Rapport final

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Rapport final

JPM Structures
Université du Québec à Chicoutimi
Implantation d’une bâtisse de la chaine de restauration
rapide Boston Pizza
Conception effectué par :
Jean-Philippe Perron
Danny Bolduc
Chargé de cours :
M. Denis Gagnon ing.
Date de remise :
16 mai 2012
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Département des Sciences Appliquées
Module d’ingénierie
Approbation du rapport d’étape pour diffusion
Nom du conseiller : Denis Gagnon
Date
Signature
Projet de conception
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RESUME
# Projet : 2012-302
Titre du projet : Implantation d'une bâtisse d'une chaîne de
restauration rapide
Résumé de la problématique et objectif :
Dans le cadre du projet synthèse de baccalauréat en génie civil, nous avons soumis l’idée de
faire un restaurant d’un étage dans le secteur Jonquière voisin du Potvin-Bouchard sur le
boulevard René-Lévesque à Ville-Saguenay. L’objectif est de concevoir une bâtisse d’un étage et
ses composantes structurales ainsi que ses assemblages de façon à ce qu’elle respecte les
normes du code national du bâtiment 2005, soit celui en vigueur. Il faut noter qu’il s’agit d’un
projet fictif.
Résumé du travail réalisé :
Au départ, un échéancier précis a été déterminé en équipe avec l’aide de notre conseiller
pour réaliser ce projet d’une durée de 19 semaines. Ensuite, la documentation disponible au
tout début du projet était insuffisante pour démarrer le projet sur des bases solides. Il
manquait les plans d’architectures permettant de savoir le positionnement des poteaux et des
poutres dans la bâtisse. Après recherches, les documents ont été rendus disponibles grâce à la
collaboration d’un employé de la Ville de Québec et à l’interne chez Boston Pizza Canada.
Ensuite, selon les dimensions obtenues sur les plans de la bâtisse, il a été possible de calculer
les charges météorologiques s’appliquant à notre bâtisse selon le code national du bâtiment
2005. Par la suite, le calcul des aires tributaires a permis d’attribuer une force correspondante à
chaque élément de structure. Le dimensionnement des éléments, des assemblages et du
système de fondations fut l’étape subséquente. Le dimensionnement de la charpente d’acier
fût réalisé en deux volets, la première avec des profilés standard disponible dans le ‘Hand Book
of Steel’ et le deuxième, avec un système de poutrelles crée par la compagnie CANAM.
Finalement, le dimensionnement du pavage et de la fondation du stationnement a été effectué.
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Résumé des conclusions :
Le système structural de la bâtisse est basé sur le principe que les poteaux sont rotulés-rotulés
à leurs extrémités ce qui permet de ne pas transférer les moments aux poteaux comme dans un
cadre rigide par exemple. Le dimensionnement de chaque élément s’est fait dans une optique
d’ingénierie économique, tout en respectant les normes en vigueur.
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REMERCIEMENTS
Des remerciements sont offerts à monsieur Denis Gagnon, qui nous donner des précieux
conseils tout au long de la session. De plus, nous voudrions remercier monsieur, Naddi Faddoul,
responsable de la section construction chez Boston qui nous a fourni les plans et dimensions
d’un restaurant Boston Pizza type comme dans notre projet. De plus nous aimerions remercier
monsieur GL, qui nous a fourni les plans d’architecte d’un restaurant Boston Pizza construit au
Québec.
Sincères remerciements à tous.
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TABLE DES MATIERES
RESUME .........................................................................................................................................................................2
REMERCIEMENTS ...........................................................................................................................................................4
1
- INTRODUCTION ..................................................................................................................................................8
1.1
2
– PRESENTATION DU PROJET .............................................................................................................................. 12
2.1
– DESCRIPTION DE L’ENTREPRISE .................................................................................................................................. 12
2.2
– DESCRIPTION DE L’EQUIPE DE TRAVAIL......................................................................................................................... 12
2.3
– PROBLEMATIQUE ET ETAT DE L’ART RELIES AU PROJET..................................................................................................... 13
2.3.1
Recherche bibliographique.......................................................................................................................... 15
2.3.2
Méthodologie utilisée ................................................................................................................................. 16
2.4
3
OBJECTIFS GENERAUX ET SPECIFIQUES DU PROJET ............................................................................................................. 17
ASPECTS TECHNIQUES ET ELEMENTS DE CONCEPTION RELATIFS AU PROJET ...................................................... 18
3.1
CALCUL DES CHARGES METEOROLOGIQUES ..................................................................................................................... 18
3.1.1
Calcul des charges de neige et de pluie pour le toit inférieur ...................................................................... 18
3.1.2
Calcul de de la charge de vent..................................................................................................................... 21
3.1.3
Calcul des effets d’un séisme par la méthode de la force statique équivalente .......................................... 22
3.2
CALCUL DU SYSTEME DE CONTREVENTEMENT .................................................................................................................. 25
3.2.1
Conception des HSS ..................................................................................................................................... 27
3.2.2
Dimensionnement des goussets .................................................................................................................. 28
3.2.3
Contreventements sur la façade avant ....................................................................................................... 30
3.2.4
Assemblage des pieds de poteaux .............................................................................................................. 32
3.3
CONCEPTION DE L’AIRE DE STATIONNEMENT ................................................................................................................... 35
3.3.1
Choix du pavage .......................................................................................................................................... 35
3.3.2
Réseau de drainage du stationnement ....................................................................................................... 37
3.4
DIMENSIONNEMENT DE LA CHARPENTE D’ACIER ............................................................................................................... 38
3.4.1
Choix du pontage métallique ...................................................................................................................... 38
3.4.2
Dimensionnement du toit supérieur ............................................................................................................ 39
3.4.3
Dimensionnement du toit inférieur ............................................................................................................. 47
3.4.4
Dimensionnement du toit inférieur avec poutrelles .................................................................................... 54
3.5
4
CONTEXTE .................................................................................................................................................................. 9
DIMENSIONNEMENT DU SYSTEME DE FONDATIONS ........................................................................................................... 54
– BILAN DES ACTIVITES ....................................................................................................................................... 56
4.1
– ARRIMAGE FORMATION PRATIQUE/UNIVERSITAIRE ........................................................................................................ 56
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4.2
– TRAVAIL D’EQUIPE................................................................................................................................................... 56
4.3
– RESPECT DE L’ECHEANCIER ........................................................................................................................................ 57
4.4
– ANALYSE ET DISCUSSIONS ......................................................................................................................................... 58
5
– CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS ........................................................................................................... 60
6
– BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................................................ 62
7
- ANNEXE ............................................................................................................................................................ 63
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TABLE DES FIGURES ET DES TABLEAUX
FIGURE 1 EMPLACEMENT DU SITE CHOISI ........................................................................................................................................ 9
FIGURE 2: VUE SATELLITE DE L'EMPLACEMENT CHOISI ..................................................................................................................... 10
FIGURE 3 : CHARGES DE NEIGE CREE PAR LE TOIT EN CONTREBAS ....................................................................................................... 21
FIGURE 4 : DISPOSITION DES CONTREVENTEMENTS ......................................................................................................................... 25
FIGURE 5 : DIMENSIONS DU SYSTEME DE CONTREVENTEMENT .......................................................................................................... 26
FIGURE 6 : SYSTEME DE CONTREVENTEMENT ................................................................................................................................. 29
FIGURE 7 : CONTREVENTEMENT DE LA FAÇADE AVANT DU RESTAURANT .............................................................................................. 30
FIGURE 8 : RUPTURE PAR DECHIREMENT....................................................................................................................................... 32
FIGURE 9 : PLAN DU STATIONNEMENT BOSTON PIZZA ..................................................................................................................... 36
