangulaires de 1 m x 1 m
Ltape de modlisation est trs importante. La structure ne doit pas tre reprsente dans les
moindres dtails. Lingnieur doit donc apporter une relle valeur ajoute lors de cette tape afin
ZACCOMER Cyrille
Cette partie est consacre la modlisation des structures. Ltude du complexe a t effectue
On commencera par dcrire le logiciel Effel, puis les hypothses de
des appuis lastiques.
e calcul de structure aux lments finis. Il permet de
efforts internes et les dplacements dune structure soumise diffrents types de chargements
Le logiciel Effel Structure permet galement deffectuer un calcul sismique par lanalyse mo
La figure 3.1 reprsente deux vues du modle du btiment E obtenues respectivement avec le
Des vues des autres btiments modliss figurent en
btiment E ralis sur Effel Structure
ts du complexe a t modlis grce au logiciel Effel. Les hypothses
les dalles et les voiles sont modliss en
lorsquils ne
reprennent que des charges verticales, ou
encastrs lorsquils participent au
s dau moins
surfaciques
le maillage est constitu dlments
Ltape de modlisation est trs importante. La structure ne doit pas tre reprsente dans les
moindres dtails. Lingnieur doit donc apporter une relle valeur ajoute lors de cette tape afin
Figure 3.2
s. Ltude du complexe a t effectue
On commencera par dcrire le logiciel Effel, puis les hypothses de
x lments finis. Il permet de
efforts internes et les dplacements dune structure soumise diffrents types de chargements
Le logiciel Effel Structure permet galement deffectuer un calcul sismique par lanalyse mo
La figure 3.1 reprsente deux vues du modle du btiment E obtenues respectivement avec le
Des vues des autres btiments modliss figurent en
ralis sur Effel Structure
grce au logiciel Effel. Les hypothses
Ltape de modlisation est trs importante. La structure ne doit pas tre reprsente dans les
moindres dtails. Lingnieur doit donc apporter une relle valeur ajoute lors de cette tape afin
2 - Modlisation des lments filaires
s. Ltude du complexe a t effectue
On commencera par dcrire le logiciel Effel, puis les hypothses de
x lments finis. Il permet de calculer les
efforts internes et les dplacements dune structure soumise diffrents types de chargements
Le logiciel Effel Structure permet galement deffectuer un calcul sismique par lanalyse mo
La figure 3.1 reprsente deux vues du modle du btiment E obtenues respectivement avec le
Des vues des autres btiments modliss figurent en
ralis sur Effel Structure
grce au logiciel Effel. Les hypothses
Ltape de modlisation est trs importante. La structure ne doit pas tre reprsente dans les
moindres dtails. Lingnieur doit donc apporter une relle valeur ajoute lors de cette tape afin
Modlisation des lments filaires
15
s. Ltude du complexe a t effectue
On commencera par dcrire le logiciel Effel, puis les hypothses de
calculer les
efforts internes et les dplacements dune structure soumise diffrents types de chargements.
Le logiciel Effel Structure permet galement deffectuer un calcul sismique par lanalyse modale.
La figure 3.1 reprsente deux vues du modle du btiment E obtenues respectivement avec le
Des vues des autres btiments modliss figurent en
grce au logiciel Effel. Les hypothses
Ltape de modlisation est trs importante. La structure ne doit pas tre reprsente dans les
moindres dtails. Lingnieur doit donc apporter une relle valeur ajoute lors de cette tape afin
Modlisation des lments filaires
Mmoire de PFE ZACCOMER Cyrille 16
dallger au maximum le modle tout en reprsentant au plus juste le comportement de la
structure. Ainsi, tous les lments dont le rapport longueur/largeur est suprieur quatre ont t
modliss comme des filaires pour rendre le modle plus simple. Il est en effet plus facile
dexploiter les rsultats pour ces lments que pour les lments surfaciques.
3.3 Charges et surcharges
Le poids volumique des lments en bton arm est gal 25 kN/m3. Les dimensions des
lments estimes pendant la phase davant projet ont t utilises pour dterminer le poids
propre. Les charges permanentes complmentaires et surcharges dexploitation utilises ont t
dtermines en utilisant la norme NF P 06-001. On a les charges suivantes :
Dallage :
Toutes zones : 7,5 kN/m
Dalle :
Complment de poids propre :
- Revtement + divers : 1,0 kN/m
- Chapes : 2,5 kN/m
Surcharges dexploitation :
- Chambre : 1,5 kN/m
- Bureaux : 2,5 kN/m
- Balcons : 3,5 kN/m
- Autres : 4,0 kN/m
- Locaux techniques : 7,5 kN/m
Toiture :
Complments de poids propre
- bac + isolation + tanchit + divers : 0,6 kN/m
- Toiture vgtalise : 1,5 kN/m
- Toiture enterre : 10,0 kN/m
Surcharges dexploitation :
- Toiture non accessible : 1,0 kN/m
Lensemble des combinaisons de charges utilises figurent en annexe 6.
3.4 Hypothses aux appuis
3.4.1 Influence des hypothses aux appuis
Le logiciel Effel permet de modliser trois types dappuis diffrents :
Appuis de type rigide
Appuis de type lastique
Appuis de type bute (qui permettent de ne reprendre que des efforts dans une
mme direction, par exemple que de la compression)
Mmoire de PFE ZACCOMER Cyrille 17
On peut donc se demander quelle est linfluence des hypothses aux appuis sur la descente de
charge effectue par Effel. La comparaison a t ralise sur le btiment A du complexe Loisium.
