Document de synthèse

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Document de synthèse

  1. 1. Reconstruction de la tribune d’honneurdu Stade Léo Lagrange de BesançonGuillaume VERYElève Ingénieur en 5èmeAnnéeSpécialité Génie CivilChristian MATAIGNESaïda MOUHOUBIDocument de synthèseSeptembre 2006
  2. 2. Very Guillaume, INSA Strasbourg, spécialité Génie Civil, Rapport de Projet de fin d’études, Document de synthèse. 1Auteur :Guillaume VERYElève ingénieur de 5èmeannée, spécialité Génie CivilInstitut National des Sciences Appliquées de StrasbourgTuteurs :Saïda MOUHOUBIProfesseur et maître de conférenceINSA Strasbourg24, Boulevard de la Victoire67084 StrasbourgChristian MATAIGNEIngénieur de projet, responsable des études de structureBetic Ingérop47, Avenue ClémenceauBP 104125001 Besançon Cedex
  3. 3. Very Guillaume, INSA Strasbourg, spécialité Génie Civil, Rapport de Projet de fin d’études, Document de synthèse. 2SommaireSommaire ...........................................................................................................................................2Résumé...............................................................................................................................................3Summary ............................................................................................................................................4Synthèse.............................................................................................................................................51. Présentation du projet : ...................................................................................................................................52. Problématique :................................................................................................................................................53. Tribune en béton : ...........................................................................................................................................64. Toiture métallique : ..........................................................................................................................................65. Bâtiment complet :...........................................................................................................................................7
  4. 4. Very Guillaume, INSA Strasbourg, spécialité Génie Civil, Rapport de Projet de fin d’études, Document de synthèse. 3RésuméMon projet de fin d’études s’est déroulé d’Avril à Août 2006 au sein du bureau d’étudestechniques Betic Ingérop à Besançon et portait sur la reconstruction de la nouvelle tribune d’honneurdu stade Léo Lagrange de Besançon. Il s’agissait d’une étude de structure. L’ouvrage à réaliserconsiste en une couverture en forme d’aile suspendue à une structure haubanée dont les mâts dehauteur variable de 35 à 40m sont disposés de manière irrégulière abritant une tribune en béton.Cette dernière aura une capacité d’accueil de 3488 places assises et couvertes. Le coût del’opération s’élève à 5M€ hors taxes financé par la ville de Besançon.Mon travail consistait, dès la phase d’avant projet sommaire, à définir une structure porteuse à la foispour la toiture métallique et la tribune en béton.La structure verticale porteuse de la tribune est constituée de portiques en béton armé au nombre de13 délimitant 10 travées de dalles de 9,50m et deux de 2m en console.La couverture est supportée par une structure métallique en forme de nappe composée d’un réseaude pannes et d’un système de traverses. La nappe repose sur une ossature principale en cadresuspendues par des tirants-butons principaux à des mâts métalliques et ancrés par des tirants-butonsarrières dans la structure béton.Mon étude s’est décomposée en trois phases :• Etude statique et dynamique de la toiture métallique.• Etude statique de la tribune en béton.• Etude dynamique du bâtiment complet.Les calculs ont été réalisés soit manuellement soit à l’aide du logiciel ROBOT.
  5. 5. Very Guillaume, INSA Strasbourg, spécialité Génie Civil, Rapport de Projet de fin d’études, Document de synthèse. 4SummaryMy master’s work took place from April till August 2006 within research department BeticIngérop in Besançon and concerned the reconstruction of the new grandstand of the stadium LéoLagrange of Besançon. It was about a study of structure. The work to be realized consisted in a roofwith the form of a wing suspended with seven poles of variable height from 35 to 40m arranged in anirregular way and sheltering a stand in concrete. This last one will have an accommodation facility of3488 sitting and covering places. This operation will cost about 5M€ before tax and will be financed bythe city of Besançon.My work consisted in defining a structure for the metal roof and the stand in concrete.The vertical structure of the stand is composed by 13 porticoes in reinforced concrete bounding 10spans of paving stones of 9,50m and 2 of 2m in console.The roofing is supported by a metal structure in form of expanse composed of a network of purlinsand of a system of crosspieces. The expanse is built on a main skeleton in frame suspended by“tirants-butons”.My work was split up into three parts :• Static and dynamic study of the metal roof.• Static study of the stand in concrete.• Dynamic study of the building.The calculations were made manually or with the help of the software ROBOT.
