Paul Giglio Tél. : +41 (0)79 711 44 79 Email : p.giglio@bluewin.ch Mémoire technique

Page : 1 / 7Version : V 1.0

Date : 27/11/2008

DIPLOME 2008

Extension du siège de l’UEFA à Nyon

Mémoire technique

23.11.2008 Professeurs : Michel Noverraz Andréa Hüssy

Paul Giglio Mémoire technique

Page : 2 / 7

Introduction : L’union européenne des associations de football, l’UEFA, est installée depuis plusieurs années à Nyon entre la route suisse et le lac. Le football étant en constant développement, l’UEFA a le besoin d’agrandir ses actuels locaux. Un projet des architectes Bassi & Carella a été retenu. Ce projet se décompose en trois éléments séparés. Le premier est un bâtiment administratif, le second est un parking souterrain de deux niveaux et le dernier élément de ce projet est le tunnel de liaison passant sous la route suisse et qui relie le bâtiment actuel au futur. Ce projet est par conséquent immense. C’est pour cela que ce travail de diplôme est concentré sur le bâtiment administratif, plus précisément sur la dalle type d’étage puisqu’elle se répète à cinq reprises dans la même configuration. Le bâtiment se présente sous la forme d’un bâtiment circulaire de cinq étages hors sol dont un semi enterré. La hauteur totale hors sol du bâtiment est d’environ 18 mètres. L’étage type se décompose comme suit : il y a une dalle circulaire qui est comme une rondelle puisqu’elle est vide en son centre et qu’elle repose sur un réseau de piliers intérieurs et extérieurs, puis il y a trois noyaux qui permettent d’assurer la stabilité horizontale du bâtiment. La dalle a un diamètre de cinquante mètres, les poteaux, un diamètre de 35 centimètres et les noyaux, un rayon de 4 mètres. La hauteur d’étage est de 3,15 mètres. Les portées présentes dans ce projet sont l’un des éléments critiques du projet. En effet, la plus grande des portées est de onze mètres et la plus petite est de neuf mètres. De plus, il y a tout autour de cette dalle, tant en périphérie intérieure qu’extérieure, des éléments en porte à faux préfabriqués.

La donnée de mon travail est d’optimiser une dalle d’étage type et d’étudier la sécurité structurale de mon bâtiment en cas de séisme. En plus des plans de base, j’ai les documents d’avant projet réalisé par le bureau d’ingénieur Guscetti & Tournier à ma disposition. Les charges appliquées sur la structure sont des charges classiques de bureaux, catégorie B, de 3kN/m2 et une charge ponctuelle de 20kN. Les charges sur les casquettes sont les charges dues à l’entretien, celle de la neige et du vent. Ce sont les mêmes charges qui s’appliquent sur la dalle de toiture. Les charges dues à la neige sont relativement faibles en raison de l’altitude du projet, moins de 400 msm. Pour ce qui est du vent, les charges sont classiques. Cependant, le vent n’est pas très déterminant car la structure est en béton et donc le poids propre est considérable, ainsi il n’y a pas de

risque de soulèvement. Il n’y a pas beaucoup de combinaison de charges car sur la dalle, il y a une seule charge variable et sur les casquettes seulement deux. Les contraintes principales sont telles que le respect du style architectural du projet initial, porte à faux en béton préfabriqué, nombre et grandeur des porteurs ainsi que la faible hauteur statique des dalles.

