Rapport Final de PFE OXFORD

OXFORD NicolasElve Ingnieur 5me anne

Gnie Civil 2006

Projet de Fin dEtudesRapportJanvier-Juin 2006

Etude Comparative Technico-financire de Ralisation dun Radier Gnral de Fondation

Effectu au sein de la socit

Responsable de stage : D. BOGDANOVIC (Chef de groupe travaux)

Annexes spares

Gnie Civil - Rapport de PFE N. OXFORD

Enseignant superviseur : F. MARTZ -0-


-1-

OXFORD NicolasElve Ingnieur 5me anne

Gnie Civil 2006

Projet de fin dtudesRapportJanvier-Juin 2006

Etude Comparative Technico-financire de Ralisation dun Radier Gnral de Fondation

Effectu au sein de la socit

Responsable de stage : D. BOGDANOVIC (Chef de groupe travaux)

Annexes spares


Enseignant - 2 superviseur : F. MARTZ

REMERCIEMENTS

Au terme de ce stage, je tiens tout particulirement remercier Messieurs Philippe AMEQUIN, Directeur Gnral de Pertuy Construction, et Marcel BERTRAND, Directeur du Gnie Civil Est, pour m'avoir accueilli au sein de leur socit et service, et avoir fait en sorte que mon stage puisse se drouler dans d'excellentes conditions.

Je tiens tout spcialement exprimer ma sincre gratitude et estime envers mon tuteur de stage, Monsieur Dragan BOGDANOVIC, Chef de groupe Travaux, pour m'avoir propos avec confiance une tude comparative technico-financire dun radier gnral de fondation, et pour avoir eu l'amabilit de partager son savoir-faire, d'avoir mis ma disposition tout le matriel ncessaire au bon droulement de ce stage et la ralisation de mon rapport, et ceci avec une toute particulire sympathie.

Je remercie par ailleurs Monsieur Jean Paul SAINTRAPT, Responsable dExploitation du chantier des Passages de lEtoile, et lensemble des quipes dencadrement et de matrise pour leur accueil, leur collaboration et leur amabilit.

Mon tude naurait pas t aussi fructueuse sans laide et les renseignements prcieux de Messieurs Jean Paul CAZENAVE, Chef de groupe technique, et Roger HORNBERGER, Chef de service technique, que je remercie gracieusement. Il en est de mme pour Messieurs Luc MODZINSKI et Laurent MAHE, Ingnieurs Structure OTE, pour avoir partag leurs connaissances et clairer mon tude.

Je prsente enfin mes remerciements toutes les personnes que j'ai pu rencontrer durant mon stage, notamment lensemble du service technique et du service Gnie Civil de Pertuy Construction.


-3-

SOMMAIREREMERCIEMENTS...............................................................................................................................................................3 SOMMAIRE........................................................................................................................................................................4 INTRODUCTION ................................................................................................................................................................7

LA SOCIETE PERTUY CONSTRUCTION..............................................................................................................................8 I. II. HISTOIRE DE LENTREPRISE ................................................................................................................................................8 ACTIVITES .......................................................................................................................................................................8

PRESENTATION DU CHANTIER..........................................................................................................................................9 I. 1) 2) GENERALITES ..................................................................................................................................................................9 Un lieu central ................................................................................................................................................9 Les entits de lopration .............................................................................................................................9a) b) c) Les parkings ........................................................................................................................................................................9 Le centre commercial......................................................................................................................................................9 Les immeubles ...................................................................................................................................................................9

II. III.

HISTORIQUE DU PROJET .................................................................................................................................................11 POINTS TECHNIQUES ......................................................................................................................................................12 1) Gnralits sur les infrastructures...............................................................................................................12a) b) c) Gologie du terrain ........................................................................................................................................................12 Ncessit dune enceinte et dun fond tanche.....................................................................................................12 Ensemble radier et fondations......................................................................................................................................14

2)

Dtails sur le radier.......................................................................................................................................14

ROLE DEIFFAGE / PERTUY..............................................................................................................................................15 I1) 2) LE GROUPEMENT EIFFAGE ET PERTUY : LA SEP ............................................................................................................15 Le groupement ............................................................................................................................................15 La socit en participation ........................................................................................................................15a) b) c) d) e) Dfinition...........................................................................................................................................................................15 Besoins...............................................................................................................................................................................16 Organisation ....................................................................................................................................................................16 Avantages........................................................................................................................................................................16 Principaux inconvnients...............................................................................................................................................16

II-

MISSIONS SUR CHANTIER ................................................................................................................................................16

PROBLEMATIQUE DU SUJET ET CHOIX DES VARIANTES ...............................................................................................17 I. II. III. SUJET ...........................................................................................................................................................................17 LIEU DETUDE ................................................................................................................................................................17 PROBLEMATIQUE ...........................................................................................................................................................17 1) Gnralits ...................................................................................................................................................17 2) Approfondissement .....................................................................................................................................18 3) Respect des choix originaux ......................................................................................................................19 IV. POINT DE DEPART DE LETUDE ....................................................................................................................................19 1) Prise de connaissance ................................................................................................................................19 2) Analyse de la solution retenue pour le chantier......................................................................................19a) b) c) d) e) Gomtrie ........................................................................................................................................................................20 Matriel de mise en uvre...........................................................................................................................................20 Mthode dexcution....................................................................................................................................................20 Dtails sur la mise en uvre .........................................................................................................................................20 Cadence ..........................................................................................................................................................................21


-4-

V. 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)

CHOIX DES VARIANTES ..................................................................................................................................................21 Dmarche ....................................................................................................................................................21 Choix des variantes .....................................................................................................................................21 Dmarchage ...............................................................................................................................................21 Prslection des variantes..........................................................................................................................22 Danger de ltude .................................................................................................................................22 Calculs des arrachements admissibles pour chaque type de pieux ...................................................22 Calculs des pieux.........................................................................................................................................23 Slection des variantes ...............................................................................................................................25

INTRODUCTION AUX CALCULS .....................................................................................................................................27 I. MODELISATION INFORMATIQUE ......................................................................................................................................27 II. LE FICHIER ....................................................................................................................................................................27 III. PREMIERS PAS ...............................................................................................................................................................27 IV. TRAVAUX A EFFECTUER ..............................................................................................................................................27 V. FONCTIONNEMENT DE EFFEL.........................................................................................................................................28 VI. CONVENTIONS EFFEL STRUCTURE .............................................................................................................................28 VII. PARAMETRAGE ........................................................................................................................................................28 VIII. LES FEUILLES DE RESULTATS .........................................................................................................................................30 IX. MODIFICATIONS DE LA STRUCTURE .................................................................................................................................30 1) Modification du maillage ...........................................................................................................................30 2) Modification dpaisseur ............................................................................................................................31

LES VERIFICATIONS ........................................................................................................................................................32 I. VERIFICATION A LARRACHEMENT ..................................................................................................................................32 Cas de charge.............................................................................................................................................32 Gnralits ...................................................................................................................................................32 Resserrement et rsultats ............................................................................................................................32 Les particularits des variantes ..................................................................................................................33 II. VERIFICATION DE LA CONTRAINTE DE TRACTION DU BETON ...............................................................................................34 1) Gnralits ...................................................................................................................................................34 2) Section prise en compte ............................................................................................................................34 3) 3) Moyens de vrification ...........................................................................................................................34 4) Les particularits des variantes ..................................................................................................................34 III. VERIFICATION AU CISAILLEMENT .....................................................................................................................................35 1) Les paliers......................................................................................................................................................35 2) Les vrifications ............................................................................................................................................35 IV. VERIFICATION A LA FLEXION ......................................................................................................................................37 1) Combinaison ELS (bandes de clavetage fermes) ................................................................................38 2) Combinaison ELU .........................................................................................................................................38 3) Combinaison ELS (bandes de clavetage ouverte).................................................................................38 V. DIFFICULTES RENCONTREES ET BILAN ...............................................................................................................................38 1) Difficults.......................................................................................................................................................38 2) Bilan ...............................................................................................................................................................38 1) 2) 3) 4)

LANALYSE DES RESULTATS.............................................................................................................................................39 I. 1) 2) 3) 4) II. III. COMPREHENSION DES RESULTATS GRAPHIQUES DEFFEL .................................................................................................39 Directions moments et armatures .............................................................................................................39 Diagrammes en rgions isovaleurs (ou iso) des moments et aciers.....................................................39 Dfinitions de Mmax et Mmin ....................................................................................................................40 Obtention des rsultats ...............................................................................................................................43 DETERMINATION DES QUANTITES .....................................................................................................................................44 COMPARAISON DES RESULTATS ......................................................................................................................................45


-5-

1) 2)

Synthse des rsultats .................................................................................................................................45 Analyse des courbes ...................................................................................................................................45Etude des moments..................................................................................................................................................................45 Etude des aciers........................................................................................................................................................................46 Etude des ratios .........................................................................................................................................................................46

3)

Analyse des feuilles de rsultats EFFEL.......................................................................................................46Hypothse ..................................................................................................................................................................................46 Validation de lhypothse 1....................................................................................................................................................47 Validation de lhypothse 2....................................................................................................................................................48

ETUDE FINANCIERE .........................................................................................................................................................51 I1) 2)a) b)

ESTIMATION DES COUTS .................................................................................................................................................51 Origine des prix ............................................................................................................................................51a) b) Etude de prix de lentreprise.........................................................................................................................................51 Sources des prix...............................................................................................................................................................51

