Rapport Final PFE

download Rapport Final PFE

of 60

Transcript of Rapport Final PFE

BOUREL Chlo Elve Ingnieur - INSA Strasbourg Spcialit Gnie Civil - Option Construction dOuvrages Tuteur Entreprise : VIVERET Jean-Paul Ingnieur Gnie Civil, Spie Batignolles Tuteur INSA Strasbourg : HECKMANN Eric Ingnieur Structure, Ingrop Projet de fin dtudes Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises Juin 2009 Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 2 Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 3 Remerciements Je tiens remercier tout particulirement : MonsieurLaurentLEBLOND,DirecteurTechniquedeSBTPCIainsiqueMonsieurRmi BILLANGEON,IngnieurenGnieCivilet responsabledubureaudtudede mepermettre deffectuer mon Projet de Fin dEtude au sein du groupe Service Expertise et Structure de Spie Batignolles TPCI. MonsieurJean-PaulVIVERET,montuteurdestage,poursadisponibilit,sonaide,ses explications, qui sefforcent rendre mon projet toujours plus intressant. MonsieurYiZHANG,MonsieurChristianROBERT,MonsieurChristopheANSALDI, MonsieurPascalJOUCHOUXetMadameMarie-CatherineBONNAT,MadameLeslie XUEREF,ainsiqueMessieurslesprojeteurs,pourleurgentillesseetleurdisponibilitpour rpondre mes multiples questions. Monsieur Heckmann, mon tuteur INSA, pour ses conseils. Enfin, je remercie mes amis et ma famille, pour leurs encouragements et leur soutien tout au long de mon stage. Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 4 Rsum et mots-cls Ce rapport a pour but de prsenter mon Projet de Fin dEtude que jai ralis au sein du groupe Service Expertise et Structure, de la filiale Spie Batignolles TPCI. Cesujetconcerneltudeenphasedexcutiondelaconstructionduneusinedincinration surlledeJersey,plusprcismentlaZoneTurbine.Dansunpremiertemps,auralieultudedu contreventementafindobtenirlessectionsdacierdesvoiles,puisltudeduradieretenfinle dimensionnementdetouteslesstructuresenbtonarm,c'est--direlespoutres,lespoteauxetles dalles. Les tudes faites ont pour but de fournir des principes de ferraillage aux projeteurs. Jersey dpendant du Royaume-Uni, il a fallu pour ltude de ce projet, simprgner des normes anglaises. Ainsi, des lments de comparaison entre les normes anglaises et franaises ont t intgrs au rapport de se faire une ide des diffrences. Mots cls : Bton Arm, Structure, Contreventement, Normes Anglaises Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 5 Sommaire Rsum et mots-cls ................................................................................................................. 4 Sommaire .................................................................................................................................. 5 Avant-propos ............................................................................................................................ 7 1.Prsentation de lentreprise daccueil ............................................................................ 8 1.1.Prsentation du groupe Spie Batignolles.................................................................... 8 1.2.Organisation de Spie Batignolles TPCI ..................................................................... 8 1.3.Service Expertise et Structure de Spie Batignolles TPCI .......................................... 9 2.Prsentation du projet ................................................................................................... 10 2.1.Localisation du projet............................................................................................... 10 2.2.Fonctionnement de lusine dincinration................................................................ 11 2.3.Description de la structure........................................................................................ 11 2.4.Caractres gotechniques ......................................................................................... 12 2.5.Enjeu conomique et environnemental .................................................................... 13 2.6.Description du sujet dtude..................................................................................... 13 2.6.1.Le dimensionnement ........................................................................................ 13 2.6.2.Le pilotage des projeteurs ................................................................................ 14 3.Critres de conception ................................................................................................... 15 3.1.Matriaux ................................................................................................................. 15 3.1.1.Bton ................................................................................................................ 16 3.1.2.Acier ................................................................................................................. 16 3.2.Prescriptions particulire pour le bton arm........................................................... 16 3.2.1.Fissuration ........................................................................................................ 16 3.2.2.Recouvrement................................................................................................... 16 3.3.Donnes du site ........................................................................................................ 17 3.3.1.Donnes de vent ............................................................................................... 17 3.3.2.Donnes du sol ................................................................................................. 17 3.4.Charges..................................................................................................................... 