FIGURE 10 : ÉCOULEMENT DE L'EAU ET DISPOSITION DES PUISARDS ................................................................................................... 37
FIGURE 11 : DIMENSIONS DU TOIT SUPERIEUR ............................................................................................................................... 39
FIGURE 12 : SYSTEME DE RETENUE DU PORTE-A-FAUX..................................................................................................................... 43
FIGURE 13 : DIMENSIONS DU TOIT INFERIEUR ................................................................................................................................ 47
FIGURE 14 : REPRESENTATION DES DIMENSIONS DU SYSTEME DE FONDATIONS..................................................................................... 55
TABLEAU 1 : COMBINAISON DE CHARGE SELON LE CNBC 2005 ........................................................................................................ 14
TABLEAU 2 :ESPACEMENT DES POUTRELLES ................................................................................................................................... 38
TABLEAU 3: CHARGES PONDERES ET DE SERVICE............................................................................................................................. 39
TABLEAU 4 : PRINCIPAUX RESULTATS OBTENUS .............................................................................................................................. 58
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1 - INTRODUCTION
Notre client, un important homme d’affaire de la région de Montréal donc le nom ne sera pas
dévoilé, nous a confié un contrat de type clés en main, pour l’implantation d’une bâtisse de la
chaîne de restauration rapide Boston Pizza dans la ville de Jonquière dans la région du Saguenay Lac
St-Jean. Détenteurs de plusieurs franchises au Québec, il désire crée un nouveau concept pour son
nouveau restaurant à partir des plans d’architectures existants fournis par Boston Pizza Canada.
Les bâtiments à aire ouvert étant la grande tendance c’est temps-ci, notre client se base sur
cette tendance en vue d’offrir un maximum d’espace pour accueillir ses clients et leurs offrir une
vue sur l’un des projecteurs ou télévisions sans être obstruées par les poteaux centrales. L’espace
étant également restreinte au niveau de la cuisine dans ses autres restaurants, il envisage la
possibilité d’une fondation permettant la création d’un sous-sol pour les aliments réfrigérés au lieu
d’un radier, soit une dalle armé sur sol avec un treillis ayant six pouces d’épaisseur.
On s’engage donc à lui concevoir un système structural en acier efficace et économique capable
de résister aux charges émises par les conditions climatiques de l’endroit en plus d’un
stationnement permettant d’accueillir une clientèle de deux-cent-soixante-quinze personnes. La
conception devra inclure le dimensionnement de la fondation, des poutres, colonnes,
contreventements, assemblages soudés et boulonnées ainsi que qu’un schéma illustrant
l’orientation et dispositions des membrures d’acier.
En plus de ses services, nous créerons un échéancier permettant la réalisation des travaux de
mai à la fin septembre et assurerons le suivi des travaux et le contrôle qualité auprès de
l’entrepreneur.
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1.1 Contexte
La localisation du bâtiment accueillant le restaurant Boston Pizza va être située sur le boulevard
René-Lévesque à Jonquière, voisin du Potvin-Bouchard, sur l’un des terrains appartenant à
Développement Commercial BOUSIX inc. Le terrain choisi par notre client est celui ayant la notation
J avec un espace de
. Au besoin, il y a possibilité d’empiéter sur le terrain I avoisinant
afin d’aller chercher l’espace supplémentaire requis pour ce projet moyennant les frais demandés
par le promoteur du développement. Les deux figures suivantes montrent l’emplacement
spécifique et relatif du terrain.
Figure 1 Emplacement du site choisi
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Figure 2: Vue satellite de l'emplacement choisi
Les dimensions du bâtiment sont de
soustrait un rectangle de
et
de largueur par
de largueur et
et
et
de profondeur auquel on
de profondeur sur la partie
arrière gauche tel qu’illustré à la figure 2. L’aire approximative total du bâtiment est de
et
permet d’accueillir 192 clients donc 126 dans la partie restaurant et 66 dans la partie bar. L’été, la
terrace permet l’ajout de 83 places supplémentaire. Les modifications apportées à la structure
permettront de rajouter un nombre de places encore indéterminées en plus d’un aspect esthétique
et pratique. La face du bâtiment donnera vue sur le boulevard René-Lévesque ainsi l’entrée et la
sortie pour accéder au stationnement seront établie sur ce boulevard.
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Figure 3:Vue en élévation du bâtiment et stationnement
Le terrain choisi par notre client est situé dans une zone urbaine à proximité des autoroutes
et des quartiers résidentiels. Le terrain est à découvert en raison de l’absence de forêts et de haut
bâtiment et est situé sur d’anciennes terres agricoles. Afin d’avoir l’élévation souhaité, le terrain est
remplis avec de la terre de remplissage donc on ignore la provenance. Il nous a d’ailleurs été
impossible de déterminer la capacité portante du sol jusqu’à ce jour. À des fins éducatives, nous
poserons donc une capacité portante du sol en place égale à
jusqu’à preuve du contraire.
En ce qui a trait au réseau de distribution, tous les services sont déjà mis en place sur le site
et nécessiteront aucune intervention autre que celle des employés de la ville lors du branchement
du réseau sur le bâtiment.
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2 – PRESENTATION DU PROJET
2.1 – Description de l’entreprise
La compagnie Boston Pizza est une entreprise œuvrant dans le domaine de la restauration
depuis 1968. En pleine expansion, la compagnie cherche toujours des occasions d’affaires partout
au Canada. Une liste de villes a été ciblée pour un franchisage éventuel et la ville de Saguenay fait
partie de ces villes. Ces données sont disponibles sur le site internet de la compagnie. D’autres
données comme les plans et les dimensions type du restaurant sont disponibles sur leur site
internet. Bien que ce projet soit un projet fictif, une collaboration continue a été faite avec
monsieur Naddi Faddoul, responsable de la section construction pour Boston Pizza.
L’idée de faire la conception de la construction du Boston Pizza est relative, entres autres à la
disponibilité d’information.
2.2 – Description de l’équipe de travail
L’équipe de travail est composé de deux finissants en génie civil, soit Danny Bolduc et JeanPhilippe Perron. L’expérience de travail de M. Bolduc se situe principalement dans le domaine du
génie municipal, ayant fait un stage au Ministère de la sécurité publique, section municipalité. De
plus, il travaille actuellement au sein d’une autorité publique dans le domaine du génie routier.
Pour ce qui est de monsieur Perron, il a fait un stage chez Hatch et, après ces études, il continuera
de travailler sur ce projet dans le domaine de la construction.
Le conseiller de ce projet, est monsieur Denis Gagnon, professeur à l’UQAC. Il a collaboré sur ce
projet à la l’organisation du travail, la limitation du projet ainsi qu’à un encadrement efficace tout
au long de la session.
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2.3 – Problématique et état de l’art reliés au projet
Dans le cadre de notre projet synthèse, nous avons soumis l’idée de faire un restaurant d’un
étage dans le secteur Jonquière voisin du Potvin-Bouchard sur le boulevard René-Lévesque. Des
études ont déjà été effectuées par le groupe Boston Pizza et ils ont ciblés différentes ville au
Canada pour de possibles implantations de franchise. Les sites potentiels doivent répondre à
quelques critères imposés par la compagnie pour qu’elle soit rentable. Il faut notamment que le site
ait une forte visibilité, que ce soit un centre régional près des grosses artères, de la visibilité et la
possibilité d’un développement immobilier futur à proximité. La ville de Saguenay fait partie de
cette liste établit par la compagnie. Nous avons donc un site potentiel pour eux et avec la
conception de cet ouvrage nous serions en mesure d’évaluer le coût de la construction. Ce secteur
étant en pleine expansion, nous allons dimensionner cette bâtisse ainsi que la fondation et l’espace
de stationnement de celle-ci selon les plans d’architecture disponible sur le site de la compagnie.
Les plans d’architecture n’étant pas complet nous avons en notre disposition d’autres données pour
nous guider dans notre conception telle que le nombre d’espace de stationnement nécessaire,
l’aire du terrain et le nombre de place dans le restaurant.
La première problématique a été de trouvé un site convenable qui répondent aux critères posés par
la compagnie Boston Pizza énumérés ci-haut. Le site choisis convient à ces critères. Ensuite, la
recherche de documentation sur le sujet est une étape importante à notre projet étant donné qu’il
s’agit d’un projet dont les promoteurs sont monsieur Perron et Bolduc, étudiant à l’UQAC. Les
données ne viennent pas de l’extérieur et ne sont pas disponible au début du projet. Une fois les
dimensions, de la structure établit, il a fallu analyser les cinq cas de chargements du CNBC 2005
pour ainsi trouver nos charges de conceptions. Les cinq cas sont reliés au données météorologiques
de la ville concernée par le projet et se divise en charges; charges vives (L), charges morte(D),
charges de neige (S), charge de tremblement de terre (E) et charge vent (W). Les 5 cas de
chargement sont illustrés au tableau suivant, pris dans le CNBC 2005 :
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Tableau 1 : Combinaison de charge selon le CNBC 2005
Les étapes subséquentes relève de dimensionner les éléments de structure nécessaires à la
construction de la bâtisse, soumise à la pire combinaison possible des cinq conditions illustrées
dans le tableau 1 pour qu’ils résistent à l’effort ultime calculé selon le tableau précédent. Ainsi, les
poutres, poteaux, contreventement, éléments de fondations, doivent respecter la résistance aux
états limites ultimes.
Il fut pour nous, impossible de réaliser une étude de sol sur le site choisit. Il a fallu travailler avec
des données manquantes. Dans cette optique, il a été convenu, avec l’approbation du conseiller
que le sol utilisé pour la conception serait de l’argile avec une capacité portante de 100 kPa. Ces
données reflètent environ les conditions présentes au site choisis selon notre conseiller. Il est
important de mentionné qu’il s’agit d’une hypothèse qui n’a pas été vérifié et que le sol pourrait
avoir une autre nature ou une autre capacité portante.
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2.3.1 Recherche bibliographique
Tout d’abord, il faut savoir que les plans que nous avions en notre possession au début du projet
étaient des plans d’architectes et n’était pas complet pour le cadre de notre projet. Donc, après
recherche, voici la liste des documents que nous avons à notre disposition autre que ceux utilisé
durant notre formation :

