Paul Elie DAOU
Classe : MASTER 1B option Génie Civil
Entreprise d’accueil : AD STRUCTURES
Responsable du stage : M. Ramada...
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2014 Paul Elie Daou
AD Structures Siège social 3, rue du Dr J. Clémenceau 75 015 PARIS SARL
Depuis sa création en 2001, la société AD Structur...
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Introduction
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Rapport finale_ corrections R.Bodet

  1. 1. Paul Elie DAOU Classe : MASTER 1B option Génie Civil Entreprise d’accueil : AD STRUCTURES Responsable du stage : M. Ramadan DAOUD Tuteur du stage : M. Raphael BODET Rapport de stage Sujet : Descente de charges et calcul de structures simples Du 02/06/14 au 01/08/14 à Paris
  2. 2. __________________________________________________________________________________ 2014 Paul Elie Daou Remerciement En préambule à ce rapport de stage, je souhaite adresser mes remerciements à tous ceux qui m’ont apporté leur aide et qui ont contribué à la réalisation de ce travail. Dans un premier temps, je tiens à remercier Monsieur Raphaël BODET, Responsable des Affaires Techniques de l’UNPG (Union National des Producteurs de Granulats), qui a été mon pilote de stage et qui s’est toujours montré à l’écoute et disponible tout au long de l’élaboration de ce rapport de stage. Ses conseils méthodologiques m’ont permis de mener ce travail à son terme. Puis, je tiens à remercier particulièrement Monsieur Ramadan DAOUD, Directeur du bureau d’études AD STRUCTURES, qui m’a donné l’opportunité de réaliser un stage dans son entreprise. Par son accueil chaleureux et sa bienveillance, il m’a permis de m’intégrer rapidement à l’équipe. Mes remerciements s’adressent également aux enseignants de l’Université de Cergy-Pontoise pour la qualité de leur formation.
  3. 3. __________________________________________________________________________________ 2014 Paul Elie Daou
  4. 4. AD Structures Siège social 3, rue du Dr J. Clémenceau 75 015 PARIS SARL Depuis sa création en 2001, la société AD Structures a mis en place à Paris et en Ile de France les moyens humains et matériels nécessaires à l’ensemble des études liées à la construction et à la rénovation. En 2006, une agence a été créée à Angers (49) avec tous les moyens de dessin et de calcul. La société s’appuie aujourd’hui sur une équipe aux fortes capacités techniques, composée d’ingénieurs et de spécialistes de haut niveau, alliant disponibilité, motivation et compétences. L’avantage essentiel de cette structure compacte et légère est la souplesse d’intervention et l’existence d’un réseau de partenaires qui sont disponibles en cas de charges de travail importantes. Enfin l’indépendance d’AD Structures permet à cette société de s’affirmer comme l’interlocuteur privilégié et fiable des acteurs de la construction. AD Structures offre de ce point de vue une remarquable force d’intervention dans l’aide à la décision et l’appui technique. Gérant : Ramadan DAOUD Partenaires : -3 Bureaux d’études -2 Ingénieurs indépendants -5 Dessinateurs Projeteurs MOYENS MATERIELS - 6 Postes de dessins (Autocad) - 2 Traceurs - 3 Postes de calcul (Arche – ROBOT) MOYENS HUMAINS - 4 Ingénieurs - 4 Dessinateurs Projeteurs - 1 Assistante