17 3.5.Combinaisons de charges ......................................................................................... 18 3.5.1.Etat Limite de Service ...................................................................................... 18 3.5.2.Etat Limite Ultime............................................................................................ 18 4.Etude du PC21 Elments de comparaison BS / BAEL............................................ 19 4.1.Prsentation de la structure ...................................................................................... 19 4.2.Dtermination de la section daciers longitudinaux................................................. 20 4.3.Dtermination de la section dacier transversaux..................................................... 21 4.4.Longueur de recouvrement....................................................................................... 23 4.5.Principe de ferraillage .............................................................................................. 24 5.Etude du radier............................................................................................................... 25 5.1.Modle aux lments finis........................................................................................ 25 5.2.Charges..................................................................................................................... 26 Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 6 5.3.Tassements diffrentiels........................................................................................... 26 5.4.Principe de ferraillage .............................................................................................. 27 6.Etude du contreventement............................................................................................. 31 6.1.Hypothses ............................................................................................................... 31 6.2.Modle de comportement......................................................................................... 32 6.3.Dfinition des charges.............................................................................................. 33 6.4.Distribution des efforts dans chaque voile ............................................................... 34 6.4.1.Cas 1 : vent dans la direction de X................................................................... 35 6.4.2.Cas 2 : vent dans la direction de Y................................................................... 36 6.5.Dtermination du moment de torsion....................................................................... 37 6.5.1.Dtermination des bras de levier :.................................................................... 37 6.5.2.Cas 1 : vent dans la direction de X................................................................... 37 6.5.3.Cas 1 : vent dans la direction de Y................................................................... 38 6.6.Dtermination des efforts internes ........................................................................... 39 6.6.1.Voile 1.............................................................................................................. 39 6.6.2.Voile 2.............................................................................................................. 40 7.Etude des lments de la structure ............................................................................... 42 7.1.Dimensionnement de la dalle niveau +12.00 ........................................................... 42 7.1.1.Dtermination de la section dacier.................................................................. 43 7.1.2.Etude des renforts............................................................................................. 43 7.1.3.Principe de ferraillage ...................................................................................... 47 7.2.Etude des poteaux..................................................................................................... 49 7.2.1.Critre de dimensionnement............................................................................. 49 7.2.2.Application numrique..................................................................................... 49 7.3.Etude des poutres du niveau +12.00m ..................................................................... 51 7.4.Etude de la dalle du niveau +6.00m......................................................................... 55 7.5.Etude de la poutre du niveau +6.00m....................................................................... 56 Conclusion............................................................................................................................... 58 Rfrences bibliographiques ................................................................................................. 59 Annexes ................................................................................................................................... 