Le Resume Des Memoires 2013

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Résumés des mémoires

présentés en vue de l’obtention du diplôme d’Ingénieur

Spécialité Génie Civil

JUIN - JUILLET et SEPTEMBRE 2013

DÉPARTEMENT GÉNIE CIVIL

: Polytech’Clermont-Ferrand - Département Génie Civil –

24, avenue des Landais BP206 F 63174 Aubière Cedex France : Secrétariat : +33 (0)4 73 40 76 87 - Scolarité : +33 (0)4 73 40 75 05 - Fax : +33 (0)4 73 40 75 10

[email protected] / [email protected] http://www.polytech-clermont.fr

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

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DEPARTEMENT GENIE CIVIL

AVANT-PROPOS

Les Projets de Recherche Développement réalisés par les étudiants de dernière année du département

Génie Civil de Polytech Clermont-Ferrand (ainsi que, dans le cadre d’échanges, par des élèves

ingénieurs d’écoles étrangères partenaires) se concrétisent par la rédaction d’un mémoire ; ce document

présente les résumés de ces mémoires pour la promotion 2013. Ce travail de R&D de cinq mois est

l’aboutissement de la scolarité de nos étudiants. Les domaines abordés couvrent une grande partie de

l’activité du Génie Civil, y compris dans des secteurs moins courants comme par exemple la gestion du

risque.

Plus du tiers des projets sont réalisés à l’étranger dans 18 pays, en Europe, en Asie et en Amérique.

Les structures d’accueil sont également très variées, grands groupes, centres techniques, universités

étrangères mais aussi PME. La diversité des thèmes abordés et la mobilité de nos étudiants montrent la

capacité d’adaptation et d’action de nos futurs ingénieurs, ainsi que la dynamique que nous souhaitons

apporter à notre formation par le biais de ces stages de Recherche Développement. Vous trouverez

dans le présent document les résumés des 63 mémoires 2013. Ils sont classés dans les rubriques

suivantes :

.

Placé sous la direction conjointe d’un enseignant de Polytech Clermont-Ferrand et d’un ingénieur de la

structure d’accueil, l’étudiant est amené à faire preuve de ses qualités de réflexion, d’analyse et de synthèse sur le sujet qui lui est proposé. Chaque projet fait l’objet d’un mémoire d’une centaine de pages, exposé devant un jury de professionnels et d’universitaires. Ces mémoires, sous réserve de clauses de confidentialité, sont accessibles au secrétariat du département Génie Civil.

Si vous êtes intéressés par la mise en place d’un tel Projet de Recherche Développement dans votre

entreprise, n’hésitez pas à nous contacter pour nous proposer un sujet. Nous nous appuyons sur

l’ensemble de la troisième année et sur sa souplesse (enseignements par modules ou options

spécifiques comme « Ingénierie et projets logistiques ») pour faire aboutir ces stages. Il est donc

indispensable de proposer ces projets au plus tôt (juillet à début septembre).

- Béton armé et mixte, - Construction bois, - Construction métallique, - Conception et gestion du bâti, développement durable, - Divers,

- Matériaux, - Mécanique des sols et infrastructures, - Organisation, - Risques, - Structure et analyse numérique.

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LISTE DES ENTREPRISES ET ORGANISMES D’ACCUEIL EN 2013

AFPS 75127 Paris ARCADIS ESG 69626 Lyon

BAUDIN CHATEAUNEUF 45170 Châteauneuf S/Loire BARBOT CM Groupe Fayat 37160 Descartes

BOUYGUES 78061 St Quentin en Yvelines Bureau VERITAS 92300 Levallois Perret CASTEL & FROMAGET 32501 Fleurance

CEA SACLAY 91191 Gif sur Yvette CETE 63000 Clermont-Ferrand COLAS 78772 Magny les Hameaux CSTB 77421 Marne la Vallée DV CONSTRUCTION 45000 Orléans EDF R & D 92140 Clamart EFFECTIS FRANCE 91193 St Aubin

FUGRO GEOTER 73375 Le Bourget du Lac

GAGNE 43002 Le Puy-en-Velay GAGNEPARK 69007 Lyon GFC CONSTRUCTION 37004 Montpellier IFSTTAR 77447 Marne la Vallée 44344 Bouguenais INGEROP 63118 Cébazat INSTITUT PASCAL 63170 Aubière IRSTEA 13182 Aix-en-Provence 92761 Antony MATIERE SA 15130 Arpajon-sur-Cère SFS Intec 26000 Valence SOCIETE D’EQUIPEMENT DE L’AUVERGNE 63000 Clermont-Ferrand SOLETANCHE BACHY 92500 Rueil Malmaison SOL SOLUTION 63200 Riom VINCI Construction France 92730 Nanterre VIRY S.A. 88218 Remiremont 77700 Serris

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BUDAPESTI MUSZAKI EGYETEM Hongrie

Bureau GREISCH Belgique

CZECH TECHNICAL UNIVERSITY IN PRAGUE Tchécoslovaquie EMPA Suisse

FACULTAD DE INGENIERIA DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE CUYO Argentine

FLORIDA ATLANTIC UNIVERSITY U.S.A. KUMAMOTO UNIVERSITY Japon

LABORATÓRIO NACIONAL DE ENGENHARIA CIVIL (LNEC) Portugal MISSOURI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY U.S.A.

PEIKKO Slovaquie

POLITECHNIKA KRAKOWSKA – INSTYTUT MATERIAŁÓW KONSTRUCKCJI BUDOWLANYCH Pologne POLYTECHNICA UNIVERSITE DE TIMISOARA Roumanie

PONTIFICA UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAISO Chili

QUEEN’S UNIVERSITY OF BELFAST United Kingdom

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIAS Brésil

UNIVERSITE DE AVEIRO Portugal

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO – INSTITUTO DE INGENIERIA Mexico - Mexique

UNIVERSITE D’OKLAHOMA U.S.A.

UNIVERSITE DE NEWCASTLE Australie

UNIVERSITY OF SHERBROOKE Canada

SHEFFIELD UNIVERSITY - CIVIL STRUTURAL ENGINEERING DEPARTEMENT United Kingdom

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Les partenariats du Département Génie Civil de Polytech Clermont-Ferrand

Si la plupart des entreprises précédentes accueillent nos élèves depuis de très nombreuses années, il

convient de signaler une spécificité importante de Polytech Clermont-Ferrand. Depuis longtemps en

effet, les grandes entreprises du BTP se sont rapprochées du Département Génie Civil et, ensemble,

nous avons mis en place des partenariats particulièrement efficaces pour nos élèves et notre

établissement.

Ces partenariats se traduisent pour nos élèves par des voyages d’études, des conférences techniques,

des prix récompensant certaines activités pédagogiques, des simulations d’entretiens, des visites de

chantiers ou d’entreprises, des offres de stages accrues, un soutien financier à notre formation…

Depuis une dizaine d’années, nous signons une convention avec une nouvelle entreprise tous les ans.

D’une durée de 3 années consécutives, ces partenariats se concrétisent par la prise en charge d’une

promotion d’élèves, de son entrée à Polytech jusqu’à la remise du diplôme d’ingénieur.

Nous souhaitons profiter de ce document pour remercier ces partenaires privilégiés (en sachant bien

sûr, que la liste n’est pas close) et pour donner des informations sur les prix qui récompensent des

travaux d’élèves améliorant ainsi leur motivation :

Partenariats

2009-2012 : DV Construction à nouveau, une filiale du Groupe Bouygues qui apprécie tout particulièrement nos élèves.

2010-2013 : Partenariat entre la SNCF, Région Auvergne et le Département Génie Civil de Polytech Clermont-Ferrand.

2012-2014 : Partenariat entre le Groupe Montauroux, ses filiales Gagne, Gagnepark, France Montage et Alphamétal et le Département Génie Civil de Polytech Clermont-Ferrand.

2012-2015 Partenariat entre VINCI Construction et le Département Génie Civil de Polytech Clermsont-Ferrand.

Prix

1991-2000 : Ingérop et le Prix de la « Rigueur et du Pragmatisme »,

2001-2004 : DV Construction et le prix des 3 meilleurs stages de 2ème année,

2002-2005 : ArcelorMittal et Viry dont le « Viry Challenge », un travail réalisé dans le cadre du cours d’anglais sur la présentation d’un ouvrage de Génie Civil, perdure encore aujourd’hui.

2003-2006 : Cobaty et GTM - Dumez-Lagorsse avec le prix des meilleurs stages de 1ère année

2004-2007 : le Bureau Veritas avec le prix « Observer et rendre compte » concernant des visites de chantiers,

2005-2008 : GFC Construction avec Richelmi Monaco et Cirmad Grand Sud qui se sont associés avec DV Construction pour le prix des meilleurs stages de 2ème année,

2006-2009 : Eiffage avec un prix concernant des « Procédés Généraux de Construction »,

2007-2010 : Le Groupe Fayat qui récompense un travail de « Résistance des Matériaux ».

2008-2011 : SOCOTEC, notre nouveau partenaire avec le prix sur le thème « Analyser, Synthétiser, Convaincre ».

Enfin, nous avons le plaisir de signaler que c’est Monsieur Jacky LION, Directeur Régional SNCF, qui

remettra le diplôme d’ingénieur à tous les élèves de Polytech. Il mettra ainsi en exergue la qualité des

relations école-entreprise du Département Génie Civil et des partenariats exemplaires listés ci-dessus.

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PARTENARIAT DE RECHERCHE

Tous les enseignants du département Génie Civil mènent des travaux de recherche fondamentale ou finalisée (contrats industriels) au sein de l’institut Pascal de l’Université Blaise Pascal.

Deux thématiques principales : mécanique des matériaux et des structures mécanique des sols et des milieux granulaires

avec comme objectifs la prévision et la modélisation du comportement des ouvrages, l’évaluation de leur fiabilité et l’analyse du comportement mécanique des matériaux constitutifs. Il est possible de préparer, en parallèle avec la 3

ème

année, un Master Recherche 2 : « Innovation, mécanismes, matériaux, structures ».

OBJECTIFS Le Département Génie Civil forme des ingénieurs capables de concevoir, d’analyser, de calculer, de réaliser, d’expertiser et de gérer des ouvrages dans tous les secteurs de la construction. La formation conduit l’élève ingénieur à acquérir des compétences et des comportements qui lui permettront d’agir en généraliste capable d’appréhender des problèmes complexes et d’agir en responsable apte à conduire et à gérer en équipe des projets et des chantiers. La formation comprend des enseignements académiques, des projets et des périodes de stage en entreprise (8 à 11 mois). Elle est assurée conjointement par des universitaires et des professionnels du secteur de la construction.

Deux options sont proposées :

Structures et Ouvrages

Ingénierie et Architecture

DÉPARTEMENT GÉNIE CIVIL

SECTEURS D’ACTIVITÉS et DEBOUCHÉS Grands groupes et grandes entreprises du BTP

PME - PMI du BTP

Bureaux d’études - Bureaux de contrôle – Bureaux d’études infrastructures

Secteur tertiaire (Collectivités territoriales - Éducation)

Matériaux et matériels pour le BTP - Énergie - Transports

Maîtrise d’œuvre et maîtrise d’ouvrage publique et privée

Gestion du patrimoine immobilier

PARTENARIATS INDUSTRIELS Relations industrielles formalisées avec de

grands groupes : Bouygues, Arcelor & Viry, GTM, Bureau Véritas, Eiffage…

Stages :

- 1 à 2 mois en fin de 1ère

année (été) : immersion en entreprise

- 2 à 4 mois en 2ème

année (mai - sept.) : mise en situation de cadre technique

- 5 mois en 3ème

année (février - juin) : projet industriel de recherche et développement

Les stages sont effectués en entreprise. 30% des stages de 3

ème année ont lieu à l’étranger.

Projets :

Projets techniques au choix en 2ème

année :

Bâtiment, ouvrage d’art – Béton armé, Construction Métallique,

Géotechnique – Hydraulique – Méthodes

Atelier de conception architecturale

Projet technique de synthèse en 3ème

année faisant appel à l’ensemble des compétences acquises au cours de la formation.

Mots-clés : Bâtiment – Ouvrage d’art – Infrastructure – Architecture – Urbanisme –

Mécanique des Structures – Mécanique des sols – Mécanique des fluides – Matériaux Équipements techniques – Technologie de la construction – Organisation – Gestion – Pathologie – Maintenance – Développement durable

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Responsable du département : Sofiane AMZIANE Secrétariat : 04 73 40 76 87 ou 04 73 40 76 90 fax : 04 73 40 75 10 E-mail : [email protected]

Génie Civil

Option Structures et ouvrages (375 h)

Module Approfondissement du Génie Civil (100 h) à choisir parmi :

Infrastructures - Structures bois - Structures mixtes - Ouvrages d’art en béton précontraint

Compléments et préparation au projet de recherche Développement (200 h) : 3 modules au choix

Sciences Sociales et Communication (75 h) : 2 modules au choix parmi :

Anglais - Négociation et conduite de réunion -Architecture et Ingénierie – Sécurité et qualité -Urbanisme

Disciplines communes aux deux options (260 h)

Technologie, organisation & méthodes (70 h)

Matériaux & Mécanique des Milieux Continus (100 h)

Résistance des matériaux & Calcul des structures (90 h)

Disciplines spécifiques à chaque option


Béton armé et précontraint (75 h)

Équipements techniques (75 h)

Mécanique des fluides et Géologie (55 h)

Option Ingénierie et Architecture (185 h)

Histoire de l’architecture et de la construction (60 h)

Arts plastiques, DAO, Maquettes & Méthodologie du projet architectural (125 h)

Enseignements communs à tous les départements (450 h) Sciences de base (90 h)

Mécanique - Traitement du signal Électronique - Chimie Énergétique - Thermodynamique Épistémologie

Langages scientifiques (210 h)

Mathématiques générales Statistiques et probabilités Calcul numérique Informatique

Sciences Sociales et Communication (150 h)

Langues : anglais - allemand et/ou espagnol Expression - Communication Droit Économie

Disciplines communes aux deux options (300 h)

Technologie, organisation et méthodes (60 h)

Béton armé et précontraint (60 h)

Construction métallique (60 h)

Géotechnique (60 h)

Projet technique (60 h)

Sciences sociales et Communication (100 h)

Langues : anglais - allemand et/ou espagnol

Expression écrite et orale

Gestion de projets et gestion d’entreprises

Droit des marchés et de la construction

Stage : 2 mois obligatoires en mai et juin (240 h) dont

la plupart se poursuivent en juillet et août

Disciplines spécifiques à chaque option


Hydraulique et réseaux (60 h)

Compléments de calcul des structures (60 h)

Ouvrages : conception et pathologie (60 h)

Compléments scientifiques (60 h)

Psychologie sociale (20 h)


Équipements techniques du bâtiment (120 h)

Méthodologie du projet architectural (110 h)

Techniques d’expression et de gestion (40 h)

DEUXIÈME ANNÉE (660 h ou 670 h selon l’option + 2 à 4 mois de stage)

TROISIÈME ANNÉE (450 h + 5 mois de Projet de Recherche Développement en France ou à l’étranger)

Projet technique de synthèse (75 h) commun aux

deux options : Structures et ouvrages et Ingénierie et Architecture

Ingénierie et projets logistiques (450 h)

(en commun avec les autres départements du CUST)

Gestion et économie des transports

Organisation et techniques logistiques

Outils de la gestion des flux - Projet


Pathologie – Réhabilitation – Inspection, maintenance, réparation (75 h)

Urbanisme (75 h)

Projet architectural (225 h)

PRÉSENTATION GÉNÉRALE DES ENSEIGNEMENTS GC

PREMIÈRE ANNÉE (915 h ou 895 h selon l’option)

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RÉSUMÉS DES MÉMOIRES 2013

présentés pour l'obtention

DU DIPLÔME D’INGĖNIEUR de Polytech Clermont-Ferrand

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SPĖCIALITĖ GĖNIE CIVIL

Pages Béton armé et mixte

10

Construction Bois Construction Métallique

22

26

Conception et Gestion du Bâti Développement Durable

33

Matériaux Mécanique des Sols et Infrastructures

37

46/47

Organisation

65

Risques

69

Structure et Analyse Numérique

73

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BÉTON ARMÉ

ET MIXTE

ANTUNES Pierre Développement d’un outil de calcul de planchers mixtes à bacs collaborants. BERGEAT Damien Dimensionnement des « slim-floor beams » en conditions d’incendie. BERTHET Lucas Etude du glissement des connecteurs sur les poutres preflex. BRAGUER Christopher Etude de la corrosion par les chlorures dans le béton armé. CICCHINELLI Edgardo Comportement mécanique des chevilles métalliques de flixation dans le béton. FAVRE Mickaël Modélisation de la liaison acier-béton : comparaison de modèles numériques. GOMILA Mathieu Poinçonnement des dalles en béton armé et intégration dans les Eurocodes. KOPP Audrey Etude numérique de l’assemblage entre un poteau mixte acier-béton et une poutre en acier. MANGEON William Comportement des dalles mixtes acier-béton en situation d’incendie. MOMMESSIN Jules De l’analyse d’une carte de ferraillage théorique aux plans d’exécution. PROST Florent Renforcement de poteaux en béton sous armé en zone sismique - Expérimentation et validation de différentes techniques.

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DÉVELOPPEMENT D’UN OUTIL DE CALCUL DE PLANCHERS MIXTES À BACS COLLABORANTS

Pierre ANTUNES

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – juin 2013

- Résumé -

La construction mixte acier-béton est en plein essor depuis les années 1980 grâce aux nombreux

avantages qu’elle offre. En effet, il est possible de réaliser de grandes plateformes libres de tout poteau, de réduire la hauteur du plancher et de permettre une mise en œuvre rapide sans étaiement.

Les planchers mixtes sont composés de bacs acier collaborants d’une part et d’une dalle de compression d’autre part. Pour rendre cette association efficace, les bacs ont des géométries bien travaillées avec par exemple la présence de bossages avec la possibilité supplémentaire de lier mécaniquement les deux éléments d’un plancher mixte par l’utilisation de connecteurs.

La toute première étude de planchers mixtes a été entreprise en 1964 par BRYL. L’étude ne prenait alors en compte qu’une analyse basée sur un comportement élastique non fissuré. En France, avant l’arrivée des Eurocodes, il n’existait pas de réglementation spécifique pour le calcul de structures mixtes dans le bâtiment et seule la persévérance et la pratique de certains ingénieurs ont permis l’utilisation de cette technique.

L’entreprise GAGNEPARK évolue dans le marché en plein développement de la construction mixte acier-béton adaptée aux parkings aériens. Elle souhaite maîtriser cette conception en créant son propre outil de calcul permettant de dimensionner les planchers mixtes à bacs collaborants. Actuellement, les fournisseurs de bacs proposent des dimensionnements de planchers mixtes collaborants en fonction des avis techniques de leurs produits délivrés par le CSTB. Ce sont donc ces avis techniques qui font office de référence et c’est sur eux que les garanties liées à l’acte de construire sont fondées.

La présente étude porte sur la vérification, le développement et la mise en œuvre d’un programme capable de vérifier la résistance des planchers mixtes à bacs collaborants, conformément aux aux exigences des avis techniques en vigueur ainsi que de l’Eurocode 4. Le programme intègre les différentes géométries ainsi que les différents produits que l’entreprise peut être amenée à utiliser. Ainsi, une démarche de calcul est conçue et développée sous l’environnement Visual Basic et Excel. L’outil de calcul est validé en comparant les résultats obtenus avec ceux fournis par les fabricants.

L’application à différentes configurations de bacs collaborants permet de mesurer les écarts entre les exigences des avis techniques et celles de l’Eurocode4. Ce programme est prévu évolutif pour prendre en compte les avancées permanentes dans les approches d’analyse des structures mixtes.

Mots-clés

Plancher mixte – Acier-béton – Avis technique – Eurocode 4 – Visual Basic – Excel

GAGNEPARK 14 Avenue Tony Garnier– 69007 Lyon

Travaux dirigés par M. Christophe FRAUD Responsable Ingénierie & Études

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DIMENSIONNEMENT DES « SLIM-FLOOR BEAMS » EN CONDITIONS D’INCENDIE

Damien BERGEAT


- Résumé -

Les démarches de dimensionnement des structures s’appuient généralement sur les travaux de recherche, incluant les essais expérimentaux qui peuvent être les sources de développement d’outils et de méthodes de calcul analytique. L’ingénierie incendie était basée à l’origine sur des règles prescriptives qui avaient pour conséquences de limiter les formes architecturales. L’arrivée des Eurocodes a permis une plus grande liberté dans les moyens de dimensionnement tout en donnant un cadre et des règles à respecter. Les Eurocodes laissent ainsi aux bureaux d’études un choix riche parmi les approches de calcul et de dimensionnement, ils permettent aussi de concevoir des structures non protégées tout en restant conformes à la règlementation.

Un nouveau type de plancher non protégé qui s’est développé dans les pays scandinaves à partir

des années 1980 a fait son apparition sur le marché Français assez récemment. Les planchers « slim-floor beam » consistent à intégrer la poutre en acier dans la dalles en béton ou à bac collaborant. Pour cela, la semelle inférieure de la poutre est élargie pour créer un appui à la dalle tout en protégeant la section de la poutre contre l’incendie. Ainsi, seule la semelle inférieure est directement exposée au feu permettant ainsi de garantir une résistance au feu de 60 minutes sans justification.

À l’heure actuelle, les Eurocodes ne disposent pas de règles de dimensionnement des « slim-

floor beams » aussi bien pour les conditions normales qu’en situation d’incendie. Les objectifs de cette étude sont d’utiliser les règles de dimensionnement des « slim-floor beams » telles qu’elles seraient présentées dans une future annexe de la nouvelle version de l’EN1994-1-2 et de réaliser un programme Excel utilisant ces différentes règles.

Ainsi, une première partie de l’étude est dédiée à la vérification des « slim-floor beams » dans les

conditions normales d’utilisation, ce qui permettra de comprendre le fonctionnement général de ce type de plancher. Ensuite, une deuxième partie est consacrée à la réalisation de l’annexe pour le dimensionnement des planchers « slim-floor beams » en conditions d’incendie. Et enfin, une étude est faite sur l’association entre les « slim-floor beams et les planchers à bacs collaborants en conditions d’incendie.

Mots-clés Slim-floor beam – EN1994-1-2 – dimensionnement – ingénierie incendie – construction mixte

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

universidade de aveiro campus universitário de santiago

3810-193 Aveiro Travaux dirigés par M. Paulo VILA REAL – Professeur

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ÉTUDE DU GLISSEMENT DES CONNECTEURS SUR LES POUTRES PREFLEX

Lucas BERTHET

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l'obtention du diplôme d'ingénieur Département génie civil - Juin 2013

- Résumé -

En utilisant les avantages combiné du béton et de l'acier, la construction mixte est très certainement un secteur d'avenir. La poutre Preflex pousse encore plus loin le concept de la poutre mixte en utilisant du béton comprimé en zone tendue.

La poutre Preflex utilise un profilé fabriqué avec une contre flèche. Après application de deux vérins permettant de rendre la poutre droite, on enrobe la semelle inferieur du profilé métallique de béton. En relâchant les vérins après le durcissement du béton on obtient du béton comprimé dans la zone tendue de la poutre ce qui la renforce. ce béton doit rester comprimé durant tout son cycle de vie de la construction.

A cause des propriétés complexes de la construction mixte le glissement des connecteurs en contact avec ce béton doit être pris en compte. Et cet effet doit être étudier sur la durée en parallèle de effets de déformation différés . L'analyse du glissement est basé sur deux méthodes qui ont étés développées sur des poutres mixtes classiques. Dans ce mémoire nous allons adapter ces méthodes au cas des poutre Preflex afin de calculer le glissement et le taux de glissement instantané. Grace à cela nous pourront déterminer l'augmentation de contrainte et de déformation due au glissement immédiat des connecteurs . Après avoir analysé cela, nous transposeront les méthodes pour étudier l'évolution du glissement dans le temps en utilisant la méthode incrémentale. Ce qui nous permettra de vérifier que le béton de première phase reste bien comprimé durant toute la durée de vie de la construction.

