Rapport PFE ESPRIT Fahd Maatouk.pdf

________________________________________________________________________________________________________________

PROJET DE FIN D’ETUDE 1/71 2013-2014

Dédicaces

Je rends grâce à Dieu de m’avoir donné tant de courage, de volanté et de patience pour

l’élaboration de ce modeste projet de fin d’étude que je dédie :

A mon cher père

Qui a su être à mes côtés dans les moments difficiles,

Pour son encouragement et sa générosité sans limites,

Pour ces sacrifices durant toute sa vie afin de me voir devenir ce que je suis.

A ma chère mère

Pour ses sacrifices demeurés et son amour infini,

Que dieu la garde pour moi afin que ses prières me protègent et que ses regards suivent ma

destinée.

Aucun mot ne serait assez loquace pour témoigner les sentiments de reconnaissance que

j’éprouve à leurs égards. J’espère pouvoir réaliser aujourd’hui l’un de leurs rêves et les

honorés.

A ma sœur Chourouk et mon frère Farouk

Qui ont été toujours prêts à me renforcer et me donner l’espoir.

J’espère que ma réussite leur donne le bon courage dans leurs études.

A toute ma famille et mes amis

A tous ceux qui m’ont supporté, encouragé et soutenu.

A tous ceux qui me sont chers.

________________________________________________________________________________________________________________


Remerciements

Avant le développement du contenu de ce rapport, je tiens à exprimer toute ma gratitude

à mes encadrants à ESPRIT Monsieur Oueslati AYOUB et Madame Ben Salem ZEINEB pour

leurs dévouements et leurs aides précieuses dont ils ont toujours fait preuve tout le long de ce

projet.

Je tiens également à remercier Monsieur Fredj MAATOUK Ingénieur conseil et mon

encadrant au bureau d’étude BFM pour son assistance régulière et son aide par son expérience

et compétences.

Je tiens aussi à saluer Monsieur Adel MAATOUK Ingénieur au bureau d’études BFM

pour ses conseils judicieux.

Mes profondes reconnaissances à tous mes enseignants de l’ESPRIT qui m’ont

accompagné tout au long de ma formation et à toutes les personnes qui ont contribué

directement ou indirectement aux déroulements de ce projet de fin d’études.

Finalement, je remercie mes honorables membres du jury d’avoir accepté de juger mon

travail.

________________________________________________________________________________________________________________


Sommaire

INTRODUCTION ......................................................................................... 9

Présentation Et description architecturale du projet .................................... 10

Avant-propos : -------------------------------------------------------------------------------------- 11

I- Présentation du projet -------------------------------------------------------------------------- 11

I.1- Situation du projet ............................................................................................ 11

I.2- Description du bâtiment .................................................................................... 12

Partie 1: Béton armé .................................................................................... 15

II .Conception architectural du projet ----------------------------------------------------------- 16

II.1- Joints de structure ............................................................................................ 17

II.2- Planchers ......................................................................................................... 19

Caractéristiques des matériaux, Hypothèses de calcul, Evaluation des

charges ................................................................................................................. 24

Avant-propos : -------------------------------------------------------------------------------------- 25

III.1. Normes et règlements de calcul ----------------------------------------------------------- 25

III.1.1. Planchers ..................................................................................................... 25

III.1.2. Fondation superficielle ................................................................................ 25

III.2. Caractéristiques des matériaux ------------------------------------------------------------ 25

III.2.1. Caractéristiques du béton ............................................................................ 25

III.2.2. Caractéristiques de l’acier ........................................................................... 26

III.3. Hypothèses de calcul ----------------------------------------------------------------------- 27

IV. Evaluation des charges ----------------------------------------------------------------------- 28

IV.1 Chargement des dalles .................................................................................... 28

IV.2 Chargement des poutres .................................................................................. 31

V. Calcul manuel d’escalier ---------------------------------------------------------------------- 32

V. 1. Données .......................................................................................................... 32

V. 2. Charges ........................................................................................................... 32

V. 3. Moment ELU .................................................................................................. 32

________________________________________________________________________________________________________________


V. 3. Moment ELS .................................................................................................. 34

V. 3. Acier sur appuis ............................................................................................ 34

Partie2 : charpente métallique ..................................................................... 35

VI.1. Introduction a la charpente métallique --------------------------------------------------- 36

VI.2. Conception de bâtiment -------------------------------------------------------------------- 37

VI.3. Justification des types de profilés des éléments de la charpente métallique ------- 42

VI.4. Descriptif ------------------------------------------------------------------------------------- 42

VI.5. Hypothèses de calcul ----------------------------------------------------------------------- 43

VI.6. Charges et surcharges ---------------------------------------------------------------------- 44

VI.6.1. Vent ............................................................................................................. 45

VI.6.2. Charges permanentes .................................................................................. 46

VI.6.3. Charges exploitations .................................................................................. 46

VI.6.4. Pente versants .............................................................................................. 46

VI.6.5. Règlement ................................................................................................... 46

Calcul du vent et dimensionnement de l’ossature ....................................... 47

VII. Calcul du vent -------------------------------------------------------------------------------- 48

VII.1. Les impératifs technique liés à une charpente métallique ............................ 48

VII.2. Notations et définitions ................................................................................. 48

VII.3. Pression du vent appliquée à la structure ...................................................... 49

Calcul manuel de quelque élémentents de structure en charpente métallique

............................................................................................................................. 53

VIII. Calcul manuel des pannes------------------------------------------------------------------ 54

VIII.1. Les charges .................................................................................................. 54

VIII.2. Calcul des composants des efforts ............................................................... 54

VIII.3.Combinaisons des charges : (ELU) .............................................................. 55

VIII.4.Vérification de la flèche : ............................................................................. 56

VIII.5. Vérification des contraintes : ....................................................................... 57

IX. Calcul des liernes ------------------------------------------------------------------------------ 58

X. Effort du Vent ---------------------------------------------------------------------------------- 59

X.1. Pression dynamique de calcul ......................................................................... 59

________________________________________________________________________________________________________________


X.2. Action intérieures ............................................................................................ 60

X.3. Action extérieurs ............................................................................................. 61

XI. Calcul de poteau pignon ---------------------------------------------------------------------- 65

XI.1. Poteau pignon 1 .............................................................................................. 65

XI.1.1. Vérification de la flèche .............................................................................. 66

XI.1.2. Vérification de la résistance ........................................................................ 66

XI.2. Poteau Pignon 2 ............................................................................................. 66

XI.2.1 Vérification de la flèche ............................................................................... 67

XI.2.2 Vérification de la résistance ......................................................................... 67

________________________________________________________________________________________________________________


Liste des figures

Figure 1 : Situation géographique du projet .................................................................... 11

Figure 2 : Plan d’implantation du futur projet ................................................................. 12

Figure 3 : Vue en 3D du bâtiment ................................................................................... 12

Figure 4 : Coupe E-E sur le bâtiment .............................................................................. 14

Figure 5 : Emplacements du joint de dilatation (Bloc1) ................................................. 18

Figure 6 : Emplacements du joint de dilatation (Bloc2) ................................................. 18

Figure 7 : Détachement de la plaque inferieure de la dalle en corps creux (Sbitla) ........ 19

Figure 8 : Acier mal enrobé ............................................................................................. 20

Figure 9 : Dalle pleine ..................................................................................................... 21

Figure 10 : Les formes carrées et les réservations des dalles pleines du bloc1 ............... 22

Figure 11 : Les formes irrégulières des dalles pleines du bloc2 ..................................... 22

Figure 12 : dimensionnement des planchers en dalle pleine ........................................... 23

Figure 13 : Coupe sur plancher intermédiaire ................................................................. 28

Figure 14 : Tableau des aciers ......................................................................................... 33

Figure 15 : Coupe sur l'escalier ....................................................................................... 34

Figure 16 : Type de bâtiment en charpente métallique ................................................... 37

Figure 17 : Couverture NERVESCO (1000T 0.75) ........................................................ 38

Figure 18 : Les pannes et les liernes ............................................................................... 39

Figure 19 : Assemblage pannes et liernes ....................................................................... 39

Figure 20 : Portiques avec traverse à âme pleine renforcée avec jarret .......................... 40

________________________________________________________________________________________________________________


Figure 21 : Poteaux de pignon ......................................................................................... 41

Figure 22 : Contreventements vertical (croix de saint André) ....................................... 41

Figure 23 : Structure modéliser sur Robot ...................................................................... 43