  6. 6. Very Guillaume, INSA Strasbourg, spécialité Génie Civil, Rapport de Projet de fin d’études, Document de synthèse. 5SynthèseLe but du projet de fin d’études était de me placer au cœur d’un problème technique réel queje devais résoudre en utilisant les connaissances techniques et théoriques que j’avais acquisesdurant ma formation d’ingénieur en Génie Civil de l’Insa de Strasbourg et durant les stagesantérieurs. Il s’est déroulé d’Avril à Août 2006 au sein du bureau d’études techniques Betic Ingérop àBesançon (entité d’ Ingérop Grand Est), et portait sur la reconstruction de la nouvelle tribuned’honneur du stade Léo Lagrange de Besançon. Il s’agissait d’une étude de structure.1. Présentation du projet :L’équipe de maîtrise d’œuvre constituée du cabinet d’architecture Denu et Paradon et dubureau d’études techniques tous corps d’état Betic Ingérop a obtenu le marché de maîtrise d’œuvrede la démolition et reconstruction de la tribune d’honneur du stade Léo Lagrange de Besançon à lasuite d’un concours d’architecture et d’ingénierie conformément au code des marchés publics. Ceconcours portait essentiellement sur la reconstruction de la tribune d’honneur mais il était néanmoinsdemandé une réflexion sur la conception globale d’un stade d’une capacité de 12000 places et surl’organisation générale et la composition urbaine du quartier.Le projet architectural proposé pour cet ouvrage consiste en une couverture en forme d’aile,suspendue à une structure haubanée dont les mâts, de hauteur variant de 35 à 40m, sont disposésde manière irrégulière.La nouvelle tribune aura une capacité d’accueil de 3488 places assises et couvertes ; elle comportetous les locaux et équipements nécessaires au fonctionnement du club en Ligue 2 de la Ligue deFootball Professionnelle (LFP). Elle comportera deux niveaux de gradins : le plateau inférieurtotalisant 1874 places accessible depuis le parvis intérieur, vaste espace situé au niveau 1 et leplateau supérieur totalisant 1614 places dont 210 places VIP, accessibles par deux passerelles etdes vomitoires situés à mi-hauteur du niveau 1.Le rez-de-chaussée du bâtiment situé sous le premier niveau de gradin regroupe l’ensemble deslocaux nécessaires à l’activité sportive (plateau sportif).Le premier étage, situé sous le deuxième niveau de gradin, est occupé par le parvis intérieur,l’espace buvette et la boutique. Le public y accède par deux escaliers monumentaux situés auxextrémités Nord et Sud de la tribune. L’accès aux gradins se fait depuis cet étage, soit directement,pour les gradins du plateau inférieur, soit par l’intermédiaire de deux passerelles et deux vomitoires àmi-hauteur d’étage, pour les gradins du plateau supérieur.Le deuxième et dernier étage est occupé par l’espace VIP, accessible par des escaliers séparés dupublic et par un ascenseur. Cet espace donne accès directement à la tribune protocolaire.2. Problématique :Aux côtés des exigences techniques propres à ce type d’ouvrage, le respect des contraintesfinancières s’imposait d’emblée comme un enjeu majeur de l’opération. En effet ce projet s’inscritdans un cadre politique et populaire peu favorable puisque l’équipe de football de Besançon(Besançon Racing Club), actuellement en CFA groupe B (championnat amateur, 4èmedivision), aterminé treizième de son championnat la saison dernière. Ces résultats ne sont pas vraiment enadéquation avec les ambitions que la ville de Besançon a placées dans la restructuration du stadeLéo Lagrange dans l’optique d’une homologation pour la Ligue 2 (2èmedivision).
  7. 7. Very Guillaume, INSA Strasbourg, spécialité Génie Civil, Rapport de Projet de fin d’études, Document de synthèse. 6C’est pourquoi, la ville, par l’intermédiaire de ses services techniques, a mis à disposition pour ceprojet de reconstruction de la tribune d’honneur un budget de 5M€ hors taxes non extensible et nonnégociable.C’est pour ces raisons que dès la phase d’avant projet sommaire (APS), un travail d’optimisation dela structure (qui représente à elle seule la moitié du coût de l’opération) était nécessaire, d’une partpar la singularité et les particularités de l’ouvrage à réaliser et d’autre part afin d’éviter toute dérived’un point de vue financier.Mon projet de fin d’études s’inscrit donc dans cette optique. Il m’a été confié la mission, sous laresponsabilité de Monsieur Christian Mataigne (ingénieur de projet, responsable des études destructure béton, bois et acier), de définir, à partir des plans de l’architecte et en étroite collaborationavec ce dernier, une structure porteuse et d’en estimer le prix.Pour cela, le travail a été décomposé en plusieurs étapes. La première avait pour but de modéliser etdimensionner la toiture métallique. Ensuite, le second travail consistait à étudier la structure en bétonde la tribune, afin de trouver un schéma de fonctionnement le plus épuré et le plus rationnel possible.Enfin, une étude dynamique de l’ensemble du bâtiment permettra de vérifier les modes propres devibrations de la structure et d’analyser les éventuelles interactions entre la tribune en béton et latoiture métallique.3. Tribune en béton :Le but était de trouver une structure porteuse la plus simple et la plus épurée possible. Cecidans le but de