Mots-clés Construction mixte - Acier - Béton - Preflex - Taux de glissement - Connexion - Rigidité de connexion -

Aribert - Lebet - Adekola - Déformation différés

POLITECHNIKA KRAKOWSKA ul. Warszawska 24

31-155 Krakow Travaux supervisé par le Docteur GWOZDZIEWCZ

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ÉTUDE DE LA CORROSION PAR LES CHLORURES DANS LE BÉTON ARMÉ

Christopher BRAGUER


- Résumé -

Depuis plusieurs dizaines d’années, le béton armé est la solution la plus utilisée pour construire

des édifices. En effet, son faible coût et sa mise en œuvre aisée en font un produit très performant. Cependant, le béton armé est soumis aux aléas climatiques et donc à des attaques chimiques dont la nature diffère suivant le lieu d’exposition. Une des attaques principales est la corrosion des armatures sous l’action de l’environnement qui affaiblit la résistance de la structure pouvant aller jusqu’à la ruine de l’ouvrage. La corrosion est un processus long qui peut être causé par la carbonatation ou la pénétration des chlorures dans le béton. La carbonatation est due à la concentration en dioxyde de carbone présent dans l’air et les ions chlorures que l’on trouve dans l’air mais également et en plus grande quantité dans les environnements marins. Dans ce travail, nous nous intéressons uniquement à la corrosion par les chlorures dans le béton armé.

Pour cette étude, nous construisons un modèle bidimensionnel par éléments finis à l’aide du

code de calcul CAST3M, au niveau microscopique, et nous choisissons le modèle de Val et al. basé sur l’équation de Fick. Nous avons commencé notre étude en prenant en compte uniquement les chlorures. Cela nous a permis de vérifier la modélisation. Ensuite nous avons ajouté le modèle de séchage de Van Genuchten, c’est à dire nous avons couplé la diffusion des chlorures avec l’eau, afin d’intégrer l’influence de l’eau sur la diffusion des chlorures. Les résultats obtenus diffèrent de la diffusion pure des chlorures sans couplage. Dans le but de valider la modélisation, nous nous appuyons sur des résultats expérimentaux de plusieurs chercheurs. Enfin, nous ajoutons le terme source qui permet de prendre en compte les ions chlorures qui se lient au béton.

Dans un deuxième temps, nous étudions le même modèle couplé chlorure-eau-terme source en

ajoutant un modèle mécanique. Cette modélisation permet de tenir compte de l’endommagement du béton, de la diffusion des chlorures dans le béton armé et d’être au plus proche de la réalité lorsque la structure travaille. Cette modélisation permet de suivre la création des fissures dans le béton. Leur présence dans le béton augmente la vitesse de diffusions des chlorures. En effet, les chlorures dissous dans l’eau se diffusent plus rapidement car l’eau remonte par capillarité jusque dans les pores du béton et les chlorures restent par la suite dans les pores lorsque l’eau s’évapore.

Mots-clés corrosion des armatures – chlorure – diffusion - endommagement du béton – Fick - fissuration - modèle

éléments finis – séchage du béton

CEA/Saclay – Commissariat à l’énergie atomique 91191 Gif-sur-Yvette, France

Travaux dirigés par Alain MILLARD– Ingénieur chercheur au CEA

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COMPORTEMENT MÉCANIQUE DES CHEVILLES MÉTALLIQUES DE FIXATION DANS LE BÉTON

Edgardo CICCHINELLI

Polytech Clermont-Ferrand – Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur

Département Génie Civil – Juin 2013

- Résumé -

Les éléments de fixation tels que les chevilles à expansion sont très utilisés pour les transferts de changement de la pièce fixée à la structure en béton et contribuent largement à maintenir un degré de sécurité dans ce type de constructions. Ainsi les fabricants de fixations doivent être en mesure de prédire de façon fiable la tenue de ces chevilles soumises à une sollicitation quelconque.

La résistance des éléments de fixation est principalement déterminée de manière

expérimentale. Dans cette étude, la méthode des éléments finis peut être considérée comme un outil efficace et pratique pour prédire le comportement de chevilles ancrées. Le modèle d'étude est une éprouvette de béton de diamètre variable dans laquelle on effectue un forage en son centre de façon longitudinale et on y introduit une cheville métallique expansive.

Afin d'étudier le comportement mécanique de la cheville, une analyse par la méthode des

éléments finis est réalisée. Deux types de modèles numériques sont développés : 2D et 3D. Le premier représente un essai d'arrachement axial. Le deuxième modélise l'arrachement avec une inclinaison de la cheville et permet aussi de considérer un effet de cisaillement.

Pour représenter le contact entre les deux matériaux, un modèle de contact avec frottement

(loi de Coulomb) est considéré. Le comportement du béton est représenté par un modèle mécanique élastique endommageable de Mazars.

Le but de ce travail est une étude de sensibilité probabiliste. Les paramètres d'entrée

aléatoires retenu sont le diamètre, le coefficient de frottement, la profondeur de confinement et la température d'expansion. La loi de ces paramètres est ajustée à une distribution statistique du type gaussienne ou lognormale.

Finalement, les variables de sortie sont la variation de la force résistante, le degré

d'endommagement du béton, la variation de raideur, les contraintes maximales dans le béton, etc. Elles sont évaluées et comparées afin de déterminer l'influence relative de sur le comportement mécanique de l'ancrage.

Mots-clés Chevilles métalliques – ancrages – endommagement – béton – éléments finis – variables aléatoires

IP – Institut Pascal

[POLYTECH CLERMONT-FERRAND] – CAMPUS DES CEZEAUX – 63173 AUBIERE – FRANCE Travaux dirigés par Philippe BRESSOLETTE et Eric FOURNELY

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MODÉLISATION DE LA LIAISON ACIER - BÉTON : COMPARAISON DE MODÈLES NUMÉRIQUES

Mickaël FAVRE

Polytech Clermont- Ferrand – Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – Juillet 2013

- Résumé -

Afin de toujours garantir la sécurité de ses ouvrages génie-civil, l’entreprise Electricité de France ‘’EDF’’, et particulièrement le département Recherche et Développement ‘’R&D’’, cherche à prédire le comportement à long terme de ses structures. Pour cela, Code_Aster (logiciel libre de simulation numérique en mécanique des structures, développé par EDF) est enrichi régulièrement en modèles numériques. La compréhension du comportement mécanique à long terme du béton armé force à aborder la question de modélisation de la liaison acier-béton. Dans les études classiques, l’usage veut que l’on considère une liaison parfaite entre l’acier et le béton. En réalité, et notamment lorsque le béton se fissure, une décohésion entre les deux matériaux peut se produire avec une redistribution de contraintes. C’est pourquoi, dans le cadre des travaux de thèse de M. DAVID (2012), une loi décrivant la décohésion de la liaison acier-béton (CZM_LAB_MIX) combiné à une représentation des aciers sous forme de nappe a été implémentée dans Code_Aster. L’objectif du stage est de valider ces outils et d’identifier les paramètres en simulant le comportement d’une poutre en flexion trois points, ainsi que d’un tirant. Les résultats numériques sont ensuite confrontés aux résultats expérimentaux, et aux résultats numériques obtenus par le CEA avec un autre type d’approche. La deuxième spécificité des modèles mis en œuvre est que la fissuration du béton est modélisée grâce à des zones cohésives. Dans un second temps, on aura pour objectif de faire cohabiter un modèle d’endommagement avec celui de la liaison acier béton et/ou d’étudier l’apport des aciers modélisés en nappes sur une étude d’enceinte de confinement pour une centrale nucléaire.

Mots-clés

Adhérence – béton armé – endommagement du béton – interface – fissuration – zone cohésive

EDF R&D – Département Analyse Mécanique et Acoustique 92141 Clamart, France

Travaux dirigés par Sylvie MICHEL-PONNELLE – Ingénieur Chercheur à EDF-R&D

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POINÇONNEMENT DES DALLES EN BÉTON ARMÉ ET INTÉGRATION DANS LES EUROCODES

Mathieu GOMILA


- Résumé -

Depuis une soixantaine d’années, le poinçonnement des dalles en béton armé est l’objet de nombreux travaux de recherche sur différents continents. Ce phénomène peut causer la ruine d’un bâtiment par la rupture de la dalle due à une charge concentrée de poteau par exemple. Les travaux de recherche ont permis d’avoir une base pour le développement d’un cadre normatif permettant la prise en compte de ce phénomène dans le dimensionnement des structures. Ces différentes normes (Eurocode 2 EN 1992-1-1, Norme allemande DIN 1045 et Norme américaine ACI 318-08) possèdent une partie réservée à la vérification de résistance au poinçonnement. Ces normes s’appuient sur une approche commune mais avec, lors des calculs à mener, certains points de divergences tels que la définition du périmètre de contrôle et les formules donnant la résistance maximale. Ces normes sont adaptées pour l’utilisation de certains types d’armatures anti-poinçonnement, tels que les étriers. Leur application pour le dimensionnement d’armatures innovantes telles que les armatures développées par l’entreprise PEIKKO reste discutable. Comme le fonctionnement mécanique des armatures innovantes est différent, les approches de l’Eurocode méritent d’être adaptées pour tenir compte de leurs spécificités. L’objectif principal de cette étude est de mettre en évidence les spécificités des armatures anti-poinçonnement et de montrer que la nécessité d’adapter les normes pour tendre vers une utilisation optimale des procédés innovants anti-poinçonnement. Ainsi, un nombre d’essais conséquent a été réalisé par le passé afin de justifier des modèles de calcul analytique et simples d’utilisation. Ainsi, un bilan bibliographique des essais et des méthodes analytiques disponibles dans la littérature est réalisé. Un autre objectif de l’étude doit permettre une simplification de certains paramètres nécessaires dans les approches de calcul du poinçonnement des dalles en béton armé, notamment des paramètres géométriques. Les simplifications sont évaluées en observant leurs impacts sur les valeurs obtenues de résistance. L’objectif est de ne pas dégrader la précision des modèles proposés au regard des résultats disponibles. Aussi la présente étude se fixe comme objectif d’identifier et d’adapter les points de divergence entre les différentes normes existantes en tenant compte de la réalité des solutions techniques disponibles pour le secteur de la construction en Europe.

Mots-clés Goujon – Etrier – Poinçonnement – Normes – Dalles – Contraintes

PEIKKO Group Corp. Hlinska 40, 011 18 ŽILINA, Slovaquie

Travaux dirigés par M. Ján BUJŇÁK – Docteur-Ingénieur Recherche et Développement

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ÉTUDE NUMÉRIQUE DE L’ASSEMBLAGE ENTRE UN POTEAU MIXTE

ACIER-BÉTON ET UNE POUTRE EN ACIER

Audrey KOPP

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur

Département Génie Civil – juillet 2013

- Résumé - L’utilisation de la construction mixte acier-béton se développe et devient chaque jour une part

plus importante du marché. Ainsi, les études réalisées sur les sections mixtes sont nombreuses et effectuées à l’aide de modèles numériques : modélisation de l’élément mixte, détermination de la charge maximale applicable avant rupture, proposition de nouvelles formes de profilés pour rechercher celui avec le meilleur apport de frottement à l'interface acier-béton. Mais l’ensemble des ces études concernent essentiellement les éléments de la structure et négligent les modes d’assemblage qui sont pourtant un point clé de la conception de l’ouvrage. Il est nécessaire d’étudier le comportement des liaisons entre chaque élément soumis aux différentes charges : permanente, exploitation, vent, neige mais également sismique. Ce dernier point est un risque naturel dont les conséquences peuvent être désastreuses s’il n’est pas pris en compte dès le dimensionnement de la structure. Ainsi, le but de ce projet est d’évaluer la résistance vis-à-vis du séisme d’un assemblage soudé d’un poteau mixte (profilé creux rempli de béton) et d’une poutre, tous deux utilisant des aciers à haute limite d’élasticité, à l’aide de modélisations par éléments finis.

Dans un premier temps il s’agit de calibrer le modèle numérique sur le logiciel Abaqus grâce aux résultats expérimentaux obtenus à l’Université Polytechnique de Timisoara concernant un assemblage soudé, poteau mixte – poutre, soumis à un chargement. En arrière plan, grâce à ce calibrage, il est possible d’effectuer une étude paramétrique pour déterminer l’influence des raidisseurs au niveau du poteau en diminuant leur largeur par palier de 50 mm. Dans un deuxième temps, c’est l’aspect sismique qui est étudié. La prise en compte de la sismicité se fait par modélisation d’une structure complète intégrant les mêmes assemblages à l’aide du logiciel SAP 2000 : un chargement sismique est imposé dans les deux directions principales afin d’en déduire les sollicitations au niveau des assemblages. Une fois ces sollicitations connues, elles peuvent être appliquées à l’assemblage (logiciel Abaqus) pour en déduire les résultats en termes de contraintes et de déformations. Il est alors possible d’évaluer la résistance vis-à-vis du séisme de cet assemblage.

Mots-clés

Structure mixte – assemblage soudé – modélisation en éléments finis – charge sismique

"POLITEHNICA" UNIVERSITE DE TIMISOARA Département des Structure Métallique et Mécanique des Structures

Ioan Curea No.1, 300224, Timisoara, ROMANIA Travaux dirigés par M. Adrian CIUTINA – Enseignant Chercheur

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COMPORTEMENT DES DALLES MIXTES ACIER-BÉTON EN SITUATION D’INCENDIE

William MANGEON


Département Génie Civil – Février à Juin 2013

- Résumé - En situation d’incendie, seuls certains éléments de la structure nécessitent de conserver leur résistance pour permettre de maintenir la stabilité générale du bâtiment. Pour cela, on vient appliquer sur ces éléments des protections au feu. Ces protections ont deux avantages. Le premier est une réduction des coûts en terme de matériaux et de temps de construction en appliquant seulement une protection sur les éléments principaux de la structure. Le second, en adoptant une protection lourde, comme enrober partiellement ou totalement les profilés avec du béton, on vient réduire les inconvénients dus à la mise en œuvre. Ainsi, depuis quelques années, de nombreuses études ont été menées sur les performances des structures et des matériaux en situation d’incendie. Elles ont apporté de nouvelles solutions, que ce soit dans la conception ou la réalisation de bâtiment. Pour compléter ces études, de nombreux tests en laboratoire ou à taille réelle, ainsi que les retours d’expériences des différents accidents passés, ont montré que le comportement des structures mixtes était plus performant que celui des éléments seuls. De plus, il en résulte que les dalles en construction mixte subissaient, un effet de grand déplacement, appelé effet membrane, sans pour autant subir une ruine. Un grand nombre de chercheurs, tel que Sawczuk, Kemp, Li, Hayes ou Bailey et Moore ont mené un grand nombre d’études sur l’effet membrane. Chacun d’eux ont développé des méthodes analytiques qui ont permis une meilleure compréhension de ce phénomène. L’une de ces méthodes, la méthode FRACOF, qui s’appuie sur les travaux de Bailey, permet l’étude de dalles en situation d’incendie. Elle se base sur le comportement simplifié des matériaux à haute température proposé par les Eurocodes. Elle montre que, en cas de grand déplacement, l’effet membrane d’une dalle, supposée dimensionnée correctement, permet une augmentation de la résistance en multipliant la capacité portante de celle-ci par un facteur de majoration. Cependant, une nouvelle méthode, développée par le Professeur Ian Burgess, montre que le facteur de majoration n’augmente pas indéfiniment la résistance de la dalle. Basée sur les connaissances actuelles des comportements de ruine des dalles en petit déplacement, cette méthode étudie la réaction de quatre mécanismes cinématiquement admissibles. Cette étude permet aux ingénieurs de prédire l’évolution du comportement des dalles mixtes en situation d’incendie en prenant compte de l’ouverture des lignes de rupture. En effet, pour chacun des mécanismes, pendant l’augmentation du déplacement vertical de la dalle et si les aciers du treillis soudés ne rompent pas, alors ce facteur de majoration augmente. Cette augmentation est du d’une part aux armatures qui reprennent en traction les efforts appliqués en zone centrale et d’autre part par le béton qui reprend en compression dans la zone périphérique. Cependant, si les aciers cassent progressivement, ce facteur de majoration diminue jusqu’à la rupture totale de la dalle. En utilisant les courbes d’évolution du facteur de majoration en fonction du déplacement vertical, cette méthode montre l’évolution de la capacité portante de la dalle en fonction des propriétés des matériaux qui la composent. Le principal objectif de cette recherche est de comparer la nouvelle approche avec celles déjà existantes. Pour mener à bien ces travaux, il sera important d’approfondir et de synthétiser les méthodes de calcul FRACOF et Bailey. En prenant en compte l’énergie interne et externe dans la nouvelle méthode, on pourra estimer le facteur de majoration en fonction du déplacement de la dalle. On pourra, ainsi, prédire l’évolution de la dalle avec une note de calcul Excel. On pourra améliorer cette nouvelle méthode en prenant en compte l’effet de la zone de compression pendant l’ouverture des fissures.

Mots-clés Effet membrane – Plancher mixte – Méthode FRACOF –Modèle analytique

University of Sheffield Department of Civil and Structural Engineering

Mappin Street – Sheffield – S1 3JD - United Kingdom Travaux dirigés par M. Ian Burgess

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DE L’ANALYSE D’UNE CARTE DE FERRAILLAGE THÉORIQUE AUX PLANS D’EXÉCUTION

Jules MOMMESSIN


- Résumé - Depuis plusieurs années, l’évolution des outils informatiques a entrainé d’importants

changements dans le domaine du génie civil, et notamment en phase de conception grâce au développement de puissants outils de calculs et de modélisation. Les données de sortie de ces outils prenant une part de plus en plus importante dans la justification structurelle elles posent également la question d’une méthode d’interprétation.

Il n’existe aucun code ni règle sur ce sujet. L’interprétation se base actuellement sur l’expérience

de l’ingénieur, sa connaissance du fonctionnement de l’outil, sur les indications des manuels utilisateurs combinées avec quelques vérifications ponctuelles.

Les objectifs de ce rapport sont de présenter rapidement les principaux outils informatiques et les principes de bases de la modélisation, de proposer une méthodologie d’interprétations grâce à diverses études de sensibilité réalisées sur des modèles pour analyser l’impact sur les résultats et leur degré de précision. Les enjeux sont de réduire les temps de conception grâce à la résolution des questions en amont, de limiter les erreurs de conception (sur ou sous dimensionnement d’éléments) dues à des ignorances sur certains points et de définir des règles de bonne pratique dès la phase de modélisation.

Un thème principal de recherche est d’analyser la problématique du passage entre un modèle informatique et des plans de ferraillages. L’insertion d’expériences pour tester différents paramètres, (notamment sur des modèles simplifiés) permet de répondre à certaines questions.

Mots-clés Modélisation - B.I.M – Ferraillage – Méthode – Conception - Robot

ARCADIS ESG LYON Service bâtiment et génie civil

127 boulevard Stalingrad - CS90030 69626 Travaux dirigés par M.Régis MONNARD

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RENFORCEMENT DE POTEAUX EN BÉTON SOUS ARMÉ EN ZONE SISMIQUE

EXPÉRIMENTATION ET VALIDATION DE DIFFERENTES TECHNIQUES

Florent PROST

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – Juin 2013

- Résumé - De nos jours, construire un projet résistant face à un séisme revêt une importance capitale. Les

catastrophes passées nous ont montré que de nombreuses vies humaines étaient en jeux. Des réglementations sismiques ont donc été mise en place comme en 1983, le règlement INPRES-CIRSOC 103 est entré en application en Argentine. Les nouvelles constructions sont alors parasismiques mais une grande partie du patrimoine bâti reste vulnérable aux séismes. Il est donc nécessaire de rechercher des solutions afin de réduire cette vulnérabilité et c’est dans ce contexte que ce projet a été réalisé.

Le premier objectif de ce projet est d’étudier le comportement d’un poteau en béton sous armé comme il est possible d’en trouver dans ce type de bâtiment. L’analyse se portera tout d’abord sur un essai de compression sur un poteau faiblement armé qui constituera l’élément de référence. Ensuite le même essai sera réitéré sur des poteaux dont le ferraillage est différent afin d’analyser la différence de comportement. Les mesures de déformations au centre des éprouvettes permettront de mettre en avant le principe de confinement du béton et les avantage de celui-ci.

Le second objectif de l’étude est de proposer différents systèmes de renforcement que l’on pourrait mettre en place lors d’une réhabilitation. Pour cela, deux systèmes ont été choisit afin d’utiliser le confinement du béton pour augmenter la résistance des poteaux. Des éprouvettes faiblement armées seront ainsi testées avec ce type de renforcement puis comparées aux résultats précédents afin de déterminer l’effet de confinement de chacun. Le but du projet étant de proposer une solution économique, facile à mettre en œuvre et qui respecte l’esthétisme du bâtiment.

Mots-clés Renforcement parasismique – béton armé – poteaux – confinement – expérimentation

Facultad de Ingenieria - Deti II - UNCUYO Centro universitario (M5502KFA)

Ciudad de Mendoza. Casilla de Correos 405 República Argentina

Travaux dirigés par Dr. Francisco J. CRISAFULLI (UNCuyo) et Dr. Eric FOURNELY (Polytech Clermont-Ferrand)

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CONSTRUCTION BOIS

BOUORM Zayan Comportement des parois et planchers bois au feu. GANDINO Pierre-Jacques Modélisation du comportement au feu d’un plancher mixte bois-béton. VEYSSEIRE Cécile Etude du système mixte bois-béton VB – Préparation d’un dossier en vue de l’élaboration d’un avis technique incluant les zones sismiques dans son champ d’application. .

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COMPORTEMENT DES PAROIS ET PLANCHERS BOIS AU FEU

Zayan BOUORM

Polytech Clermont Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – Juillet 2013

- Résumé -

L'ingénierie de la sécurité incendie (ISI) permet de prendre en compte les risques réels en

situation d'incendie. Elle est fondée sur une appréciation scientifique par la quantification des phénomènes du développement et de la propagation du feu, du mouvement de la fumée, du comportement des personnes et des structures, ainsi que sur l'appréciation de toutes les mesures de protection et d'intervention des sapeurs-pompiers. Ceci afin d’identifier, d'évaluer et de prévenir les risques d’incendie et de définir les mesures nécessaires de prévention et de protection pour protéger les personnes, l’environnement et les biens selon les objectifs de sécurité fixés.

Ce mémoire est consacré à un Projet de "Recherche et Développement" relatif au comportement au feu des planchers et parois en bois. Il constitue une recherche ISI qui est basée sur des résultats expérimentaux à l'échelle réelle, de simulations numériques et de l'analyse de tous les résultats obtenus. La partie expérimentale inclut 24 essais de résistance au feu, de douze parois et de douze planchers bois. Ces parois et planchers représentent différents types de configurations. L'objectif final de l'étude est de proposer des configurations qui assurent des durées de résistance au feu de REI15 à REI90.

La démarche suivie pour la réalisation de cette recherche est la suivante :

analyse des résultats expérimentaux . modélisation de la durée de résistance au feu selon le guide technique " Fire safety in

timber buildings". modélisation du transfert thermique des éprouvettes testées au feu à l'aide d'un

programme aux éléments finis (SAFIR). analyse de tous les résultats obtenus. validation de la durée de résistance au feu de plusieurs configurations qui satisfont

l'objectif fixé de cette recherche. Ce projet a été réalisé en collaboration avec le FCBA. Il a été financé par le Ministère de

l'Ecologie, de l'Energie, du Développement Durable et de la Mer (EEDDM) et les industriels du bois (CODIFAB).

Le thème de ce projet de "Recherche et Développement" est d’analyser les résultats des essais des parois et de vérifier leur conformité par rapport au guide européen. Leurs sections, ainsi que d’autres, ont été modélisées par le logiciel d’éléments finis SAFIR, et comparées aux mesures expérimentales. Les phénomènes ont été validés.