Bâtiment Parking

Bâtiment existant

Tunnel

Situation générale

Etage type

Coupe type

Paul Giglio Mémoire technique

Page : 3 / 7

Variantes : Dans le cadre de l’avant projet, j’ai dû proposer plusieurs variantes. Ces dernières se concentrent sur la dalle type. Pour trouver des idées concernant ces variantes, j’ai été voir différents bâtiments pour pouvoir m’inspirer. Grâce à ces visites, j’ai réussi à créer quatre variantes. Pour l’ensemble des variantes, la dalle sera pleine autour des noyaux afin d’assurer la transmission des efforts horizontaux aux noyaux. Dans la première, celle la plus simple, il s’agit d’une simple dalle pleine d’une épaisseur de quarante centimètres. Cette dalle serait très fortement précontrainte en raison des grandes portées et du poids propre très important d’une telle solution. Elle permet d’avoir une très faible hauteur statique et d’être d’une très grande simplicité d’exécution. C’est pour cela qu’il s’agit vraisemblablement de la solution la moins cher mais l’importance considérable du poids propre provoque des effets secondaires comme l’augmentation des porteurs ou du radier de fondation. La deuxième solution est une solution de dalle nervurée. Radialement, ces nervures seraient préfabriquées et mises en place sur le chantier. Puis, une dalle de compression serait coulée sur place afin d’assurer l’homogénéité de l’ensemble. Ce système a pour gros défaut d’avoir une hauteur statique conséquente ce qui est très pénalisant dans ce projet. L’avantage est qu’il ne sera pas nécessaire d’avoir une précontrainte très importante. Le poids des éléments préfabriqués pourrait peut-être être aussi un élément pénalisant puisque les pièces feraient plus de huit tonnes. Ce système est plus cher que la première variante car étant plus compliqué à réaliser en raison des coûts élevés de la préfabrication du transport et de la mise en place. La troisième variante est une solution de dalle caissonnée. Cette solution était très utilisée dans les années soixante lorsque les matériaux étaient plus chers que la main d’œuvre. Ce système se composerait d’une dalle de soixante centimètres d’épaisseur qui se décomposerait en une dalle de compression de douze centimètres et d’un réseau de nervures bidirectionnel de 48 centimètres de haut. Par la forme circulaire de la dalle, cette solution est encore plus délicate à réaliser. Il s’agit donc de la variante la plus compliquée à réaliser et aussi par conséquent une solution plus chère. La quatrième et dernière variante est une solution qui mélange la première et la troisième variante. Cette quatrième variante est une dalle de quarante centimètres qui se compose de sommiers. Ces sommiers sont placés en périphérie intérieure, extérieure et radialement, entre les poteaux. Les sommiers ont une largeur de 130 centimètres et une hauteur de quarante centimètres. La dalle entre les différents sommiers fait une hauteur de 22 centimètres. Les principaux problèmes de cette solution sont la flèche de la dalle en travée et le fait que les sommiers radiaux ne se reposent pas forcément sur un pilier à l’intérieur de l’anneau. Il y aura de la précontrainte radiale et dans les sommiers intérieurs. Le prix de cette solution est certes plus coûteux que la première variante mais moins cher que les deux autres. La raison de ces coûts plus élevés est due problème du coffrage. C’est cette dernière variante qui a été retenue et qui a donc été calculée pour le diplôme.

Coupe variante 1

Coupe variante 2

Coupe variante 3

Coupe variante 4

Paul Giglio Mémoire technique

Page : 4 / 7

Hypothèse de calcul : Dalle : Le système statique de la dalle est une série de poutres à T disposées régulièrement dans le sens radial. Si l’on ne tient pas compte de casquettes en porte à faux, les poutres sont de simples éléments sur deux appuis. Cependant, cette solution est très défavorable par rapport à la flèche et peu réaliste. J’ai donc choisi de prendre l’hypothèse selon laquelle les balcons étaient mis en place avant le bétonnage ce qui diminue considérablement la flèche mais ce qui change le système statique car l’on se retrouve avec une poutre sur deux appuis avec des portes à faux. Le problème est que les portes à faux ont une longueur variable tout autour du bâtiment. De ce fait, le système est totalement hyperstatique. C’est pour cette raison que j’ai choisi de modéliser la dalle sur le programme de calcul par élément fini SCIA. Le système se résume donc en trois systèmes de poutres : le premier radialement, le second en périphérie extérieure et le troisième en périphérie intérieure. L’un des problèmes de ces sommiers est qu’il y a un sommier sur deux qui ne se pose pas sur un poteau mais sur le sommier circonférentiel intérieur ce qui crée d’importants efforts en raison de la réaction d’appuis du sommier radial et de la charge de déviation de la précontrainte radiale. En ce qui concerne les dalles entre sommiers, elles travaillent d’une partie avec les poutres à T et d’une autre partie comme des dalles appuyées sur leur quatre cotés. Je considère cette dalle comme étant encastrée sur les quatre côtés en raison de la continuité dans le sens circonférentiel et l’important encastrement dans le sens radial. Il y a trois principales combinaisons de charge. La première est lorsque la dalle et les casquettes sont chargées au maximum, la seconde combinaison est lorsque la dalle est chargée au maximum et les casquettes au minimum ainsi que la dernière qui est exactement l’inverse. La plus déterminante est la première combinaison. Interprétation des résultats : Après avoir totalement modélisé la dalle, je peux par conséquent voir les différents résultants concernant cette dalle. Les flèches dans cette dalle sont l’élément le plus déterminant. En effet, je dois respecter une flèche de L/350 sous les cas de charges fréquentes. Je me retrouve donc avec une flèche bien trop importante. La seule solution que j’ai est celle d’introduire de la précontrainte dans les sommiers. En introduisant les charges équivalentes de la précontrainte, je vois que la flèche est compensée et ainsi, je réponds à la contrainte de L/350. En résumé, j’ai dû mettre de la précontrainte dans l’ensemble des sommiers radiaux et dans le sommier circonférentiel intérieur. Pour ce qui est des efforts internes dans les sommiers, je constate qu’avec la précontrainte ces efforts deviennent relativement faibles par rapport à la portée des sommiers ce qui implique que l’armature passive soit aussi relativement faible là où il y a de la