Les consultations dentreprises...................................................................................................................51Contenu............................................................................................................................................................................51 Utilisation des consultations...........................................................................................................................................52

3)a) b)

Mthodologie ..............................................................................................................................................52Comparaison des prix de consultation.......................................................................................................................52 Comparaison des prix des variantes ...........................................................................................................................52

II1) 2) 3) 4) 5)

RESULTATS ....................................................................................................................................................................54 Gnralits ...................................................................................................................................................54 Comparatif 1 : les pieux ..............................................................................................................................54 Comparatif 2 : les pieux et le radier ..........................................................................................................55 Simulations ....................................................................................................................................................56 Conclusions ..................................................................................................................................................57a) b) c) Gnralits .......................................................................................................................................................................57 Les dangers ......................................................................................................................................................................57 Analyses des solutions techniques ...............................................................................................................................58

CONCLUSION.................................................................................................................................................................59

ANNEXES.........................................................................................................................................................................61


-6-

INTRODUCTION

Entreprise implante dans lEst de la France, la Socit PERTUY Construction, installe Nancy, ma accueilli durant vingt semaines, du 23 janvier au 9 juin 2006 afin deffectuer un stage bas sur ltude dun projet, dit Projet de Fin dEtudes. Celui-ci tant organis pour permettre ltudiant dune part, de mettre en pratique ses connaissances thoriques au cur dun problme technologique, et dautre part, damliorer sa connaissance du milieu professionnel et des problmes lis lexercice de lemploi.

Chef de Groupe Travaux en Gnie Civil, Monsieur Dragan BOGDANOVIC est mon tuteur de stage. A lorigine du sujet, il ma confi la responsabilit de raliser une tude comparative technico-financire dun radier gnral de fondation, structure actuellement en voie de construction sur le chantier des Passages de lEtoile Strasbourg. Me basant sur cet ouvrage, lobjectif de mon tude est danalyser linfluence des types de pieux et leur maillage sur le radier, notamment sur son ferraillage et son btonnage, afin dapporter lentreprise un retour dexprience sur ce type de structure, de plus en plus rencontr dans la rgion. Le projet sest organis en quatre principales entits : une premire a permis de cerner la problmatique. La seconde sest organise autour de la slection des solutions techniques proposes comme variantes. La troisime sest base essentiellement sur une tude informatique servant dimensionner les variantes, et la quatrime les chiffrer, puis de les comparer afin den tirer des conclusions financires.

Je m'attache dans ce rapport prsenter lensemble de mon tude, et notamment la dmarche scientifique qui ma amener jusquaux rsultats Je commence par une prsentation de la Socit PERTUY Construction et son rle sur le projet du Passages de lEtoile. Ensuite, une partie plus technique de ce compte rendu expose les traits de mon tude, puis la mthodologie adopte afin de slectionner les solutions techniques. En effet, le choix des paramtres faire varier pour nourrir le sujet sest rvl complexe par le nombre important des variables sur une telle structure. A la suite de cela ont pu dbuter les calculs et les vrifications accompagns de la modlisation informatique. Cette tape est dtaille avant lanalyse des rsultats. Enfin, la dernire partie de ce rapport traitera de ltude financire par estimations des cots puis des conclusions de ltude.


-7-

La Socit PERTUY ConstructionPertuy Construction, filiale de Bouygues, est prsent depuis plus de cinquante ans sur son territoire comptant la Lorraine, la Champagne, lAlsace, la Franche-Comt, la Cte dOr ainsi que le Luxembourg. Son sige social est situ Nancy.

I.

HISTOIRE

DE LENTREPRISE

Jusqu' la fin des annes 1970, PERTUY uvre dans le domaine de la construction Habitat et Gnie Civil jusqu'au rachat de lentreprise par le groupe Bouygues au milieu des annes 1970, faisant de Pertuy sa filiale pour les rgions Lorraine, Champagne et au Luxembourg. Durant trente annes, lentreprise travaille sur un territoire o est implant deux autres filiales de Bouygues : Kesser en Alsace et GTFC en Franche-Comt et Cte dOr. Le 1er janvier 2006, ces trois entreprises ont fusionn au sein du groupe Pertuy Construction devenant ainsi le 1er constructeur du Grand Est.

II. ACTIVITESPertuy Construction intervient dans trois domaines : le Btiment, le Gnie Civil et les Ouvrages dArt avec lexpertise, linnovation et les comptences qui lui ont permis de se positionner comme rfrence du Grand Est. En btiment, lentreprise travaille en habitat, en ouvrages fonctionnels et dans les travaux dentretien et de rnovation. Pertuy construction intervient tant au niveau des industriels que de lenvironnement dans sa branche Gnie Civil. Lactivit Ouvrages dArt regroupe les viaducs, les ouvrages mixtes, les ouvrages courants ainsi que la rhabilitation. Par ailleurs, grce sa filiale Cirmad Est, Pertuy construction se place sur le march du montage dopration cls en main. Cirmad Est dveloppe des projets immobiliers dans les domaines du logement social au btiment industriel en passant par les quipements de loisirs. Pertuy Construction en Alsace, est bas Wolfisheim o les locaux sont partags en trois services : le service commercial, le service travaux et le service technique (tudes de prix, mthode et structure). Durant mon PFE, je suis intervenu dans ces deux derniers.


-8-

Prsentation du chantierI. GENERALITES1) Un lieu centralLa ville de Strasbourg a entam depuis une dizaine dannes lamnagement des alentours du bassin dAusterlitz dans le quartier de lEtoile. Cette politique urbaine vise dvelopper une zone dactivits commerciales dont les Passages de lEtoile est une des composantes. Chiffr environ 100 millions deuros, le projet est un ensemble comprenant des logements, des espaces de bureaux, des commerces et des parkings, tal sur une zone de 400 mtres de long sur environ 90 de large.

Fig.1 : Organisation des superstructures des Passages de lEtoile

2) Les entits de loprationAux Passages de lEtoile, trois entits fonctionnelles se dmarquent : a) Les parkings Les espaces de parking sont regroups aux niveaux -3 et -2, le niveau -3 reprsentant le plus bas niveau du projet. Au total, les parkings possderont environ 1500 places desservis par quatre voies (2 entres, deux sorties) en lien avec lextrieur, deux rampes internes et des voies de circulations internes. b) Le centre commercial Dispatchs sur deux niveaux (-1 et RDC), la quarantaine de commerces, les restaurants et lhypermarch LECLERC occuperont prs de 34 000 m. La grande surface est implante au niveau -1 sur 7000 m. c) Les immeubles Parmi les huit immeubles, cinq sont destins recevoir des logements. Il sagit des immeubles A, B, C, D et E.


-9-

Les immeubles F, G et H sont destins des espaces de bureaux. Les parkings et le centre commercial sont regroups dans les infrastructures, et les immeubles en superstructures.

RDC: Com m erces & restaurants

TN : 1 39.00 NG F

1 39.0 0 N G F

R-1: Grande surfaceE M C : 13 6.60 N G F E B : 135.00 N G F 1 33.4 3 NG F

G raviers et sables m oyennem ent com pacts

R-2 : Parkings1 30.4 5 N G F

R-3: Parkings127.55 N G F 1 27.55 NG F R adier p. 75 cm

G raviers et sables com pacts trs com pacts

Barrettes BA

P aroi m oule

Pieu mtal enrob (HEA 200)

B ouchon inject d 'im perm ab ilisation3,00

1 13.2 5 NG F

Fig.2 : Coupe fonctionnelle de la structure


- 10 -

INFRASTRUCTURE

E E : 1 37.1 0 N G F E H: 136.60 N G F

SUPERSTRUCTURE

Btim ents: logem ents et bureaux 1 44.8 0 NG F

II. HISTORIQUE

DU PROJET

1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001

> Lancement dune consultation par la SERS* > La Socit en Nom Commun les Passages de lEtoile (SNCPE) est dsigne oprateur

Elaboration du projet par la SNCPE

> Modification du projet par le cabinet TEKTON suite des oppositions

> Plans de TEKTON approuvs > Permis de construire Instruction du dossier > 1er appel doffre > Modification du projet par municipalit et retrait du promoteur

2002 2003

> Nouveau promoteur > Juin : permis de construire dlivr

> Fvrier : Nouveau permis de construire > Juin : prorogation du permis de construire

2004

> Septembre : nouveau matre duvre Chapman Taylor BARBANEL (BET fluides) SETEC (BET structure) >Janvier Juin : relance des appels doffre > Juin : Dbut chantier

2005

Fig.3 : Frise historique du projet

*SERS : Socit damnagement et dEquipement de la Rgion de Strasbourg (SERS). Elle a pour vocation daccompagner et de mettre en uvre les projets de dveloppement labors par les instances politiques locales.


- 11 -

III.

POINTS

TECHNIQUES

Les passages de lEtoile se caractrisent par la profondeur atteinte par ses infrastructures. En effet le niveau bas du radier est implant 12,5 mtres sous le niveau du terrain naturel et 9,5 mtres en dessous du lit de la nappe phratique. Lampleur des ouvrages occupe la quasi-totalit du terrain, dlimit au nord par le bassin dAusterlitz et par une route nationale au sud. Ces conditions de site font du chantier des Passages de lEtoile, une construction part entire dans la rgion engendrant des techniques de mise en uvre et de prparation de chantier complexes et intressantes.