Mots-clés

Fire in Timber – Résistance au feu – Eurocode 5– calcul numérique SAFIR

CENTRE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE DU BATIMENT 84, avenue Jean Jaurès 77447 Marne-la-Vallée cedex 2

Travaux dirigés par Dhionis DHIMA Dr. Ingénieur en chef au Département «Sécurité, Structures et Feu»

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MODÉLISATION DU COMPORTEMENT AU FEU

D’UN PLANCHER MIXTE BOIS-BÉTON

Pierre-Jacques GANDINO

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – mai 2013

- Résumé -

Le plancher mixte bois-béton est une technique récente de plus en plus utilisée dans le cadre de rénovations de planchers en bois sans remplacement des poutres existantes. Elle permet d’optimiser le plancher et donc d’avoir un élément de structure plus rigide, plus résistant et plus stable. Le principe est de connecter une dalle en béton armé aux poutres par l’intermédiaire d’un système de connexion. La plupart du temps il s’agit de connecteurs métalliques qui ont pour rôle de reprendre les efforts de cisaillement à l’interface des deux matériaux. Ceux-ci sont caractérisés par un module de glissement qui joue un rôle primordial dans la rigidité du système. Dans ce cas, le béton se situe dans la zone comprimée et l’axe neutre se situe dans la poutre en bois. Concernant la résistance au feu, celle du bois et du béton peuvent être déterminées grâce aux Eurocodes 2 et 5 mais aucune méthode ne permet de connaître la stabilité au feu de ce type de structure. Une solution pertinente est de réaliser un modèle de calcul numérique.

Le but de ce travail est de modéliser, à l’aide d’un logiciel de calcul aux éléments finis, le comportement au feu de ce type de plancher en se basant sur deux essais de résistance au feu. En effet, peu d’essais de résistance au feu et d’études ont été réalisés. La modélisation est donc utilisée comme une alternative viable aux essais expérimentaux, ceux-ci étant généralement peu rentables. Dans ce cas, la différence entre les deux planchers étudiés est la présence ou non du coffrage (perdu ou récupérable).

Tout d’abord, le comportement au feu d’une seule poutre mixte bois-béton, correspondant à la moitié du plancher testé, a été modélisé pour chacun des deux planchers. Le but étant de de réduire les temps de calculs avant d’étendre l’étude aux planchers. Il s’agit dans un premier temps d’étudier les résultats des calculs de transferts thermiques dans les divers éléments de la structure : la poutre en bois, la dalle béton, le coffrage perdu. Ces derniers ont ensuite été intégrés au calcul structurel. Dans un second temps, une étude a été réalisée sur l’influence des paramètres d’entrée qui sont principalement le maillage, les propriétés des matériaux à haute température, la géométrie, les conditions aux limites et le type de connexion. Les résultats des calculs en termes de flèche et de temps de ruine ont alors été validés par comparaison à ceux des essais de résistance au feu.

Enfin, le modèle sera étendu au plancher en entier puis validé par comparaison aux essais. Il pourra par la suite être envisagé d’étendre la méthodologie employée à d’autres types de planchers mixtes bois-béton.

Mots-clés

Modélisation aux éléments finis – plancher mixte bois-béton – comportement au feu – SAFIR

EFECTIS France Espace Technologique, Bât Apollo, Route de l'Orme des Merisiers

91193 SAINT AUBIN Travaux dirigés par Mme Karine MONET – chef de projet

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ÉTUDE DU SYSTEME MIXTE BOIS-BÉTON VB

PRÉPARATION D’UN DOSSIER EN VUE DE L’ÉLABORATION D’UN AVIS TECHNIQUE INCLUANT

LES ZONES SISMIQUES DANS SON CHAMP D’APPLICATION

Cécile VEYSSEIRE

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – juin 2013 -

- Résumé -

En France, le bâtiment est le secteur le plus économique, le plus énergivore. C’est pourquoi, les

maîtres d’ouvrage sont de plus en plus impliqués dans une démarche de développement durable et de protection de l’environnement. Grâce à ses atouts environnementaux, le bois est de plus en plus utilisé dans la construction. En outre, il se prête à merveille au jeu de la mixité, à commencer par son association avec le béton. Au-delà des apparences, ce mariage inattendu forme un ensemble énergétique performant et visuellement très intéressant. La mixité bois-béton, peut être utilisée tant en construction neuve qu’en réhabilitation. Le bois et le béton sont deux matériaux aux qualités mécaniques et isolantes complémentaires.

Les planchers mixtes bois-béton ont fait l’objet de nombreuses innovations ces dernières années. Il existe plusieurs systèmes de dalles mixtes et de connexions (tubes cylindriques, vis, lattes en bois, cornières métalliques…) dont l’avis technique prévaut en l’absence de normes spécifiques. La présente étude des planchers mixtes bois-béton porte sur le système SFS VB.

Le dimensionnement des systèmes mixtes, testés et développés depuis quelques années, se base sur des essais ponctuels, des constructions particulières ou un type de connecteurs spécifiques. L’objectif de ce PRD est de rédiger un dossier technique dans le but d’obtenir un Avis Technique incluant les zones sismiques dans son champ d’application.

Il est essentiellement utilisé en rénovation, mais trouve également sa place dans les constructions neuves. De manière globale, les planchers mixtes bois-béton ont de meilleures performances mécaniques, acoustiques et thermiques que les planchers traditionnels en bois ou en béton armé. La mixité permet de supprimer le poids mort du béton présent dans un plancher totalement en béton armé, et d’obtenir des éléments structuraux très performants.

Les résultats des essais menés lors de ce PRD serviront de références pour l’utilisation de ces vis SFS VB en zone sismique.

Mots-clés Plancher mixte Bois/Béton – connecteurs – rigidité – glissement – effet diaphragme – durabilité

SFS intec Fabricant de systèmes de fixations pour l’enveloppe du bâtiment

39, rue Georges Méliès - 26000 VALENCE Travaux dirigés par M. François VARACCA – Responsable Marché Assemblage Bois

Ingénieur ENSTIB

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CONSTRUCTION METALLIQUE

BRETON Aurore Conception et dimensionnement des chemins de roulement selon l’Eurocode. DUSSAC Jérémy Local buckling of class 4 section beams at elevated temperature FEULVARCH Alexis Calculs d’assemblages en construction métallique selon l’Eurocode 3. MAGNI NEGRI Marcos Sébastian Etude du comportement mécanique des poutres cellulaires à ouvertures sinusoïdales en situation d’incendie. RUET Romain Pieds de poteaux articulés et encastrés : outils de calcul et comparaisons. ZHANG Sheng Assemblage articulés : pied de poteau et attache par cornière. . .

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CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES CHEMINS DE ROULEMENT SELON L’EUROCODE

Aurore BRETON


- Résumé - Depuis les années 1970, les règles de calcul suivies pour le dimensionnement des chemins de

roulements sont celles données dans les recommandations du CTICM, celles rédigées par la Fédération Européenne de la Manutention (FEM) et les dispositions règlementaires du CM 66. La plupart des publications qui sont parues dans la revue Construction Métallique se basent sur ces normes et ces recommandations.

Cependant, depuis quelques années de nouvelles normes ont été rédigées et rendues

obligatoires pour toute l’Europe : ce sont les Eurocodes. Depuis qu’ils ont été rendus obligatoires, chaque outil utilisé en bureau d’étude pour dimensionner une structure doit être mis à jour afin de respecter ces nouvelles normes. Les chemins de roulement sont une partie de la structure d’un bâtiment relativement complexe. Les Eurocodes n’ont pas rendu les calculs plus simples au contraire. C’est pourquoi, en général, le dimensionnement des chemins de roulement est souvent sous-traité ou vérifié seulement aux contraintes locales et au déversement, suivant la capacité de levage du pont.

Le but de ce projet de recherche est donc d’étudier les chemins de roulement afin d’établir des

outils qui permettent de réaliser au sein du bureau d’étude les calculs et toutes les vérifications exigées par les normes actuelles.

Après l’analyse des efforts qui existent et les meilleurs moyens de les transmettre, le premier

objectif de ce projet est d’étudier les différentes conceptions possibles des attaches de la poutre de roulement et de déterminer les plus adaptées et les plus appropriées aux cas d’étude traités par l’entreprise. Des abaques permettant de dimensionner tous les éléments de ces attaches ont été mis en place, permettant ainsi un gain de temps sur les calculs.

Le deuxième objectif de cette étude est de réaliser une feuille de calcul permettant de vérifier un

chemin de roulement selon l’Eurocode en tenant compte des vérifications globales, des effets locaux de torsion, de voilement de l’âme, et de la fatigue.

Mots-clés Appareil de levage – effets locaux – eurocode – fatigue – torsion locale – pont roulant – poutre de

roulement – voilement – maintien horizontal – rail

BARBOT CM GROUPE FAYAT Les Morinières - 37160 Descartes

Travaux dirigés par J-P. LE STUM – Ingénieur Calculateur et L. JUIGNET – Responsable bureau d’étude

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VOILEMENT LOCAL DES POUTRES DE SECTION CLASSE 4

À HAUTE TEMPÉRATURE

Jérémy DUSSAC


- Résumé -

Les propriétés des matériaux et leur réaction aux températures élevées constituent une partie essentielle de la conception anti-incendie des structures. Bien que l'acier soit un matériau incombustible, sa performance au feu est fortement influencée par l'augmentation de température des éléments. La sécurité incendie et la résistance au feu des bâtiments ont récemment gagné en intérêt, principalement en raison du risque d'attentats terroristes, ainsi que d'autres facteurs, tels que les catastrophes naturelles, les accidents industriels ou encore les erreurs humaines. Ainsi des progrès significatifs dans la recherche en ingénierie incendie ont été faits dans la dernière décennie. Ils ont abouti à une conception structurale au feu plus précise et à une plus grande fiabilité des structures en acier. Bien que la connaissance du comportement au feu des structures en acier a été améliorée, quelques problèmes n'ont pas été résolus de façon satisfaisante. Pour les sections minces (section transversale de classe 4 selon l'Eurocode 3), la relation entre la résistance et la rigidité à températures élevées a également une influence significative sur le voilement local ou sur le déversement des composants structuraux. Toutefois, pour ces sections aucunes conclusions définitives ou méthodes de conception n'ont été publiées. Actuellement, les procédés de calculs pour les sections minces sont grandement simplifiés car les données des effets des températures élevées sur le voilement des éléments à parois élancées sont insuffisantes. Les modèles simplifiés utilisés sont dérivés du comportement de ces composants à température ambiante. Cependant, ils sont trop sécuritaires principalement dû à des facteurs de réduction des propriétés de l'acier à hautes températures très conservateurs. Ce travail a donc pour but d'analyser le comportement des poutres de section transversale de classe 4 en flexion simple lorsqu'elles sont soumises à de hautes températures. Une série de tests a été effectuée pour deux types de poutres en I à section mince et une modélisation du comportement non-linéaire matériel et géométrique par éléments finis a été réalisée grâce au logiciel ANSYS. L'influence de plusieurs paramètres, tels que les imperfections géométriques des poutres ou la distribution de température a été prise en compte dans la modélisation et une comparaison entre les résultats obtenus numériquement et expérimentalement est également réalisée. Ce modèle a été utilisé pour créer une étude paramétrique en tenant compte de l'influence de différents paramètres, comme l'élancement de l'âme et des ailes et la température de la poutre. Ces résultats sont comparés aux modèles de conception actuelle pour les sections de classe 4 selon l'Eurocode 3.

Mots-clés Acier – EN 1993-1-2 – feu – modèle numérique – section transversale de classe 4 –

températures élevées – voilement local

UNIVERSITÉ TECHNIQUE DE PRAGUE Faculté de Génie Civil – Département Construction Métallique et Bois

Thákurova 7, 166 29 Prague 6, République Tchèque Travaux dirigés par M. Zdenek SOKOL – Docteur

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CALCULS D’ASSEMBLAGES EN CONSTRUCTION MÉTALLIQUE SELON L’EUROCODE 3

Alexis FEULVARCH

Polytech Clermont-Ferrand – Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – Juin 2013

- Résumé -

L’application définitive de l’Eurocode 3 n’est pas encore rendue obligatoire dans les marchés

privés de constructions métalliques. Les bureaux d’études ne disposent pas, globalement, à ce jour d’outils de calculs associés à cette récente norme européenne. Cependant, depuis quelques années, les entreprises se familiarisent aux nouvelles procédures de vérifications des structures, barres et assemblages pour corroborer à l’évolution des demandes d’exigence de construction des marchés publics. Les publications du CTICM et du CSTB aidant dans ce sens.

L’étude menée au sein de l’entreprise Castel&Fromaget a pour but de créer des feuilles de

calculs numériques de deux types d’assemblages couramment utilisés dans la construction métallique. Il s’agit de l’assemblage de continuité par double éclissage de l’âme et des semelles, et de l’assemblage de pied de poteau encastré ou articulé. Les méthodes de calculs utilisées pour vérifier ces assemblages sont fastidieuses sur certains points et une automatisation de ces vérifications permet un dimensionnement plus rapide. Notamment pour les assemblages de pied de poteau par platine d’assise où la méthode des composantes est utilisée.

Les feuilles de calculs sont créées pour permettre à un utilisateur de paramétrer un assemblage

et de récupérer facilement les informations utiles en termes de résistances des éléments de l’assemblage ou de rigidité, pour la validation de la conformité de l’assemblage vis-à-vis de l’Eurocode 3.

Mots clefs Assemblage de continuité – Boulon – Eclisse – Interaction des efforts – Pied de poteau

Platine d’assise – Rigidité – Tige d’ancrage

CASTEL & FROMAGET ZI Route de Nérac – BP 22 – 32501 FLEURANCE CEDEX

Travaux dirigés par Valérie LITOLFF – Ingénieur calcul de structure

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ÉTUDE DU COMPORTEMENT MÉCANIQUE DES POUTRES CELLULAIRES À OUVERTURES SINUSOÏDALES EN SITUATION D’INCENDIE

Marcos Sebastian MAGNI NEGRI

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur -

- Département Génie Civil - Février - Juin 2013 -

- Résumé - Depuis des décennies l’acier est utilisé pour les constructions de bâtiments et d’ouvrages d’art. Les connaissances acquises sur ce matériau ont permis de développer des éléments de structures toujours plus optimisés. Les ingénieurs de structure cherchent toujours les solutions permettant d’augmenter les portées et les performances des structures tout en maîtrisant les coûts. Les ouvertures réalisées dans les âmes des poutres en acier font partie des solutions innovantes qui permettent de faire passer les conduits de service tout en allégeant la structure et en augmentant ses performances mécaniques. Ce procédé permet de réduire l’épaisseur du plancher et par conséquent le coût du bâtiment. Les ouvertures qui nous concernent dans cette étude sont les ouvertures sinusoïdales. Celles-ci présentent plusieurs avantages en comparaison avec la forme courante circulaire. Tout d’abord, la forme sinusoïdale offre une plus large gamme d’ouvertures permettant notamment l’introduction de gaines rectangulaires. Cette forme d’ouverture étant nouvelle, elle a fait l’objet d’une récente étude de son comportement mécanique à l’état limite ultime. La présente étude a pour objectif d’analyser le comportement mécanique en situation d’incendie de ces nouvelles poutres et de proposer une démarche analytique pour le calcul de leurs résistances. L’étude consiste dans un premier temps à comprendre le modèle analytique qui a été développé en situation normale et d’étudier son adaptation en situation d’incendie. Des études aux éléments finis sur le logiciel SAFIR permettent une première comparaison avec les résultats analytiques. L’analyse des résultats en éléments finis permettent d’observer que l’élévation de température peut changer les modes de ruine observés à froid. Par conséquent, il a été choisi de se limiter au mode de ruine plastique de ces poutres, en excluant toute instabilité globale. Ce mode de ruine a l’avantage de ne solliciter qu’une ouverture sur la longueur de la poutre. Cependant, afin d’étudier en détail le mécanisme de ruine d’une ouverture sinusoïdale en situation d’incendie, il est proposé d’analyser l’état ultime d’un modèle simplifié d’ouverture seule. Ce dernier modèle permet ainsi de calibrer le modèle analytique afin qu’il définisse de manière réaliste la résistance d’une ouverture sinusoïdale en situation d’incendie.

Mots-clés

Poutres alvéolaires, Modes de ruines ouverture isolée, Modèle analytique à feu, Modèle éléments finis.

INSTITUT PASCAL – CNRS UMR 6602 Plateau des Cézeaux – 63170 AUBIERE

Travaux dirigés par Messieurs Philippe BRESSOLETTE et Eric FOURNELY

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PIEDS DE POTEAUX ARTICULÉS ET ENCASTRÉS : OUTILS DE CALCUL ET COMPARAISONS

Romain RUET

Polytech Clermont-Ferrand – Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – Juin 2013

- Résumé –

Permettant d’offrir de nombreux avantages structuraux et architecturaux, la construction métallique est une entité très importante dans la famille du génie civil. Assurant la transmission des efforts aux fondations, les pieds de poteaux ont une place particulière au sein de cette entité.

Réalisant jusqu’à présent l’ensemble de ses calculs suivant les recommandations établies par Mr. LESCOUARC’H, l’entreprise BAUDIN-CHATEAUNEUF a souhaité développer des outils de calcul Excel permettant de vérifier les assemblages de type pieds de poteaux (articulés ou encastrés) les plus courants suivant les normes européennes d’application obligatoire en France depuis peu. L’élaboration des ces outils de calcul constitue l’intitulé du projet de recherche et développement qui m’a été confié.

La première étape de ce projet consiste en l’étude et la rédaction d’une méthodologie complète de calcul des pieds de poteaux suivant les normes EN 1993-1-8 et EN 1992-1. L’idée est d’obtenir un organigramme de calcul à la fois simple et précis permettant le calcul de ce type d’assemblage.

La seconde étape du travail réside dans l’étude des éléments non traités dans la nouvelle norme en vigueur et dans la proposition d’une méthodologie de calcul complémentaire s’appuyant sur les travaux réalisés par Mr. LESCOUARC’H.

Une troisième étape amène à la comparaison entre la méthodologie de calcul aux Eurocodes et celle rédigée par Mr. LESCOUARC’H. L’objectif de ce processus de comparaison est de ressortir les différences notables entre les deux méthodes de calcul et ainsi analyser l’impact des Eurocodes sur le dimensionnement des pieds de poteaux. Cette étude portera notamment sur les différents paramètres d’influence entrant dans la résistance de l’assemblage.

Pour finir, ce rapport se conclura sur l’élaboration d’outils de calcul Excel pour la vérification des pieds de poteaux articulés et encastrés. Elaborés suivant les nouvelles normes en application, ils permettront d’accompagner les ingénieurs calculateurs dans la rédaction de notes de calculs.

Mots-Clés Pieds de poteaux – Rigidité – Platine d’about – Résistance

Baudin-Châteauneuf

Service Charpente Métallique 60, rue de la brosse - 45170 Châteauneuf-sur-Loire

Travaux dirigé par M. Cédric RICAUD – Responsable département Charpente Métallique

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ASSEMBLAGES ARTICULÉS : PIED DE POTEAU ET ATTACHE PAR CORNIÈRE

ZHANG Sheng


- Résumé - L’acier est fréquemment utilisé dans le domaine de la construction puisque la construction

métallique a de nombreux avantages notamment sa facilité de réalisation, de montage et du large éventail de produits, industrialisés ou fabriqués en atelier. L’acier est surtout un matériau utilisé couramment pour les structures de type portique.

Dans les structures métalliques, les assemblages articulés ne sont pas dimensionné pour transmettre des moments de flexion significatifs. De tels assemblages ont donc pour mission de reporter des forces dites directe, les efforts tranchants et les efforts normaux. Dans ce mémoire on étudie trois applications de ce type d’assemblage, les pieds de poteau, les assemblages poteau-traverse et les assemblages poutre-poutre. La société INGEROP calcule couramment ces assemblages à main. Elle souhaite développer des outils de calcul, de type Excel, capables, de vérifier rapidement les assemblages articulés selon l’Eurocode3 et d’en faire une note de calcul. INGEROP souhaite également mettre à jour son standard d’attache par double cornière avec les nouveaux efforts capables calculés suivant les Eurocodes. La création des feuilles de calcul constitue le sujet de recherche et développement.

La base de création des feuilles de calcul Excel est les nouvelles normes Eurocode et les documents guides émis par le CSTB qui sont faciles d’utilisation. Toutefois, les méthodes de CSTB qui ne couvrent pas tous les cas.

Puis, nous avons rencontré plusieurs problème lors des calculs ce qui nous a permis de compléter les méthodes utilisée pour la conception des assemblages.

Mots-clés Assemblage – cornière – Outil de calcul – Eurocode – articulé

INGEROP – GRAND CENTRE Service Charpente Métallique

Z.I. de Ladoux – Rue Verte 63118 CEBAZAT Travaux dirigés par M. Julien PITON – Ingénieur Chargé d’affaire Charpente

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CONCEPTION, GESTION DU BÂTI, DEVELOPPEMENT DURABLE

BACCUZAT Caroline Optimisation énergétique des bâtiments - collectifs d’habitation. BARRANGER Marion Etude des ponts thermiques dans le bâtiment. CAMUS Florence Etude des indicateurs de performance écoconception des bâtiments.

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OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE DES BÂTIMENTS COLLECTIFS D’HABITATION

Caroline BACCUZAT

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil - juillet 2013

- Résumé - Dans un contexte énergétique mondial préoccupant, le monde de la construction a pour défi de concevoir des bâtiments énergétiquement performants et économiques. La réglementation thermique 2012 tend en France à valoriser la conception architecturale bioclimatique, à limiter les consommations énergétiques et à systématiser la production d’énergies renouvelables dans le résidentiel. Pour ce faire elle impose des exigences de moyens en termes de traitement des ponts thermiques, de perméabilité à l’air des bâtiments et de recours aux énergies renouvelables. Cependant, il n’existe pas de solution type permettant de répondre à ces exigences, il s’agit au contraire de combiner les différents paramètres d’un projet tels l’implantation du bâtiment ou les matériaux constituant son enveloppe. Ce rapport se propose de présenter les principaux coefficients de la méthode de calcul Th-BCE de la nouvelle réglementation thermique dans le but de mieux appréhender leur sens physique et leur influence sur le calcul réglementaire. L’étude réalisée a pour fil rouge un bâtiment collectif d’habitation en cours de réalisation. Elle vise à quantifier l’impact des paramètres liés à l’enveloppe sur la consommation globale du bâti. Une attention particulière sera portée à la perméabilité à l’air du bâtiment, qui constitue une des exigences propres à la RT 2012. Celle-ci impose en effet aux maîtres d’œuvre de justifier par un test d’infiltrométrie ou par une démarche qualité un niveau de performance réglementaire pour l’indice de perméabilité à l’air des bâtiments collectifs d’habitation. Le non-respect de cet indice peut être le résultat d’une mauvaise conception ou d’une mauvaise mise en œuvre, d’où la mise en place de tests intermédiaires de contrôle et d’autocontrôle sur les chantiers. La modélisation du bâtiment sur le logiciel de calcul thermique Clima-Win ainsi que des tests d’infiltrométrie réalisés sur chantier permettent une approche théorique et pratique du sujet. L’analyse technico-financière des résultats obtenus conduit à l’élaboration d’un guide de conception proposant des solutions permettant de répondre au niveau d’exigence de la RT 2012.

Mots-clés RT 2012 – Consommation énergétique – Conception bioclimatique – Perméabilité à l’air Enveloppe du

bâtiment – Test d’infiltrométrie

GFC CONSTRUCTION - Agence de Montpellier Immeuble Pôle Euréka - 418, rue du Mas de Verchant – BP 11067

34007 MONTPELLIER Cedex 01 Travaux tutorés par M. Landry MARQUES – Ingénieur Travaux Principal

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ÉTUDE DES PONTS THERMIQUES DANS LE BÂTIMENT

Marion BARRANGER


- Résumé -

Devant les exigences énergétiques du bâtiment, les ponts thermiques posent actuellement un réel problème pour les entreprises de construction. En effet, ils sont la cause de dégradations du bâti. De plus, ils sont responsables d’environ 36 % des déperditions énergétiques de l’enveloppe. Dans le but de régler ces déconvenues ainsi que de respecter la réglementation thermique 2012, il devient inévitable de remédier aux effets des ponts thermiques. Par ailleurs, afin de rester compétitive, l’entreprise doit trouver des traitements innovants et économiques. Au regard des solutions existantes mais souvent onéreuses, l’étude analysera la pertinence de ces traitements puis envisagera des solutions alternatives. Tout d’abord, il convient de recenser et classer les typologies de ponts thermiques. Ceci permettra de déterminer les cas pouvant être traités et étant les plus pénalisants. Les résultats de cette première étape montrent les cas prioritaires : les ponts thermiques liés aux balcons et acrotères, aux poutres ainsi que la liaison entre un plancher intermédiaire et une façade isolée par l’intérieur. Dans un second temps, il est nécessaire de comprendre le comportement thermique des liaisons ainsi que les paramètres influents sur les déperditions énergétiques. A l’aide du logiciel Trisco®, nous allons réaliser deux études de cas basées sur la liaison avec une poutre ainsi qu’avec un acrotère. Les paramètres intervenant dans cette étude sont les armatures, l’isolation, les matériaux ainsi que les dimensions de la structure. Le bilan de cette étape démontre l’importance des cadres des armatures en acier, due à la grande conductivité de l’acier. Le choix de l’isolant et des matériaux de construction ont aussi un rôle majeur.

