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Dans le cadre de mon travail de fin de Master à la haute école de Karlsruhe en Allemagne, j'ai réalisé cette étude complète de Transformations d'une Villa. Les particularités sont l'utilisation de BFUP comme structure porteuse, la cuve blanche, les micro-pieux et la consolidation de sol par injection jetting.

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Mémoire de Master Trinational en Génie Civil

  1. 1. CERT ingénierie sa Avenue Ritz 35 1950 Sion 2 Nord T 027 566 91 91 F 027 566 91 92 sion@cert.ch Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft Moltkestrasse 30 76133 Karlsruhe T +49(0)721 925-0 F +49(0)721 925-2000 mailbox@hs-karlsruhe.de MEMOIRE DE MASTER EN GENIE CIVIL AGRANDISSEMENT ET TRANSFORMATIONS D’UNE VILLA Sion, le 31 juillet 2015 Etudiant Master Trinational : Jean-René Tesser Directeur de mémoire : Prof. Dr.-Ing. Jan Akkermann
  2. 2. Agrandissement et transformations d’une villa – 2/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser
  3. 3. Agrandissement et transformations d’une villa – 3/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Remerciements « Celui qui dans la vie est parti de zéro pour n’arriver à rien dans l’existence n’a de merci à dire à personne. » Pierre DAC (Dac, 1972) Comme je ne suis pas parti de zéro et que je suis arrivé à terminer ce mémoire, je voudrais remercier sincèrement les personnes suivantes. Tout d’abord, je tiens à remercier Claude Raymond DUBUIS de m’avoir donné un cadre idéal pour réaliser ce beau projet. Son engagement dans mon mémoire et son soutien ont été essentiels. Je remercie vivement mon directeur de mémoire, M. Dr. Prof. Jan AKKERMANN, pour ses directives et conseils. Je tiens aussi à remercier M. Dr. Prof. Eugen BRÜHWILER pour son implication et contribution exceptionnelle. J’adresse ensuite mes vifs remerciements à Quentin SCHITTLI pour ses observations toujours avisées. Je tiens à remercier tous mes collègues de CERT ingénierie sa avec qui j’ai toujours plaisir à travailler. Enfin, je remercie chaleureusement ma famille et mes amis de m’avoir écouté et soutenu tout au long du mémoire. Un remerciement particulier à Marie qui a supporté mes doutes et mes sauts d’humeur. J’adresse ma profonde reconnaissance à toutes les personnes qui ont su m’encourager.
  4. 4. Agrandissement et transformations d’une villa – 4/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Table des matières 1. Présentation du projet .................................................................................................... 6 1.1 Situation générale ................................................................................................... 7 1.2 Plan d’ensemble...................................................................................................... 8 1.3 Description du projet ............................................................................................... 9 1.3.1 Système structural choisi ................................................................................. 9 1.3.2 Milieu et exigences de tiers .............................................................................. 9 1.3.3 Besoins de l’exploitation et de la maintenance ................................................10 2 . Base pour l’élaboration................................................................................................12 2.1 Les Normes............................................................................................................13 2.2 Logiciel...................................................................................................................13 2.3 Les Matériaux.........................................................................................................14 2.3.1 Béton ..............................................................................................................14 2.3.2 Acier................................................................................................................15 3 . L’extension de la villa ..................................................................................................16 3.1 Stabilité des fouilles................................................................................................16 3.1.1 Paroi berlinoise ...............................................................................................17 3.1.2 Méthode CHS..................................................................................................18 3.1.3 Comparaison des coûts...................................................................................19 3.2 Etude statique de la toiture en lames BFUP ...........................................................20 3.2.1 Cas de charges...............................................................................................23 3.2.2 Efforts .............................................................................................................29 3.2.3 Calcul de dimensionnement ............................................................................30 3.2.4 Schéma d’armature.........................................................................................49 3.2.5 Assemblages...................................................................................................50 3.3 Etude thermique de l’extension ..............................................................................62 3.3.1 Calcul de la résistance au feu des poutres BFUP............................................63 3.3.2 Etude de l’isolation thermique de l’extension...................................................68 3.4 Etude de coût et du montage des Lames BFUP.....................................................69 3.4.1 Etude de coût de fabrication des Lames BFUP ...............................................70 3.4.2 Etude de coût du transport des Lames BFUP..................................................72 3.4.3 Etude du montage des Lames BFUP ..............................................................73 3.5 Etude du cadre et du mur d’appui supportant les lames BFUP...............................79 3.5.1 Dimensionnement du cadre d’appui en béton armé ........................................80 3.5.2 Dimensionnement du mur d’appui côté Nord........... Erreur ! Signet non défini. 4 . Les aménagements extérieurs ...................................................................................93
  5. 5. Agrandissement et transformations d’une villa – 5/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 4.1 Fondations du bassin .............................................................................................94 4.1.1 Les actions......................................................................................................94 4.1.2 Dimensionnement des micropieux...................................................................96 4.2 Bassin extérieur .....................................................................................................98 4.2.1 Présentation....................................................................................................98 4.2.2 Base pour l’élaboration....................................................................................99 4.2.3 Les efforts .....................................................................................................101 4.2.4 Dimensionnement de la paroi........................................................................102 4.2.5 Dimensionnement du radier ..........................................................................108 4.3 Dallage extérieur en béton drainant......................................................................111 4.3.1 La composition..............................................................................................111 4.3.2 Les avantages...............................................................................................111 4.3.3 La mise en œuvre .........................................................................................112 4.3.4 Comparaison des prix ...................................................................................112 5 Phasage des travaux...................................................................................................113 6 Conclusions.................................................................................................................114 7 Bibliographie ...............................................................................................................119 8 Annexes ......................................................................................................................120
  6. 6. Agrandissement et transformations d’une villa – 6/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 1. Présentation du projet
  7. 7. Agrandissement et transformations d’une villa – 7/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 1.1 Situation générale Le présent projet a pour but d’ériger une extension de villa dans la commune de Savièse, située proche de la ville de Sion dans le canton du Valais en Suisse. La parcelle a la particularité d’être sur un terrain pentu et difficile d’accès. La problématique du transport sera donc étudiée en détail pour tous les éléments constructifs. Les travaux consistent à supprimer une partie de l’actuelle villa et d’y apporter une extension ainsi que divers aménagements tels que qu’un bassin extérieur et des jardins en terrasse. Commune de Savièse, (VS), Suisse Altitude moyenne : 730.00 m
  8. 8. Agrandissement et transformations d’une villa – 8/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 1.2 Plan d’ensemble Figure 1 : Plan de Rez supérieur Figure 2 : Façades Sud Partie de la villa à transformer Partie de la villa à tranformer Création d’un bassin extérieur Partie transformée de la villa bassin extérieur 1 m 5 m
  9. 9. Agrandissement et transformations d’une villa – 9/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 1.3 Description du projet 1.3.1 Système structural choisi L’ouvrage sera construit en béton armé. Les dalles reposeront sur des murs. La stabilisation au vent et au séisme se fera par les murs en béton armé. Le toit est constitué de lame en béton fibré ultra haute performance (BFUP) et s’appuiera sur le mur côté Nord de la villa et sur un sommier en béton armé reposant sur deux murs en béton armé côté Sud. La longueur de l’extension est de 14 m pour 7 m de large environ et une hauteur totale d’environ 3.5 m. Au rez-de-chaussée supérieur, une partie rectangulaire de 21 m2 de l’ancienne salle à manger est supprimée, remplacée par une salle à manger de 42 m2 ainsi qu’une terrasse. Le toit architectural de l’extension sera réalisé à l’aide de « lames » en béton fibré ultra haute performance (BFUP) qui prendront appuis sur le mur côté Nord de l’extension au Rez supérieur et sur un cadre constitué d’un sommier et de murs en béton armé côté Sud. Des places de parc sont prévues contre le mur de la salle à manger, abritées par le toit en porte-à-faux constitué des « lames » BFUP. La toiture sera donc constituée de 7 lames BFUP espacés chacune de 1.06 m, sur lesquelles viendra se fixer une toiture en bois. Le rez-de-chaussée inférieur passera de 150 m2 à une surface de 200 m2 environ. La durée de service des structures porteuses est de 50 ans, alors que tous les éléments de construction remplaçables (étanchéité, revêtements, joints, …) ont une durée de service de 25 ans. Les façades de l’extension seront recouvertes d’une isolation extérieure. Il est prévu de réaliser un bassin extérieur avec une longueur de 12 m et de 4 m de large. La réalisation d’un atelier de forme trapézoïdale de 46 m2 est prévue à environ 10 m au Nord de la villa. 1.3.2 Milieu et exigences de tiers 1.3.2.1 Contexte La villa se situe sur une parcelle résidentielle pentue à proximité directe avec d’autres résidences. L’extension de la villa se situe près d’une route d’accès à l’Est et le bassin extérieur est situé contre un bâti existant à l’Ouest. Des jardins en palier se situent au Sud. La route à l’Est qui possède une seule voie doit pouvoir être empruntée durant toute la durée du chantier. Les tassements seront limités en rapport avec les bâtiments voisins.
  10. 10. Agrandissement et transformations d’une villa – 10/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 1.3.2.2 Environnement Géotechnique Il n’y a pas d’études géotechniques. Nous émettrons donc une hypothèse conservatrice. Le sol est de type Morainique. Nappe phréatique et inondation L’ouvrage ne présente pas de risques d’inondation. Equipements existants et futurs Les conduites, canalisations et équipements existants - Eau potable (ESR) : déplacement et modifications dans le périmètre du projet à prendre en compte, particulièrement à l’Ouest, pour la construction du bassin extérieur 1.3.2.3 Exigence des tiers Bâtiments voisins - Constat de l’état existant des ouvrages 1.3.3 Besoins de l’exploitation et de la maintenance 1.3.3.1 Généralités Les matériaux de constructions et les détails constructifs seront choisis afin de faciliter au maximum l’entretien et la maintenance de l’ouvrage. Les exigences à la fissuration seront respectées pour le dimensionnement de l’armature horizontale dans les murs. Cela n’empêchera pas la fissuration, mais permettra de mieux la contrôler et d’assurer une microfissuration. Un plan avec les exigences sur l’aspect et le rendu souhaité pour les bétons sera établi en collaboration avec les architectes. 1.3.3.2 Etanchéité des bassins - Système constructif d’étanchéité choisi : cuve blanche - Classes d’étanchéité choisies (selon SIA 272 :2009) : Classe 1, « complètement sec » : bassin extérieur - Les murs et radier du bassin extérieur sont conçus selon le principe de la cuve blanche. Caractéristiques : γk = 20 kN/m3 c’k = 0 kN/m2 φk = 30 °
  11. 11. Agrandissement et transformations d’une villa – 11/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 1.3.3.3 Résistance au feu Le bâtiment sera dimensionné et conçu pour une résistance au feu R30. 1.3.3.4 Risque sismique Dimensionnement au séisme selon les normes SIA 260 à 267. Le secteur de Savièse se situe en zone 3B d’aléa sismique. Sur la carte des sols de fondation selon SIA261, la parcelle se situe sur des sols de fondation de type E. La classe d’ouvrage est la classe CO I, bâtiment d’habitation (SIA 261, 16.3).