1) Gnralits sur les infrastructures.a) Gologie du terrain Le terrain se situe au sud de Strasbourg, ville localise dans la basse plaine alluviale rhnane. Le terrain naturel est au niveau 139,00 NGF. De la cote 136,00 NGF 113,00, ltude gologique a montr la prsence dalluvions sablograveleuses, constitues par un mlange en proportion variable de galets, graviers et sable. Le niveau de la nappe phratique est variable et plusieurs cas ont t dtermins : eau basse (EB), eau haute (EH), eau exceptionnelle (EE) et eau maxi de chantier (EMC). (cf. annexe 1 : note dhypothses radier) Ces diffrents niveaux sont pris en compte dans le calcul de structure et chacun deux reprsente un cas de charge. Le niveau deau moyen de chantier dtermine les arrts de paroi moule et la position du fond inject.

b) Ncessit dune enceinte et dun fond tanche La construction des Passages de lEtoile ncessite un terrassement de 9,00 10,00 mtres sous le niveau de leau. La permabilit des graviers du Rhin est trop leve pour quil soit envisageable de rabattre la nappe par pompage. Le dbit exhaure serait estim prs de 20 000m3/h ce qui est trop important et dangereux vis--vis de dsordres sur les ouvrages mitoyens. La paroi moule et le fond inject sont alors les moyens les plus efficaces pour ces conditions.

La paroi moule Fabrique par lentreprise allemande Bauer, la paroi moule fait partie du lot 02 comptant par ailleurs le bouchon inject et les barrettes. La profondeur des parois moules est dtermine en sassurant la stabilit la pousse dArchimde en phase travaux pour le niveau EMC. Il faut ainsi respecter la relation suivante : EMC FF

sol ( FF FP) Fs w ( EMC FP)

avec Fs = 1.1

solBouchon

FP

Fig.4 : Coupe sur bouchon et parois moules


- 12 -

Les parois moules sont associes un lit de tirants dancrage afin de dgager entirement le volume de fouille permettant de terrasser librement jusquau fond de fouille et faciliter les travaux sur la plateforme. Ces titans seront supprims lorsque les dalles hautes du R-3 et R-2 seront ralises jouant ainsi le rle de butons.

Le bouchon inject Il est ralis -23m par injection partir du niveau du terrain naturel. Son paisseur est de 3,00 mtres. Le procd consiste injecter le sol partir de tube manchettes mis en place dans des forages. Linjection de bentonite ciment sera complte par une injection de gel de silicate amliorant ltanchit. Dbit dexhaure Lobjectif du pompage est dasscher au maximum la partie du sol localise entre le haut du bouchon et le fond de fouille. Le dbit est estim en fonction de la permabilit du bouchon et obtenu par la formule de Darcy. Un puit est prvu tous les 1000m environ, soit une vingtaine de puits rejetant leau dans le bassin dAusterlitz. Le dbit total estim 1600m3 /h est de lordre de 40m3/h actuellement. Le pompage sera arrt lorsque louvrage sera stable la sous-pression des EH, c'est--dire quand la dalle haute du RDC sera acheve. Cloisonnement de la fouille Dans le sens longitudinal, la fouille est dcoupe en 4 compartiments par des parois tanches, appeles parois souples, descendues la mme cte que les parois moules. Ce cloisonnement permettra de gagner du temps sur lavancement du chantier par lenchanement des diffrentes phases de travaux.

Paroi souples

Parois souples

Fig.5 : Organisation du chantier en zones

Notons que lemplacement des parois souples correspond limplantation des joints de dilatation du radier et de la structure en gnral. Ce partage en zones numrotes de 2 4 est conserv durant le chantier et organise le phasage et lorganisation de la construction. Par exemple, les plans dexcution sont dits par zones.


- 13 -

c) Ensemble radier et fondations Principe Les structures du btiment sappuient sur un radier gnral soumis : -aux efforts provenant des structures qui le surplombent - son poids propre - des surcharges permanentes et dexploitation - la pousse de la nappe phratique en sous face du radier -aux ractions des pieux et des barrettes Le radier Le radier en bton arm pais de 75 centimtres, est ancr par des fondations profondes, dit clous, fiches sur 9,50 mtres. En construction, c'est--dire en phase de pompage, le radier est port par la plateforme ainsi que par les clous et les barrettes fonctionnant en compression. Cependant, lorsque la dalle haute du RDC est btonne, le pompage est stopp, leau va envahir le sol jusquau niveau bas du radier et la pression hydrostatique va influer sur le radier en le soulevant . Les clous vont alors prendre le rle dfinitif c'est--dire maintenir lensemble radier et infrastructure en place, et viter la monte de lensemble. Les pieux sont alors en traction. Les pieux Implants avec un maillage moyen de 3,30 x 3,30, les pieux sont dimensionns pour rsister un arrachement maximum de 55,00 tonnes. Les pieux sont constitus de profils mtalliques HEA 200, qui sont vibrofoncs et enrobs par linjection continue dun coulis de ciment durant la mise en fiche. Les barrettes La structure inclue des voiles de contreventements chargs de vhiculer les efforts dus au sisme aux fondations. Des barrettes sont ponctuellement ralises au droit des structures de contreventement qui sont fortement arraches sous sisme. La barrette se substitue alors aux pieux ds lors que larrachement provenant de la modlisation sismique dpasse 55,00 tonnes. Les barrettes font 82 centimtres de large sur 2 3 mtre de long.

2) Dtails sur le radierSitu environ 12 mtres sous le niveau du terrain naturel (139 NGF) et 9 sous la nappe phratique, le radier est long de 338 mtres sur 70 mtres de large. Celui-ci est coup par 3 joints de dilatation avec une longueur de bloc maximum de 95 mtres. Ainsi 4 zones se dgagent de cette coupure, les zones 3, 2, 4 et 5, btonnes dans cet ordre. Chaque zone est elle-mme partage en 4 blocs spars par des bandes de clavetages diffres. Lpaisseur du radier est constante de 75 cm avec une gomtrie en vague, et des surpaisseurs locales sous certains poteaux. Le radier est clout par des pieux renforcs localement par des barrettes de parois moules assurant les ancrages vis--vis des arrachements sismiques.


- 14 -

Rle dEIFFAGE / PERTUYLa socit EIFFAGE Construction Alsace, comme PERTUY Construction, est un constructeur de renomme dans la rgion Est. Ces deux entreprises ont alli leurs forces en SEP afin de btir ensemble le projet des Passages de lEtoile travers les lots 03 et 04.

I- LE

GROUPEMENT

EIFFAGE

ET

PERTUY :

LA

SEP

Les entreprises EIFFAGE Construction Alsace et PERTUY Construction ont fait le choix de ne former quune seule entreprise afin de rpondre lappel doffre du chantier de la ZAC Etoile, regroupant ainsi leur logistique, leur main duvre et leurs comptences.

1) Le groupementIl nest pas rare, durant un chantier, que des entreprises mettent en commun leur moyens lorsque le lot auquel elles participent est bien trop important pour tre traiter seul, en se partageant les diffrentes tches. Cest ainsi que les entreprises sorganisent en groupement. Il existe deux types de groupement : Le groupement conjoint : deux entreprises se regroupent mais chacune est responsable de sa propre gestion. Si lune dentre elle est en difficult, la deuxime nest pas implique et ne doit pas de compte. Le groupement solidaire : la gestion dune entreprise est partage par lautre qui se doit de la soutenir en cas de ncessit. Pour ce type de groupement, il est primordial de veiller la bonne sant financire de lautre entreprise. Le groupement nat dune convention de groupement signe entre les entreprises et dfinissant les termes Les statuts fixent librement les modalits de fonctionnement de la socit.

2) La socit en participationa) Dfinition Pour le chantier de la ZAC Etoile, EIFFAGE Construction Alsace et PERTUY Construction se sont joints en socit en participation ou SEP. La socit en participation (SEP) est une socit qui, contrairement aux autres, nest pas immatricule au registre du commerce et des socits et na donc pas de personnalit morale. Ce sont des associs, entrepreneurs individuels ou socits, qui agissent en leur nom pour le compte de tous. Bien que ce ne soit pas obligatoire juridiquement, la cration dune SEP ncessite de rdiger des statuts prvoyant, de manire prcise, les modalits de fonctionnement de la socit. La socit n'a pas de personnalit morale, donc pas de dnomination, pas de patrimoine propre, pas de cranciers ni dbiteurs personnels... Elle est clairement dfinie pour une dure prcise. Ici, la SEP prendra fin laboutissement du chantier. Clairement, elle se dissout lorsque lobjet qui a runi les deux entreprises est achev.


