Etude structurelle de l`impact des règles PS 92 et Eurocode 8 sur

Transcription

Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg
Mémoire de soutenance de Diplôme d’Ingénieur INSA
Spécialité Génie Civil
Etude structurelle de l’impact des
règles PS 92 et Eurocode 8 sur des
trames de bâtiments hospitaliers
courants.
Centre Hospitalier de Belfort - Montbéliard
Auteur du rapport
INSA Strasbourg, Génie Civil, 5
ème
Fabien TOUZELLIER
année
Tuteur Entreprise :
Fabien ZAGO
SIRR Ingénierie, Responsable département structure
Tuteur INSA :
Claude SCHAEFFER
INSA Strasbourg, Professeur Génie Civil
Président du jury :
M. BRUN
M.
M.
Janvier 2010 – Juin 2010
Étude structurelle de l’impact des règles PS 92 et Eurocode 8 sur des trames de bâtiments hospitaliers courants .
Mémoire de Projet de Fin d’Etudes
Centre Hospitalier de Belfort Montbéliard.
2/44
Remerciements
Mes remerciements vont à l’ensemble du personnel de l’entreprise SIRR Ingénierie pour son
accueil et son soutien. Grâce à eux, j’ai pu réaliser mon PFE dans d’excellentes conditions.
Je tiens plus particulièrement à remercier MM. Marc SAVARY et Cyril MASSE pour m’avoir
accueilli dans leur agence.
Quant à mon tuteur M. Fabien ZAGO, je le remercie pour la confiance qu’il m’a accordé en
me permettant d’intégrer le département structure dont il est le responsable. Durant ces vingt
semaines, sa disponibilité, le temps qu’il a pris pour répondre à mes questions et sa
pédagogie ont contribué au bon déroulement du projet.
Je remercie également Claude SCHAEFFER pour son soutien et ses conseils lors de nos
entretiens intermédiaires.
Je continue en remerciant M. Arnaud SCHMITT pour m’avoir fourni les informations
nécessaires tout au long du projet.
Pour finir c’est l’ensemble de mes collègues, Sébastien ARNOLD, Maurice CANTY, Claude
JACQUES, Norbert SYLLAS, Florent VINCENT et Blandine VOGEL que je souhaite
remercier car tous ont pris le temps de répondre à mes questions et ont contribué à la bonne
humeur du bureau pendant tout le projet.
3/44
Sommaire
Remerciements ....................................................................................................................................... 3
Table des figures ..................................................................................................................................... 5
Table des tableaux .................................................................................................................................. 6
Présentation de l’entreprise ..................................................................................................................... 7
Introduction .............................................................................................................................................. 9
Contexte de l’étude .............................................................................................................................. 9
Présentation du centre hospitalier de Belfort Ŕ Montbéliard ............................................................. 10
1
Hypothèses et charges .................................................................................................................. 12
1.1
Hypothèses ............................................................................................................................ 12
1.1.1
Descriptif de la situation ................................................................................................ 12
1.1.2
Descriptif du bloc étudié ................................................................................................ 12
1.2
Détermination des charges .................................................................................................... 15
1.2.1
Charges permanentes et charges d’exploitation ........................................................... 15
1.2.2
Charges dues à la neige ................................................................................................ 16
1.2.3
Charges dues au vent ................................................................................................... 17
1.2.4
Charges dues aux actions sismiques ............................................................................ 18
1.2.5
Calcul des charges dues aux terres .............................................................................. 18
1.2.6
Calcul des charges dues aux escaliers ......................................................................... 19
1.3
Modélisation du bloc Nord Ouest .......................................................................................... 20
1.4
Application des charges ........................................................................................................ 21
1.4.1
Application des charges permanentes et d’exploitation ................................................ 21
1.4.2
Application des charges de neige.................................................................................. 21
1.4.3
Application des charges de vent.................................................................................... 22
1.4.4
Application de la poussée des terres............................................................................. 22
2
Dimensionnement de la structure .................................................................................................. 24
2.1
Dimensionnement de la structure non parasismique ............................................................ 24
2.1.1
Les dalles ....................................................................................................................... 24
2.1.2
Les poutres .................................................................................................................... 24
2.1.3
Les poteaux ................................................................................................................... 24
2.1.4
Les voiles ....................................................................................................................... 25
2.1.5
Les fondations ............................................................................................................... 25
2.2
Dimensionnement sismique .................................................................................................. 26
2.2.1
Dimensionnement sismique selon la norme NF P 06-013 (PS 92) ............................... 26
2.2.2
Dimensionnement sismique selon la norme NF EN 1998-1 (EC 8) .............................. 31
3
Etude de l’impact du changement de trames ................................................................................ 34
3.1
Etude sur le bâtiment non parasismique ............................................................................... 34
3.2
Etude sur le bâtiment parasismique ...................................................................................... 35
4
Etude de l’impact des règlements parasismiques ......................................................................... 36
4.1
Comparaison des bâtiments non parasismique et parasismique .......................................... 36
4.1.1
Non parasismique et NF P 06-013 (PS 92) ................................................................... 36
4.1.2
Non parasismique et NF EN 1998-1 (EC 8) .................................................................. 37
4.1.3
NF P 06-013 (PS 92) et NF EN 1998-1 (EC 8) ............................................................. 38
4.1.4
Comparaison financière des trois dimensionnements................................................... 40
5
Étude comparative des deux systèmes constructifs ..................................................................... 41
Conclusion ............................................................................................................................................. 43