Figure 24 : Exemple d’un portique en charpente métallique du bloc3. .......................... 45

Figure 25 :L’effet du vent sur la structure ....................................................................... 49

Figure 26 : Régions du vent ............................................................................................ 50

Figure 27 : Les composants des efforts ........................................................................... 54

Figure 28 : Moment appliqué à la panne. ........................................................................ 57

Figure 29 : Coefficient de réduction des pressions dynamiques ..................................... 59

Figure30:Constructions prismatiques a base quadrangulaire reposant sur le sol ...... 60

Figure 31: Coefficient Ce (toitures a un ou plusieurs versants plans)............................. 61

Figure 32 : La répartition des efforts du vent sur les poteaux pignions 1 et 2. .............. 65

Figure 33 : Le diagramme des efforts du vent normal a la grande face. ......................... 63

Figure 34 : Le diagramme des efforts du vent normal a la petite face. ........................... 64

________________________________________________________________________________________________________________


Liste des Tableaux

Tableau 1: Charges permanentes des éléments des plancher intermédiaires (Bloc2:

Restaurants) .............................................................................................................................. 28

Tableau 2 : Charges permanentes des éléments du plancher terrasse (Bloc1 et Bloc2) . 29

Tableau 3 : Charges d’exploitions .................................................................................. 30

Tableau 4 : Tableau récapitulatif des charges permanente dues aux murs dans le

bloc2(Restaurants). ................................................................................................................... 31

Tableau 5 : Tableau récapitulatif des charges permanente dues éléments de façades et

aux acrotères. ............................................................................................................................ 31

Tableau 6 : Zonage et valeurs des pressions dynamiques de base en Tunisie ................ 50

Tableau 7 : Tableau des Ce calculé. ................................................................................ 62

________________________________________________________________________________________________________________


INTRODUCTION

La formation d’ingénieur à ESPRIT passe par un stage de fin d’études d’au moins quatre

mois au cours duquel l’élève ingénieur met en pratique et consolide les connaissances qu’il a

apprises au cours des 5 semestres précédents et ceux à travers l’étude d’un projet réel.

Pour mon stage de fin d’étude j’ai choisi l’étude de structure d’un projet de construction

d’un centre d’animation dans la zone de Tunis.

Ce projet de par sa singularité présente des spécificités qui m’ont tout de suite séduit.

L’étude d’un bloc en charpente métallique mais aussi deux blocs en béton armé sont autant

d’éléments qui reflètent la richesse et la diversité des structures à concevoir.

Mon choix de travailler sur une structure en béton armé et une structure en charpente

métallique s’inscrit dans une volonté de maîtrise et de spécialisation des structures en béton

armé et charpente métallique. Après deux projets de fin d’année en béton armé, j’ai souhaité

parfaire ma formation en m’attaquant à cette spécialité redouté pour sa complexité de

conception et de dimensionnement.

Concevoir la structure d’un bâtiment ne peut se faire sans une compréhension précise et

détaillée de l’architecture, j’ai donc analysé l’architecture et dégagé les contraintes qui en

découlent.

Ce projet présente des défis de taille pour l’élève ingénieur que je suis. Ceux-là m’ont

poussé à effectuer un travail de recherche important afin de comprendre et cerner les

phénomènes, les normes mais aussi les dispositions constructives propre.

Enfin j’ai souhaité profiter de ce projet de fin d’étude pour apprendre à modéliser une

structure métallique et une structure en béton armé sur le logiciel d’analyse de structure Robot

Autodesk Structural et Arche Effel.

________________________________________________________________________________________________________________


Présentation et description

architecturale du projet

________________________________________________________________________________________________________________


Avant-propos :

Dans ce chapitre, on va présenter le bâtiment et décrire ses principales caractéristiques.

I- Présentation du projet

I.1- Situation du projet

Le projet est à construire en face du complexe commercial Tunis City à Sabalet ben

Ammar ( 2032-Ariana-Tunis-Tunisie)

Ci-dessous on retrouve les figures 1 et 2 qui représentent l’emplacement du terrain

d’implantation du futur projet :

Figure 1 : Situation géographique du projet

________________________________________________________________________________________________________________


Figure 2 : Plan d’implantation du futur projet

I.2- Description du bâtiment

Le projet est un centre de loisir dont les études sont assurées par un groupe d'architectes

français Groupe 6 avec la collaboration de l'architecte Slim Ben Nessib, et le bureau d'étude

structure Maatouk Fredj

Le bâtiment s’étend sur un terrain de superficie totale égale à 16000 m2, il est d’une

largeur de 49m, une longueur de 328m et une hauteur de 14m par rapport au niveau du sol, et

le nombre total de mètres carrés couverts est de 20000 m².

Figure 3 : Vue en 3D du bâtiment

________________________________________________________________________________________________________________


Le projet est à construire en face du complexe commercial Tunis City, et il est

composé:

d'un espace de loisir couvert de 1800 m2 pour enfants de 3 à 6 ans de 30m x 60m avec

l'obligation de ne pas avoir de poteaux à l'intérieur de la salle , avec faible différence

de hauteur entre le faitage et la sablière du bâtiment, ce qui acconduit

automatiquement à concevoir un bâtiment en charpente métallique avec couverture en

bac acier, isolation thermique et étanchéité monocouche, pour pouvoir avoir une pente

du rampant au-dessous de 5%.

d'un bloc de onze restaurants, six au RDC d'une surface de 1000 m2, et cinq en étage

de 840 m2, les formes de ces bâtiments sont irrégulières, courbes en façade, avec la

possibilité de prévoir des appuis à l'intérieur des salles ce qui a conduit vers la solution

poteaux, poutres et dalles pleines en béton armé.

d'un bloc composé de huit salles de cinéma 1553 spectateurs répartis comme suit, trois

salles à 122 fauteuils chacune, deux salles de 271 fauteuils chacune et deux salles de

126 fauteuils chacune, une grande salle de 393 fauteuils. Ces salles doivent répondre à

des contraintes acoustiques sévères, le système constructif adopté est le poteaux

poutres à grandes portées, le système portique a été évité pour ne pas avoir de grands

poteaux dans les salles gênants du point de vu acoustique et encombrement, la

stabilité horizontale est assurée par des voiles qui contreventent la structure dans les

deux directions. en dessous de ces salles et dans leur emprise un espace culture et

sport de 1445 m2.

d'un bloc composé de trois espaces de loisir couvert d'une surface totale de 4475 m2,

les architectes demandent pour ces espaces une maille régulière de 8x8m avec

skydome au centre de chaque trame ce qui conduit à une structure en béton armé

poteaux poutres et dalle pleine portant dans deux sens.

________________________________________________________________________________________________________________


Figure 4 : Coupe sur le bâtiment

________________________________________________________________________________________________________________


Partie 1: Béton armé

________________________________________________________________________________________________________________


II .Conception architecturale du projet

Une étude globale du bâtiment sera effectuée, qui a pour objectif la spécification des

paramètres importants concernant l'étude de la structure et le choix du système porteur.

La conception de la structure est une phase importante lors de l’élaboration d’un projet.

Son but principal est d’assurer un compromis permettant à la fois de satisfaire les exigences

structurales et architecturales, définir une structure en adéquation avec les contraintes du site

et sur tout minimiser le coût globale du projet. En effet, elle met en épreuve le savoir-faire de

l’ingénieur dans la mesure où elle varie d’un édifice à l’autre et ne présente pas des règles

absolues à suivre. L’expérience de l’ingénieur et sa réflexion y sont déterminantes.

La conception structurale permet de choisir le type d’ossature, le type de plancher, fixer

l’emplacement des éléments porteurs, elle permet de détermine la nature et la disposition des

éléments porteurs verticaux et horizontaux ainsi que des fondations. Cependant certaines

règles de résistance et de rigidité doivent être respectées telles que :

Eviter au maximum les retombées visibles des poutres et avoir recours à de grandes

portées dans le cas où les retombées ne peuvent pas nuire à l’aspect esthétique sachant

que le bâtiment contient un espace de loisirs et des restaurants.

Choisir l’emplacement des poteaux sachant que celui-ci ne doit en aucun cas gêner

l’usage fonctionnel de l’ouvrage.

Prendre en considération les données du rapport géotechnique.

Pour le présent projet la structure porteuse choisie est une ossature classique de

poteaux, poutres et des dalles en béton armé.