Les appuis bute ncessitant un calcul non linaire, il na pas t possible de comparer les
rsultats de la descente de charge sismique pour ce type dappuis, le logiciel Effel ne calculant
quen linaire dans le cas des sollicitations sismiques. Seuls les appuis rigides et lastiques ont
donc t compars. Le calcul avec appuis lastiques a t effectu avec une raideur verticale de
400 000 kN/m et une raideur horizontale gale 300 000 kN/m. Ses valeurs correspondent une
fondation superficielle carre de 1,40 m de ct.
3.4.1.1 Influence sur les ractions dappuis
Lanalyse des ractions dappuis donne les rsultats suivants (Tableau 3.1 et Figure3.3) :
Modle avec appuis rigides Modle avec appuis lastiques
Efforts verticaux Maxi -31,98 -68,59
Combinaison ELS (kN) Mini -1125,89 -656,13
Efforts verticaux Maxi -44,87 -95,11
Combinaison ELU (kN) Mini -1531,87 -893,22
Efforts verticaux Maxi 616,56 431,86
Combinaison ELUA (kN) Mini -2139,25 -1589,58
Efforts horizontaux Maxi 479,72 244,74
Combinaison ELUA (kN) Mini 3,80 5,76
Tableau 3.1 - Valeur des efforts verticaux selon la raideur des appuis
Figure 3.3 - Valeur des efforts verticaux aux ELS selon le type dappui
On constate donc que les efforts verticaux et horizontaux sont mieux rpartis entre les diffrents
appuis, dans le cas des appuis lastiques, aussi bien sous sollicitations statiques que sismiques.
-1200
-1000
-800
-600
-400
-200
0
Efforts verticaux
(kN)
Appuis
Efforts verticaux - ELS
Appuis
rigides
Appuis
lastiques
Mmoire de PFE ZACCOMER Cyrille 18
Lintroduction de la raideur des appuis a donc un effet favorable, puisque les ractions dappuis
sont lisses. Les efforts maximums en compression et en traction (pour le calcul sismique) sont
rduits jusqu 50%.
Analogie avec la formule des 5 moments :
Ces rsultats sont logiques et on peut faire un parallle avec la thorie des poutres continues sur
appuis lastiques en exploitant la formule des 5 moments. Prenons lexemple, dun voile de
longueur 15,00 m, dpaisseur 0,20 m et de hauteur 3,00 m sous lequel on place un appui tous les
5,00 m. On applique en tte de voile un effort de 100 kN/ml (figure 3.4).
Figure 3.4 - Voile sur appuis lastiques
En effectuant le calcul avec des appuis rigides puis des appuis lastiques, on obtient les rsultats
suivants (Tableau 3.2) :
Raideur (kN/m) R0 (kN) R1 (kN) R2 (kN) R3 (kN)
Appuis rigides 200,00 550,00 550,00 200,00
Appuis lastiques 400 000 268,81 481,19 481,19 268,81
Appuis lastiques 50 000 346,70 403,30 403,30 346,70
Tableau 3.2 - Voile sur appuis lastiques Valeurs des ractions aux appuis
On peut donc vrifier cette observation avec la formule des 5 moments. On remarque que plus la
raideur des appuis diminue, plus les ractions dappuis sont lisses. Lorsque la raideur des
lments devient suffisamment grande par rapport la raideur des appuis, on observe une
redistribution des efforts qui tient compte de la dforme relle des lments.
3.4.1.2 Influence sur les dplacements
La raideur des appuis a galement une influence sur les dplacements. Les dplacements
verticaux pour les modles sur appuis lastiques sont lgrement plus importants que ceux
obtenus pour les modles sur appuis rigides, puisque les tassements des appuis sont pris en
compte. Cette augmentation est beaucoup plus nette pour les dplacements horizontaux. On
observe une augmentation de 130 % sur le dplacement horizontal maximal sous sollicitations
sismiques. On peut galement remarquer que les dplacements horizontaux aux appuis ne sont
Mmoire de PFE ZACCOMER Cyrille 19
plus nuls pour le modle sur appuis lastiques, avec, sous sollicitations sismiques, un maximum
0,32 cm. Les dplacements maximaux observs pour les modles sur appuis rigides et lastiques
sont rsums dans le tableau 3.3 :
Dx Dy Dz
Dplacement maximum sur appuis rigides [cm] 1,12 0,33 0,58
Dplacement maximum sur appuis lastiques [cm] 2,58 0,42 0,91
Ecart relatif 130 % 27 % 57 %
Tableau 3.3 - Dplacements maximums des modles sur appuis rigides et lastiques
3.4.1.3 Influence sur le comportement sismique
Les appuis lastiques permettent galement de simplifier le comportement sismique. Les modes
prpondrants excitent plus de masse et on observe moins de modes parasites, excitant peu de
masses. De plus, les appuis lastiques permettent galement un gain de temps pour le calcul
sismique. Les rgles parasismiques PS92 imposent quun minimum de 70 % de la masse modale
du btiment soit excit sous sollicitations sismiques, pour que le modle soit valable. On observe
que pour le modle sur appuis rigides, 21 modes ont t ncessaires pour exciter cette masse,
contre 6 seulement pour le modle sur appuis lastiques.