Par la suite, les paramètres de l’analyse précédente vont permettre d’effectuer une étude complète de la liaison entre un plancher intermédiaire et une façade isolée par l’intérieur. Les différentes solutions à étudier sont les rupteurs thermiques existants sur le marché ainsi que ceux développés par l’entreprise, ou encore la mise en place d’une chape flottante ou d’un plancher léger. En plus de ces solutions standards, des propositions alternatives sont à étudier tels que la mise en œuvre d’un isolant sous le bord de la dalle ou l’utilisation d’un béton à haute résistance thermique. Nous avons ainsi identifié des solutions moins coûteuses que les rupteurs thermiques et plus simples à mettre en œuvre.

La dernière étape de cette étude consiste à comparer tous ces traitements et d‘en faire un bilan. Les solutions proposées ne sont pas seulement analysées pour leurs performances thermiques, il est également important d’évaluer la pertinence structurale, le respect des réglementations applicables (incendie, acoustique, thermique, sismique, …) ainsi que le coût du produit et de sa mise en œuvre. Cette étude comparative mise sous forme d’outil permettra un gain de temps pour les futures études thermiques de l’entreprise.

Mots-clés Pont thermique - Acrotère – Poutre – Performance – Déperditions – Calculs Trisco® - Modélisation –

Calculs aux éléments finis

DV Construction Direction Technique Service Construction Durable 1 place du 6 juin 1944 – 45000 ORLEANS

Travaux dirigés par Mme Elise RIFFAUD – Ingénieur Thermicienne

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ÉTUDE DES INDICATEURS DE PERFORMANCE

ÉCOCONCEPTION DES BÂTIMENTS

Florence CAMUS


- Résumé -

Les problématiques liées au développement durable occupent une place de plus en plus importante dans notre société. En effet, nous assistons à une prise de conscience de la nécessité de réduire les impacts environnementaux de nos activités et de notre responsabilité sur les changements climatiques et l’épuisement des ressources.

Cette mutation touche particulièrement le secteur du bâtiment qui a vu ces dernières années la mise en place de nouvelles politiques (lois Grenelle, RT2012) aboutissant à de nouvelles recommandations, en particulier sur la maitrise de la demande en énergie des bâtiments. Fort de ce constat, VINCI Construction France a créé un Pôle Ecoconception qui a pour rôle d’optimiser les choix techniques des bâtiments conçus et réalisés par ses filiales.

Ecoconcevoir consiste à diminuer, dès l’esquisse d’un projet, les impacts environnementaux du

bâtiment tout au long de son cycle de vie. Cette réflexion doit être menée le plus en amont possible. A cette fin, le Pôle Ecoconception veut sensibiliser les monteurs d’opération de VINCI Construction France, témoins des principales décisions architecturales et techniques validées par les investisseurs des projets.

L’objectif de cette étude est de définir des indicateurs simples de performance écoconception permettant aux monteurs d’opérations d’évaluer la bonne conception de leurs projets et l’influence de certains choix sur les performances futures des bâtiments.

Après avoir identifié une série d’indicateurs, plusieurs variantes ont été modélisées avec le

logiciel de Simulation Thermique Dynamique Pleiades+Comfie afin de simuler le comportement thermique du bâtiment au plus proche de la réalité en intégrant des scénarios (météorologiques, d’usage). Cela a permis de mesurer l’influence de la variation de ces paramètres sur différentes sorties du logiciel (confort thermique, besoin énergétique, etc.) et de définir ainsi des seuils ou intervalles de performance.

Ces indicateurs et leur méthode de calcul seront ensuite intégrés à un guide des bonnes pratiques écoconception précisant leur influence sur le comportement futur du bâtiment.

Mots-clés Ecoconception – Indicateur de Performance - Bioclimatique - Performance Energétique - Simulation

Thermique Dynamique

VINCI CONSTRUCTION FRANCE Direction des Ressources Techniques et du Développement Durable

61 avenue Jules Quentin- 92730 Nanterre Cedex Travaux dirigés par Mmes. Nathalie MEHU & Pauline GROUGNET

Ingénieures Ecoconception

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MATERIAUX

ASFOUR Sarah Introduction des matériaux à changement de phase dans la chaussée afin d’éviter le phénomène du gel routier.

BAREL Julien La durabilité des bétons de granulat recyclé – Analyse de la variation de porosité et du coefficient de diffusion des chlorures au sein des bétons. HELLEBOIS Pierre Etude de l’évolution des propriétés des bétons de chanvre pendant leur vieillissement. JOLY Sylvain Le gel/dégel des enrobés bitumineux. JORON Aurélien Evaluation après formulation de matériaux routiers utilisant des liants de géosynthèse. KASHTANJEVA Arben

L’analyse des caractéristiques et propriétés mécaniques du béton de chanvre. Comment optimiser sa résistance en compression ?

LEYMARIE Quentin Renforcement des chaussées en asphalte. MAUGER Joël L’optimisation de formulation des bétons ultra hautes performances (Ultra High Performance Concrete UHPC).

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INTRODUCTION DES MATERIAUX À CHANGEMENT DE PHASE DANS LA CHAUSSÉE AFIN D'ÉVITER LE PHÉNOMÈNE DU GEL ROUTIER

Sarah ASFOUR

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l'obtention du diplôme d'ingénieur

Département Génie Civil - juin 2013

- Résumé -

En période hivernale, la présence de neige ou de verglas sur les chaussées peut avoir des conséquences lourdes en termes d'exploitation ou de sécurité routières. Si l'on arrivait à maintenir la température de surface de chaussée positive, ces désordres n'apparaîtraient plus. On peut imaginer des systèmes de chauffage, résistances chauffantes, ou géothermie (voir pont de suisse). Dans ce travail, nous nous intéressons à un autre dispositif : l'incorporation de matériaux à changements de phase (MCP) dans la chaussée. Le stage porte donc sur l'utilisation de MCP pour récupérer l'énergie solaire dans les routes en période chaude et l'utiliser pour maintenir une température de surface positive. Pour poursuivre dans cette voie, il est nécessaire de disposer d'un outil de simulation du champ de température d'une chaussée dans laquelle un dispositif de récupération d'énergie par MCP est incorporé. Le but de notre travail est de valider le code de simulation déjà établi et de faire un dimensionnement de maquettes réelles de chaussée (sans MCP et avec MCP) que l'on instrumentera a minima de capteurs de température, de capteurs de rayonnements solaire et atmosphérique voire de capteurs de conductivité thermique. Cette expérimentation permettra de caler le modèle mentionné plus haut sur des valeurs expérimentales. L'outil de simulation de la température de chaussée développé, dont la température évolue avec le temps (t) et la profondeur de la chaussée (z), est basé sur l'équation de transfert de chaleur entre les couches de chaussées. Une condition aux limites supérieure basée sur le bilan énergétique entre la chaussée et l'atmosphère et une autre condition aux limites inférieure de flux de température nul ont été déclarées dans ce code afin de déterminer l'évolution de la température dans les différentes couches de la chaussée. Ce code a été validé numériquement en comparant ses sorties à un champ de température explicite dans le cas d'un forçage harmonique. A l'aide de données provenant de stations météo-routières (autoroute A75), on s'intéressera à la simulation du gradient de température dans le corps de chaussée afin d'identifier la position des capteurs de température les plus pertinents. Un travail portera sur un recensement des capteurs disponibles sur le marché permettant la mesure de l'ensemble des variables nécessaires à l'alimentation du modèle. D'un point de vue structurelle, la maquette sans MCP est dimensionnée comme une chaussée traditionnelle de type route nationale. Pour l'autre maquette, contenant des MCP, les premières couches superficielles de la chaussée traditionnelle sont remplacées par un coffre en béton de 14 cm de profondeur dans lequel on introduira le MCP (paraffine).

Mots-clés chaussée - conditions météorologiques dégradées - neige - verglas - évolution de température - code de simulation - matériaux à changement de phase - maquette

Centre d'études techniques de l'équipement de Lyon, département laboratoire

de Clermont Ferrand-Laboratoire Régionale des ponts et chaussées ZI du Brézet, 8à10,rue Bernard -Palissy - 63 017 CLERMONT-FERRAND CEDEX 2

Tuteur de stage: Monsieur Frédéric BERNARDIN

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LA DURABILITÉ DES BÉTONS DE GRANULAT RECYCLÉ

ANALYSE DE LA VARIATION DE POROSITÉ ET DU COEFFICIENT DE DIFFUSION DES CHLORURES AU SEIN DES BÉTONS

Julien BAREL

Polytech Clermont-Ferrand -Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil - Juillet 2013

- Résumé -

Le béton est le matériau de construction le plus utilisé dans le Monde. Au vu de sa consommation il devient essentiel de gérer ses constituants, en particulier les granulats naturels. Une alternative existe, elle réside dans la déconstruction d’ouvrage en béton avec l’objectif de réutiliser ces produits en granulat dit recyclé. L’utilisation de tels matériaux n’est pas commune du fait de leurs caractéristiques différentes. Celles-ci peuvent entrainer un raidissement prématuré du béton à l’état frais ainsi qu’une perte des performances mécaniques. La caractérisation complète de ces granulats recyclés est donc une étape importante pour une formulation correcte du béton. Les réalisations utilisant des granulats recyclés sont également présentées, elles permettent de prendre connaissance des démarches déjà mises en œuvres quant à l’utilisation de tels granulats. L’absorption d’eau plus grande de ces matériaux peut jouer un rôle majeur sur le comportement à l’état frais et la durabilité des bétons. Dans le rapport ci présent deux indicateurs de durabilité sont particulièrement analysés, la porosité accessible à l’eau et la migration des ions chlorure sous champ électrique en régime non stationnaire. Dans le cadre de cette étude une partie est consacrée à l’élaboration et à la création du montage expérimental permettant l’obtention du coefficient de diffusion des chlorures. L’analyse de ces résultats et la volonté de pouvoir estimer ces deux indicateurs doivent conduire à la création de différents modèles et outils permettant d’évaluer tant la porosité que le coefficient de diffusion des ions chlorure des bétons. Ces outils représentent un gain de temps au niveau des formulations grâce à l’anticipation de ces résultats.

Mots-clés Granulat - recyclé - durabilité - porosité - diffusion - chlorure - modèle

Direction de Recherche et Développement : Service Béton Vinci Construction France

61 avenue Jules Quentin - 92730 Nanterre Cedex Travaux dirigés par M. François CUSSIGH

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ÉTUDE DE L’ÉVOLUTION DES PROPRIÉTÉS DES BÉTONS DE CHANVRE PENDANT LEUR VIEILLISSEMENT

Pierre HELLEBOIS


- Résumé - Le béton de chanvre est un béton léger utilisé pour ses qualités isolantes, hygroscopiques et

écologiques. Ce matériau est peu connu du grand public mais son utilisation tend à se développer. Les premiers ouvrages en béton de chanvre ont été réalisés il y a plus de 25 ans en France. Depuis ces débuts, de nombreux travaux de recherche ont été réalisés afin de caractériser les constituants de base du béton, ses propriétés fonctionnelles (mécaniques, thermiques, acoustiques) ainsi que leur comportement hygrothermique.

Cependant, rares sont les études qui Permettent de connaître l’évolution des propriétés du béton de chanvre durant son utilisation dans un bâtiment. L’environnement auquel sont soumis les murs, dalles ou toitures contenant du chanvre d’une construction ne sont pas les conditions habituelles d’un laboratoire. Dans cette étude, nous allons nous intéresser aux conditions que pourrait rencontrer un béton de chanvre durant sa vie et en étudier les impacts.

Le but de cette étude est de connaître les propriétés (thermiques, mécaniques, bactériologiques,

…) du béton de chanvre soumis à des conditions proches de celles qu’il subirait durant sa vie en œuvre. Les mécanismes de dégradation pourront être comparés aux dégradations réellement observées sur chantier. En s’intéressant aux mécanismes de dégradation, on peut prévoir sa durabilité et éventuellement améliorer la formulation ou la mise en œuvre du matériau.

Dans un premier temps, le programme expérimental comprend une caractérisation des granulats de chanvre utilisés. Une analyse granulométrique par tamisage et par analyse d’image permet de les caractériser morphologiquement. Une étude sur l’absorption d’eau et la conductivité thermique permettra d’améliorer les connaissances sur le produit.

Dans un second temps, on fera subir à des éprouvettes de béton de chanvre, de différentes

natures, des cycles de vieillissement accéléré. Les éprouvettes diffèrent par la nature du liant ou du granulat mais ont toutes une formulation mur qui correspond à une proportion massique liant/granulat de 2,2. Au cours de ces cycles, les caractéristiques mécaniques, thermiques et bactériologiques seront suivies afin d’établir un mécanisme de vieillissement.

La meilleure connaissance des propriétés des granulats, des liants et des bétons permettra de mieux faire connaître ce produit sain et économique pour ainsi favoriser son utilisation.

Mots-clés Chènevotte – Vieillissement – Béton de chanvre – Evolution – Durabilité

IFSTTAR Département Matériaux et Structures

Laboratoire Comportement Physico-chimique et Durabilité des Matériaux Cité Descartes – Boulevard Newton. Champs-sur-Marne. 77447 Marne-la-vallée Cedex

Travaux dirigés par Sandrine MARCEAU

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LE GEL/DÉGEL DES ENROBÉS BITUMINEUX

Sylvain JOLY


- Résumé -

Durant les périodes hivernales, les couches de roulement du réseau routier national subissent

d’importantes dégradations, causant des problèmes délicats pour les gestionnaires. En effet, ces désordres apparaissent rapidement et sans signe précurseur. Ils impactent fortement la sécurité et le confort de conduite des automobilistes, et diminuent considérablement la durée de vie des chaussées. Dans ce contexte, la communauté scientifique a décidé d’intervenir afin d’analyser le phénomène et le comprendre. En 2011, l’IFSTTAR (Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l’Aménagement et des Réseaux) lance une vaste opération de recherche pluriannuelle, nommée CCLEAR (Réduction de l’impact des Conditions climatiques sur les infrastructures routières), afin d’étudier le comportement des chaussées en hiver.

Les objectifs de cette operation sont notamment d’étudier l’influence de la temperature, des mouvements d’eau dans les chaussées ainsi que l’effet des cycles de gel/dégel sur les matériaux bitumineux. L’objectif à terme sera de proposer des recommandations et des solutions pour adapter les specifications actuelles en matière de choix des matériaux et de methodes de dimensionnement face aux variations climatiques.

Le but de cette étude est d’étudier les effets des cycles thermiques et de l’eau sur le comportement thermomécanique des enrobés bitumineux et sur les problèmes d’interface entre deux couches de chaussées. Après une étude bibliographique résumant les connaissances acquises à ce jour sur les enrobés bitumineux et leurs agents destructeurs (variations climatiques, sels de déverglaçage …), un large travail expérimental de laboratoire a été mené en vue de répondre à cet objectif.

Des échantillons d’enrobé “bi-couche” en BBSG (Béton Bitumineux Semi Grenu) ont été réalisés en laboratoire et avec pour objectif de reproduire le plus fidèlement possible, la mise en œuvre d’un chantier. Les éprouvettes ont été soumises à des cycles de gel/dégel pendant plusieurs jours et sous différentes conditions hydriques grâce à un dispositif expérimental adapté.Les résultats montrent que le phénomène de gel et dégel de l’eau contenue dans les pores du matériau entrainent des déformations importantes. Elles sont à l’origine de désordres au sein des matériaux, voire plus globalement au sein de la structure de chaussée. Des contraintes différentielles horizontales au niveau de la couche d’accrochage apparaissent du fait de réponses différentielles en déformation de part et d’autre de celle ci. Ces contraintes sont suceptibles de faciliter l’arrachement ou le depart en plaque des couches de roulement.

Mots-clés Gel/dégel – enrobé bitumineux – déformations volumiques – saturation – interface

CENTRE D’ETUDES TECHNIQUES DE L’EQUIPEMENT DE LYON Département Laboratoire de Clermont-Ferrand

8-10 rue Bernard Palissy 63000 Clermont-Ferrand Travaux dirigés par Mme Caroline MAUDUIT– Responsable de l’unité

“Matériaux et Infrastructures”

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ÉVALUATION APRÈS FORMULATION DE MATÈRIAUX ROUTIERS UTILISANT DES LIANTS DE GÉOSYNTHÈSE

Aurélien JORON


- Résumé -

Le travail réalisé a porté sur le traitement des sols et matériaux granulaires dans le cadre de projets routiers. En effet, lorsque le matériau en place n’est pas assez résistant pour être considéré comme une couche de forme ou une couche d’assise, il est nécessaire de réaliser un traitement. Il en existe plusieurs sortes : le traitement à la chaux et/ou au ciment ou liant hydraulique routier. Cette technique offre trois types d’avantages : techniques, économiques et écologiques. Elle assure tout d’abord une bonne répartition des charges sur le support, grâce à la rigidité de la nouvelle structure. La réutilisation des matériaux en place est un facteur d’économie important puisqu’elle réduit au minimum les déblais issus du décaissement, la mise en décharge, l’apport de granulats et le coût de leur transport. Enfin, elle limite l’exploitation des gisements de granulats (carrières, ballastières), ressources naturelles non renouvelables, ce qui contribue à préserver l’environnement.

Cependant, ces liants routiers ont également leurs points faibles. Certains sols possédant

notamment des « éléments perturbateurs » ne peuvent être traités aux liants routiers classiques. La réaction hydraulique entraine, dans le cas de sulfates présents, la formation d’un sel appelé éttringite qui gonfle et génère des désordres pouvant conduire à la ruine de l’ouvrage. Ces traitements ont également un impact environnemental non négligeable. Lors de la fabrication du clinker (utilisé dans les ciments et les liants hydrauliques), une importante quantité de CO2 est émise dans l’atmosphère. Les récents objectifs écologiques nous amènent donc à rechercher des alternatives à ces liants.

Le but de cette étude est de mettre au point un liant de géosynthèse capable de traiter les sols et

autres matériaux granulaires éventuellement pollués et donc non « traitables » avec les techniques usuelles. Ce nouveau liant permettra également de réduire le dégagement de CO2 comparativement à la fabrication des liants traditionnels.

Un premier objectif est de réussir à synthétiser des géopolymères afin de traiter un sol ou un granulat standard. Cette géosynthèse permettra d’évaluer les résistances envisageables ainsi que les éventuels paramètres influant celles-ci : formulation du liant, temps de malaxage, type de cure, dosage, etc. Le deuxième objectif de cette étude est de traiter un sol pollué aux sulfates (pollution à 3% du mélange). Les résultats de cette étude permettront de vérifier si un tel liant est efficace sur des sols pollués.

Dans tous les cas, le liant de géosynthèse permettra de réduire l’impact environnemental des traitements de sol ou autres matériaux granulaires.

Mots-clés Liant routier – géosynthèse – écologique – couche de forme – sol traité – sol pollué

Campus Scientifique et Technique COLAS – Service Matériaux et Liants Hydrauliques 4, rue Jean Mermoz – 78772 MAGNY-LES-HAMEAUX

Travaux dirigés par Mrs. LEROY et LE GOUIL Direction Technique Recherche et Développement

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L’ANALYSE DES CARACTERISTIQUES ET PROPRIETES MECANIQUES DU BETON DE CHANVRE.

COMMENT OPTIMISER SA RESISTANCE EN COMPRESSION ?

Arben KASHTANJEVA


- Résumé -

Le chanvre (Canabis Sativa) est une plante végétale, essentiellement cultivée en Chine et Europe. La production mondiale est approximativement de 120 000 tonnes par an. L’Europe représente 54%, avec la France qui est le premier producteur européen. Ce matériau se distingue par ses atouts environnementaux tels que sa contribution pour l’amélioration du sol et son bilan de CO2 favorable. Cette plante se compose de la tige, élément principal de ce matériau, qui elle contient des fibres (tissu de soutien) à l’extérieur et la chènevotte dans son centre.

La chènevotte est un granulat végétal, elle peut être mélangée avec le liant (la chaux) et l’eau

pour créer le béton de chanvre. Ce nouveau type de matériau est utilisé que depuis une vingtaine d’années en France. Le premier initiateur fut Charles Rasseti en 1986 avec la collaboration de la Chanvrière de l’Aube pour la rénovation de la Maison de la Turque à Nogent sur Seine.

Actuellement il n’existe pas de règlementations concernant le béton de chanvre, ce qui freine les professionnels à investir dans ce domaine. Cependant il y a certaines recommandations par les entreprises telles que : Tradical, Chanvribloc, MNBC etc.

Pour mieux comprendre le béton de chanvre, il faut dans un premier temps étudier les

caractéristiques intrinsèques de la chènevotte. Pour cela, différents essais doivent être réalisés, tels que la granulométrie qui peut être mesurée par le biais des tamis (pas assez précis) ou en scannant les particules (assez précis, analysées avec ImageJ). Ensuite l’absorption d’eau en fonction du temps, qui joue un rôle très important lors du mélange avec les autres composants, car la chènevotte peut absorber de l’eau jusqu’à 4 fois sa masse initiale en 48 heures. Et enfin la masse volumique de cet agrégat qui est très faible environ 110 kg/m3.

D’autre part, il est indispensable d’analyser le comportement mécanique du béton de chanvre en

mesurant sa masse volumique, son retrait et enfin sa résistance en compression. Dans une perspective d’optimisation de cette dernière, il faut faire varier les proportions des quantités de différents ingrédients (chènevotte, chaux, eau) et le taux de compactage. Afin de pouvoir trouver le mélange adéquat et donc obtenir une résistance en compression qui peut atteindre 1MPa au maximum. Le béton de chanvre possède une faible masse volumique apparente environ 450 kg/m3. Cette légèreté est liée étroitement à la structure alvéolaire du granulat végétal (chènevotte) qui est l’un des principaux constituants. Le but est toujours de trouver un équilibre entre la résistance thermique, acoustique et mécanique, puisque ces trois propriétés ne varient pas de la même manière et chacune peut influer sur les autres.

Mots-clés Canabis Sativa, Chènevotte, Granulat végétal, Chaux, Béton de chanvre, Structure alvéolaire,

Absorption, Résistance en compression, Equilibre

Queen’s University of Belfast University Road, BT 1NN

Belfast-Northem Ireland, Royaume-Uni Travaux dirigés par M. Mohamed SONEBI

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RENFORCEMENT DES CHAUSSÉES EN ASPHALTE

Quentin LEYMARIE


- Résumé -

Suite à la demande du gouvernement Suisse d'augmenter les intervalles de maintenance des

routes (pour une réduction des dépenses), il est nécessaire de trouver un moyen d’allonger la durée de vie de ces dernières. Il est donc important d'empêcher la propagation des fissures dues à l’usure ou causées par l'âge de la superstructure existante à la nouvelle couche d'asphalte lors de la rénovation de la route.

Des couches intercalaires de géosynthétiques ont été utilisées dans le cadre des mesures de conservation et de construction des superstructures bitumineuses. Il s’agit de géotextiles et produits apparentés qui peuvent être utilisés pour les mesures d’entretien de couches de base et de roulement. L’utilisation de ces couches intercalaires de géosynthétiques est d’une importance considérable pour la gestion de l’entretien, c’est pourquoi une étude préliminaire a été menée afin d’analyser les produits et les bases de leur utilisations à l’aide des recherches existantes et expériences pratiques relatives aux géosynthétiques. Les recherches sur les produits et les utilisations ont mis en évidence que les couches intercalaires de géosynthétiques sont constituées de matériaux et structures divers. Elles sont en plastique, en verre, en carbone ou en acier et leur structure est soit en forme de treillis (géogrilles), soit plane (géotextiles non-tissés) ou une combinaison des deux (géocomposites). Le renfort peut être placé entre la couche de base et la couche de roulement de la superstructure. Il est utilisé principalement pour de grandes réparations ou des réparations à petite échelle. La grille de renforcement doit être placée sur toute la largeur de la chaussée. Pour ce travail de recherche une série de test est réalisée. Tout d’abord des tests de cisaillement (LEUTNER shear test) puis une simulation du débit du trafic sont nécessaires. La simulation est réalisée tout d’abord en laboratoire avec le simulateur de trafic MMLS à l’EMPA, puis in situ avec le simulateur MLS10. Une modélisation par éléments finis est également réalisée à l’aide du logiciel ABAQUS.

