Génie civil

1. PFE soutenu le 16 juin 2014 FIETIER-Charlie 1/4
E T U D E S T A T I Q U E E T D Y N A M I Q U E D ’ U N B A T I M E N T E N
B E T O N A R M E D E T Y P E R + 7 – Z A C D E L ’ E T O I L E
S E C T E U R Z D 3 A S T R A S B O U R G .
Société d’accueil : HN Ingénierie
PFE présenté par : FIETIER Charlie
Tuteur industriel : GANGLOFF Antoine-Xavier, Ingénieur structure
Enseignant superviseur : CHAZALLON Cyrille, Maître de conférences à l’INSA de Strasbourg.
Abstract:
This final year project took place on the
engineering office “HN Ingénierie” and deal
with the study of the Etoile, a reinforced
concrete building located in Strasbourg. This
building is composed of four levels of car park
and of residences, including three attics. This
building is located in moderate seismic area,
wich demands a dynamic study.
The project consisted in modelling the building
with finite elements on elastic springs in order
to take the interaction ground-structure. The
results extracted of the modal analysis made it
possible to verify the stability of the building,
the extreme displacements of the structure and
the foundations.
Keywords:
Reinforced concrete, Modeling, Modal and
seismic analysis, Wind-bracing, Foundations,
design
Résumé:
Ce projet de fin d’Etudes au sein du bureau
HN Ingénierie porte sur l’étude de l’Etoile,
un bâtiment en béton armé de neuf étages
se situant à Strasbourg. Ce bâtiment se
compose de quatre niveaux de parking,
dont un au sous-sol, et de logements, dont
trois attiques. Cet immeuble se situe en
zone sismique modérée, c’est pourquoi
celui-ci fait l’objet d’une étude dynamique.
Le projet a consisté à modéliser le bâtiment
aux éléments finis sur appuis élastiques
afin de prendre en compte l’interaction sol-
structure. Les résultats extraits de l’analyse
modale ont permis de vérifier la stabilité du
bâtiment, les déplacements maximaux et
les fondations ainsi que de dimensionner
des éléments structuraux tels que les voiles
de contreventements, les poutres, les
dalles.
Mots clés:
Béton armé, modélisation, analyse modale
sismique, contreventement, fondations,
conception, ferraillage.

2. PFE soutenu le 16 juin 2014 FIETIER-Charlie 2/4
1. Présentation du projet.
1.1. Le projet.
Le projet consiste en la réalisation de logements collectifs et d’un parc de stationnement en béton
armé place de l’Etoile, à Strasbourg. Il s’agit d’une opération de construction de 4 bâtiments en béton
armé composés comme suit : un bâtiment en sous-sol, rez-de-chaussée, R+1 et R+2 de parking
surmonté de 5 niveaux habités dont trois attiques aux derniers étages (ce bâtiment appelé bâtiment
A constitue l’étude principale du PFE) ; un bâtiment en rez-de-chaussée, R+1 et R+2 de parking ;
deux bâtiments en rez-de-chaussée avec deux étages de logements.
Figure 1 : Plan masse du projet ZAC ETOILE
1.2. Structure.
D’après les sondages réalisés par l’entreprise Fondasol, la portance du sol à prendre en compte pour
le projet est de 5.5 bars aux ELS. Celle-ci est alors suffisante et ne nécessite pas de renforcement du
sol. Le système de fondations est alors constitué de puits busés sous dalle de reprise de poussée des
eaux.
Le contreventement de la structure est assuré par des voiles en béton armé de 20 à 25 cm de largeur.
Les principaux éléments de contreventement sont la cage d’escalier et d’ascenseur, les refends
intérieurs qui descendent du R+5 jusqu’aux fondations. Le bâtiment A de type R+7 est constitué de
deux parties séparées par un joint de dilatation de 4 cm. Selon les critères du PS 92 « Règles de
construction parasismique applicables aux bâtiments », l’immeuble est irrégulier tant sur le plan
horizontal qu’en élévation. La présence de logements à partir du niveau R+3 ainsi que les 3 attiques
du dernier étage en sont la cause.
La conception parasismique nécessite donc une analyse modale sur un modèle tridimensionnel.
Bâtiment A