  5. 5. __________________________________________________________________________________ 2014 2 Paul Elie Daou Introduction Avant, les hommes n’avaient besoin que d’une case pour se protéger de la pluie. Ensuite l’homme a eu besoin d’un espace fermé pour se protéger, se sentir en sécurité. Après, l’homme construit sa maison pour y vivre, avoir son chez soi, et enfin l’homme a voulu faire de son habitation, une œuvre d’art. Au fil des années, il y a toujours eu une évolution par rapport aux structures, et comment se comportent les structures. Moins il y avait de connaissances physiques et mathématiques, et plus les ouvrages étaient surdimensionnée. Maintenant, que l’homme maitrise ces connaissances, les structures sont faites en économisant les matériaux. Une structure est un assemblage intelligent d’éléments et de matériaux afin d’assurer une fonction. En effet, le but du dimensionnement est de déterminer les formes, dimensions, matériaux afin de satisfaire la fonction demandée dans toute les conditions de la vie de la structure, mais aussi, permettre d’utiliser le minimum de matériaux et matériels possible, afin que le maitre d’ouvrage économise de l’argent, car on a beau bien construire, il faut savoir économiser son client, car il reste le plus important. Estimer des charges qui s’appliquent sur une structure est l’un des critères les plus importants pour prétendre au bon fonctionnement de cette dernière car c’est en fonction du type d’usage et des charges choisies que la structure sera bien dimensionnée. C’est donc, sur ces quelques pages, que nous tenterons d’expliquer comment modéliser une structure à l’aide de Graitec Ossature, puis dans un second temps, dimensionner quelques éléments des fondations et de l’infrastructure. Synthèse des activités Durant cette période, j’ai travaillé sur le projet « Collège Louise Michel » à Clichy Sous-Bois. Ce projet comprend un ensemble de 3 piscines avec des salles de bureaux et un sous-sol qui permet de récupérer l’eau de la piscine et de la traiter. L’utilisation du logiciel GRAITEC OMD a été très important car il a permis de faire la descente de charge du projet plus rapidement que prévu. Cela a facilité le dimensionnement des pieux, des longrines, des poutres-cloisons et des poteaux. Comme les bureaux de contrôles exigent des notes de calculs, il nous a fallu démontrer tous les résultats trouvés à l’aide du logiciel que nous vous présenterons dans le développement du rapport.
  6. 6. __________________________________________________________________________________ 2014 3 Paul Elie Daou I/ Modélisation d’une structure sur ARCHE OSSATURE Arche Ossature est un logiciel de simulation de bâtiment qui permet de mener rapidement et en toute rigueur vos études de descente de charges, de contreventement et de séisme, en respectant les méthodes usuelles de la profession. a/ Hypothèse de l’étude Une étude quel que soit sa taille, respecte toujours des hypothèses de calcul pour le béton et l’acier suivant lesquelles elle doit être calculée. Avant de commencer à utiliser un logiciel de modélisation de structure, il faut toujours régler ces hypothèses : -Densité du béton : 2.5 T/m3 - Fck : résistance caractéristique en compression du béton, mesurée sur cylindre à 28 jours : 25 MPa - Fyk : limite caractéristique d’élasticité de l’acier : 500 MPa -Module élastique : Le module de Young est la constante qui relie la contrainte de traction (ou de compression) et le début de la déformation d'un matériau élastique isotrope. : 20000 MPa -Coefficient de Poisson : permet de caractériser la contraction de la matière perpendiculairement à la direction de l'effort appliqué. Nous avons utilisé ces hypothèses car elles ont été imposées dans le Cahier des clauses techniques particulières .Elles peuvent être différentes sur une autre affaire.
  7. 7. __________________________________________________________________________________ 2014 4 Paul Elie Daou b/ Dessin de structures simples (avec modes d’accrochages) Une fois les hypothèses prises en compte, nous passons au traçage de la structure par éléments simple. Suivant les modes d’accrochages, nous allons commencer par mettre en place un poteau. Le premier poteau sera rentré avec la méthode d’accrochage ‘’relatif’’ qui permet de placer un poteau en fonction de coordonnées (x ;y) que l’on choisit.