réaliser un maximum d’économie et également de permettre une mise en œuvre laplus simple et la plus répétitive possible, dans un souci de réduction des délais.La structure en béton ayant évoluée, par rapport au concours, vers une solution épurée comportantdes travées plus importantes et un nombre réduit de point d’appui fortement chargé, explique le faitque les fondations par substitution générale de sol (choisies lors de la phase concours) ait étéabandonné au profit de fondations au rocher. Compte tenu des profondeurs à atteindre, la majoritédes massifs de fondations devront être fondés sur pieux selon des ensembles de 1, 2, 3 ou 4 pieuxde 600 à 800mm de diamètre.La structure verticale porteuse est constituée de portiques en béton armé selon une trame de 9,5m.Etant donné la longueur du bâtiment (environ 100m), deux joints de dilatation sont mis en place.On dénombre ainsi 13 portiques délimitant 10 travées de dalle de 9,5m et 2 travées de 2m enconsole.Le contreventement longitudinal est assuré par un ensemble de voiles banchés de 20cm d’épaisseur.Les planchers seront réalisés en dalles pleines coulées en place, éventuellement à partir deprédalles.Les gradins seront réalisés en éléments préfabriqués en béton armé. Chaque élément comporteraune marche avec une pente de 1% pour l’écoulement de l’eau, un bord arrondi et une contre marcheavec retombée et talon. Les gradins seront posés sur les poutres crémaillères en commençant parl’élément le plus haut, la marche de chaque élément reposant sur le talon de l’élément précédent. Lesjonctions marche-talon seront clavetées sur toute la longueur de façon à obtenir la continuitémécanique nécessaire au contreventement du bâtiment. Les marches et contre marches serontégalement clavetées au droit des crémaillères avec continuité des armatures.Les sept mâts métalliques supportant l’auvent constituant la toiture seront prolongés dans le bâtimentpar des poteaux en béton de forme elliptique. Ils transmettront les efforts s’exerçant sur la toiture auxfondations.4. Toiture métallique :La couverture métallique constituée d’un bac acier support d’étanchéité est supportée par unestructure métallique en forme de nappe composée : d’un réseau de pannes en profilés du commerce
  8. 8. Very Guillaume, INSA Strasbourg, spécialité Génie Civil, Rapport de Projet de fin d’études, Document de synthèse. 7de section adaptée à la portée (IPE 160, IPE 180, IPE 200) et espacées de 2,5m et d’un système detraverses en PRS à inertie variable reposant sur deux appuis et comportant un porte-à-faux de 2,5mvers l’arrière, une travée centrale de 17,5m et un porte-à-faux de 10m vers l’avant. Cette napperepose sur une ossature principale comportant des poutres caissons de type PRS assemblées encadre et suspendues par des tirants-butons principaux à des mâts métalliques et ancrés par destirants-butons arrières dans la structure béton. La couverture couvre une surface de 30m de large par110m de long. Elle aura une pente résiduelle, après déformation de 3%. L’évacuation des eaux depluie se fera par l’intermédiaire d’une noue située à 5m de la rive arrière et à 25m de la rive avant. Laposition des mâts, dans le sens transversal, oscille autour d’une ligne moyenne située au tiers de lalargeur, de sorte que le porte-à-faux moyen de l’auvent est de 10m vers l’arrière et de 20m versl’avant. Pour réduire les effets de ce déséquilibre des tirants ont été disposés en façade arrière demanière à réduire les moments de flexion qui sollicitent les mâts. La stabilité d’ensemble de lacharpente est assurée par les mâts dont la fixation en pied est un encastrement. Tous les profilés dela charpente sont prévus en acier naturel de nuance S 275.On effectue une analyse modale de la toiture métallique seule avec le logiciel ROBOT afin d’endéterminer les modes propres et les fréquences de vibration. Le calcul a été fait pour 200 modespropres.5. Bâtiment complet :Pour étudier la structure complète, c’est-à-dire la toiture métallique et les tribunes en béton,deux modèles ont été réalisés. Le premier a pour but d’étudier les portiques et de déterminer lesefforts s’appliquant sur ces derniers en tenant compte de l’interaction de la toiture métallique sur lastructure en béton au niveau des planchers du salon VIP et du déambulatoire. Pour ce faire, il a étéchoisi de modéliser les portiques par des barres afin d’obtenir directement les diagrammes d’effortsinternes des poutres et des poteaux composant ces derniers. L’autre modèle a pour but de réaliserune analyse modale de l’ensemble du bâtiment afin d’en étudier son comportement dynamique. Cetteétude est en fait une introduction à l’analyse temporelle qui sera faite ultérieurement par desingénieurs spécialisés d’Ingérop à Courbevoie. Elle permet de voir si les choix de structure fait enstatique sont satisfaisants du point de vue dynamique. Le deuxième modèle est nettement plus fidèleà la réalité. En effet tous les éléments de structure pouvant avoir un effet sur le comportementdynamique de l’ouvrage doivent être pris en considération, c’est pourquoi, les escaliers, les paliersintermédiaires et tous les voiles ont été modélisés le plus fidèlement possible.

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