  12. 12. Agrandissement et transformations d’une villa – 12/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 2. Base pour l’élaboration
  13. 13. Agrandissement et transformations d’une villa – 13/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 2.1 Les Normes Les principales normes utilisées, pour le dimensionnement des structures porteuses, sont les suivantes (normes en vigueur au 01.04.2015) : - SIA 260 : Bases pour l’élaboration des projets de structures porteuses - SIA 261 : Actions sur les structures porteuses - SIA 261/1 : Actions sur les structures porteuses – spécifications complémentaires - SIA 262 : Construction en béton - SIA 262/1 : Construction en béton – spécifications complémentaires - SIA 263 : Construction en acier - SIA 263/1 : Construction en acier – spécifications complémentaires - SIA 267 : Géotechnique - SIA 272 : Etanchéité - SIA 2052 : Cahier Technique sur le Béton fibré ultra-performant (BFUP) 2.2 Logiciel - Le logiciel utilisé pour les calculs statique en barre est statik-5 de CUBUS. - Le logiciel utilisé pour calculer les dalles est Cedrus-5 de CUBUS. - Le dimensionnement au séisme se fera selon la méthode des forces de remplacement. - Le logiciel utilisé pour le calcul aux éléments finis est R-FEM de Dlubal.
  14. 14. Agrandissement et transformations d’une villa – 14/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 2.3 Les Matériaux 2.3.1 Béton Sous-sol, murs et dalles Type Classe de résistance à la compression : Classe d’exposition : Diamètre maximal des granulats : Classe de teneur en chlorures : Classe de consistance : NPKC C 30/37 XC4, XF1 Dmax 32 Cl 0.10 C3 Masse volumique ρc [kg/m3 ] 2’500 Valeur de calcul de la résistance à la compression fcd [N/mm2 ] 20.0 Valeur de calcul de la contrainte limite de cisaillement τcd [N/mm2 ] 1.10 Ecm [N/mm2 ] 27'000 (kE = 8'000) Coefficient de résistance γc 1.50 Enrobage Selon classe d’exposition, min 30 mm. Cuve blanche (Bassins intérieur et extérieur) Type Classe de résistance à la compression : Classe d’exposition : Diamètre maximal des granulats : Classe de teneur en chlorures : Classe de consistance : NPKC C 30/37 XC4, XD2, XF4 Dmax 32 Cl 0.10 C3 Masse volumique ρc [kg/m3 ] 2’500 Valeur de calcul de la résistance à la compression fcd [N/mm2 ] 20.0 Valeur de calcul de la contrainte limite de cisaillement τcd [N/mm2 ] 1.10 Ecm [N/mm2 ] 27'000 (kE = 8'000) Coefficient de résistance γc 1.50 Enrobage Selon classe d’exposition, min 30 mm. Exigence supplémentaire Etanche.
  15. 15. Agrandissement et transformations d’une villa – 15/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Lame en BFUP Type Classe de résistance à la compression : Classe d’exposition : Diamètre maximal des granulats : Classe de teneur en chlorures : Rapport E/C : Ductal® > 150 N/mm2 XC4, XF1 < 1mm 0.10 0.15 – 0.25 Masse volumique ρc [kg/m3 ] 2’750 Valeur de calcul de la résistance à la compression fUcd [N/mm2 ] 77.0 Valeur de calcul de la contrainte limite de cisaillement τcd [N/mm2 ] 2.53 EUm [N/mm2 ] 48’000 Coefficient de résistance γc 1.50 Enrobage 15 mm Volume de fibres d’acier 3% 2.3.2 Acier Acier d’armature passive B500B Masse volumique ρa [kg/m3 ] 7850 Limite d’écoulement fsd [N/mm2 ] 435 Allongement sous charge ultime ≥εuk [%] 5.0 Coefficient de résistance γs 1.15
  16. 16. Agrandissement et transformations d’une villa – 16/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3. L’extension de la villa 3.1 Stabilité des fouilles
  17. 17. Agrandissement et transformations d’une villa – 17/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.1.1 Paroi berlinoise La stabilité des fouilles est en règle générale la première chose dont l’ingénieur doit s’assurer afin de réaliser la suite du chantier. Pour ce projet, la stabilité a été particulièrement étudiée pour réaliser le bassin extérieur dont la hauteur de fouilles peut atteindre 3.5 mètres. Dans un premier temps la réalisation d’une paroi berlinoise fut étudiée. Mais du fait de la proximité de la parcelle voisine, nous n’avions pas l’espace suffisant pour la réaliser. De plus, cela aurait nécessité la venue de machine de forage de grande taille qu’il n’est pas possible de prévoir sur ce chantier situé sur un coteau à 800 mètres d’altitude. Figure 3 : Schéma Paroi berlinoise
  18. 18. Agrandissement et transformations d’une villa – 18/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.1.2 Méthode CHS Nous nous sommes tournés vers la méthode de consolidation du sol par injection, appelée méthode CHS pour Compactage Horizontal Statique ou Compacting Grouting. Il s’agit d’injecter sous pression dans le sol un mortier de consistance raide à plastique. Le mortier s’expanse de manière homogène dans le sol et augmente sa compacité. La portance du sol se trouve ainsi améliorée. De plus cette méthode nécessite seulement une machine de petite taille pour réaliser les forages. Un étayage à l’aide de buttons est nécessaire pendant la phase des travaux. L’injection se fera à l’aide de tube PVC perforés de 4 mètres de profondeur et tous les 50 cm. Figure 4 : Principe de consolidation par injection
  19. 19. Agrandissement et transformations d’une villa – 19/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.1.3 Comparaison des coûts Voici une comparaison de coût pour un mur de soutènement de 15 mètres pour une hauteur de fouille de 3.5 mètres. Prix unitaire Détails Paroi berlinoise Méthode CHS Somme HT 43’500 Fr 32’500 Fr En plus d’être d’une plus grande flexibilité, la méthode par injection se révèle moins coûteuse. La machine de forage pourra être aussi utilisée pour forer les micropieux nécessaires aux fondations du bassin extérieur. On économisera ainsi les coûts de transport et d’installation.
  20. 20. Agrandissement et transformations d’une villa – 20/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2 Etude statique de la toiture en lames BFUP
  21. 21. Agrandissement et transformations d’une villa – 21/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Description Figure 5 : Vues en perspective de l'extension architecturale La toiture de l’extension de la villa est soutenue par 7 poutres en béton fibré ultra performant. Les appuis, dans le plan de la poutre, seront considérés comme encastré en pied de poteau et comme glissant avant le porte-à-faux. Le sommier en béton armé ne permet pas d’avoir une condition d’appui encastré parfait. Pour cette raison le calcul de la déformée sera réalisé avec un appui rotule en pied de poteau. Le modèle sera représenté en barres, ce qui donne la structure en deux dimensions suivante : Figure 6 : Structure 3D en barres
  22. 22. Agrandissement et transformations d’une villa – 22/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Figure7:Présentationdelastructure
  23. 23. Agrandissement et transformations d’une villa – 23/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.1 Cas de charges 3.2.1.1 Actions Verticales 3.2.1.1.1 Actions permanentes Désignation Description Charge  Poids Propre Béton BFUP ρc = 27.5 kN/m3  Surcharges Finition (Plaquage, Lambrissage, lattage, sous couverture…) 0.9 kN/m2 x 1.06 m 1 kN/m Isolation 0.3 kN/m2 x 0.96 m 0.3 kN/m Panneau OSB + Cornière 0.7 kN/m2 x 1.06 m 0.7 kN/m Chevron 0.25 kN 3.2.1.1.2 Actions variables  Vent : qp = ch * qpo avec : ch = 1.6 * [( 𝑧 𝑧 𝑔 ) ∝ + 0.375] 2 = [( 4 450 ) 0.23 + 0.375] 2 = 0.51 (eq. (12) SIA 261) qpo = 0.9 kN/m2 (annexeE, SIA 261) Charge horizontale : qpk = 0.9 * 0.51 = 0.49 kN/m2 Charge verticale : qek = cpe * qp* ebarres ebarres : distance entre deux poutres, 1.06 m.
  24. 24. Agrandissement et transformations d’une villa – 24/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser cpe1 = 0.55 cpe2 = 0.49 qek1 = 0.27 kN/m qek2 = 0.24 kN/m Tableau 31 Tableau 57a (Annexe C SIA 261) cpe3 = -0.55 qek3 = -0.27 kN/m Tableau 57a (Annexe C SIA 261)  Neige : 1.8 kN/m (alt. 730m) Sk = (1 + [ ℎ0 350 ] 2 ) ∗ 0.4 kN/m2 Sk = (1 + [ 730 350 ] 2 ) ∗ 0.4 kN/m2 Sk = 2.14 kN/m2 qk = µ * Sk qk = 1.2 * 2.14 kN/m2 * 1.06 m = 2.7 kN/m
  25. 25. Agrandissement et transformations d’une villa – 25/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.1.2 Actions Horizontales Figure 8 : Cas de charges horizontales (valeurs caractéristiques) qd = qpk * Aef qd1 = 0.49 kN/m2 * 0.63 m = 0.31 kN/m 0.63 m : hauteur de la poutre qd2 = 0.49 kN/m2 * 3.5 𝑚 2 m = 0.86 kN/m 3.5 m : hauteur d’étage, où le vent s’applique sur la baie vitrée qd3 = 0.49 kN/m2 * 0.53 m = 0.26 kN/m 0.53 m : hauteur de la poutre
  26. 26. Agrandissement et transformations d’une villa – 26/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.1.3 Combinaison des cas de charges 3.2.1.3.1 Sécurité structurale (ELU) Actions permanentes γg Actions variables γq , ψ Partie d’ouvrage Poids propre Surcharge Neige1 Vent Toiture 1.35 1.35 1.50 0.6 1.35 1.35 0.92 1.5 Neige : Ψ0 =1-60/h0 = 1-60/730 = 0.92 3.2.1.3.2 Flèches admissibles (ELS) Partie de structure Type de contrôle Cas de charge Combinaison de charges Limite de service Ed ψ cd Toiture aptitude au fonctionne ment rare - poids propre - charge permanente - neige - vent 1.00 1.00 0.66* 0.0 w ≤ l/500*** (élément fragile) aspect quasi permanent - poids propre - charge permanente - charge utile - neige 1.00 1.00 0.00 0.00** w ≤ l/300*** (Selon SIA 260, annexe A) * : ψ0 = 1- 250/h ≥ 0.00, avec h = l’altitude du bâtiment ** : ψ0 = 1- 1000/h ≥ 0.00, avec h = l’altitude du bâtiment *** : flèche, après déduction d’une éventuelle contreflèche 1 Uniquement sur les parties d’ouvrage ou de la neige peut se déposer.