60 Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 7 Avant-propos Dansledomainedestravauxpublics,plusieurstypesdouvragespeuventtretudis :les ouvragesdarts,lestravauxmaritimes,lestravauxsouterrains,etlesouvragesindustriels.Chaque ouvrageaunespcificit tellequil estpresque impossibledegnraliserdesmthodes lensemble des projets. Les tudes sont de ce fait trs spcifiques et demande beaucoup dattention de la part des ingnieurs. Lusinedincinrationquenousallonstudierfaitpartiedesouvragesindustriels.Unautre aspectspcifiquedeceprojetestsasituationgographique.Eneffet,lledeJerseydpenddu Royaume-Uni et donc des normes anglaises, ce qui demandera dautant plus dattention de la part de lingnieur du fait du changement de norme ainsi que son tude en anglais. Lobjectif de ce stage est dapporter une contribution significative ltude de ce projet en se concentrantentirementsurunepartiedelastructure,quiestlazoneturbine.Aprsavoirprsent lentreprise, ainsi que le projet, et des critres de conception, nous parlerons des diffrents lments tudier. Lechapitre4tudieunesimplepoutre,cequipermetdeprendreconnaissancedesnormes anglaises.Intgrerdeslmentsdecalculauxnormesfranaisesmontrelesdiffrencesquiexistent entre les deux normes. Danslechapitre5seratudilecontreventementdemaniredtaille,aveclaparticularit que les voiles sont tudis non pas en console longue, mais en console courte. Ltudeduradierauchapitre7estfaitepartirdunlogicieldecalculauxlmentsfiniset permet de fournir les cartes de ferraillage pour les projeteurs. Enfin, lechapitre7dtaillelescalculsdesdiffrents lmentsenbtonarmdelastructure, cest--dire les poutres, les dalles, les poteaux. Lebutdecestudesestdefournirdesprincipesdeferraillageauxprojeteurs,afinquils puissent rapidement tablir les plans destins lexcution de la construction de lusine. Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 8 Figure 1.1.1 : Filiales de Spie Batignolles 1. Prsentation de lentreprise daccueil 1.1.Prsentation du groupe Spie Batignolles SpieBatignollesestle5egroupefranaisde construction.Ilintervientprincipalementsur lesmarchsdelindustrie,delenvironnement et du btiment. LesactionnairesdeSpieBatignollessontles cadresdirigeants69%etBarclaysPrivate Equity France 31%. En1846,ErnestGouncrelasocitErnest Goun&Cie,quidevientplustardlaSocit deConstructiondesBatignolles(SCB).En 1968,laSocitParisiennepourlIndustrie Electrique(SPIE)etSCBfusionnentpour former Spie Batignolles. En2003SpieBatignolles,filiale construction de SPIE est cde ses cadres dirigeants. Lechiffredaffairesestde1273Metle rsultat dexploitation 48 M. Quelques unes des grandes ralisations de Spie Batignolles sont : Le pont de Normandie (1995) Le tunnel sous la Manche (1995) Aroport RCDG Terminal 2F (1999) 1.2.Organisation de Spie Batignolles TPCI Spie Batignolles TPCI est une filiale de Spie Batignolles charge des Travaux Publics et des Constructions Industrielles. Son organisation en sous-filiales est prsente dans lorganigramme suivant : Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 9 Figure 1.2.1 : Organisation de SB TPCI SB TPCI Direction Administrative Direction Commerciale Direction Oprationnelle (travaux) Direction Technique Service prix estimationService MthodeService Expertise 1.3.Service Expertise et Structure de Spie Batignolles TPCI LeServiceExpertiseetStructuredeSPIEBatignollesestspcialisdanslestudesdavant projetsetlestudesdexcution.Ilsetourneplusparticulirementverslesouvragesindustriels,tels quelesusinesdincinration,lesstationsdpuration,lesouvragesdartstelsquelespontsetles viaducs, les travaux souterrains que sont les tunnels, et les travaux maritimes. ParmilesouvragesquionttralissparSPIEBatignollesTPCIfigurentnotammentle tunneldecontournementdeToulon,leviaducdeVerriresouceluideVentabrenpourleTGV Mditerrane.SPIEBatignollesa galementparticipdesprojets ltranger, commelesouvrages souterrainsetdesurfaceduTunnelsouslaManche,oulecentrederechercheduCNESTENau Maroc.Ceservice est galementspcialisdans lexpertise(gologieetgotechnique, btonetinformatique scientifique en interne) ainsi que dans lassistance aux chantiers pour les problmes de conception. Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 10 Figure 2.1.3 : Situation gographique du projet 2. Prsentation du projet 2.1.Localisation du projet LEtat de Jersey souhaite construire une usine dincinration La Colette, Saint Helier. Le site est localis sur la cte de Jersey lest de la ville. Implantation de lusine dincinration La Colette Figure 2.1.1 et 2.1.2 : Situation gographique de lEtat de Jersey ainsi que limplantation de lusine dincinration Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 11 Figure 2.2.1 : Fonctionnement de lusine dincinration 2.2.Fonctionnement de lusine dincinration Traitementdesdchets :lescamionsarriventsurlairedestationnement tippingapron ,puis dversentlesdchetsdanslafossederception bunkerhall .Ungrappinsaisitlesordureset alimente la combustion des fours. Les cendres provenant de la combustion sont alors rcupres puis stockes dans une fosse quest le btiment BWF. Production dnergie : la partie boiler hall , c'est--dire la chaudire, rcupre la chaleur dgage parlesfoursetlatransformeenvapeur,quiseraalorstransformeenlectricitparun turboalternateur.Unepartiedellectricitserautilisepourlefonctionnementdelusine,lereste alimentera lle. Absorptiondesfumes :lesfumesissuesdelincinrationsonttraitesparlapartie fluegas treatment hall pour limiter les rejets dans latmosphre : poussires, mtaux lourds, acides 2.3.Description de la structure La structure est compose de 2 btiments : Le btiment BWF (Bulky Waste Facility) Le btiment EFW (Energy From Waste) Le btiment BWF constitue la fosse rceptionnant les cendres produites par la combustion des dchets. Le btiment EFW est compos principalement de : Bunker hall : la fosse rceptionnant les dchets Boiler hall : la zone contenant la chaudire Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 12 Figure 2.4.1 : Fonctionnement de lusine dincinration Turbine hall : la zone produisant llctricit Une partie administrative LebtimentEFWestsurmontdunecharpentemtallique.Ladescentedechargeestdonneen annexe 6 sous forme dune coupe du btiment et des coordonnes et la charpente ainsi que le tableau donnant les charges. 