3.4.2 Calcul de la raideur des appuis Influence dune variation de raideur
Le calcul de la raideur des appuis dpend de nombreux paramtres:
Le type de fondations (superficielles, semi-profondes)
Les dimensions de la fondation
Les caractristiques du sol
La nature des sollicitations (statique/sismique)
Des formules ont t tablies pour calculer les valeurs des raideurs et seront dtailles dans les
paragraphes 4 et 5 concernant les fondations.
Cependant, les paramtres ncessaires au calcul ne sont pas toujours connus. Les dimensions de
la fondation ne sont pas disponibles avant calcul et toutes les caractristiques du sol ne sont pas
toujours disponibles dans le rapport de sol. Il faut donc par exemple recourir des abaques pour
dterminer les caractristiques du sol. On peut se demander quelle est linfluence dune variation
de raideur des fondations sur les ractions aux appuis, c'est--dire en quoi une erreur sur les
paramtres de calcul peut influencer la descente de charges ?
Pour effectuer cette tude, on comparera les rsultats de la descente de charges avec trois
valeurs de raideurs diffrentes appliques aux appuis du btiment E. Dans le premier cas, les
appuis ont t affects dune raideur verticale de 400 000 kN/m et dune raideur horizontale de
300 000 kN/m. Les valeurs de raideurs utilises pour les deux autres cas ont t prises 15%
suprieures (cas 2) et infrieures (cas 3). Les valeurs maximales en compression et en traction
sous sollicitations sismiques sont les suivantes (Tableau 3.4) :
Mmoire de PFE ZACCOMER Cyrille 20
Modle 1
Modle 2 Modle 3
Valeur Ecart /
modle 1 Valeur
Ecart /
modle 1
Raideur verticale
(kN/m) 400 000 460 000 +15 % 340 000 -15%
Raideur
horizontale (kN/m) 300 000 345 000 +15 % 255 000 -15%
Compression
maximale (kN) -1 960 -1 990 +1,53% -1 920 -2,04%
Traction maximale
(kN) 627 647 +3,19% 604 -3,67%
Tableau 3.4 - Effets d'une variation de raideur
On constate donc quune variation de raideur a une influence relativement faible sur les valeurs
des ractions dappuis. Dans lexemple trait, une variation de raideur de 15% entraine un cart
maximal de 3,67% sur les ractions dappuis verticales. Des carts du mme ordre de grandeur
ont t observs par rapport aux ractions dappuis horizontales.
On peut alors en conclure quun calcul effectu, mme avec des valeurs de raideur partiellement
fausses, permet dobtenir des rsultats acceptables.
Bien entendu, ces rsultats sont valables si lon considre que tous les appuis comportent la
mme raideur. En ralit, toutes les fondations nont pas les mmes dimensions et le sol nest pas
identique sous chaque fondation. On a galement fait lhypothse simplificatrice que lerreur sur
la raideur est la mme pour chaque appui. Il faudrait donc, en toute rigueur, tudier lensemble
des combinaisons o les raideurs des appuis varient indpendamment les unes des autres de plus
ou moins 15% par rapport la raideur initiale. Malheureusement, le logiciel Effel ne permet pas
deffectuer ces calculs de manire automatique.
Mmoire de PFE ZACCOMER Cyrille 21
4 ETUDE STATIQUE DES FONDATIONS
Cette partie est consacre ltude statique des fondations. On commencera par dcrire le
contexte gotechnique du site, puis on voquera les contraintes du projet et la faon dont elles
ont influenc le choix des modes de fondations et la dfinition des plates-formes de travail. On
poursuivra avec la modlisation des appuis lastiques dans le cas du calcul statique. Enfin, les trois
derniers paragraphes sont consacrs au dimensionnement des fondations superficielles, semi-
profondes et profondes.
4.1 Contexte gotechnique
Une tude gotechnique a t ralise par le bureau dtudes HYDROGEOTECHNIQUE EST.
Plusieurs essais ont t raliss :
9 forages de reconnaissances conduits entre 8 et 15 m de profondeur
Des essais pressiomtriques sur ces 9 forages
12 sondages de reconnaissance gologique faible profondeur
Des essais en laboratoire
Les forages de reconnaissance gologique effectus ont permis didentifier la lithologie suivante :
0,3 0,4 m de limon argilo-sableux et sables limoneux cailloux et racines qui
correspondent aux horizons de terre vgtale donc les caractristiques sont trs
htrognes.
0,3 6,2 m de matriaux issus de la solifluxion (descente, sur un versant, de
matriaux boueux ramollis par l'augmentation de leur teneur en eau liquide)
constitus dargiles sableuses et de sables argileux de compacits trs varies.
Entre 2,8 m et 7,5 m de profondeur, des formations triasiques composes dune
alternance dargiles plus ou moins sableuses, dargiles marneuses, de marnes et de
marno-calcaires altrs, et dont les caractristiques gotechniques sont
gnralement bonnes excellentes.
Les sondages ont galement permis de relever la prsence de blocs grseux entre le terrain
naturel et la couche porteuse. Cet ala grseux constitue une contrainte importante du projet, car
lemploi dun brise roche hydraulique est ncessaire pour le traverser.