Le système porteur « poteau-poutre » est caractérisé par sa stabilité, son aspect

économique et sa facilité d’exécution, en effet, on a adopté des solutions pratiques vu que la

première contrainte étant rencontrée pour l’implantation des poteaux est la fonctionnalité des

locaux et sur le plan esthétique la forme des poteaux circulaires dans plusieurs cas, aussi

l’implantation et le choix des sections des poteaux sont faits de telle sorte que ces derniers

soient incorporés dans les murs, tout en respectant les exigences structurales et en évitant le

plus possible le recours à des poteaux naissants.

________________________________________________________________________________________________________________


II.1- Joints de structure

Avant d’élaborer la conception relative à la structure il est impérieux de définir

l’emplacement des différents joints afin d’éviter la déstabilisation entre les éléments de la

construction en béton armé dû aux variations de température, retrait dû au durcissement du

béton, fluage et le gonflement initial du béton... De ce fait on commence tout d’abord par

chercher à mettre les joints de dilatation ou de rupture selon la nécessité en appliquant les

règles du BAEL qui disent que les distances maximales entre les joints sont définies en

fonction des régions et du climat. Le respect de ces distances ne nécessite pas une justification

de la structure vis-à-vis du gradient thermique, en effet, dans les calculs relatifs aux

« constructions courantes » et aux « constructions industrielles », on peut ne pas tenir en

compte les effets du retrait et des variations de température pour les éléments de constructions

compris entre joints distants au maximum de :

25 m dans les régions sèches et à forte opposition de température

50 m dans les régions humides et tempérées.

Quand ces distances limites sont dépassées, on tient compte dans les calculs des effets

du retrait et des variations de température extérieure à moins que des dispositions spéciales ne

soient prises pour pallier ces effets [BAEL].

Dans le cas du présent projet les joints de dilatation conçue sont :

Bloc1 : ESPACE LOISIRS COUVERT ENFANTS DE 6 A 14 ANS :

3 joints dans le sens vertical et un joint dans le sens horizontal.

Bloc2 : RESTAURANTS :

Un joint dans le sens vertical et un autre joint dans le sens horizontal.

________________________________________________________________________________________________________________


Figure 5 : Emplacements du joint de dilatation (Bloc1)

Figure 6 : Emplacements du joint de dilatation (Bloc2)

________________________________________________________________________________________________________________


II.2- Planchers

En générale en Tunisie on construit en se souciant de la solidité essentiellement sans

porter une grande importance à l’économie.

Cependant, vu que le choix du type de plancher est déterminant dans le calcul

économique de l’ossature d’une structure « élément porteur » et sachant que ce sont les

éléments les plus chers de la structure, le choix des matériaux, le choix du type de dalle va

influencer tout le système.

Par conséquent, afin d’envisager la solution la plus économique pour la réalisation de

cette partie du projet quatre variantes ont été proposées par le bureau d’étude pour en tirer

celle donnant le moindre coût pour ce projet après avoir écarté la variante classique des

planchers en corps creux, vu les problèmes rencontrés en adoptant ce type de dalle.

En effet la solution des planchers nervurés classiques en céramique est une solution

traditionnelle souvent utilisée en Tunisie, mais vu l’expérience et les accidents rencontrés en

utilisant ce type de plancher qui sont dus non pas à la dalle mais à la qualité du produit rouge,

on va écarter cette solution. Ce coffrage perdu à causé malheureusement plusieurs accidents

vu que la dalle reste intacte mais l’enduit sous plafond qui est projeter sur le coffrage perdu

alourdit la plaque inferieur de ce coffrage et par suite celle-ci se détache de la dalle en

provoquant des dégâts (Figure 7), à titre d’exemple nous citons le complexe commercial et

touristique de Sbeïtla, la piscine couverte de l’hôtel Marco polo Hammamet, la résidence

Cléopâtre les Berges du Lac…

e

Figure 7 : Détachement de la plaque inferieure de la dalle en corps creux (Sbitla)

________________________________________________________________________________________________________________


Il s’est avéré que, suite à la réalisation des sondages sur l’armature principale des

nervures que celle-ci était mal enrobée (figure 10), et cela est due à :

La largeur des nervures de l’ordre de sept centimètres et compte tenu de l’enrobage

nécessaire, de la dimension de la barre et de l’étrier, on trouve toujours que ces

armatures sont mal enrobées.

Le mauvais calage de l’armature principale qui touche parfois le coffrage et par suite

le béton n’enveloppe pas cette armature.

Par conséquent les armatures mal enrobées seront amenées à être attaquées par la rouille

ce qui engendre, dans le temps, l’affaiblissement de la dalle et même la ruine de l’ouvrage.

Figure 8 : Acier mal enrobé

Bien que nos bureaux d’étude continuent d’utiliser cette solution comme solution de

base, celle-ci n’est plus compétitive sur le plan économique vu que le coffrage perdu en terre

cuite est devenu très cher, par exemple en comparaison avec le plancher en poutrelles

précontrainte avec entrevous en béton actuellement l’hourdis 16 cm coûte 900 millimes la

pièce et l’entrevous 16 cm coûte 577 millimes la pièce et sachant que 1m2 renferme 15,15

________________________________________________________________________________________________________________


pièces d’hourdis et 8,33 pièces d’entrevous, le coffrage perdu en hourdis ramené au m2 coûte

2,8 fois plus cher que le coffrage perdu en entrevous. D’autre part, le coffrage perdu en terre

cuite consomme beaucoup d’énergie pour la fabrication et nécessite le façonnage de l’acier

donc beaucoup plus de main d’œuvre qui est devenue plus cher de nos jours…

Dalle pleine :

C’est la solution classique adoptée dans notre projet :

Cette dalle est constituée d’une plaque de béton avec armatures incorporées, coulée en place

sur des coffrages horizontaux. Son épaisseur varie de 1/20 à 1/40 de la petite portée

(figure11). Elle varie entre 12 cm et 25 cm dans les bâtiments courants, et elle est souvent

plus importante dans les bâtiments industriels. Cette dalle en béton armé peut reposer sur deux

ou plusieurs appuis.

Elle peut travailler dans les deux sens, en effet, elle porte sur un réseau de poutres

secondaires et de poutres principales perpendiculaires au précédentes et leurs transmettent les

différentes charges et surcharges. Cependant pour porter sur quatre appuis il faut opter pour

une forme se rapprochant du carré où le rapport des portées dans les deux sens soit compris

entre 0,4 et 1 pour avoir une dalle économique.

Ce type de plancher est très courant car, il permet une grande souplesse dans les portées

et les formes, en particulier la facilité des divers percements.

Figure 9 : Dalle pleine

________________________________________________________________________________________________________________


Par conséquent la meilleure solution c’était d’opter pour la solution dalle pleine car dans

cette partie du projet il y a :

Une présence systématique des réservations dans chaque dalle du bloc1.

La conception est faite pour avoir des formes de dalles qui se rapprochent de la

forme carré.

Figure 10 : Les formes carrées et les réservations des dalles pleines du bloc1

Une irrégularité des formes de dalles du bloc2.

Figure 11 : Les formes irrégulières des dalles pleines du bloc2

Donc c’est la solution la plus économique et la plus pratique.

________________________________________________________________________________________________________________


Pré-dimensionnement de la dalle pleine :

α<0.4 α>=0.4

Panneau isolé 20

0

xLh

300

xLh

Panneau continu 25

0

xLh

400

xLh

Figure 12 : dimensionnement des planchers en dalle pleine

________________________________________________________________________________________________________________


Caractéristiques des

matériaux

Hypothèses de calcul

Evaluation des charges

________________________________________________________________________________________________________________


Avant-propos :

L’objectif de ce chapitre est de présenter les documents, les règlements de calcul, les

caractéristiques et les contraintes limites des matériaux des éléments du projet.

III.1. Normes et règlements de calcul

III.1.1. Planchers

BAEL « 91 modifié 99» : Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages

et constructions en béton armé suivant la méthode des états limites

Norme « NFP06-001 » : Base de calcul de construction – Charges d’exploitation des

bâtiments…

Norme: « NFP06-004 » : Base de calcul de construction – Charges permanentes et

surcharges à admettre dans les constructions…

III.1.2. Fondation superficielle

Règles techniques de conception de calcul des fondations des ouvrages de génie

civil (fascicule 62, titre1, section1)…

Données géotechniques :

Selon la compagne géotechnique réalisée par la société HYDROSOL

FONDATIONS, on adopte comme système de fondation superficielle sur des

semelles isolées.

La contrainte admissible du sol est de l’ordre de 3 bras.

