Rapport finale_ corrections R.Bodet

Paul Elie DAOU Classe : MASTER 1B option Génie Civil Entreprise d’accueil : AD STRUCTURES Responsable du stage : M. Ramadan DAOUD Tuteur du stage : M. Raphael BODET

Rapport de stage Sujet : Descente de charges et calcul de structures simples

Du 02/06/14 au 01/08/14 à Paris

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2014 Paul Elie Daou

Remerciement

En préambule à ce rapport de stage, je souhaite adresser mes remerciements à tous ceux qui m’ont

apporté leur aide et qui ont contribué à la réalisation de ce travail.

Dans un premier temps, je tiens à remercier Monsieur Raphaël BODET, Responsable des Affaires

Techniques de l’UNPG (Union National des Producteurs de Granulats), qui a été mon pilote de stage

et qui s’est toujours montré à l’écoute et disponible tout au long de l’élaboration de ce rapport de

stage. Ses conseils méthodologiques m’ont permis de mener ce travail à son terme.

Puis, je tiens à remercier particulièrement Monsieur Ramadan DAOUD, Directeur du bureau d’études

AD STRUCTURES, qui m’a donné l’opportunité de réaliser un stage dans son entreprise. Par son

accueil chaleureux et sa bienveillance, il m’a permis de m’intégrer rapidement à l’équipe.

Mes remerciements s’adressent également aux enseignants de l’Université de Cergy-Pontoise pour la

qualité de leur formation.

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2014 Paul Elie Daou

AD Structures Siège social 3, rue du Dr J. Clémenceau 75 015 PARIS SARL

Depuis sa création en 2001, la société AD Structures a mis en place à Paris et en Ile de France les moyens humains et matériels nécessaires à l’ensemble des études liées à la construction et à la rénovation. En 2006, une agence a été créée à Angers (49) avec tous les moyens de dessin et de calcul.

La société s’appuie aujourd’hui sur une équipe aux fortes capacités techniques, composée d’ingénieurs et de spécialistes de haut niveau, alliant disponibilité, motivation et compétences.

L’avantage essentiel de cette structure compacte et légère est la souplesse d’intervention et l’existence d’un réseau de partenaires qui sont disponibles en cas de charges de travail importantes.

Enfin l’indépendance d’AD Structures permet à cette société de s’affirmer comme l’interlocuteur privilégié et fiable des acteurs de la construction.

AD Structures offre de ce point de vue une remarquable force d’intervention dans l’aide à la décision et l’appui technique.

Gérant : Ramadan DAOUD

Partenaires : -3 Bureaux d’études

-2 Ingénieurs indépendants

-5 Dessinateurs Projeteurs

MOYENS MATERIELS

- 6 Postes de dessins (Autocad) - 2 Traceurs - 3 Postes de calcul (Arche – ROBOT)

MOYENS HUMAINS

- 4 Ingénieurs - 4 Dessinateurs Projeteurs - 1 Assistante

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2014 2 Paul Elie Daou

Introduction

Avant, les hommes n’avaient besoin que d’une case pour se protéger de la pluie. Ensuite l’homme a

eu besoin d’un espace fermé pour se protéger, se sentir en sécurité. Après, l’homme construit sa

maison pour y vivre, avoir son chez soi, et enfin l’homme a voulu faire de son habitation, une œuvre

d’art.

Au fil des années, il y a toujours eu une évolution par rapport aux structures, et comment se

comportent les structures.

Moins il y avait de connaissances physiques et mathématiques, et plus les ouvrages étaient

surdimensionnée. Maintenant, que l’homme maitrise ces connaissances, les structures sont faites en

économisant les matériaux.

Une structure est un assemblage intelligent d’éléments et de matériaux afin d’assurer une fonction.

En effet, le but du dimensionnement est de déterminer les formes, dimensions, matériaux afin de

satisfaire la fonction demandée dans toute les conditions de la vie de la structure, mais aussi,

permettre d’utiliser le minimum de matériaux et matériels possible, afin que le maitre d’ouvrage

économise de l’argent, car on a beau bien construire, il faut savoir économiser son client, car il reste

le plus important.

Estimer des charges qui s’appliquent sur une structure est l’un des critères les plus importants pour

prétendre au bon fonctionnement de cette dernière car c’est en fonction du type d’usage et des

charges choisies que la structure sera bien dimensionnée.