Bibliographie .......................................................................................................................................... 44
4/44
Table des figures
Figure 1 : vue en plan du projet du Nouvel Hôpital ............................................................................... 10
Figure 2 : perspective du Nouvel Hôpital .............................................................................................. 10
Figure 3 : vue en plan du bâtiment ........................................................................................................ 12
Figure 4 : vue en élévation du bâtiment ................................................................................................ 13
Figure 5 : évolution du retrait εcs(t) pour une dalle de 25 cm ................................................................ 14
Figure 6 : représentation de l'accumulation de la neige contre un obstacle ......................................... 17
Figure 7 : représentation des charges dues aux escaliers .................................................................... 19
Figure 8 : résultat de la modélisation du bloc Nord Ouest .................................................................... 20
Figure 9 : représentation des charges de terre dans le patio ................................................................ 21
Figure 10 : représentation des charges de neige .................................................................................. 21
Figure 11 : représentation des charges de vent .................................................................................... 22
Figure 12 : représentation de la poussée des terres au repos .............................................................. 22
Figure 13 : représentation de la poussée active dynamique des terres ............................................... 23
Figure 14 : dispositions constructives minimales dans un voile intérieur non armé ............................. 25
Figure 15 : dispositions constructives minimales dans un voile extérieur non armé ............................ 25
Figure 16 : déplacements de la structure non parasismique dus à l'excitation sismique suivant X .... 28
Figure 17 : déplacements de la structure non parasismique dus à l'excitation sismique suivant Y .... 29
Figure 18 : déplacements de la structure parasismique dus à l'excitation sismique suivant X ............ 30
Figure 19 : déplacements de la structure parasismique dus à l'excitation sismique suivant Y ............ 31
Figure 20 : déplacements de la structure parasismique dus à l'excitation sismique suivant X ............ 32
Figure 21 : déplacements de la structure parasismique dus à l'excitation sismique suivant Y ............ 33
Figure 22 : comparaison des bâtiments non parasismique et parasismique selon le PS 92 ................ 36
Figure 23 : comparaison des bâtiments non parasismique et parasismique selon l’EC 8 .................... 37
Figure 24 : comparaison du volume des fondations suivant le règlement parasismique ..................... 38
Figure 25 : comparaison de la quantité d'acier suivant le règlement parasismique ............................. 39
5/44
Table des tableaux
Tableau 1 : chiffres d'affaires des trois dernières années ....................................................................... 7
Tableau 2 : effectifs des trois dernières années...................................................................................... 7
Tableau 3 : récapitulatif des intervenants .............................................................................................. 11
Tableau 4 : budget des travaux ............................................................................................................. 11
Tableau 5 : descriptif de la situation ...................................................................................................... 12
Tableau 6 : récapitulatif des charges permanentes .............................................................................. 15
Tableau 7 : récapitulatif des charges d'exploitation ............................................................................. 16
Tableau 8 : récapitulatif des charges de neiges en toiture.................................................................... 16
Tableau 9 : récapitulatif des différentes longueurs d'accumulation ...................................................... 17
Tableau 10 : récapitulatif des charges dues au vent ............................................................................. 17
Tableau 11 : hypothèses de calcul géotechnique ................................................................................. 18
Tableau 12 : récapitulatif du dimensionnement des dalles ................................................................... 24
Tableau 13 : récapitulatif du dimensionnement des poutres ................................................................. 24
Tableau 14 : récapitulatif du dimensionnement des poteaux ................................................................ 24
Tableau 15 : récapitulatif du dimensionnement des fondations ............................................................ 25
Tableau 16 : récapitulatif de l'analyse modale ...................................................................................... 27
Tableau 17 : récapitulatif des paramètres sismiques du bâtiment selon le PS 92................................ 27
Tableau 18 : récapitulatif des paramètres sismiques du bâtiment selon l'EC 8 .................................... 32
Tableau 19 : comparaison des deux trames 7,50 m et 7,20 m sans disposition parasismique ............ 34
Tableau 20 : comparaison des trames 7,50 m et 7,20 m avec dispositions parasismiques ................. 35
Tableau 21 : comparaison des deux règlements parasismiques .......................................................... 39
Tableau 22 : récapitulatif des prix unitaires utilisés ............................................................................... 40
Tableau 23 : comparaison des ratios €/m2 suivant le règlement parasismique utilisé ......................... 40
Tableau 24 : comparaison des ratios €/m² des deux types de structure .............................................. 41
Tableau 25 : comparaison des ratios €/m² avec la même hauteur libre ............................................... 41
6/44
Présentation de l’entreprise
Créée en 1977, SIRR INGENIERIE est une société du bâtiment tous corps d’état implantée
sur les sites suivants :
 ILLKIRCH
 LYON
 METZ
Son potentiel est important car elle peut disposer à tout moment :
 De spécialistes et d’ingénieurs à même de prendre en compte les différents domaines du
bâtiment et des VRD et en particulier :
 Coordination générale des études ;
 Structures Ŕ Etanchéité ;
 Chauffage Ŕ Ventilation Ŕ Climatisation ;
 Electricité Ŕ Courants forts ;
 Courants faibles : téléphone Ŕ détection incendie Ŕ informatique ;
 Télégestion Ŕ Domotique ;
 Voiries et Réseaux divers ;
 Sécurité incendie (ERP) ;
 Economie, tous corps d’état.
 De spécialistes de la coordination, pilotage des chantiers
 De spécialistes qualifiés pour des missions de coordination en matière de sécurité Ŕ
santé (CSPS) et de coordination des systèmes de sécurité incendie (CSSI).
Les missions traitées concernent aussi bien le domaine public que le domaine privé que ce
soit sur des bâtiments neufs ou à réhabiliter.
La volonté de l’entreprise est de se positionner en tant que partenaire prestataire de service
auprès du Maître d’Ouvrage afin de globaliser son intervention de façon à lui proposer des
arbitrages et des compromis adéquats.
Depuis le 28 octobre 2005, le capital de la société est détenu à 100% par le groupe SNC
LAVALIN, un des leaders mondiaux de l’ingénierie générale, ce qui apporte une expérience
de qualité dans le management de projets complexes.