  8. 8. __________________________________________________________________________________ 2014 5 Paul Elie Daou Afin de placer le deuxième poteau, nous utiliserons encore l’accrochage ‘’relatif’’ qui consiste à choisir un poteau existant que le logiciel considère comme origine du repère. A partir de cette origine nous introduisons les coordonnées de notre deuxième poteau. Vous répétez cette opération au fur et à mesure pour avoir l’ensemble des poteaux de la structure. Une fois tous les poteaux placés nous passons aux poutres ou voiles et pour cela nous utilisons d’autres modes d’accrochage ‘’extrémité ‘’ ‘’milieu’’ ‘’intersection’’ ‘’perpendiculaire’’. Pour relier plus simplement deux poteaux entre eux nous employons le mode d’accrochage «extrémité » ou « intersection » qui comme leurs noms l’indiquent permettent d’accrocher des points déjà existant. L’accrochage est choisi par défaut une fois que l’on approche notre curseur du poteau (il faut cliquer pour cela).
  9. 9. __________________________________________________________________________________ 2014 6 Paul Elie Daou Dans le cas où nous n’avons qu’un poteau et que nous voulons mettre en place une poutre qui s’appuie sur une autre, les accrochages comme ‘’perpendiculaire’’ sont très efficaces. Dans le cas ci-dessus, la poutre tombe au milieu de la poutre primaire, donc nous pouvons utiliser l’accrochage ‘’milieu’. Si elle ne tombait pas dessus, nous n’aurions pas pu l’accrocher mais seulement utiliser l’accrochage ‘’perpendiculaire’’. N.B : Dans ce cas, il est très important de bien vérifier qu’en traçant votre poutre qui va couper une plus grosse poutre, il faut préciser au logiciel que la poutre est secondaire ; pour cela nous décochons l’option ‘’principale’’. Maintenant que l’on maitrise les principaux types d’accrochages, nous pouvons tracer la structure à dimensionner avec les éléments principaux. Une fois que la structure est bien dessiner, il ne nous manque plus qu’à rentrer les charges qui s’appliqueront sur la structure.
  10. 10. __________________________________________________________________________________ 2014 7 Paul Elie Daou c/ Charges à appliquer Les charges que nous appliquerons sur le bâtiment permettront de déterminer les charges totales sur semelles ou autres types de fondations. Nous avons plusieurs types de charges à appliquer : - Les charges permanentes (notées G dans la règlementation) qui comprennent toutes les charges inamovibles qui, de par leur nature, sont appliquées de manière définitive sur le plancher considéré. Les principales sont : • le poids mort du plancher, • le poids des cloisons et murs prenant appuis sur le plancher, • Les chapes complémentaires, • Les revêtements de sol, • protection lourdes de toiture terrasse, • etc... - Les charges d'exploitation (notées Q dans la règlementation) sont celles qui résultent de l'usage des locaux par opposition au poids des ouvrages qui constituent ces locaux, ou à celui des équipements fixes. Elles correspondent au mobilier, au matériel, aux matières en dépôt et aux personnes et pour un mode normal d'occupation. En pratique, toutefois, certains équipements fixes légers peuvent être inclus dans les valeurs fixées pour les charges d'exploitation. - Les charges horizontales (notées AC sur Graitec) sont celles qui peuvent résulter de la poussée des eaux ou terres horizontales, ou du vent qui sont perpendiculaires à l’ouvrage. Les charges données dans les tableaux suivants sont celles qui sont le plus couramment rencontrées dans la construction (Annexe 1 : « d »). Une fois que nous déterminons les valeurs de G, Q et AC, nous les insérons en choisissant un élément de structure simple : NB : Le logiciel prend en compte le poids propre des éléments simple, donc ne pas l’ajouter. Une fois les charges surfaciques ajoutées, nous passons au calcul de la structure.
  11. 11. __________________________________________________________________________________ 2014 8 Paul Elie Daou d/ Détermination des charges sur semelles La détermination des charges sur semelles va permettre de nous donner les dimensions (LxlxH) de cette dernière. Afin de lancer le calcul pour déterminer les charges sur semelles nous devons tout d’abord ‘’Générer des Semelles’’, une fois cette option sélectionnée, toutes les semelles sous poteaux vont apparaitrent : A présent toutes les conditions sont réunies pour lancer la modélisation : Si la structure a été dessinée correctement et que tous les points d’accrochages ont bien été reliés entre eux, nous devons trouver « zero erreurs » sur l’onglet qui s’affiche.