Le niveau d’assise des fondations est à 2 m de profondeur.

III.2. Caractéristiques des matériaux

Divers types de matériaux sont utilisés dans ce bâtiment en partant du béton

ordinaire et des aciers HA.

III.2.1. Caractéristiques du béton

Pour tout élément du plancher en béton armé tels que les poutres, les dalles

pleines…on utilisera du béton B25, ses caractéristiques sont les suivantes :

________________________________________________________________________________________________________________


- Le poids volumique du béton armé :

3/25 mKN

- Le dosage en ciment est de 350 kg/m3

- la résistance caractéristique à la compression à 28 jours :

MPa2528 cf

- La résistance caractéristique à la traction à 28 jours :

1.26.006.0 2828 MPaff ct

- La résistance de calcul de béton :

5.1

1 avec 14.2MPa85.0

b

28

b

cbu

ff

- La contrainte ultime du béton en compression :

MPa156.0 28 cbc f

- Le module de déformation longitudinale instantanée du béton :

311000 cjij fE

- Le module de déformation différé du béton :

283

1

1.1 avec 3700 ccjcjvj fffE

Pour l’infrastructure on utilise aussi du béton B25.

III.2.2. Caractéristiques de l’acier

Acier passif :

Les armatures longitudinales sont des aciers à haute adhérence de nuance FeE500.

Les armatures transversales utilisées sont des aciers ronds lisses de nuances FeE235.

________________________________________________________________________________________________________________


Le coefficient partiel de sécurité pour les aciers :

1,15s .

La résistance de calcul :

- A l’Etat Limite Ultime (ELU) :

MPa 8,434f

f eed

s

- A l’Etat Limite de Service (ELS) :

Dans le cas de fissuration très préjudiciable pour les fondations on a :

28

90 ; 3

2min

adm tf

ef

Module d’élasticité longitudinale de l’acier :

MPaEs 200000

III.3. Hypothèses de calcul

La fissuration est considérée comme peu préjudiciable pour la superstructure et pour

les fondations, donc le calcul sera fait à l’ELU pour celle-ci.

Les combinaisons d’action à envisager sont les suivantes :

ELU : Pu=1.35 G + 1.5 Q

ELS : Ps =G + Q

Enrobages :

- Pour la fissuration peu préjudiciable : Bas = 2,5 cm

Haut = 2,5 cm

Latéral = 2,5 cm

Stabilité au feu :

- Une heure pour les deux blocs 1 et 2.

________________________________________________________________________________________________________________


IV. Evaluation des charges

IV.1 Chargement des dalles

Charges permanentes :

Les charges permanentes qui figurent ce tableau représentent le poids propre des

différents éléments de la structure tels que planchers, plafonds, cloisons, revêtements du sol…

Figure 13 : Coupe sur plancher intermédiaire

Tableau 1: Charges permanentes des éléments des plancher intermédiaires (Bloc2:

Restaurants)

Matériau Epaisseur (m) Poids Volumique (kg/m3) Poids (kg/m²)

Carrelage 0,02 2200 44

Mortier de Pose 0,03 1800 54

Sable 0.03 1800 54

Faux plafond 0.02 20 (par cm) 40

Gaines de climatisation 40

Cloison de 10 cm 100

Total en kg/m² 330

________________________________________________________________________________________________________________


Remarque : D’après la norme NF P 06-001 la charge permanente due aux cloisons de 10 cm

d’épaisseur est ramenée à une charge répartie appliquée sur le plancher de 100 kg/ m2.

Charges des cloisons de 10 cm reparties par m2 = 100 kg/m²

Charge appliqué = (0.02 x 2200) + (0.03 x 1800) + (0.03 x 1800) + (2 x 20) + 40 =

230 kg/m²

Charge permanente appliqué au plancher intermédiaire = 330 kg/ m²

Tableau 2 : Charges permanentes des éléments du plancher terrasse (Bloc1 et

Bloc2)

Matériau Epaisseur (m) Poids Volumique

(kg/m3) Poids (kg/m²)

Protection lourde dalettes béton 0.04 2400 96

Sable 0.03 1800 54

Etanchéité (SP4) 0.004 18 kg/m2 par 1 cm 7.2

Isolent 0.04 400 16

Pare vapeur p2 0.002 18 kg/m2 par 1 cm 3.6

ENDUIT en ciment sous étanchéité 0.015 18 kg/m2 par 1 cm 27

Forme de Pente (béton CELULAIRE) 0.25 pente (1%) 400 100

Enduit sous Plafond** 0.02 18 kg/m2 par 1 cm 36*

________________________________________________________________________________________________________________


Gaines de climatisation** 40*

Total en kg/m² 310

Remarque : on rajouté une charge de 50 kg/m² pour pouvoir accroché des panneaux

suspendus.

Charges de 50 kg/m² pour les panneaux suspendus dans le bloc1 (Espace loisirs).

Charges de 40 kg/m² pour les gaines de climatisation dans le bloc2 (Restaurants).

Charges de 36kg /m² de l’enduit sous plafond existe juste dans le bloc2 (Restaurants).

Charge appliqué = (0.04 x 2400) + (0.03 x 1800) + (0.4 x 18) + (0.04 x 400) + (0.2 x

18) + (1.5 x 18) + (0.25 x 400) = 310 kg/m²

Charge permanente appliqué au plancher terrasse de bloc1 = 360 kg/ m²

Charge permanente appliqué au plancher terrasse de bloc2 = 390 kg/ m²

Charges d’exploitation :

Les charges d’exploitation sont en fonction de l'usage des locaux (tableau 3). D’ après la

norme NFP06-001 [5] on a :

Tableau 3 : Charges d’exploitions

Locaux Q (kg/m²)

Restaurants 400

Hall 400

Balcon 400

Escaliers 400

Terrasse non accessible sauf pour entretient 150

________________________________________________________________________________________________________________


IV.2 Chargement des poutres

Ci-dessous on a le tableau récapitulatif des charges dues aux murs par ml pour une

hauteur sous plafond de l’ordre de 4m et 6.60m (tableau 4) et des éléments de façades et de

l’acrotère.

Tableau 4 : Tableau récapitulatif des charges permanente dues aux murs dans le

bloc2(Restaurants).

Cloison Poids (kg/m²)

Cloison 35 350

Brise soleil 100

Tableau 5 : Tableau récapitulatif des charges permanente dues éléments de façades

et aux acrotères.

Elément Poids (kg/ml)

Elément de façade 1000

Acrotère 500

________________________________________________________________________________________________________________


V. Calcul manuel d’escalier

V. 1. Données

.Charge d’exploitation : q = 4 KN/m²

.Béton : 28cf = 25 MPA

.Acier : ef = 500 MPA

.Epaisseur de la paillasse : h = 25

1

a 30

1

h = 25 cm avec l = 6.28m

.Fissuration non préjudiciable.

.Enrobage = 2.5 cm

.d = 25 - 2.5 d = 22.5 Cm

.α = 29°

V. 2. Charges

Charge permanente :

g2 = 0.25 x 25 g2 = 6.25 KN/m²

252

165.0

29cos

25.01

g

g1 = 9.21 KN/m²

Charge d’exploitation :

q = 4KN/m²

V. 3. Moment ELU

8

²5.1

2

²

8

²35.1 211 qlagglg

Mu

Avec a=1.79m

8

²28.645.1

2

²79.125.621.9

8

²28.621.935.1

uM

mKNMu .47.84

________________________________________________________________________________________________________________


2526b

MPab 15

11.015000²225.01

47.84

²

b

u

db

M

)22.011(2

225.0)211(

2 µ

dZ

21.0Z

Acier:

15.1

10.510.5

55

s

eed

ed

uS

favecf

fZ

MA

²24.9 CmAs

Figure 14 : Tableau des aciers

Soit 6HA14 e = 16.67 cm

________________________________________________________________________________________________________________


V. 3. Moment ELS

8

²

2

²

8

² 211 qlagglgMu

8

²28.64

2

²79.125.621.9

8

²28.621.9

uM

mKNMu .38.60

19.1²225.01

10.38.60

²

3

bd

M s

V. 3. Aciers sur appuis

0.15 A0 AS = 1.39 cm²

Soit 6HA8 (Constructif)

Figure 15 : Coupe sur l'escalier

________________________________________________________________________________________________________________


Partie2 : charpente

métallique

________________________________________________________________________________________________________________


VI.1. Introduction à la charpente métallique

La charpente métallique est un assemblage de pièces, généralement en acier, servant à

soutenir la construction et la toiture. Elle peut être, ainsi, jugée comme étant l’ossature du

bâtiment dont vont dépendre la qualité et la résistance de l’ensemble de la construction.