On peut relever que le sol est trs htrogne ce qui rend ltude plus complexe. Les essais
pressiomtriques ont dmontr quentre deux sondages voisins la succession gologique ainsi
que les valeurs du module pressiomtrique, de la pression de fluage et de pression limite varient
de manire significative.
Le rapport de sol prconise de raliser soit des fondations superficielles (semelles), soit semi-
profondes (puits). Lensemble des fondations sera ancr dau moins 50 cm dans les horizons
porteurs. Les sondages pressiomtriques ont galement permis de calculer une contrainte
admissible aux ELS, estime 0,4 MPa par le bureau dtudes gotechniques. Les courbes
pressiomtriques tant jointes au rapport de sol, ces valeurs ont t vrifies (voir 4.6.1.6).
Mmoire de PFE ZACCOMER Cyrille 22
4.2 Contraintes du projet
La principale contrainte du projet en ce qui concerne la ralisation des fondations est la variation
des niveaux dassise des diffrents btiments de lensemble Loisium. Comme mentionn dans le
paragraphe 2.2, lcart entre les niveaux des btiments A et E est denviron 10 m (Figure 2.4). Le
projet est situ en zone sismique et est donc soumis aux rgles PS92. Il est alors ncessaire de
respecter une pente minimale de 1/3 entre les niveaux dassises des fondations (Figure 4.1). Cette
condition est extrmement contraignante pour le choix des fondations, puisquil faut rattraper les
diffrences de niveaux des btiments les plus hauts (btiments A et B) en descendant les
fondations de ces btiments plus profondment.
Figure 4.1 - Pente de 1/3 entre niveaux d'assises de fondations
La deuxime contrainte majeure concernant la ralisation des fondations est la prsence de
lentilles grseuses faible profondeur. En effet, les tudes gotechniques ont permis de rvler
localement la prsence de blocs de grs de taille parfois importante, qui ncessite lutilisation
dun brise roche hydraulique pour les traverser. Mme sil est possible que ces massifs ne soient
pas rencontrs lors des terrassements, cette prsence constitue un risque non ngligeable. Pour
limiter cet ala, on privilgiera, dans la mesure du possible, les solutions sur pieux celles sur
puits buss sous les ailes les plus hautes. En effet, en rduisant le diamtre de la fondation, on
limite le risque de rencontrer ces horizons grseux. De plus, les machines pieux sont
suffisamment puissantes pour traverser ces horizons lors du forage.
4.3 Choix du mode de fondations
4.3.1 Consultation des entreprises
Le dossier de consultation des entreprises a t lanc fin octobre 2009. Quatre entreprises ont
rpondu lappel doffres sur la base du rapport de sol et des descentes de charges de la phase
PRO fournies par OTE Ingnierie. Trois solutions ont t proposes :
Fondations superficielles et pieux pour les ailes les plus hautes (btiments A et B)
Fondations superficielles et puits buss pour les ailes les plus hautes
Radier gnral et puits buss pour les ailes les plus hautes
Mmoire de PFE ZACCOMER Cyrille 23
4.3.2 Choix des systmes de fondations
La premire tape a consist dterminer les modes de fondations des diffrents btiments. Ce
choix a t ralis en fonction des critres suivants :
Contexte gotechnique
Prconisations du rapport de sol et propositions des entreprises
Respect des pentes de 1/3 entre niveaux dassises de fondations
Contraintes techniques lies la ralisation des fondations
Economie du projet
La premire solution carte est celle qui consiste raliser un radier. Le rapport de sol indique la
prsence dune formation de bonne qualit au niveau dassise des btiments les plus bas
(btiment C, D, E et F), qui ne ncessite pas de recourir la ralisation dun radier, gnralement
plus cher que des semelles. De plus, cette solution aurait linconvnient de rendre extrmement
complique toute intervention ultrieure sur les rseaux enterrs. Une solution en semelles
isoles parait donc plus judicieuse pour ces quatre btiments.
Le btiment A est situ contre le btiment E et la diffrence entre les niveaux bas de ces deux
btiments est denviron 10 m. Le respect dune pente de 1/3 entre les niveaux dassises des
fondations a donc permis dcarter immdiatement les fondations superficielles. Il ne reste donc
plus que les solutions des pieux et des puits. Cette dernire a t carte pour deux raisons :
dune part pour limiter le risque de rencontrer des lentilles, et dautre part, car les hauteurs des
puits ont t limites 5 m pour des raisons constructives. De plus, en ralisant des puits, il
faudrait baisser les plates-formes de travail pour respecter la hauteur maximale de 5 m des puits
et rattraper des niveaux plus importants par des structures en bton, ce qui serait peu
conomique. Le btiment A sera donc fond sur pieux.
Le btiment B possde la particularit dtre tag. Le choix sest port vers une solution mixte,
constitue de semelles isoles et de puits buss, ces derniers ayant pour fonction de rattraper les
niveaux dassises des fondations pour respecter la pente rglementaire de 1/3 (Figure 4.2). Les
puits ont t prfrs aux semelles lorsque la hauteur de la fondation tait suprieure 1 m.