- 15 -

b) Besoins Cest limportance des travaux, entranant une forte demande de main duvre, dencadrement et de matriel qui a suscit lassociation de EIFFAGE Construction Alsace et PERTUY Construction en SEP. En effet, il nest pas envisageable quune seule de ces deux entreprises mette disposition sur chantier 160 ouvriers (pic dinfluence de main duvre en GO) et cinq conducteurs de travaux. c) Organisation Les deux entreprises ont donc mis en commun leurs moyens et il ny a pas eu daccord comme la fourniture du matriel pour lun et la main duvre de lautre par exemple. Ceci peut tre le cas en groupement. La SEP se compose dun mandataire, dun grant et dun directeur. EIFFAGE Construction Alsace est mandataire et se place ainsi comme seul interlocuteur devant la matrise duvre et la matrise douvrage. La grance est la charge de PERTUY Construction, responsable de la gestion de la SEP. La comptabilit de lentreprise soccupe donc des factures et des comptes de la SEP, et est ainsi rmunre pour cette fonction. Le directeur de chantier, faisant toujours parti du mandataire coordonne et chapote la SEP en vue de son bon fonctionnement. Mensuellement, les deux socits font part la SEP de leurs factures concernant lencadrement, la main duvre, le matriel, les prestations diverses... La difficult provient alors de la rpartition des frais entre elles car leurs prix diffrent. Des accords sont alors tablis dfinissant les rgles et vitant tous conflits et irrgularits. d) Avantages Labsence de capital minimum reprsente un avantage certain pour le groupement de socits en SEP. Par ailleurs, cette organisation facilite la gestion et laspect juridique par rapport un groupement. Enfin et surtout, la libert est laisse aux associs pour faire fonctionner lentreprise e) Principaux inconvnients Les inconvnients proviennent de labsence de personnalit morale de la SEP et de la ncessit de prvoir dans lacte de constitution les rgles de fonctionnement de la socit, ainsi que les vnements susceptibles doccasionner des conflits entre les associs. Enfin, les cots et difficults engendrs en cas de sparation des associs sont importants.

II- MISSIONS

SUR CHANTIER

Les entreprises EIFFAGE Construction Alsace et PERTUY Construction interviennent sur les lots 3 et 4. Le lot 3 concerne la ralisation du radier et des pieux et le lot 4 reprsente le Gros uvre. Il est apparu plus judicieux de grouper les lots 3 et 4, afin de laisser la charge de la mme entreprise la ralisation des pieux, du radier, de ltanchit et du gros uvre et ainsi de saffranchir des problmes dinterface. La mise en uvre des pieux a t sous-traite une entreprise allemande, Max Frh, spcialiste des fondations profondes.


- 16 -

Problmatique du sujet et choix des variantesI. SUJETDurant vingt semaines, ma mission au sein de lentreprise PERTUY Construction, sest organis autour dune tude comparative technico-financire de ralisation dun radier gnral de fondation et de ses pieux reprenant des efforts ascendants et descendants.

II. LIEU

DETUDE

Le projet de fin dtude sest droul sur le chantier de la ZAC Etoile Strasbourg lieu stratgique et de regroupement de tous les intervenants. La tutelle dune quipe de production permet de cibler lobjectif principal de ltude, lanalyse financire, et la prsence rgulire du chef de projet structure (mission EXE sur lopration) oriente les choix techniques et renseigne sur les points difficilement matriss pour un tudiant. Par ailleurs, le soutien du service technique de PERTUY Construction est trs important quant sa littrature, ses outils de calculs et ses conseils.

III. PROBLEMATIQUE1) GnralitsPour ancrer le radier au sol contre la pousse hydrostatique, des pieux de type mtal vibrofoncs enrobs ont t choisis. Leur mise en uvre a dbut en semaine 4 de 2006, et les quelques 2700 pieux sont excuts avec un rendement de 40 pieux par jour. Cette solution technique choisie, il existe cependant dautres alternatives de clouter le radier. Parmi elles, les pieux fors en bton et les micropieux injects sous pression peuvent tre trs intressantes pour ce type de conditions constructives. Ainsi ltude doit mener sur une comparaison financire des trois possibilits techniques exigeant en amont un travail de recherche technique. En effet, les caractristiques physiques, le maillage et la mise en uvre des pieux diffrent selon leur nature, et le radier associ chaque type de ft variera structurellement. Alors quel est, pour chaque type de pieu, limpact sur le ferraillage et la gomtrie du radier, et quelle est la combinaison optimum afin de limiter les prix de lensemble radier + clous ? Des conomies sont-elles envisageables dun pieu lautre ? A ceci sajoutent les effets du retrait et lutilisation de bandes de clavetages. Ltude sorientera suivant 3 axes : Une pr-tude sur les fondations profondes et leur slection Une tude du radier suite aux choix des fondations profondes Une analyse financire visant chiffrer chaque solution de pieu et son radier correspondant (cf. fig. 6)


- 17 -

Fig.6 : Cheminement du PFE

Lentreprise est trs intresse par cette analyse des cots de revient, car de nombreux projets similaires celui des Passages de lEtoile sont venir dans la rgion. Ainsi cette tude pourra servir de point dappui pour des rponses de futurs appels doffres et ainsi voir plus clair sur ces trois mthodes de fondations profondes fonction de cloutage. Il est noter que le cas de ltoile reste particulier de par la profondeur de la fouille.

2) ApprofondissementLobjectif de ce projet consiste dterminer le type de fondation profonde associ un maillage qui permettront pour un projet similaire celui des Passages de lEtoile, cibler de faon gnrale la combinaison favoriser pour minimiser le cot total dun ensemble pieux+radier. Un radier, dans les conditions du site des Passages de lEtoile, est soumis des charges descendantes et ascendantes le plus souvent surfaciques, dont la rsultante tend le soulever vis--vis du sol. (cf. fig.7)Des fondations profondes sont alors envisager et celles-ci fonctionnent comme des clous larrachement. Elles reprsentent pour le radier des appuis ponctuels, et celui-ci se comporte plus ou moins comme un ensemble de poutres soumises de la flexion. Dans cette hypothse, plus les appuis sont distants, plus les contraintes sont importantes dans le radier, et plus celui-ci devra tre arm et/ou paissi.

Radier Surface dinfluence dun pieu

PieuCharges descendantes : PP, charges permanentes et surcharges

Charges ascendantes : Sous-pressions Gnie Civil hydrostatiques

Rsultante des descendantes ascendantes

charges et

- Rapport de PFE N. OXFORD

Pieu en traction

- 18 -

Fig.7 : Zone dinfluence dun pieu et visualisation de la charge rsultante

Ainsi est-il plus conomique dopter pour des pieux trs carts et un radier fortement consolid ou le contraire ? Cest sur cette interrogation que mon tude sargumentera en me basant sur trois types de fondations profondes, des entraxes et des profondeurs diffrentes

3) Respect des choix originauxLtude tant base sur un comparatif entre ce qui a t choisi sur chantier et ce qui aurait pu tre envisag, il est essentiel de rendre la comparaison la plus rigoureuse et viable possible : - Les hypothses gnrales qui ont t mises sur le radier resteront identiques. - Ltude structure se basera sur les mmes rglements c'est--dire le DTU 13.2, le DTU 14.1, le BAEL 91 rv. 99, et le TA 95. - Le logiciel qui servira mon tude est le mme que celui utilis par le bureau dtude charg de la mission EXE pour EIFFAGE PERTUY. - Certains coefficients ont t appliqus pour le calcul des fondations profondes. Malgr quils puissent tre discutables, ils seront conservs pour ltude. - Lemplacement des barrettes sera conserv. Lobjectif de ces considrations est de ne pas troubler lanalyse comparative.

IV. POINT

DE DEPART DE LETUDE

1) Prise de connaissanceElle sorganise en 4 composantes matriser avant de dbuter ltude : La dcouverte du chantier, des pices du march, des plans architectes et des premiers plans dexcution, assister des runions (mthodes, BE, synthse) afin de prendre conscience des particularits du chantier, et se renseigner sur les diffrents procds techniques de la construction (parois moules, bouchon). Etude des rglements Les principaux rglements lis ltude sont : DTU 13.2, DTU 14.1, Tirants dancrage (TA 95), fascicule 62 titre V, BAEL 91 (rvis 99) Rapport de sol Il reprsente la base de ltude, donc sa comprhension est primordiale. Etude parasismique Ralise par un bureau dtude et parfois difficile comprendre, elle fournit les lments relatifs aux effets sous sisme. Elle sorganise en 4 documents : la prsentation des modles, lanalyse dynamique, les ractions dappuis sous sisme et les arrachements des barrettes.

2) Analyse de la solution retenue pour le chantierDes pieux de type mtal vibrofoncs enrobs ont t choisis. Trois documents permettent dapprhender la solution technique retenue : la note de calcul des pieux ralise par le soustraitant des pieux (entreprise allemande Max Frh), les hypothses gnrales du radier, la note de calcul du radier zone 2. - 19 -


Les pieux mtalliques vibrofoncs injects sont mi-chemin entre les pieux de type mtal battu et pieux injects faible pression. Cependant leur mise en uvre et leur enrobage soign portent les rpertorier dans la catgorie des pieux injects faible pression dont le frottement latral avec le sol du prsent site est de 150kPa. a) Gomtrie Les clous sont des profils HEA 200, acier E240, de longueur 10,00 mtres dont 9,50 en fiche. b) Matriel de mise en uvre Une grue de type VRZ 950 quipe dun vibrofonceur ABI15000 est utilise pour foncer les pieux. Une station dinjection permet de raliser le coulis de ciment et de le transfrer au niveau du pieu. c) Mthode dexcution Les profils mtalliques sont quips en atelier o ils reoivent le tube dinjection, son systme de fixation et lensemble des pices mtalliques supplmentaires (platine de renfort, sabot dbordant). Les pieux sont ensuite livrs et stocks sur chantier. La grue chenille sempare du pieu aprs connexion du tuyau dinjection et mise en place dune pice de renfort provisoire en tte du pieu. Le pieu est ensuite enfil dans la pince du vibrofonceur. Le profil est mis en fiche sur 30 centimtres puis linjection dbute et est ininterrompue jusqu enfoncement total. Arriv la phase finale, linjection est maintenue jusqu la remonte du coulis la surface assurant un bon enrobage. (cf. fig.8)

Vibrateur hydraulique Pieu en profil HEA 200 Coulis de ciment remontant le long du pieu Pieux en stockage

Pieux en fiche dfinitive Tube dinjection de coulis

Fig.8 : Matriel de mise en uvre des pieux metal vibrofoncs injects

d) Dtails sur la mise en uvre Le ciment employ est un Portland CEM II/A LL 32,5 stock sur site et mlang avec de leau pour un rapport C/E gal 2.