Vu les multiples avantages qu’elle avance, la structure métallique est recommandée pour

tous types de bâtiments, qu’ils soient de stockage, agricoles, industriels ou encore garage, abri

de jardin, bureau ou logement, etc. En effet, il s’agit bien d’une ossature métallique

entièrement préparée en atelier (découpée, percée…) qui permet, grâce à la solidité et à la

souplesse de l’acier, de grandes portées et favorise donc une utilisation optimale de l’espace,

en autorisant entre autre une grande liberté architecturale.

Soulignons, de prime abord, que la charpente métallique n’est pas isolée c’est-à-dire que

le plus souvent, c’est l’ensemble de la construction qui se base sur une armature métallique.

Sa résistance, propriété principale de l’acier, et son pouvoir important de portée libre pouvant

aller jusqu’à quarante mètres, permettent d’alléger la structure du bâtiment, réduisant le

nombre de murs porteurs, et augmentant par conséquent l’espace disponible, ce qui rend

l’ossature acier idéale pour l’édification de grandes surfaces sans murs porteurs, comme

désiré pour les centres commerciaux, par exemple.

Un autre point qui mérite d’être relevé est le fait que quels que soient les types de

contraintes et de surface, la charpente métallique s’adapte parfaitement à l’extension et à la

surélévation.

Sa rapidité d’exécution et de l’absence de déchets sur le chantier en font un matériau

parfait pour tout agrandissement .Ainsi, il est possible de créer de nouvelles ouvertures,

d’ajouter des étages, d’insérer des fenêtres de toit, de poser des panneaux photovoltaïques sur

la toiture, etc. Ces extensions s’adaptent à tous les styles de bâtiment, qu’il soit ancien ou

contemporain. Par ailleurs, la charpente métallique trouve également sa légitimité dans la

surélévation de locaux professionnels ou d’habitation.

Pour les bâtiments classés à usage industriel, le choix de la construction en charpente

métallique se prenait pour la variante couramment adoptée pour être, comparée a la

construction traditionnelle ou encore à la charpente en bois, la plus avantageuse en termes de

temps (rapidité de mise en œuvre), de cout ou encore pour son impact non amplifié sur

l’environnement, et pour tout autre apport déjà cité.

________________________________________________________________________________________________________________


Pour cette partie, nous allons concevoir notre bâtiment en charpente métallique.

Nous modélisons la structure sur le logiciel « Autodesk Robot Structural Analysis

Professional 2010 ».

Normes et règles de calcul : Les justifications et les calculs seront conformes aux :

- Règles NV65 Mod99 pour le calcul des vents.

- Calculs CM66.

Dans ce bloc (Bloc3) l’architecte et l’exploitant demande un espace libre sans appuis

intermédiaires de 31m x 60m, la solution la plus adaptée à ce genre de portée est la charpente

métallique.

VI.2. Conception du bâtiment

La conception de bâtiment doit respecter trois grandes lignes :

La considération de la surface utile demandée par le client.

L’implantation d’exploitation, à savoir les positions des machines, des ponts roulants...

L’optimisation du point de vue économique : par exemple, plus les largeurs sont

importantes, plus entraxes des poteaux et les hauteurs sont importants et donc plus les

profilés à utiliser sont plus grands, ce qui mène à un cout de construction élevé.

Notre bâtiment sur lequel nous allons travailler est constitué d’un bâtiment en structure à

âmes pleines avec une pente de 5%.

Figure 16 : Type de bâtiment en charpente métallique

Une solution en treillis est normalement plus économique, cependant les exigences des

architectes concernant la hauteur libre du bâtiment (hauteur sous poutre) et la hauteur au

faitage nous ont obligés à adopter la solution du portique à âme pleine.

________________________________________________________________________________________________________________


Choix de la couverture et de la clôture :

La couverture :

Pour la couverture, nous considérons le type de couverture Tôle nervurée (NERVESCO

1000T 0.75), et ses plaques sont planes pour être placées sur les pannes et non voutées.

Figure 17 : Couverture NERVESCO (1000T 0.75)

Ce type de couverture présente une bonne résistance au vieillissement grâce à son insensibilité

a l’humidité, une incombustibilité, une grande stabilité dimensionnelle limitant les dilatations

et minimisant les flèches.

Rappelons toujours, que ces plaques à utiliser sont sans amiante et donc saines a

l’environnement.

La pente relativement faible nous impose la solution bac acier + isolation + mono couche car

une pente plus importante aurait permis l’utilisation du panneau sanduich.

La clôture :

L’enveloppe verticale envisagée pour le remplissage des façades peut être un bardage en bac

d’acier ou une maçonnerie, la seconde alternative est à retirer pour différentes raisons. En

effet le choix de cet élément doit répondre à certains critères, parmi lesquels la fonction

protectrice contre les intempéries, la résistance et la rigidité contre la charge du vent, la

protection incendie, l’isolation thermique et acoustique. Ces critères sont assurés par la

maçonnerie contrairement au bardage d’acier qui nécessite des traitements supplémentaires

artificiels pour l’isolation thermique et acoustique et de la peinture pour augmenter la

résistance aux feux. Par conséquent, il est plus efficace et surtout plus économique de

travailler en maçonnerie.

________________________________________________________________________________________________________________


Les pannes et les liernes :

Les pannes sont des poutres destinées à transmettre les charges et les surcharges s’appliquant

sur la couverture a la traverse. Elles sont disposées parallèlement aux lignes de faitage, dans le

plan des versants.

Compte tenu de la faible inertie transversale des pannes, et dès lors que la pente du versant(α)

atteint 10%, l’effet de la charge H est particulièrement préjudiciable et conduit à des sections

de pannes importantes, donc onéreuses.

Figure 18 : Les pannes et les liernes

Figure 19 : Assemblage pannes et liernes

________________________________________________________________________________________________________________


Les éléments de compression : les sablières

Il est utile de prévoir des poutres dites sablières reliant les deux têtes des poteaux d’une même

file aux deux bords des compartiments (et parallèle au long pan) entre elles.

Les sablières, en bas de pente, sert à transmettre les efforts de pression du vent, et à reprendre

une partie des charges de la couverture.

Les portiques avec traverse à âme pleine :

Composés par des traverses, supportant les pannes et supportées par des poteaux, les portiques

constituent l’ossature principale des bâtiments.

Les portées n’étant pas très grandes (31m pour le bloc3) des portiques symétriques à âme

pleine peuvent être envisagées en profils à inertie constante.

Soient des IPE pour les poutres et des HEB pour les poteaux.

Les barres d’aciers sont généralement délivrées en barres de 12m de longueur. Ainsi, pour

optimiser les couts, nous prenons des entraxes de 6m entre les portiques. Nous prévoyons

aussi, des renforts dans les traverses : des jarrets d’extrémité et au niveau du faitage. En effet,

à ces emplacements, les moments sont largement supérieurs au reste des sections des traves

des, et l’utilisation est donc bien justifiée pour éviter le gaspillage en section d’acier pour les

traverses, et leur réduire la hauteur ainsi que pour obtenir un assemblage encastré efficace.

Figure 20 : Portiques avec traverses à âme pleine renforcées avec jarrets

________________________________________________________________________________________________________________


Les poteaux de pignon :

Ce sont des poutres en I ou en H, bi-articulées, placées verticalement au niveau de la façade

pignon. Le recours à ces potelets permet la reprise des efforts dus au vent pignon, et surtout le

maintien de la maçonnerie.

Figure 21 : Poteaux de pignon

Les contreventements:

Il s’agit d’un ensemble d’éléments stabilisateurs qui aident la structure à résister aux forces

horizontales (actions dues au vent, action horizontales des ponts roulants, chocs, composantes

horizontales des actions verticales appliquées à la toiture inclinée, etc.) en les transférant

jusqu’aux fondations. Ces éléments favorisent la stabilité de la structure et contribuent à la

limitation des déformations.

Figure 22 : Contreventements vertical (croix de Saint André)

________________________________________________________________________________________________________________


VI.3. Justification des types de profilés des éléments de la charpente

métallique

Les éléments d’acier seront de profils en IPE, en HEA ou en CAE. Le choix n’est pas

hasardeux puisqu’il doit être déterminé d’une manière optimale et relativement au

comportement de l’élément.