3. PFE soutenu le 16 juin 2014 FIETIER-Charlie 3/4
2. Déroulement de l’étude.
2.1. Choix du règlement à appliquer.
Depuis avril 2010 les Eurocodes sont devenus l’unique règlement applicable. Cependant, au vu des
difficultés que représente la mise à jour des documents techniques, certains documents de
normalisation restent disponibles. C’est notamment le cas des règles de construction parasismique PS
92. Suite à un premier arrêté du 22 octobre 2010, fixant la période transitoire du PS 92 pour les
bâtiments à « risque normal » jusqu’en novembre 2012, c’est ensuite un deuxième arrêté du 25
octobre 2012 qui prolonge la période transitoire jusqu’au 1
er
Janvier 2014. En définitive, toutes les
constructions dont le permis de construire a été déposé avant le 1
er
Janvier 2014 peuvent être
dimensionnées avec le PS 92 ou avec l’Eurocode 8.
Pour l’étude sismique du projet ZAC Etoile de Strasbourg, le règlement retenu a été le PS 92. Le
permis de construire étant déposé avant le 1
er
Janvier 2014, il était possible d’utiliser ce règlement.
2.2. Modélisation.
Afin de modéliser le bâtiment, sa structure a tout d’abord été analysée. Cette étape consiste à
représenter les sens de portée des dalles et les éléments porteurs (voiles, poutres, poutres voiles) afin
de connaître la distribution des charges jusqu’aux fondations. Le bâtiment a ensuite été modélisé aux
éléments finis avec le logiciel Advance Design.
La réponse d’une structure à un séisme dépend entre autre des déformations du sol. Pour tenir
compte de cette interaction sol-structure, les fondations sont modélisées par des appuis élastiques
dont les raideurs sont calculées avec la méthode de Newmark-Rosenblueth. La première étape a été
de prédimensionner les fondations de type puits busés aux ELS. En effet, les raideurs dépendent de
la géométrie des fondations et des caractéristiques du sol. Les incertitudes sur le module de
cisaillement, principal paramètre caractérisant le sol, étant importantes, quatre gammes de rigidité ont
été calculées. La comparaison s’est ensuite portée sur les descentes de charges sur appuis pour les
différentes gammes de raideur.
Le modèle avec des appuis de rigidité intermédiaire a été retenu car il représente un compromis entre
un modèle souple et un modèle infiniment rigide.
2.3. Analyse modale.
L’analyse modale consiste à rechercher les modes propres, puis à les combiner pour trouver les effets
maximaux du séisme sur la structure. Cette étude est adaptée aux bâtiments dits irréguliers et donc
au bâtiment de type R+7 étudié. La prise en compte d’un mode résiduel permet de mener les calculs
avec un nombre limité de modes dès lors qu’au moins 70% de la masse modale est atteinte. Cette
méthode permet de diminuer le temps de calcul par rapport à un calcul sans mode résiduel mené
jusqu’à ce que 90% de la masse modale soit atteinte. Cette analyse modale permet de visualiser
quelle direction du bâtiment est la plus souple ainsi que de mener une analyse sur le coefficient de
comportement de la structure.
2.4. Calcul sismique.
Le calcul sismique est donc mené selon les règles du PS 92. Le projet est situé en zone sismique Ib, il
en découle alors les hypothèses sismiques telles que l’accélération nominale an, l’amortissement ξ de
la structure ou encore le coefficient de comportement q. Les effets de la composante verticale du
séisme n’ont pas été pris en compte dans les calculs. En effet, une étude comparative des efforts sur
fondations, avec et sans la composante sismique verticale, a montré que celle-ci avait peu
d’incidence. Elle a alors été négligée ce qui a permis de réduire le temps de calcul.
L’action sismique est ensuite combinée avec les cas de charges permanentes et d’exploitation. Les
résultats de l’analyse modale et du calcul sismique permettent de vérifier l’hypothèse prise sur le
coefficient de comportement, les déplacements maximaux et différentiels. La vérification des
déplacements sous l’action sismique a permis de valider la largeur du joint de dilatation initialement
prévu à 4 cm. En effet les déplacements entre les deux parties du bâtiment n’excédaient pas 3 cm.

4. PFE soutenu le 16 juin 2014 FIETIER-Charlie 4/4
2.4. Vérification des fondations superficielles.
Les fondations de type puits busés ont tout d’abord été prédimensionnées aux ELS. Elles ont ensuite
été redimensionnées lorsque l’effort maximal s’appliquant sur celles-ci dépassait la valeur admissible
aux états limites accidentels (ELA).
Le chargement sismique entraîne en moyenne une augmentation de 8% de la surface des fondations.
2.5. Ferraillage des voiles de contreventement.
Le dimensionnement et le ferraillage des voiles de contreventement sont effectués sous l’action
sismique et sous charges verticales. Les sollicitations prises en compte sont les efforts réduits au
centre de la base des voiles. Les principales armatures sont les armatures de flexion Af, de
cisaillement vertical Av ou horizontal Ah et les armatures en attente Aat au droit d’une reprise de
bétonnage (cf. figure 2).
Figure 2 : Armatures d’un voile de contreventement.
2.6. Ferraillage du plancher RdC.
Le plancher haut du RdC correspond à une dalle de parking. L’objectif est de déterminer les
armatures à mettre en œuvre dans cette dalle d’épaisseur 20 cm. Les sections d’armatures sont
calculées selon le BAEL 91 révisé 99 en fonction du moment fléchissant et de l’effort tranchant. Le
ratio d’armatures est de 8.10 Kg/m².
3. Etude sismique à l’Eurocode 8.
Selon les critères de l’Eurocode 8 le bâtiment est également irrégulier ce qui entraîne une analyse
modale spectrale. Les hypothèses sismiques prises en compte sont la catégorie du bâtiment,
l’accélération nominale horizontale, le coefficient de comportement. Une comparaison sur les
réactions d’appuis verticales a permis de mettre en évidence une majoration des résultats aux
Eurocodes du fait que l’action sismique E est plus importante. Cette augmentation des résultats peut
également s’expliquer par une accélération spectrale plus importante à l’EC8.
4. Conclusion.
La vérification des déplacements maximaux et des fondations, ainsi que le ferraillage des voiles de
contreventement ont été effectués à l’aide de l’étude statique et dynamique du bâtiment. L’étude
menée a mis en évidence le bon comportement de la structure vis-à-vis d’un séisme. En effet, les
résultats de l’analyse modale ont montré que les modes prépondérants sont des modes de flexion
pure, les modes de torsions étant quant à eux des modes secondaires. Pour finir, les études menées
d’un point de vue sismique sur le ferraillage des différents éléments de contreventement ont permis de
valider les hypothèses faites lors de la phase conception et de garantir un bon comportement de la
structure face à un séisme.