Figure 4.2 - Coupe de principe des fondations du btiment B
Mmoire de PFE ZACCOMER Cyrille 24
Les systmes de fondations retenus pour chaque btiment sont rsums dans le Tableau 4.1 :
Btiment Systme de fondations
Btiment A Pieux fors tubs
Btiment B Semelles isoles / puits buss
Btiment C Semelles isoles
Btiment D Semelles isoles
Btiment E Semelles isoles
Btiment F Semelles isoles
Tableau 4.1 - Systmes de fondations
4.4 Dfinition des niveaux des plates-formes de travail
Aprs avoir choisi les modes de fondations des diffrents btiments, les altitudes des plates-
formes de travail ont d tre dfinies. Nous avons vu que les niveaux bas des diffrents btiments
du projet Loisium prsentent dimportantes variations. Cette particularit ncessite donc de
raliser plusieurs plates-formes de travail des altitudes diffrentes.
Pendant la phase davant projet sommaire, un premier plan de terrassement avait t effectu.
Depuis, de nouveaux lments comme les vues des faades et des coupes du btiment ont t
envoys par larchitecte. Les vues des faades ont permis didentifier les niveaux finis des remblais
autour des btiments. Dans certaines zones, il sest avr que le niveau des terres est plus bas
que celui du premier plancher. Des voiles de soubassement doivent donc tre prvus pour
rattraper ces diffrences de niveau. Il tait donc ncessaire de mettre jour les altitudes des
plates-formes de travail pour tenir compte de ces nouveaux lments.
Les niveaux des terrassements ont t dfinis en tenant compte des objectifs suivants :
Minimiser la quantit des terrassements et les quantits de bton des soubassements
Trouver une solution simple raliser aussi bien pour le terrassement que pour
lexcution des soubassements
Satisfaire aux contraintes dexcution pour les fondations et les dallages
Les altitudes des plates-formes des btiments C, D, E et F dont les niveaux sont trs proches nont
pas t modifies par rapport la premire version. En revanche, les plates-formes des btiments
A et B ont t totalement redfinies.
Pour le btiment A, deux plates-formes de travail ont t dfinies, aux altitudes 409,70 m et
406,50 m. Le remblaiement et le compactage des plates-formes seront raliss aprs ralisation
du niveau R+1 du btiment E. Le raccordement des plates-formes est ralis avec des talus de
pente de 1/1.
Pour le btiment B, trois plates-formes ont t dfinies aux altitudes 405,50 m, 409,00 m et
410,20 m. Celles-ci seront ralises aprs la ralisation du rez-de-chausse du btiment E. La dalle
porte du btiment B tant coule sur terre-plein, ces plates-formes seront rehausses au cours
des travaux.
Les niveaux des plates-formes figurent sur les minutes de fondations en annexe 17.
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4.5 Modlisation sur appuis lastiques
4.5.1 Intrt des appuis lastiques en statique Objectifs de ltude
Nous avons vu, dans le paragraphe 3.4, linfluence de la raideur des appuis sur les ractions aux
appuis. Lintroduction dappuis lastiques a pour effet de lisser les extremums des ractions
dappuis et a donc un effet plutt favorable puisque les ractions dappuis maximales sont
rduites. On peut alors se poser la question de lintrt de modliser des appuis lastiques dans le
cadre dune tude statique.
Les appuis lastiques permettent de tenir compte des tassements des fondations et par
consquent destimer le comportement rel de la structure lorsque celle-ci tasse. Lobjectif de
cette tude est dtablir une mthode permettant de tenir compte des redistributions defforts
dans les lments (voiles, fondations) dues aux tassements diffrentiels de la structure.
Ltude a t mene sur le btiment E, fond sur des semelles superficielles. Nous commencerons
par expliquer la mthode permettant de calculer les raideurs des fondations superficielles, puis
nous dtaillerons le mode opratoire avant de conclure sur les rsultats de la mthode.
4.5.2 Calcul des raideurs des appuis
La raideur des appuis dpend de nombreux paramtres, en particulier des caractristiques du sol
et des dimensions de la fondation. Lannexe F3 du Fascicule 62, titre V donne une mthode pour
dterminer le module de raction verticale sous une fondation superficielle.
Dans le cas de sollicitations de longue dure, le module de raction vertical vaut :
1 . 9. . 2. 9. . .
(4.1)
Avec :
: module de raction verticale [kN/m3] : coefficient rhologique fonction de la nature et du degr de consolidation du sol : largeur de la fondation [m] : largeur de rfrence prise gale 0,60 m : module pressiomtrique quivalent du sol correspondant la zone dinfluence
sphrique [kPa]
: module pressiomtrique quivalent du sol correspondant la zone dinfluence dviatorique [kPa]
, : coefficients fonctions des dimensions de la fondation
La raideur verticale k [kN/ml] est dduite du module de raction verticale et de la surface de la fondation A [m] par la relation suivante :
. (4.2)
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Dans le cas de sollicitations de courte dure, les tassements des fondations sont moins
importants, car on nobserve pas de fluage. Il est alors dusage de considrer que la raideur est
deux fois plus importante que pour les sollicitations de longue dure. Cependant, dans le cas
douvrage en bton, le poids propre de la structure et les charges permanentes complmentaires
reprsentent la majeure partie du chargement. Pour le btiment E, les charges permanentes
constituent environ 86 % des charges totales. On considrera donc, par simplification, que la
raideur des appuis est gale la raideur sous sollicitations de longue dure.