Chiffres d’affaires des trois dernières années :
Exercice 2007 Exercice 2008 Exercice 2009
9 093 584 €
13 681 101 €
11 325 945 €
Tableau 1 : chiffres d'affaires des trois dernières années
Les effectifs des trois dernières années :
2007
2008
2009
Effectifs
Cadres Non-cadres Cadres Non-cadres Cadres Non-cadres
SIRR
53
29
60
33
60
33
INGENIERIE
82
93
93
Tableau 2 : effectifs des trois dernières années
7/44
Marc SAVARY
Président
Valérie MARX
Direction
Ressources
Humaines
des
Direction
Administrative et
Financière
François TRICART
Direction
Développement
SNC LAVALIN SANTE
Direction
Développement
POLE INDUSTRIE
Gérard HERTER
Laëtitia CAPECCI
André GABEL
Bâtiments Publics et
Santé
Bâtiments Industriels
et Logistiques
LYON
METZ
STRASBOURG
ILLKIRCH
STRASBOURG
ILLKIRCH
David FITOUSSI
Patrick HATTON
Cyril MASSE
Yves PERNET
CHEFS DE
PROJETS
TRAVAUX
ADMINISTRATION
Christine KLEIN
Responsable
EXPERTISES
BATIMENT
ECONOMIE
STRUCTURE
Fabien ZAGO
Responsable département
Norbert SYLLAS
Calculateur
Sébastien ARNOLD
Projeteur
Claude JACQUES
Projeteur
Florent VINCENT
Projeteur
Maurice CANTY
Projeteur
Blandine VOGEL
Projeteur
Fabien TOUZELLIER
Stagiaire
FLUIDES
Daniel BRUNI
ELECTRICITE
Francis BRAUN
Introduction
Contexte de l’étude
L’étude de l’impact des règlements parasismiques sur les trames hospitalières a été
effectuée lors de l’Avant Projet Sommaire (APS) du projet du nouveau Centre Hospitalier de
Belfort Montbéliard. Cette étude a pour but de mettre en évidence les changements que les
nouveaux règlements Eurocodes entrainent sur la structure par rapport aux règlements
récemment remplacés. Les trames qui ont fait l’objet de l’étude mesurent 7,20 m, trames
actuellement mises en place dans la plupart des hôpitaux, et 7,50 m, trames permettant de
satisfaire aux normes de circulation en fauteuil roulant dans les chambres et salles de bain.
Le but de cette étude est de :
 Connaître la proportion de matériaux supplémentaires nécessaires pour satisfaire
aux règlements parasismiques ;
o Comparaison sans règlement parasismique / PS 92 ;
o Comparaison sans règlement parasismique / EC 8 ;
o Comparaison PS 92 / EC 8.
 Connaître le surplus financier qu’entrainent ces dispositions parasismiques.
o Au niveau ferraillage ;
o Au niveau béton.
 Comparer deux types de structure pour un bâtiment hospitalier en zone sismique :
o Structure plancher-dalle
o Structure poteaux-poutres
Lors d’une première étude, qui a été réalisée par SIRR Ingénierie, il a été défini dans l’APS
une structure type plancher-dalle. Ce choix permet d’augmenter la taille des blocs et de
supprimer les retombées de poutres et donc les obstacles au passage des réseaux. Pour
réaliser l’étude expliquée ci-dessus, contrairement au choix du plancher-dalle fait dans
l’APS, je me suis concentré sur une structure courante poteau-poutre. Ce choix permettra
d’exploiter les résultats de l’étude pour un maximum de bâtiments hospitaliers, car les
structures plancher-dalle ne représentent pas une majorité suffisante et sont même parfois
exclues des marchés. Enfin j’ai comparé les deux types de structures pour faire l’inventaire
des avantages et des inconvénients de chaque solution.
9/44
Présentation du centre hospitalier de Belfort – Montbéliard
Le nouveau centre hospitalier de Belfort Ŕ Montbéliard verra le jour proche de la commune
de Trévenans (90). Ce nouvel établissement réunira l’ensemble des activités de médecine,
de chirurgie et d’obstétrique.
Ce projet est remarquable par son architecture. Le bâtiment doit s’intégrer de la meilleure
des façons dans son site. Conçu par le cabinet d’architecture Brunet Saunier, il sera revêtu
de façades en bois verre qui lui procureront l’aspect d’une gigantesque poutre de bois
reposant sur deux socles Nord et Sud pour symboliser l’union entre Belfort et Montbéliard.
Pour l’éclairage de l’intérieur du bâtiment, des puits de lumière seront disposés de manière
judicieuse pour amener de la lumière naturelle.
Figure 1 : vue en plan du projet du Nouvel Hôpital
Conçu de façon à être le plus fonctionnel possible, le bâtiment sera au plus près du terrain
naturel. De ce fait, il offre de nombreux accès plain-pied. Sa structure vise à optimiser le
transport. En effet, une véritable artère s’étend du Nord au Sud à chaque niveau créant ainsi
une colonne vertébrale.
Pour améliorer l’implantation du bâtiment de ce Nouvel Hôpital, il a été conçu pour minimiser
son impact sur l’environnement. Pour commencer les espaces verts seront réalisés
uniquement avec des espèces locales mais l’effort le plus important est bien entendu la
certification Haute Qualité Environnementale (HQE) qui est visée tant au niveau de la
construction qu’à celui de l’exploitation. Le but est d’optimiser la consommation d’énergie, de
réduire la consommation d’eau. Pour cela plusieurs dispositifs sont mis en place :
 Une isolation extérieure de qualité ;
 Un système de « free cooling » couplé à une ventilation double flux ;
 Des dispositifs brise soleil ; et
 Une gestion des eaux poussée.
Figure 2 : perspective du Nouvel Hôpital
10/44
Le calendrier prévisionnel :








Décembre 2004 :
Vote du Projet d’établissement du Centre Hospitalier de Belfort-Montbéliard
Janvier 2005 :
Choix du terrain pour implanter le nouveau site
Septembre 2005 à juin 2006 :
Définition des besoins par la réalisation d’un programme technique détaillé
Juin 2006 à janvier 2007 :
Choix de l’équipe architecte/bureau d’étude
Février 2007 à septembre 2011 :
Études et choix des entreprises de construction
Décembre 2011 à décembre 2014 :
Travaux
1er semestre 2015 :
Équipement et déménagement
Fin 2015 :
Ouverture au public
Les intervenants :
Tableau récapitulatif des différents intervenants
Maître d’ouvrage
Centre Hospitalier de Belfort-Montbéliard
Maîtrise d’œuvre
Architecte mandataire
Architecte associé
Bureau d’étude / Economiste
Bureau d’étude HQE
Acousticien
Paysagiste
Architecte urbaniste
Agence BRUNET SAUNIER Architecture
Serge GAUSSIN et associés
SIRR Ingénierie
TRIBU
CIAL LECOCQ
PENA ET PENA
Philippe VILLIEN
Mission de contrôle
Contrôle technique
Bureau VERITAS
Autres intervenants
Programmiste
Coordination SPS
Icade G3A
Bureau VERITAS
Tableau 3 : récapitulatif des intervenants
Budget global de l’opération1 :
Budget global
157 000 000 €
2
Lots
Fondation Ŕ Gros Œuvre 41 000 000 € (soit 26%)
Tableau 4 : budget des travaux
1
2
Pour des raisons de confidentialité seul le budget du lot Fondation – Gros Œuvre est donné.