C’est donc, sur ces quelques pages, que nous tenterons d’expliquer comment modéliser une

structure à l’aide de Graitec Ossature, puis dans un second temps, dimensionner quelques éléments

des fondations et de l’infrastructure.

Synthèse des activités

Durant cette période, j’ai travaillé sur le projet « Collège Louise Michel » à Clichy Sous-Bois.

Ce projet comprend un ensemble de 3 piscines avec des salles de bureaux et un sous-sol qui permet

de récupérer l’eau de la piscine et de la traiter.

L’utilisation du logiciel GRAITEC OMD a été très important car il a permis de faire la descente de

charge du projet plus rapidement que prévu. Cela a facilité le dimensionnement des pieux, des

longrines, des poutres-cloisons et des poteaux.

Comme les bureaux de contrôles exigent des notes de calculs, il nous a fallu démontrer tous les

résultats trouvés à l’aide du logiciel que nous vous présenterons dans le développement du rapport.

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Texte surligné

"je tenterai"

rbodet

Texte surligné

"importante"

rbodet

Texte surligné

"je vous présenterai"

rbodet

Texte surligné

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I/ Modélisation d’une structure sur ARCHE OSSATURE

Arche Ossature est un logiciel de simulation de bâtiment qui permet de mener rapidement et en

toute rigueur vos études de descente de charges, de contreventement et de séisme, en respectant

les méthodes usuelles de la profession.

a/ Hypothèse de l’étude

Une étude quel que soit sa taille, respecte toujours des hypothèses de calcul pour le béton et l’acier

suivant lesquelles elle doit être calculée.

Avant de commencer à utiliser un logiciel de modélisation de structure, il faut toujours régler ces

hypothèses :

-Densité du béton : 2.5 T/m3

- Fck : résistance caractéristique en compression du béton, mesurée sur cylindre à 28 jours : 25 MPa

- Fyk : limite caractéristique d’élasticité de l’acier : 500 MPa

-Module élastique : Le module de Young est la constante qui relie la contrainte de traction (ou

de compression) et le début de la déformation d'un matériau élastique isotrope. : 20000 MPa

-Coefficient de Poisson : permet de caractériser la contraction de la matière perpendiculairement à la

direction de l'effort appliqué.

Nous avons utilisé ces hypothèses car elles ont été imposées dans le Cahier des clauses techniques

particulières .Elles peuvent être différentes sur une autre affaire.

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b/ Dessin de structures simples (avec modes d’accrochages)

Une fois les hypothèses prises en compte, nous passons au traçage de la structure par éléments

simple.

Suivant les modes d’accrochages, nous allons commencer par mettre en place un poteau.

Le premier poteau sera rentré avec la méthode d’accrochage ‘’relatif’’ qui permet de placer un

poteau en fonction de coordonnées (x ;y) que l’on choisit.

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Afin de placer le deuxième poteau, nous utiliserons encore l’accrochage ‘’relatif’’ qui consiste à

choisir un poteau existant que le logiciel considère comme origine du repère. A partir de cette origine

nous introduisons les coordonnées de notre deuxième poteau.

Vous répétez cette opération au fur et à mesure pour avoir l’ensemble des poteaux de la structure.

Une fois tous les poteaux placés nous passons aux poutres ou voiles et pour cela nous utilisons

d’autres modes d’accrochage ‘’extrémité ‘’ ‘’milieu’’ ‘’intersection’’ ‘’perpendiculaire’’.

Pour relier plus simplement deux poteaux entre eux nous employons le mode d’accrochage

«extrémité » ou « intersection » qui comme leurs noms l’indiquent permettent d’accrocher des

points déjà existant. L’accrochage est choisi par défaut une fois que l’on approche notre curseur du

poteau (il faut cliquer pour cela).

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Dans le cas où nous n’avons qu’un poteau et que nous voulons mettre en place une poutre qui

s’appuie sur une autre, les accrochages comme ‘’perpendiculaire’’ sont très efficaces.

Dans le cas ci-dessus, la poutre tombe au milieu de la poutre primaire, donc nous pouvons utiliser

l’accrochage ‘’milieu’. Si elle ne tombait pas dessus, nous n’aurions pas pu l’accrocher mais

seulement utiliser l’accrochage ‘’perpendiculaire’’.