  27. 27. Agrandissement et transformations d’une villa – 27/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Les cas de charges (statik-5)
  28. 28. Agrandissement et transformations d’une villa – 28/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser
  29. 29. Agrandissement et transformations d’une villa – 29/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Figure 9 : Enveloppes des efforts intérieurs à l’ELU 3.2.2 Efforts
  30. 30. Agrandissement et transformations d’une villa – 30/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.3 Calcul de dimensionnement 3.2.3.1 Vérification à la sécurité structurale (ELU) Les valeurs de dimensionnement à utiliser sont décrites dans la norme SIA 2052.  Résistance du BFUP à la traction fUtud = 𝜂 𝑡∗ 𝜂ℎ𝑢∗ 𝜂 𝑘∗ 𝑓 𝑈𝑡𝑢𝑘 𝛾 𝑈 (eq.(2), SIA 2052) 𝜂 𝑡 = 1.0 𝜂ℎ𝑢 = 1.0 ηk = 0.9 (comportement d’ensemble) γU = 1.5 (BFUP armé) fUted = 0.9∗7.7 1.5 = 4.6 MN/m2  Résistance du BFUP à la compression fUcd = 𝜂 𝑘 ∗ 𝜂 𝑓𝑈1∗ 𝜂 𝑓𝑈1∗ 𝑓 𝑈𝑐𝑘 𝛾 𝑈 (eq. (4), SIA 2052) 𝜂 𝑘 = 0.9 ηfU1 = 0.85 fUcd = 0.85∗0.9 ∗ 150 1.5 = 77.0 MN/m2  Module d’élasticité EUd = EUm = 48‘000 MN/m2 (selon Figure 4, SIA 2052 :2014 ) (Module d’élasticité caractéristique du Ductal, entre 45’000 et 50'000 MN/m2 )  Résistance au cisaillement 𝜏 𝑐𝑑 = 0.3∗ 𝜂 𝑡∗√𝑓 𝑐𝑘 𝛾 𝑀 = 0.3∗1∗√160 1.5 = 2.53 𝑀𝑁/𝑚2 (eq. (3), SIA 262)
  31. 31. Agrandissement et transformations d’une villa – 31/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.3.1.1 Dimensionnement à la flexion Le dimensionnement à la flexion pour une section en BFUP armé diffère d’une section en béton armé classique par la prise en compte de la résistance à la traction en BFUP. Selon la norme SIA 2052 :2014 (Béton BFUP) le modèle de résistance s’établit comme suit : Figure 10 : Modèle de résistance Béton BFUP
  32. 32. Agrandissement et transformations d’une villa – 32/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Vérification section h=45cm, section sur appui  Equilibre des forces FUcd = Futd + Fsud Ici : 𝑥 = 0.122 𝑚 = 122 𝑚𝑚 𝑓𝑈𝑡𝑢𝑑 = 4.6 𝑀𝑁/𝑚2 𝑓𝑈𝑐𝑑 = 77 𝑀𝑁/𝑚2 h d b h = 450 mm d = 394 mm b = 60 mm As = 308 mm2 (3xΦ 14mm) As
  33. 33. Agrandissement et transformations d’une villa – 33/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser  Moment résistant Calcul du Moment résistant selon le modèle : MUrd = FUtd * zUt + FsUd * zsU Ici : MUrd = 0.0814 MN * 0.262 m + 0.201 MN * 0.353 m MUrd = 0.0213 MNm + 0.0710 MNm = 0.0923 MNm = 92.3 kNm > Med = 75.36 kNm ZUt ZsU Partie fibres Métalliques = 25 % Partie Acier passif = 75 % X
  34. 34. Agrandissement et transformations d’une villa – 34/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Vérification section h=63cm, section sur appui  Equilibre des forces 𝑥 = 0.114 𝑚 = 114 𝑚𝑚  Moment résistant MUrd = FUtd * zFU + Fsud * z MUrd = 0.1283 MN * 0.360 m + 0.1340 MN * 0.552 m MUrd = 0.0462 MNm + 0.0740 MNm = 0.1201 MNm = 120.1 kNm > Med = 51.18 kNm Partie fibres Métalliques = 38 % Partie Acier passif = 62 % h d b h = 630 mm d = 530 mm b = 60 mm As = 308 mm2 (2xΦ 14mm) As
  35. 35. Agrandissement et transformations d’une villa – 35/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.3.1.2 Dimensionnement aux efforts tranchants La valeur de dimensionnement de la résistance à l’effort tranchant superpose la résistance à l’effort tranchant du BFUP et celle de l’armature d’effort tranchant, selon l’équation suivante : Vrd = VrdU + Vrd,s (eq. 11, SIA 2052 :2014) Résistance du béton BFUP : Vrd, U = 𝑏 𝑤∗𝑧∗0.5∗(𝑓𝑈𝑡𝑒𝑑+𝑓𝑈𝑡𝑢𝑑) tan 𝛼 Pour h=63 cm Vrd, U = 0.06∗0.55∗0.5∗(4.6+4.2) tan30 = 251 kN >> Ved = 23.77kN Pour h=45 cm Vrd, U = 0.06∗0.35∗0.5∗(4.6+4.2) tan30 = 160 kN >> Ved = 43.89 kN Dans notre cas l’effort tranchant maximal est égal à 43.89 kN, il n’est donc pas nécessaire d’avoir recours à une armature d’effort tranchant.
  36. 36. Agrandissement et transformations d’une villa – 36/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.3.2 Vérification à la stabilité de la structure 3.2.3.2.1 Contrôle au déversement de l’ensemble poteau-poutre (selon SIA 263) La toiture assure le contreventement des cadres par l’intermédiaire de solives, distantes de 60 cm entre elles, et fixées par des cornières aux poutres BFUP. La vérification à la stabilité concernera donc uniquement la partie « visible » des lames BFUP, c’est-à-dire le poteau et la partie d’environ 3.5 m de la poutre. La longueur totale pour le calcul du déversement est donc égale à 7.2 m. Les appuis autorisent la rotation dans la direction perpendiculaire au plan. Ils seront donc considérés comme rotulés. Selon la norme SIA 2052, « la défaillance par instabilité des structures pourra être étudiée par analogie avec les méthodes de la construction métallique, selon la norme SIA 263 ». Dans notre cas, la poutre en béton pourrait être dimensionnée selon la classe de section 3, selon laquelle nos efforts sont dimensionnés selon la méthode élastique ainsi que la résistance (méthode EE). Le contrôle à la stabilité se réalise avec la formule (50) de la SIA 263, comme les sections 1 et 2, à la différence que les résistances sont calculées selon la méthode élastique. 𝑁𝐸𝑑 𝑁𝑘,𝑅𝑑 + 𝜔 𝑦 1 − 𝑁𝐸𝑑 𝑁𝑐𝑟,𝑦 ∗ 𝑀 𝑦,𝐸𝑑 𝑀 𝐷,𝑅𝑑 + 𝜔 𝑧 1 − 𝑁𝐸𝑑 𝑁𝑐𝑟,𝑧 ∗ 𝑀𝑧,𝐸𝑑 𝑀𝑧,𝑅𝑑 ≤ 1.0 Selon le paragraphe 5.1.10.3, les poteaux et barres libres latéralement peuvent être employés à titre approximatif avec ω égal à 1. Figure 11 : Partie à considérer pour le déversement
  37. 37. Agrandissement et transformations d’une villa – 37/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Moment résistant au déversement: Selon le paragraphe 5.1.10.3, les poteau et barres libres latéralement peuvent être employées à titre approximatif avec ω égal à 1. En faisant ce choix, nous sommes du côté de la sécurité. 𝑀𝑧,𝐸𝑑 = 5 𝑘𝑁𝑚 𝑀 𝑦,𝐸𝑑 = 51.98 𝑘𝑁𝑚 𝑁𝐸𝑑 𝑁𝑘,𝑅𝑑 + 𝜔 𝑦 1 − 𝑁𝐸𝑑 𝑁𝑐𝑟,𝑦 ∗ 𝑀 𝑦,𝐸𝑑 𝑀 𝐷,𝑅𝑑 + 𝜔 𝑧 1 − 𝑁𝐸𝑑 𝑁𝑐𝑟,𝑧 ∗ 𝑀𝑧,𝐸𝑑 𝑀𝑧,𝑅𝑑 = 0.0285𝑀𝑁 0.185𝑀𝑁 + 1 1 − 0.0285𝑀𝑁 38.9𝑀𝑁 ∗ 0.052𝑀𝑁𝑚 0.157𝑀𝑁𝑚 + 1 1 − 0.0285𝑀𝑁 0.104𝑀𝑁 ∗ 0.005𝑀𝑁𝑚 0.019 𝑀𝑁𝑚 = 0.84 < 1 Selon l’équation (50) de la SIA 263, il n’y a pas de risque de déversement.
  38. 38. Agrandissement et transformations d’une villa – 38/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.3.2.2 Contrôle de l’ensemble poteau-poutre selon la Méthode des Eléments Finis. Afin d’effectuer un second contrôle de cet élément spécial, c’est le logiciel R-FEM de Dlubal qui calculera les contraintes dans le matériau à l’aide de la méthode des éléments finis.  Modélisation de l’élément poteau-poutre Cotation de l'élément poteau-poutre à analyser Dimensions du modèle : Section : 0.63 m x 0.06 m Lpoteau = 3.65 m Lpoutre = 3.35 m Type de modèle : solide Type d’appui : rigide (en pied de poteau et sur la tranche de la poutre) Excentricité : L’ensemble a été décalé en pied de poteau de 0.191° ce qui correspond à un décalage en haut du poteau de 12 mm (l/300), qui serai due à une imperfection. Matériau : BFUP (E= 48'000 MPa, ɣc = 27.5 kN/m3 ) Maillage des éléments finis : l = 0.30 m
  39. 39. Agrandissement et transformations d’une villa – 39/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser  Les charges Les valeurs des efforts internes obtenus avec le logiciel Statik de Cubus ont été reportées dans le logiciel R-FEM. Une charge ponctuelle, qui correspond, à l’effort normal dans le poteau, de 23.09 kN a été rajoutée. Une charge répartie correspondant au poids propre a été rajouté sur la poutre : Fd = 0.63*0.06*27.5 kN/m3 = 1.04 kN/m De plus, une charge horizontale, appliquée sur les faces latérales des poutres, due au vent de 0.49 kN/m2 a été créé et orientée dans la direction la plus défavorable. Charges agissant sur l'ensemble poteau-poutre Efforts obtenu lors de l'analyse statique Charges horizontales dues au vent
  40. 40. Agrandissement et transformations d’une villa – 40/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser  Les résultats Défomations Les déformations maximales Les déformations maximales trouvées par le modèle sont de l’ordre de 2.6 mm, ce qui correspond à une déformation de l/1000, donc négligeable.
  41. 41. Agrandissement et transformations d’une villa – 41/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Contraintes On remarque que les zones foncées, celles qui correspondent à une tension dans le béton BFUP supérieure à la limite de dimensionnement en traction du BFUP (futd = 4,6 N/mm2 ) sont situées dans les zones supérieurs du noeud, là où les armatures passives reprennent la traction. La contrainte maximale dans le BFUP en compression est égale à 17.1 N/mm2 , largement inférieur à la limite de dimensionnement en compression du BFUP (fucd = 77 N/mm2 ). Donc l’ensemble ne présente pas de risque d’instabilité face au déversement. contraintes σx + (kN/m2 ) contraintes σy + (kN/m2 ) contraintes σx - (kN/m2 ) contraintes σy - (kN/m2 )
  42. 42. Agrandissement et transformations d’une villa – 42/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.3.2.3 Stabilité face au contreventement Description des éléments reprenant les charges horizontales La stabilité des poutres entre elles, sollicitées par les charges horizontales, est assurée par le panneau OSB fixé sur les poutres par la face supérieure. Résistance toiture OSB Figure 12 : Vue en plan de la toiture Résistance caractéristique à la pression latérale: 𝑓ℎ,𝑘 = 50 ∗ 𝑑−0.6 ∗ 𝑡0.2 = 50 ∗ 10−0.6 ∗ 250.2 = 23.9 𝑁/𝑚𝑚2 (Tableau 31 SIA265/1) Panneau OSB de contreventement Solives en bois
  43. 43. Agrandissement et transformations d’une villa – 43/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Rd,HWS = min 1.0 * 1.0 * 3700N =3.7 kN 2 3 ∗ 0.9 1.2 ∗ 23.9 ∗ 10 ∗ 25=2987N =2.9 kN > Fed = 2.37 kN
  44. 44. Agrandissement et transformations d’une villa – 44/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.3.3 Conception parasismique de la structure Pour la stabilité générale, l’ensemble de la toiture sera fixé le long du mur de la maison à l’aide d’un LNP scellé dans le mur grâce à des goujons, sur lequel viendra se fixer le panneau OSB. Ce mur sera un sommier en béton armé de 18 cm de large, qui s’appuiera d’un côté sur la dalle existante et de l’autre côté sur un poteau en béton armé à créer.  Calcul du spectre de dimensionnement Sd = 0.27
  45. 45. Agrandissement et transformations d’une villa – 45/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser  Calcul des sollicitations horizontales dues au séisme L’hypothèse de répartition des charges est la suivante : La partie orange est reprise par l’encastrement dans le sommier, la partie verte est celle reprise par la toiture OSB fixé contre le mur de la villa à l’aide d’un profil LNP et enfin on admet que la partie jaune est reprise par le mur de la cuisine.  Calcul de la résistance de la toiture OSB : Résistance de la toiture : FRd = 22 * 2.13 kN = 46.9 kN > FHEd = 27.7 kN 0.25 m Vis de fixation (OSB/LNP) Φ 5 mm
  46. 46. Agrandissement et transformations d’une villa – 46/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.3.4 Dimensionnement à l’état limite de service (ELS) 3.2.3.4.1 Vérification à l’aptitude au service (ELS) Med (ELS) = 52.2 kNm  Vérification des contraintes de traction selon le modèle : Une analyse en section est réalisée sur la section mixte pour connaître le moment maximale qui peut être appliqué afin que les contraintes limites ne soient pas dépassées. Un module de déformation apparent du BFUP écrouissant est estimé et utilisé pour l’analyse en section. Eu,app = 10'000 MN/m2 La hauteur de l’axe neutre, x, est calculée en fixant la déformation à la fibre supérieure du BFUP écrouissant égale à : 𝜀 𝑈𝑡 = 𝑓𝑢𝑡𝑒𝑘 𝐸 𝑢,𝑎𝑝𝑝 = 7.0 𝑀𝑃𝑎 10′000𝑀𝑃𝑎 = 0.7 ‰ Le béton et l’acier restent dans le domaine élastique.