2.4.Caractres gotechniques De manire gnrale, lusine est situe sur un remblai de mauvaise qualit au dessus dun rocher extrmement dur. Pour parer cette difficult gotechnique, environ 350 micropieux ont t implants. Le projet est situ en bordure de mer, lenvironnement marin a eu une influence sur le choix du bton utiliser. Lafosseorduremnagreestpartiellementdansleaumarehaute,descalculsspcifiquessont entreprisprenantencomptelesdonnesdemares.Cedernierpointneserapassoumisunetude particulire dans ce rapport. Toutelastructureauniveau0.00mestfondesurmicropieuxdirectementsurlarochepour viterlestassementsdiffrentielsentrelesquipementsetpourquilibrerleslourdeschargesdela structure. Seulementdeuxpartiesnesontpasralisessurmicropieuxdufaitdelabsence dquipement : Lazone Bulkywaste entreleslignesAetBetlairedestationnementinclineentreles lignes B et C. La fosse des dchets waste pit est directement fonde sur la roche. Touteslespartiesdelusineau-dessusdelagalerieexistantesontfondessurdesttesde pieux de 7.5 mtres de long pour viter un accroissement des charges sur la galerie existante. Les charges horizontales sont distribues par un radier global, lequel travail comme une poutre horizontale entre la fosse des dchets (directement fonde sur la roche) et les fondations superficielles entre les lignes Gt et Ht. Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 13 2.5.Enjeu conomique et environnemental LenouveaucentreremplaceralusinedincinrationvieillissantedeBellozanneetsinscrit dans le plan environnemental global Keeping Jersey Special lanc par lEtat de Jersey. L'installation comprendra:- deux lignes d'incinration de 7,5 t/h chacune, permettant de traiter 105 000 tonnes de dchets par an; - un systme de traitement des fumes SECOLAB (Procd brevet LAB filiale traitement des fumes duGroupeCNIM)seclachauxetaucharbonactifcompltparunerductiondesmissionsde NOx de type SNCR permettant d'obtenir des performances environnementales exceptionnelles; - un turboalternateur de 10,2 MW qui pourra produire environ 7% 9% de l'lectricit de l'le. Dansunsoucid'efficacitconomiqueetenvironnementale,l'installationpartageracertains quipements avec la centrale nergtique de Jersey Electricity en fonctionnement sur le site. Aufinal,grcecetteralisation,l'EtatdeJerseyoptimisesagestiondesdchetsetfaitun grandpasdanssadmarcheenvironnementaleenconsidrantlesdchetscommenergie renouvelable.Ilsupprimeuneusineobsoltepourlaremplacerparuncentredevalorisation nergtique ultramoderne qui sera l'un des plus propres d'Europe et permettra d'alimenter en lectricit prs de 8000 foyers. 2.6.Description du sujet dtude LesujetestltudeenphasedexcutiondelusinedincinrationdeJerseyetplus prcismentlaZoneTurbine,leprojettantconstitudeplusieurszonesquelonpeuttudier sparment (voir annexe 1). Il consistera dans un premier temps dimensionner les structures en bton arm, voiles, poteaux, poutres et dalle, puis piloter les projeteurs pour le coffrage et le ferraillage. Pour apprhender la globalit dun tel projet, il est ncessaire den dtailler les parties. 2.6.1. Le dimensionnement Jersey dpendant du Royaume-Uni, les calculs se font laide des normes anglaises que sont les British Standards. Une tude comparative entre le BAEL 91 rv.99 et les British Standard sera faite au cours des tapes de calcul. Voir en annexe 2 le tableau rcapitulatif des comparaisons. La structure est fonde sur le rocher par des micropieux, la descente de charge sapplique donc directementaurocheretlarsistancedusolestconsidrecommengligeable.Pourle dimensionnement, deux logiciels seront tudier : le logiciel FER pour le calcul de section dacier, et le logiciel SYSTUS pour la modlisation du radier et la dtermination prcise des sections dacier de cette partie. Lestudesconcernentdoncessentiellementlapartiebtonarmdanslazoneturbine,plus prcisment : -Fondations (ttes de pieux, chevtres) -Radier -Contreventement Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 14 -Elments de la structure porteuse 2.6.2. Le pilotage des projeteurs Lerledelingnieurestdapprhendernonseulementunprojetdanssaglobalit,mais galementdenmatriserleslmentsconstitutifs.Ainsi,ilfautidentifier,formaliseretfourniraux projeteursles informationsncessaires laralisationadquatedes plans.Parmicesinformations,le type de ferraillage, la surface ferraille, les cotes des arrts de barres, les chapeaux pour le ferraillage suprieurs, sont autant dlments clarifier sur des cartes de ferraillage destin au projeteur. Enfin, le contrle des plans fait partie du travail de lingnieur et sera faire au fur et mesure. Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 15 3. Critres de conception 3.1.Matriaux Les spcifications du bton et des recouvrements sont choisis selon le BS 8500, tables A3-A4, qui ont t dtermines pour une dure de vie dau moins 50 ans. EnFrance,lesessaisdecompressiondubtonsefontsurcylindre,tandisquilssefontsur cubeenAngleterre.Pourlacier,lanotationdelacaractristiquedelarsistancelatractionest diffrente. Tableau 3.1.1 : Comparaison des notations du BS et du BAEL BAEL 91 rv.99BS 8110 fc28 sur cylindre fc28 =35 MPa fcu sur cube fcu = 45 N/mm - bton ex : C35/45 - acier fefy Letableausuivantdonnelesdiagrammesparabole-rectangleetcontrainte-dformationpour les vrifications ltat limite ultime du bton et de lacier, ainsi que les coordonnes caractristiques des deux courbes, et les coefficients de scurit des deux matriaux. Tableau 3.1.2 : Comparaison des matriaux du BS et du BAEL BAEL 91 rv.99BS 8110 mfcfcd2885 . 0= mfcufcd67 . 0= 15 . 1 =m 05 . 1 =m - bton - acier Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 16 3.1.1. Bton Le type de bton fournit pour ce projet est: C35/45,selonlaclassedexpositionXS3duBS8005,sousleniveau0.00metpourtoutle bunker. fcu = 45 N/mm Coefficient de Poisson = 0,20 Module dlasticitE=29.000 N/mm C30/37,selonlaclassedexpositionXC3duBS8005(protectionparlerevtement)partout ailleurs. fcu = 37 N/mm Coefficient de Poisson = 0,20 Module dlasticitE=28.000 N/mm La teneur minimal en ciment et le ratio maximal eau / ciment sont en accord avec le BS 8005. 