L’objectif de la recherche sur le long terme est, d’une part, de développer des critères pour une analyse d’utilisation de ces nouveaux produits que sont les géosynthétiques. D’autre part, afin de pouvoir valider les produits de manière ciblée, l’efficacité et la durée de vie de couches intercalaires de géosynthétiques dans le système de couches de la superstructure des routes vont être analysées et évaluées de manière axée sur la pratique (in situ) ainsi qu’à l’aide des mesures réalisées en laboratoire.

Mots-clés géosynthétiques – entretien – renforcement – simulation – trafic – éléments finis

EMPA Material Science and Technology Département génie civil et mécanique : Construction routière / étanchéité – Laboratoire de Zurich

Überlandstrasse 129 CH-8600 Dübendorf Suisse Travaux dirigés par Mme. Christiane RAAB – Docteur en recherche et développement

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L’OPTIMISATION DE FORMULATION DES BÉTONS ULTRA HAUTES PERFORMANCES

(ULTRA HIGH PERFORMANCE CONCRETE UHPC)

Joël MAUGER

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – Mai 2013

- Résumé -

Les Bétons Ultra Hautes Performances et les Bétons Fibrés Ultra Hautes Performances ont été introduits dans les années 90, ils sont également connus sous le nom de Bétons à Poudres Réactives. La définition suivante peut être envisagée pour ces bétons : « les Bétons Ultra Hautes Performances possèdent un très haut taux de liant, un ratio eau sur matériaux cimentaires inférieur à 0.2 et montrent une résistance en compression supérieure à 150 MPa ». Ces types de bétons nouvelles générations présentent des caractéristiques nettement supérieures aux Bétons Normaux (BN) et aux Bétons à Hautes Performances (BHP) en termes de comportement en compression, de comportement en traction et en termes de durabilité. Du fait d’une plus grande perméabilité et donc d’une très faible porosité, ceci entraine une excellente résistance au gel-dégel, moins de retrait, une pénétration aux ions Chloride inférieure.

Ces bétons sont composés d’un très fort taux de ciment, de sable fin, de fumée de silice, d’eau et de super-plastifiant, auxquels peuvent venir s’ajouter des additions minérales telles que des cendres volantes, laitiers de haut fourneau, et autres poudres, … Le but est d’augmenter la densité de remplissage (packing density), menant à une plus grande durabilité et à de meilleures caractéristiques mécaniques que les bétons conventionnels.

Cette étude fait partie d’un projet de thèse dont le sujet est l’application routière de ces types de bétons, une fine couche de Béton Fibré Ultra Hautes Performances viendrait être mise en œuvre sur la chaussée dans un but de réparation de cette chaussée.

L’objectif de cette étude vient donc en amont de ce projet et consiste à rechercher une formulation de Bétons Fibrés Ultra Hautes Performances qui en termes de propriétés mécaniques, de fluidité et de propriétés rhéologiques soit satisfaisante. Une formulation optimale qui prend en compte divers enjeux tels que la réduction du coût de ces bétons et des enjeux environnementaux. En effet, l’un des principaux objectifs est de déterminer une formule comprenant des additions minérales qui permettront de réduire la quantité de ciment tout en augmentant la densité de remplissage (packing density) et en gardant les mêmes propriétés mécaniques. Tout l’enjeu de cette étude est de trouver un compromis entre fluidité, rhéologie et propriétés mécaniques permettant une formule optimale comprenant des additions minérales.

Mots-clés Bétons Ultra Haute Performances – densité de remplissage (packing density) – perméabilité

optimisation

Missouri University of Science and Technology MS&T Center for Infrastructure Engineering Studies

215 Engineering Research Lab 500 W. 16th St. • Rolla, MO 65409-0710 • USA Travaux dirigés par M. Abigayle SHERMAN

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MECANIQUE DES SOLS ET INFRASTRUCTURES

ALVES Alexandre Contrôle de compactage en infrastructure routière. Application de la plaque dynamique légère et du pénétromètre PANDA

BERTHON Stéphanie Faisabilité d’une analyse de fiabilité des barrages en remblais vis-à-vis du mécanisme de glissement.

CARDENAS FICA Tomás Leonardo Etude de la stabilité des remblais et déblais – roche tendre.

CROZAT Emmanuel Etude déterministe de la sécurité des barrages en enrochement ou en alluvions avec masque amont en béton

GAVARD Alexandre Comportement tridimensionnel de la capacité portante de fondations superficielles soumises à un chargement incliné.

GIRAL Johan Validation d’un modèle adimensionnel pour le gonflement des sols argileux.

JARA Felipe Etude d’une nouvelle méthodologie pour la détermination du potentiel de liquéfaction des sols à l’aide du panda 3® et de la géoendoscopie : cas des « tranques de relave » au Chili.

LELIEVRE Camille Etude de la stabilité des géosynthétiques bentonitiques par caractérisation de la résistance au cisaillement interne et externe.

MEYER Thibaut Biocalcis TM : consolidation des sols par bactéries calcifiantes. PARIOT Fabien Application des géogrilles au renforcement de chaussées à fondation granulaire.

PREVOST Anthony Renforcement de sol par inclusions rigides - centrifugeuse.

SOLANO Adrien Effets prévisibles du tassement régional sur les structures de la nouvelle ligne de métro (12) de la ville de Mexico.

TARHINI Zaynab Caractérisation expérimentale des massifs en sols renforcés par géosynthétique face au risque d’érosion interne.

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TOLEDO SACCHI Benjamin Matias Projet MéDITOSS – Caractérisation mécanique des sols à partir de mesures pénétromètriques. TREGUER Adrien Etude du comportement des fondations mixtes dans les sols latéritiques renforcés.

VERMEULEN Rémi Modélisation géostatistique de la résistance au cisaillement des discontinuités le long d’un forage de la fondation rocheuse

YEHOUESSI Charles Evaluation du potentiel de liquéfaction dans les tranques de relaves à partir d’essais de pénétration dynamique et de prospections géophysiques superficielles.

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CONTROLE DE COMPACTAGE EN INFRASTRUCTURE ROUTIÈRE APPLICATION DE LA PLAQUE DYNAMIQUE LÉGÈRE

ET DU PÉNÉTROMÈTRE PANDA

Alexandre ALVES

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil - juillet 2013

- Résumé -

Au Chili, le contrôle de la qualité lors de l'exécution des travaux routiers, est basé sur la mesure

du degré de compactage résultant du processus de construction appliquée à la fois pour le système multicouches granulaires et pour le sol de fondation.

Dans ce pays, les outils de contrôle du compactage traditionnellement utilisés sont la méthode du cône de sable et de la jauge de densité nucléaire. Ces méthodes ont un certain nombre d'inconvénients liés à l'exécution des tests, à la précision des résultats et à leur faible profondeur d’inspection. De plus, dans le cas du densitomètre nucléaire, l'utilisation de sources radioactives présente également un risque pour la santé de l’opérateur. Ces 20 dernières années, en Europe et aux États-Unis, des technologies « propres » et rapides à mettre en œuvre ont été mises au point avec une plus grande vitesse d'exécution du contrôle du compactage. Parmi, ces méthodes on trouve les techniques basées sur les essais de pénétration dynamique (PANDA, DCP Standard, DCP Utility, etc) ou celles basées sur les essais de plaque dynamique légère (DLG et LWDT). Le développement et la croissance soutenue du Chili, justifient l'incorporation de nouvelles techniques alternatives plus efficaces pour le contrôle de compactage afin de construire des infrastructures de meilleure qualité.

Au cours des dix dernières années le Groupe PUCV géotechnique, a mené des recherches avec

des pénétromètres dynamiques légers dans un sol granulaire et les principaux résultats de la recherche, ont conduit au développement de la norme NCh3261.n2012 qui permet le contrôle du compactage grâce aux pénétromètres dynamiques légers. Ainsi, le PANDA 2, développé par l’entreprise française Sol Solution, est de plus en plus utilisé grâce à cette réglementation. Cependant, il ne fournit pas la densité relative de la couche de sol étudié alors que le compactage est préalablement réalisé en fonction de ce paramètre d’après la norme chilienne en vigueur (Manual de Carreteras).

L'objectif global du projet mené ici est de continuer à développer la méthodologie basée sur

l'utilisation des équipements pénétromètre dynamique léger et plaque dynamique légère pour le contrôle du compactage. Pour cela, une analyse basée sur l’étude comparative de trois planches d’essais in-situ réalisées avec différents matériaux dont les propriétés intrinsèques ne sont pas les mêmes afin de commencer la réalisation d’une « base de données » permettant une évaluation rapide de la qualité du compactage. En effet, pour chaque catégorie de sol, des valeurs représentatives des caractéristiques suivantes seront mise en évidence, pour une densité relative et une teneur en eau données :

Résistance de pointe Qd Module de déformation du sol EV2

Ce catalogue servira donc pour les contrôles de compactage, car pour chaque type de sol, l’opérateur pourra en évaluer rapidement la qualité en comparant ses résultats avec ceux donnés par cette étude. En outre, en appliquant des corrélations entre les différents essais, comme par exemple E = f(Qd) pur chaque sol, il sera possible d'estimer les paramètres de conception et notamment de remonter jusqu’à la densité relative in-situ, dans le but d'étendre leur utilisation pour contrôler le compactage.

Mots-clés Contrôle – Compactage – Densité – Pénétromètres – Plaques – Calibrations – Corrélations

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAISO

Av. Brasil 2950, Valparaíso-Chile Travaux dirigés par M. Gabriel VILLAVICENCIO ARANCIBIA

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FAISABILITÉ D’UNE ANALYSE DE FIABILITÉ DES BARRAGES

EN REMBLAIS VIS-A-VIS DU MÉCANISME DE GLISSEMENT

Stéphanie BERTHON


- Résumé - Il existe un parc important de barrages dans le monde et en France, avec une grande diversité

d’ouvrages et d’usages. Les barrages sont des ouvrages à caractère exceptionnel, permettant l’alimentation en eau potable, l’irrigation, la production d’hydroélectricité, …. Cependant, en cas de rupture d’un barrage, les conséquences peuvent être catastrophiques, ce qui demande des études approfondies afin d’assurer leur stabilité. Dans ce contexte, Irstea mène des recherches sur la fiabilité des barrages afin de prendre en compte dans un format probabiliste les incertitudes dans les calculs de stabilité de ces ouvrages. Plus précisément, Irstea engage des travaux de recherche sur l’analyse de fiabilité des barrages en remblai vis-à-vis du mécanisme de glissement. En effet, ces derniers constituent une partie significative des grands barrages Français. Ces ouvrages en remblai sont soumis à plusieurs mécanismes de rupture, parmi lesquels, le mécanisme de glissement conditionne le dimensionnement géométrique du corps du barrage.

Cette étude a pour but d’évaluer la faisabilité d’une analyse de fiabilité des barrages en remblais

vis-à-vis du mécanisme de glissement selon deux approches. La première approche est une analyse de fiabilité basée sur un calcul à l’équilibre limite qui

s’avère suffisante pour des configurations courantes. Cette approche est réalisée à l’aide du module Slope de Geostudio. La deuxième approche est une analyse de fiabilité basée sur un calcul aux éléments finis, mieux adaptés à des configurations plus complexes. Pour cela cette approche est réalisée sur deux logiciels : Sigma et Aster. D’une part, le module Sigma de Geostudio est un logiciel commercial, couramment utilisé dans l’ingénierie des barrages, mais avec une structure fermée qui pourrait ne pas être compatible avec certaines méthodes d’analyse de fiabilité. D’autre part, le code Aster est un logiciel libre, utilisé plutôt dans le domaine de la recherche, avec une structure plus ouverte et a priori compatible avec des méthodes d’analyse de fiabilité complexes (avec prise en compte de la variabilité spatiale, par exemple). En termes méthodologiques, les modélisations aux éléments finis avec Sigma et Aster sont menées en parallèle afin de mieux comprendre et valider les différentes étapes d’analyse. L’ensemble de ces travaux se déroule sur le cas d’un barrage réel : le barrage de la Sillonière, sur la Vouraie, en Vendée.

Ce travail met en évidence l’intérêt et les limites des outils de calculs à l’équilibre limite (Slope), et de la modélisation aux éléments finis (Sigma et Aster) pour analyser la fiabilité des barrages en remblais vis-à-vis du mécanisme de glissement.

Mots-clés Barrage en remblai – Fiabilité des structures – Eléments finis – Equilibre limite – Probabiliste –

Glissement

IRSTEA Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture

3275 Route de Cézanne – 13182 Aix-en-Provence Travaux dirigé par M. Claudio Carvajal – Ingénieur de recherche

http://www.irstea.fr/

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ÉTUDE DE LA STABILITÉ DES REMBLAIS ET DÉBLAIS ROCHE TENDRE

Tomás Leonardo CARDENAS FICA

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil - Février - Juin 2013

- Résumé -

Le réseau autoroutier marocain est relativement récent. Malgré cela, un certain nombre d’ouvrages de déblai ou de remblai connaissent des pathologies et des problèmes géotechniques (instabilités, érosion, rupture circulaires de pied ou profondes). Le réseau autoroutier du nord du pays est situé dans une zone où le sol prédominant est de la roche tendre. Ces zones sont principalement composées de “flysch” et de “marnes” de différentes natures. Ces formations géologiques que l’on trouve sur différentes épaisseurs sont à l’origine des glissements dans les ouvrages de grande envergure surtout lorsqu’ils subissent des modifications de leur état de contrainte ou l'action climatique de la pluie, En effet, ces actions peuvent entraîner des modifications conséquentes des caractéristiques mécaniques de ces matériaux, modifications qui n’ont pas nécessairement été prises en compte lors de la conception des ouvrages. C’est pourquoi l’objectif de ce travail est de mieux comprendre le comportement géomécanique de ce type d'ouvrage, afin de proposer des méthodes de renforcement pour stopper ces pathologies et d’établir à terme des prescriptions concernant les caractéristiques de conception à prendre en compte dans de futurs ouvrages. Après une synthèse bibliographique sur le comportement de ces matériaux et la stabilité des talus, ce travail se focalise sur l’étude de quelques cas réels en vue d'analyser les facteurs, ayant produits les pathologies constatées. Pour ce faire, une analyse inverse de la stabilité de chaque talus étudié est réalisée, de telle sorte de retrouver les valeurs des paramètres des modèles entraînant les pathologies constatées et de les comparer aux valeurs proposées lors de leur conception. Par la suite, une méthodologie de renforcement sera proposée.

Mots-clés Marnes – Remblais – Déblais – Glissements – Roches Tendres – Confortement

INSTITUT PASCAL – CNRS UMR 6602 Plateau des Cézeaux – 63170 AUBIERE

Travaux dirigés par M. Pierre BREUL

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ÉTUDE DÉTERMINISTE DE LA SÉCURITE DES BARRAGES EN ENROCHEMENT OU EN ALLUVIONS AVEC MASQUE AMONT

EN BÉTON (BARRAGE DE POTRÉRILLOS - ARGENTINE)

Emmanuel CROZAT

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – Aout 2013

- Résumé - Partout dans le monde, les grands barrages apportent des bénéfices extraordinaires et variés.

Entre autres, ils assurent l’approvisionnement en ressources hydriques à de grandes villes, permettent le développement de l’agriculture, protègent des territoires des effets dévastateurs des grandes crues, fournissent une énergie électrique d’une grande valeur stratégique, facilitent la navigation intérieure dans beaucoup de pays du monde et contribuent au développement d’activités touristiques et de loisir…

En termes générales, l’ingénierie des barrages n’est pas une science ‘’exacte’’ en terme de sécurité. Il ne s’agit pas « d’ouvrages conventionnels » avec une garantie pour une période déterminée (décennale ou autre), comme il est possible d’en rencontrer avec les autres ouvrages de génie civil. Il n’existe pas de méthodologie de calcul ou de vérifications qui permettent de connaitre avec exactitude les dimensions de l’ensemble de l’ouvrage ou de ses organes ou composants pour atteindre des paramètres caractéristiques de la performance, comme les déformations, qui doivent être comprises entre deux limites.

Il existe différents types de barrages, les plus répandus étant les barrages poids et les barrages composés de matériaux ‘‘lâches’’. Les premiers sont actuellement construits avec du béton armé uniquement dans des zones déterminées de petit volume pour des raisons spécifiques. Pour le deuxième type de barrage, il existe différentes typologies distinctes, ceux construits à l’aide de gros alluviaux ou en enrochements avec écran en béton (C.F.R.D.) sont les plus répandus durant ces dernières années. Leur réponse aux évènements sismiques ainsi que leur construction avec des matériaux pris à l’environnement local ou à l’excavation de massifs rocheux en font des barrages intéressant. Le sigle C.F.R.D. mentionné provient de la dénomination anglaise Concrete Faced Rockfill Dams.

Le barrage de Potrerillos sur la rivière Mendoza en Argentine est un bon exemple de ce dernier type d’ouvrage, spécialement pour les fortes sollicitations sismiques prévues et par les détails spéciaux qui ont été incorporés dans sa conception afin d’améliorer sa réponse sismo-résistante. Pour ces raisons, il sera pris comme cas d’étude dans ce travail. En particulier, une partie importante des actions qui ont lieu dans ce type d’ouvrage se caractérisent par une composante aléatoire significative aussi bien par sa magnitude et ressenti que dans la localisation et son développement temporel.

Le but de cette étude est de définir un processus approprié pour vérifier les aspects distincts inhérents à la stabilité de ce type d'œuvres en face de différents types d'actions spécialement les séismes, aussi bien pendant qu’après leur occurrence. Ce processus requiert la considération et la connaissance des caractéristiques des composants du barrage ainsi que de ses fondations en veillant à ce que la représentation s'adapte autant que possible à la réalité.

Cette étude pourra être utilisée à d'autres barrages de typologie égale (CFRD) en développant une vision détaillée et critique sur les secteurs qui requièrent un traitement spécial du point de vue de sa fonction sismo résistante.

Mots clés

Barrages en Remblais à masque amont (CFRD) – Stabilité – Séisme – Fondation

Facultad de Ingeneria de la Universidad Nacional de Cuyo – Département Génie Civil – IMERIS Parque San Martin, 5500 Mendoza - Argentine

Travail dirigé par MSc. Ing. Arnaldo M. BARCHIESI (FI.UNCuyo) et Dr. Claude BACCONNET (POLYTECH)

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COMPORTEMENT TRIDIMENSIONNEL LA CAPACITÉ PORTANTE DE FONDATIONS SUPERFICIELLES SOUMISES

À UN CHARGEMENT INCLINÉ.

Alexandre GAVARD


- Résumé -

Le comportement des semelles superficielles a été traité par de nombreux ouvrages durant plus d’un siècle déjà. De célèbres auteurs à ce sujet, tels que Meyerhof et Terzaghi par exemple, ont proposé des approches numériques qui sont utilisées couramment à l’heure actuelle. Néanmoins, la difficulté de visualiser et de comprendre les mécanismes de ruptures en font un sujet encore d’actualité de nos jours. C’est d’autant plus vrai pour des cas particuliers, dont celui d’un chargement incliné.

L’approche expérimentale de l’étude de la capacité portante de telles fondations est bien souvent difficile, et mène à de nombreuses hypothèses sur les mécanismes agissant au sein du sol sous la fondation. L’utilisation de la technologie de la tomographie à rayons X en permet toutefois une visualisation. Celle-ci a pour avantage de fournir une image tridimensionnelle du cas étudié et d’être également non destructive. Des études utilisant ce processus ont déjà été réalisées pour le cas simple d’un chargement vertical centré, notamment par Takano en 2013.

Le principal objectif de cette étude est d’examiner le comportement réel du sol sous la fondation chargée. Cela passe par la mise au point d’un dispositif expérimental permettant l’étude du phénomène en laboratoire, dans un premier temps, puis par l’analyse à l’aide des résultats obtenus des mécanismes de rupture dans le sol.

Différents cas se retrouvent étudiés ici, avec des conditions de chargement variant notamment au niveau de la forme de la fondation. Enfin, les résultats des différentes séries de chargement sont confrontés aux précédentes études numériques sur le sujet dans le but de mettre en avant l’influence de l’inclinaison sur la capacité portante de la fondation.

Mots-clés Fondation superficielle – chargement incliné – capacité portante – schéma de rupture – charge limite

admissible – tomographie à rayon X

Kumamoto University Department of Civil & Environmental Engineering

Kumamoto 860-8555 JAPAN Travaux dirigés par Pr. Jun Otani – Prof. of Geotechnical Engineering

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VALIDATION D’UN MODÈLE ADIMENSIONNEL POUR LE GONFLEMENT DES SOLS ARGILEUX

Johan GIRAL


- Résumé - Les sols argileux sont à l’origine de nombreux désordres dans les projets de génie civil, notamment à cause du potentiel de gonflement de ce type de sol. Leur utilisation est donc généralement limitée. Cependant, l’utilisation de ces matériaux, lorsqu’ils sont disponibles à proximité du projet, est de plus en plus souvent rendu nécessaire à cause de contraintes économiques, écologiques et organisationnelles. De ce fait, il est nécessaire de disposer d’outils de conception permettant en premier lieu d’anticiper les gonflements ou retraits attendus. C’est pourquoi un modèle adimensionnel évaluant le gonflement des sols a été développé à l’université de Newcastle par Buzzi (2010) et Buzzi et al. (2011). Ce modèle a été validé en laboratoire, cependant l’utilisation d’argiles gonflantes dans le cadre d’un projet routier proche de Newcastle est l’occasion de valider le modèle en comparant les prévisions du modèle aux déplacements mesurés sur site. Des extensomètres, ainsi que des capteurs de succion et de teneur en eau ont donc été installés au sein du remblai. Ce document traite de trois différentes études réalisées dont l’objectif commun est la validation du modèle. La première étude concerne la réalisation de tests de gonflement à succion contrôlée permettant de valider le modèle et nécessitant l’utilisation d’un œdomètre à succion contrôlée par méthode osmotique développé à l’université de Newcastle. La seconde étude consiste à réaliser l’étalonnage de capteurs de permittivité diélectrique. Ce calibrage est nécessaire afin de mesurer la succion présente au sein du remblai grâce aux capteurs préalablement installés. Différents calibrages sont réalisés en utilisant des tensiomètres à haute capacité afin de tenir compte à la fois de la contrainte au sein du remblai et de la nature du sol. Enfin le dernier objectif consiste à la fois à caractériser les sols argileux provenant du remblai et à calibrer le modèle afin de prévoir les déplacements verticaux du remblai.