  12. 12. __________________________________________________________________________________ 2014 9 Paul Elie Daou Enfin la dernière étape est de lancer le calcul du projet qui nous donnera toutes les valeurs recherchés en cliquant sur ‘’Calculer’’. NB : Le calcul se fait avec un pourcentage d’anomalies détectées, c’est-à-dire qu’entre 90 et 100 %, le calcul passe bien, alors qu’à moins de 75 %, il faut revoir le modèle et chercher les erreurs. Une fois le calcul terminé, toutes les dimensions sont disponibles et nous pouvons exporter chaque élément simple sur son module de ferraillage respectif.
  13. 13. __________________________________________________________________________________ 2014 10 Paul Elie Daou e/ Exportation des éléments simples sous modules de ferraillages L’exportation des éléments simple (poteau, poutre, dalle, voile) sous leurs modules de ferraillage se fait de façon simple. Il suffit juste de sélectionner un élément simple (poutre), et de cliquer sur ‘’appel du module de ferraillage’’. Le logiciel ne prend pas bien en compte les lignes de ruptures des dalles, donc il est préférable d’utiliser le module de ferraillage juste pour se faire une idée du résultat et recalculer plus minutieusement les éléments simples. En conclusion partielle, nous pouvons dire que GRAITEC OSSATURE est une bonne solution pour faire une bonne descente de charge afin d’avoir de façon très rapide les charges sur semelles. Par contre, pour les éléments simples il est préférable de se baser sur la descente de charge mais de recalculer chaque élément simple car nous ne sommes jamais à l’abri d’erreurs. Dans les deuxièmes et troisièmes parties, nous dimensionnerons des structures simples.
  14. 14. __________________________________________________________________________________ 2014 11 Paul Elie Daou II/Dimensionnement des fondations 1/ Micropieux a/ Définition Le micropieu est une fondation superficielle dont la longueur peut atteindre une vingtaine de mètres, disposé en groupes pour fonder ou consolider un ouvrage. Ils sont utilisés lorsque le terrain ne peut pas supporter superficiellement les contraintes dues à la masse de l'ouvrage. Le micropieu assure deux sortes d'ancrages : • Le premier est lié au frottement du micropieu dans le sol qui l'entoure, qui offre ainsi une résistance à l'enfoncement. • Le second est lié à l'effet de pointe qui correspond à l'appui vertical de la fondation sur un sol de qualité acceptable. Dans le cas d'un sol stable situé à une trop grande profondeur, le micropieu travaille exclusivement sur la résistance au frottement. Le nombre de micropieux nécessaire est déterminé par un calcul de descentes de charges par combinaison d'action de l'ouvrage et par une étude géotechnique du sol récepteur.
  15. 15. __________________________________________________________________________________ 2014 12 Paul Elie Daou b/ Note de calcul La descente de charge faite sur Graitec Ossature a permis de déterminer les charges à appliquer pour le dimensionnement des micropieux du projet. Avec ces charges, nous déterminons le diamètre et ferraillage des micropieux avec FOXTRA. (En annexe 1, tableau de charges + diamètre des pieux)
  16. 16. __________________________________________________________________________________ 2014 13 Paul Elie Daou 2/ Longrines a/ Définition Une longrine est une poutre rectangulaire horizontale en béton armé qui assure la liaison transversale entre les poteaux au niveau des massifs de fondation et qui sert à répartir les charges ou à les reporter vers des appuis. Elle est posée directement sur un béton de propreté pour empêcher la pollution du béton frais de la longrine par le sol support lors du coulage du béton. Le béton de propreté offre également un support uniforme à la longrine. Lorsque la longrine est placée entre deux semelles, une semelle centrée et une semelle excentrée, elle est appelée poutre de redressement ou longrine de redressement. Elle sert concrètement à plaquer la semelle excentrée pour éviter tout déplacement. Elle se coule normalement en même temps que la semelle car son ferraillage est ancré dans la semelle. Dans notre cas, les longrines vont nous permettre de ceinturer les pieux afin qu’ils soient maintenus entre eux.