3.1.2. Acier yk500 N/mmpour les aciers Haute Adhrence (T) yk250 N/mmpour les aciers lamins chaud (R) Module dlasticitE = 200 000 N/mm 3.2.Prescriptions particulire pour le bton arm 3.2.1. Fissuration La fissuration est limite selon le BS 8110 : W < 0.3 mm pour la structure bton. Pour la conception du waste bunker sous le niveau 0.00m, la fissuration est limite selon le BS 8007 (exposition svre ou trs svre : 2.2.3.3) : W < 0.2 mm 3.2.2. Recouvrement Selon le BS 8500 : Infrastructure : 5cm pour les lments en contact avec la terre, leau ou les dchets (tout le bunker) Superstructure : 3.5cm partout ailleurs (Bton XC3) Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 17 3.3.Donnes du site 3.3.1. Donnes de vent Vitesse du vent : s m Vb/ 24 = Vitesse du vent : 00 . 1 =aS facteur daltitude 00 . 1 =dS facteur de direction 00 . 1 =sS facteur de saison 00 . 1 =pS facteur de probabilit Vitesse du vent sur site : s m S S S S V Vp s d a b s/ 24 = = 99 . 1 =bS facteur de distance la mer Vitesse du vent effective : s m S V Vb s e/ 8 . 47 99 . 1 24 = = = Pression dynamique : kPa Pa q 40 . 1 1400 8 . 47 616 . 02= = = Voir annexe 3 pour la dfinition de la pression du vent sur les faces du btiment. NOTE :Lefacteursaisonnierdoittrerduit(selonlannexeDduBS6399Partie2)pourla vrificationdeslmentsdelastructurependantlaphasedeconstructiondubtiment,enparticulier pour la vrification du comportement des murs porteurs ( waste bunker , area6, ...). 3.3.2. Donnes du sol Remblai La pression de la terre sur les voiles ct de la fosse est calcule avec : 3/ 10 ' m kN = au-dessous le niveau de la nappe phratique 3/ 18 m kNh= au-dessus du niveau de la nappe phratique 333 . 0 = K le coefficient de pression du sol Sol 2 niveaux sont considrs : La partie suprieure : remblai La roche (daprs le rapport gologique et gotechnologique) 3.4.Charges Charges permanentes : Bton : 3/ 24 m kNb = Remblai : 3 3/ 10 ' ; / 18 m kN m kNs s= = Les charges apportes par les quipements sont donnes par le document Loads Drawings de CNIM. Les ractions des poteaux mtalliques sont donnes dans lannexe 6.LeschargesdexploitationsontapportesparlesdocumentsCNIMpourlairetechniqueet par les documents de EPR pour laire administrative Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 18 Unechargeminimalede250daN/mestimposepour lestages.Pour lessurfaceso ily a des cloisons, une charge minimale de 100 daN/m est impose. Les charges de vent sont appliques sur les poteaux mtalliques, voir lannexe 6. Selon le paragraphe 2.4.3.3 du BS 8110 Part 1, ces effets ne requiert aucun calcul spcifique lELU. 3.5.Combinaisons de charges Au cours du projet, il a t pratique de dfinir les charges de la sorte : DL : Dead loads (charges permanentes) LL : Live loads (charges dexploitation) EW : Earth and Water pressure (pression apporte par la terre et leau) WL : Wind loads (charges de vent) 3.5.1. Etat Limite de Service SLS : WL EW LL DL 0 . 1 0 . 1 0 . 1 0 . 1 + + + 3.5.2. Etat Limite Ultime ULS1 : EW LL DL 4 . 1 6 . 1 4 . 1 + + ULS2 : WL EW DL 4 . 1 4 . 1 4 . 1 + + ULS3 : WL EW LL DL 2 . 1 2 . 1 2 . 1 2 . 1 + + + Dans le BAEL 91 rv.99 Charges permanentes : G Charges dexploitation : Q Vent : W Neige : Sn Etat limite de Service : ELS Q G 0 . 1 0 . 1 + Etat Limite Ultime : ELU 1.35G+1.5Q 1.00G+1.5Q 1.35G+1.5Q+W G+1.5W Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 19 Radier + Voiles+ DallesPoids propre + Terre4. Etude du PC21 Elments de comparaison BS / BAEL Cette partie a pour but de calculer les sections dacier dune simple poutre. Des lments de comparaison des deux normes peuvent alors tre abords. 4.1.Prsentation de la structure Sur le site, lexistence dune galerie empche limplantation dun ct du btiment mme le sol.Pourpaliercetimpratif,unetudeatfaite pourpositionnerdeschevtres(12chevtresau total),quisoutiendrontlensembledelastructure.Enphasedexcution,ilestalorsdemanderde dterminer le ferraillage de chaque poutre (voir annexe 4). Le site tant une ancienne dcharge, les fondations ont t faites sur micropieux pour pouvoir franchirlesobstacles,notammentlarocheetlesproduitsdedmolitiondelanciennedcharge.Les micropieux sont assimils des appuis simples pour les calculs. Ltude se limitera ici au chevtre PC21 dont les dimensions sont : Largeur : b=1.4m Longueur : l=7.5m Hauteur : h=7.5m Il est situ de -1.15m -2.95m en profondeur. Modlisation des charges :

QuecesoitauBSouauBAEL,lescalculssefontlaidedesformulesclassiquesdela rsistance des matriaux. Le dtail des charges est donn dans la note de calcul situe en annexe 5. Porte effective : La porte effective dune poutre sur appuis simple peut tre prise comme la plus petite distance entre ladistanceentrelescentresdappuis,etladistanceentrenusdappuisauquelsajoutelahauteur effective. Selon le BAEL 91 rv.99 La porte prendre en compte pour les calculs est mesure entre nus dappuis. Figure 4.1.1 : Modlisation du PC21 Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 20 4.2.Dtermination de la section daciers longitudinaux Hypothses de dpart : La distribution des dformations dans le bton en compression et des dformations des aciers, quecesoitentensionouencompression,estissudelhypothsequelasectionplanereste plane. La tension dans le bton est nglige. Lescontraintesdanslesacierssontissusdudiagrammedformation-contraintevu prcdemment, donn avec 05 . 1 =m Hauteur effective : Pour la dtermination de la hauteur effective d, il faudrait effectuer un calcul rapide donnant la section dacier ncessaire dans la poutre. De la hauteur de la poutre sont dduit lenrobage, le diamtre du cadre, et la distance au centre de gravit de la section dacier. Nanmoins, la hauteur de la poutre tant relativement grande, il est possible dapproximer la hauteur effective d=0,9h : m h d 62 . 1 80 . 1 9 . 0 9 . 0 = = = Encoreunefois,lacrationduntableauExcelpermetdecalculerlasectiondacierpour diffrents points de la poutre, et ainsi adapter le ferraillage. Deux points particuliers sont envisager, c'est--diremitrave,et4.15m,losappliquentleschargesconcentres.Eneffet,lescharges rpartiesimpliquerontunmomentmaximalmi-trave,etleschargesponctuellesaupointoelles sont appliques. Dtermination de la section dacier : La dtermination de la section dacier se fait selon le droulement suivant : =|||