Plans du restaurant Boston Pizza construit à Beauport en 2005, incluant la disposition des
poutres et des poteaux

3 plans de façade du restaurant

Catalogues de poutrelles et de tablier métallique de la compagnie Canam
L’approche que nous avons utilisée pour obtenir l’information dont il nous manquait est très
simple. Nous avons fait des recherches et des téléphones à des personnes ressources et nous leur
avons demandé s’il était possible d’avoir les documents requis. Ainsi, nous avons contacté le
responsable du domaine de la construction des bâtiments Boston Pizza et il nous a fourni les 3 plans
de façade du restaurant ainsi qu’un plan du rez-de-chaussée. Nous avons aussi contacté une
connaissance que nous savions inspecteur municipal dans la ville de Québec et il a pu nous sortir
des plans qui nous montrait la disposition des poutres et des poteaux dans la bâtisse. Pour ce qui
est des catalogues Canam, ils sont disponibles sur leur site web personnel, nous avons créé un profil
étudiant sur leur page et nous avons alors accès à toutes leurs publications et catalogues.
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2.3.2 Méthodologie utilisée
La méthodologie utilisé dans notre projet est fort simple et s’inspire de la démarche
scientifique. La première étape que nous avons faite est de formuler la problématique et identifier
les questions auxquelles nous devions répondre. Pour se faire, nous avons fait appel à notre
conseiller, monsieur Denis Gagnon, et il a nous avons pu cibler, avec son aide, l’envergure de notre
projet. Ensuite, nous avons fait une recherche bibliographique, nous permettant d’avoir en notre
possession toute la documentation requise au bon cheminement de notre projet. Nous avons donc
utilisés toutes ressources utiles à notre projet à la bibliothèque ainsi que d’autres sources comme
internet et des collègues travaillant dans le milieu.
La recherche bibliographique nous a permis d’avoir une base solide pour démarrer le calcul des
charges s’appliquant à notre bâtisse. C’est avec le code national du bâtiment (CNBC 2005) que nous
avons travaillé. Ensuite, il faut déterminer l’axe de la structure nous permettant d’optimiser celle-ci.
Nous ferons ensuite, le calcul des membrures à l’aide du Handbook of Steel Construction ainsi qu’à
l’aide des catalogues Canam. Pour nous aider et comparer parallèlement à notre conception, nous
allons dessiner notre structure dans deux systèmes d’analyse informatique soit SAP 2000 ainsi que
le logiciel d’analyse SolidWorks. Quand nous serons de quelle manière la structure se comporte
ainsi que des contraintes qui sont présentes dans les membrures sans oublier les flèches dans les
membrures. Nous nous ajusterons par la suite pour que les membrures choisies correspondent aux
normes établies dans le CNBC 2005. Ensuite, une fois que nous allons savoir la charge qui se
transmet à la fondation, nous pourrons dimensionner celle-ci. Le dimensionnement des
assemblages dans les membrures d’acier se fera après cette étape. Finalement, nous nous
attarderons au dimensionnement du stationnement sera la dernière étape du projet.
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2.4 Objectifs généraux et spécifiques du projet
L’objectif donné au début de la session consistait à dimensionner la structure d’un restaurant
Boston Pizza permettant d’accueillir une clientèle de 198 personnes ainsi que tout l’équipement
requis pour son fonctionnement. Pour ce faire, nous devions déterminer les cas de chargements
critiques et établir une conception satisfaisant aux différentes normes établies dans le code
national du bâtiment 2005 (CNBC). Les assemblages et un système de contreventement permettant
une résistance aux charges latérales était incluse dans cette modélisation.
Les objectifs de départ n’ont pas été changés en cours de route, hormis le fait que nous avons
dimensionné le stationnement ainsi que sa fondation. Les raisons pour laquelle cette modélisation
a été faite sont que cette partie de matière n’avait pas très bien été vue lors du cheminement
académique à l’UQAC et que nous trouvions qu’il s’agissait d’une belle opportunité d’acquérir des
nouvelles connaissances.
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ASPECTS TECHNIQUES ET ELEMENTS DE CONCEPTION RELATIFS
AU PROJET
3.1 Calcul des charges météorologiques
Les charges de neige, de pluie et de vent sont calculées selon le code national du bâtiment (C.N.B)
et les données climatiques disponible pour la ville de Jonquière. Les formules utilisées sont issue de
la section 4.1.6.4 du C.N.B 2005. Le bâtiment est situé dans la catégorie risque normal.
3.1.1 Calcul des charges de neige et de pluie pour le toit inférieur
Le bâtiment comprend un toit en contrebas avec les mesures suivantes:

4.60 x 9.116 m
Puisque le bâtiment comporte un toit en contrebas, les vents nord-sud et est-ouest peuvent crée
un triangle de neige qui s’étends sur plusieurs mètres. Nous devons donc faire appels à la théorie
sur les chargements de neige partielle du C.N.B pour calculer le coefficient de forme variable
:
Is : Coefficient de risque du à la neige
Ss : Pré chargement de neige au sol pour 50 ans
Cb : Coefficient de base de la charge de neige au toit
Cw: Coefficient d’exposition au vent
Cs: Coefficient de pente
Ca: coefficient de forme
Sr : Coefficient dû à la pluie
Pour déterminer la charge de neige admissible, on doit faire les calculs suivants afin de
déterminer le coefficient de forme
:
⌈ (
⌈
)
√
( )
(
⌉
) ⌉
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Calcul de
:
⌈
√
(
⌈
) ⌉
⌉
⌈ (
)
(
⌈
)
⌉
⌉
[
[
]
]
La charge de neige à l’extrémité du toit est donc égale à :
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Direction Est :
Dans cette partie des calculs, nous faisons appel aux dimensions relies au toit inférieur.
La section du toit inférieur est de 4.60 x 19.23 mètres.
⌈ (
)
(
⌈
)
⌉
⌉
La charge de neige à une distance de 5.77m sur cette section du toit est de
Direction Nord-Sud :
La section du toit inférieur est de 12.40 x 4.16 mètres
⌈ (
)
⌈
(
)
⌉
⌉
La charge de neige à une distance de 5.77m sur cette section du toit est de
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2.880 kPa
6.345 kPa
Figure 4 : Charges de neige crééeFigure
par le toit
en contrebas
4 Charges
de neige crée par le toit en contrebas (N-S)
NB : La charge de neige est la même sur l’orientation Est du bâtiment.
3.1.2 Calcul de de la charge de vent
Selon le code national du bâtiment du Canada 2005, la pression exercée sur la bâtisse doit être
calculée selon la formule suivante :
: Pression extérieure spécifié
Coefficient de risque
: Pression dynamique obtenus par les données climatiques
Coefficient d’exposition
Coefficient de rafale
Coefficient de pression extérieure
Selon les données climatiques, la pression des vents dans la ville de Jonquière est de 0.35 kPa pour
la période 1/50 ans. Le coefficient de risque est égal à 1 car il s’agit d’un bâtiment normal qui ne
risque pas d’être un point de rassemblement lors d’un sinistre contrairement à une école ou un
centre communautaire.
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Le terrain se situe dans un endroit exposé donc on prend comme coefficient 0.9 comme démontré
dans les calculs en annexe. Le coefficient de rafale est égal à 2 pour les éléments structuraux en son
ensemble. Pour ce qui est du coefficient de pression extérieure, ça dépend de la surface que l’on
calcule. Les détails de la feuille de calcul MathCad sont présentés à l’annexe 1. La charge de vent
non pondérés est égale à 0.73 kPa et pondéré, 1.02 kPa.
3.1.3 Calcul des effets d’un séisme par la méthode de la force statique équivalente
Données Climatiques
Pour être en mesure de déterminer l’effort tranchant sismique, nous avons besoin des valeurs
associées à la réponse spectrale de l’accélération
pour les périodes de 0.2, 0.50, 1.0 et 2.0
secondes. C’est valeurs sont disponible dans le tableau des données climatiques et sismique pour la
ville de Jonquière dans le Code National du Bâtiment 2005.
Les valeurs associées à la réponse spectrale de l’accélération sont:





PGA=0.39
NB : PGA se définit comme étant l’accélération maximale au sol
Coefficients de fondation
On doit maintenant déterminer les coefficients de fondation
caractéristiques du sol à l’emplacement du bâtiment (
pour tenir compte des
est le coefficient d’accélération et
est le
coefficient de vitesse)
Pour ce faire, on détermine la catégorie de notre sol et on procède par interpolation linéaire dans
les tableaux 4.1.8.4B et 4.1.8.1C du CNB.
L’emplacement de notre bâtiment est situé à Jonquière sur le Boulevard René-Levesque voisin du
Potvin et Bouchard. Avant la construction de ce secteur industrielle, ces terrains appartenaient à un
cultivateur mais sont aujourd’hui la propriété d’une société privé. Le rapport de sol nous indique
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que le terrain est composé d’argile ayant une capacité portante de
. Notre sol est donc
dans la catégorie d’emplacement D puisque le terrain a un sol consistant.
Selon le tableau 4.1.8.4B, nous avons obtenu les coefficients de fondations
suivants pour
:
En interpolant,
[
]
En interpolant,
[
]
Calcul de l’accélération spectrale
Selon l’article 4.1.8.6 du C.N.B, on obtient l’accélération spectrale pour les périodes suivantes à
l’aide de la réponse spectrale de la ville de Jonquière :
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Accéleration Spéctrale pour la ville de Jonquière
Accéleration Spéctrale S(T)
0,8
0,2; 0,71424
0,7
0,6
0,5
0,4
0,5; 0,3973
0,3
0,2
1; 0,1781
2; 0,06165
0,1
4; 0,030825
0
0
1
2
3
4
5
6
7
Temps (s)
Graphique 1 Accélération spectrale pour la ville de Jonquière
Estimation de la période fondamentale du bâtiment (Ta) pour chacune des directions
fondamentales
La période fondamentale du bâtiment dans la direction considéré est calculée avec l’équation
suivante :
Où la hauteur du bâtiment est de
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3.2 Calcul du système de contreventement
Un système de contreventement sert à reprendre les effets des charges latérales ou de séisme. Le
système utilisé dans le cadre du Boston Pizza de Jonquière, est un système de membrure en X
disposé sur trois des quatre façades de la bâtisse. Sur la quatrième façade, soit celle de l’entrée
des clients, il a fallu faire un choix car les membrures en X conventionnelle, obstrue la vue des
clients par la fenêtre. Notre choix s’est arrêter à couper le X en deux dans le sens vertical et de
les tenir séparer par une fenêtre. Ainsi, la stabilité latérale de l’édifice est assurée tout en laissant
les fenêtres dégagés pour les clients.
Même s’il y a deux membrures par X, nous n’en
dimensionnons qu’une seule, en tension, car elle travaille une à la fois. La largeur la plus grande
de la bâtisse est de 24 079.2 mm. La hauteur du toit est de 5092.2mm2. L’aire de la façade sans
compter le deuxième toit est de :
L’aire de la deuxième façade est :
La force du vent calculée précédemment :
*1.4
Comme les contreventements ne sont pas uniformément répartis, comme illustrées à la figure
suivante, il faudra vérifier le dimensionnement dans les 2 axes. Les contreventements sont
illustrés en rouge sur la photo suivante.
Figure 5 : Disposition des contreventements
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La force de vent pour chaque axe nécessaire au dimensionnement du contreventement est de :
Θ
Figure 6 : Dimensions du système de contreventement
(
)
(
) = 47.43°
La force dans les membrures est donc
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JPM Structures
3.2.1 Conception des HSS
Notre choix de conception pour les membrures est les HSS sauf pour la face de l’entrée des
clients. Étant donné que les X sont coupés en 2, il devient plus compliquer de faire l’assemblage
convenablement. Ainsi, des cornières dos-à-dos seront utilisés seulement pour cette façade. Pour
en savoir les dimensions, il a fallu faire les calculs suivants. Selon le livre de calcul des
charpentes d’acier de Beaulieu et Picard, l’aire nette effective est égale à 0,85 fois aire nette.
Cette restriction est bonne seulement s’il y a au moins trois rangées transversales de boulons à
l’assemblage. Il faudra alors respectée cette règle.
Ensuite, la procédure est de vérifier les différents modes de rupture soit la plastification de la
section brute, la rupture de la section nette ainsi que l’élancement maximal de la pièce en
question.
3.2.1.1 PLASTIFICATION DE LA SECTION BRUTE DES CONTREVENTEMENTS REPRENANT LES
EFFORTS INDUITS PAR LA GRANDE SURFACE
Où :
Tr : Résistance à la traction
Ag : Aire brute de la section en traction
Fy : Contrainte élastique limite de l’acier
3.2.1.2 RUPTURE DE LA SECTION NETTE
Ou
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JPM Structures
On voit que la plastification de la section brute arrivera avant la rupture de la section nette. Ainsi,
prendrons la valeur de 475 mm2 comme étant minimale pour la conception.
3.2.1.3 ÉLANCEMENT MAXIMAL
[ ]
Ou r est le rayon de giration.
[
]
Étant donné qu’il y a deux contreventements qui reprenne les efforts dans ce sens, on peut
diviser l’aire nécessaire par 2 ce qui nous donne 237.73 mm2. Lorsque l’on regarde dans le
HandBook of steel construction, le HSS correspondant à nos critères est le HSS 64x64x3.2.
Son rayon de giration r est de 24.4 mm, l’aire de la section est de 741 mm2 et sa capacité est de
233 kN. Toutes les propriétés de cette section sont présentées en annexe.
Pour ce qui est des assemblages boulonnés, ainsi que du gousset et de la plaque sur sol, il faut
aussi vérifier les modes de rupture possible.
3.2.2 Dimensionnement des goussets
Il est aussi nécessaire de dimensionner le gousset ainsi que la plaque de base pour qu’elle puisse
résister à l’effort de traction engendré par un effort de vent ou de séisme. Pour ce qui est du
gousset, il faut tout d’abord vérifier la plastification de la section brute.
Plastification de la section brute
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JPM Structures
Figure 7 : Système de contreventement
Le gousset étant de 10 mm d’épaisseur, comme choix de conception, on arrive à une largeur
minimale de 20.37 mm. Étant donné que le HSS est de 64 mm de côté et qu’il faut une ouverture
pour y insérer le gousset, on ne peut faire moins que 84 mm de largeur à son minimum. Ceci
permettra de laisser 10 mm de chaque côté pour souder le gousset au HSS.
3.2.2.1 RESISTANCE DES GOUSSETS RELIES AUX HSS
La soudure choisie reliant ces deux éléments est de type E49. Il s’agit d’une soudure avec un
cordon latéral, donc parallèle à l’effort de traction. La résistance qr0 de ce type d’assemblage est
de 0.155 kN/mm/mm. Autrement dit, 0.155 kN par mm de soudure par mm du diamètre de
cordon de soudure. Comme nous avons designer pour mettre quatre cordons de soudure, un pour
chaque jonction gousset/HSS, l’effort sera distribué dans ces quatre cordons de soudure.
Dans notre cas, il y a cisaillement dans la pièce soudée étant donné que le cordon est latéral à
l’effort :
=0.66t = 6.6mm
Admettons un diamètre de 8 mm.
Ceci tient compte des quatre cordons de soudure.
Il est alors possible de trouver une longueur à nos cordons de soudure, avec la formule suivante
qui nous donne la résistance en kN/mm selon le diamètre du cordon. Il s’agit ensuite de diviser
ce résultat par la force de traction dans la membrure, ce qui nous donne la longueur minimale à
développer pour les cordons de soudure.
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JPM Structures
4*8*0.155*L = 89.93kN
L =18.13 mm sur chaque soudure
Admettons, 64 mm par côté, soit la largeur du HSS avec la soudure minimale possible pour une
plaque de cette épaisseur, 8mm. La soudure ce doit d’être continue.
Il faudra alors avoir une ouverture d’une longueur de 30 mm dans les HSS et de largeur de 10
mm pour y insérer les goussets.
3.2.3 Contreventements sur la façade avant
Il a été décidé, pour ne pas nuire à la vue des clients dans le restaurant, d’utiliser des demi- X.
Ainsi, les contreventements ne seront pas présents dans les différentes fenêtres du restaurant.
L’assemblage aux goussets sera boulonnés ce qui demande de savoir la résistance au cisaillement
des boulons. De plus, ce seront des cornières dos-à-dos qui seront utilisés à cet endroit.
Figure 8 : Contreventement de la façade avant du restaurant
La longueur des membrures est diminuée de moitié ce qui fait que le rayon de giration doit être