Les pannes et les traverses, par exemple, travaillent en flexion. Il est donc utile d’utiliser des

IPE qui donnent de forte inertie requises par rapport à un seul axe, tandis que les sablières, qui

sont par définition des éléments de compression, travaillent en compression et demandent des

profils en HEA, sinon les IPE seront de sections énormes et non convenables à leurs

emplacements.

Les poteaux travaillent en flexion composé d’où le profilé le plus adopté est le HEA ou HEB.

VI.4. Descriptif

Le système porteur d’une construction métallique consiste en son ossature dont la

fonction est de porter le bâtiment dans sa globalité, ne servent en aucun cas de séparation

d’espaces mais permettant de fixer les éléments destinés à diviser la surface, et recevant le

remplissage en paroi finalisant la construction de bâtiment.

En général, l’ossature constitue l’appui de la construction, capable de recevoir les

charges. Elle comporte des poutres, des poutrelles horizontales et des poteaux verticaux qui

assurent la stabilité de l’ouvrage tout en reprenant le poids de la charpente, de la couverture et

les charges climatiques que le vent (et éventuellement la neige).

Un bâtiment a 2 versant (un nef) de :

31m de largeur (portées de 31m).

Longueur 8 travées de 6m et 2 travées de 5m.

Hauteur (épure) 8.50m.

Hauteur de faitage 9.30m.

Profondeur 60m.

________________________________________________________________________________________________________________


Couverture en bacs d’acier nervuré et galvanisée de 75/100 d’épaisseur pente =

5% avec un complexe isolation + étanchéité, bâtiment clos ayant une

perméabilité (portes : à droite 4.2% et à gauche 5.3%).

Figure 23 : Structure modélisée sur Robot

VI.5. Hypothèses de calcul

La stabilité transversale est assurée par des portiques encastrés à la base et encastrés en

tête (car le sol est de bonne portance) d’où économie sur la structure métallique.

La stabilité longitudinale est assurée par des contreventements transversaux reportant les

poussées des montants de pignons sur les deux long Pons stabilisées par des croix de Saint

André.

Les calculs seront effectués conformément aux règles NV65-Mod 99 et CM 66.

________________________________________________________________________________________________________________


Nuance de l’acier

Pour le type d’acier à utiliser, nous nous référons à l’industrie. La nuance couramment

utilisée est S235 dont les caractéristiques sont les suivantes :

- Module d’élasticité E = 210 GPa

- Masse volumique = 7850 kg/m3

- Coefficient de poisson = 0.3

- Coefficient de dilatation thermique = 12.10-6

°C-6

(pour T<100°C)

Systèmes statiques :

Les éléments de la charpente métallique sont tous liés par des liaisons rigides

(encastrements) ou articulées (rotules).

La structure est stable si elle est isostatique ou hyperstatique. L’hyperstaticité est

préférée vu les conséquences qu’elle engendre, à savoir la bonne répartition des moments de

flexion avec des valeurs extrêmes plus faible que dans une structure isostatique et par suite

des déplacements plus petits, la possibilité de redistribution des efforts en cas

d’endommagement d’une partie de la structure (cas d’un incendie, d’un choc, d’une

explosion, etc.), la grande sensibilité a des changements de température, a des tassements

d’appui différentiels, a des déplacements d’appui et aux imprécisions de fabrication ou de

montage.

VI.6. Charges et surcharges

Le poids propre de la couverture, et les charges d’entretien sont repris par l’élément de

la couverture qui travaille en flexion comme poutre simple en s’appuyant sur les pannes.

Ces dernières sont sollicitées par une charge uniformément répartie provenant des

réactions d’appuis de la couverture. Elles travaillent en flexion, et s’appuient sur les portiques

qui reçoivent ces charges concentrées au droit de chaque panne ainsi que la charge d’action du

vent.

Les fondations reprennent les réactions d’appuis des portiques et les transmettent au sol

support.

________________________________________________________________________________________________________________


Les poteaux pignons rajoutés, dont les appuis inférieurs sur la fondation et les appuis

supérieurs sur les contreventements longitudinaux de toiture, sont soumis à l’action du vent.

Ils travaillent à la flexion et transmettent donc leurs réactions aux fondations par l’appui

inférieur et au contreventement horizontal de toiture par l’appui supérieur.

Au fait, le contreventement horizontal (qui est une poutre à treillis ayant comme

membrures les pannes sablières) transmet la part de l’action du vent, apportée par le potelet

aux portiques par compression via les sablières.

Les contreventements verticaux de long-pan, qui travaillent comme des poutres à treillis

consoles, transmettent les réactions d’appui du contreventement de toiture aux fondations.

Suivant le cahier de charges :

VI.6.1. Vent

Vent région II site normale 0.70 KN/m².

Neige néant.

Longueur du bâtiment 60 m.

Largeur du bâtiment 31 m.

Hauteur du bâtiment 9.30 m.

Niveau faitage +10.20m

Figure 24 : Exemple d’un portique en charpente métallique du bloc3.

________________________________________________________________________________________________________________


VI.6.2. Charges permanentes

Couverture /étanchéité/isolant = 0.25 KN/m² (toutes surfaces).

Poids propre portique d=0.785 KN/m3 (voir note de calcul ANNEXE).

Poids propre pannes et couverture = 0.30 KN/m² 0.25 KN/m²

0.05 KN/m²

Travées de 6m donc 30 x 6=180 KN/ml.

VI.6.3. Charges des exploitations

Gaines de climatisation + installation électriques + poussières (0.70 KN/m²).

Charge ponctuelle : Centrale de climatisation se trouvant entre deux portiques, et

l’effort que supporte le portique le plus chargé est de (13.25 KN).

VI.6.4. Pente versants

Pente de 5%.

VI.6.5. Règlements

CM 66 _ NV65-Mod 99

Calcul du vent voir annexe.

________________________________________________________________________________________________________________


Calcul du vent et

dimensionnement de

l’ossature

________________________________________________________________________________________________________________


VII. Calcul du vent

VII.1. Les impératifs techniques liés à une charpente métallique

Les constructions en charpente métallique peuvent être conçues selon une grande variété

de solutions. Cependant, son élaboration reste toujours dépendante de la législation en

vigueur, comme les performances thermiques et acoustiques ou encore les dispositions

relatives au respect de l’environnement. De ce fait, il est indiscutable de veiller à ce que la

charpente respecte toutes les normes actuelles.

Par ailleurs, si la charpente métallique s’adapte à toutes sortes de contraintes, elle doit

avoir été conçue et calculée en fonction de ces obligations. A titre d’exemple, le

dimensionnement de la charpente doit tenir compte des surcharges climatiques (neige et vent).

VII.2. Notations et définitions

Paramètres d’action du vent sur la structure :

L’action exercée par le vent sur une des faces d’un élément de paroi est normale a cet

élément. Elle est déterminée en fonction de la vitesse du vent, de la catégorie de la

construction, de ses proportions d’ensemble et de nature du site, de l’emplacement de

l’élément considéré dans la construction et de son orientation par rapport au vent, de la

dimension s de l’élément considéré, de la forme de la paroi (plane ou courbe) à laquelle

appartient l’élément considéré et de la perméabilité de la paroi.

Définition terminologiques :

Le maitre couple désigne la projection orthogonale de la surface considérée ou de

l’ensemble de la construction sur un plan normal a la direction du vent.

La surface considérée peut être une surface au vent qui désigne la surface exposée au

vent, ou une surface sous le vent qui correspond à une surface non exposée au vent ou

parallèle à la direction du vent.

________________________________________________________________________________________________________________


Figure 25 :L’effet du vent sur la structure

Une des façades d’un élément appartenant à une construction est dite soumise à une

pression (ou à une surpression) lorsque la force normale a cette face est dirigée vers elle. Elle

est dite soumise à une dépression lorsque la force est dirigée en sens contraire.

Les bâtiments en constructions métalliques sont de trois types : fermé, ouvert ou semi-

ouvert selon un coefficient, dit de perméabilité de construction, de la forme : TS

S0100

Avec : : pourcentage d’ouverture.

0S : Somme des surfaces ouvertes (fenêtre, porte)

TS : Surface totale de la construction.

VII.3. Pression du vent appliquée à la structure

L’action du vent sur une paroi est explicitée par la formule suivante :

10qckkkQ pshmV

Où : coefficient de r éduction des pressions dynamiques.

mk : Coefficient d’amplification dynamique.

hk : Coefficient de masque.

sk : Coefficient due à l’effort d’hauteur.

pc : Coefficient de pression.