N.B : Dans ce cas, il est très important de bien vérifier qu’en traçant votre poutre qui va couper une

plus grosse poutre, il faut préciser au logiciel que la poutre est secondaire ; pour cela nous

décochons l’option ‘’principale’’.

Maintenant que l’on maitrise les principaux types d’accrochages, nous pouvons tracer la structure à

dimensionner avec les éléments principaux.

Une fois que la structure est bien dessiner, il ne nous manque plus qu’à rentrer les charges qui

s’appliqueront sur la structure.

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Texte surligné

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Texte surligné

"la poutre" (c'est vous qui tracez, pas une autre personne)

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Texte surligné

"dessinée"

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c/ Charges à appliquer

Les charges que nous appliquerons sur le bâtiment permettront de déterminer les charges totales sur

semelles ou autres types de fondations.

Nous avons plusieurs types de charges à appliquer :

- Les charges permanentes (notées G dans la règlementation) qui comprennent toutes les charges

inamovibles qui, de par leur nature, sont appliquées de manière définitive sur le plancher considéré.

Les principales sont :

• le poids mort du plancher,

• le poids des cloisons et murs prenant appuis sur le plancher,

• Les chapes complémentaires,

• Les revêtements de sol,

• protection lourdes de toiture terrasse,

• etc...

- Les charges d'exploitation (notées Q dans la règlementation) sont celles qui résultent de l'usage des

locaux par opposition au poids des ouvrages qui constituent ces locaux, ou à celui des équipements

fixes. Elles correspondent au mobilier, au matériel, aux matières en dépôt et aux personnes et pour

un mode normal d'occupation. En pratique, toutefois, certains équipements fixes légers peuvent être

inclus dans les valeurs fixées pour les charges d'exploitation.

- Les charges horizontales (notées AC sur Graitec) sont celles qui peuvent résulter de la poussée des

eaux ou terres horizontales, ou du vent qui sont perpendiculaires à l’ouvrage.

Les charges données dans les tableaux suivants sont celles qui sont le plus couramment rencontrées

dans la construction (Annexe 1 : « d »).

Une fois que nous déterminons les valeurs de G, Q et AC, nous les insérons en choisissant un élément

de structure simple :

NB : Le logiciel prend en compte le poids propre des éléments simple, donc ne pas l’ajouter.

Une fois les charges surfaciques ajoutées, nous passons au calcul de la structure.

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d/ Détermination des charges sur semelles

La détermination des charges sur semelles va permettre de nous donner les dimensions (LxlxH) de

cette dernière.

Afin de lancer le calcul pour déterminer les charges sur semelles nous devons tout d’abord ‘’Générer

des Semelles’’, une fois cette option sélectionnée, toutes les semelles sous poteaux vont

apparaitrent :

A présent toutes les conditions sont réunies pour lancer la modélisation :

Si la structure a été dessinée correctement et que tous les points d’accrochages ont bien été reliés

entre eux, nous devons trouver « zero erreurs » sur l’onglet qui s’affiche.

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Enfin la dernière étape est de lancer le calcul du projet qui nous donnera toutes les valeurs

recherchés en cliquant sur ‘’Calculer’’.

NB : Le calcul se fait avec un pourcentage d’anomalies détectées, c’est-à-dire qu’entre 90 et 100 %,

le calcul passe bien, alors qu’à moins de 75 %, il faut revoir le modèle et chercher les erreurs.

Une fois le calcul terminé, toutes les dimensions sont disponibles et nous pouvons exporter chaque

élément simple sur son module de ferraillage respectif.

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e/ Exportation des éléments simples sous modules de ferraillages

L’exportation des éléments simple (poteau, poutre, dalle, voile) sous leurs modules de ferraillage se

fait de façon simple.

Il suffit juste de sélectionner un élément simple (poutre), et de cliquer sur ‘’appel du module de

ferraillage’’.

Le logiciel ne prend pas bien en compte les lignes de ruptures des dalles, donc il est préférable

d’utiliser le module de ferraillage juste pour se faire une idée du résultat et recalculer plus

minutieusement les éléments simples.