Estimation APS (oct 2008)
11/44
1 Hypothèses et charges
1.1 Hypothèses
1.1.1 Descriptif de la situation
Pour réaliser cette étude comparative, j’ai pris pour support le futur centre hospitalier de
Belfort Ŕ Montbéliard. Voici les caractéristiques principales du site où le bâtiment sera
construit :
Département Territoire de Belfort (90)
Commune Trévenans
Altitude 370,00 NGF
Pente du terrain 10%
Nature du sol Marnes calcaires compactes
Tableau 5 : descriptif de la situation
1.1.2 Descriptif du bloc étudié
Le bâtiment complet est composé de six blocs dynamiquement indépendants. Les
dimensions en plan du bâtiment sont 248,9m x 96,4m.
Est
JD
Nord
Sud
Ouest
Figure 3 : vue en plan du bâtiment
En élévation celui-ci est du type R+4 avec un sous-sol mais tous les blocs ne sont pas
forcément de ce type là.
12/44
Est
Ouest
JD
Figure 4 : vue en élévation du bâtiment
Pour mon étude, je me suis concentré sur un seul bloc, le bloc Nord Ouest. Ce choix a été
dicté par les critères suivants :
 Bloc d’angle ;
 Blocs de type R+4 ; et
 Bloc avec sous-sol.
Ses dimensions sont les suivantes :
 En plan : 11 travées x 6,75 travées (deux études ont été menées avec des travées de
7,50m puis de 7,20m) ;
 En élévation : 1 sous-sol (hauteur 3,52 m) et 5 niveaux en superstructure (hauteur de
chaque étage 4,16 m).
La structure du bâtiment étudié, et donc du bloc, est de type poteau-poutre. Étant donné que
l’EC 2 impose un joint de dilatation tous les 30 à 35 m dans l’Est de la France et que le bloc
étudié a des dimensions supérieures, j’ai choisi de concevoir le bloc en y incorporant des
bandes de clavetage qui seront fermées une fois le bâtiment clos.
13/44
Pour assurer la faisabilité de cette construction, je me suis intéressé à l’évolution du retrait
dans le temps et voici mes résultats :
Paramètres de calcul :
 Béton C30/37
 Ciment
 Humidité Relative
 Dimension de la dalle
fck = 30 MPa et fcm = 38 MPa
classe S, N et R
HR = 50%
épaisseur 25 cm
Retrait total εcs(t)
0,600
εcs(t) [‰]
0,500
0,400
0,300
classe ciment S
0,200
classe ciment N
0,100
classe ciment R
0,000
0
200
400
600
800
1000
t [jours]
Retrait εcs(t) effectué [%]
Retrait εcs(t) effectué
100
80
60
≈ 45 %
40
20
0
0
classe ciment S
classe ciment N
100
classe ciment R
200
400
600
800
1000
t [jours]
Figure 5 : évolution du retrait εcs(t) pour une dalle de 25 cm
Je constate qu’en attendant au minimum 3 mois, soit environ 100 jours, avant de fermer
ces bandes de clavetage, le béton aura effectué au minimum 45% de son retrait total et
ceci quel que soit la classe de ciment utilisé. De plus, le bâtiment sera isolé par l’extérieur et
chauffé constamment, donc le béton ne sera pas soumis à des gradients de température
importants ce qui n’entrainera pas de dilatation thermique excessive du béton. Cette
disposition constructive permet de construire un bloc de 82,50 m sans joint de dilatation3.
3
Longueur du bloc obtenue avec des trames de 7,50 m de long.
14/44
1.2 Détermination des charges
1.2.1 Charges permanentes et charges d’exploitation
Dans l’optique de comparer ma solution avec celle obtenue lors de la première étude, j’ai
choisi de prendre les mêmes hypothèses de chargement.
1.2.1.1 Charges permanentes
Chaque charge permanente est représentée par une charge surfacique, il convient de
l’appliquer à la totalité de la surface du plancher. Les charges permanentes prises en compte
sont regroupées dans le tableau suivant :
Charge permanente causée par : Valeur de la charge permanente [daN/m²]
Cloisons légères
80
Faux plafonds
20
Revêtements de sol
20
Fluides & électricité
30
Complexe de couverture
100
Tableau 6 : récapitulatif des charges permanentes
Calcul des charges permanentes à appliquer :
 Sur plancher :
cloisons légères
faux plafonds
revêtements de sol
fluides & électricité

Sur toiture :
80
20
20
30
daN/m²
daN/m²
daN/m²
daN/m²
TOTAL
150
daN/m²
faux plafonds
fluides & électricité
complexe de couverture
20
30
100
daN/m²
daN/m²
daN/m²
TOTAL
150
daN/m²
Au final, j’ai appliqué une charge répartie de 150 daN/m² sur les planchers et la toiture.
15/44
1.2.1.2 Charges d’exploitation
Dans une première approche plus basique, et toujours dans un souci de comparaison, j’ai
appliqué une charge surfacique uniforme de 400 daN/m² sur les planchers et la toiture. Par
la suite, lors d’une étude plus approfondie, les valeurs suivantes spécifiques à une zone
précise pourront être appliquées.
Charge d’exploitation considérée dans : Valeur de la charge d’exploitation [daN/m²]
Chambres
150
Circulations
250
Salles d’opérations, de plâtre, de travail
350
Hall d’entrée
400
Services divers
250
Locaux techniques
500
Stockage & archives
500
Toitures terrasses inaccessibles
100
Toitures terrasses accessibles
350
Tableau 7 : récapitulatif des charges d'exploitation
4
1.2.2 Charges dues à la neige
Le calcul des charges dues à la neige a été mené selon l’EC 1-1-3.
Le détail du calcul est donné dans l’annexe. Les résultats principaux sont regroupés dans le
tableau suivant :
Charges dues à la neige selon l’EC 1-1-3
Charge sur toiture avec accumulation
Charge sur toiture sans
Au droit des
Au droit de la façade du 4ème
accumulation
acrotères
étage
s1 = 66 daN/m² soit 33 cm de neige5
s2 = 230 daN/m² soit 115 cm de neige5
Tableau 8 : récapitulatif des charges de neiges en toiture
4
5
Valeurs issues de la norme NF P 06-001
La masse volumique de la neige retenue pour le calcul est égale à 200 kg/m3
16/44
La forme de la charge de neige à appliquer est définie par la figure suivante :
s2
s1
Figure 6 : représentation de l'accumulation de la neige contre un obstacle
La longueur ℓs dépendant de la hauteur de l’obstacle, les valeurs sont :
Longueur d’accumulation ℓs au droit de l’obstacle :
Acrotères
5m
Façade du 4ème étage
10,86 m
Tableau 9 : récapitulatif des différentes longueurs d'accumulation
1.2.3 Charges dues au vent
Le calcul des charges dues au vent a été mené selon l’EC 1-1-4.