Le rapport de sol a montr que les caractristiques du sol sont trs htrognes et que lon peut
avoir des rsultats trs diffrents entre deux sondages voisins. Les raideurs des fondations ont
donc t dtermines partir des caractristiques moyennes du sol sous le btiment. Ltude
statique sur appuis lastiques ayant t mene pour le btiment E, les essais pressiomtriques
PR4, PR5 et PR6 ont t utiliss. Les caractristiques de sol retenues sont les suivantes (Tableau
4.2) :
Sondage Modules pressiomtriques quivalents [MPa] Coefficient
rhologique PR4 23,9 28,1 1/2
PR5 88,3 64,9 2/3
PR6 47,6 71,9 2/3
Moyenne 53,3 55,0 11/18 = 0,61
Tableau 4.2 - Valeurs des modules pressiomtriques quivalents et du coefficient rhologique
Remarque :
Les formules ci-dessus restent valables uniquement si la rigidit la flexion de la fondation dans le
sens de sa largeur B reste suffisante. On vrifie alors que la largeur de la fondation est infrieure
deux fois sa longueur de transfert, soit : 2. (4.3)
La longueur de transfert sexprime de la faon suivante :
4. . . (4.4) Avec :
E : module dlasticit du bton de fondation [MPa]
: inertie en flexion de la fondation [m4] : module de raction vertical [MN/m3] : largeur de la fondation
La condition ci-dessus peut galement scrire de la faon suivante :
2. 4. . . (4.5)
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Soit :
2 . 4. . . 2 . 4. .. !"12. 2 . . !"3.
(4.6)
On en dduit la largeur maximale de la fondation pour que le calcul du module de raction
vertical et la raideur reste valable :
2. . !"3. (4.7)
Application numrique :
Pour une semelle isole de dimensions en plan 1,20 m x 1,20 m, et de hauteur ! 0,60 & on obtient les rsultats suivants :
Coefficients de forme : 1,10 et 1,10 Module de raction verticale : 177,0 ()*
On en dduit la raideur verticale de la fondation : 254 867 -/&/ (4.8)
La largeur de la fondation vrifie :
1,20 & 2. . !"3. 2. 34 162 0 0,6"3 0 254 867 0 101" 3,03 & (4.9)
4.5.3 Mode opratoire Influence de la premire itration
4.5.3.1 Description du mode opratoire
On a vu dans le paragraphe prcdent que la valeur de la raideur dpend la fois des
caractristiques du sol et de la gomtrie de la fondation. Si les proprits du sol sont priori
connues, il nen est pas de mme pour les dimensions des fondations. La mthode choisie dans le
cadre de cette tude est base sur des itrations.
Le principe de la mthode consiste effectuer une premire descente de charges et
dimensionner les fondations. On calcule alors les raideurs de chaque appui. Les valeurs des
raideurs sont ensuite introduites dans le modle de calcul ralis sur le logiciel Effel. On ralise
alors une nouvelle descente de charges afin dobserver les redistributions defforts sur les
fondations. Les dimensions des fondations sont alors recalcules selon les rsultats de la descente
de charges et on procde ainsi jusqu obtenir une convergence. On considre que la convergence
est atteinte lorsque la contrainte de rfrence sous chaque fondation est comprise entre 1 et 1,10
fois la contrainte de dimensionnement aux ELS. Lorganigramme de calcul est dtaill ci-
dessous (Figure 4.3) :
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Figure 4.3 - Mode opratoire pour le calcul sur appuis lastiques
4.5.3.2 Influence de la premire itration
Le calcul utilis est un calcul itratif. On peut alors se poser la question de savoir quelle premire
valeur de raideur prendre. Le calcul va-t-il converger vers le mme rsultat quelque soit la
premire itration ? Pour mesurer linfluence de la premire descente de charges, plusieurs
possibilits ont t testes pour des btiments sur semelles filantes et isoles.
Modles sur appuis filants :
Pour les modles sur semelles filantes, deux possibilits ont t testes. La premire itration a
t effectue partir de :
(a) La descente de charges sur appuis filants rigides
(b) La descente de charges sur appuis filants lastiques dont la raideur a t calcule
en considrant une semelle filante de 0,60 m de largeur
Dans les deux cas, on observe que le calcul converge relativement rapidement. Quatre itrations
sont ncessaires dans le premier cas, contre trois seulement dans le second cas. Les deux modles
convergent vers les mmes rsultats. Les diffrences entre la premire itration et le rsultat final
sont en moyenne de 10 %. On peut donc en conclure que pour un modle sur appuis filants, la
premire itration a peu dimportance, puisque seul le nombre ditrations augmente. Le rsultat
final reste identique.
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Modles sur appuis ponctuels :
Pour les modles sur semelles isoles, trois possibilits ont t testes. La premire itration a t
effectue partir de :
(c) La descente de charges sur appuis ponctuels rigides
(d) La descente de charges sur appuis ponctuels lastiques en considrant la raideur
dune fondation moyenne. La surface a t obtenue en divisant la charge globale du
btiment aux ELS par le nombre de fondations. On obtient une semelle isole carre
de 1,40 m de ct.
(e) La descente de charges finale sur appuis filants lastiques du paragraphe
prcdent. Les charges liniques obtenues ont t redistribues manuellement sur les
semelles isoles.
Le premier constat que lon peut effectuer est que pour le modle (d), les valeurs des ractions
dappuis sont peu diffrentes les unes des autres. Lhypothse dune raideur moyenne a donc
tendance beaucoup lisser les efforts. Ce comportement ne facilite pas le calcul itratif, puisque
les volutions des ractions aux appuis au fil des itrations est lente. Pour ces raisons, le calcul
itratif na pas t men terme pour le modle (d). On peut tout de mme noter quau bout de
la 6me itration, les ractions aux appuis commenaient suivre la mme volution que pour les
modles (c) et (e). On peut donc supposer que le modle converge vers le mme rsultat mais
que le temps de calcul est beaucoup plus long.