En conclusion partielle, nous pouvons dire que GRAITEC OSSATURE est une bonne solution pour faire

une bonne descente de charge afin d’avoir de façon très rapide les charges sur semelles. Par contre,

pour les éléments simples il est préférable de se baser sur la descente de charge mais de recalculer

chaque élément simple car nous ne sommes jamais à l’abri d’erreurs.

Dans les deuxièmes et troisièmes parties, nous dimensionnerons des structures simples.

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II/Dimensionnement des fondations

1/ Micropieux

a/ Définition

Le micropieu est une fondation superficielle dont la longueur peut atteindre une vingtaine de

mètres, disposé en groupes pour fonder ou consolider un ouvrage. Ils sont utilisés lorsque le terrain

ne peut pas supporter superficiellement les contraintes dues à la masse de l'ouvrage. Le micropieu

assure deux sortes d'ancrages :

• Le premier est lié au frottement du micropieu dans le sol qui l'entoure, qui offre ainsi une

résistance à l'enfoncement.

• Le second est lié à l'effet de pointe qui correspond à l'appui vertical de la fondation sur un sol de

qualité acceptable.

Dans le cas d'un sol stable situé à une trop grande profondeur, le micropieu travaille exclusivement

sur la résistance au frottement.

Le nombre de micropieux nécessaire est déterminé par un calcul de descentes de charges par

combinaison d'action de l'ouvrage et par une étude géotechnique du sol récepteur.

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b/ Note de calcul

La descente de charge faite sur Graitec Ossature a permis de déterminer les charges à appliquer pour

le dimensionnement des micropieux du projet.

Avec ces charges, nous déterminons le diamètre et ferraillage des micropieux avec FOXTRA.

(En annexe 1, tableau de charges + diamètre des pieux)

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2/ Longrines

a/ Définition

Une longrine est une poutre rectangulaire horizontale en béton armé qui assure la liaison

transversale entre les poteaux au niveau des massifs de fondation et qui sert à répartir les charges ou

à les reporter vers des appuis.

Elle est posée directement sur un béton de propreté pour empêcher la pollution du béton frais de la

longrine par le sol support lors du coulage du béton. Le béton de propreté offre également un

support uniforme à la longrine.

Lorsque la longrine est placée entre deux semelles, une semelle centrée et une semelle excentrée,

elle est appelée poutre de redressement ou longrine de redressement. Elle sert concrètement à

plaquer la semelle excentrée pour éviter tout déplacement. Elle se coule normalement en même

temps que la semelle car son ferraillage est ancré dans la semelle.

Dans notre cas, les longrines vont nous permettre de ceinturer les pieux afin qu’ils soient maintenus

entre eux.

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b/ Note de calcul

Comme vu précédemment, les longrines issues de la DDC peuvent directement être exportées sur le

module de ferraillage mais comme Arche Ossature ne trace pas parfaitement les lignes de ruptures, il

est préférable de les faire soit même, et de recalculer les charges qui s’appliquent dessus en

respectant les lignes de ruptures et en rentrant les charges manuellement sur le module de

ferraillage.

Nous calculerons la longrine L1 (plan coffrage en annexe 2)

Modèle de longrines sur le module de ferraillage de GRAITEC :

- Détermination des charges qui s’appliquent sur la longrine (poids propre pris en compte) :

Poids de la dalle ep 22cm (charge triangulaire suivant les lignes de ruptures) + charges s’appliquant

sur la dalle.

G1=0.22 x 25 x 2/2 +0.1 x 2/2=5.5 kN/m² = 0.65 T/m

Q1=0.4 x 2/2 =0.4 T/m

- Détermination des charges qui s’applique sur la longrine (charge uniformément répartie) :

La cloison fait 0.2X4m, soit :

G=0.2 x4 x 25 =20 kN/m= 2T/m

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On obtient une poutre avec les charges de la dalle et de la cloison :

Sollicitation de la poutre après lancement du calcul :

On obtient une section d’acier en flexion de 3.35 cm² (ferraillage de la Longrine en annexe 3).

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Détermination de la section de ferraillage par note de calcul traditionnel :

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La comparaison entre les deux méthodes de calcul est donc exacte, la section est approuvée.