Le détail du calcul est donné dans l’annexe. Les résultats principaux sont regroupés dans le
tableau suivant :
Charges dues au vent selon l’EC 1-1-4
Sur les façades [Pa] -1 329,96 797,97
Sur la toiture [Pa]
-1 480,69 354,66
Tableau 10 : récapitulatif des charges dues au vent
Pour chaque élément du bloc (façade ou toiture) deux valeurs sont à considérer. L’une est
positive, elle simule une compression de la surface et l’autre est négative, elle simule une
dépression de la surface. Il convient d’appliquer la valeur la plus défavorable pour la
combinaison souhaitée.
Calcul des charges de vent :
 Sur les façades, le calcul doit être mené avec la charge de plus grande
intensité. Donc la charge de vent sur les façades est de -1,33 kPa.
La hauteur d’un étage est de 4,16 m donc pour modéliser cette charge j’ai
appliqué à chaque dalle une charge linéaire uniforme de :
-1,33 kPa x 4,16 m = -5,53 kN/ml
 Sur la toiture, le calcul sera mené avec la charge la plus pénalisante pour la
structure.
Bilan des charges en toiture :
vent
-1,48 kPa
TOTAL
4,02
permanentes :
exploitation :
ou
kPa
1,50
4,00
kPa
kPa
0,36
kPa
5,86
kPa
La charge de vent retenue en toiture est la charge en compression de 0,36 kPa.
17/44
1.2.4 Charges dues aux actions sismiques
1.2.4.1 Calcul des charges sismiques selon NF P 06-013 (PS92)
Le calcul des charges dues aux actions sismiques ne peut pas être mené « à la main ». En
effet, le PS 92 désigne le bloc Nord Ouest comme irrégulier. Par conséquent ce calcul devra
être assisté par ordinateur.
1.2.4.2 Calcul des charges sismiques selon NF EN 1998-1 (EC 8)
L’EC 8 et son annexe nationale ont été publiés par l’AFNOR ce qui les rendent
théoriquement applicables. Cependant les décrets et arrêtés fixant par exemple les zones
sismiques, les classes de bâtiments et les valeurs d’accélérations n’ont pas encore été
publiés par l’administration. J’ai utilisé les projets de décrets que j’ai pu me procurer pour
pouvoir appliquer ce règlement.
1.2.5 Calcul des charges dues aux terres
1.2.5.1 Calcul de la charge de terre dans le patio
Le plancher du rez-de-chaussée supporte une couche de terre végétale de 50 cm destinée
aux plantations qui seront dans le patio. J’ai considéré un poids volumique de 20 kN/m3 pour
la terre végétale par conséquent j’ai appliqué sur la dalle une charge surfacique égale à
0,5 x 20 = 10 kN/m².
1.2.5.2 Calcul de la poussée des terres au repos sur les murs du sous-sol
Les voiles du sous-sol soutiennent une hauteur de terre de 3,52 m dont la surface libre est
horizontale (β = 0°). Le poids volumique γ de la marne calcaire environnante est pris égal à
22 kN/m3 et l’angle de frottement interne φ est pris égal à 30°. J’ai négligé le frottement de
la marne sur la paroi du sous-sol car le parement du voile sera lisse (δ = 0°).
Pour le dimensionnement, je considère les voiles en appuis sur la dalle et sur la semelle
filante. Par conséquent, j’ai modélisé ces voiles articulés en tête et en pied.
Le dimensionnement des voiles a été fait à partir de celui d’une poutre de section 100 x 20 à
laquelle est appliquée une charge triangulaire. Celle-ci est définie par :
𝑃 𝑧 = 𝐾𝑎γ × γ × 𝑧
avec
𝐾𝑎γ = tan
𝜋
4
φ 2
−2
= 1/3
si φ = 30°
3
Et γ = 22 kN/m
 En tête (z = 0,00 m) :
 En pied (z = 3,52 m) :
P(z = 0,00 m) = 0 kN/m²
P(z = 3,52 m) = 1/3 x 3,52 x 22 = 25,82 kN/m².
1.2.5.3 Calcul de la poussée active dynamique des terres sur les murs du sous-sol
Cette charge a été uniquement utilisée lors du dimensionnement de la structure
parasismique. Le calcul de la poussée active dynamique des terres reprend les mêmes
hypothèses que celles du calcul de la poussée des terres au repos :
Hauteur des terres
H = 3,52 m
Poids volumique des terres
γ = 22 kN/m3
Angle de frottement interne
φ = 30°
Inclinaison de la surface libre
β = 0°
Frottement paroi / terre
δ = 0°
Tableau 11 : hypothèses de calcul géotechnique
18/44
La valeur de la poussée active dynamique des terres est donnée par la formule suivante :
1
2
2
𝑃𝑎𝑑 = × 𝛾 × 𝐻 × 1 ± 𝜎𝑉 × 𝐾𝑎𝑑
avec
𝐾𝑎𝑑 =
cos 𝜑−𝜃 2
cos 𝜃 2
𝜃 = tan−1
× 1+
sin 𝜑 ×sin 𝜑−𝛽 −𝜃
cos 𝜃 ×cos 𝛽
−2
𝜎ℎ
1±𝜎𝑣
𝜎ℎ = 𝐾 × 𝜏 ×
𝑎𝑁
𝑔
1,0 ≤ 𝐾 ≤ 1,2
et
𝜎𝑣 = 0,3 × 𝜎ℎ
et
𝜏 = 1,0
J’ai mené deux calculs en parallèle avec deux valeurs de K égales à 1,0 et 1,2. Au final je
n’ai retenu que la poussée la plus défavorable qui a été obtenue pour K = 1,2.
La poussée active dynamique est égale à 𝑷𝒂𝒅 = 𝟗𝟏, 𝟎𝟕 𝒌𝑵/𝒎𝟐 , je l’ai appliquée
uniformément sur la hauteur du mur de soutènement.