10q : Pression dynamique de base à 10 mètres d’hauteur.

________________________________________________________________________________________________________________


Détermination de la pression dynamique de base :

Les calculs doivent envisager le cas d’une pression dynamique normale et celui d’une

pression dynamique extrême dont le rapport par rapport à la première est pris égal à 1.75.

Par convention, les pressions dynamiques de base normale et extrême sont celles qui

s’exercent à une hauteur de 10 m au-dessus du sol, pour un site normal, sans effet de masque

sur un élément dont la plus grande dimension est égale à 0.50 m. Leurs valeurs varient avec

les zones conformément à la carte de la figure 23. Les valeurs à prendre en compte sont

illustrées dans le tableau 6.

Figure 26 : Régions du vent

Tableau 6 : Zonage et valeurs des pressions dynamiques de base en Tunisie

Pression dynamique de base (KN/m²)

normale extrême

Région 1 0,5 87,5

Région 2 0,7 122,5

Région 3 0,9 157,5

________________________________________________________________________________________________________________


Pour notre projet est implanté à Sabalet ben Ammar a côté de Tunis City.

D’après la carte, il s’agit bien de la région 2. Soit 10q égale à 0,7 KN/m² pour le cas de

pression normale et 10q égale à 122,5 KN/m² pour le cas de pression extrême.

Effet de la hauteur hk :

Pour une hauteur h (exprimée en m) au-dessus du sol, la pression dynamique hqest

donnée par :

hq = 2,5 1060

18q

h

h

Soit 60

185,2

10

h

h

q

qK h

h

Effet du site sK :

La pression dynamique de base normale et extrême doit être multipliée par un

coefficient sK qui tient compte de la nature du site d’implantation du projet : protégé, normal

ou exposé.

Effet de masque mK :

Le bâtiment n’étant pas protégé par d’autres constructions ayant une grande probabilité

de durée. Pour des raisons de sécurité, mK peut être pris égal à 1.

Le coefficient d’amplification dynamique :

Pour ce qui suit, les calculs seront tous menés en statique. Nous ne tiendrons pas compte

de l’effet dynamiques, soit 1 .

Effet de dimension :

Les pressions dynamiques s’exerçant sur les éléments constitutifs d’une construction

(panneaux, potelets, lisses, poutres, poteaux, etc.) doivent être affectées d’un coefficient de

réduction tenant compte de leurs variations moyennes en fonction de la plus grande

dimension (horizontale ou verticale) de la surface offerte au vent (maitre-couple) intéressant

l’élément considéré, et de la cote H du point le plus haut de cette surface. Pour des hauteurs

inférieures toutes à 30 m, nous adoptons 0.7 pour la valeur de .

________________________________________________________________________________________________________________


Calcul du coefficient Cp :

Le coefficient Cp se calcule par la formule suivante : Cp = Ce – Ci.

Avec Ce : caractérise les actions extérieurs auxquelles sont soumises les faces

extérieures des parois du bâtiment : des succions, si les parois sont sous le vent et des

pressions ou à des succions, si elles sont au vent.

Ci : caractérise les actions intérieures qui résultent du fait que les volumes intérieurs

soient en un état de surpression ou de dépression suivant l’orientation des ouvertures par

rapport au vent et leur importance relative.

Ce et Ci dépondent du coefficient 0 par l’intermédiaire du rapport de dimension :

b

ha ,

b

hb où : a désigne la longueur de la face long-pan et b celle de la face

pignon.

Le calcul de Ce se fait selon les règles suivantes :

Parois verticales : Face au vent Ce = +0,8

Face sous le vent Ce = -(1,3 0 -0,8)

Toitures: Vent transversal (c’est-à-dire normal aux génératrices) :

Ce= ),( 0af où 5

Vent longitudinal (c’est-à-dire parallèle aux génératrices) : Ce = ),0( 0bf

Le calcul de Ci se fait selon les règles suivantes:

Vent transversal : Surpression Ci = +0,6 (1,8-1,3 a0 )

Dépression Ci = -0,6 (1,3 a0 -0,8)

Vent longitudinal : Surpression Ci = +0,6 (1,8-1,3 a0 )

Dépression Ci = -0.6 (1,3 a0 -0,8)

________________________________________________________________________________________________________________


Calcul manuel de quelques

élémentents de structure en

charpente métallique

________________________________________________________________________________________________________________


VIII. Calcul manuel des pannes

Les pannes en IPE 140 avec deux liernes :

. Entraxe des pannes : 2.35 m

. Portée des pannes : 6 m

VIII.1. Les charges

Charge permanente : (Poids de couverture \ Isolation \ Etanchéité)= 0.25KN /m²

(Voir article IV.5.2)

: (Poids propre de la panne = 0.129 KN/m)

G = (0.25 x 2.35) + 0.129 G = -0.72 KN/m

Charge d’exploitation :

Q = 0.70 KN/m² (Voir article IV.5.3)

Q= 0.70 x 2.35 Q = - 1.65 KN/m

Vent : La valeur la plus défavorable du vent est :

Vent D/G sur (+) = 2.49 KN/m²

(Voir note de calcul valeur des charges neige et vent)

V = (2.49/6) x 2.35 V = 0.98 KN/m

VIII.2. Calcul des composants des efforts

Figure 27 : Les composants des efforts

________________________________________________________________________________________________________________


Tg α = 0.05 => α = 2.86°

Charge permanente :

Cos α = G

G x Gx = G.Cos α

Gx = - 0.72.Cos (2.86)

Gx = - 0.72 KN/m

Sin α = G

G yGy = G.sin α

Gy = - 0.72.sin (2.86)

Gy = -0.04 KN/m

Charge d’exploitation:

Cos α = Q

Q x Qx = Q.Cos α

Qx = - 1.65.Cos (2.86)

Qx = - 1.65 KN/m

Cos α = Q

Q y Qy = Q.Cos α

Qy = - 1.65.Sin (2.86)

Qy = - 0.08 KN/m

VIII.3.Combinaisons des charges : (ELU)

Combinaison 1 : g + 1.75 V

qx = Gx + 1.75V

= - 0.72 + (1.75 x 0.98)

qx = 1KN/m

qy = Gy = - 0.04 KN/m

________________________________________________________________________________________________________________


Combinaison 2 : 1.35 g + 1.5 P

qx = 1.35 Gx + 1.5 Qy

= 1.35 x (-0.72) + 1.5 x (-1.65)

qx = - 3.45 KN/m

qy = 1.35 Gy + 1.5 Qy

= 1.35 x (-0.04) + 1.5 x (-0.08)

qy = - 0.17 KN/m

VIII.4.Vérification de la flèche :

On va calculer la flèche suivant X seulement car on a bloqué le déplacement selon Y en

utilisant des tirants (liernes).

La vérification de la flèche se fait à l’état ultime de service.

Flèche :

Cmf x 52.310.21 541

600 ] 1.65) [-(0.72

384

55

4

On a

035.0

6 = 170.45 et L/200 est la flèche limite admissible

Donc 0.0352 m ≃ L/170.42 > L/200 D’où la flèche ne passe pas.

On passe à une panne de IPE 160 :

Flèche :

Cmf x 19.210.21 869

600 ] 1.65) [-(0.72

384

55

4

2.19 < L / 200 La flèche est donc vérifiée avec une panne de IPE 160.

________________________________________________________________________________________________________________


VIII.5. Vérification des contraintes :

Figure 28 : Moment appliqué à la panne.

D’ou: Mx =8

1 Qx.l²

My =8

1 Qy. (

3

1) ²

Combinaison 1 : Mx =8

1x 1 x 6

² = 4.5 KN..m

My =8

1x (- 0.04) x 2² = -0.02 KN..m

Combinaison 2 : Mx = 8

1x (- 3.45) x 6² = 15.52 KN..m

My = 8

1x (- 0.17) x 2² = -0.09 KN..m

________________________________________________________________________________________________________________


Il faut que

Combinaison 1 :

x + y = Mx / (V

I x) + My / (

V

I y) ≤ 2350 daN/cm²

=109

1045.4 +

7.16

10402.0

= 424,82 daN/cm² ≤ 2350 daN/cm² (Vérifié)

Combinaison 2 :

x + y = Mx / (V

I x) + My / (

V

I y) ≤ 2350 daN/cm²

= 109

10452.15 +

7.16

10409.0

= 1477.75 daN/cm² ≤ 2350 daN/cm² (Vérifié)

IX. Calcul des liernes

La charge la plus défavorable suivant Y : q = 0.17 daN/cm

On prend constructivement des liernes de Ø 10.