Concernant les modles (c) et (e), on observe que le calcul converge aprs 8 itrations pour le
modle (c), contre 5 itrations pour le modle (e). Le calcul itratif aboutit des rsultats trs
proches dans les deux cas. Lcart maximal obtenu sur les descentes de charge des deux modles
pour la dernire itration est de 14%. En moyenne, cet cart est mme infrieur 3%. On peut
donc en conclure que la premire hypothse faite pour les modles (c) et (e) est correcte.
4.5.4 Conclusions et limites de la mthode
Lobjectif de cette tude tait de mettre en place une mthode de calcul permettant de tenir
compte des redistributions des efforts dues aux tassements diffrentiels du btiment.
La premire remarque que lon puisse faire est que le temps de calcul est relativement long. En
effet, pour les modles sur appuis ponctuels lastiques, la convergence a t observe partir de
5 itrations.
On peut ensuite remarquer linfluence de la 1re itration sur le calcul. Si dans le cas des modles
sur appuis filants, celle-ci semble avoir peu dinfluence sur la convergence et le rsultat final, il
nen est pas de mme pour les modles sur appuis ponctuels. En effet, en choisissant une raideur
moyenne identique pour tous les appuis, le calcul itratif semble converger vers le mme rsultat
mais na pas t men terme car les rsultats voluaient de beaucoup plus lentement. La
premire itration peut donc avoir une influence non ngligeable sur le temps de calcul.
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On peut galement sinterroger sur la validit des rsultats obtenus lors de la dernire itration.
Pour les modles sur appuis filants, la descente de charge finale est proche pour les modles sur
appuis lastiques et rigides. Lcart moyen sur les ractions dappuis nest que de 10%.
En revanche, on observe des diffrences importantes pour les modles sur appuis ponctuels.
Lcart observ entre les ractions dappuis des modles sur appuis ponctuels lastiques et celles
des modles sur appuis ponctuels rigides est en moyenne de 42% avec un maximum 153%.
Lobjectif de la modlisation sur appuis lastiques tant de tenir compte des tassements
diffrentiels aux appuis et des redistributions defforts qui en rsultent, on pourrait penser que
les rsultats du modle sur appuis lastiques sont ceux qui sapprochent le plus de la ralit.
Cependant, il convient dtre prudent, et de nuancer ces conclusions.
Tout dabord, les raideurs verticales des appuis ont t dtermines en utilisant des
caractristiques moyennes du sol calcules sur la base des sondages PR4, PR5 et PR6. Cette
hypothse est incorrecte puisque les sondages ont montr que les caractristiques du sol sont
relativement htrognes. Il serait donc hasardeux dans ce cas, daffirmer quelle modlisation
donne les rsultats les plus justes. Pour effectuer un calcul rigoureux, il faudrait connatre le sol
avec prcision sous chaque lment de fondation.
Ensuite, on peut mettre des rserves sur la faon dont les efforts sont redistribus par le logiciel
Effel. En effet, le logiciel effectue un calcul en considrant un matriau homogne, ce qui nest
pas le cas du bton. Pour connatre les redistributions relles des efforts, lorsque les appuis
subissent des tassements diffrentiels, il faut alors effectuer un calcul de dformation en
considrant une inertie fictive fissure, comme le prescrivent les rgles BAEL.
Enfin, avec le modle sur appuis lastiques, il est difficile de tenir compte du cumul des efforts sur
les fondations au niveau des joints de dilatation. En ralit, le btiment subit un effet global d
aux charges appliques par les btiments voisins sur les fondations communes. Leffort total sur
les fondations au niveau des joints de dilatation ne peut donc tre obtenu en faisant la somme
des efforts provenant de chaque btiment, puisquune partie de la charge est rpartie sur des
appuis plus loigns.
Pour conclure, on peut dire que :
Ltude est trs longue, puisque le temps de calcul est multipli par plus de 5 par
rapport une tude sur appuis rigides
Les caractristiques du sol doivent tre connues en tout point pour que le modle
lastique soit parfaitement valable
Les redistributions des efforts doivent tre values en considrant le comportement
rel du bton et non un matriau homogne
Ce type de calcul est donc peu adapt au travail en bureau dtudes, sauf disposer dun outil de
travail permettant de tenir compte de tous les problmes soulevs, le logiciel Effel ntant pas
adapt ce genre dtudes. Par la suite, ltude statique des fondations sera mene sur appuis
rigides.
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4.6 Fondations superficielles
Les fondations superficielles constituent le mode de fondations des btiments C, D, E, F et en
partie du btiment B (solution mixte semelles/puits).
4.6.1 Contrainte de rupture du sol
La contrainte de rupture du sol a t dtermine avec le Fascicule 62, titre V. Celle-ci a dj t
calcule par le bureau dtudes gotechniques. Nanmoins, les rsultats des essais
pressiomtriques tant fournis avec le rapport de sol, ces valeurs ont t recalcules pour les
sondages PR4, PR5 et PR6. Les rsultats obtenus seront ensuite compars avec ceux du bureau
dtudes gotechniques.