1.2.6 Calcul des charges dues aux escaliers
Les escaliers ne sont pas modélisés, par conséquent j’ai appliqué aux voiles porteurs les
charges que les escaliers apportent.
4,00 kN/ml
2
2
3,75 kN/ml
1
3
3
1
Figure 7 : représentation des charges dues aux escaliers
Chaque voile de la cage d’escalier reprend les charges appliquées aux escaliers sur une
1

 1,50  1,50   1,50  1,50  4,50m²
2

surface de : 2  
Les escaliers sont en béton armé (ρ = 25 kN/m3) et une épaisseur moyenne de 15 cm.
Les charges apportées par les escaliers aux voiles sont de deux types :
 Charges permanente (poids propre) : 0,15 x 25 = 3,75 kN/m²
 Charges d’exploitation (circulation) :
4,00 kN/m²
Calcul des charges linéaires appliquées aux voiles :
 Permanentes :
(3,75 kN/m² x 4,50 m²) / 4,50 ml = 3,75 kN/ml
 Exploitation :
(4,00 kN/m² x 4,50 m²) / 4,50 ml = 4,00 kN/ml
19/44
1.3 Modélisation du bloc Nord Ouest
À l’aide du logiciel Robot Concrete Building Structure (CBS) je suis parvenu à modéliser le
bloc Nord Ouest pour mon étude. Voici le résultat de la modélisation.
Figure 8 : résultat de la modélisation du bloc Nord Ouest
Le repérage des différents éléments de la structure se trouve en annexe.
20/44
1.4 Application des charges
En appliquant toutes les charges de calcul obtenues précédemment, cette modélisation me
permettra de connaitre rapidement la descente des charges dans les différents éléments de
la structure (voiles, poutres, poteaux et fondations).
De plus, comme le bloc Nord Ouest est irrégulier, il est impératif de le modéliser pour obtenir
la réponse de celui-ci suite à une sollicitation sismique.
1.4.1 Application des charges permanentes et d’exploitation
Ces deux types de charges sont constants sur quasiment tout le bâtiment. Elles sont
appliquées en toiture et sur les planchers sauf dans le patio du rez-de-chaussée où
s’applique la charge de la terre seule comme charge permanente.
Fosses
d’enracinement
pour les arbres
10,00 kN/ml
Charge
permanente
due à la terre
Figure 9 : représentation des charges de terre dans le patio
1.4.2 Application des charges de neige
Les charges de neige ne sont appliquées que sur les toitures de la manière suivante :
Zone
d’accumulation
de la neige
Zone de neige
normale :
0,66 kN/m²
Figure 10 : représentation des charges de neige
21/44
1.4.3 Application des charges de vent
Les charges dues au vent seront appliquées de deux façons différentes :
 En toiture la charge sera uniformément répartie, et
 En façade la charge sera appliquée au niveau des dalles par l’intermédiaire
d’une charge uniforme linéaire équivalente.
Charge de vent :
0,36 kN/m²
-5,53 kN/ml
Figure 11 : représentation des charges de vent
1.4.4 Application de la poussée des terres
1.4.4.1 Application de la poussée des terres au repos
La poussée des terres au repos est appliquée comme indiquée sur le schéma suivant :
Dalle
25,82 kN/m²
25,82 kN/ml
Figure 12 : représentation de la poussée des terres au repos
22/44
1.4.4.2 Application de la poussée active dynamique des terres
La poussée des terres au repos est appliquée comme indiquée sur le schéma suivant :
Dalle
Figure 13 : représentation de la poussée active dynamique des terres
23/44
2 Dimensionnement de la structure
Quel que soit le type de structure, parasismique ou non, le dimensionnement des différents
éléments en béton armé a été réalisé à l’aide du logiciel Robot.
2.1 Dimensionnement de la structure non parasismique
Le dimensionnement de la structure non parasismique a été mené en prenant en compte les
hypothèses précédentes.
2.1.1 Les dalles
Pour dimensionner les dalles, j’ai modélisé une poutre de largeur 1,00 mètre et de hauteur
égale à l’épaisseur de la dalle à laquelle j’ai appliqué les charges surfaciques appropriées.
La continuité des dalles est prise en compte dès que cela est possible.
Type de dalles
Epaisseur de la dalle
Dalles continues sauf dalles D007 & D011 25 cm
Dalles continues D007 & D011 28 cm
Dalles isostatiques 28 cm
Toutes les dalles sont ferraillées avec les treillis soudés suivants :
ST10 / ST20 / ST25 / ST30 / ST35 / ST50 / ST60 (selon désignation ADETS)
Toutes les dalles sont en béton C30/37
Tableau 12 : récapitulatif du dimensionnement des dalles
2.1.2 Les poutres
Comme pour les dalles, j’ai modélisé les poutres avec les charges qui s’y appliquent et j’ai
pris en compte la continuité de celles-ci dès que possible. Sauf pour les poutres consoles où
l’encastrement est impératif, j’ai modélisé uniquement des appuis simples et des rotules.
Hauteur h =
Largeur b =
Béton
Acier
6
25 à 65 cm
30 cm
C30/37
Fe 500 classe C
Tableau 13 : récapitulatif du dimensionnement des poutres
2.1.3 Les poteaux
Tous les poteaux ont été modélisés et sont considérés comme bi-articulés et chargés dans
leur axe.
Section 30x30 à 50x50
Béton C30/37 à C40/50
Acier
HA 500 classe C
Tableau 14 : récapitulatif du dimensionnement des poteaux
6
Sauf au R+3 poutres POU4 25 et POU4 26 où h = 115 ou 110 cm (selon la trame) car leur portée est de deux
trames.
24/44
2.1.4 Les voiles
Le dimensionnement des voiles de la structure non parasismique conduit à réaliser
l’ensemble des voiles de la même façon. En effet, j’ai vérifié, en annexe, qu’un voile non
armé d’épaisseur 20 cm en béton C30/37 supporte les efforts du voile le plus sollicité du
bâtiment. Par conséquent, le ferraillage des voiles sera réduit au minimum. Pour cela, j’ai
traité les voiles intérieurs différemment des voiles extérieurs qui ont une face exposée aux
intempéries.