précontrainte puisqu’il faut mettre l’armature minimale, soit du diamètre 16. Dans le sommier extérieur qui n’a pas de précontrainte, l’armature passive est nettement plus importante puisqu’il y a du diamètre 22 e=15cm sur appuis et du diamètre 18 e=15cm. De plus, comme il s’agit de poutre à T, il y a des étriers afin de reprendre les efforts tranchants. Grâce à ces étriers, il n’est pas nécessaire de mettre en place une armature pour reprendre le poinçonnement. Etant donné que le sommier circonférentiel intérieur est précontraint, le câble suit par conséquent la courbe du sommier ce qui introduit des efforts de déviation

Déformation avec précontrainte

Paul Giglio Mémoire technique

Page : 5 / 7

dans le sommier. Ces efforts ne sont pas trop importants et peuvent être repris par un simple étrier. La dalle sera coulée en trois étapes avec trois câbles et donc trois mises en précontrainte. Même si les trois étapes ne seront pas mises en tension en même temps, cela ne devrait pas poser de problème en raison de la rigidité de la dalle. Pour la dalle entre sommiers, les efforts trouvés grâce à SCIA sont relativement faibles. Ceci est principalement dû au fait qu’il y a un encastrement de tous les côtés et qu’une partie de la dalle travaille comme une poutre à T. Par conséquent, il y a du diamètre 10 e=150 en travée et cela dans les deux sens ainsi que du diamètre 12 e=150 sur appuis dans les deux sens aussi.

Porteur : Les éléments porteurs de la dalle sont des piliers ronds d’un diamètre de 35 cm. En raison du relativement faible diamètre des poteaux et des importantes charges qu’ils doivent reprendre, plus de 700Kn pour le pilier le plus chargé, j’ai choisi de prendre des piliers préfabriqués car ce système m’assure d’avoir une qualité de béton et donc une résistance suffisante. J’ai calculé les piliers à l’aide du programme fourni par la société Aschwanden. Grâce à ce programme, j’ai pu optimiser les types de poteaux en fonction des charges appliquées sur chacun des piliers. Pour assurer la transition des efforts à travers la dalle il y a une armature verticale de transition. Le problème de cette armature est qu’elle prend passablement de place dans la dalle et que je dois y faire passer une gaine de précontrainte. Cela est possible mais risque de complexifier quelque peu la mise en œuvre. Casquette : Les casquettes sont les éléments en porte à faux qui se trouvent à l’extérieur de la façade, dans le prolongement de la dalle. Ces éléments ont une largeur variant entre un et trois mètres pour une longueur de base fixée par l’architecte d’environ dix mètres pour une épaisseur d’environ quarante centimètres. Ces casquettes ne sont accessibles que pour l’entretien donc les charges sont relativement faibles. J’ai décidé de garder le concept de bas qui était de faire les casquettes sous forme de nervure afin de les alléger un maximum. A l’origine, elles étaient prévues en une seule pièce mais j’ai choisi de les séparer en deux dans le but de les alléger. Les casquettes se composent donc d’un premier élément inférieur sur lequel se trouvent les nervures et qui est

Moments dans la dalle

Compression piliers

Vue du système de mise en place des balcons

Paul Giglio Mémoire technique

Page : 6 / 7

mis en place avant le bétonnage de la dalle ainsi qu’un second élément qui est en fait la peau supérieure qui se pose sur le premier, il n’a donc aucun but statique. De plus, il m’a fallu trouver une solution pour pouvoir mettre en place les casquettes avant le bétonnage et pour pouvoir mettre en tension les câbles de précontrainte. Étant donné le conflit qu’il y a entre les têtes de précontraintes et les casquettes, j’ai choisi de créer un élément de clavage à la hauteur des têtes de précontraintes qui se poserait sur les éléments inférieurs des casquettes posées avant le bétonnage de la dalle. Pour fermer le tout, l’élément supérieur de finition vient par dessus afin d’avoir une excellente finition. Séisme :