  47. 47. Agrandissement et transformations d’une villa – 47/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser La position de l’axe neutre est trouvée par itération : 1ere Itération : X = 150mm et en postulant à l’équilibre des forces ε (°/oo) A (mm2) σ d (MN/m2) Fd (kN) d (mm) md (kNm) BFUP en traction 0.70 13500 7.00 94.50 350 33.1 As 0.85 462 175.07 80.88 394 31.9 BFUP en compression à x/3 -0.35 6750 -16.80 -113.40 50 -5.7 max -0.53 -25.20 ∑ Forces int. 61.98 Mrd = 59.3 2eme Itération : X = 180mm ε (°/oo) A (mm2) σ d (MN/m2) Fd (kN) d (mm) md (kNm) BFUP en traction 0.70 12150 7.00 85.05 360 30.6 As 0.83 462 170.61 78.82 394 31.1 BFUP en compression à x/3 -0.47 8100 -22.40 -181.44 60 -10.9 max -0.70 -33.60 ∑ Forces int. -17.57 Mrd = 50.8 3eme Itération : X = 174mm b 60 mm h 450 mm X 174 mm Zs 220 mm Zut 184 mm Zuc 116 mm ε (°/oo) A (mm2) σ d (MN/m2) Fd (kN) d (mm) md (kNm) BFUP en traction 0.70 12420 7.00 86.94 358 31.1 As 0.84 462 171.58 79.27 394 31.2 BFUP en compression à x/3 -0.44 7830 -21.18 -165.86 58 -9.6 max -0.66 -31.77 ∑ Forces int. 0.35 Mrd = 52.7 La somme des forces internes est presque égale à 0, l’axe neutre est donc assez précisément à 174mm. Vérifications : - BFUP traction : σut = 7.0 MN/m2 = futek = 7.0 MN/m2 O.K. - acier d’armature : σs = 171.6 MN/m2 << fsd = 435.0 MN/m2 - béton (en compression) : σc = 31.8 MN/m2 < fcd = 77.0 MN/m2 - Moment résistant : Mrd = 52.7 kNm > Med (ELS) = 52.2 kNm Les vérifications sont satisfaites et les dimensions sont donc validées.
  48. 48. Agrandissement et transformations d’une villa – 48/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.3.4.2 Fluage et retrait Le fluage du BFUP est essentiellement influencé par l’âge de mise en charge, ainsi que la durée et l’intensité de la sollicitation. Flèche admissible selon SIA 261 : Wadm = L / 500 = 10.8 m /500 = 21.6 mm La flèche due au fluage peut être estimée avec la relation suivante : wUφ = wUel * ( 1 + φU ( t, t0)) (éq. (7) SIA 2052 :2015) Le coefficient de fluage est déterminé de la manière suivante : φU (t , t0) = φU,∞ (t∞, t0) * ( 𝑡−𝑡0 ) 𝑎 ( 𝑡−𝑡0) 𝑎 + 𝑏 t0 : âge en jours du BFUP au début de la sollicitation t : durée de la sollicitation a = 0.6 b = 3.2  Flèche totale théorique Wtot = wUφ(neige) + wUφ(PP+Surcharges) = 13.93 + 7.0 = 20.93 mm < 21.6 mm Remarque : On constate que le BFUP est fortement moins soumis au phénomène de fluage et de retrait. La flèche théorique est deux fois moins importante qu’un béton ordinaire environ : Le facteur de fluage est ici de 2,2 alors que pour un béton classique, la valeur usuelle est de 4.
  49. 49. Agrandissement et transformations d’une villa – 49/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.4 Schéma d’armature
  50. 50. Agrandissement et transformations d’une villa – 50/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.5 Assemblages Du fait de la difficulté à bétonner un tel produit sur le chantier, la fabrication des lames en BFUP se fera en atelier de préfabrication. Pour pallier à la problématique de transport et de montage, la lame sera réalisée en 3 parties. Les assemblages suivants ont fait l’objet d’une attention particulière. Figure 13 : Les différents assemblages des lames BFUP Liaison 1 : sommier/poteau Liaison 2 : poteau/poutre Liaison 3 : poutre/poutre
  51. 51. Agrandissement et transformations d’une villa – 51/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.5.1 Liaison 1 : sommier d’appui / poteau BFUP Les lames BFUP reposent sur un sommier côté Sud. Ce sommier sera bétonné sur place, il sera donc nécessaire d’avoir des réservations afin de venir mettre en place les poteaux, que l’on viendra ensuite remplir avec du mortier auto-plaçant. Ces lames s’appuieront sur un étayage provisoire pendant la mise en place de la poutre et des contreventements. Figure 14 : Liaison sommier / poteau Nous utiliserons donc des armatures de liaison à haute-performance comme les « Tiranox®- ancre de traction » d‘ Ancotech, Type TWE, par exemple. L’ancrage est de 10 fois le diamètre. La résistance en traction pour une ancre : Nz, Rd = 136.7 kN Le moment résistant de cet assemblage peut être contrôlé comme ceci : MRd = Nz, Rd * e = 136.7 kN * 0.2 m = 27.34 kNm > MEd = 25.37 kNm
  52. 52. Agrandissement et transformations d’une villa – 52/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.5.2 Liaison 2 : poteau/poutre Figure 15 : Liaison poteau / poutre L’assemblage poteau/poutre devait être le moins visible possible, car le plus exposé. On a donc choisit un assemblage par collage. Deux armatures type Ancotech Baron seront donc laissées en attente au bas de la poutre. Deux réservations seront réalisées lors du bétonnage du poteau à l’aide de gaine torsadée pour une meilleure adhérence. Lors du montage, la poutre va venir se placer au-dessus du poteau et les armatures en attente vont venir se glisser dans les réservations préalablement remplies de scellement chimique type Hilti HIT RE 500. Une réservation sera aussi prévue sur le dessus du poteau pour permettre à l’encoche réalisée de s’insérer. (Voir détail ci-contre).
  53. 53. Agrandissement et transformations d’une villa – 53/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.2.5.3 Liaison 3 : poutre/poutre Description Cette note de calcul va donc porter sur la vérification de l’assemblage n° 3 qui joint les deux parties de la poutre pour une longueur totale de 15 m. Elévation de la lame BFUP
  54. 54. Agrandissement et transformations d’une villa – 54/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Détail de l'assemblage n°3
  55. 55. Agrandissement et transformations d’une villa – 55/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Les normes SIA 263 SIA 262 SIA 2052 Guide européen des ancrages ETAG 001 Les matériaux Les actions ELU ELS MzEd 1.0kN m Acier, classe de résistance 4.6 : Béton BFUP : fub 400 MN m 2   M2 1.25 fy 235 MN m 2  fUtd 4.6 MN m 2  cd 2.53 MN m 2  VEd 28kN MyEd 5.21 kN m MyEd 3.86 kN m
  56. 56. Agrandissement et transformations d’une villa – 56/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Vérification de l’assemblage aux ELU  Vérification du béton : Sollicitations aux efforts tranchants : On admet que tout l'effort tranchant est repris par l'encoche crée entre les deux poutres. > à Ved = 28 kN  Vérification de la plaque en acier : Actions selon l'axe fort y Résistance de la plaque : > À Med = 5.21 kNm Actions selon l'axe faible z Résistance de la plaque : > à Med = 1.0 kNm hencoche 300mm bencoche 30mm fUted 4.6 MN m 2   45° VRdencoche 0.9 hencoche bencoche 0.5 fUted fUtd  tan ( ) 37.26 kN  M1 1.25 MRd fy t h 2  6   M1 60.912m kN MRd fy t b 2  6   M1 1.692m kN b 60mm t 15 mm h 360mm t 15mm
  57. 57. Agrandissement et transformations d’une villa – 57/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser  Vérification de l’assemblage collé Résistance SANS préparation de la surface de béton à coller Colle sikadur_30 : Valeur conservatrice, sans préparation de la surface à coller Plaque métallique FLA 450x360x15 Hypothèse conservatrice : seulement 1/3 de la surface de la plaque reprend la force de traction supérieur à ftdh 1.7 MN m 2   b 1.5 Frdcolle 1  b ftdh L 2  1 3  h 30.6kN Mrd Frdcolle h 1 3 h        7.344kN m MEd 5.21kNm t 15 mm L 450mm h 360 mm Schéma de principe de l’assemblage n°3
  58. 58. Agrandissement et transformations d’une villa – 58/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Colle sikadur_30 : Valeur avec préparation de la surface à coller (projection d’abrasif ou ponçage). Plaque métallique FLA 450x360x15 Hypothèse conservatrice : seulement 1/3 de la surface de la plaque reprend la force de traction Résistance AVEC préparation de la surface de béton à coller supérieur àMrd Frdcolle h 1 3 h        12.96kN m MEd 5.21kN m Frdcolle 1  b ftdh L 2  1 3  h 54kN  b 1.5 t 15mm L 450mm h 360mm ftdh 3.0 MN m 2 
  59. 59. Agrandissement et transformations d’une villa – 59/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Vérification de l’assemblage aux ELS La vérification réalisée ici concerne la sécurité structurale qui reste en situation accidentelle lorsque, par exemple, il y a un incendie et que la liaison n'est plus assurée que par les boulons. Assemblage n°3, avec 4 tiges M16 Matériaux : fckcube 150 BFUP Vérification réalisée selon le guide européen des ancrages ETAG 001  Résistance des boulons résistance au cisaillement : Boulon M16 > Fed = 13.79 kN MN m 2 As16  16mm 2       2  201.062mm 2  FvRd16 0.6 fub As16  M2  38.604 kN FEd MyEd p1 13.786 kN p1 280 mm MyEd 3.86 kN m Fed Fed= 𝑴𝒆𝒅 𝒑 𝟏 p1 MyEd Schéma de principe Eq (73) SIA 263
  60. 60. Agrandissement et transformations d’une villa – 60/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Rupture du béton par effet de levier du côté opposé à la direction de la charge (ETAG 001) Paragraphe 5.2.3.3 (ETAG 001)  Résistance du béton : Rupture du béton par effet de levier Ici : car pas d'effet de groupe hypothèse conservatrice de béton fissuré Supérieur à Ved = 13,79 kN hef 40 mm k 1 hef 60if 2 otherwise  VRkcp k NRkc NRkc NRkc N0Rkc AcN A0cN  sN reN ecN ucrN N0Rkc N0Rkc 7.2 fckcube hef 1.5  2.231 10 4  N( ) ScrN 2 hef 16mm A0cN ScrN ScrN 9.216 10 3  mm 2  AcN ScrN ScrN 9.216 10 3  mm 2  sN 0.7 0.3 c ccrN        0.7 0.3 c ccrN  1if 1 otherwise  reN 0.5 hef 200  0.7 ecN 1 ucrN 1 NRkc N0Rkc AcN A0cN  sN reN ecN ucrN 1.562 10 4  N( ) VRkcp k NRkc 1.562 10 4  N( ) ccrN hef 40 mm hef 40 c 90mm c1 175 mm hef 40mm
  61. 61. Agrandissement et transformations d’une villa – 61/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Cône de béton schématisé pour un arrachement en bord de dalle Rupture du béton en bord de dalle car situé en coin doit être < 1 doit être > 1 Car l'angle α est égal à 0° Car pas d'effet de groupe Cas défavorable de béton fissuré Supérieur à Ved = 13,79 kN VRkc V0Rkc AcV A0cV  sV hV V ecV ucrV V0Rkc V0Rkc 0.45 dnom lf dnom       2  fckcube c1 1.5  2.673 10 5  N( ) A0cV 2 1.5 c1 1.5 c1 1.378 10 5  mm 2  AcV 1.5 c1 c2  h 2.415 10 4  mm 2  sV 0.7 0.3 c2 1.5 c1  0.86 hV 1.5 c1 h       1 3 1.636 V 1.0 ecV 1.0 ucrV 1.0 VRkc V0Rkc AcV A0cV  sV hV V ecV ucrV 6.589 10 4  N( ) h 60mm c2 140mm c1 175mm c1 175 lf 40 dnom 18 mm mm mm