 Voiles intérieurs :
Chainage Vertical
et Horizontal :
CV  2 HA10
CH  2 HA10
Renfort Vertical
et Horizontal :
RV  2 HA8
RH  2 HA8
Figure 14 : dispositions constructives minimales dans un voile intérieur non armé

Voiles extérieurs :
Renfort Horizontal :
RH1  2 HA12
ou 3 HA10
Armatures de peau :
AV & AH  PAF V
ou ST10
Figure 15 : dispositions constructives minimales dans un voile extérieur non armé
2.1.5 Les fondations
Les différents éléments de fondation, radiers, semelles isolées et semelles filantes sont
modélisés comme des appuis articulés et dimensionnés à l’aide du logiciel Robot.
Béton
Acier
C25/30
Treillis Soudé
Barres HA classe C
Tableau 15 : récapitulatif du dimensionnement des fondations
25/44
2.2 Dimensionnement sismique
La suite de l’étude passe par le dimensionnement du bâtiment sous une excitation sismique
suivant les directions X et Y. Ce dimensionnement a été effectué à l’aide du logiciel Robot
selon les règlements PS 92 et EC 8. Quel que soit le règlement utilisé j’ai dû dans un
premier temps mener une analyse modale afin de sélectionner les modes nécessaires au
calcul. Les critères de sélection de ces modes sont légèrement différents selon le règlement
utilisé.
2.2.1 Dimensionnement sismique selon la norme NF P 06-013 (PS 92)
Pour le dimensionnement sismique selon le PS 92, les modes seront sélectionnés par les
critères suivants :
 La fréquence de vibration doit être inférieure à 33 Hz ;
 Le cumul des masses excitées dans la direction considérée doit atteindre 90% de la
masse totale vibrante.
 Le nombre minimum de modes est égal à 3.
Il se peut que le calcul ne satisfasse pas l’une des deux premières conditions, dans ce cas il
faudra utiliser un mode résiduel.
Processus d’analyse modale spectrale
Fréquence du mode
de vibration < 33 Hz
NON
OUI
Cumul
des
masses
excitées ≥ 90 % de la
masse totale vibrante
Cumul
des
masses
NON
OUI
Analyse
terminée
NON
Cumul
des
masses
NON
Majoration
OUI
Analyse
terminée
OUI
Création d’un
mode résiduel
Analyse terminée
26/44
Maintenant que l’analyse modale spectrale est faite, voici les résultats obtenus en fonctions
de la longueur de la trame :
Trame de
7,20 m
Trame de
7,50 m
N° du dernier
mode propre
Fréquence du dernier
mode propre
Masses
cumulées selon
X
Masses
cumulées selon
Y
144
28,15 Hz
90,38%
91,12%
142
27,94 Hz
91,41%
90,34%
Tableau 16 : récapitulatif de l'analyse modale
Je lance le calcul sismique selon le PS 92 sur le logiciel Robot en précisant les
caractéristiques du site suivantes:
Zone sismique
Ib
Classe de l’ouvrage
D
Site
S1
Coefficient de comportement q 1,4
Coefficient topographique τ
1,0
Tableau 17 : récapitulatif des paramètres sismiques du bâtiment selon le PS 92
Dans un premier temps, pour mettre en évidence la nécessité d’une construction
parasismique, je vais étudier le comportement du bâtiment dans sa configuration non
parasismique lorsqu’il est soumis à une excitation sismique suivant les axes X et Y. Grâce
au logiciel Robot j’obtiens les cartographies des déplacements suivantes :
27/44
14,6
10,0
10,2
8,9
Disposition non
parasismique trame 7,20 m
Disposition non
Séisme suivant X
Séisme suivant X
3,5
2,7
3,6
Disposition non
Séisme suivant X
2,9
Disposition non
Séisme suivant X
Figure 16 : déplacements de la structure non parasismique dus à l'excitation sismique
suivant X
28/44
14,8
8,8
6,8
9,3
Disposition non
Disposition non
Séisme suivant Y
14,8
Séisme suivant Y
8,8
12,2
Disposition non
Séisme suivant Y
9,8
Disposition non
Séisme suivant Y
Figure 17 : déplacements de la structure non parasismique dus à l'excitation sismique
suivant Y
Les déplacements obtenus, de l’ordre de la dizaine de centimètres, sont trop importants pour
un bâtiment hospitalier. En effet, ces déplacements nécessitent la pose de joints de dilatation
importants alors que le but est de limiter leur taille pour :
 Minimiser les secousses pour les malades lors des transports en brancard ; et
 Réduire leur usure suite aux passages successifs des brancards.
Pour résoudre ce problème j’ai implanté des voiles afin de contreventer la structure.
Ce contreventement sera bidirectionnel afin de limiter les déplacements suivant les deux
directions.
En plus de créer des déplacements au niveau des joints de dilatation l’excitation sismique
provoque des soulèvements au niveau de certaines fondations (semelles isolées et filantes).
Le soulèvement de la fondation a lieu lorsque le voile « bascule » sous l’action des efforts
sismiques horizontaux. Pour limiter ces soulèvements, j’ai modifié la poutraison du bâtiment
en :
 Modifiant le sens de portée de certaines dalles ;
 Plaçant des voiles sous le deuxième appui des poutres continues ; et
 Augmentant le nombre de voiles pour répartir les efforts sismiques horizontaux.
29/44
Malheureusement ces modifications ne peuvent pas prétendre supprimer les soulèvements.
Les soulèvements restants seront repris par le poids propre et les dimensions des fondations
car il a été choisi de faire exclusivement des fondations superficielles à ce stade du projet.
Dans la suite de l’étude une alternative avec des micro-pieux travaillant à l’arrachement peut
être envisagée pour reprendre les soulèvements.
Lors du dimensionnement parasismique de la structure il faut bien différencier deux types
d’éléments dans la structure parasismique :
 Eléments sismiques primaires : participent activement à « l’acheminement » des
efforts sismiques des étages aux fondations. Ces éléments sont :
o Des voiles ;
o Des poutres ;
o Des poteaux.
 Eléments sismiques secondaires : considérés comme inactifs vis-à-vis de
l’acheminement des efforts sismiques. Ils reprennent seulement des efforts statiques
dus aux différentes charges appliquées au bâtiment. Le dimensionnement
parasismique de ces éléments n’est pas différent du dimensionnement statique.