\| + ==z fMAKd zfcu bdMKys95 . 09 . 025 . 0 5 . 0 Pour un bton C35/45, et au point le plus sollicit : === = 2 . 9655 . 1036 . 0. 7123cm Am zKm kN Ms Section choisie : 2x6HA40 5 . 96 cm As = Pour les prochains calculs, il est utile de crer un tableau Excel qui donnera rapidement les rsultats menant la dtermination de la section dacier. Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 21 Selon le BAEL 91 rv.99 La dtermination de la section dacier se fait selon le droulement suivant : = = ==ssbczMAd zf bdM) 4 . 0 1 (8 . 02 1 1 avec : = = === =MPafMPaffsesbcbc43515 . 150083 . 195 . 135 85 . 0 85 . 028 Pour un bton C35/45 et au point le plus sollicit : ==== = 5 . 10154 . 1123 . 0093 . 0. 6797cm Am zm kN Ms Section choisie : 2x7HA32 6 . 112 cm As = Les coefficients de pondration lELU au BAEL sont plus faible quau BS. Le moment obtenus est donc lui aussi plus faible, nanmoins, la section dacier au BAEL est nettement plus leve au BAEL. 4.3.Dtermination de la section dacier transversaux La contrainte transversale est calcule laide de la formule : bdVv = En aucun cas v ne doit dpasser{ } / 5 ; 8 . 0 min mm N fcu . La rsistance au cisaillement rclame un pourcentage minimal dacier. Les sections et la forme du ferraillage est donn, daprs le BS, dans le tableau suivant : Tableau 4.3.1 : Pourcentage dacier transversal Valeur de v en N/mm Forme de ferraillage transversale Section des aciers transversaux cv 5 . 0 < Il nest pas ncessaire de mettre des aciers dans les petites sections de type linteaux - ) 4 . 0 ( 5 . 0 + < 400 100*As/(bv*d)vcen N/mm 3,001,351,261,191,141,06 La cration dun tableau Excel permettra dobtenir rapidement la valeur de vc pour les prochains calculs. Au point le plus sollicit : 28 . 1 2914 = = v kN V Ferraillage de cisaillement minimal :ml cmsAsv/ 8 . 11500 95 . 04 . 1 4 . 0= Ferraillage de cisaillement : / 56 . 044 . 0162 1407 . 100 100 100400 16201400 7 . 100maxmaxmm N vd bAsmm mm dmm bcm Ascvv= ==> === ml cmsAvsv/ 8 . 24500 95 . 0) 44 . 0 28 . 1 ( 4 . 1=

Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 23 Selon le BAEL 91 rv.99 Au point le plus sollicit : kN V 2782 = Ferraillage de cisaillement minimal : ml cmfebsAtt/ 2 . 115004 . 1 4 . 0 4 . 0== Vrification lappui : 1 . 113 0 . 6450015 . 1 2782cm cmfVAes us< === Il faut aussi faire une vrification de la rsistance au cisaillement : MPa MPafcMPad bVbuuuu4 . 1 5 . 1 ;06 . 0min 23 . 11620 140010 2782283=)`= == = 4.4.Longueur de recouvrement Longueur minimum de recouvrement : 300 mm Pour un bton C35/45, les longueurs de recouvrement sont donnes dans le tableau suivant : Tableau 4.4.1 : Tableau des valeurs de recouvrement K = Ll / Rsistance de lacier 460MPa Recouvrement en tension 100%(face coffre)35 Recouvrement en tension 140%(face non coffre)49 Recouvrement en tension 200%(coin du coffrage)70 Recouvrement en compression35 Selon le BAEL 91 rv.99 Pour un acier de rsistance feE500 et un bton de 35MPa, la longueur de recouvrement est de 34 =sl Au BAEL, il ny a pas de distinction entre face coffre ou non coffre pour le recouvrement. Cependant, on retrouvera la distinction dans les Eurocodes. Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 24 4.5.Principe de ferraillage Figure 4.5.1 : Principe de ferraillage du PC21 Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 25 5. Etude du radier Lebutdecettetudeestdedterminerladispositiondes armaturesduniveau+0.00,afinde fournirauxprojeteursdescroquisdeferraillage,quiservirontdemodleauxplansdexcutiondu radierpourlechantier.LtudeestfaitelaidedeSYSTUS,logicieldecalculauxlmentsfinis. Une vrification du 5.1.Modle aux lments finis Le premier tage (niveau +0.00m) a une paisseur de 500mm pour la zone administrative (zone 2) et 350mm pour les autres zones (zones 1, 3, 4, 5). Figure 5.1.1 : Dfinition des zones tudies Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 26 Un modle aux lments finis en 3D a t fait pour analyser le comportement de la dalle sous diffrentschargements.Lepremiertageauniveau+0.00matmodlisavecdeslments8 nuds. La taille moyenne dune maille est de m m 1 1 . Leslongrinessontmodlisespardeslmentsdepoutreetnapparaissentpasdansles courbes isovaleurs qui seront obtenues. Il faut exploiter le modle pour obtenir le ferraillage ncessaire dansleslongrines.Nanmoins,deuxcasdfavorableseprsentent :lepassageduncamionmi-travedunelongrine,etlexcentrementdesvoilesparrapportuneautrelongrine.Cestdoncpar calcul manuel quil faudra les tudier, ce qui ne rentre pas en compte dans ltude ci-prsente. Il est important de prciser les conditions limites. Le modle est bloqu verticalement au droit desvoiles.Lesttesdepieuxnepeuventtrereprsentparunpoint,cequidonneraitdesefforts ponctuels important mais locaux, et ne reprsenteraient pas la ralit. Ils ont donc t maills en tant que surface et considrs comme des appuis lastiques. 