Pour un diamètre Ø 10 on a des liernes de section 0.78 cm²

D’où:

= S

N

S

ql

3=

78.0

3

²10.617.0

= 43.59 daN/cm² ≤ 2350 daN/cm² (Vérifié)

On utilise donc des liernes M 10

________________________________________________________________________________________________________________


X. Effort du Vent

X.1. Pression dynamique de calcul

H max = 10.20 m ; v = 0.7 KN/m² ; Région II ; site normal.

qn = qb x KH x Km x Ks x x β

Effet de la hauteur :

KH =10q

qH= 2.5 x

60

18

H

H

Donc: qH = 2.5 x q10 x 60

18

H

H

qH = 2.5 x 0.7 x 602.10

182.10

qH = 0.70KN/m²

KH =10q

qH KH =7.0

7.0 KH = 1

Effet de masque : Km = 1

Effet du site : KS = 1

Effet de dimension = 0.83

Figure 29 : Coefficient de réduction des pressions dynamiques

________________________________________________________________________________________________________________


Le coefficient d’amplification dynamique : β = 1

qn = 0.7 x 1 x 1 x 0.83 x 1

qn = 0.58 KN/m²

X.2. Action intérieures

Bâtiment fermé : %5 . Soit une suppression (+) : Ci = + 0.6 (1.8 – 1.3 0 )

Soit une dépression (-) : Ci = - 0.6 (1.3 0 – 0.8)

a = 60 m ; b = 31 m

b

a=

31

60

b

a= 1.94

a = a

H=

60

3.9 a = 0.155 < 0.5

b = b

H=

31

3.9 b = 0.3 < 1

Figure30:Constructions prismatiques à base quadrangulaire reposant sur le sol

________________________________________________________________________________________________________________


Vent normal a la grande face :

01 = 0.85

(-) 0.18 - = Ci

(+) 0.42 = Ci

Vent normal a la petite face :

02 = 0.88

(-) 0.206 - = Ci

(+) 0.393 = Ci

X.3. Action extérieurs

f = 9.3 – 8.52 f = 0.78

2

h=

2

30.9

2

h= 4.65 m

f ≤ 2

h et tg α = 0.05 α = 2.86°

Figure 31: Coefficient Ce (toitures à un ou plusieurs versants plans).

________________________________________________________________________________________________________________


Tableau 7 : Tableau des Ce calculé.

Vent normal a la

grande face

Vent normal a la petite

face

Parois

verticales

Parois

obliques

Parois

verticales

Parois

obliques

Au

ven

t

Ce = 0.8

Ce = -0.3

Ce = 0.8 Ce = - 0.33

So

us

le v

ent

-(1.3x ɣ01 -0.8)

Ce = -0.305

Ce = -0.28

-(1.3x ɣ01 -0.8)

Ce = -0.344

Ce = -0.29

________________________________________________________________________________________________________________


Figure 32 : Le diagramme des efforts du vent normal a la grande face.

________________________________________________________________________________________________________________


Figure 33 : Le diagramme des efforts du vent normal a la petite face.

________________________________________________________________________________________________________________


XI. Calcul des poteaux pignon

XI.1. Poteau pignon 1

On va supposer des profils de IPE 300

Figure 34 : La répartition des efforts du vent sur les poteaux pignions 1 et 2.

.Entraxe de poteau pignon 1 est de :

L max = 8.84 m – 0.30 m

L max = 8.54 m

.Le cas le plus défavorable est celui du vent normal a la petite face :

Ce – Ci = 0.8 – (-0.21)

Ce – Ci = 1.01

.Le vent :

V= qn x (Ce - Ci) x 2

28.67.6

V = 0.58 x 1.01 x 6.49

V = 3.8 KN/m

________________________________________________________________________________________________________________


XI.1.1. Vérification de la flèche

Cmf 5.110.218356

54.88.3

384

5

EI

Vl

384

55

44

1.5 < 300

L = 2.85 Cm : car le mur est en maçonnerie (Vérifié)

Comme le IPE 300 est largement vérifier, revérifions avec IPE 270

Cmf 16.210.21 5790

854 3.8

384

55

4

f = 2.16 Cm < 300

L= 2.85 cm (Vérifié)

XI.1.2. Vérification de la résistance

mKNMV .62.608

8.54 3.875.1

2

)(429

).(10.62.60

V

I 3

4

cm

cmdaNMV

2/1413 cmdaN <

2/2350 cmdaNe

e (Vérifié)

XI.2. Poteau Pignon 2

On va supposer des profils de IPE 270

.Entraxe de poteau pignon 2 est de : L max = 8.87 m

.Le cas le plus défavorable est celui du vent normal a la petite face : Ce – Ci = 1.01

Le vent :

V = qn x (Ce - Ci) x 2

70.618.5

= 0.58 x 1.01 x 5.94

V = 3.48 KN/m

________________________________________________________________________________________________________________


XI.2.1 Vérification de la flèche

CmEI

Vlf 31.2

10.21 5790

887 3.48

384

5

384

55

44

F = 2.31 cm < 300

L= 2.96 Cm (Vérifié)

XI.2.2 Vérification de la résistance

mKNMV .89.598

8.87 3.4875.1

2

²/1396)(429

).(10.89.59

V

I 3

4

CmdaNcm

cmdaNMV

2/1396 cmdaN <

2/2350 cmdaNe

e (Vérifié)

________________________________________________________________________________________________________________


Modélisation du portique sur

le logiciel Robot Autodesk

________________________________________________________________________________________________________________


XII.1 Vérification des déplacements

XII.1.1 Déplacements horizontaux en tête du poteau

La vérification se fait à l’ELS, la hauteur du poteau est de 8.52 m d’où la déformation

horizontale admissible Ux =200

L d’où

200

852= 4.26 cm.

Le déplacement du nœud 8 sous la combinaison de service la plus défavorable est de

0.8cm.


0.9cm.

La condition de flèche est vérifier (voir note du calcul).

XII.1.2 Déplacements verticaux à mi- travée

La vérification se fait à l’ELS, la travée est de 31 m d’où la déformation horizontale

admissible Uz =200

L d’où

200

3100= 15.5 cm.

Le déplacement du nœud 5 à mi- travée sous la combinaison de service la plus

défavorable est de 0.8cm.


11cm.

La condition de flèche est vérifier (voir note du calcul).

XII.1 Vérification des déplacements

On s’assure que les contrainte amplifiée par les coefficients de flambement et de flexion

soient les limites admissibles c.-à-d. inférieure à la contrainte e = 235 MPa.

(Voir note de calcul)

________________________________________________________________________________________________________________


Conclusion

L’élaboration de ce rapport nous a été très bénéfique du fait que j’ai pu étendre mes

connaissances dans le domaine de génie civil ainsi que pouvoir adapter mon savoir à la

réalisation d’un tel projet.

Au terme de ce travail, j’ai passé en premier lieu de l’étape de la conception en

appliquant les solutions les plus adéquates et favorables de notre projet tout en respectant les

contraintes technico-économiques.

La maîtrise des logiciels de calculs est importante, ce projet m’a permis d’amélioré mes

compétences pour apprendre à modéliser une structure métallique sur le logiciel d’analyse de

structure Robot Autodesk Structural et une structure en béton armé sur le logiciel Arche Effel.

________________________________________________________________________________________________________________


BIBLIOGRAPHIE

[1] Règles B.A.E.L 91 révisées 99: Règles techniques de conception et de calcul des

ouvrages et constructions en béton armé suivant la méthode des états-limites. Edition

EYROLLES Paris, Décembre 2007.

[2] Règles N.V.65 ET ANNEXES : Règles définissant les effets de la Neige et du Vent

sur les conceptions et annexes. Edition EYROLLES Paris, Juin 1983.

[3] Fascicule de documentation NFP06-004 : Bases de calculs des constructions,

Charges permanentes et charges d’exploitation dues aux forces de pesanteur, Edition AFNOR

Paris, Mai 1977.

[4] Norme Française homologuée NFP06-001: Bases de calculs des constructions,

Charges d’exploitation des bâtiments, Edition AFNOR Paris, Avril 1978.

[5] Détail de coupe fourni par l’architecte du projet.

Rapport PFE ESPRIT Fahd Maatouk.pdf

Documents

Transcript of Rapport PFE ESPRIT Fahd Maatouk.pdf