  62. 62. Agrandissement et transformations d’une villa – 62/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.3 Etude thermique de l’extension
  63. 63. Agrandissement et transformations d’une villa – 63/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.3.1 Calcul de la résistance au feu des poutres BFUP La résistance définit dans la convention d’utilisation est R30. C’est-à-dire que la sécurité structurale de l’extension doit être maintenue pendant 30 min minimum après le début d’incendie pour permettre aux personnes d’évacuer les lieux. 3.3.1.1 Paramètres Le logiciel utilisé sera Fagus 7 de CUBUS, avec le module d’analyse de section. Définition de la section Les paramètres sont ainsi configurés dans le logiciel: Paramètres d'analyse Fagus – 7
  64. 64. Agrandissement et transformations d’une villa – 64/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.3.1.2 Résultats La courbe d’incendie utilisée est la courbe normalisée ISO 834. Résultats d’analyse : température des armatures à 30, 60, 90 min Courbes des températures à t=30 min
  65. 65. Agrandissement et transformations d’une villa – 65/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Le logiciel a calculé la résistance de la section à 30 min (le temps de ruine est déterminé à 42 min) : MRd (30 min) = 56.4 kNm > MEd (incendie) = 30.4 kNm 3.3.1.3 Vérification selon la méthode de décomposition des forces internes Facteur de réduction de l'acier en fonction de la température Résistance de l'acier fsk 500 MN m 2  As1 154mm 2  Fsd1 ks1 As1 fsk ks1 0.42s1 620.87 ° Etat limite de la section jusqu’à la ruine
  66. 66. Agrandissement et transformations d’une villa – 66/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Réduction de la section de béton armé encore effectif à t=30 min, déterminée par le tableau ci-dessous : Position de l'axe neutre : As2 154mm 2  Fsd2 ks2 As2 fsk As3 154mm 2  Fsd3 ks3 As3 fsk Fsd1 32.34 kN Fsd2 63.14 kN Fsd3 64.68 kN Fsd Fsd1 Fsd2 Fsd3 160.16 kN bfi b 2 az fck 150 MN m 2  h 450 mm  0.8 az 10 mm b 60 mmd 394 mm ks3 0.84s1 462.61° ks2 0.82s1 487.80° w est la demi-largeur de poutre, ici : w = 60mm/2 = 30 mm
  67. 67. Agrandissement et transformations d’une villa – 67/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Facteur de réduction du béton en fonction de la température Donc d’après le graphique : On constate que la condition de non-effondrement à t=30 min est remplie. De plus un revêtement en plaques de plâtre sera installé au plafond donc la sécurité des poutres BFUP sera renforcée. Bras de levier z : Moment résistant > Med = 30.4 kNm c 500°C x Fsd  bfi fck kc 58.538 mm z d  x 2  0.371m MRd z Fsd 59.353 kN m kc 0.57
  68. 68. Agrandissement et transformations d’une villa – 68/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.3.2 Etude de l’isolation thermique de l’extension Apports de chaleur Mois Δ T(°C) Qt (MJ/m2) Qv (MJ/m2) Qi (MJ/m2) Qs (MJ/m2) Total ng Qh (MJ/m2) Janvier 19.5 62.8 12.1 6.3 22.1 28.4 1 46.5 Fevrier 15.7 50.8 9.8 5.7 35.3 41 0.98 20.4 Mars 12.8 41.5 8 6.3 52.9 59.2 0.79 2.7 Avril 9.5 30.2 5.8 6.1 57.8 63.9 0.56 0.2 Mai 4.8 15.6 3 6.3 64.5 70.8 0.26 0.2 Juin 2.0 6.7 1.3 6.1 65.3 71.4 0.11 0.2 Juillet 0.1 0.3 0.1 6.3 68.9 75.2 0 0.4 Août 0.7 1.9 0.4 6.3 65.9 72.2 0.03 0.1 Septembre 4.6 15.1 2.9 6.1 54.1 60.3 0.3 -0.1 Octobre 9.5 30.3 5.8 6.3 41 47.3 0.74 1.1 Novembre 14.6 47.5 9.1 6.1 22.5 28.6 1 28.0 Décembre 18.8 60.0 11.5 6.3 15.9 22.3 1 49.2 Total 362 69.8 74.2 566.2 640.6 _ 148.9 Qh (148.9 MJ/m2) inférieur à Qh,lim (159 MJ/m2), la déperdition thermique est donc acceptée.
  69. 69. Agrandissement et transformations d’une villa – 69/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.4 Etude de coût et du montage des Lames BFUP
  70. 70. Agrandissement et transformations d’une villa – 70/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.4.1 Etude de coût de fabrication des Lames BFUP 3.4.1.1 Informations sur le BFUP Lors de la phase initiale du projet, plusieurs options ont été étudiées pour ce qui concerne la matérialisation (BFUHP, bois lamellé collé, aluminium extrudé). En considérant tous les aspects économiques (coûts de production et d’entretien), techniques (complexité des détails constructifs), exécutifs (facilité de montage et possibilité d’assurer les délais), de durabilité et architecturaux, l’option en BFUP a été retenue. Du fait de la relative difficulté à bétonner un produit comme le BFUP, une entreprise de préfabrication devra réaliser ces poutres. D’autant plus que le rendu de ces poutres très architecturales devait être parfait, d’où l’utilisation d’un coffrage métallique possible seulement dans une entreprise de préfabrication. C’est l’entreprise MFP Préfabrication basée dans le canton de Neuchâtel qui réalisera ces poutres en BFUP, notamment du fait de leur grande expérience dans l’utilisation de ce produit très particulier. Le BFUP s’apparente quasiment à de l’acier de par ses performances mécaniques, donc la réalisation et pose devra se faire au millimètre. Les BFUP sont très spéciaux à réaliser, ils sont vendus sur le marché sous forme de « prémix » qui présente des granulats très fins (< 1 mm), une granulométrie optimale, un fort dosage en ciment et une porosité très réduite. Lors du bétonnage les fibres métalliques d’un diamètre de 1mm et d’une longueur de 20 mm sont incorporées dans le malaxeur. Sur le marché les prémix sont vendus par quelques entreprises : le BSI® d’Eiffage, le Ductal® de Lafarge et le Holcim 707. Les BFUP sont très sensibles aux conditions de réalisation, comme l’écoulement du BFUP dans le coffrage par exemple qui tend à orienter les fibres dans le sens de l’écoulement. L’emploi d’adjuvants tels que les plastifiants-réducteurs d’eau et fluidifiants permettent au BFUP d’afficher un rapport E/C très bas. Les quantités d’eau sont particulièrement bien surveillées (eau d’ajout, eau des granulats, eau des adjuvants). Une hauteur de chute dans le coffrage de plus de 50 cm n’est pas recommandée due au risque de ségrégation des fibres. La résistance à l’effort tranchant apportée par les fibres peut permettre de ne pas mettre d’armatures transversales. La longévité du BFUP peut s’expliquer par une cicatrisation des microfissures par une condensation capillaire et formation d’hydrates. Des essais ont par ailleurs montrés que les BFUP étaient particulièrement efficaces à maintenir un pH nécessaire à la passivation des aciers.2 Quelques points sont encore à éclaircir concernant le processus de malaxage, transport et l’écoulement à l’état frais. Des recherches sont en cours sur la mise au point d’un outil de contrôle d’orientation des fibres. Un important champ de réflexion reste encore ouvert sur la conception des assemblages et clavages entre éléments afin de garantir des performances cohérentes, comme nous avons pu le constater lors du dimensionnement des poutres. 2 ((AFGC), 2002)
  71. 71. Agrandissement et transformations d’une villa – 71/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.4.1.2 Coût de la préfabrication et de la livraison Coût total, environ 80'000 –CHF.
  72. 72. Agrandissement et transformations d’une villa – 72/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.4.2 Etude de coût du transport des Lames BFUP Ce chantier a la particularité d’être situé sur un coteau avec un accès difficile. Les poutres ayant une longueur de 15 m, il n’était pas possible de les amener par camion jusqu’au chantier. Il ne restait que deux solutions : soit les faire venir par hélicoptère, soit couper la poutre en deux parties. Une rapide comparaison (basée sur des travaux déjà réalisés par le bureau par hélicoptère) a permis d’opter pour la seconde option. Prix Hélicoptère Grue mobile Somme HT 29’950 Fr 9’500 Fr
  73. 73. Agrandissement et transformations d’une villa – 73/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.4.3 Etude du montage des Lames BFUP Afin de bien détailler toutes les étapes de montage à tous les intervenants, un protocole de montage a été réalisé. 3.4.3.1 Plan d’installation de chantier Le plan d’installation de chantier pour le montage et le levage des Lames préfabriquées en BFUP est à valider par l’entreprise de maçonnerie et l’entreprise de levage. Les autorisations pour l’utilisation de la voie d’accès pendant le grutage seront demandées par l’entreprise de maçonnerie. Dans cette configuration, la distance de grutage lors de la pose des lames est d’environ 39 m. Le poids maximal d’une lame BFUP (avec les LNP pour fixation du solivage) est de 1,1 tonnes. Plan d’installation de chantier
  74. 74. Agrandissement et transformations d’une villa – 74/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.4.3.2 Etapes de montage  Etayage Le montage des lames en BFUP commence par la mise en place des étais puis d’un platelage selon proposition de l’entreprise. Plan d’étayage Élément A Élément B Élément C
  75. 75. Agrandissement et transformations d’une villa – 75/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser  Préparation des poutres Au déchargement, les poutres sont posées sur la zone de dépôt située au nord de la maison, sur des poutres en bois et stabilisées par des équerres. Les profilés LNP sont fixés sur chaque poutre et sur le mur de la villa. LNP à fixer, sur les poutres posées au sol et sur le mur de la villa
  76. 76. Agrandissement et transformations d’une villa – 76/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser  Structure Etape 1 : Pose des appuis élastomères sur le mur de la cuisine. Pose des appuis élastomères Etape 2 : Levage et pose des éléments A (poteaux). Les éléments Ancotech sont vissés aux tiges filetées en attente dans le poteau puis l’ensemble est mis en place dans la réservation prévue dans le sommier en béton armé. Voir détail assemblage n° 1 sur plan d’armature des lames BFUP. La partie haute des éléments A sont appuyés sur les étais. Etape 3 : Assemblage n° 1 : mise en place du mortier sans retrait dans les réservations. Etape 4 : Préparation assemblage n° 2 Mise en place du produit Hilti HIT-500 RE dans les réservations prévues dans les éléments préfabriqué A (poteaux). Voir détail assemblage 2 sur les plans d’armature des lames BFUP. Fixation des éléments Ancotech pendant le levage des éléments B.