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II/ Dimensionnement de l’infrastructure

1/ Poutre-cloison

a/ Définition

La poutre-cloison (appelée poutre voile) est une poutre de grande hauteur dont le rapport hauteur

sur longueur est supérieur à 0,5. Les poutres-voiles sont armées, en partie basse, par un tirant qui

reprend la traction engendrée par l'effet de voûte. En pratique, il s'agit de murs qui ne sont appuyés

qu'à leurs extrémités et sont donc fléchis.

b/ Note de calcul

Modèle de poutres-cloison sur le module de ferraillage de GRAITEC :

Dimension de la PC V01 : h=4m, L=7.6 m et e=0.2m.

Nous avons choisi la poutre-cloison la plus chargée car il s’agit de la plus défavorable.

Afin d’optimiser l’avancement du chantier, il est préférable de sélectionner la poutre-cloison la plus

chargée pour obtenir le ferraillage maximal que nous appliquerons à toutes les poutres-cloison.

- Détermination des charges qui s’appliquent sur la poutre-cloison :

Charges linéaires provenant de la DDC sur le modèle avec G=85T et Q=50T.

Ramenons ces charges à des charges linéaires en divisant par la longueur, soit :

G=85/7.6=11.40 T/ml Q=50/7.6=6.7 T/ml

On obtient une poutre-cloison avec les charges linéaires et surfaciques suivantes :

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Sollicitations :

- Détermination des charges qui sont remontées sur la poutre-voile à l’aide des aciers en U

(effort tranchant) :

Poids dalle + charges :

G=0.22 x 2.5x 5.35+0.1x5.35=3.5 T/ml Q=0.4 x 5.35= 2.14 T/ml

On obtient une section d’acier en flexion de 16.43 cm² (Ferraillage de la poutre cloison en annexe 4).

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Détermination de la section des U (note de calcul) :

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2/ Poteau

a/ Définition

Un poteau est un organe de structure d'un ouvrage sur lequel se concentrent de façon ponctuelle les

charges de la superstructure (par exemple via un réseau de poutres ou de dalles d'un niveau

supérieur) et par lequel ces charges se répartissent vers les infrastructures de cet ouvrage (par

exemple les fondations). Du point de vue de la mécanique des structures, les poteaux sont des

éléments verticaux soumis principalement à de la compression. Leur résistance est notamment

limitée par le risque de flambage.

b/ Note de calcul

Modèle de poteau sur le module de ferraillage de GRAITEC :

Dimension du poteau : h=4m, ∅=40cm

Le poteau à dimensionner est le P1 .

- Détermination des charges qui s’appliquent sur le poteau :

Le poteau est encastré en tête et en pieds.

Charges ponctuelles provenant de la DDC sur le modèle avec ;

• G+Q=90 T G=70% et Q=30% G=63 T et Q=27 T

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Sollicitations :

On obtient une section d’acier en flexion de 2.9 cm² (Ferraillage poteau en annexe 5).

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Conclusion

Le travail en bureau d’étude ne doit pas se limiter uniquement à la saisie des données sur des

logiciels, il est primordial de maîtriser les calculs et d’être capable de retrouver les mêmes résultats

que ceux émis par le logiciel. En effet, en réunion de chantier ou pour tout travail en urgence, il faut

savoir mener les calculs sans outils informatiques.

Cette expérience a été très bénéfique pour moi car elle m’a permis de me familiariser avec les

logiciels comme GRAITEC tout en continuant à calculer manuellement les charges et structures. La

mission qui m’a été confiée en bureau d’études a renforcé mes compétences dans la descente de

charges et dans le dimensionnement de structures. De plus, ce stage m’a donné l’opportunité de

rencontrer des professionnels et de nouer des relations avec les autres ingénieurs d’AD STRUCTURES.

Par ailleurs, mon maître de stage m’a responsabilisé en me laissant travailler en autonomie sur le

dimensionnement et le ferraillage.

En alliant la théorie à la pratique, le stage en entreprise est une étape importante et décisive qui m’a

permis de me familiariser avec le métier d’ingénieur. Les objectifs poursuivis durant ce stage ont été

largement atteints.

En conclusion, le stage a été largement fructueux et les connaissances acquises seront largement

valorisées.

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ANNEXES

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Annexe 1 : Diamètre des pieux + charges

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Annexe 2 : Plan de coffrage

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Annexe 3 : Ferraillage Longrine

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Annexe 4 : Ferraillage de la Poutre-cloison

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Annexe 5 : Ferraillage du poteau

Documents

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