  17. 17. __________________________________________________________________________________ 2014 14 Paul Elie Daou b/ Note de calcul Comme vu précédemment, les longrines issues de la DDC peuvent directement être exportées sur le module de ferraillage mais comme Arche Ossature ne trace pas parfaitement les lignes de ruptures, il est préférable de les faire soit même, et de recalculer les charges qui s’appliquent dessus en respectant les lignes de ruptures et en rentrant les charges manuellement sur le module de ferraillage. Nous calculerons la longrine L1 (plan coffrage en annexe 2) Modèle de longrines sur le module de ferraillage de GRAITEC : - Détermination des charges qui s’appliquent sur la longrine (poids propre pris en compte) : Poids de la dalle ep 22cm (charge triangulaire suivant les lignes de ruptures) + charges s’appliquant sur la dalle. G1=0.22 x 25 x 2/2 +0.1 x 2/2=5.5 kN/m² = 0.65 T/m Q1=0.4 x 2/2 =0.4 T/m - Détermination des charges qui s’applique sur la longrine (charge uniformément répartie) : La cloison fait 0.2X4m, soit : G=0.2 x4 x 25 =20 kN/m= 2T/m
  18. 18. __________________________________________________________________________________ 2014 15 Paul Elie Daou On obtient une poutre avec les charges de la dalle et de la cloison : Sollicitation de la poutre après lancement du calcul : On obtient une section d’acier en flexion de 3.35 cm² (ferraillage de la Longrine en annexe 3).
  19. 19. __________________________________________________________________________________ 2014 16 Paul Elie Daou Détermination de la section de ferraillage par note de calcul traditionnel :
  20. 20. __________________________________________________________________________________ 2014 17 Paul Elie Daou La comparaison entre les deux méthodes de calcul est donc exacte, la section est approuvée.
  21. 21. __________________________________________________________________________________ 2014 18 Paul Elie Daou II/ Dimensionnement de l’infrastructure 1/ Poutre-cloison a/ Définition La poutre-cloison (appelée poutre voile) est une poutre de grande hauteur dont le rapport hauteur sur longueur est supérieur à 0,5. Les poutres-voiles sont armées, en partie basse, par un tirant qui reprend la traction engendrée par l'effet de voûte. En pratique, il s'agit de murs qui ne sont appuyés qu'à leurs extrémités et sont donc fléchis. b/ Note de calcul Modèle de poutres-cloison sur le module de ferraillage de GRAITEC : Dimension de la PC V01 : h=4m, L=7.6 m et e=0.2m. Nous avons choisi la poutre-cloison la plus chargée car il s’agit de la plus défavorable. Afin d’optimiser l’avancement du chantier, il est préférable de sélectionner la poutre-cloison la plus chargée pour obtenir le ferraillage maximal que nous appliquerons à toutes les poutres-cloison. - Détermination des charges qui s’appliquent sur la poutre-cloison : Charges linéaires provenant de la DDC sur le modèle avec G=85T et Q=50T. Ramenons ces charges à des charges linéaires en divisant par la longueur, soit : G=85/7.6=11.40 T/ml Q=50/7.6=6.7 T/ml On obtient une poutre-cloison avec les charges linéaires et surfaciques suivantes :
  22. 22. __________________________________________________________________________________ 2014 19 Paul Elie Daou Sollicitations : - Détermination des charges qui sont remontées sur la poutre-voile à l’aide des aciers en U (effort tranchant) : Poids dalle + charges : G=0.22 x 2.5x 5.35+0.1x5.35=3.5 T/ml Q=0.4 x 5.35= 2.14 T/ml On obtient une section d’acier en flexion de 16.43 cm² (Ferraillage de la poutre cloison en annexe 4).