Mots-clés Argiles gonflantes - technique osmotique - sols non saturés – succion - tensiomètres à haute

capacité - modèle adimensionnel – oedomètre

The University of Newcastle School of engineering

University Drive, Callaghan, NSW 2308, Australia Travaux dirigés par M. Olivier Buzzi – Maître de conférence

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ÉTUDE D’UNE NOUVELLE MÉTHODOLOGIE POUR LA DÉTERMINATION DU POTENTIEL DE LIQUÉFACTION DES SOLS À L’AIDE DU PANDA 3®

ET DE LA GÉOENDOSCOPIE : CAS DES « TRANQUES DE RELAVE » AU CHILI

Felipe JARA

Polytech Clermont-Ferrand – Pontificia Universidad Catolica de Valparaiso, Chili Mémoire présenté en vue de l’obtention du Master 2 de Recherche

Département Génie Civil – Mai 2013

- Résumé –

Pour l’extraction de cuivre, ou d’un autre minerai tel que l’argent, l’or…, il est nécessaire de broyer et de concasser la roche pour réduire sa taille à l’échelle d’un sable limoneux permettant de l’extraire par flottation et lixiviation. Ces processus produisent une quantité considérable de résidus, dits « relaves » (pour l’extraction de 1kg de cuivre on produit environ 990kg de « relave »). Il s’agit d’un matériau sableux ayant un pourcentage de fines non cohésifs (<80µm) et une teneur en eau importantes. Pour les stocker, la destination finale des « relaves » se trouve dans des barrages dits « tranques de relaves » et construits avec le même matériau. En outre, en tenant compte du fait que le Chili est le premier producteur mondial de cuivre (37% de la production) et que le prix du cuivre ayant atteint un niveau historique ces dernières années (402$US/lb), on comprend que la production du « relave » est très importante et que la taille des barrages le devient aussi. Par ailleurs, le Chili est aussi un des pays le plus sismique du monde (on compte en moyenne 30 événements/jour) et le dernier « grand » séisme est celui du 27 Février 2010 (8.9 échelle Richter). Les structures chiliennes sont ainsi soumises continûment à des sollicitations dynamiques imposées par les séismes. Compte tenu de cela et de la nature granulaire du « relave », une des problématiques les plus fréquentes et complexes affectant les tranques de « relave » est la liquéfaction. A l’heure actuelle, pour déterminer le potentiel de liquéfaction in-situ d’un sol, il existe différentes méthodes s’appuyant principalement sur des essais pénétromètriques. Les méthodes les plus utilisées sont celles des pénétromètres CPT et SPT. Néanmoins, compte tenu des contraintes géographiques, géométriques, d’accès, de temps, de coûts… imposées par les tranques de « relave », la réalisation de ce type d’essais devient presqu’une « utopie ». Il devient ainsi urgent d’étudier de nouvelles méthodes moins contraignantes, permettant de diagnostiquer très rapidement ces structures, telles que celles proposées par (Villavicencio, 2009), tout en incluant les dernières avancées réalisées dans le domaine des essais in-situ. L’objectif de cette étude est de proposer une nouvelle méthodologie permettant de déterminer le potentiel de liquéfaction à partir des essais PANDA 3® (Benz et al. 2010) et géoendoscopiques (Haddani, 2004) conçus et développés par l’entreprise Sol Solution. L’idée est d’obtenir d’une part les paramètres de résistance et de déformation dynamiques du sol à l’aide du PANDA 3® et d’une autre part la nature granulaire, notamment le D50 et le passant <80µm, des « relaves » par l’analyse d’images géoendoscopiques. Cette étude s’appuie principalement sur l’étude bibliographique des différentes méthodes permettant de déterminer le potentiel de liquéfaction des sols in-situ, et qui serviront de base pour le développement d’une nouvelle méthode.

Mots-clés Liquéfaction – Relave – Barrage – Résidu minier – Pénétromètre – Sollicitation cyclique.

Sol-Solution Géotechnique Réseaux Service d’Innovation et Diagnostic d’ouvrages

ZA des Portes de Riom Nord – BP 178 – 63 204 RIOM Cedex – France. Travaux dirigés par Miguel BENZ N. – Sol Solution

M. SAHLI – Polytech Clermont-Ferrand

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ÉTUDE DE LA STABILITÉ DES GÉOSYNTHÉTIQUES BENTONITIQUES PAR CARACTÉRISATION DE LA RÉSISTANCE AU CISAILLEMENT

INTERNE ET EXTERNE

Camille LELIEVRE


- Résumé -

Les géosynthétiques (GSY) sont des produits de plus en plus employés pour la réalisation des dispositifs d’étanchéité utilisés dans des ouvrages hydrauliques ou pour la protection de l’environnement. Ces géosynthétiques peuvent être constitués d’une ou plusieurs nappes comme c’est le cas pour les géosynthétiques bentonitiques (GSB), comportant une couche de bentonite entre deux géotextiles (GTX).

En appliquant ces produits sur les pentes d’ouvrages, la question de la stabilité se pose. Cette stabilité est conditionnée en premier par les résistances au glissement au niveau des interfaces avec d’autres produits géosynthétiques. De plus, pour les GSB, deux composantes contribuent à leur résistance au cisaillement interne : la bentonite et les fibres liant les deux GTX inférieur et supérieur. Ces dispositifs peuvent être soumis à des conditions d’hydratation pouvant compromettre leur stabilité. Le travail mené s’appuie sur une recherche bibliographique permettant d’appréhender le domaine d’utilisation des géosynthétiques. Une synthèse des différentes procédures existantes (normes AFNOR) et essais réalisés est également présentée. Ce travail s’appuie ensuite sur une étude des différents appareillages de cisaillement, la boîte de cisaillement et le plan incliné, qui ont été adaptés pour déterminer des lois de comportement des interfaces entre GSY. L’un des objectifs de ce projet de recherche est de caractériser la résistance externe aux interfaces des GSB pouvant être mis en contact avec des géomembranes de natures différentes, à partir de plusieurs appareillages (échelles décimétrique et métrique) disponibles à l’IRSTEA. Une étude sur l’effet d’échelle est menée en comparant les essais réalisés avec un plan incliné (échelle métrique) à ceux réalisés avec un banc de cisaillement (échelle décimétrique). Concernant la résistance au cisaillement interne des GSB, une étude est menée sur le banc de cisaillement tout en tenant compte des conditions d’hydratation. L’analyse des résultats obtenus montre des comportements différents vis-à-vis du glissement selon la nature des interfaces GSY, on parle de glissement rapide et graduel.

Mots-clés

Banc de cisaillement – frottement - interfaces géosynthétiques – plan incliné - résistance au cisaillement – stabilité.

IRSTEA, groupement d’Antony

Plateau de recherchés technologiques géosynthétiques 1 rue Pierre-Gilles de Gennes 92761 Antony Cedex

Travaux dirigés par M. Guillaume Stoltz – Ingénieur de recherche

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BIOCALCISTM : CONSOLIDATION DES SOLS

PAR BACTÉRIES CALCIFIANTES

Thibaut MEYER


- Résumé -

On connaît la capacité des bactéries à décontaminer les sous-sols pollués. On connaît moins leur prédisposition à renforcer les sols fins in situ. La consolidation des sols par voie biologique est une technique récente basée sur la précipitation de carbonate de calcium par l’intermédiaire de micro-organismes. Le concept industriel du procédé a été breveté sous le nom de BIOCALCISTM par SOLETANCHE BACHY. Le procédé BIOCALCISTM repose sur l’utilisation de bactéries extraites à l’origine de terrains naturels : il s’agit de bactéries Sporosarcina Pasteurii. Ces bactéries peuvent ainsi

former de la calcite ( ), un « ciment calcaire », par biocalcification in situ, un processus naturel à l’origine de la formation de certaines roches calcaires telles que les stromatolites.

Les bactéries, sèches, sont diluées dans de l’eau. La solution est injectée dans le sol à renforcer. Un temps de repos (batch) de quelques heures est nécessaire afin que les bactéries se fixent sur les grains de sable. Une fois le sable imprégné, une deuxième solution contenant de l’urée et du chlorure de

calcium est injectée. Les molécules d'urée s’hydrolysent au contact des bactéries : du est libéré et

réagit instantanément avec les ions pour former de la calcite. Il se crée alors des ponts de calcite entre les grains de sable sans en obstruer la porosité. En fonction de la résistance du sol à atteindre, la solution calcifiante peut-être injectée à plusieurs reprises. Ensuite, une phase de lavage du terrain (flush) est nécessaire afin d’extraire les coproduits formés lors de la réaction de biocalcification. Du sable lâche peut donc acquérir en moins de 48h une résistance mécanique et une cohésion allant jusqu’à quelques dizaines de kPa. De plus, la très grande fluidité de la solution permet d'injecter dans des terrains de faible perméabilité tels que des sables fins à très fins. Par rapport à un renforcement de sol classique par injection de coulis de ciment, les contraintes de chantier sont réduites puisque la densité du maillage d’injection est diminuée.Les applications de prédilection de la méthode concernent le renforcement de sols liquéfiables en cas de séismes, le traitement contre l'érosion interne des digues, dunes et talus ; ainsi que l’augmentation de la stabilité des barrages. La présente étude porte sur l’optimisation de tous les éléments clés du protocole afin d’appliquer le procédé à l’échelle industrielle ; d’un point de vue technique (amélioration de l’homogénéité de la calcification et des résistances mécaniques du sable traité) et économique (optimisation du maillage des forages d’injection et de la vitesse d’injection pour minimiser la durée du traitement). Dans un premier temps, des essais en laboratoire ont été réalisés sur des colonnes de sable (en milieu saturé). Des simulations numériques via le logiciel COMSOL MULTIPHYSICS ont été effectuées pour modéliser le transport des solutés lors de l’injection des solutions calcifiantes et la distribution des coproduits de la réaction dans le terrain lors du flush. Les résultats numériques ont été comparés aux résultats obtenus pendant les expériences en laboratoire.

Le deuxième objectif de cette étude est d’expérimenter la calcification dans un sable non saturé, afin d’augmenter la stabilité des remblais routiers. Pour cela, nous avons également effectué des essais en laboratoire et des modélisations via le logiciel COMSOL MULTIPHYSICS.

À la suite de cette étude, nous aurons des éléments pour conclure sur l’efficacité du traitement, en milieu non saturé, et ainsi commercialiser le procédé BIOCALCISTM, qui apparait clairement comme une technique d’avenir pour le renforcement des sols fins.

Mots-clés

Carbonate de calcium – Sporosarcina Pasteurii – Biocalcification in situ – Flush – Cohésion – Liquéfaction

SOLETANCHE BACHY INTERNATIONAL

Direction Technique - 133 Bd National 92500 Rueil-Malmaison Travaux dirigés par Annette ESNAULT FILET– Chef de projet Biocalcis

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APPLICATION DES GÉOGRILLES AU RENFORCEMENT DE CHAUSSÉES À FONDATION GRANULAIRE

Fabien PARIOT


Département Génie Civil – Août 2013

- Résumé –

Il a été démontré qu’une mise en place optimale d’un renforcement par géosynthétique au sein de chaussées routières pouvait améliorer considérablement leur durabilité et leurs performances. Ces améliorations peuvent porter sur l’augmentation du confinement de la fondation granulaire et/ou sur la réduction du chargement appliqué à la couche de forme. Ces effets se sont montrés efficaces dans la réduction de la fissuration et des déformations permanentes (ornières) au niveau supérieur de la chaussée. Les géogrilles sont majoritairement utilisées pour le renforcement de chaussée. Cependant, en dépit des études menées précédemment, il n’existe toujours pas de directives pour aider les départements du transport (DOT, aux Etats-Unis) à choisir les géogrilles les plus appropriées pour le renforcement des fondations granulaires, en fonction de leurs propriétés tirées des essais d’identification. De telles recommandations nécessitent d’établir les relations entre les propriétés des géogrilles et leurs performances sur le terrain. Un autre facteur influençant l’efficacité d’un renforcement par géosynthétique est sa position (i.e. sa profondeur) au sein de la structure de la chaussée. Le premier objectif de l’étude menée est de réaliser une synthèse bibliographique des travaux effectués sur le terrain et en laboratoire qui concernent l’influence des propriétés d’un système de renforcement et de sa profondeur d’installation sur les performances de la chaussée renforcée. Cette étude se focalise essentiellement sur le renforcement par géogrille et les chaussées souples à fondation granulaire. Le second objectif de cette étude est de réaliser des essais de laboratoire sur des échantillons de géogrilles afin d’en déterminer les propriétés. Il s’agit également d’évaluer leur comportement au sein de granulats par des essais de chargements plans sur des modèles de fondations granulaires renforcées. L’issue de cette étude sera de contribuer à une meilleure compréhension de l’influence des propriétés des géogrilles sélectionnées sur leurs performances en milieu granulaire et ainsi d’améliorer la conception de chaussées à fondations granulaires renforcées.

Mots-clés Géogrilles – Renforcement – Granulats – Fondation – Trafic – Ornière

Université d’Oklahoma – Département Génie Civil et Sciences Environnementales – 202 West Boyd Street, Norman, OK 73019, USA –

Travaux dirigés par Dr Kianoosh Hatami – Professeur associé, Génie Civil et Sciences Environnementales.

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RENFORCEMENT DE SOL PAR INCLUSIONS RIGIDES – CENTRIFUGEUSE

Anthony PREVOST

Polytech Clermont-Ferrand – Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – juin 2013

- Résumé -

Le renforcement par inclusions rigides constitue une alternative particulièrement intéressante aux fondations sur sol compressible et peut apporter une réponse pertinente aux soucis d’environnement et d’optimisation des coûts et des délais de construction. Ce type de renforcement bien qu’encore utilisé de façon marginale en France a connu un grand essor depuis les années 70 dans des pays développés possédant des sols de mauvaise qualité à l’instar des Pays-Bas, de l’Allemagne et plus récemment de la Chine et du Brésil.

La technique des inclusions rigides consiste à transférer les charges dues aux ouvrages en surface vers un sol situé en profondeur ayant les caractéristiques mécaniques nécessaires pour les supporter. Ce report de charge se fait par la combinaison d’inclusions rigides traversant le sol compressible et d’un matelas granulaire (souvent constitué de graves) disposé entre le groupe d’inclusions et l’ouvrage. Pour augmenter l’efficacité du transfert une nappe géosynthétique peut être intercalée entre les têtes d’inclusions et le matelas granulaire. Les mécanismes régissant le transfert de charge dans le matelas granulaire (effet de voûte, effet membrane si un géosynthétique est utilisé) sont encore mal connus. Plusieurs méthodes de dimensionnement existent mais elles sont basées sur des hypothèses éloignées les unes des autres et aucune d’entre elles ne fait l’unanimité.

Embarqué dans la centrifugeuse, le dispositif du plateau mobile permet de simuler les tassements du sol compressible en seulement quelques heures alors que ce processus prend jusqu’à plusieurs années dans la réalité. De ce fait, il est possible de mettre en place des campagnes d’essais pour étudier l’influence de paramètres tels que le taux de recouvrement, la hauteur relative ou la raideur sécante du géosynthétique, dans une période de temps acceptable. Cette étude a deux objectifs : connaître les modèles qui décrivent au mieux les mécanismes de transfert ainsi que leur domaine de validité et dans un deuxième temps estimer la déflexion maximale du géosynthétique. Pour ce faire, les modèles sont comparés aux résultats expérimentaux issus des tests à échelle réduite réalisées en centrifugeuse.

Mots-clés Centrifugeuse – Géosynthétique – Inclusion rigide – Modélisation – Renforcement de sol

IFSTTAR (anciennement LCPC) – Centre de Nantes – 44 344 BOUGUENAIS Cedex Travaux dirigés par M. Luc THOREL – Directeur de Recherche et

Directeur du laboratoire Terrassement et Centrifugeuse

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EFFETS PRÉVISIBLES DU TASSEMENT RÉGIONAL SUR LES STRUCTURES DE LA NOUVELLE LIGNE DE MÉTRO (12) DE LA VILLE DE MEXICO

Adrien SOLANO

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil - Février / Juillet 2013

- Résumé -

La ville de Mexico étant une des plus grandes agglomérations du monde, il lui est alors primordial de se doter d’un réseau de métro efficace. C’est ainsi que la nouvelle ligne 12 fut construite, puis inaugurée à la fin de l’année 2012. Sa particularité réside en la réalisation de tronçons utilisant des procédés constructifs très différents, à savoir une partie en tunnel, en viaduc, au niveau du terrain naturel et en caisson. La construction et la maintenance d’une telle ligne est un véritable défi compte tenu de la mauvaise qualité et de la diversité du sol de Mexico.

En effet, ce sol argileux provient d’anciens lacs et possède des propriétés singulières : teneur en eau très élevée et haute compressibilité. Celles-ci vont alors favoriser un phénomène de consolidation régionale. Ainsi, en plus des tassements classiques, des tassements régionaux sont observés. Ils sont essentiellement dus à l’abattement piézométrique induit par le pompage intensif de l’aquifère. Ce processus provoque des mouvements différentiels pouvant nuire gravement à la bonne tenue des structures de la ville, notamment souterraines. Les affaissements ainsi que les émersions de fondations sont fréquentes. Les tunnels peuvent aussi subir des déformations au niveau de leurs parois.

Ce sol argileux est caractéristique de la zone lacustre du bassin de Mexico. Il existe aussi d’autres zones géotechniques, soit la zone des collines et la zone de transition. La première est composée d’un sol ferme alors que la seconde, comme son nom l’indique, se présente comme une formation de transition entre la zone des collines et la zone lacustre. Les trois zones sont traversées par la ligne 12. Des anomalies géotechniques peuvent alors apparaitre aux alentours de la ligne 12, et ses structures devront s’adapter aux mouvements différentiels, à court et à long terme.

Dans un premier temps, le projet consiste en une étude des tassements mesurés le long de la ligne 12. L’utilisation de la géostatistique nous permet ensuite d’établir un profil de tassement le long de la ligne 12. On présente ensuite une estimation simplifiée de l’évolution future des tassements en fonction de l’épaisseur des couches d’argile. Enfin, on en ressort les zones les plus critiques pour les fondations du viaduc et pour les revêtements des tunnels.

Au sein des zones à risques données, nous étudions le comportement de certaines structures de la ligne vis-à-vis du phénomène de tassement régional. Une modélisation analytique et numérique des fondations du viaduc vont permettre de vérifier leurs déplacements et leurs déformations à long terme. Grâce au logiciel MICRA on pourra modéliser les fondations en caisson avec des pieux flottants. Une étude portera aussi sur les fondations spéciales, dites en « verre inversée », soit à parois moulées continues. Enfin, nous montrons les effets du tassement régional sur les revêtements des tunnels.

Mots-clés Tassement régional – Abattement piézométrique – Géostatistique – Pieux flottants – Parois moulées

continues - Modélisation aux éléments finis

Universidad Nacional Autónoma de México

Laboratorio de Geoinformática, Torre de Ingeniería, Segundo nivel, Cubículo 1

Circuito Escolar, Ciudad Universitaria, 04510 México, D.F.

Travaux dirigés par M. Gabriel AUVINET

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CARACTÉRISATION EXPÉRIMENTALE

DES MASSIFS EN SOLS RENFORCÉS PAR GÉOSYNTHÉTIQUES FACE AU RISQUE D'ÉROSION INTERNE

Zaynab TARHINI

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du Master recherche Département Génie Civil – juin 2013

- Résumé -

À l'échelle mondiale, les mécanismes d'érosion des sols sont à l'origine de la majorité des

ruptures d'ouvrages hydrauliques et la France qui compte des milliers de barrages n'est pas épargnée des conséquences désastreuses de défaillances de ces digues. Le phénomène d'érosion interne est lié au détachement et au transport des particules du sol soumis à un écoulement. Dans ce contexte, l'étude de ce mécanisme est une préoccupation majeure du projet ERINOH. L'utilisation des géosynthétiques s'est largement étendue à tous types d'ouvrages de génie civil pour remplir diverses fonctions dans de nombreux domaines d'application, de la géotechnique routière à la stabilisation des massifs de sol en passant par les ouvrages hydrauliques. Les géotextiles sont couramment utilisés dans les barrages en terre pour l'étanchéité, la filtration, le drainage et la lutte contre l'érosion.

Le but de ce travail de recherche est d'étudier l'opportunité de la combinaison de deux fonctions : le renforcement et la lutte contre l'érosion, pour des ouvrages hydrauliques renforcés par géosynthétiques.

La première partie porte sur l’équipement expérimental et les matériaux utilisés. Les expériences sont faites à échelle réduite dans un bassin de perméabilité. Les matériaux utilisés sont un sable pour la constitution du barrage, un gravier pour le drainage et des textiles tissés pour le renforcement. Le sable est caractérisé par des essais de granulométrique, de cisaillement, de Proctor normal et de perméabilité. Les textiles tissés sont caractérisés par des essais de traction sur bandes larges.

La deuxième partie concerne la conception du barrage en remblai à échelle réduite à partir de l’échelle réelle. Trois configurations de barrage sont considérées : remblai non renforcé sans drain, remblai non renforcé avec drain horizontal et enfin remblai non renforcé avec drains horizontal et vertical. On vérifie ainsi le rôle et l'efficacité du ou des drains sur la stabilité du barrage.

La dernière partie consiste à proposer le dimensionnement d’un barrage en remblai utilisant cette fois un renforcement par textiles tissés et à réaliser des expérimentations avec différents types de textiles et dans différentes configurations de drainage et de pente de talus. On arrive ainsi à caractériser le comportement de ces ouvrages dans l’ensemble de ces différents cas et à mettre en évidence les mécanismes d'érosion interne.

Mots-clés

Barrage en remblai – géosynthétiques – renforcement – érosion interne – bassin de perméabilité

Institut Pascal Polytech Clermont Ferrand

Campus des Cézeaux - 24, Avenue des Landais - BP 20206 - 63174 AUBIÈRE CEDEX FRANCE Travaux dirigés par Mle Aurélie TALON et M. Bastien CHEVALIER

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PROJET MEDITOSS

CARACTÉRISATION MÉCANIQUE DES SOLS À PARTIR DE MESURES PÉNÉTROMÉTRIQUES.

Benjamin Matias TOLEDO SACCHI

POLYTECH Clermont-Ferrand – Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur

Département Génie Civil – Février – Juin 2013 –

- Résumé -

Le patrimoine des ouvrages enterrés est constitué pour l’essentiel d’ouvrages maçonnés dont la majorité à plus de 80 ans. En vue de pérenniser ce patrimoine et de le conserver dans de bonnes conditions d’exploitation et de sécurité, il est nécessaire de développer des politiques de maintenance adaptées. Le projet ANR MéDITOSS cherche à développer une nouvelle méthodologie pour optimiser la politique de maintenance des tunnels en général et du patrimoine souterrain du métro de Paris en particulier.

Dans le cadre de ce projet, l’objectif du travail présenté ici, est de tenter d’estimer les paramètres mécaniques, et plus particulièrement le module de déformation d’un sol à partir de l’essai pénétrométrique pour caractériser complètement les sols encaissants des ouvrages enterrés étudiés.

Pour cela, une étude expérimentale a été mise en place. Cette étude s’appuie sur l’exploitation

d’essais réalisés sur trois sols distincts : un sable B1 (le sable d’Allier), un limon A1 (Limon CNR) et une argile A2 (Argile de Laschamps).

L’étude consiste dans un premier temps à caractériser les propriétés mécaniques de ces sols

(module, angle de frottement cohésion) pour différents états hydriques et de densité au moyen d’essais de cisaillement à la boîte ou au triaxial.

Par la suite, pour chaque matériau, des essais dans des moules de calibration ont été réalisés

pour différentes densités et teneurs en eau, en vue de trouver une relation entre le module de déformation et la résistance à la pénétration.

Par ailleurs, en parallèle une étude sur le module mesuré au pénétromètre Panda et sur la

variabilité en place du module des sols encaissants a également été réalisée à partir de l’étude d’essais en place sur ouvrages réels.

Finalement, les résultats obtenus seront comparés à ceux provenant d’études précédentes et

aux informations contenues dans la bibliographie.

Mots-clés Déformabilité des sols, Module de déformabilité, Essai pénétrométrique.

IP – Institut Pascal Laboratoire de Mécanique et Ingénieurs. [POLYTECH CLERMONT-FERRAND] – CAMPUS DES CEZEAUX – 63173 AUBIERE – FRANCE.

Stage effectué sous la responsabilité de Pierre BREUL – Professeur Polytech Clermont-Ferrand

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ETUDE DU COMPORTEMENT DES FONDATIONS MIXTES DANS LES SOLS LATÉRITIQUES RENFORCÉS

COMMENT OPTIMISER UN PROJET DE FONDATION MIXTE (RADIER-PIEUX) D’UN POINT DE VUE FAISABILITE D’UNE PART

ET D’UN POINT DE VUE ECONOMIQUE D’AUTRE PART POUR UNE CONSTRUCTION DE TYPE R+4 ?