de 11.38 mm et plus. Cependant, pour respecter la rigidité des éléments de contreventements
déjà dimensionné, la même gamme de rigidité sera adopté. Les cornières L51 x 38 x 4.8 sera
utilisés étant donné que le critère du rayon de giration a été respecté et que sa capacité ressemble
P a g e | 30
JPM Structures
à celle des HSS présent dans les autres axes (216 kN). Il y a deux membrures comme celle
illustré ci haut qui sera installé dans la bâtisse, les deux séparés par une fenêtre.
3.2.3.1 NOMBRE DE BOULONS REQUIS
La résistance d’un boulon au cisaillement dépend du nombre de plans de cisaillement de celui-ci.
Dans le cas qui nous occupe, il y a deux plans de cisaillement. La résistance au cisaillement Vr
est calculée selon l’équation suivante.
Où :
Φb : Coefficient de tenu (0.80)
m : nombre de plan de cisaillement
Ab : Aire du boulon
Fub : Contraintes de rupture en traction du boulon.
175.2kN (En prenant des boulons M20 cisaillé
dans les filets)
n ≥ Cf / Vr = 64.19/ 87.6 ≤ 1
Théoriquement, un boulon, M20 ferait l’affaire mais ce n’est pas dans la norme de mettre un seul
boulons de plus que ceci aurait l’effet de faire un mécanisme si un autre boulons cède dans
l’assemblage. Nous opterons pour trois boulons M20 pour satisfaire à la condition.
Vérification de la pression diamétrale du boulon
Br = 3Φbr d * t * Fu
Où :
Φbr : Coefficient de résistance à la pression diamétrale (0.67)
d : diamètre du boulon
t : épaisseur de la plaque
Fu : Contrainte de rupture en traction (450 MPa)
= 3*0.67* 20 * 10 * 450 = 180.9 kN
On compare cette valeur à l’effort de traction induite dans la pièce en la divisant par le nombre
de boulons.
Donc, il n’y a pas de problème.
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JPM Structures
3.2.3.2 DECHIRURE DU GOUSSET RELIE A LA MEMBRURE
Il faut que le gousset, résisté au déchirement. Pour ce faire, on utilise les formules de résistance à
l’aire brute ainsi qu’à l’aire nette présentée ci-dessous :
Admettons un pas de 70 mm et une distance du bord libre de 35 mm.
Relatif à la plaque :
= 0.9 * 350 mm * (0.6*300) = 567 kN ≥ Vf
Relatif au gousset :
= 558.9 kN ≥ Vf
2300 mm2
Figure 9 : Rupture par déchirement
3.2.4 Assemblage des pieds de poteaux
L’assemblage des pieds de poteaux dans une bâtisse à la fonction de transférer l’effort tranchant,
l’effort normal et l’effort de flexion vers la fondation. Dans notre cas, étant donné que notre
structure n’est pas un cadre rigide, l’effort de flexion est nul tandis que les charges latérales de
vent engendrent un effort tranchant à la base du poteau. C’est la fonction du pied de poteau de
reprendre cet effort et surtout de le transmettre à la fondation de béton. Une plaque d’assise peut
directement reposer sur la fondation de béton mais une plaque de nivellement est souvent
nécessaire sous la plaque d’assisse pour assurer la rectitude du poteau. Les tiges boulonnées sont
directement coulés dans la fondation, en laissant leur extrémité supérieure libre pour
l’assemblage lors de l’installation de la structure d’acier.
P a g e | 32
JPM Structures
Il est utile de savoir la force d’arrachement exercée à la base du poteau :
On a l’angle du contreventement avec l’horizontal qui est de 47.43° qui a été calculé
précédemment. La force dans chaque membrure du contreventement est de 64.19 kN.
Selon le livre de calcul des charpentes d’acier de Beaulieu et Picard, l’encrage minimal dans le
béton pour éviter le soulèvement est de 12d. Notre diamètre de boulons choisis étant de 20 mm,
l’encrage minimal est de 240 mm. Toujours selon la source mentionnée, la résistance à la
traction pour un boulon de ce diamètre est de 71 kN ce qui est supérieur à
Donc,
théoriquement, un seul boulon est nécessaire pour prévenir le soulèvement. Par contre, deux
boulons seront utilisés en cas de défaillance à l’un ou l’autre des boulons. Les charges de gravité
sur la structure n’ont pas été calculées par rapport au soulèvement, ce qui donne une sécurité
supplémentaire au dimensionnement.
3.2.4.1 DIMENSIONNEMENT DE LA PLAQUE D’ASSISE
On sait d’abord que le mur de fondations sur lequel la plaque d’assise s’appuiera est de 250 mm
d’épaisseur. De plus, le profilé trouvé pour les poteaux est un W200x31, ayant des dimensions b
et d respectivement de 134 mm et 210 mm. Ces données prises dans le HandBook nous
permettent d’évaluer les dimensions de la plaque d’assise. Admettons que l’aire du béton qui
reçoit la plaque est de 250 mm x 1000 mm, relativement à d, la plus grande dimension du profilé
étant de 210 mm. On évalue la plaque d’assise à environ 240 mm x 240 mm et l’aire de la
section de béton qui reçoit la plaque est de 250 mm x 250 mm. On voit déjà que le
dimensionnement est serré et qu’il serait préférable d’élargir l’épaisseur du mur à 350 mm. Ainsi,
l’aire occupée par le profilé est de 210 mm x 134 mm et l’aire du béton est de 350 mm x 350 mm.
Le rapport des aires est de 4. La compression trouvée dans le poteau est de 134 kN
Selon le livre de calcul des charpentes d’acier de Beaulieu et Picard, lorsque la surface de béton
est plus grande que celle de la plaque d’assise, on peut tenir compte de l’état de confinement du
béton sous la plaque et augmenter la résistance nominale du béton en utilisant la formule
suivante :
√
Nous allons utiliser cette équation car les conditions sont respectées.
Le dimensionnement de la largeur et de la longueur de la plaque va comme suit, B et D étant les
dimensions de la plaque d’assise :
P a g e | 33
JPM Structures
Ce qui équivaut à 66 mm de chaque côté. Bien évidemment, la plaque doit être au moins de
l’aire recouvrant la projection de la plaque sur le mur de fondation, alors, nous estimons que la
plaque aura 210 mm x 134 mm pour des raisons pratiques et de transfert des charges.
Le dimensionnement de l’épaisseur de la plaque est particulière car étant donné qu’elle à la
même dimension que la projection du poteau sur la semelle, elle ne comporte pas de porte-à-faux,
car entre autres, il s’agit d’un poteau légèrement chargé. Il est alors possible d’utiliser une
longueur de porte-à-faux fictive, permettant de dimensionner l’épaisseur. Ce porte-à-faux fictif
est relié à la théorie des zones plastifiés, qui est en faites une approximation plus précise d’une
rotule appliquée en un point. La zone est appliquée à la surface du pied de poteau.
Selon cette théorie on trouve la longueur en porte-à-faux fictif :
√
√
Il est alors possible avec cette valeur de trouver l’épaisseur de la plaque à l’aide des relations
suivante :
√
√
Alors nous admettons une plaque de transfert de 8 mm d’épaisseur.
P a g e | 34
JPM Structures
3.3 Conception de l’aire de stationnement
Le stationnement d’un restaurant doit être esthétiquement beau, uni de surface, et favoriser un
drainage efficace dans un environnement de trafic léger. Le sol présent sur le terrain est argileux
et de capacité portante de 100 kPa. La norme 2101 du ministère du Transport du Québec (MTQ),
recommande fortement l’installation d’une membrane géotextile sous la fondation granulaire de
MG-20. Ceci empêche les grains de MG-20 de s’enfoncer dans l’argile évitant ainsi des
déformations non-désirables à la surface. Selon la norme, une épaisseur minimale de MG-20 de
45 cm doit être installée lorsque l’on se trouve dans ce type de sol. La première étape est
d’excaver la surface du stationnement et de disposer des matériaux en place, car il ne s’agit pas
d’un matériel idéal pour les fondations d’un stationnement. Ensuite, le support doit être lisse et
ferme, sans trous et sans terre végétales. Il est nécessaire de compacter la couche de sol existante
pour deux raisons, premièrement, il est possible de rendre cette couche plus résistante en la
compactant et deuxièmement, ceci permet de faire sortir l’eau de l’argile. C’est souvent l’eau qui
cause problème dans en ce qui a trait aux dommages relevés dans le pavage des stationnements.
La membrane géotextile peut être installée par la suite, séparant les deux couches. En deux
phases, on remplit le trou de matériel granulaire (MG-20), et compacter à 98% du Proctor
modifié. Les deux couches sont de 30 cm chacune pour ainsi avoir une fondation de 60 cm. La
résistance aux charges latérales est contrée par des murets de béton installé en périphérie du
stationnement. Un calcul rapide permet de savoir qu’il faut 2000 m3 de MG-20. Les bordures de
béton mesurées selon le plan ici-bas nous donne 320 m linéaire.