- 20 -

Le conducteur dengin commande distance la pompe du malaxeur. Celle-ci envoie le coulis avec une pression moyenne de 100 bars et un dbit moyen de 40 50 litres par mtre de pieu. Lors du vibrofonage, diffrentes donnes sont enregistres par un ordinateur bord de la grue. Il relve la dure de battage, la quantit et la pression de coulis inject, la pression hydraulique de lengin de vibrofonage et la frquence du vibreur. (cf. annexe : feuille denregistrement Max Frh) e) Cadence Le temps de mis en uvre dun clou stend de 5 10 minutes selon la nature du sol rencontr. Depuis le dbut du chantier, la cadence journalire est estime 25 pieux par jour, mais ce nombre oscille selon la libert daction sur le site et les heures travailles par jour.

V. CHOIX

DES VARIANTES

Il sest arrt sur 3 types de fondations profondes adaptables sur ce chantier et ce type de sol. Il sagit de pieux fors (tarire creuse), de micropieux (type II et III) et des pieux mtalliques vibrofoncs injects de section diffrente que celle mise en oeuvre.

1) DmarcheSuite la prise de connaissance des diffrents rglements, du rapport de sol et des notes de calculs structure et parasismiques, ltude concernant les variantes peut dbuter.

2) Choix des variantesLe choix des variantes tait plus ou moins dfini par lentreprise. Il a fallu le confronter aux conditions de sol du site et de confirmer leur possible utilisation pour ce genre de chantier par lintermdiaire du DTU 13.2. Les pieux la tarire creuse, les micropieux et les pieux mtalliques vibronfoncs injects sont relativement rapides mettre en uvre et leur valeur de frottement latral est plus lev par rapport dautres types de ft. Cest donc sur ces solutions techniques que jai pu entamer mon tude. La solution de pieux battus na pas t retenue, car elle semble trop risque en raison des dsordres quelle est susceptible dengendrer au droit du fond inject. Par ailleurs, lutilisation de tirants dancrage actifs na pas t choisie. En effet cette technologie est coteuse, et son efficacit sur le long terme est incertaine.

3) DmarchageDans un souci dtudier des fondations profondes de dimensions cohrentes, des recherches furent ncessaires afin de connatre les tendances du march: ce qui est le plus couramment utilis en France. Des recherches sur les sites internet de grandes entreprises de fondations profondes se sont rvles vaines. Ainsi, la solution me semblant tre la plus adapte fut le dmarchage par mail afin de rcolter quelques tmoignages de spcialiste. Sur la liste dentreprises spcialises en fondations profondes publie par la revue Chantiers de France , trois des dix entreprises dmarches ont rpondu.


- 21 -

Leurs informations concordent dire quen tarire creuse, les diamtres les plus utiliss sont ceux compris entre 40 et 90 cm, et que les diamtres raliss en micropieux varient de 15 25 cm.

4) Prslection des variantesSuite au dmarchage, le choix sest port sur : Pieux fors la tarire creuse : 60, 80, 90, 110 cm Micropieux : type II 20, type III 24 Par ailleurs, jai inclu la prslection des pieux de type mtal enrobs injects comme choisis sur le chantier, mais de gomtrie diffrente. Il y a srement quelque chose gagner en utilisant des profils de section suprieure notamment sur la quantit dacier ou sur lancrage

5) Danger de ltudePlusieurs pistes dtude sont possibles mais il est trs facile de se disperser dans un nombre rapidement important de paramtres. Il faut cibler ceux prendre en compte (, profondeur, entraxes, armatures de micropieux, influence du cne dinfluence vis--vis de la portance). Ainsi il est essentiel de comprendre la problmatique qui se pose et dfinir les paramtres clefs qui vont dfinir les axes dtude. Suite la prslection, il faut purer les solutions afin dviter dalourdir le projet. Pour de ne pas sgarer dans une multitude possibilit, il faut dterminer un ou deux points communs entre les types de pieux. Pour cela il est important de connatre comment dimensionner un pieu.

6) Calculs des arrachements admissibles pour chaque type de pieuxDeux phnomnes de toute importance limitent larrachement maximum admissible dun pieu : Le frottement limite entre le pieu et le sol Le poids de terre associe au cne dinfluence du pieu Le frottement limite est caractris par deux paramtres : - Le frottement latral entre le sol et la surface du pieu. Celui-ci est fortement influenc par la nature du matriau (acier ou bton) du ft et par le mode dexcution du pieu (refoulement du sol ou extraction du sol). Il est comprhensible quun pieu bton, plus rugueux que lacier, possdera une valeur de frottement plus importante quun pieu mtal seul. De mme les pieux excuts avec refoulement du sol, et donc par remaniement et densification du sol auront une capacit portante accrue. (cf. fig.9) - la gomtrie du ft. La profondeur (ou ancrage du pieu) ainsi que le primtre du pieu reprsentent des variables importantes vis--vis du frottement limite. En effet, ce dernier sera dautant plus grand que le primtre et la profondeur sont importants. Q

Qs

D

Fig.9 : Frottement latral

Le poids de terre associ au cne dinfluence du pieu est un phnomne non ngligeable pour le calcul de larrachement maximum admissible dun pieu. Dans les sols dont le frottement interne gouverne principalement le comportement, on associe au pieu un volume conique de demi angle au sommet : . Ce volume augmente avec la profondeur du pieu, mais il est influenc par la proximit de pieux voisins dont les cnes dinfluence interceptent et rognent le volume du pieu. Ceci est dtaill dans les calculs.


- 22 -

Le volume dinfluence est un procd de calcul et ne correspond pas physiquement au volume de terrain dplac au moment de larrachage. (cf. fig.10 et 11)

Fig.10 : Cne dinfluence (TA 95) Fig.11 : Rduction du volume du cne par la proximit de pieux voisins (TA 95)

Fig.12 : Cheminement du calcul dun pieu

Cest donc sur ces deux lments quil faut baser ltude. Soit lun soit lautre sera dimensionnant. Ltude se recentrera trs rapidement sur un nombre restreint de solutions.

7) Calculs des pieuxLes rglements Les calculs sont raliss selon le DTU 13.2 pour le frottement limite admissible et le TA 95 (Tirants dAncrage) pour le poids du cne dinfluence de terre. Limites La prsente du bouchon reprsente la premire contrainte vis--vis de lancrage des pieux. En effet, celui-ci tant situ 10 mtres sous le niveau bas du radier, il nest pas possible que la base du ft ne dpasse cette profondeur par risque de percer le bouchon. Les pieux sont limits par un entraxe minimum (cf. feuilles de calculs)

Les feuilles Excel Des feuilles Excel mont sembl tre le meilleur moyen de calculer larrachement dun pieu pour diffrents types de ft, diffrents ancrages et diffrents maillages. (cf. annexe 1) Cet outil informatique permet de cibler pour chaque type de pieu sa limite darrachement.


- 23 -

Organisation des fiches Excel Une fiche est partage en cinq parties : La partie 1 regroupe les donnes de calculs : poids volumique djaug, angle de frottement interne, le maillage

Fig.13 : Partie 1

La partie 2 sarticule autour du frottement limite.

Fig.14 : Partie 2

La partie 3 concerne le calcul du poids de terre associ au cne dinfluence.

Fig.14 : Partie 3

La partie 4 est une courbe illustrant lvolution de larrachement du pieu tudi en fonction de lancrage (=profondeur). Sur celle-ci on peut trs rapidement apercevoir quel critre (frottement latral ou cne dinfluence) est dimensionnant pour un ancrage donn. Sur le graphique est figure la valeur de traction maximale que le pieu est cens reprendre en service. Cette valeur est obtenue en multipliant la surface dinfluence dun pieu (dpendant du maillage choisi) par la combinaison dimensionnant dun pieu (Poids Propre infra + Eau Haute - Cf. note dhypothse). Ce tableau ma aussi servi obtenir pour un type de pieu, son maillage maximum admissible. Cette valeur est naturellement obtenue pour un ancrage de 9,50 mtres (ancrage limit par la prsence du bouchon).


- 24 -

Fig.16 : Partie 4

Permettant dobtenir des rsultats trs rapidement, les fiches Excel mont permis de dgager 11 solutions de pieux et micropieux envisageables. Cependant un comparatif permet trs rapidement den liminer car ils se montrent clairement moins avantageux que dautres, ou leur tude ne mnera pas des rsultats trs probants. Les onze solutions envisages sont regroupes sur lorganigramme ci-aprs.

8) Slection des variantesOn remarque que la variante 10 nest pas avantageuse vis--vis de la 9. La variante 5 est exclue car son maillage est le mme que la variante 1, donc il est inutile de traiter deux fois ce maillage qui ne modifiera rien sur le radier. Par contre il sera intressant de chiffrer la variante 5 durant ltude financire. Lutilisation de HEA 300 est galement carte car lentraxe des pieux est quasiment le mme que la variante 2. Ltude du pieu for de 90 ne sera pas retenue afin de limiter le nombre de cas en tarire creuse. Enfin la variante micropieux de maillage 2,20x2,20 est inconcevable pour ce type de chantier, car malgr les conomies sur le radier quelle peut engendrer, son trop faible maillage entranera un nombre trop important de pieux reconnus pour tre relativement coteux. (cf. fig. 16)


- 25 -

Fig.16 : Organigramme de pr-slection et de slection des variantes


- 26 -

Introduction aux calculsLa phase calcul comprend la modlisation informatique, le calcul informatique et la rdaction des notes de calculs.