Adrien TREGUER

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil - Août 2013

- Résumé - La croissance soutenue de la population et la tendance à la verticalisation nous conduisent à l’optimisation de l’espace disponible. Sachant qu’une forte proportion des sols du Brésil est caractérisée par un sol de type argile effondrable (sol latéritique), on utilise généralement les systèmes de fondation dits classiques (pieux isolés ou groupés). Mais ces derniers ont des coûts de réalisation assez élevés. Ce projet de recherche et de développement associé à la thèse de Danny Joel Ayala Castillo (2013) a pour but de valider et optimiser numériquement l'application d’une fondation mixte de type radier-pieux dans un sol latéritique pour des constructions de type R+4. A Brasilia, où le projet d’étude est traité, le sol effondrable critique se trouve jusqu’à une profondeur de 3m. Nous associons à ce système de fondation, une couche d’épaisseur finie de sol renforcé afin de mieux absorber les contraintes dans les premiers mètres de sol effondrable. Une synthèse des travaux de Sales (2000) et Mota (2003) a été réalisée dans la thèse pour obtenir les valeurs des paramètres du sol local (s, c, φ). Ceux-ci nous sont indispensables pour paramétrer notre modèle aux éléments finis mis en œuvre dans le programme CESAR-LCPC. Afin de valider la faisabilité du projet, une première étude numérique d’optimisation a été réalisée, en faisant varier la longueur, le nombre de pieux, l’épaisseur du radier ainsi que la hauteur de la couche de sol amélioré. Au total 37 combinaisons ont été menées. En prenant en compte les critères de contrôle tel que le tassement différentiel et total, la distorsion angulaire ainsi que les contraintes de cisaillement maximum, il en ressort un nombre de cas réduits satisfaisant les critères cités. Mon travail est d’optimiser ce nombre de cas, afin de présenter la solution qui a le meilleur rapport qualité-prix. Pour ce faire une fonction économique, un affinage de la modélisation ainsi que d’autres critères de vérifications tel que le poinçonnement ont été réalisés. A l’heure actuelle, la recherche a portée sur un projet de construction particulier (bâtiment R+4), une recherche plus élargie (type R+5 et plus) sera réalisée afin de pouvoir conclure sur la nécessité ou non de choisir le système de fondation mixte (radier-pieux) au profit de fondation profonde classique dans les sols latéritiques du Brésil.

Mots-clés Fondation mixte - radier- pieux - sol traité – calcul numérique

Université de Brasilia, faculté de technologie département d’ingénierie civil Travaux dirigés par Prof. RENATO PINTO et Prof. BREUL PIERRE

Professeurs en Géotechnique

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MODÉLISATION GÉOSTATISTIQUE DE LA RÉSISTANCE AU CISAILLEMENT DES DISCONTINUITÉS LE LONG D’UN FORAGE DE LA FONDATION

ROCHEUSE D’UN BARRAGE -

APPLICATION AU BARRAGE DANIEL JOHNSON (QUÉBEC)

Rémi VERMEULEN

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – septembre 2013

- Résumé - IRSTEA, Hydro Québec, l’université de Sherbrooke et l’université Blaise Pascal de Clermont-

Ferrand travaillent afin de mettre au point une démarche de justification et de vérification des barrages-poids sur fondations rocheuses. En particulier, il s’agit d’être capable d’évaluer la sécurité de l’ouvrage par rapport au risque de cisaillement dans la fondation et à l’interface barrage-fondation.

Ce cas de rupture est prioritairement retenu car les barrages-poids sont des ouvrages particulièrement sensibles aux sollicitations de cisaillement. Celles-ci sont situées au niveau du corps du barrage, mais aussi à l’interface avec la fondation, ou même au sein de celle-ci, au niveau des discontinuités roche/roche.

Il est donc essentiel de savoir caractériser quantitativement la résistance au cisaillement de chacune des surfaces rocheuses potentiellement cisaillées. Ainsi, la caractérisation de la variabilité spatiale de cette résistance doit être maîtrisée. A partir de forages réalisés in-situ, on suppose qu’il est alors possible de déterminer la résistance au cisaillement des discontinuités le long d’un forage de la fondation rocheuse d’un barrage.

L’objectif principal de ce travail est d’étudier quantitativement la résistance au cisaillement des discontinuités. Il s’agira de valoriser des paramètres indirects comme la caractérisation de la rugosité des joints pour obtenir les propriétés de résistances au cisaillement, permettant ainsi de s’affranchir le plus possible des essais de cisaillement directs qui sont particulièrement coûteux. Le présent projet traite ainsi essentiellement de l’étape de caractérisation de la résistance au cisaillement des discontinuités rocheuses au moyen du paramètre indirect de rugosité, évalué à l’échelle des carottes issues de forages. On mobilisera pour ce travail le modèle de Barton.

Utilisée pour quantifier la résistance au cisaillement d’une discontinuité, cette démarche présente potentiellement beaucoup d’avantages par rapport à une campagne complète d’essais de cisaillement direct. Elle consiste à estimer la contrainte tangentielle au pic de cisaillement à partir d’essais fournissant des données intermédiaires telles que la résistance à la compression de la roche altérée JCS, l’angle de frottement basique θb, ainsi que le coefficient de rugosité JRC (lui-même obtenu par corrélation à partir du paramètre statistique Z2 du profil de rugosité). Le présent projet applique cette méthodologie au barrage Daniel Johnson (Manic 5).

Mots clés Barrage-poids - Cisaillement - discontinuité roche/roche - variabilité spatiale - Rugosité –

Modèle de Barton

Université de Sherbrooke – Faculté de Génie Civil– 2500 Boulevard Université – Sherbrooke J1K 2R1 - CANADA

Travaux dirigés par M. Patrice RIVARD & M. Gérard BALLIVY

IRSTEA - Centre d’Aix-en-Provence - 3275 Route de Cézanne - CS 40061 - 13182 Aix-en-Provence Cedex 5 - FRANCE

Travaux dirigés par M. Laurent PEYRAS

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ÉVALUATION DU POTENTIEL DE LIQUÉFACTION DANS LES TRANQUES DE RELAVES À PARTIR D’ESSAIS DE PÉNÉTRATION DYNAMIQUE

ET DE PROSPECTIONS GÉOPHYSIQUES SUPERFICIELLES

Charles YEHOUESSI

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – août 2013

- Résumé - Parmi les différents types de dépôts de résidus miniers, les tranques de relaves sont ceux qui

présentent un risque majeur du point de vue de la stabilité mécanique, spécialement dans les pays sismiquement actifs comme le Chili. Ces instabilités sont dues à des causes telles qu’une mauvaise conception, une mauvaise mise en œuvre des matériaux et / ou un contrôle d’opération insuffisant. Elles peuvent conduire à des incidents d’ampleur variable en générant d’importants dommages environnementaux, des pertes économiques significatives et dans certains cas des pertes humaines.

Depuis le début du XXème siècle, 38 cas de défaillances ont été référencés au Chili. Ce bilan

comprend les défaillances causées par le tremblement de terre du 27 février 2010. Parmi ces cas, la liquéfaction et l'instabilité de pente sont les mécanismes de défaillance les plus récurrents. Les dommages subis par les barrages Barahona (1928), El Cobre (1965) et Las Palmas (2010), ne sont qu'un échantillon des catastrophes qui peuvent survenir en raison d’un comportement mécanique inadéquat par rapport aux événements sismiques qui conduisent à des scénarios de défaillance ou d'effondrement structurel.

Les travaux précédents ont été menés dans un contexte probabiliste pour prendre en compte la variabilité du matériau en développant une méthodologie de représentation de la structure interne d’un barrage à partir de signaux pénétrométriques et d’outils statistiques de représentation spatiale.

Or, la limite de cette méthode est la faible profondeur modélisable par rapport aux dimensions

de l’ouvrage et le faible nombre de points de mesure pour représenter toute la surface. Le but de ce travail est donc de prouver l’adéquation de l’utilisation de méthodes géophysiques pour améliorer ces représentations. Il s’agit donc dans un premier temps d’utiliser la méthode MASW et des essais de pénétration dynamique pour représenter en 1D puis en 2D la structure interne du barrage et ainsi visualiser directement la variabilité au sein de ces structures. Dans cette étude, nous menons des essais MASW actifs et passifs.

Dans un second temps, grâce à une étude de cas, ce rapport traite de l’évaluation du potentiel de

liquéfaction à partir de données sur la vitesse de propagation des ondes de surface Vs et des données de pénétration dynamiques. Il s’agit alors d’établir une relation entre ces deux paramètres.

Mots-clés Barrages – Résidus miniers – Stabilité – Liquéfaction – Pénétration – Géophysique – Méthode MASW

UNIVERSITE PONTIFICALE CATHOLIQUE DE VALPARAISO Faculté d’ingénieurs – Groupe de géotechnique

Avenida Brasil, Valparaiso, CHILI Travaux dirigés par M. Gabriel VILLAVICENCIO – Enseignant chercheur

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ORGANISATION

FERREIRA Anaïs Suivi de la productivité sur chantier. MARCHAND DESCELIERS Tiphanie Comment se développent les travaux de modernisation des lignes ferroviaires sous maîtrise d’œuvre et/ou mandat de maîtrise d’ouvrages autres que la SNCF? SILVENT Thibaut Développement d’outils informatiques et logistiques pour la gestion des chantiers de rénovation.

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SUIVI DE LA PRODUCTIVITÉ SUR CHANTIER

Anaïs FERREIRA

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – Août 2013

- Résumé - Depuis quelques années, la connaissance de la productivité ainsi que son suivi et son évolution

ont pris une grande importance chez Bouygues Construction Ile-de-France. L’entreprise, réalisant le gros œuvre et sous-traitant le second œuvre, se base sur une étude de sa production propre seulement. La chrono-analyse vient alors amener la solution permettant de déterminer à un instant t le temps de réalisation d’une tâche et les effectifs mis en place. Les campagnes de chrono-analyses servent ainsi à l’obtention de temps élémentaires qui sont intégrés au logiciel Satelipe. Ce logiciel permet le chiffrage d’une affaire par le service des études de prix, et l’obtention des plannings et matériels nécessaires par le bureau des méthodes.

Les balcons sont depuis deux ans un des sujets majeurs de la chrono-analyse chez Bouygues.

En effet, différents mode opératoires existent et la diversité des cas qui en découlent oblige l’entreprise à étudier plus précisément les balcons. Une première étude sur ceux préfabriqués a permis l’an dernier de créer un volet balcon dans Satelipe. En effet avant cela, les temps de réalisation des balcons étaient associés aux temps de réalisation du plancher.

Bouygues Bâtiment Ile-de-France a ainsi décidé de compléter les chrono-analyses faites sur les

balcons préfabriqués. Une nouvelle campagne sur les balcons traditionnels a ainsi été réalisée pour permettre une révision des temps élémentaires et la création d’une nouvelle version de Satelipe

Mots clés Productivité – Chrono-analyse – Balcons traditionnels – Satelipe

BOUYGUES CONSTRUCTION

BOUYGUES HABITAT SOCIAL – SERVICE ETUDE DE PRIX ET METHODES 1 Avenue Eugéne Freyssinet, 78061 Saint-Quentin-en-Yvelines, France

Travaux dirigés par Eric PIVETEAU – Ingénieur principal au service Méthodes de Bouygues Habitat Social

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COMMENT SE DÉVELOPPENT LES TRAVAUX DE MODERNISATION DES LIGNES FERROVIAIRES

SOUS MAITRISE D’ŒUVRE ET/OU MANDAT DE MAITRISE D’OUVRAGES AUTRES QUE LA SNCF ?

Tiphanie MARCHAND-DESCELIERS


Département Génie Civil – juin 2013

- Résumé -

A la suite de la publication en 2005 de l’audit Rivier sur l’état du réseau ferré national, le gouvernement a lancé un plan de rénovation du réseau. De nombreuses régions françaises ont donc souhaité accélérer la rénovation sur le réseau secondaire, engageant une démarche de partenariat avec l’État et RFF dans le cadre de « Plans Rails » régionaux. C’est dans ce contexte que fut signé le 12 février 2009 le Plan Rail Auvergne permettant la rénovation de 500 km de lignes du réseau ferré auvergnat.

La particularité de cette opération repose avant tout sur la complexité de son organisation. En

effet, l’opération de renouvellement de ligne s’exécute pour la première fois sous Maîtrise d’Œuvre et Mandataire de Maîtrise d’ Ouvrage autres que la SNCF. Cela engendre un nombre important d’acteurs tels que la SEAu, sous-traitant de la SCET. La SEAu a essentiellement une mission de pilotage « chantier et méthodes » durant laquelle apparaissent de nombreuses difficultés empêchant l’avancée du projet. Le premier objectif de cette étude est donc de repérer les différents dysfonctionnements et d’en analyser la cause.

L’autre objet de cette étude porte sur le développement d’un outil de progrès indispensable à

toute organisation : le retour d’expérience. L’intérêt d’un tel système est d’avoir une vision globale des problèmes empêchant le bon déroulement du Plan Rail. Le but de cette étude est de capitaliser les expériences en tenant compte des réussites ou des échecs du Plan Rail Auvergne. Le retour d’expérience va ainsi constituer un véritable outil d’apprentissage dont l’objectif n’est pas de sanctionner mais d’apprendre pour progresser. Il faut néanmoins garder à l’esprit que ce type d’outil ne permet pas de prédire les problèmes. En effet, les dysfonctionnements d’un projet ne peuvent jamais être connus à l’avance et doivent être anticipés et gérés au mieux au moment venu par les professionnels.

Mots-clés Travaux ferroviaires, MMO, pilotage, marchés, retour d’expérience

Société d’Equipement de l’Auvergne 3 rue louis Rosier 63000 Clermont-Ferrand

Travaux dirigés par M. Patrick EUZET – Chef de projet

http://www.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/rapport_Rivier.pdf

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DÉVELOPPEMENT D’OUTILS INFORMATIQUES & LOGISTIQUES POUR LA GESTION DES CHANTIERS DE RÉNOVATION

Thibaud SILVENT

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil - juin 2013

- Résumé - Depuis quelques années, les études préalables à la réalisation des chantiers de construction se

sont intensifiées. L’organisation et la préparation de chantier, la rigueur des explications et la rapidité d’exécution sont maintenant les maîtres-mots. Les chantiers de rénovation en Ile-de-France ne font pas exception : des travaux de réhabilitation lourde et surtout un environnement urbain dense et complexe.

Pour ce faire, les équipes « Méthodes » doivent travailler avec tout type de logiciels : des logiciels DAO CAO 3D, des logiciels de calculs mais aussi des logiciels internes développés par l’entreprise.

Cependant, de nombreux outils informatiques restent à développer car ceux existants sont complexes d’utilisation et ne sont pas adaptés aux besoins de l’équipe. Une autre difficulté est liée aux informations réparties dans de nombreux documents dispersés entre services et nécessitant un travail de synthèse.

Le but de cette étude est d’accroitre la productivité et la réactivité des équipes « Méthodes » en créant de nouveaux outils informatiques et logistiques. Le premier objectif est de définir les besoins en calcul RDM pour la mise en place d’un logiciel adapté, interactif et simple d’utilisation permettant de répondre rapidement aux attentes des chantiers.

Le deuxième objectif est de créer une base de données concernant la logistique de chantier. Cette base regroupera tous les Matériels & Matériaux nécessaires à la réalisation d’un chantier et définira leurs modes de chargement et de livraison. Une fois tous les paramètres établis, le nombre et le type de camion seront déterminés en fonction de leur compatibilité avec l’installation de chantier.

Mots-clés Organisation & Préparation - Chantier de Rénovation - Equipe Méthodes - Outils informatiques &

logistiques - Calcul RDM - Matériel & Matériaux - Camions

BOUYGUES BATIMENT ILE-DE-FRANCE RENOVATION PRIVE

Direction Technique – Service Méthodes Challenger 1, Avenue Eugène-Freyssinet Guyancourt 78061 Saint-Quentin-en-Yvelines Cedex

Travaux dirigés par M. Denis FONTES – Chef de service Méthodes

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RISQUES

BEDRUNE Cyrille Proposition de restructuration d’un bâtiment historique de Valparaiso en brique maçonnée vérifiant les exigences de performance. BOUTHERIN Thomas Génie Parasismique - Comparaison de la règlementation française et italienne & étude des bâtiments à ossature en béton. NICOL Jérémy Appréciation du risque sismique et des incertitudes associées. Evaluation des performances technico-économique du renforcement.

.

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PROPOSITION DE RESTRUCTURATION D’UN BÂTIMENT HISTORIQUE DE VALPARAISO EN BRIQUE MAÇONNÉE

VÉRIFIANT LES EXIGENCES DE PERFORMANCE

Cyrille BEDRUNE

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – septembre 2013

- Résumé -

La ville de Valparaiso constitue un remarquable exemple de développement urbain et architectural de l'Amérique latine de la fin du XIXe siècle. Ce port historique a été déclaré au patrimoine culturel de l’humanité par l’UNESCO en 2003. Afin de développer le tourisme associé à ce titre et au vu du fort aléa sismique du site, il est nécessaire de restaurer le patrimoine bâti de Valparaiso. Les anciens hôtels du « plan » en maçonnerie de brique non chainée, comme le bâtiment Liberty, ont une valeur historique importante mais le manque d’entretien et les derniers séismes ont provoqué des dommages significatifs qui mettent en danger l’intégrité du bâtiment.

Le but de ce mémoire est de proposer une restauration structurale du bâtiment Liberty se

conformant aux exigences de performance de l’actuelle norme parasismique du Chili, NCh433, modifié en réponse au séisme de 2010. Par conséquent, le premier objectif est une évaluation du risque sismique de la construction pour connaitre sa résistance sismique et ses faiblesses structurales. Sachant qu’à l’heure actuelle, il n’y a aucune norme chilienne d’évaluation du risque sismique, une proposition de méthodologie d’évaluation en accord avec la NCh433 est réalisée à l’aide de documents internationaux comme l’ASCE41-13 et l’Eurocode 8. La première étape de la méthodologie est une collecte d’informations et une inspection visuelle du bâtiment pour identifier ses faiblesses. Par la suite, une analyse statique non linéaire, appelé Pushover ou poussée progressive, sur le programme ETABS®(CSI) permet de connaitre la réponse sismique de l’édifice et ainsi de savoir son risque sismique.

Le deuxième objectif de ce mémoire est une proposition d’utilisation d’un système de protection

sismique pour la restauration du bâtiment Liberty. D’une classification des systèmes actuels de protection sismique faisant apparaitre des graphiques, des exemples concrets d’emploi et les avantages et inconvénients de chacun, le choix est porté sur les systèmes de dissipation de l’énergie sismique. La proposition de réhabilitation structurale avec ces derniers est alors analysée pour vérifier les exigences de performance de la norme chilienne actuelle.

Mots-clés Risque sismique - Patrimoine Valparaiso - Bâtiment historique en brique maçonnée - Analyse statique

non-linéaire (Pushover) - Systèmes protection sismique

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAISO Facultad de Ingeniera - Escuela de Ingeniera en Construcción

Avenida Brasil, 2147, Valparaíso, Chile Travaux dirigés par Alvaro Peña FRITZ– ingénieur et professeur de structure

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GÉNIE PARASISMIQUE - COMPARAISON DE LA RÈGLEMENTATION

FRANÇAISE ET ITALIENNE & ÉTUDE DES BÂTIMENTS Â OSSATURE EN BÉTON

Thomas BOUTHERIN

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil - Février - Juin 2013

- Résumé -

Un séisme est un risque naturel majeur que l'on ne peut pas empêcher. Cependant l'Homme est responsable de ce qu'il construit. Ainsi, la construction parasismique se doit d'une part d'assurer la sécurité des personnes. En effet, dans la plupart des cas, c'est bien l'effondrement des constructions qui tue ses occupants et le voisinage immédiat. D'autre part, la construction parasismique intervient pour limiter les dommages sur les constructions stratégiques. En effet, il faut anticiper certaines conséquences qui pourraient être dommageables pour l'environnement, ou encore, pour le bon fonctionnement voir même la sécurité d'un pays.

L'étude de la sismicité historique, en particulier les retours d'expériences liés au comportement des constructions, constitue une clef de voûte pour l'évolution des connaissances et l'amélioration des pratiques. En ce sens, la collaboration internationale est un véritable atout car elle permet de confronter toutes les pratiques, que ce soit au niveau de la conception ou bien de la réalisation. Ainsi, ce travail s'inscrit dans le cadre d'une valorisation des retours d'expériences des missions post-sismiques organisées depuis plus de 30 ans par l'Association Française de Génie Parasismique (AFPS).

Dans un premier temps, l'objet de cette étude est de s'intéresser à la réglementation parasismique italienne, particulièrement intéressante car ce pays, régulièrement concerné par d'importants séismes, a développé une évaluation de l'aléa sismique précise et adaptée à son degré de vulnérabilité, ainsi qu'une norme technique pointue, complémentaire et cohérente vis à vis de la norme européenne EUROCODE 8 imposée par ailleurs. Une analyse croisée de la réglementation italienne et française sera conduite.

Dans un second temps, un travail d'analyse sur les bâtiments à ossature en béton sera mené. Nous distinguerons les ossatures coulées en place avec remplissage en maçonneries et les ossatures préfabriquées avec panneaux de façades lourds en béton. Pour cause, ces deux typologies structurelles, encore très représentées dans le paysage résidentiel et industriel, en France comme en Italie, ont fait l'objet de nombreux retours d'expériences. D'une part, le comportement des remplissages en maçonneries est encore aujourd'hui considéré comme aléatoire. D'autre part, le comportement des panneaux de façades en zone sismique est actuellement à l'étude et les solutions proposées par les professionnels n'ont toujours pas été validées à ce jour.

Mots-clés évaluation probabiliste de l'aléa – périodes de retour – bâtiments en béton - système à ossature - bielles

de compression - suspentes

Association Française du Génie Parasismique (AFPS) 15 rue de la Fontaine au Roi, 75127 PARIS Cedex 11

Travaux dirigés par Thierry LAMADON BUREAU VERITAS - Zone France - Immeuble le "Villiers"

66 rue de Villiers, 92300 LEVALLOIS-PERRET

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APPRÉCIATION DU RISQUE SISMIQUE ET DES INCERTITUDES ASSOCIÉES

ÉVALUATION DES PERFORMANCES TECHNICO-ÉCONOMIQUE DU RENFORCEMENT

Jérémy NICOL


Département Génie Civil – juin 2013

- Résumé - Le risque sismique dépend de trois données que sont : l’aléa, la vulnérabilité et les enjeux. L’aléa

sismique peut se calculer de manière probabiliste en prenant en compte des modèles de sismicité et les différentes incertitudes liées aux zones sources (failles), au catalogue de sismicité et aux lois d’atténuation. Il est alors possible de tracer les courbes d’aléa relatives aux différentes zones sources. La vulnérabilité peut être calculée selon de nombreuses méthodes mais ce document présente et utilise plus spécifiquement la méthode Risk-UE LM1. Celle-ci définit, pour un bâtiment donné, un indice de présomption de vulnérabilité puis un taux de dommages moyens permettant de tracer la courbe de vulnérabilité associée. Les enjeux sont les différents éléments exposés aux séismes. Trois types d’enjeux sont différenciables : les enjeux humains, économiques et fonctionnels. Le risque sismique se calcule en faisant la convolution aléa/vulnérabilité/enjeux. Il est alors possible d’apprécier le risque sismique par différentes valeurs que peuvent être, par exemple, la probabilité de dépassement d’un certain niveau de dommages, la probabilité de dépassement d’un certain nombre de victimes ou d’un certain coût de réparations induites, etc.

Chacune des données d’entrée du risque sismique présente des incertitudes épistémiques spécifiques qui peuvent être estimées. Les incertitudes aléatoires induites par les tirages aléatoires de valeurs nécessaires au calcul du risque sismique sont également estimées. De plus, la propagation de ces incertitudes dans le calcul du risque sismique est observée. Finalement, les incertitudes qui semblent avoir l’impact le plus fort sur les résultats du calcul du risque sismique sont les incertitudes liées à la vulnérabilité.

Les données d’aléa sismique de 40 villes de France Métropolitaine sont ensuite considérées. Ces données permettent le calcul du risque sismique pour chacune d’elles de ces villes et l’élaboration d’une synthèse du risque sismique selon leurs appartenances respectives aux différentes zones de sismicité du zonage sismique de 2010.

Une fois le risque sismique apprécié, il s’agit ici d’orienter la décision d’un maître d’ouvrage vis-à-vis de la performance économique d’un éventuel renforcement d’un bâtiment. Dans cette optique, les ingénieurs et architectes suisses (SIA) ont développé un guide en trois étapes indiquant la définition d’ordres de priorité, d’un facteur de conformité et de paramètres de décision de renforcement. Sur le même principe, les organismes français que sont l’AFPS et le CSTB ont développé un document proposant des conseils aux maîtres d’ouvrages et comprenant des méthodes simplifiées d’évaluation de l’existant et des solutions de renforcement adaptées aux différents ouvrages. En considérant ces deux guides, nous avons calculé le risque pour un parc de bâtiments et tenté de caractériser des seuils d’acceptabilité. Ces seuils permettent finalement un classement des bâtiments par ordre de priorité d’actions de renforcement à mener.