  77. 77. Agrandissement et transformations d’une villa – 77/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Mise en place des deux barons Ancotech lors du levage Mise en place des poutres au millimètre. Etape 5 : Levage et pose des éléments B (poutres inclinées) Une à une les poutres sont posées puis contreventées provisoirement selon le plan de contreventement provisoire. Déformation en mm de la poutre BFUP lors du grutage Etape 6 : Préparation assemblage n° 3 Les faces à coller des poutres BFUP et des plaques FLA de l’assemblage n° 3 (voir détail sur les plans d’armature des Lames BFUP) sont recouvertes d’une résine.
  78. 78. Agrandissement et transformations d’une villa – 78/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Etape 7 : Levage et pose des éléments préfabriqués C. Les poutres seront contreventées par les doubles LNP permanents et le panneau multiplis. Etape 8 : Fixation assemblage n° 3 Réglage grâce aux trous oblongs puis serrage des boulons pour plaquer les deux poutres au maximum. Etape 9 : Pose du solivage, calage de toutes les solives et mise en place du mortier sans retrait sur appui glissant. Mise en place du mortier sans retrait pour caler les poutres sur appuis glissant Etape 10 : Démontage contreventement provisoire et pose du panneau multiplis. Le contreventement provisoire sera retiré au fur à mesure de la pose du panneau multiplis. La première croix de contreventement est retirée puis le panneau mutltiplis est posé à la place. La seconde croix est retirée seulement ensuite, lorsque le panneau multiplis est posé. Etape 11 : Pose complète de la toiture. Etape 12 : Démontage des étayages et du platelage après la prise du mortier sans retrait (8 jours).
  79. 79. Agrandissement et transformations d’une villa – 79/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.5 Etude du cadre et du mur d’appui supportant les lames BFUP
  80. 80. Agrandissement et transformations d’une villa – 80/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.5.1 Dimensionnement du cadre d’appui en béton armé 3.5.1.1 Présentation de la structure Cadre d'appui des lames BFUP Ce cadre d’appui est situé côté Sud de la villa, il va servir d’appui de Lames BFUP. Pour des raisons esthétiques, il aura cette forme oblique et viendra « cacher » le balcon existant. Coupe des lames BFUP avec cadre d’appui en béton armé
  81. 81. Agrandissement et transformations d’une villa – 81/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Modélisation du cadre sur statik 5 (cubus)
  82. 82. Agrandissement et transformations d’une villa – 82/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.5.1.2 Les cas de charges Poids propre du cadre Poids propre et surcharges des lames BFUP
  83. 83. Agrandissement et transformations d’une villa – 83/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.5.1.3 Les combinaisons Neige sur les lames BFUP et sur le sommier
  84. 84. Agrandissement et transformations d’une villa – 84/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.5.1.4 Les efforts N V M
  85. 85. Agrandissement et transformations d’une villa – 85/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.5.1.5 Dimensionnement du sommier  Calcul section d’armature As = 𝑀𝑒𝑑 0.9∗𝑑∗𝑓𝑠𝑑 = 83.19∗10−3 0.9∗0.54.435 = 393 𝑚𝑚2 Choix 3 Φ 18 , As = 762 mm2  Calcul Moment résistant 0.85x = 𝐴𝑠∗𝑓𝑠𝑑 𝑏∗𝑓𝑐𝑑 = 762∗10−6 𝑚2∗435 0.46∗20 = 0.036𝑚 z = d − 0.85𝑥 2 = 0.54 − 0.036 2 = 0.522 𝑚 Mrd = As * fsd * z = 762 * 10-6 *435 * 0.522 = 173 kNm > Med = 83.09 kNm  Calcul section des étriers asw = 𝑉𝑒𝑑 𝑓𝑠𝑑∗𝑧∗cot 𝛼 = 149.3∗10−3 435∗0.9∗0.54∗ cos 45 sin 45 = 706 𝑚𝑚2 avec α = 45 ° Choix 2x Φ 10 , e = 15 cm, As = 1046 mm2 Vrds = asw * fsd * 0.9 *d * cos 45 sin45 = 221 kN > Ved = 149.3 kN Section de béton effective Données : Acef = 0.46m x 0.58m = 0.267m2 Beton NPK C: C 30/37 cnom = 3 cm Acier B500B
  86. 86. Agrandissement et transformations d’une villa – 86/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser  Résistance béton Vrdc = bw * z * kc * fcd *cos α *sin α = 0.46*0.9*0.54*0.8*20*cos 45 *sin 45 =1'788 kN > Ved = 149.3 kN  Armature minimale 1046𝑚𝑚2 1000𝑚𝑚 ∗ 460𝑚𝑚 = 0.23 % > 0.2 % 𝑂𝐾  Schéma d’armature
  87. 87. Agrandissement et transformations d’une villa – 87/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.5.1.6 Dimensionnement des murs Vue en plan mur d'appui  Calcul section d’armature longitudinale Meds = Med – Ned * zs1 avec zs1 = d – h/2 =31.5 – 35/2 = 0.14m = 130 kNm – ( – 150 kN) * 0.14 m = 151 kNm As = 1 𝑓𝑠𝑑 ∗ ( 𝑀𝑒𝑑𝑠 𝑧 + 𝑁𝑒𝑑) = 1 435 ∗ ( 0.151 0.9∗0.315 − 0.150) = 880 𝑚𝑚2 Choix 4 Φ 18 ( As = 1016 mm2 )  Résistance 0.85x = 𝐴𝑠∗𝑓𝑠𝑑−𝑁𝑒𝑑 𝑏∗𝑓𝑐𝑑 = 1016∗ 10−6∗435−(−0.150) 0.4∗20 = 0.074 𝑚 = 7.4 𝑐𝑚 ≤ 𝒅 𝟐 = 𝟏𝟓. 𝟕𝟓 𝒄𝒎 z = d - 0.85𝑥 2 = 0.315 - 0.074 2 = 0.278 m Mrds = ( As * fsd – Ned ) * z = (1016 * 10-6 *435 – ( - 0.150)) * 0.278 = 164.5 kNm > Med = 151 kNm  Armature minimale (élément comprimé) As min = 0.6 % * Ac = 0.006 * 0.35 * 0.4 = 840 mm2 < As choisi = 1016 mm2 Section de béton effective Données : Epaisseur mur : 35 cm Acef = 0.40m x 0.35m = 0.140m2 Beton NPK C: C 30/37 cnom = 3 cm Acier B500B
  88. 88. Agrandissement et transformations d’une villa – 88/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser  Armature horizontale : Ved = 89.1 kN asw = 𝑉𝑒𝑑 𝑓𝑠𝑑∗𝑧∗cot 𝛼 = 89.1∗10−3 435∗0.278∗cot 45 = 737 mm2 / m Choix 2 Φ 10, e = 15cm ( As = 1046 mm2 /m)  Calcul section minimale pour éviter une défaillance fragile lorsque fctd est atteint (SIA 262, 4.4.1.3) t = ℎ 3 = 0.35𝑚 3 = 0.117 𝑚 kt = 1 1+0.5∗𝑡 = 1 1+0.5∗0.117 = 0.947 fctd = kt * fcteff = 0.947 * 2.9 MN/m2 = 2.74 MN/m2 Mcr = fctd * Wc = 2.74 * 1.0𝑚∗0.352 6 = 56.0 𝑘𝑁𝑚 As = 𝑀 𝑐𝑟 0.9∗𝑧∗𝑓𝑠𝑑 = 56.0∗10−3 0.9∗0.31∗435 = 461 𝑚𝑚2 𝑚 Choix Φ 12, e = 15cm (As = 754 mm2 /m)
  89. 89. Agrandissement et transformations d’une villa – 89/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser  Schéma d‘armature :
  90. 90. Agrandissement et transformations d’une villa – 90/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 3.5.1.7 Dimensionnement des fondations  Description  Les actions Med longitudinal = Ned(BFUP) * e = 160 kNm * 1.2m = 192kNm Med transversal = 53 kNm (logiciel) Ned = Ned (BFUP) + Ned (poids propre du mur) = 160 kN + 0.35m * 2.9m * 2.35m * 25kN/m3 = 220 kN  Calcul des aciers inférieurs Ned = 160 kN 295 kN/m2 313 kN/m2
  91. 91. Agrandissement et transformations d’une villa – 91/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Med = (313 𝑘𝑁 𝑚2 +295 𝑘𝑁 𝑚2 ) 2 ∗ 0.50𝑚 ∗ 1𝑚 ∗ 0.50𝑚 2 = 46 𝑘𝑁𝑚 As = 𝑀𝑒𝑑 0.9∗𝑑∗𝑓𝑠𝑑 = 46∗10−3 0.9∗0.36∗435 = 326 𝑚𝑚2 𝑚 Choix Φ 12, e = 15 cm (As = 754 mm2)  Schéma d’armature
  92. 92. Agrandissement et transformations d’une villa – 92/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Capacité portante d'une fondation (sol) Ouvrage Mur appui BFUP Résumé Partie d'ouvrage Fondation côté route D imensions Largeur 1.3 m Section ELU OK Longueur 2.4 m sécurité 1.07 Epaisseur 0.40 m pas de nappe Prof. appui 1 m Sollicitations Moment transv (larg) Med 53 kNm Moment long (long) Med 192 kNm Excentricité trans 0.211 m gamma gsup 1.35 Eff. tranchant transv Ved 0 kN gamma tg(phi) 1.2 Eff. tranchant long. Ved 0 kN Inclinaison résult. trans 0.00 ° gamma c 1.5 Effort normal (Ned) 220 kN Excentricité longitudinale 0.76 m Coef global 1.4 Coef pour calcul contr. effectives Poids propre fondation 31.2 kN Effort normal total Ned 251.2 kN Inclinaison result longit. 0.00 ° Fondation Largeur 1.3 m Longueur 2.4 m calcul par m' (O/N) n Epaisseur 0.4 m Profondeur d'appui 0.7 m Largeur effective 0.88 m Longueur effective 0.87 m Aire effective A' 0.77 m2 Contrainte sous A' 328 KN/m2 . Sol angle de frottement int. caract 30 ° Valeur utilisée 30.00 ° cohésion caractéristique 0 KN/m2 Nq Nc N angle de frottement interne dim 25.7 ° de dimensionnement rad 0.4484341 11.47 21.77 Lisse 9.07 cohésion de dimensionnement 0.00 KN/m2 13.73 26.47 Rugeux 12.25 Masse volumique sous fond. 20 KN/m3 -> déjaugé : 20 Masse volumique remblai 20 KN/m3 20 Lisse / rugeux 0 1 = lisse; 0 = rugueux Valeurs retenues 13.73 26.47 12.25 Niveau de la nappe 2 (0=surface, 1=surf.app 2: pas) sol compact Module d'élasticité 4.00E+04 KN/m2 Contr. effect. niv. fond 14 KN/m2 Coef. de Poisson 0.35 Souple ou rigide S (S ou R) Termes cohésion profondeur largeur Rapport L/B 1.84615385 0.0 276.3 75.1 Coef. Cf 1.46 Souple Paramètres sq 1.44 sgamma 0.70 Transversal Rd/A' 351.3 kN/m2 308 KN/m' sc 1.47 Longitudinal Rd/A' 351.3 kN/m2 306 KN/m' iq transversale 1.00 igamma transversal 1.00 Rd/A' 351.3 kN/m2 ic transversal 1.00 iq longitudinal 1.00 NRd 269 KN OK igamma longitudinal 1.00 ic longitudinal 1.00 Calcul élastique (traction +) J fl transv 0.4 m4 W trans 0.7 m3 J fl long 1.5 m4 W long 1.2 m3 s 1 -5 KN/m2 s 2 152 KN/m2 s 3 -156 KN/m2 s 4 -313 KN/m2 Tassements probables 9.21E-03 m (charges verticale centrée !) 9 mm larg long 1 2 3 4 M trans M long
  93. 93. Agrandissement et transformations d’une villa – 93/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 4. Les aménagements extérieurs
  94. 94. Agrandissement et transformations d’une villa – 94/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 4.1 Fondations du bassin 4.1.1 Les actions La piscine est située sur un coteau, longitudinalement dans le sens de la pente. Pour assurer sa stabilité (tassements différentiels) nous avons eu recours à des fondations sur micropieux. Vue en plan du bassin extérieur et coupe des micro-pieux Coupe de du bassin extérieur P1 P2 P3 P4 P5 P6