I. MODELISATION

INFORMATIQUE

La complexit et lampleur de la structure tudier tant trop importantes, lutilisation dun logiciel de calcul est invitable. La mission EXE sur chantier est confie un groupement de bureaux dtudes techniques compos de SERUE Ingnierie et OTE. Chacun deux utilise un logiciel diffrent : Robot millnium pour SERUE et Effel pour OTE. Basant mon tude sur la zone 2 du radier, une de celles calcule par OTE, jai travaill avec le logiciel Effel disponible au service technique de PERTUY Construction. La modlisation des diffrentes variantes est ralise sur un fichier de saisies fourni par OTE. Lentreprise la utilis pour excuter lensemble de ses calculs et vrifications.

II. LE

FICHIER

Le radier y est modlis avec lensemble de ses appuis et de ses cas de charges. Les combinaisons sont intgres au fichier. Ne changeant rien au cas de charge, je nai qu modifier lemplacement des appuis ponctuels relatifs au pieux, en les disposant selon les maillages dtermins en phase de slection. Cependant pour arriver ce fichier, il a fallu modliser lensemble infrastructure et superstructure sur le logiciel ARCHE. Celui-ci a permis dobtenir la descente de charge. Le modle est ensuite export sur EFFEL Structure o les calculs dynamiques sont effectus. Le modle EFFEL est une modlisation complte aux lments finis. Cest la suite de ces calculs que le fichier que jutilise a t labor par le bureau dtudes.

III.

PREMIERS

PAS

Nayant jamais travaill sur le logiciel Effel, une priode de deux jours fut ncessaire afin de le dcouvrir. Par lintermdiaire de laide en ligne et dun manuel de dmarrage, jai pu effectuer mes premiers pas avec cet outil. Par ailleurs, jai fait appel Laurent MAHE, crateur du fichier afin dobtenir quelques informations concernant lorganisation de sa modlisation et la procdure menant aux rsultats finaux.

IV.

TRAVAUX

A EFFECTUER

Afin de mener le projet comme il la t avec OTE, plusieurs tapes sont raliser. La premire concerne les vrifications, puis lanalyse des rsultats obtenus avant les premires conclusions. Une note dhypothses disponible en annexe 2, permet dtablir toutes les donnes et hypothses ncessaires avant tude du radier.


- 27 -

V. FONCTIONNEMENT

DE

EFFEL

EFFEL Structure est un logiciel du groupe GRAITEC, diteur de logiciels de CAO et calculs comme ARCHE, MELODY ou DENEBOLA. Ces logiciels utilisent la mme plateforme, et communiquent entre eux. Ainsi le dessin dune structure et sa descente de charge peuvent tre raliss avec ARCHE, et le calcul est obtenu avec EFFEL. Cest le cas du fichier avec lequel je travaille. Par ailleurs, il existe des modules dexpertise sur EFFEL permettant de mener des analyses rglementaires selon les normes nationales et europennes.

Fig.17 : Principe de fonctionnement dEFFEL et de linteraction GRAITEC

VI.

CONVENTIONS EFFEL STRUCTURE

Le logiciel utilise les conventions suivantes : Mx : Moment de flexion autour de l'axe local y [T.m] My: Moment de flexion autour de l'axe local y [T.m] Axi : Acier infrieur suivant laxe local x Ayi : Acier infrieur suivant laxe local y Axs : Acier suprieur suivant laxe local x Ays : Acier suprieur suivant laxe local y

VII.

PARAMETRAGE

Avant tout commencement de ltude dune variante, mon objectif fut de retrouver lensemble des rsultats du bureau dtudes structures OTE, c'est--dire les rsultats du radier et des pieux tels qui sont mis en uvre sur chantier. Ayant disposition les tirages papier des diagrammes darrachement, de moments et de sections daciers de leur tude (maillage de 3,30 x 3,30), jai tent dapprocher leurs rsultats afin de paramtrer le logiciel, et tre sr de partir sur les mmes bases : hypothses de calcul, proprits et limites des matriaux, combinaisons prendre en compte pour chaque cas... Par ttonnement et rflexion, jai pu obtenir des valeurs similaires ou trs proches. (cf. fig.18)


- 28 -

Fig.18 : Tableau de comparaison des valeurs OTE et PFE pour le maillage 3,30 x 3,30

Les rsultats obtenus sont trs proches de ceux d'OTE. Il est alors possible d'utiliser les mmes hypothses pour le calcul des variantes. Ce travail sest rvl relativement long par la dcouverte du logiciel et par la recherche des mmes bases de travail quOTE. Nota : les termes Mxmin, Mxmax, Mymax et Mymin sont expliqus au chapitre analyse des rsultats


- 29 -

VIII. LES

FEUILLES DE RESULTATS

Elles permettent de mettre en valeur les diffrents rsultats ncessaires aux vrifications tablies par la note de calcul. Les diagrammes des moments et des sections dacier sont ncessaires.Dsignation de la varianteSujet du diagramme

Numro du modle

Etats limites tudi

Echelle de valeurs avec graduations colores

Contour du radier (non dessin)

Axes principaux

Diagramme de la zone 2

Valeurs extrmes (positive en rouge, ngative en bleu)

Fig. 19 : Feuille de rsultats EFFEL en diagramme isovaleurs

Ci-dessus (cf. fig. 19) est reprsente une feuille de rsultats de moments. Le mme genre de diagramme existe pour lacier

IX.

MODIFICATIONS

DE LA STRUCTURE

A partir du fichier EFFEL Structure fourni par OTE, le but est de le modifier selon les variantes tudier. Pour cela il y a lieu de modifier limplantation des pieux selon le maillage voulu, et de modifier lpaisseur du radier afin doptimiser les solutions techniques.

1) Modification du maillageIl ma fallu modifier le maillage original de 3,30 x 3,30 utilis sur chantier en conservant les mmes combinaisons de charges slectionnes par le bureau dtudes. Les maillages des quatre variantes ont t modliss. Cependant lespacement entre pieux a parfois du tre modifi (cf. vrification arrachement).


- 30 -

2) Modification dpaisseurCette opration est ralise pour la variante 4, par ncessit car la contrainte de traction du bton est dpasse. (cf. rsultats au chapitre suivant)


- 31 -

Les vrificationsLes vrifications ont pour objet la dfinition des calculs relatifs au dimensionnement du radier, plus spcifiquement de la zone 2, et la vrification des sollicitations des pieux de cloutage. L tude du radier de cette zone est ralise laide dune modlisation aux lments finis sur le logiciel de calcul EFFEL Structure (OTE), disponible au service technique de PERTUY Construction. Ces vrifications permettront de valider la structure du radier selon les rgles BAEL 91 rvis 99 et recommandation du DTU 14.1- travaux de cuvelage. Ainsi plusieurs points sont vrifier : Larrachement maxi des pieux La vrification de la contrainte de traction du bton La vrification au cisaillement La vrification de flexion Et ce pour les quatre variantes suivantes : La variante 1 : 3,80 x 3,80 (tarire creuse) La variante 2 : 4,40 x 4,40 (tarire creuse) La variante 4 : 5,10 x 5,10 (tarire creuse) La variante 8: 2,70 x 2,70 (micropieux) Lensemble des vrifications est regroup dans la note de calculs annexe 3.

I. VERIFICATION1) Cas de charge

A LARRACHEMENT

Larrachement des pieux est vrifi lELS sous les combinaisons 102 116 et 402 416. La limite admissible darrachement des pieux diffre selon la nature des pieux.

2) GnralitsPrcdemment a t expliqu le calcul de larrachement admissible des pieux. Les valeurs enveloppes des arrachements sur les pieux pouvant tre affiches lcran par le logiciel, il est possible de mettre en valeur les pieux dont larrachement maximum est dpass. Dans ce cas il faut implanter un ou des pieux supplmentaires au voisinage de ceux en surcharge (au milieu de ces pieux) afin de les placer sous le seuil darrachement admissible.

3) Resserrement et rsultatsCependant, le fait de placer des pieux avec un maillage plus serr, entrane une diminution du volume de terres associ au cne dinfluence, donc la valeur de larrachement limite admissible. Ainsi il a t ncessaire dditer de nouvelles feuilles Excel relatives aux nouveaux maillages. Cette opration tant traite, il ne reste qu relancer le calcul et vrifier nouveau les valeurs des efforts enveloppes sur chaque pieu. (cf. fig. 20 et annexe4) Cette manipulation est raliser autant de fois que ncessaire. Il est noter quun calcul dure en moyenne deux heures.


- 32 -

Arrachement sur pieu avec maillage rgulier

Arrachement sur pieu aprs resserrement

AVANT

APRES

Rcapitulatif des arrachements maxi admissible selon les variantes

Arrachement limite admissible

Zone ncessitant un resserrement des pieux car certains dpassent la valeur limite admissible.

Resserrement des pieux ralis en prenant compte de limbrication des cnes avoisinant, do lutilisation dune lgende.