Mots-clés séisme – risque – aléa – vulnérabilité – enjeux – incertitudes – renforcement – priorités

FUGRO GEOTER SAS - Geoter Alpes Technolac – BP 230 – 34 allée du lac d’Aiguebelette 73375 Le Bourget du Lac Cedex

Travaux dirigés par M. François DUNAND – Ingénieur séismes et structures

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STRUCTURE ET ANALYSE NUMERIQUE

AUXERRE Olivier Etude d’un assemblage de pont métallique unibridge à l’aide d’un modèle éléments finis.

BOYER Thomas Conception légère de structure pour le feu. CESARO Thomas Etude numérique du comportement structurel de tours d’étaiement. DANG Djily Pré-dimensionnement de vitrages sous action dynamique de chocs. ELETTRO Fabien Analyse des intervalles. GAUBERT Simon Etude de l’étanchéité des verrières à faibles pentes.

PINCHAUD Maxime Etude numérique des toitures en verre structurel. RAMALHEIRO Jonathan Evaluation du comportement sismique des lignes aériennes de transport d’énergie électrique. ROBINEAU Laura Courbe d’interaction (M, N) d’une poutre de section droite quelconque.

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ÉTUDE D’UN ASSEMBLAGE DE PONT MÉTALLIQUE UNIBRIDGE À L’AIDE D’UN MODÈLE ÉLÉMENTS FINIS

Olivier AUXERRE


- Résumé -

L’entreprise Matière réalise des ponts métalliques industriels modulables, évolutifs et à montage rapide appelés UNIBRIDGE®. Cette dernière a décidé de produire un nouveau concept d’UNIBRIDGE® plus performant appelé UNIBRIDGE ES® (extended span) proposant une structure plus légère, permettant d’atteindre des longueurs entre deux appuis encore plus grandes et qui peut être hypersatique. Cette structure est composée de différents modules standard, attachés entre eux sur chantier à l’aide de différents systèmes d’assemblage de type rotules. Ces modules sont composés de poutres caissons aérées, reliées entre elles au moyen de 2 pièces d’assemblages spécifiques (bielle et « os»), ainsi que d’axes au niveau de la membrure supérieure et de la membrure inférieure. Ce nouveau système d’assemblage transmet les efforts entre chaque module et présente une géométrie relativement complexe qu’il convient de vérifier du point de vue dimensionnement et résistance aux sollicitations. Le choix s’est donc porté sur la réalisation d’un calcul par éléments finis de la zone d’assemblage en comparant les résultats obtenus à ceux calculés par l’entreprise selon l’Eurocode 3. Le but du modèle éléments finis est de représenter la géométrie réelle de l’assemblage, pour étudier les répartitions des contraintes et des déformations au sein des différents composants de l’assemblage et cela, en vue de vérifier son comportement sous sollicitations.

Cette étude consiste à vérifier la zone d’assemblage avec une partie des poutres caissons afin de visualiser au mieux le comportement de ce système. Pour cela, différentes étapes sont nécessaires. La première consiste à réaliser une modélisation par éléments finis en 2D des différents composants de l’assemblage (bielle et « os ») en tenant compte du comportement non linéaire des matériaux et de l’évolution du contact entre l’axe et les perçages de la bielle et de l’ «os». Ces modèles sont comparés aux valeurs obtenues par l’application de l’Eurocode 3 et d’un logiciel de calcul RdM, fournies dans la note de calcul de l’entreprise. En effet, une telle modélisation permet d’étudier des géométries complexes qui ne sont pas toujours directement couvertes par les formules proposées par l’Eurocode 3.

La deuxième étape consiste à réaliser la modélisation par éléments finis en 3D de la zone d’assemblage réelle, avec une partie des poutres caissons, en tenant compte non seulement de la géométrie réelle de l’assemblage mais également des propriétés des différents matériaux. Ce modèle est réalisé en tenant compte d’une loi élasto-plastique avec écrouissage et du contact entre les différentes pièces, afin de suivre l’évolution des contraintes dans l’assemblage avec prise en compte du jeu initial entre les axes et les trous. Grâce à ce modèle, nous pouvons vérifier la viabilité ce système d’assemblage.

Mots-clés Assemblage – bielle – axe – modélisation – éléments finis – contact – Eurocode

MATIERE S.A 2, rue Louis

15130 Arpajon sur Cère Travaux dirigés par C. VALDENAIRE - Responsable du Bureau d'Etudes Ponts Métalliques

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CONCEPTION LÉGÈRE DE STRUCTURE POUR LE FEU

Thomas BOYER

Polytech Clermont-Ferrand – Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – aout 2013

- Résumé - Les structures en acier sont très utilisées dans le domaine du bâtiment pour leur légèreté et leur

rapidité de mise en œuvre. Cependant, la minceur des profilés utilisés les rendent sensibles aux élévations de température. De plus de nos jours avec les incidents récents (terrorisme, catastrophe naturelle …), le comportement au feu est devenu un grand sujet de préoccupation. D’où la nécessité d’effectuer de nombreuses recherches sur les structures acier soumises au feu, pour optimiser le dimensionnement des éléments de structure et de protection au feu.

Dans le contexte économique actuel, il est intéressant de construire vite et le plus léger possible,

chose qu’a entrepris de faire bien des sociétés en utilisant des bâtiments en kit. Ces bâtiments font appel à des profilés de section de classe 4 qui présentent certains types d’instabilités et de contraintes que les autres profilés ne possèdent pas. De plus ces structures minces étant moins résistantes et relativement nouvelles, leur comportement au feu n’est pas aussi bien connu que souhaité.

La Hongrie étant un pays qui cherche à se développer rapidement, elle fait donc souvent appel à ce

type de bâtiment. Une des compagnies leader dans ce domaine est la compagnie Lindab. Elle a déjà développé ce système en utilisant des profilés en C de classe 4. Ce système a déjà été calculé selon les anciens codes hongrois. Mais désormais avec l’arrivée des eurocodes il est nécessaire d’effectuer de nouveau les calculs.

Ce travail a donc pour but, suite à la demande de la société Lindab, de vérifier et recalculer un

bâtiment type. Ainsi que d’effectuer les calculs au feu pour cette structure. Pour ce faire les logiciels utilisés pour cette étude sont : axis, un logiciel de d’analyse et conception de MEF, mathcad14, un éditeur de feuille de calcul et CUFSM, un logiciel d’analyse de profilé.

La première étape de ce travail est de s’intéresser aux profilés de classe 4. La seconde est d’établir

les nouvelles charges aux eurocodes et d’effectuer la comparaison avec les anciens codes hongrois ainsi que le dimensionnement du bâtiment. La troisième partie s’axe sur la résistance en cas d’incendie du bâtiment ainsi que son dimensionnement pour une tenue au feu de 15 min.

Mots-clefs Acier – EN 1993.1.2 – feu – section transversale de classe 4 – structures légères – EN 1993.1.5 –

voilement local

UNIVERSITE TECHNIQUE ET ECONOMIQUE DE BUDAPEST (BME) Département génie civil, Bâtiment K, section 8 Műegyetem rkp. 3-9. H-1111 Budapest, Hongrie

Encadrement assuré par M. Laszlo HORVATH – Docteur

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ÉTUDE NUMÉRIQUE DU COMPORTEMENT STRUCTUREL DE TOURS D’ÉTAIEMENT

Thomas CESARO

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil - Juin 2013

- Résumé -

Ces dernières années, au Portugal notamment, un certains nombre d’accidents de tours d’étaiement sont survenus, engendrant des pertes humaines sur les sites de construction. La présente étude tente d’apporter des éléments supplémentaires, utiles à la compréhension du comportement structurel des tours d’étaiement ainsi que des structures temporaires de même constitution comme les échafaudages par exemple. Ces recherches sont effectuées en lien direct avec le travail de doctorat de João André qui est en cours au LNEC. Le travail développé dans ce mémoire s’appuie sur une analyse non-linéaire géométrique de structures tridimensionnelles simples, simulant des tours d’étaiement constituées d’éléments compatibles avec le système CUPLOCK et tenant compte des lois de comportement des assemblages établies par João André à travers ses résultats expérimentaux. Dans un premier temps ce document présente les différents éléments constitutifs des tours d’étaiement ainsi que leurs principales caractéristiques géométriques et mécaniques. Les sollicitations agissant sur ce type de structures, ainsi que les imperfections initiales à prendre en compte lors de leur calcul, extrait des normes en vigueurs, y sont également répertoriées. Les notions d’analyses fiabilistes et numériques non-linéaires sont ensuite explicitées, notamment la description de la méthodologie employée lors de ces études et les différents modes de calcul existants, en mettant l’accent sur le calcul non-linéaire au sens du logiciel ABAQUS utilisé pour la modélisation. L’étude a pour second objectif d’évaluer le comportement des structures en fonction de différents paramètres. Une description minutieuse des modèles et des paramètres étudiés est réalisée. Les modes et la démarche de calculs employés sont également décrits, ainsi que les lois de comportement des matériaux et des différents types d’assemblages. Les résultats obtenus sont présentés et analysés en s’appuyant sur une interprétation des courbes force-déplacement, des charges maximales ainsi que des rigidités des différents modèles.

Mots-clés

Construction métallique - Tour d’étaiement - Calculs non linéaires Assemblages - Imperfections initiales

LNEC - Laboratório Nacional de Engenharia Civil - Lisbonne (Portugal), sous la direction de António Manuel BAPTISTA,

Dr., Ing., chargé de recherche au LNEC,

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PRÉDIMENSIONNEMENT DE VITRAGES SOUS ACTION DYNAMIQUE DE CHOCS

Djily DANG

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil - juin 2013

- Résumé –

Le verre est l’un des matériaux en phase avec les aspirations architecturales de plus en plus gourmandes. En effet, de par ses qualités esthétiques, ses propriétés optiques par exemple, le verre a désormais intégré le spectre de l’élite des matériaux attirant avec flagrance le choix des architectes. Grâce à l’avancée de la technologie et de la connaissance du matériau, l’Homme a su mettre en place des procédés et méthodes de fabrication allouant aux produits verriers des propriétés dont est exempt le verre ordinaire, notamment les fonctions d’isolation thermique, acoustique et sécuritaires. Ce fait justifie et renforce la place occupée par ce matériau dans le domaine du bâtiment. Les DTU39 constituent le nid principal des documents couvrant la réglementation sur ce matériau. Hormis la définition entre autres du choix des produits verriers et de leur mode de mise en œuvre, la réglementation aborde la notion de sécurité des usagers en cas de heurte ou de chute d’objet sur un produit verrier. En effet, à chaque fois que cela est nécessaire, les produits verriers doivent être soumis à des essais aux chocs conformément aux exigences réglementaires ; axées principalement sur le choix des corps de chocs, des énergies potentielles ainsi que des point d’impact des corps de chocs sur les corps d’épreuve. A l’issue d’un essai au choc, le vitrage testé ne doit être ni traversé, ni emporté et l’absence de projection de matière ou d’éléments dangereux doit être notée. Le but de la présente étude est d’établir des méthodes théoriques de calculs permettant de prédimensionner les produits verriers devant être soumis à des essais aux chocs sachant que ces derniers peuvent être dimensionnants face aux actions de neige, vent et/ou poids propre. Pour cela, nous utiliserons une approche basée sur les vibrations des systèmes discrets ou continus associée à la théorie des poutres de Navier-Bernoulli et à la théorie des plaques de Love-Kirchhoff. L’établissement de critères axés sur la densité d’énergie volumique de déformation et de contrainte limite permet de prévoir l’amorçage ou non de la rupture des produits verriers soumis aux chocs.

Le degré de fidélité de ces méthodes en ce qui concerne le comportement des produits verriers sous chocs sera évalué en comparant les résultats théoriques obtenus à des essais expérimentaux effectués sur les mêmes produits verriers.

Mots clés Choc élastique — Choc mou — Déformée modale — Densité d’énergie de déformation-Flèche

dynamique —Verre .

GAGNE S.A.S. — Constructions métalliques B.P. 62 — 43002 Le Puy–en–Velay Cedex

Travaux dirigés par M. Julien MEYNADIER — Expert Technique Verre-Métal

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ANALYSE DES INTERVALLES

Fabien ELETTRO

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – 2013

- Résumé -

Comme beaucoup d’autres domaines, le génie civil est sujet à de nombreuses incertitudes. Celles-ci peuvent être générées par des procédés de fabrication ou de mise en œuvre qui ne sont pas entièrement maitrisés ainsi que par la variation des charges appliquées sur les structures étudiées. Ainsi, par mesure de sécurité, il est d’usage d’effectuer la plupart des dimensionnements en appliquant des coefficients de sécurité et en considérant les cas les plus défavorables. Cependant, d’autres moyens (qui ne sont pour l’instant qu’expérimentaux) pourraient être utilisés, comme par exemple l’algèbre des intervalles. Cette branche des mathématiques est souvent associée à de larges surestimations sur les résultats qu’elle produit. Il est alors très important de réduire ces surestimations afin de rendre l’utilisation de l’algèbre des intervalles possible dans le domaine de l’ingénierie et ainsi d’éviter de nombreuses surestimations engendrant des surdimensionnements et donc d’importants coûts non nécessaires dans la réalisation d’ouvrages.

Le but principal de cette étude est donc de réduire ces surestimations. Ainsi, la première méthode utilisée sera la paramétrisation des intervalles à l’aide de fonctions. Cette technique permet de prendre en compte les dépendances qui peuvent exister entre les différents intervalles. Par exemple, plusieurs poutres en acier réalisées avec le même matériau, dans la même usine, selon le même procédé et appartenant au même lot de fabrication possèderont les mêmes caractéristiques. Ces dépendances ne peuvent pas être prises en compte par les techniques classiques utilisées dans le traitement des intervalles et amènent souvent à réduire de manière importante les incertitudes. De plus, il s’est révélé que cette méthode permet d’éviter d’autres surestimations générées au cours des différentes étapes de calcul avec les techniques classiques d’algèbre des intervalles.

Une seconde partie de cette étude est consacrée à la prise en compte de valeurs expérimentales

de ces intervalles. Le traitement de celles-ci étant effectué en les encadrant avec diverses figures géométriques telles que les rectangles, les ellipses ou les superellipses. Ainsi, cette partie de l’étude vise à trouver un moyen de déterminer les figures engendrant le moins d’incertitudes.

Mots-clés

Analyse – Intervalle – Incertitudes – Surdimensionnement

Florida Atlantic University 777 Glades Road, BOCA RATON, FL 33431-0991, USA

Travaux dirigés par le Pr. Isaac ELISHAKOFF, Departement de l’ Ingenierie Oceanique et Mecanique

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ÉTUDE DE L’ÉTANCHÉITÉ DES VERRIÈRES À FAIBLES PENTES

Simon GAUBERT


Depuis près de quarante années la société Viry s’affirme dans le secteur de la construction

métallique et plus encore dans celui d’ouvrages d’art à la pointe de l’innovation. Alliant les matériaux « verre et acier », l’entreprise s’est notamment illustrée dans la conception de verrières en tous genres. Prônant les concepts de légèreté et de luminosité, l’esthétique des verrières ne passe cependant pas outre les difficultés de conception amont. Il s’avère, en effet que l’étanchéité à l’eau puisse faire défaut, notamment dans les cas où une verrière à faible pente est mise en œuvre.

D’un point de vue législatif, aucun code ne régule à ce jour la conception des verrières. Emanant

du DTU 39 sur les travaux de vitrerie-miroiterie, une mise en œuvre de vitrage ayant une pente inférieure à 5° doit faire l’objet d’un contrôle à la rétention d’eau au regard de la flèche admissible. Ce seuil définit le domaine d’étude des verrières à faibles pentes dans lequel nous travaillons. Bien qu’en utilisant des procédés d’étanchéité ratifiés par les plus hautes autorités compétentes, et en procédant à une mise en œuvre rigoureuse et minutieuse, l’entreprise VIRY recense des fuites d’eau sur de nombreux ouvrages.

Cette problématique, abordée les deux années précédentes, a mis en exergue de nombreux

critères théoriques permettant la modélisation d’un écoulement d’eau dans une gorge de drainage. Le présent document réagit à ces modèles, en offrant une vision plus globale du fonctionnement d’une verrière soumise à des infiltrations et en détermine les limites d’un point de vue pratique. Des modèlisations complémentaires établissent des relations entre la vitesse et la hauteur d’eau dans les gorges de drainage de montant et de traverse. La notion d’autocurage fait l’objet d’une révision théorique en ce qui concerne la taille des sédiments mis en jeu et l’étude du contact de l’eau avec son matériau support est également approfondi.

Une importante partie expérimentale, mettant en œuvre des dispositifs et protocoles

améliorés, contribue à la discussion des modèles établis. La création d’une base de donnée étendue, couplées à des observations critiques, met en relief les paramètres qui ont une influence sur l’écoulement dans les profils drainants. A terme, l’objectif est d’établir une règle de dimensionnement de gorge de drainage favorisant l’écoulement de l’eau, quitte à s’interroger sur la conception même des systèmes d’étanchéité.

Mots-clés Systèmes d’étanchéité – Gorges de drainage – Joint EPDM – Autocurage – Pente minimale-

Elancement des fuites – Dispositif expérimental

VIRY SA 4 Boulevard Michael FARADAY - 77 700 SERRIS

Travaux dirigé par Mme. Karine LEEMPOELS Directrice Ingénierie de l’Enveloppe et Développement

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ÉTUDE NUMÉRIQUE DES TOITURES EN VERRE STRUCTUREL

Maxime PINCHAUD


- Résumé - Le projet étudié consiste en la construction d’une toiture en verre au-dessus de la cour intérieure

d’un ancien immeuble de Budapest qui sera rénové en hôtel. Cette toiture se doit d’être un important puits de lumière pour le hall, situé en dessous, et pour l’ensemble de l’hôtel. Il est donc important que la structure rende possible le passage d’une grande quantité de lumière. La structure étudiée est constituée de panneaux de verre reposants sur des pannes en acier constituant la structure secondaire. Cette dernière repose sur des poutres en verre qui constituent la structure primaire. Les poutres longitudinales en acier permettent d’éviter l’instabilité liée au déversement des poutres en verre structurel. Nous nous proposons de vérifier que cette structure est conforme à la prénorme européenne pr-EN 13474.

Le premier objectif est de modéliser la structure à l’aide d’un logiciel de modélisation en éléments finis nommé Axis VM 11. Il s’agit de rechercher la manière la plus proche de la réalité permettant de modéliser la structure en faisant plusieurs essais et en les comparant. Une attention particulière est apportée aux appuis de la poutre qui sont modélisés afin de reproduire l’action de la « pantoufle » dans laquelle les poutres de verre sont fixées à l’aide de colle. La détermination des bons éléments à utiliser est aussi primordiale. Ainsi les poutres en acier sont constituées d’éléments de poutre tandis que les poutres en verre sont modélisées à l’aide d’éléments de coque mince.

C’est à travers ce modèle que les contraintes dans la structure sont vérifiées dans le but de proposer des variantes si cela est nécessaire. La répartition des contraintes dans ces poutres en verre est ensuite étudiée et plus particulièrement notamment au niveau des appuis. Le dernier point étudié concerne l’étude de l’influence de l’épaisseur de la couche de colle utilisée pour assembler la poutre à la pièce permettant l’appui de la poutre : la « pantoufle ».

Mots-clés Réhabilitation – contraintes – verre – poutres

Budapest University of Technology and Economics (BME) Műegyetem rkp. 3-9. H-1111 Budapest

Hungary Travaux dirigés par Dr. Peter NEDLI (BME) et Dr. Hamid BOUCHAIR (Polytech Clermont-Ferrand)

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ÉVALUATION DU COMPORTEMENT SISMIQUE DES LIGNES AÉRIENNES

DE TRANSPORT D’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

Jonathan RAMALHEIRO

Polytech Clermont-Ferrand - Mémoire présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur Département Génie Civil – août 2013

- Résumé -

Actuellement, les lignes aériennes de transport d’électricité sont généralement dimensionnées pour résister aux efforts climatiques sans prendre en compte les actions sismiques. Le guide de calcul ASCE indique que "la performance sous séisme d’un pylône est si bonne qu'aucune mesure d'atténuation des recommandations est faite". Cependant, des pylônes furent détruits lors de séisme sans en connaitre les causes. Comme le dimensionnement des lignes n’est pas réalisé en prenant en compte les actions sismiques, il y a un manque de connaissances dans ce domaine. Il est possible que les charges dues à un séisme puissent être dimensionnantes pour un projet où les charges climatiques sont faibles mais la sismicité est élevée. Il est donc nécessaire de comprendre les effets d’un séisme sur une ligne électrique. Une ligne électrique est constituée de pylônes reliés par des câbles. Il s’agit donc d’un système dynamique complexe et non linéaire par la présence des câbles. Une approche simple par la méthode modale spectrale pourrait ne pas être satisfaisante, d’où l’utilisation de l’analyse temporelle non linéaire. Dans cette étude, il est question dans un premier temps d’évaluer le comportement dynamique des câbles seuls sous actions sismiques. Une étude paramétrique est réalisée afin de cerner les cas dynamiques les plus sensibles. Ensuite, une étude paramétrique sur différents types de pylônes est effectuée pour mettre en exergue les cas les plus vulnérables aux séismes. Enfin, un modèle complet de ligne est réalisé en se basant sur une géométrie dite « critique » découlant des précédents résultats pour apprécier la réponse dynamique du système complet. Le but est de définir les limites où l’action sismique doit être prise en compte lors du dimensionnement des pylônes suivant certains paramètres : le type et la hauteur des pylônes, la portée et la tension des câbles. De plus, l’aspect dynamique des câbles sera discuté pour voir si leur comportement influe obligatoirement et significativement sur la réponse des pylônes.

Mots-clés

Câble – dynamique – pylône – séisme

Université de Sherbrooke Département de Génie Civil – Chaire Hydro-Québec / RTE

2500 Boulevard de l’Université – Sherbrooke Québec J1K 2R1 CANADA Travaux dirigés par M. Frédéric LEGERON – ingénieur et professeur titulaire

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COURBE D'INTERACTION (M,N) D'UNE POUTRE DE SECTION DROITE QUELCONQUE

Laura ROBINEAU


- Résumé - CALPRO est un logiciel développé par le bureau d’études Greisch, qui permet de calculer

l’ensemble des caractéristiques statiques de sections à parois minces de géométrie quelconque, composées de cellules ou non et constituées de plusieurs matériaux. L’objectif est de développer ce logiciel afin de lui donner la possibilité de calculer une courbe d’interaction (N, M)

Le logiciel CINELU, également développé en interne, permet déjà de tracer ces courbes d’interaction. Ce logiciel est adapté pour des calculs de section béton armé, acier ou mixtes, de géométrie quelconque. La méthode utilisée pour programmer dans CALPRO est celle utilisée par CINELU, et permet de réaliser deux types de vérification : une vérification ponctuelle (vérification d’un état de contraintes ou de déformations de la section) et le tracé d’une courbe d’interaction. Les lois de comportement élastoplastique des différents matériaux sont prises en compte dans le calcul.

La vérification ponctuelle pour un effort (N, My, Mz), est le calcul de l’état de contraintes et de déformations dans la section. Ce problème se traduit par la résolution d’un système non linéaire, qui utilise la méthode itérative de Newton-Raphson. Les stratégies de chargement testées sont les techniques des pas imposés, et des pas sphériques, ce dernier type étant la méthode retenue.

La courbe d’interaction est un ensemble de points correspondant à des états limites ultimes de chargements (N, My, Mz). L’ensemble des combinaisons de chargements ultimes, permet de reconstituer la courbe.

La finalité de l’étude est de programmer cette approche dans CALPRO afin d’obtenir les points de la courbe et d’exporter ces points dans un tableur afin de tracer la courbe d’interaction.

Mots-clés courbe d’interaction – section quelconque – parois minces – état de contraintes et de déformations

vérification ponctuelle

BUREAU D’ETUDE GREISCH LIEGE science park - Allée des Noisetiers, 25

B-4031 Liège Belgique Travaux dirigés par M. Vincent de VILLE DE GOYET – Administrateur - Directeur

Le Resume Des Memoires 2013

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