Le séisme est l’un des points importants de ce projet. En effet, vu que la dalle est posée uniquement sur des poteaux, il n’y a absolument aucune rigidité dans le sens horizontal. Heureusement, le projet de l’architecte a prévu trois noyaux afin d’assurer cette stabilité horizontale. Pour calculer les effets du séisme, j’ai utilisé la méthode des forces de remplacement qui me donne une force pour chacun des étages de la structure. Dans un premier temps et pour le calcul manuel des noyaux, j’ai pris l’hypothèse qu’il y avait un tiers des efforts qui allait dans chacun des noyaux. Pour le calcul manuel, j’ai considéré le noyau comme étant un pilier soumis à une interaction M-N. Etant donné la grandeur des noyaux, huit mètres de diamètre, les efforts dans les faces du noyau ne sont pas très élevés. Après ce calcul manuel, j’ai modélisé l’entier de ma structure dans le programme de calculs par éléments finis. J’ai donc introduit les efforts horizontaux dans chacune de mes dalles. Pour les charges verticales, j’ai pris la combinaison de charge accidentelle. Cette modélisation me

permet de trouver les efforts dans les murs de mon noyau. Les efforts de traction trouvés sont très faibles et les efforts de compression relativement importants puisqu’on a environ 60Kn/m de traction et environ 1000kN/m de compression. Les faibles efforts de traction s’expliquent par le fait que le poids propre de la structure est très important. En effet, il y a environ 450kN/m de compression sous les seules charges du poids propre. Pour reprendre les efforts de traction, il me faut donc une très faible armature qui corresponde à du diamètre 8. En choisissant de mettre l’armature minimale, j’obtiens du diamètre 12 e=15cm sur les deux faces. L’un des éléments très importants pour assurer la sécurité structurale au séisme est qu’il doit y avoir une continuité sur toute la hauteur du bâtiment, c'est-à-dire à partir du radier jusqu'à la dalle de toiture. Ce n’est pas tout à fait le cas dans les deux derniers niveaux de mon projet mais cependant, j’ai réussi à concentrer l’armature dans les zones où la continuité existe. Conclusion : En conclusion, je pense que la solution que j’ai choisie est entièrement réalisable et qu’elle représente un bon compromis entre la hauteur statique et le poids propre. Cependant, le problème du coffrage est quand même important car il y aura considérablement de travail pour coffrer cette dalle et étant donné les délais, cela risque de poser problème.

Efforts dans un noyau

Réactions d’appui global sous les noyaux

Paul Giglio Mémoire technique

Page : 7 / 7

Certes, la précontrainte est relativement importante mais obligatoire pour répondre aux exigences de flèche. Pour ce qui est de la précontrainte circonférentielle intérieure, elle ne pose pas de réel problème même si les forces de déviation sont importantes, elles sont reprises sans problème. De plus, je pense qu’il n’y a pas de risque de dissymétrie lors de la mise en tension en raison de la largeur de la dalle qui assure une rigidité suffisante. En ce qui concerne les casquettes, je pense que le système que j’ai trouvé est tout à fait réaliste et il est une bonne réponse aux contraintes du projet. La manutention des éléments préfabriqués est aussi un point crucial pour lequel je pense qu’il faut réduire le poids des pièces préfabriquées dans le but de pouvoir les soulever avec les grues de chantier ce qui est une très bonne solution. De plus, malgré mes a priori, le séisme s’est révélé n’être pas un aussi gros problème que ce que je pensais. En effet, comme je l’ai dit auparavant, grâce à la grandeur des noyaux, le séisme est repris sans problème. Pour conclure, je pense avoir résolu tous les problèmes que j’ai rencontrés lors de la conception et de l’optimisation de la dalle. Si la solution que j’ai calculée venait à être réalisée, je pense qu’il faudrait vraiment trouver une solution pour le coffrage de la dalle. De plus, un changement de matériaux pour les casquettes serait une excellente chose car même si le béton aide ma structure au point de vue des flèches, l’étayage à mettre en place est vraiment trop conséquent et va donc fortement pénaliser l’intervention du façadier ce qui sera extrêmement défavorable pour un délai si court.