  95. 95. Agrandissement et transformations d’une villa – 95/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Descente de charges sur les micropieux : P1 : Qk = (3.25 m x 2.1 m x 0.25 m + (3.25+2.1) x 0.25 m x 1.7 m) x 25 kN/m3 + 10 kN/m3 x 3.25 m x 2.1 m x 1.7 m = 100 kN + 116 kN Qd = 1.35 x (100 + 116) = 292 kN P2 : Qk = (6.25 m x 2.1 m x 0.25 m + 6.25m x 0.25 m x 1.7 m) x 25 kN/m3 + 10 kN/m3 x 6.25 m x 2.1 m x 1.7 m = 148 kN + 223 kN Qd = 1.35 x (148 + 223) = 501 kN P3 : Qk = (3.25 m x 2.1 m x 0.25 m + (3.25 + 2.1) x 0.25 x 1.7 + 1.15 x 2.85 x 0.25 ) x 25 kN/m3 + (3.25 m x 2.1 m x 1.7 m + 0.9m x 0.5 m x1.85 m) x 10 kN/m3 = 120 kN + 125 kN Qd = 1.35 x (120 + 125) = 331 kN P4 : Qk = 216 kN + (2.0 m x 3.25 m x 0.25 m) x 25 kN/m3 Qd = 1.35 x (216 kN + 41 kN) = 347 kN P5 : Qk = 148 kN + 223 kN + (2.0m x 6.25 m x 0.25 m) x 25 kN/m3 Qd = 1.35 x (148 + 223 + 78 kN) = 607 kN P6 : Qk = 120 kN + 125 kN + 41 kN Qd = 1.35 x (120 + 125 + 41 kN) = 386 kN
  96. 96. Agrandissement et transformations d’une villa – 96/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 4.1.2 Dimensionnement des micropieux Le micropieu est une fondation profonde qui a pour but de reprendre les charges des fondations superficielles. Ces pieux fonctionnent uniquement par frottement avec le sol. Dans un premier temps le forage tubé est réalisé puis le tube est introduit, ensuite un remplissage est mis en place puis on injecte le coulis de ciment à l’intérieur du tube. Les micropieux utilisés ont un diamètre externe de 18 cm, ce qui correspond au diamètre de forage. Micro-pieux situés au centre (Fdmax = 607 kN) Les tubes à utiliser pour les pieux situés au centre seront du type N80 (ancien tube pétrolier), de diamètre 88.9 mm et d’épaisseur 9.5 mm. Ils auront une profondeur de 17 m, car les forces de frottements du premier mètre du tube sont considérées comme nulles. Ned, max 607 kN Diamètre Surface frot.Surface Pointe Frottement Pointe Longueur R cm m2/m m2 kN/m2 kN/m2 m kN de (m) a (m) 18 18 0.5655 125 16 1131 1 17 Rs (kN) Pointe (Rb) 18 0.0254 0 0 Ra,k kN 16 1131 Essai statique 1 Expérience 0.9 Calcul 0.7 Comp. Trac. Comp. Trac. Comp. Trac. 1.3 1.6 1.3 1.6 1.3 1.6 Ra,d kN 870 707 783 636 609 495 Terrain Type Moraine Facteur de convertion Coeff. de résistance Frottement (Rs) Facteur de convertion : Résistance externe : Base de calcul : Selon SIA 267 chap. 9,5 Composition d'un micro-pieux
  97. 97. Agrandissement et transformations d’une villa – 97/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Micro-pieux situés aux extrémités (Fdmax = 386 kN) Les micropieux situés aux extrémités auront donc une longueur de 11 m. Ned, max 386 kN Diamètre Surface frot.Surface Pointe Frottement Pointe Longueur R cm m2/m m2 kN/m2 kN/m2 m kN de (m) a (m) 18 18 0.5655 125 10 707 1 11 Rs (kN) Pointe (Rb) 18 0.0254 0 0 Ra,k kN 10 707 Essai statique 1 Expérience 0.9 Calcul 0.7 Comp. Trac. Comp. Trac. Comp. Trac. 1.3 1.6 1.3 1.6 1.3 1.6 Ra,d kN 544 442 489 398 381 309 1.05 0.8 A fsk Fyk Ri,d mm2 MN/m2 kN kN Kuchler R38/17 848.2 433 330 R38t 520 480 366 R51/28t 950 950 724 R51/28 1258 640 488 R76/63t 1300 1250 952 R76/59t 1742 1620 1234 R76/55t 2119 1950 1486 Tecsoil R38N 770 400 305 R51N 1070 630 480 T76N 2120 1200 914 Ischebeck Titan 40/20 726 430 328 Tube Tube D (mm) 88.9 88.9x9.5 2370 560 1327 1011 Tube type N80 e (mm) 9.5 A (mm2) 2370 Gewi 63.5 3187 1593.5 1214 Terrain Type Moraine Selon SIA 267 chap. 9,5 & SIA 263 chap. 4.4 Facteur de convertion Coeff. de résistance Valeurs des différents produits sur le marché : Facteur de résistance Facteur de convertion Résistance interne : SIA 263 /4.4.1.1 SIA 267 / 9.5.2.4.1 Frottement (Rs) Facteur de convertion : Résistance externe : Base de calcul : Selon SIA 267 chap. 9,5
  98. 98. Agrandissement et transformations d’une villa – 98/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 4.2 Bassin extérieur Le bassin extérieur sera dimensionné selon le principe de la cuve blanche, donc le béton sera conçu comme étanche car aucune autre étanchéité ne sera prévue. (Selon SIA 272 : Etanchéités et drainages d'ouvrages enterrés et souterrains) 4.2.1 Présentation Un bassin doit être construit au sud-ouest de la maison en bordure de parcelle. Vue en plan de la villa et ses aménagements extérieurs
  99. 99. Agrandissement et transformations d’une villa – 99/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 4.2.2 Base pour l’élaboration La classe d’étanchéité applicable pour une piscine est soit la classe n°1 soit la classe n°2 selon la convention d’utilisation. (SIA 272, Tableau 3, 2.2.9) La classe d’étanchéité choisit ici est la n°1, soit complétement sec, aucune tache d’humidité n’est tolérée à l’intrados de l’ouvrage. (SIA 272, Tableau 2) Selon SIA 272, 3.1.3.4, la largeur de fissure utilisée pour les calculs doit être comprise entre 0.1 mm et 0.2 mm pour la classe d’étanchéité 1. L’épaisseur des murs et du radier sera de 25 cm, conformément aux exigences de la norme (SIA 272, 3.1.3.3). La classe d’exposition est XC4, cela implique d’utiliser un béton C 30/37 et de porter l’enrobage cnom à 40 mm (tableau 18, SIA 262). Vue en coupe du bassin extérieur Les sollicitations extérieures : La hauteur maximale d’eau dans le bassin est de 2 m. La hauteur maximale de la poussée des terres est de 2.5 m.
  100. 100. Agrandissement et transformations d’une villa – 100/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Les matériaux Béton : Type : C 30/37 Classe d'exposition : XC 4 Enrobage minimum : 40 mm Acier : Type : B500B fcd 20 MN m 2  fck 30 MN m 2  fctm 2.9 MN m 2  fsd 435 MN m 2  fyk 500 MN m 2 
  101. 101. Agrandissement et transformations d’une villa – 101/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 4.2.3 Les efforts Pour une largeur de mur de : Poids propre car action favorable Poussée de l'eau moment : effort tranchant : Poussée des terres moment : = 0.33 effort tranchant : lc 1m  c 25 kN m 3  bc 0.25m hc 2m NGk  c bc hc lc NGk 12.5 kN  G 1.0  w 10 kN m 3  hw 2m MQk  w hw lc hw 2  hw 3  MQk 13.333 kN m VQk  w hw lc hw 2   Q 1.5 VQk 20 kN  t 20 kN m 3  k 30 ht 3m Ka tan 45 30 2        2  MQk 29.7 kN m VQk 29.7 kN  Q 1.5VQk Ka  t ht lc ht 2  MQk Ka  t ht lc ht 2  ht 3  Ka 0.33
  102. 102. Agrandissement et transformations d’une villa – 102/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 4.2.4 Dimensionnement de la paroi 4.2.4.1 Aux actions externes Flexion due à la poussée CAS N°1 : Piscine remplie d’eau, fouilles ouvertes Poussée de l'eau h = 250 mm Cnom = 40 mm Φsv = 12 mm D'après la table de dimensionnement : Section d'armature : CHOIX: ϕ 12 e = 15, As = 754mm2 / m MQk 13.333 kN m VQk 20 kN dv 204 mm Asv 209.968 mm 2  Asvchoisi 754mm 2  Asv  b dv fcd fsd NEd fsd  NEd NGk  G  1 1 2 2 0.025 2 0.03062 0.5 1 0.02031 0.5 Eds MEds b dv 2  fcd 0.025 MEds MQk  Q NGk  G zs 20.983 kN m zs dvv h 2  79 mm dv h cnom  sv 2 
  103. 103. Agrandissement et transformations d’une villa – 103/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser CAS N°2 : Piscine vide, poussée des terres CHOIX: ϕ 12 e = 15, As = 754mm2 / m D'après la table de dimensionnement : Section d'armature : Asvchoisi 754mm 2  dv h cnom  sv 2  dv 204 mm zs dv h 2  79 mm b lc MEds MQk  Q NGk  G zs 45.538 kN m Eds MEds b dv 2  fcd 0.055 1 0.0515 2 0.0621  1 1 2 2 0.057 NEd NGk  G Asv  b dv fcd fsd NEd fsd  Asv 504.009 mm 2  2 0.5 1 0.5  sv 12mm cnom 40mm h 250mm
  104. 104. Agrandissement et transformations d’une villa – 104/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Armature minimale : Résistance du béton à l’effort tranchant As min = 350 mm 2 /m Ved = 1.5 * 29.7 = 44.55 kN > OK dh bc cnom  sh  sv 2  Mcr fctm W 30.208 kN m zII 0.9 dh 172.8 mm aSmin Mcr zII fyk 349.633 mm 2  k 1 200 dH        1 200 dH  2if 2 otherwise  k 2.015 l Asvchoisi lc dv 0.37 % Ac lc bc 0.25m 2  scp NEd Ac 0.05 MN m 2  VRDC 0.1 k 100 L fCK  1 3       0.12 sCP       lC dHH       0.096 VRdc 96kN VEd 44.55 kN L 0.0037 sCP 0.05 dHH 0.21 lC 1 fCK 30 W b h 2  6 0.01m 3  dh 192 mm  sh 12mm
  105. 105. Agrandissement et transformations d’une villa – 105/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 4.2.4.2 Aux efforts internes Limitation des fissures : Exigences : élevées (classe d'étanchéité 1) Cas de charges : fréquents Armature horizontale Ouverture de fissure autorisée: Graphique cours "Weisse Wanne" kc 1.0 hcr bc 0.25m dh 0.192m sh°  sh 2.9 MN m 2 fcteff           sh 2.9 MN m 2 fcteff   sh 8 hcr dh  kc K hcr  2.9 MN m 2 fcteff if  sh 8 hcr dh  kc K hcr  2.9 MN m 2 fcteff          otherwise  sh° 24 mm d1 bc dh Act lc bc 2  0.125m 2  bc d1 4.31 eff 2.4 K 0.8 fcteff 0.5 fctm d1 58 mm wk 0.2mm
  106. 106. Agrandissement et transformations d’une villa – 106/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Valeur donnée par Tableau cours "Weisse Wanne" : CHOIX : Φ 12, e = 12.5 cm ( As = 905 mm2) hceff eff d1  eff d1 bc 2 if bc 2 otherwise  hceff 0.125m Aceff lc hceff 0.125m 2  s sh 170 MN m 2  AsminH kc K fcteff Act ssh        kc K fcteff Act ssh  fcteff Aceff ssh if fcteff Aceff ssh fcteff Aceff ssh fcteff Aceff ssh K fcteff Act fyk if K fcteff Act fyk otherwise if otherwise  AsminH 852.941 mm 2 
  107. 107. Agrandissement et transformations d’une villa – 107/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Armature verticale : Ouverture de fissure autorisée: D'après le graphique cours "Weisse Wanne" supérieur à OK Asvchoisi 754 mm 2  ssv FEd Asvchoisi 188.116 MN m 2   svmax sv° fctm 2.9 MN m 2          sv° fctm 2.9 MN m 2  sv° ssv Asvchoisi 4 bc dv  lc 2.9 MN m 2        if sv° ssv Asvchoisi 4 bc dv  lc 2.9 MN m 2                 otherwise  sh 12mm sv 12mm svmax 21 mm sv ° 21mm wk 0.2 mm FEd MEd 0.9 dv 141.839 kN MEd MQk 26.042 kN m