5.2.Charges En Angleterre, la densit du bton est de 3/ 24 m kNb = , le poids propre de la structure est priseencompteautomatiquementdanslemodle.Leschargessontdfiniesdanslanotetechnique : 4081-20-02/64-I-0002-I : plinths loads. Selon la note technique : 4081-20-02/64-I-0001-D : loads definition, les surcharges de chaque zone sont : Zone 1 : / 15 m kN Zone 2 : / 5 m kN Zone 3 : / 15 m kN Zone 4 : / 20 m kN Zone 5 : / 15 m kN Le modle aux lments finis global prend en compte les charges permanentes et les charges dexploitation. Unmodlelocalatcrpourmodliserlesdformationsduesautassementdiffrentiel. Dans ce cas, la charge impose est un dplacement. Leradierestconsidrcommelastique,cequipermetdadditionnerlesefforts.Cette hypothse sera vrifie lors du calcul des sections dacier. 5.3.Tassements diffrentiels Letassementdiffrentielestunfacteurquientreenjeudansladformationduradier.Ilest provoqu par les micropieux. Danslanoteexpliquantlesdtailsdecalculdesfondations,lentreprisedeconception gotechnique RaisonFosterAssociates fournitunecourbequipermetdobtenirletassement diffrentiel en fonction de la charge applique. Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 27 . Dans un premier temps, une charge maximale de 10 000kN donnait un tassement diffrentiel de 3.5mm. Lemodle montrait alors la rupture du radier, il a donc fallu rviser le choix de la charge applique. Les charges permanentes ne provoquant pas de tassement diffrentiel, il est possible de ne prendreencomptequeleschargesdexploitation,quisontdunmaximumde5 000kN,donnantune valeur de 1.75mm de tassement diffrentiel. Le tassement diffrentiel entre les appuis est pris 1.75mm, il est appliqu lendroit le plus dfavorable dans un modle aux lments finis local, c'est--dire l o la distance entre micropieux est minimale. 5.4.Principe de ferraillage LelogicielFERTIT,logicielinterneSpieBatignolles,permetdecrerlescartesde ferraillage partir des rsultats de SYSTUS. Il permet aussi de vrifier que les armatures ne sont pas plastifies et vrifie ainsi le modle. Ici, lhypothse dlasticit est donc vrifie. Figure 5.3.1 : Courbe donnant le tassement diffrentiel en fonction de la charge Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 28 Lescourbesisovaleursobtenuesreprsententlessurfacespourlesquellesilestncessairede ferrailler, et enquellequantit.Uneexploitationmanuelledescartesde ferraillagepermetdefournir aux projeteurs les croquis qui serviront de base aux plans dexcutions. Ilsagitalorsdereprerleszonesolessectionsdaciersontlesplusimportantes,etde choisir un ferraillage en fonction. Sur le schma sont tracs de manire explicite les dtails des barres dacier.Uncalculsparateffectupourdterminerleferraillagencessairepourrsisterau tassement diffrentiel. Les croquis de ferraillage tiennent compte de lajout. Lescourbessuivantesreprsententlesnappesinfrieuresetlesnappessuprieuresduradier dans la direction de x et dans la direction de y. Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 29 Figure 5.4.1 et 5.4.2 : Principe de ferraillage du radier, nappe suprieure et nappe infrieure, dans la direction de X Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 30 Figure 5.4.3 et 5.4.4 : Principe de ferraillage du radier, nappe suprieure et nappe infrieure, dans la direction de Y Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 31 m hm em l125 . 036111===m hm em l124 . 019444===m hm em l125 . 036333===m hm em l125 . 019222===19m 36m 30m 1243x=0 y=0 x y Figure 6.1.1 : Modlisation de la structure 6. Etude du contreventement Lesproblmesdecalculetdecomportementlastiquedesvoilessontcommunsauxcasde ventetdusisme.Parrapportdautressystmesconstructifstelsque lesportiques,lesstructures mursporteursenbtonprsententplusieursavantages,parexempleleurprsencelimiteles dformations latrales, et leur rigidit permet de protger les lments non structuraux et les quelques poteaux existants. Plusieurs mthodes existent, leurs applications dpendent du modle choisi, compte tenu de la formedubtiment,desdispositionsetdelargularitdesmurs,delexistenceetdelapositiondes ouvertures. 6.1.Hypothses Les ouvertures dans les voiles reprsentent un pourcentage suffisamment faible pour pouvoir considrerdesvoilespleins.Linfluencedesouverturesentraneraunemodificationdela rigidit du voile. Lerapportdelahauteurlalargeurtantsuprieur1.5,lefonctionnementdesvoilesest assimil un fonctionnement en console courte. Lescalculsdechaquevoileatfait,considrantlevoilecommenonraidisparlesvoiles adjacents. Ltudeestfaiteenstatique,leseffortshorizontauxtantdusauventetnonauxvibrations sismiques. Modlisation : Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 32 Figure 6.2.1 : Modlisation dune console courte 6.2.Modle de comportement Cettemthodedtudeducontreventementsappuiesurladterminationdesrigiditsdes voiles, et passe par les calculs de leur section pour avoir le centre de torsion. En effet, les voiles sont considres comme des consoles courtes plutt que comme des consoles longues. Modlisation : Lecalculducontreventementsefaitparladterminationdeladformationenflexionet leffort tranchant. Un calcul rapide dmontre que la dformation la flexion est ngligeable devant la dformation leffort tranchant, cest donc sur ce dernier point que ce base les calculs suivants. Ladformationproduiteparlefforttranchantsetraduitparundplacementrelatifdedeuxsections voisines distantes de dx, correspondant une translation dv parallle leffort tranchant, telle que : 1 =GVdxdv G est le module dlasticit transversale, sa valeur est : ) 1 ( 2 +=EG 1 est la section rduite prendre en compte pour le calcul de la dformation deffort tranchant. Pour un rectangle, sa valeur est de : l e = 651 La dtermination des raideurs se fait par la formule : hl e EhGKi = = 1251 La raideur de chaque voile est alors : = == == == =164163162161. 