Fig. 20 : Exemple de resserrement de pieux Cas de la variante 1 (maillage de 3,80 x 3,80) avec limite darrachement de 71,50 T

Un tirage papier des rsultats a t dit aprs chaque calcul. Lutilisation dun code de symboles a t ncessaire afin de distinguer les pieux affects par la prsence des pieux avoisinant : Pieu subissant limbrication des 4 cnes avoisinants Pieu subissant limbrication de 3 des 4 cnes avoisinants Pieu subissant limbrication de 2 des 4 cnes avoisinants

Les arrachements tant vrifis pour chaque variante, il reste passer ltape suivante: la vrification de la contrainte de traction du bton

4) Les particularits des variantesVariante 1 : aprs resserrement ponctuel du maillage, 4 pieux dpassent la valeur admissible darrachement. On considre que cette valeur peut tre augmente dans le cas o les pieux adjacents ne sollicitent pas tout le volume de terre qui leur est associ. Variante 2 : au final, 2 pieux dpassent la valeur admissible darrachement. Lhypothse est la mme que la variante 1. Variante 4 : idem variante 2.


- 33 -

II.

VERIFICATION

DE LA CONTRAINTE DE TRACTION

DU BETON 1) Gnralits

Ralise lELS sur les faces tendues recevant le revtement dimpermabilisation, cette vrification est issue du DTU 14.1 (Art. 7.3.1.2) Elle dtermine lpaisseur du radier.

2)

Section prise en compte

Pour le calcul du moment admissible, la section prise en compte est uniquement celle du bton, sans prendre en compte la prsence de lacier. En effet celui-ci ne reprsente quune faible part en comparaison avec le bton. Le calcul dune section homogne aurait entran une diffrence de 1 2 %, ngligeable ici.

3)

3) Moyens de vrification

Afin de vrifier que cette contrainte nest pas atteinte, des graphiques des moments positifs Mxmax et Mymax ont t imprims afin de vrifier quils soient infrieurs M . Pour un radier dpaisseur 75cm, M = 41,25 T.m. (cf. note de calculs) Pour un radier dpaisseur 80cm, M = 46,93 T.m. (cf. note de calculs)

4)

Les particularits des variantes

Avec surprise, les variantes 1 et 2 ne dpassent gure la contrainte admissible du bton en traction. Les valeurs atteintes sont proches de la limite. Par scurit serait-il prfrable dpaissir le radier de quelques centimtres ? La contrainte est cependant dpasse avec la variante 4. Aprs calcul, un radier dpaisseur 80cm serait possible, soit 5cm de plus que la solution originale. Aprs modification de la structure du radier (passage de 75 80 cm), les moments obtenus (suivant x et y) sont contraires lide perue : on obtient paradoxalement des moments plus importants. En effet Mxmax tant de 43,44 T.m avec 75 cm, passe Fig.21 : Moments ELS (p 75cm) 45,19 T.m pour 80cm. Mymax volue de 40,47 T.m 44,54 T.m. Cependant la contrainte de traction est passe sous la limite admissible de 46,93 T.m. La variante 4 ncessite donc une paisseur de radier de 80cm. Par souci de comprhension, jai ralis la mme opration sur la variante 2, c'est--dire augmenter lpaisseur du radier de 75 80 cm. Le rsultat fut le mme : les moments suivant x et y augmentent aussi au lieu de sattnuer. Comme pour le cas de la variante 4, je ne vois ce jour aucune raison ces rsultats. La section dacier quant elle diminue, ce qui est plus logique. Cette augmentation peut sexpliquer par linfluence du surplus de poids propre entranant une flexion plus importante.

Fig.22 : Moments ELS (p. 80cm)


- 34 -

III.

VERIFICATION

AU CISAILLEMENT

Le cisaillement du bton est vrifi lELU, dont la combinaison est indique dans la note dhypothses gnrales. Il sagit de la combinaison ELU fondamentale. Les vrifications seront mener au droit des poteaux de structures prsentant des descentes de charges importantes.

1)

Les paliers

Afin doptimiser la consommation dacier au droit des poteaux, 5 paliers de chargements ont t choisis par OTE. En partant des articles A.5.2,42. et A.5.2,43. du BAEL 91, le bureau dtudes a considr 6 cas issus des 5 paliers (cf. note de calculs). La note de calculs explique quen ralit 3 cas sont pris en compte.

2)

Les vrifications

EFFEL structure peut fournir les descentes de charges pour chaque poteau. Les valeurs des descentes de charges sont confrontes aux paliers de chargement calculs avec les feuilles Excel jointes la note de calculs (cf. vrification au poinonnement pour chaque type de poteau et descente de charge sur poteaux ). Il suffit daffilier chaque poteau, lun des quatre cas dans lequel il sinscrit, et ainsi dterminer la solution technique protgeant contre leffort tranchant. Exemple : Un poteau de 30 x 125 cm charg 848,9 T (1,35G + 1,5Q). Sa charge tant comprise entre 800 T et 1100 T, il entre alors dans le 3me cas. Pour Pu < 547,2 T => Aucune armature Pour 547,2 T < Pu < 800 T => Armatures transversales de tranchant Pour 800 T < Pu < 1100 T => Surpaisseur de radier 3,00 x 3,95 x 0,40 ht Pour 1100 T < Pu < 1580 T => Surpaisseur de radier 4,50 x 5,45 x 0,70 ht Une surpaisseur de 40cm sera alors mise en uvre. Sur chantier, les surpaisseurs sont facilement distinguables.


- 35 -

Pieux mergeant de 50cm

Bloc de radier btonn

Poteaux btonns

Armatures transversales Lit infrieur

Armatures bandes de clavetage

Surpaisseurs

Fig.23 : Localisation des points singuliers du radier


- 36 -

IV.

VERIFICATION

A LA FLEXION

Cette tape permet de dterminer le ferraillage principal du radier, c'est--dire les armatures de flexion. Afin de dterminer ces armatures, le bureau dtude a utilis une technique particulire. Diffrents paliers daciers ont t calculs. Le palier de base correspond un pourcentage dacier minimum exig de 0,5%. Les paliers suivants reprsentent les renforts dacier disposer selon le besoin. Les sections dacier par mtre de radier sont obtenues grce au logiciel EFFEL Structure. NB : les valeurs des paliers dacier sur les graphiques correspondent aux sections des barres diminues de 7,87cm. Cette section correspond lacier mobilis pour le retrait du radier pour une nappe et dans une direction. Comme expliqu dans la note dhypothse, il est ncessaire de disposer 15,75 cm/m (= 7,87 x 2) dacier dans chaque direction du radier afin de prendre en compte les effets de retrait, importants dans ce genre de structure. Par ailleurs, un pourcentage minimum de 0,5% daciers est exig par le CCTP. En effet, pour une section de bton de 100cm x 75cm, il faut prvoir : 0,5% x 100cm x 75cm = 37,50 cm/m. Cest en raison de cette exigence, que les aciers courant HA 16 (2 barres tous les 22 cm) sont disposs en lits infrieur et suprieur. Soit le calcul : 2 barres x 2 nappes x (1,00 m de radier / 0,22m despacement) x 2,01cm/barres = 37 cm/m. Ce pourcentage de 0,5% daciers couvre entirement le phnomne de retrait ncessitant 15,75cm/m pour la section entire de bton. Des paliers de renfort sont prvus en fonction de la flexion (cf. note de calcul : moments rsistant suivant x et y). Ils sont entrs sur les feuilles de rsultats EFFEL.

Tableau de Gnie Civil - Rapport de PFE N. OXFORD (cf. note de calculs)37 moments rsistants en fonction des renforts

-

1)

Combinaison ELS (bandes de clavetage fermes)

La premire dtermination consiste obtenir le ferraillage sous combinaisons ELS avec une contrainte admissible de lacier 205 MPa (cf. note dhypothses). Il suffit pour cela, comme pour la vrification de la contrainte de traction du bton, dentrer les combinaisons ELS dans EFFEL Structure, et limites dacier et de bton, et de lancer le calcul. Sont issus de ce calcul les graphiques prsentant les quantits darmatures basses suivant les axes x et y (Axi et Ayi) et hautes (Axs et Ays). Ils sont dits avec des paliers de section darmatures correspondant aux espacements (e = 22 cm) et aux diamtres de barres (14, 16, 20). Les paliers de section sur les graphiques, reprsentent les diffrentes limites de contraintes des diamtres dacier utiliss

2)

Combinaison ELU

Comme lELS, le calcul est ralis automatiquement sur le module EFFEL Expertise BAEL. La contrainte dans lacier est limite 435 MPa et 17 MPa dans le bton (cf. note dhypothses gnrales). Dune manire gnrale, on remarque que les sections daciers sont infrieures que celles lELS. La combinaison ELU fondamental nest donc pas dimensionnante pour les armatures de flexion du radier. Cette combinaison est cependant primordiale pour le poinonnement.

3)

Combinaison ELS (bandes de clavetage ouverte)

Je nai pas effectu cette vrification par manque de temps. Elle ne semble pas capitale.

V.1) Difficults

DIFFICULTES

RENCONTREES ET BILAN

La premire difficult fut de retrouver les hypothses et les paramtres choisis par le bureau dtudes techniques. Ensuite, lanalyse des rsultats a pos quelques problmes (cf. ci-aprs) notamment sur la comprhension des codes utiliss par EFFEL. De plus, prsenter lensemble des calculs et leur explications nest pas chose facile.