3.3.1 Choix du pavage
L’épandage du pavage pour les grandes surfaces comporte comme difficulté quant à l’obtention
du profil désiré. La manière de procédé est de faire l’épandage des enrobés selon des bandes
d’épaisseur prédéterminée. Chaque bande doivent s’entrecroisée d’une quinzaine de centimètres.
Il est recommandé d’utilisé un bitume dur, pour éviter les traces de pneus des véhicules au début
de l’utilisation du stationnement. C’est pourquoi le PG 58-34 est recommandé. Le PG représente
la classe de performance, le premier chiffre est la température maximale de la chaussée à 20 cm
sous la surface (moyenne des 7 plus chaudes journées) et le dernier chiffre correspond à la
température minimale à la surface de l’enrobé (-34°C dans le cas qui nous préoccupe).
L’épaisseur d’enrobé nécessaire est de 60 mm. Selon la figure suivante, la surface nécessaire
P a g e | 35
JPM Structures
pour le stationnement est de 36 000 pi2, soit 3350 m2. Un calcul rapide nous permet de constater
que nous aurons besoin de 200 m3 de bitume pour le stationnement au complet.
Figure 10 : Plan du stationnement Boston Pizza
P a g e | 36
JPM Structures
3.3.2 Réseau de drainage du stationnement
Une pente minimale de 1% est recommandée pour acheminée l’eau vers les puisards. La pente
doit être uniforme pour éviter la formation de flaque d’eau. Ainsi, ce n’est pas l’épaisseur de
l’enrobé qui doit être redéfinit mais bien la pente de la fondation MG-20 qui doit être conçu en
conséquence. Des puisards seront placés stratégiquement, de façon à ce que le drainage
s’effectue de façon complète. Les puisards sont ensuite reconduit jusqu’au réseau pluvial de la
municipalité. La figure suivante montre les pentes d’écoulement du stationnement ainsi que
l’emplacement des puisards illustrés avec des points verts. Quatre puisards sont nécessaires pour
effectués un drainage efficace, de la totalité de la surface du stationnement ainsi que de la surface
de la bâtisse. Il est à noter que deux puisards sont à l’extérieur du terrain appartenant à Boston
Pizza. Ces deux puisards servent à recueillir l’eau qui s’accumule dans la rue menant au
Restaurant, ainsi que celle provenant des deux entrées de la bâtisse. Il est à noter que la
conception des puisards ne fait pas partie de notre mandat.
Figure 11 : Écoulement de l'eau et disposition des puisards
P a g e | 37
JPM Structures
3.4 Dimensionnement de la charpente d’acier
3.4.1 Choix du pontage métallique
Le pontage métallique CANAM choisi en fonctions des charges uniforme pondérées et en services,
contraint également l’espacement des profilés lors de la conception du bâtiment. La norme FM
4451 crée par la Factory Mutual Research Corporation certifie les pontages métallique P-3615 et P3606 de CANAM. Leur certification est basé sur la flèche maximal admise de
lorsqu’un
travailleur marche sur le toit. Cette norme assure la qualité de l’étanchéité des membranes
installées ainsi des matériaux utilisées pour sa construction. Les concepteurs optent donc pour un
espacement des profilés de 2277.375 mm. Un pontage métallique CANAM de type 18 avec une
épaisseur de 1.21 mm insta0llé en porté triple est donc requis.
Tableau 2 :Espacement des poutrelles
P a g e | 38
JPM Structures
Les charges de conception et de services pondérées étant respectivement égales à
et
la résistance du pontage métallique choisi est conforme aux contraintes imposés par
les charges météorologiques.
Tableau 3: Charges pondérés et de service
3.4.2 Dimensionnement du toit supérieur
3300 mm
700 mm
900 mm
Section en porte-à-faux
7600 mm
Section en porte-à-faux
Figure 12 : Dimensions du toit supérieur
Aire du toit :
P a g e | 39
JPM Structures
3.4.2.1 DIMENSIONNEMENT DES POUTRES SECONDAIRES
Le dimensionnement de la charpente métallique du Boston Pizza s’effectue en calculant le moment
associé aux charges linéaires exercées sur les membrures du toit supérieur de la structure. Une fois
le calcul obtenu, le choix du profilé s’effectue avec la charge linéaire provenant des charges de
neige et l’équation de la flèche maximale obtenue pour une poutre sur appui simple. La démarche
suivante en témoigne :
La charge linéaire repartie sur les poutres secondaires s’effectue avec les relations suivantes :
Le moment exercé sur les poutres intérieures est :
La flèche maximale admise sur les poutres secondaires est :
La charge de neige linéaire non pondérée sur les poutres secondaires est :
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JPM Structures
Inertie minimal requis pour contrer une flèche maximale de 9.16 mm est :
Choix :
NB : Les poutres secondaires sont uniquement déposées sur les poutres principales et soudés aux
endroits requis.
3.4.2.2 DIMENSIONNEMENT DES POUTRES PRINCIPALES
Les poutres secondaires calculées ci-haut reprennent les efforts associées aux charges de
conception sur la toiture. L’effort tranchant provenant des poutres secondaires est ensuite
transmit aux poutres principales sous formes de charges ponctuelles au niveau de leurs appuis pour
ensuite être reprit par les quatre poteaux. Seules les charges de conception provenant de l’aire
tributaire de la poutre secondaires aux deux extrémités( en porte-a-faux) ne sont pas tenu compte
dans cette section. La démarche suivante en témoigne :
Les charges ponctuelles provenant des poutres secondaires sont :
Section en porte-à-faux :
(
)
P a g e | 41
JPM Structures
Le moment exercées sur les poutres principales associées aux charges ponctuelles provenant des
poutres secondaires sont :
Les charges ponctuelles de neige non pondérées sont obtenues via les relations suivantes :
Poutres secondaires :
Section en porte-à-faux :
(
)
Le C.N.B 2005 recommande de réduire de 50% la charge de neige au niveau du porte-à-faux. Ceuxci juge qu’il est très peu probable que la toiture soit complètement remplis de neige durant la
période hivernale.
La charge ponctuelle totale obtenue est :
Choix :
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JPM Structures
3.4.2.3 DIMENSIONNEMENT DU SYSTEME DE RETENUE DU PORTE-A-FAUX
𝑃𝑓
𝑃𝑓
Système de retenu
7600 mm
Figure 13 : Système de retenue du porte-à-faux
Tel que mentionné précédemment, le toit supérieur du Boston Pizza comporte une section en
porte-à-faux associé aux deux poutres secondaires à chaque extrémité de la structure. Une solution
à cette problématique d’Ingénierie, consiste à concevoir le système de retenue schématisé ci-haut
qui relie la poutre secondaire à l’extrémité au poteau par l’entremise d’un HSS. Cette alternative
aura comme effet de crée une flexion dans le poteau.
Celui-ci devra être dimensionné comme étant un poteau-poutre avec la flexion et la charge axial. La
conception du système est illustrée via les relations suivantes :
La charge axiale admise par l’aire tributaire est :
La charge décomposé dans le poteau est égale à
La longueur de la pièce de retenue est :
√(
)
L’élancement maximal permise pour les bâtiments et autres types de structures est :
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JPM Structures
Un
a été choisi et satisfait aux exigences en ce qui à trait à l’élancement maximal
permise. Cependant, une vérification de sa résistance à la charge axiale est de mise
Vérification de la charge axiale du profilé :
3.4.2.4 DIMENSIONNEMENT DES POTEAUX
Les poteaux du toit supérieur sont dimensionnés avec les équations d’interactions provenant du
livre de BEAULIEU et PICARD. Ceux-ci sont considérés comme étant des poteaux-poutres en raison
du moment de flexion et de la charge axiale transmise par les charges de la toiture. Les relations
suivantes en témoignent :
La longueur du poteau est de :
La charge axiale sur le poteau est la somme des charges provenant des poutres secondaires et
principales :
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JPM Structures
Le moment exercé sur le poteau est celui provenant du support pour le porte-à-faux :
Le moment est égale à :
La flèche maximale admissible est :
Ce poteau doit être évalué comme des poteaux-poutres de charpentes étant donné la combinaison
compression-flexion qui est créé par la charge du porte-à-faux :
On amplifie les moments de 15% :
La section choisi est un
Le coefficient de flexion est
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JPM Structures
Le coefficient d’amplification est de
La section choisie est un
avec la résistance en compression et flexion suivante :