739012 1219 4 . 0 10 28000 5. 1750012 1236 5 . 0 10 28000 5. 924012 1219 5 . 0 10 28000 5. 1750012 1236 5 . 0 10 28000 5m MN Km MN Km MN Km MN K Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 33 Figure 6.3.1 : Reprsentation des efforts de vent Dtermination des sections :i i il e S = = == == == =242322216 . 7 19 4 . 018 36 5 . 05 . 9 19 5 . 018 36 5 . 0m Sm Sm Sm S Dtermination de la position du centre de torsion de chaque voile : Pour le voile 1 := == =12 6 2 / 3625 . 0 2 / 5 . 011yx Pour le voile 2 := == =75 . 29 25 . 0 305 . 9 2 / 1922yx Pour le voile 3 := == =12 6 2 / 3675 . 18 2 / 5 . 0 1933yx Pour le voile 4 := == =2 . 0 2 / 4 . 05 . 9 2 / 1914yx Dtermination du centre de torsion de la structure : =+ + + + + + ===+ + + + + + ==5 . 136 . 7 18 5 . 9 186 . 7 2 . 0 18 12 5 . 9 75 . 29 18 125 . 96 . 7 18 5 . 9 186 . 7 5 . 9 18 75 . 18 5 . 9 5 . 9 18 25 . 0ii iGii iGSS yySS xx 6.3.Dfinition des charges -Charge de vent : au plus dfavorable, les pressions de vent sont dfinies comme tel : La rsultante en est la somme, la pression du vent est donc de : P=1.42 kN/m Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 34 x y Figure 6.3.2 : Localisation des charges apportes par la charpente mtallique -Leschargesapportesparlacharpentemtalliquesontdonnesparlesdocuments de Campbell Reith (voir annexe 6) et sont dfinies comme suit : Tableau 6.3.1 : Dfinition des charges en kN apportes par la charpente mtallique RferenceCharges permanentesCharges d'exploitationCharges de ventCharges permanentesCharges d'exploitationCharges de ventCharges permanentesCharges d'exploitationCharges de vent7 350 0 300 10 10 270 10 10 1258 450 0 500 10 10 270 10 10 20013 555 325 300 10 10 270 10 10 12514 450 0 500 10 10 270 10 10 20017 375 0 200 10 10 225 10 10 5018 375 0 200 10 10 225 10 10 5023 220 0 0 10 10 10 10 10 13024 320 280 0 10 10 10 10 10 13052 40 0 100 10 10 20 10 10 17553 40 0 100 10 10 20 10 10 17554 40 0 100 10 10 20 10 10 175Effort normal Effort tranchant (dans la direction de X) Effort tranchant (dans la direction de Y) Les efforts ne sont pas concomitants, tant initialement les valeurs enveloppe. 6.4.Distribution des efforts dans chaque voile Daprslesformulesdonnesprcdemment,ilestpossiblededterminerlarpartitiondes efforts repris en tte de voile. En effet, les efforts dans la partie basse sont repris par des semelles qui reposent sur le sol. Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 35 Figure 6.4.1.1 : Schma du vent dans la direction de X Figure 6.4.1.2 : Modlisation sous forme dune poutre isostatique i iK yhGy WGh Wy = = =11 6.4.1. Cas 1 : vent dans la direction de X Modlisation : ) (4 2 4 2K K y W W Wx x x+ = + = = = ===kNhl P Wm MN Km MN Kx30721236 42 . 12. 7390. 92401412 Calcul de la rsultante des forces (centre sur le voile) : kN F Fi1357 307 225 2 20 3 270 21= + + + = = Au final on obtient les efforts repris en tte de voile par le voile 2 et le voile 4 : Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 36 Figure 6.4.2.1 : Schma du vent dans la direction de Y Figure 6.4.2.2 : Modlisation sous forme dune poutre isostatique = += +== += +=kN FK KKWkN FK KKWxx603 18977390 92407390754 13577390 9240924014 24414 222 6.4.2. Cas 2 : vent dans la direction de Y Modlisation : kNhl P Wy16221219 42 . 12= = = Calcul de la rsultante des forces (non centre sur le voile) : kN F Fi617 162 130 200 1252= + + + = = mFx Fxi i7 . 1061719 200 5 . 9 ) 162 130 ( 0 1252= + + + == Les voiles 1 et 3 ont les mmes caractristiques, les efforts repris par les voiles 1 et 3 sont : Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 37 Figure 6.5.1 : Schma du moment de torsion kNWW Wyy y309261723 1= = = = ==kN WkN Wyy30930931 6.5.Dtermination du moment de torsion Lecentredepousseduventtantexcentrparrapportaucentredegravit,unmomentde torsion entrane des efforts supplmentaires qui doivent tre pris en compte. Modlisation : 6.5.1. Dtermination des bras de levier : Centre de torsion : ==m ym xGG5 . 135 . 9 Centre de pression : = ==m ym xCC12 6 2 / 367 . 10 = = == = =m y y dx x dC G yC G x5 . 1 12 5 . 132 . 1 5 . 9 7 . 10 6.5.2. Cas 1 : vent dans la direction de X m kN d F My t. 2036 5 . 1 13571 1= = = Etudes dexcution des structures bton arm de la zone turbine dune usine dincinration Jersey suivant les normes anglaises 38 Pourdterminerlemomentdetorsion,onutiliseunsystmedquationquipermettradetrouverles inconnues. + + + == + = + G G G G ty W y b W x a W x W MW WW W4 2 3 1 14 23 1) ( ) (00 Le flux de cisaillement, qui est une constante, est dfini par : cte ei i= = i i i i il l e W = = Ainsilesquationssesimplifientpourpermettredetrouverlefluxdecisaillement,quipermettrade calculer les efforts dans chaque voile induit par le moment de torsion : m kNy l y b l x a l x l MG G G G t/ 79 . 1) 5 . 13 19 5 . 16 19 5 . 9 30 5 . 9 30 ( 2036) ( ) (114 1 2 1 3 1 1 1 1= + + + = + + + = = = = = = = = = kN W WkN W WkN WkN W345434 19 79 . 154 30 79 . 12 43 321 6.5.3. Cas 1 : vent dans la direction de Y m kN d F My t. 740 2 . 1 6172 2= = = m kNy l y b l x a l x l MG G G G t/ 65 . 0) 5 . 13 19 5 . 16 19 5 . 9 30 5 . 9 30 ( 740) ( ) (224 2 2 2 3 2 1 2 2= + + + = + + + = 1 2 = = =MPaelMeNvwv Il nest pas ncessaire de ferrailler ce voile. Vrification de la rsistance du bton : La valeur admissible du bton C30/37 est : MPa 5 . 165 . 137 67 . 0== MPa MPaelMeNvwv5 . 16 45 . 1 36 5 . 010 4356 65 . 010 7056min3 3maxmax< = += + = Dtermination de la section dacier : Celle-ci se fera daprs la mthode dtaille dans larticle The provision of tension and compression reinforcement to resist in-plane forces de Monsieur L.A.Clark. Voir annexe. + = + =sdy ysdx xfeAfeA) () ( Il nest pas ncessaire de faire lapplication numrique pour constater que