2)

Bilan

A la lumire des vrifications, toutes les variantes seront chiffres avec un radier dpaisseur 75 cm, sauf la variante 4 (maillage 5,10x5,10) qui exige une paisseur supplmentaire de 5cm afin dtre conforme la limitation de contrainte de traction sur la partie suprieure du radier. Je nai pas fais le choix de descendre en de de 75cm dpaisseur pour les variantes susceptibles de le pouvoir, car la vue des rsultats de la vrification au poinonnement, cela aurait t trop prjudiciable. En effet, 75cm est lpaisseur permettant de ne pas avoir trop de surpaisseurs sous les poteaux. En rduisant lpaisseur, quasiment tous les poteaux ncessiteraient une surpaisseur ou des armatures transversales de cisaillement. Cette solution nest pas avantageuse car la main duvre et la mise en uvre de ces renforcements coteraient chres.


- 38 -

Lanalyse des rsultatsLes vrifications faites, le travail consiste maintenant analyser les rsultats, et les quantifier.

I.

COMPREHENSIONDEFFEL

DES RESULTATS GRAPHIQUES

Les rsultats graphiques fournis par EFFEL sont prendre avec beaucoup de prcaution pour plusieurs raisons.

1) Directions moments et armaturesLa premire concerne la convention des moments utilise par le logiciel. Contrairement au rglement BAEL, le moment nomm Mx correspond au moment autour de x.

Z X Y My Mx Axi Axs X

Z Ays Y Ayi

Fig.25 : Convention moments/armatures longitudinales dEFFEL

Les efforts en un point sont dfinis par unit de longueur, par les moments flchissant : Mx agissant sur les aciers de direction Oy My agissant sur les aciers de direction Ox Le ferraillage comporte quatre lits darmatures disposs dans les directions Ox et Oy. Axs : armatures longitudinales suprieures suivant x Ays : armatures longitudinales suprieures suivant y Axi : armatures longitudinales infrieures suivant x Ayi : armatures longitudinales infrieures suivant y Les moments Mx et My sont compts positifs sils mettent en tension les armatures suprieures Ays et Axs.

2) Diagrammes en rgions isovaleurs (ou iso) des moments et aciersLa reprsentation par rgions iso quivaut remplir les surfaciques de polygones de couleurs distinctes qui correspondent des valeurs bien prcises de moments, de ferraillage... Il devient alors ais de distinguer dun seul coup doeil o sont situes par exemple les zones de forte concentration de moments. (cf. annexe 6) Lallure des diagrammes iso (diagrammes en plan), des moments et des aciers, peuvent sembler relativement brute et lourde comprendre dautant plus quelle nillustre pas la structureGnie Civil - Rapport de PFE N. OXFORD

- 39 -

(poteaux, pieux). Ainsi en superposant sur les graphiques un transparent de la structure, ceci permet de comprendre beaucoup plus facilement le diagramme, et de le rendre plus parlant. Pour une variante donne, le logiciel EFFEL peut diter plusieurs diagrammes iso pour les moments et les aciers. Ainsi jai pu sortir un diagramme de moment pour chaque direction (x et y) et pour chaque type (max et min), ceci lELS et lELU. Pour le ferraillage, jai pu diter les diagrammes des aciers hauts suivant x puis suivant y, et des aciers bas suivant ces deux mmes axes.

3) Dfinitions de Mmax et MminAys et Axs sont dimensionns en fonction des moments Mx et My positifs maximums. Il sagit donc des valeurs au sommet de lchelle de couleur des graphiques de rsultats. Dans ltude je les ai nomms Mxmax et Mymax. Ils dimensionnent les armatures de flexions entre pieux ou entre poteaux, notamment pour la nappe suprieure. Ayi et Axi sont dimensionns en fonction des moments Mx et My ngatifs maximum, cest dire les valeurs en bas de lchelle colore. Ils sont nomms Mxmin et Mymin. Ces deux moments sont essentiellement dimensionnants sous les poteaux pour la nappe infrieure o ils vont mettre en tension le ferraillage.

Moment ngatif sous poteau

Moment positif considrer pour le dimensionnement des aciers haut suivant y

Moment positif entre poteau

En vert et bleu : moments ngatifs sous poteaux En orange, rouge et bordeaux : moment positif de flexion entre poteauxPoteau sans surpaisseur Poteau avec surpaisseur

Ici, il faut considrer les valeurs positives maximum, dimensionnant les aciers hauts (suivant y pour le cas prsent)Fig. 26 : Rpartition des moments en fonction des poteaux. Exemple de la variante 1 (3,80 x 3,80) avec Mxmax


- 40 -

Pour le dimensionnement des aciers infrieurs, il faut prendre en compte Mxmin et Mymin, et travailler avec les valeurs ngatives de moments.

Les Moments max correspondent aux combinaisons de charges entranant les moments les plus importants en valeur positive. Les moments min sont rgis par les combinaisons de charges provoquant les moments les plus importants en valeur ngative.Poteau Courbe des moments max Radier Poteau

M

Courbe des moments min

Fig. 27 : Allure des moments min et max (les courbes sont schmatises et ne refltent pas lallure relle)

Par lintermdiaire de coupes dans le radier, il est possible avec le logiciel dobtenir des diagrammes de moments plus conventionnels que les diagrammes iso. Il est possible dafficher sur ces diagrammes, la courbe de moment de chaque combinaison ou les courbes enveloppes. Nous verrons par la suite que ces courbes clairent la rflexion sur de nombreux points et confirment des hypothses.


- 41 -

- Date 31/03/06 - Fichier radier zone 2 diam 60_2 -

My (T*m) 22.299

57.46

57.92

57.22

57.90

57.44

24.2

24.10

24.8

57.20

57.82

56.32

21.23

21.7

-145.750

Courbes 102: EB 103: EH 104: EMC 105: EB 106: EH 107: EMC 108: EE 109: EB 110: EH 111: EE 112: EB 113: EH 114: EE 402: EB 403: EH 404: EMC 405: EB 406: EH 407: EMC 408: EE 409: EB 410: EH 411: EE 412: EB 413: EH 414: EE

Mxmax : Ensemble des courbes relatives aux combinaisons lELS

- Date 31/03/06 - Fichier radier zone 2 diam 60_2 -

My (T*m) 22.299

57.46

57.92

57.22

57.90

57.44

24.2

24.10

24.8

57.20

57.82

56.32

21.23

21.7

-145.750

Enveloppe 102: EB 103: EH 104: EMC 105: EB 106: EH 107: EMC 108: EE 109: EB 110: EH 111: EE 112: EB 113: EH 114: EE 402: EB 403: EH 404: EMC 405: EB 406: EH 407: EMC 408: EE 409: EB 410: EH 411: EE 412: EB 413: EH 414: EE

Mxmax : Courbes enveloppesLa courbe considrer est la courbe suprieure, dimensionnant les aciers hauts suivant y

Fig. 28 : Exemple de courbes de moment (Mxmax de la Variante 1)


- 42 -

15.276 (m)

0.000

15.276 (m)

0.000

4) Obtention des rsultatsPour satisfaire aux diffrentes vrifications, il a t ncessaire dobtenir les diagrammes suivants :

Fig.29 : Diagrammes diter lELS

Fig.30 : Diagrammes diter lELUfond

Ainsi pour une variante, huit diagrammes iso doivent tre produits. Le logiciel calcule les moments dune part et les aciers dautre part. Lensemble des rsultats sont dfinis par unit de longueur, dans les directions x et y.


- 43 -

II.

DETERMINATION

DES QUANTITES

Les quantits dacier et de bton sont obtenues avec le logiciel EFFEL Structure. Travaillant en lments finis, le logiciel peut livrer les quantits dacier et de bton uniquement pour chacun des milliers dlments. Le logiciel peut diter des notes de calcul la demande, c'est--dire quil est possible de choisir quoi faire apparatre dans le document. Ainsi pour obtenir un listing Word comportant les quantits dacier et de bton de chaque lment, il suffit de slectionner les options permettant de les obtenir. A partir de ce document, les valeurs sont copies, puis colles dans Excel, afin de raliser les calculs dadditions. Le total dacier et de bton est ainsi obtenu. Le ratio dacier sen dduit.

Ces tableaux permettent de calculer les totaux dacier mis unitairement par EFFEL. Ici, les deux exemples concernent la variante 1 et la variante 2. On remarque, mme si la quantit est thorique, que le tonnage dacier augmente lorsque lentraxe des pieux saccrot. Le ratio EFFEL est aussi thorique. La superficie et le volume de bton servent de points de contrle.Fig.31 : Tableaux de calcul des quantits dacier et de bton fournis par EFFEL Expertise Bton

NB : la quantit dacier fournit par EFFEL Structure est faible par rapport la ralit. Selon lingnieur structure dOTE, le logiciel fournit un poids dacier purement thorique correspondant aux quantits daciers de renfort. A cela il faut ajouter les 0,5% daciers minimum requis par le CCTP (~105 kg/m3). Le tout est majorer de 10% afin de prendre en compte les armatures des bandes de clavetage bien armes, les aciers de liaison, les recouvrements Soit le calcul de ratio : (ratio Effel + 105 kg/m3) x 1,10


- 44 -

III. COMPARAISON1) Synthse des rsultats

DES RESULTATS

Ce travail de calcul dacier et de bton est ralis pour chaque variante. Un tableau ma permis de synthtiser lensemble des rsultats et ainsi pouvoir tablir des graphiques de comparaison. Le tableau reprend pour chaque variantes : Mxmax, Mymax , Mxmin, Mymi

Rapport Final de PFE OXFORD

Documents

Transcript of Rapport Final de PFE OXFORD