  23. 23. __________________________________________________________________________________ 2014 20 Paul Elie Daou Détermination de la section de ferraillage par note de calcul traditionnel : La comparaison entre les deux méthodes de calcul est donc exacte, la section est approuvée.
  24. 24. __________________________________________________________________________________ 2014 21 Paul Elie Daou Détermination de la section des U (note de calcul) :
  25. 25. __________________________________________________________________________________ 2014 22 Paul Elie Daou 2/ Poteau a/ Définition Un poteau est un organe de structure d'un ouvrage sur lequel se concentrent de façon ponctuelle les charges de la superstructure (par exemple via un réseau de poutres ou de dalles d'un niveau supérieur) et par lequel ces charges se répartissent vers les infrastructures de cet ouvrage (par exemple les fondations). Du point de vue de la mécanique des structures, les poteaux sont des éléments verticaux soumis principalement à de la compression. Leur résistance est notamment limitée par le risque de flambage. b/ Note de calcul Modèle de poteau sur le module de ferraillage de GRAITEC : Dimension du poteau : h=4m, ∅=40cm Le poteau à dimensionner est le P1 . - Détermination des charges qui s’appliquent sur le poteau : Le poteau est encastré en tête et en pieds. Charges ponctuelles provenant de la DDC sur le modèle avec ; • G+Q=90 T G=70% et Q=30% G=63 T et Q=27 T
  26. 26. __________________________________________________________________________________ 2014 23 Paul Elie Daou Sollicitations : On obtient une section d’acier en flexion de 2.9 cm² (Ferraillage poteau en annexe 5).
  27. 27. __________________________________________________________________________________ 2014 24 Paul Elie Daou Détermination de la section de ferraillage par note de calcul traditionnel : La comparaison entre les deux méthodes de calcul est donc exacte, la section est approuvée.
  28. 28. __________________________________________________________________________________ 2014 25 Paul Elie Daou Conclusion Le travail en bureau d’étude ne doit pas se limiter uniquement à la saisie des données sur des logiciels, il est primordial de maîtriser les calculs et d’être capable de retrouver les mêmes résultats que ceux émis par le logiciel. En effet, en réunion de chantier ou pour tout travail en urgence, il faut savoir mener les calculs sans outils informatiques. Cette expérience a été très bénéfique pour moi car elle m’a permis de me familiariser avec les logiciels comme GRAITEC tout en continuant à calculer manuellement les charges et structures. La mission qui m’a été confiée en bureau d’études a renforcé mes compétences dans la descente de charges et dans le dimensionnement de structures. De plus, ce stage m’a donné l’opportunité de rencontrer des professionnels et de nouer des relations avec les autres ingénieurs d’AD STRUCTURES. Par ailleurs, mon maître de stage m’a responsabilisé en me laissant travailler en autonomie sur le dimensionnement et le ferraillage. En alliant la théorie à la pratique, le stage en entreprise est une étape importante et décisive qui m’a permis de me familiariser avec le métier d’ingénieur. Les objectifs poursuivis durant ce stage ont été largement atteints. En conclusion, le stage a été largement fructueux et les connaissances acquises seront largement valorisées.
  29. 29. __________________________________________________________________________________ 2014 26 Paul Elie Daou ANNEXES
  30. 30. __________________________________________________________________________________ 2014 27 Paul Elie Daou Annexe 1 : Diamètre des pieux + charges
  31. 31. __________________________________________________________________________________ 2014 28 Paul Elie Daou
  32. 32. __________________________________________________________________________________ 2014 29 Paul Elie Daou Annexe 2 : Plan de coffrage
  33. 33. __________________________________________________________________________________ 2014 30 Paul Elie Daou Annexe 3 : Ferraillage Longrine
  34. 34. __________________________________________________________________________________ 2014 31 Paul Elie Daou Annexe 4 : Ferraillage de la Poutre-cloison
  35. 35. __________________________________________________________________________________ 2014 32 Paul Elie Daou Annexe 5 : Ferraillage du poteau

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