Vérification :
Vérification des équations d’interactions :
La section est conforme aux exigences.
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JPM Structures
3.4.3 Dimensionnement du toit inférieur
Figure 14 : Dimensions du toit inférieur
P a g e | 47
JPM Structures
3.4.3.1 DIMENSIONNEMENT DE LA POUTRE DE RIVE
Les profilés choisis selon les exigences requises dans cette section sont issu du ‘Hand Book of Steel
2008’. La méthode choisi est la même que celle pour le toit inférieur, il s’agit de dimensionner la
section en fonction de l’inertie requise pour satisfaire à une flèche maximal de L/360. Les relations
suivantes en témoignent :
Charge linéaire reparties sur les poutres secondaires :
Le moment sur les poutres intérieures :
L’inertie minimale nécessaire pour résister à une flèche de
est :
Charge de neige linéaire non pondérée :
L’inertie minimale requise est déterminé avec la relation suivante :
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Choix :
Vérification de la résistance du profilé
:
à
NB : Le moment associé aux poids mort de la poutre est de
Vérification de l’Inertie requise :
Puisque nous avons les données ci-haut pour la résistance d’une section de classe 1 et 2, nous
allons vérifier si cette section satisfait aux conditions limite de l’élancement en flexion caractérisé
par cette classe.
Vérification Classe 1 :
√
√
La section est conforme aux exigences.
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JPM Structures
3.4.3.2 DIMENSIONNEMENT DE LA POUTRE SUR L’AXE A ENTRE 1 ET 2
Charge linéaire reparties sur les poutres secondaires :
Le moment sur les poutres intérieures :
L’inertie minimale nécessaire pour résister à une flèche de
est :
Charge de neige linéaire non pondérée :
L’inertie minimale requise est déterminé avec la relation suivante :
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Choix :
Vérification de la résistance du profilé
:
à
NB : Le moment associé aux poids mort de la poutre est de
Vérification de l’inertie :
Puisque nous avons les données ci-haut pour la résistance d’une section de classe 1 et 2, nous
allons vérifier si cette section satisfait aux conditions limite de l’élancement en flexion caractérisé
par cette classe.
Vérification Classe 1 :
√
√
La section est conforme aux exigences en vigueur.
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3.4.3.3 DIMENSIONNEMENT DES POTEAUX SUR L’AXE 1 ENTRE A ET B
Le dimensionnement des poteaux se fait également à l’aide du ‘Hand Book of Steel 2008’ et du
livre de BEAULIEU et PICARD. Les poteaux calculés dans cette section sont des poteaux avec des
rotules en haut et en bas. Il n’y a donc aucun moment provenant de la poutre ou des charges de
vents qui est transféré. Les étapes et de dimensionnement et de vérifications sont les suivantes :
L’aire tributaire de la poutre est la suivante :
La charge linéaire admise sur la poutre est :
La charge axiale dans chaque poteau provenant de l’aire tributaire des poutres secondaires est :
Cependant, la poutre qui est situé sur l’axe 2 entre A et B va induire une charge axial
supplémentaire de
.
L’élancement maximal permise est de :
Choix : W200x31
Les vérifications suivantes sont faites à l’aide des tables KL/R dans le Hand Book of Steel 2008.
Le rayon de giration (
du W200x31 est de 32.0 mm. Le facteur KL/R est donc égale à :
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Dans le tableau du Hand Book, la valeur de 157.16 mm donne le facteur
suivant :
L’aire du profil W200X31 est de :
La résistance axiale du profilé est de :
Vérification :
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3.4.4 Dimensionnement du toit inférieur avec poutrelles
Les poutrelles sont dimensionnées à l’aide de l’information retrouvé sur le site de Canam. Leur site
internet offre divers outils afin d’aider les concepteurs à faire un choix éclairés sur la profondeur de
la poutrelle choisi ainsi que l’espacement maximal permit, le tout conforme à la norme CAN/CSA
S16 et CAN/CSA S136.
3.5 Dimensionnement du système de fondations
Une semelle filante a été dimensionnée comme système de fondation à 900 mm dans le sol de façon
à ce que la descente des drains pluviaux se branche au réseau. La semelle filante sert à ce que les
charges de la structure soient acheminées du toit vers le sol. Il s’agit donc de la partie qui transfère
les charges au sol. Étant donné que nous avons une argile ayant une résistance à la compression de
100 kPa, nous avons pris cet intrant pour dimensionner la largeur de la colonne. De plus, nous avons
admis la charge aux poteaux comme étant une charge linéaire pour ne pas avoir à faire de
surépaisseur dans l’axe ou est-ce que le poteau descend. Il s’agit est plus sage d’agir de la sorte car
avec un sol que nous estimons être de l’argile à 100 kPa, des petites variations de la capacité portante
de l’argile peut mener à sa rupture dans le cas d’un sous-dimensionnement. Alors, il s’agit dans ce
cas d’un coefficient de sécurité supplémentaire appliqué au système. Nous arrivons à une semelle
d’une largeur de 1.4 m de large, d’épaisseur de 580 mm avec espacement entre les armatures de 500
mm 25M et un mur d’épaisseur de 350 mm. Dans la direction parallèle au mur nous n'avons pas
théoriquement besoin d'armature car le béton est en compression. Nous mettons alors 4 No 15
parallèle au mur comme armature de répartition minimale. Le béton utilisé en de 30 MPa. Les détails
du calcul sont présentés dans les annexes sur le calcul pour le dimensionnement du système de
fondations.
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Figure 15 : Représentation des dimensions du système de fondations
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4 – BILAN DES ACTIVITES
4.1 – Arrimage formation pratique/Universitaire
Tout au long de notre projet, des connaissances acquises lors du cheminement universitaire
furent utilisé. Des notions d’analyse structurale ont été utilisées comme le calcul des charges à
l’état ultime, les surfaces d’aire tributaire reliée aux poteaux ou aux poutres, calcul et distribution
des efforts dans un élément. Étant donné qu’il s’agit d’un bâtiment en acier, des théories des
cours de conception des charpentes de structure d’acier furent utilisé comme les calculs
d’assemblage ou l’utilisation du Handbook of steel construction pour le calcul des poutres,
poutre secondaire et poteaux. Pour ce qui est de la fondation, elle est en béton donc, des concepts
des cours de conception de structure de béton ont servis, comme le dimensionnement d’une
semelle filante. Sans la formation académique qui nous a été dispensée, il aurait été impossible
pour nous de cheminer à travers un projet aussi complexe. Il a fallu aller au-delà des
connaissances acquises lors de notre formation universitaire, ceci étant aussi le but de l’exercice,
et nous avons aimé l’expérience.
Cependant, les notions relatives à la construction du stationnement étaient nouvelles pour nous.
N’ayant pas reçu de formation par rapport aux routes, au pavage et sa conception, nous avons dû
nous documenter à ce sujet.
4.2 – Travail d’équipe
Le travail d’équipe lors de ce projet s’est fait d’une manière continue et constante tout au long de la
session. Au début, il a fallu faire des démarches pour trouver la documentation minimale nécessaire
au commencement du projet. Quelques personnes ont collaboré dans ce travail, que ce soit dans
l’apport de nouvelles documentations utiles au projet, ou par leurs conseils judicieux.
Dans toutes les phases du projet la collaboration des deux membres était de mises. Ceci à aider a
facilité la compréhension et la réalisation du projet global. Notre rôle au sein de l’équipe était le
même soit une entraide dans une optique de leadership d’équipe. La relation avec les membres de
l’équipe était harmonieuse, mais parfois tendu en raison des différences d’opinions sur des sujets en
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rapport au projet. Lorsque cela se produisait, il était important de consulter notre conseiller pour
avoir les idées claires par rapport aux décisions qui était de mise à prendre.
4.3 – Respect de l’échéancier
Un échéancier serré a été établit au début de la session pour nous servir de guide quant au
déroulement du projet et des activités à faire durant les 19 semaines que durent le projet. Les
étapes ont été divisées en dix points distincts :