  108. 108. Agrandissement et transformations d’une villa – 108/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 4.2.5 Dimensionnement du radier Base pour l'élaboration : selon le graphique cours "Weisse Wanne" doit être inférieur à : donc : Longueur du radier Coefficient de rugosité du sol : pas de couche de glissement Pression exercée sur le sol: Calcul des efforts en traction dans le radier: Coefficient de sécurité pour le frottement: Coefficient de sécurité aux ELS : h d1 4.31  2.2 h 2 12.5cm fctef 0.5 fctm 1.45 MN m 2  qk hw 10 kN m 3 20 kN m 2  s0 h 25 kN m 3 qk 26.25 kN m 2  nctd  R 0  ct s0 Lmax 2  332.404 kN m  act h 1 m 0.25m 2  kc 1 nctef k kc fctef act 290m kN m  k 0.8  ct 1.0  R 1.35 0 1.4 Lmax 13.4 m hcef h 2 0.125m hcef  d1 12.76cm h 25cm d1 4.0cm 1.2cm 0.6cm 5.8cm cnom 4.0cm wk 0.1mm
  109. 109. Agrandissement et transformations d’une villa – 109/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Diagramme de Mayer pour la limitation de fissuration supérieur à Donc est déterminant inférieur à : D'après le diagramme de Mayer : Données prédéfinies du diagramme: nctd nctd b 1m actef 2.hcef 1 0.25m 1 m 2  sctd nctd actef 1.33 MN m 2  fctef 1.45 MN m 2  kzt1 sctd fctm 0.458 ds 12mm hb 0.25 m wkD 0.15 mm cnomD 30mm k ztD 0.5 ncteff
  110. 110. Agrandissement et transformations d’une villa – 110/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser D'après le diagramme : Armature minimale : As choisi est égal à 2 (sup. et inf.) x ϕ 12, e=15 ( As = 2 x 754 = 1508 mm2/m ) asD 9.7 cm 2 m  as asD kzt1 cnom wkD kztD cnomD wk  13.136 cm 2 m 
  111. 111. Agrandissement et transformations d’une villa – 111/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 4.3 Dallage extérieur en béton drainant Un dallage extérieur doit être réalisé en guise de terrasse. Celui-ci devait être en béton armé classique. Mais au vu de la surface importante, 200 m2 , et une installation d’évacuation de l’eau de pluie conséquente, l’option du béton drainant a été étudiée. Une comparaison des deux variantes a permis de faire le choix du béton drainant. L’excavation aura une hauteur de 50 cm. 4.3.1 La composition Le béton drainant est un matériau comportant un réseau de vides communicants entre eux et avec l’extérieur. Ces vides, d’une taille suffisante, permettent à l’eau d’y être stockée temporairement, d’y circuler et d’être évacuée de façon durable. Pour obtenir ces vides de façon permanente, on utilise des granulométries fortement discontinues et on limite la proportion du mortier. Ces vides sont le fait de la composition du béton et non d’un compactage insuffisant. Le béton drainant est composé :  d’une faible quantité de sable 0/2 mm : 60 à 120 kg/m3 ;  de gravillons concassés : 6/10 ou 10/14 ou 10/20 ;  de ciment CEM I ou CEM II de classes 32,5, 42,5 ou 52,5 avec un dosage de l’ordre de 300 à 400 kg/m3 ;  de l’eau : 70 à 100 l/m3 ;  de l’adjuvant entraîneur d’air ;  de l’adjuvant type super plastifiant ou colloïde pour améliorer l’adhérence du mortier sur les granulats pendant le transport et la mise en œuvre. Avec une telle formulation, la porosité du béton drainant peut être d’environ 15 à 20 %. La fabrication de ce matériau ne pose aucun problème particulier. Elle peut se faire en centrale de malaxage de chantier ou d’usine de béton prêt à l’emploi. Le transport du matériau se fait en général en camions-bennes.3 4.3.2 Les avantages Le béton drainant se pose directement sur le sol, parfois sur une chape, pour de multiples usages grâce à son revêtement perméable qui permet un confort important :  absence de flaques et de ruissellement grâce à une infiltration instantanée de l’eau de pluie dans le sol  abaissement de la température du revêtement grâce à une ventilation naturelle  granulométrie douce permettant un confort pieds nus  ne glisse pas par temps humide  ne suinte pas donc ne colle pas aux pieds ou aux pneus de voiture  Éco-responsable, ce matériau respecte le cycle naturel de l’eau et n’engorge pas les réseaux d’évacuation des eaux des municipalités  Le béton drainant peut être utilisé sur les allées, les terrasses, le tour des piscines... 3 Cahier Technique T57- Béton drainant
  112. 112. Agrandissement et transformations d’une villa – 112/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 4.3.3 La mise en œuvre Une différence très importante par rapport au béton traditionnel qu’on lisse, le béton drainant se claque, avec des raquettes chaussées aux pieds, par exemple. Le claquage permet de conserver la perméabilité du support. On ne peut pas utiliser un pervibrateur, comme pour un béton classique, car cela conduit, du fait de la porosité élevée, à une ségrégation importante du mortier, provoquant la fermeture totale du matériau en bas de couche et sa disparition totale en haut de couche. Il est préférable d’utiliser un matériel serrant le matériau soit par compactage soit par vibration superficielle. Toutes ces étapes sont très spécifiques et complexes à réaliser, le plus souvent réalisé par un professionnel. 4.3.4 Comparaison des prix Variante 1 : Béton Armé Coût Somme HT 18'740.- HT Variante 2 : Béton Drainant Coût Somme HT 14'300.- HT Exemple de béton drainant "claqué".
  113. 113. Agrandissement et transformations d’une villa – 113/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 5 Phasage des travaux
  114. 114. Agrandissement et transformations d’une villa – 114/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser 6 Conclusions
  115. 115. Agrandissement et transformations d’une villa – 115/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Conclusion relative à l’utilisation de BFUP Le BFUP est un matériau relativement nouveau, encore peu connu et peu utilisé car encore extrêmement cher pour des applications courantes. Néanmoins, il est d’une efficacité toute démontrée dans le renforcement d’ouvrage existant. Dans l’application que l’on a étudiée dans ce mémoire, les rares exemples déjà réalisés, comme le musée du CIO à Lausanne, confirme tout de même l’aptitude du BFUP à remplir les critères esthétiques et mécaniques nécessaire à une toiture architecturale de longue portée. Comme précisé précédemment, l’emploi du BFUP peut être judicieux lorsque que l’on considère tous les aspects : durabilité, fabrication, montage, esthétisme et entretien. Un aspect reste encore à améliorer pour une application plus rependue, celui de l’assemblage entre deux éléments de BFUP. Dans les applications pour des passerelles de longues portées, par exemple, le problème est moindre du fait de la précontrainte qui permet d’assembler les pièces par serrage. Le BFUP ayant des caractéristiques se rapprochant de l’acier, seul une connexion à l’aide d’éléments en acier semble judicieuse. Mais un assemblage boulonné analogue à celui réalisé en charpente métallique, bien qu’efficace, reste très difficile dans la mise en œuvre due à la précision au millimètre qu’il faudrait atteindre. Un assemblage BFUP avec une colle à armature et une plaque métallique semble plus adapté. La colle à armature est la même que celle utilisée pour la fixation des de lamelles en fibres de carbone pour le renfort de dalle ou murs. Peut-être que dans l’avenir un simple « collage » optimisé avec encoche dans les éléments BFUP sans plaque d’acier sera possible.
  116. 116. Agrandissement et transformations d’une villa – 116/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Conclusion générale Ce projet donne un bon aperçu de ce que peut être le métier d’ingénieur civil : un domaine de compétence très vaste, avec notamment la construction en béton armé (lame en BFUP), métallique (assemblage), en bois (contreventement toiture OSB), qui peut être aussi souterrain (piscine, micropieux) que en hauteur (Lames de la toiture) et aussi bien de conception nouvelle que reprise des constructions existantes. Il faut aussi apprendre à gérer énormément de paramètres extérieurs comme les délais, le transport, le montage, les coûts... Ce métier est aussi très évolutif, avec sans cesse de nouvelles découvertes aussi bien dans les matériaux que dans leurs applications, comme il fut le cas ici, avec le BFUP. Ce projet a aussi mis en avant le partage de connaissance qu’il y a entre tous les acteurs propre à la construction de génie civil entre ingénieurs (CERT), professeurs (HSKA, EPFL), élèves et les différents spécialistes, sans lequel les grandes réalisations ne pourraient pas se faire.
  117. 117. Agrandissement et transformations d’une villa – 117/120 – Mémoire de Master Trinational en Génie Civil Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser Notations agd accélération du sol c’k valeur caractéristique de la cohésion effective d’un sol d hauteur statique EUm Module d’élasticité du BFUP Ecm Module d’élasticité du béton fcd résistance à la compression du béton fsd limite d’écoulement de l’acier dans le béton fctm limite de contrainte en traction moyenne du béton fUcd résistance à la compression du BFUP fUtud résistance du BFUP en traction fsUd limite d’écoulement de l’acier dans le BFUP 𝜏 𝑐𝑑 contrainte limite de cisaillement du béton lcr longueur de flambage LD longueur de déversement γc facteur de sécurité du béton γs facteur de sécurité de l’acier γG facteur de sécurité des charges permanentes γQ facteur de sécurité des charges variables γk masse volumique caractéristique du sol γM facteur de résistance ρa masse volumique de l’acier ρc masse volumique du béton φk valeur caractéristique de l’angle de frottement χD coefficient de déversement ωy , ωx coefficient relatif à la flexion σx,y - contraintes en surface (côté inférieur selon axe z) σx,y + contraintes en surface (côté supérieur selon axe z) ηw ,ηt facteur de réduction selon assemblage pour construction en bois

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