4.6.1.1 Pression limite nette quivalente
Les fondations superficielles reposent sur un sol argileux dont les caractristiques varient. Pour un
sol htrogne, la pression limite nette quivalente est obtenue en effectuant une moyenne
gomtrique des pressions limites nettes sur une profondeur de 1,5.B sous la fondation. 2340 52360 . 2370 2390: (4.10)
4.6.1.2 Hauteur dencastrement quivalente
La hauteur dencastrement quivalente est obtenue de la faon suivante :
;< 12340 . = 230>?@. A?B
(4.11)
Les couches de remblais au dessus de la fondation nont pas t prises en compte dans le calcul.
Seules les couches de sol comprises entre lassise de la fondation et le dallage ont t
considres.
4.6.1.3 Facteur de portance
Les fondations superficielles sont ancres dans des argiles et limons fermes (argiles de type
B, 1,2 ()* C 230 C 2,0 ()*) ou des argiles trs fermes dures (argiles de type C, 230 C2,5 ()*).
Pour les argiles B, le facteur de portance vaut :
D 0,8. 1 0,35. 0,6 0,4. . ;
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4.6.1.4 Contrainte verticale effective
La contrainte verticale effective E est gale la pression verticale exerce du au terrain existant : E !. FGH3 (4.14) Avec :
H : profondeur de lassise de la fondation par rapport au niveau du terrain existant
FGH3 18 -/&" : poids volumique du sol
4.6.1.5 Contrainte de rupture du sol
La contrainte de rupture du sol est finalement obtenue de la faon suivante :
EI D. 2340FG E (4.15) Avec :
D : facteur de portance du sol 2340 : pression limite nette quivalente E : contrainte verticale effective FG : coefficient partiel de scurit, gal 3,0 aux ELS
4.6.1.6 Comparaison avec les valeurs du rapport de sol
La solution des fondations superficielles a t tudie par le bureau dtudes gotechniques. Il est
donc intressant de comparer les valeurs calcules par celui-ci avec les valeurs recalcules sur la
base des essais pressiomtriques.
La contrainte de rupture du sol a t recalcule aux ELS pour les sondages PR4, PR5 et PR6. On
obtient les rsultats suivants pour une fondation de dimensions en plan 1,00 m x 2,00 m (Tableau
4.3) :
PR4 PR5 PR6
Contrainte de rupture ELS [MPa] 0,99 0,75 0,61
Tableau 4.3 - Contrainte de rupture du sol aux ELS
La contrainte de calcul aux ELS indique dans le rapport de sol est de 0,4 MPa. Cette valeur est
donc beaucoup plus faible que les valeurs recalcules, puisque dans certaines zones, on obtient
des valeurs deux fois plus importantes (sondage PR4). On remarque galement, que les valeurs de
la contrainte de rupture varient beaucoup. On observe plus de 50% de diffrence entre les
contraintes de rupture au droit des sondages PR4 et PR6.
Ces calculs permettent dobtenir un ordre de grandeur, mais ne seront pas utiliss, car OTE nest
pas assure pour ce type de calculs. En effet, seul le bureau dtudes gotechniques a la
responsabilit du calcul de la contrainte de rupture. On retiendra donc pour tous les sondages,
une contrainte de rupture du sol aux ELS, gale EI 0,4 ()*.
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4.6.2 Dimensionnement
Le dimensionnement des fondations a t effectu aux tats limites de service (ELS). La surface
minimale A de la fondation est obtenue en divisant la charge de dimensionnement aux ELS EJKL par la contrainte de rupture sous le sol EI:
M EJKLEI EJKL0,4 ()* (4.16)
Les rgles suivantes ont t respectes pour le dimensionnement :
Lespacement entre semelles est limit 5,00 m
Les dimensions en plan de la fondation sont des multiples de 20 cm
La taille minimale des fondations est de 1,00 m x 1,00 m pour des semelles carres et
de 0,60 m x 1,20 m pour des semelles rectangulaires
4.6.3 Tassements
Les tassements ont t valus sur la base des essais pressiomtriques. Le tassement final N est obtenu en sommant les termes de tassement sphrique et dviatorique : N N N (4.17)
Soit :
N 9. . >EO P QO @. . 2. 9. . >EO P QO @. . .
(4.18)
Avec :
N : tassement final N : tassement sphrique N : tassement dviatorique ER : contrainte effective du sol aux ELS QO : contrainte verticale effective avant travaux : coefficient rhologique fonction de la nature et du degr de consolidation du sol : largeur de la fondation [m] : largeur de rfrence prise gale 0,60 m : module pressiomtrique quivalent du sol correspondant la zone dinfluence
sphrique
: module pressiomtrique quivalent du sol correspondant la zone dinfluence dviatorique [kPa]
, : coefficient fonction des dimensions en plan de la fondation
Les tassements ont t valus pour le btiment E. Le calcul des tassements de chaque fondation
figure en annexe 11. On obtient des valeurs comprises entre 0,07 et 0,30 cm. Les tassements
diffrentiels sont donc de lordre du millimtre.
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4.6.4 Contrainte du bton
La rsistance conventionnelle du bton est donne par la relation suivante :
S infWSX ; S,3Z[\6. 7 (4.19)
Avec, dans le cas des semelles superficielles :
S,3Z[ S7] 6 1,00 7 1,00
Le bton