Recherche bibliographique

Détermination des cas de chargements

Détermination de l’axe de la structure

Rédaction du rapport #1 d’étape de session

Conception d’un système structural

Rédaction du rapport d’étape #2 de session

Conception d’une fondation adéquate au choix du client

Conception d’une aire de stationnement

Rédaction du rapport final et présentation
La rédaction de rapport #2 n’a pas été effectuée, car nous jugions qu’il était important de se
concentrer sur un rapport final de qualité. Toutefois, la rédaction du rapport final s’est fait de
façon continue dès la remise de rapport préliminaire #1. Pour ce qui est des autres points, ils ont
été respectés dans les délais détaillés à l’annexe 7.6. Des rencontres régulières ont eu lieu avec
notre conseiller, monsieur Denis Gagnon. Il était aussi disponible pour des questions par
téléphone, ce qui nous a grandement aidés.
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4.4 – Analyse et discussions
Lors de ce projet 5 crédits, plusieurs éléments ont été calculés dans une optique d’ingénierie et nous
sommes très satisfait des résultats obtenus. Voici, tout d’abord un résumé des principaux résultats
obtenus :
Tableau 4 : Principaux résultats obtenus
Élément acier
Contreventement sauf face avant
Contreventement face avant
Gousset
Soudure HSS/Gousset
Poteau
Plaque de pied de poteau
Poutre
Poutre secondaire
Profilé ou dimensions
HSS 64x64x3.2
L51 x 38 x 4,6
84 mm x 84 mm x 10 mm
4x 64mm x 8 mm
W200 31
210mm x 134 mm x 8mm
W410x54
W150x14
Système de retenue du porte-à-faux
Fondation
HSS 28x38x3.2
Voir figure 10
Les résultats obtenus ont été calculés dans l’optique d’économie de matériaux, tout en respectant le
code national du bâtiment. Ainsi, par exemple, les contreventements en HSS représentaient l’option
la plus économique pour ce qui des profilés des HSS. Par contre, une lacune de notre projet est dans
le fait que nous ne disposions pas d’une liste de prix détaillé. Ainsi, il était difficile de comparer les
profilés entre eux de type HSS versus cornière. Il est certain qu’il existe une différence de prix entre
ces deux profilés mais, nous n’avions pas cette liste de prix en notre disposition. Nous avons donc
fait des choix que nous pensions logique, mais une comparaison des prix des différentes sortes de
profilés permettrait sans doute de faire une économie supplémentaire. De plus, l’installation de
profilé de type W comme poutre secondaire n’est clairement pas l’option la plus économique. Des
poutrelles nécessitent moins de matériaux car elles sont optimisées pour suivre le champ de tension
d’une poutre normale. Le champ de tension étant concentré dans les membrures, on effectue un gain
en acier, en poids, et cela affecte le reste de la structure. Des poutres plus légères engendrent des
fondations et des poteaux qui sont moins sollicités.
Un de nos points forts est le système structural de la bâtisse. Nous avons eu l’idée de faire des
poteaux rotulés-rotulés. Cette caractéristique permet de ne pas transmettre les moments aux poteaux
ce qui conduit à des membrures plus petites en général. Pour reprendre les effets de vents, nous
avons mis en place un système de contreventement efficace avec les membrures mentionnées dans le
tableau précédent. Un système de portique rigide aurait nécessité des poutres et poteaux imposantes,
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ce qui aurait fait grimper le prix des matériaux de construction. La construction de la fondation
typique comme celle d’une maison est simple et efficace. La compaction faites avant l’installation de
la membrane géotextile sur l’argile demeure l’une des clés pour ne pas avoir de tassements
différentiels lors des années subséquentes à la construction.
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5 – CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS
Le but de ce projet de grande envergure est de réalisés les objectifs que nous nous sommes fixés,
au départ, au début de la session.
Si on se rappelle, les objectifs de départ étaient :

Concevoir une bâtisse d’un étage avec comme difficulté un toit en contre-bas

Dimensionner les composantes structurales de la bâtisse (Poutre, poutre secondaire,
Poteau, tablier de toit, système de fondation, dalle de plancher)

Concevoir et dimensionner les assemblages relatifs aux composantes structurales

Conception du toit en contre-bas
Une conception qui ne faisait pas partie des objectifs de départ était la conception du
stationnement et de sa fondation. Toutefois, jugeant qu’il s’agissait d’une lacune dans notre
apprentissage universitaire, nous avons décidé de la faire.
Les membrures principales de la structure, les assemblages ainsi que des ouvrages connexes au
bâtiment ont été calculés. Le système de poteau rotulé-rotulé à sa base et à son extrémité permet
de faire une économie quant aux profilés constituant les poteaux de la structure. Par contre, il a
fallu faire un système de contreventement efficace dans la bâtisse pour reprendre les charges
latérales de vent et de tremblement de terre.
Les objectifs que nous nous avions posés au départ ont été relevés ce qui fait que notre projet est
un succès. Le dimensionnement a été fait dans un souci d’économie et de sécurité, comme se
doit de faire dans la pratique un ingénieur.
Le système structural que nous avons retenu nous semble la meilleure option du point de vue
économique. Par contre, le dimensionnement des poutres secondaires a été fait avec des profilés
types W, et nous croyons qu’il serait préférable d’en faire le dimensionnement avec des
poutrelles types Canam. N’ayant pas accès à la documentation nécessaire, nous avons cru
prudent de dimensionner avec des poutres de type W.
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Finalement, ce projet d’implantation d’une bâtisse de la chaine de restauration rapide Boston
Pizza dans l’arrondissement Jonquière à Ville-Saguenay met en application nos connaissances
apprises tout au long dans le cadre de notre baccalauréat en génie civil et même au-delà. Les
problèmes rencontrés et les tâches de conception sont représentatifs de la réalité dans la
profession d’ingénieur civil.
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6 – BIBLIOGRAPHIE
Albert, C., &acier., I. c. (2007). Handbook of steel construction.Willowdale: Canadian Institute of
Steel Construction .
Canada, C. n. (2005). Code de construction du Québec. Chapitre 1, Bâtiment, et Code national du
bâtiment : Canada 2005 (modifié). Ottawa: Institut de recherche en construction.
Inc., G. C. (2011, 12 22). Accueil. Consulté le 03 18, 2012, sur Canam: www.groupecanam.ws
Pizza, B. (2012). Company information. Consulté le 03 2012, 2012, sur Boston Pizza:
https://www.bostonpizza.com/en/franchising/opportunities/locations/
Chaalal, O. (2008). Structures en béton armé, Calcul selon la norme ACNOR A-23.3-04. Boisbriand: Les Presses
de l'Université du Québec.
Guide bonne pratique, La mise en oeuvre des enrobés. (2008, Novembre). Consulté le mars 25, 2012, sur
Bitume Québec: http://www.bitumequebec.ca/
ESDEP. (s.d.). Éléments structuraux. Consulté le 04 16, 2012, sur SystemX:
http://www.systemx.fr/meca/cm/ESDEP/Volume%2007/Lecon%2011/Francais/L7-11.pdf
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7 - ANNEXE
7.1 Calcul pour le dimensionnement du système de fondations
Dimensionnement d'une semelle filante
Calculs initiaux
Pd  48.5kN
Charge morte par mètre
Pl  35kN
Charge vive par mètre
4
P  Pd  Pl  8.35  10 N
4
Ps  0.9 24kN  2.16  10 N
La charge du sol s'appliquant sur la semelle
5
Pf  1.25 Pd  1.5 Pl  Ps  1.347 10 N
q a  100kP a
Cas de chargement
Capacité portante du sol
h  2kPa
Pression équivalente à la profondeur de la semelle hors gel
q anet  q a  20 h  60kPa
 c  1
Capacité nette de portance du sol
Semelle carrée
Étape 1 Calculer la surface requise de la semelle
A requis 
P
q anet
b  1m
L 
P
q anet  b
2
 1.392m
Pour une longueur unitaire de 1m
 1.392m
c  350mm
La largeur de la semlle doit être
Épaisseur du mur
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Étape 2 Calculer l'épaisseur de la semelle
Pf
q sf 
A requis
 96.808kPa
L c
ab    0.521m
2 2
Trouver dv en considérant le cisaillement unidirectionnel
d v  150mm
d 
dv
0.9
Cette donnée est à revérifier p.395
 0.167m
b c  75mm
Épaisseur du revêtement
d b  16mm
Diamètre des barres
db
h s  d  b c 
 0.25m
2
0.72h s  0.18m
Si cette valeur est plus grande que dv la remplacer dans dv
Étape 3 Calculer As requis
ab
d
 3.125
Si plus grand que 2 on peut négliger l'effet de lapoutre profonde
ab
M f  q sf  b 
2
kr 
Mf
1m d
2
 13.13kN·m
 472.697kPa
2
  0.15%
On se fie à la page 65 du livre de Chaalal.
4 2
A s   b  d  2.5  10
m
3 2
A smin  0.002L
  b  2.783 10
m
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 
As
( b  L)
4
 1.796 10
s  3 h s  0.749m
L'espacement maximal entre les barres est la plus petite des deux valeurs suivantes
s  500mm
Étape 4 Vérifier si l'encrage est suffisant
Selon le tableau 7.1 du livre de Chaalal avec des barres 15M et f'c=30 MPa on trouve ld=390 mm
lddisponible  ab  b c  0.446m
Donc oui il y a de l'espace pour l'encrage
Dans la direction parallèle au mur nous n'avons pas théoriquement besoin d'armature car le béton
est en compression. Nous mettons alors 4 No 15 parallèle au mur comme armature de répartition
minimale.
P a g e | 65
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7.2 Plans fournis par Boston Pizza
7.2.1 Élévation
P a g e | 66
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7.2.2 Côtés du restaurant
JPM Structures
7.2.3 Vue de face et derrière
P age |1
JPM Structures
7.3 Autres plans, disposition des poutres et poteaux
JPM Structures
7.4 Profilés
7.4.1 Contreventements des 3 faces sauf l’avant (HSS 64x64 x 3.2)
P age |1
JPM Structures
7.4.2 Contreventements de la face avant (L 51 x 38 x 4.6)
P age |2
JPM Structures
7.4.3 Profilé poteau (W200 x 31)
P age |3
JPM Structures
7.5 Images Solidworks
7.5.1 Mise en plan de la bâtisse (1er niveau)
P age |4
JPM Structures
7.5.2 Distribution des forces dans le bâtiment (1er niveau)
P age |5
JPM Structures
P age |6
JPM Structures
7.6 Échéancier

Rapport final

Transcription

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