La structure parasismique est à présent conçue, je lance le calcul sismique à l’aide du
logiciel Robot pour voir les modifications que cela engendre.
1,5
1,4
2,2
Disposition parasismique
trame 7,20 m
1,9
trame 7,50 m
Séisme suivant X
0,8
Séisme suivant X
0,8
0,9
trame 7,20 m
Séisme suivant X
0,8
trame 7,50 m
Séisme suivant X
Figure 18 : déplacements de la structure parasismique dus à l'excitation sismique suivant X
30/44
1,3
1,6
0,7
trame 7,20 m
0,9
trame 7,50 m
Séisme suivant Y
Séisme suivant Y
1,5
1,3
2,8
2,7
2,1
trame 7,20 m
Séisme suivant Y
2,5
trame 7,50 m
Séisme suivant Y
Figure 19 : déplacements de la structure parasismique dus à l'excitation sismique suivant Y
L’étude des cartographies ci-dessus confirme l’amélioration du comportement de la structure
sous une excitation sismique et cela quelle que soit la direction de l’excitation.
2.2.2 Dimensionnement sismique selon la norme NF EN 1998-1 (EC 8)
Le dernier dimensionnement du bâtiment a été réalisé sous une excitation sismique
bidirectionnelle selon l’EC 8. Pour ce dimensionnement les modes sont sélectionnés par les
critères suivants :
 La somme des masses modales effectives pour les modes considérés atteint au
moins 90% de la masse totale de la structure ;
 Tous les modes dont la masse modale effective est supérieure à 5% de la masse
totale.
Le premier point de l’EC 8 pose les mêmes conditions que le deuxième du PS 92. Ce qui
permet d’avoir la même analyse spectrale pour calcul sismique quel que soit le règlement
utilisé.
31/44
J’ai effectué les calculs sismiques selon l’EC 8 sur le logiciel Robot en précisant les
caractéristiques du site suivantes :
Accélération de calcul 1,54 m/s²
Classe de sol
B
Paramètre de sol
1,35
TB
0,05 s
TC
0,25 s
TD
2,50 s
Tableau 18 : récapitulatif des paramètres sismiques du bâtiment selon l'EC 8
Afin de pouvoir comparer les deux types d’excitations sismiques j’ai gardé le même schéma
de contreventement que celui utilisé au paragraphe précédent. Voici les résultats obtenus
avec l’EC 8.
0,8
1,1
0,8
1,4
trame 7,20 m
0,8
1,0
trame 7,50 m
Séisme suivant X
0,5
Séisme suivant X
0,5
0,6
trame 7,20 m
Séisme suivant X
0,5
trame 7,50 m
Séisme suivant X
Figure 20 : déplacements de la structure parasismique dus à l'excitation sismique suivant X
32/44
0,9
0,9
0,6
trame 7,20 m
0,6
trame 7,50 m
Séisme suivant Y
0,9
Séisme suivant Y
0,9
1,6
1,5
1,4
trame 7,20 m
Séisme suivant Y
1,2
trame 7,50 m
Séisme suivant Y
Figure 21 : déplacements de la structure parasismique dus à l'excitation sismique suivant Y
Les cartographies ci-dessus obtenues à l’aide du logiciel Robot permettent de mettre en
évidence une diminution des déplacements lors du passage du PS 92 à l’EC 8.
33/44
3 Etude de l’impact du changement de trames
3.1 Etude sur le bâtiment non parasismique
Comme je le disais précédemment, la taille des trames des bâtiments hospitaliers courants
tend à augmenter. En effet, pour faciliter la circulation des malades en fauteuil roulant dans
les chambres et les salles de bain, les trames vont passer de 7,20 m à 7,50. Cette évolution
correspond à une augmentation de 4%. Pour quantifier l’impact de cette évolution, j’ai
comparé les résultats du dimensionnement des deux bâtiments avec des trames de 7,20 m
pour l’un et de 7,50 m pour l’autre.
Trame
7,50 m
Trame
7,20 m
DALLES
volume C30/37
masse d'acier
[m3]
4 336
4 005
8%
[kg] 190 381 163 349
17%
POUTRES
volume C30/37
masse d'acier
[m3]
546
4%
[kg] 111 411
20%
525
92 931
VOILES
volume C25/30 + C30/37 [m3]
masse d'acier
[kg]
143
1%
17 894
1%
138
17 660
POTEAUX
volume C30/37 + C40/50 [m3]
masse d'acier
[kg]
volume C25/30
[m3]
masse d’acier
[kg]
23
5%
29 550
7%
23
27 715
FONDATIONS
576
15%
23 386
11%
503
21 038
Tableau 19 : comparaison des deux trames 7,50 m et 7,20 m sans disposition parasismique
Les résultats obtenus sont expliqués en annexe. En effet, j’ai montré que ces résultats sont
cohérents et qu’ils pouvaient être anticipés pour la plupart.
34/44
3.2 Etude sur le bâtiment parasismique
Dans le paragraphe précédent, j’ai quantifié l’impact du changement de trames de 7,20 m à
7,50 m sur le bâtiment non parasismique. Pour savoir si les règlements parasismiques
modifient cet impact, voici la même étude mais sur le bâtiment parasismique.
PS 92
Trame Trame
7,50 m 7,20 m
EC 8
Trame Trame
7,50 m 7,20 m
DALLES
volume C30/37
masse d'acier
[m3]
4 313
3 983
4 313
3 983
8%
8%
[kg] 195 917 165 884 195 917 165 884
18%
18%
POUTRES
volume C30/37
[m3]
masse d'acier
[kg]
volume C30/37
[m3]
412
4%
83 847
20%
395
69 629
412
4%
83 847
20%
395
69 629
VOILES
masse d'acier
785
764
785
764
3%
3%
[kg] 142 656 131 844 131 297 120 082
8%
9%
POTEAUX
volume C30/37 + C40/50 [m3]
masse d'acier
[kg]
volume C25/30
[m3]
94
3%
22 197
6%
92
20 954
94
4%
21 822
5%
92
20 757
FONDATIONS
masse d'acier
3 858
3 760
3 542
3 461
3%
2%
[kg] 274 431 269 953 271 396 264 217
2%
3%
Tableau 20 : comparaison des trames 7,50 m et 7,20 m avec dispositions parasismiques
La comparaison précédente a mis en évidence les points suivants :
 Le règlement parasismique utilisé n’influe pas sur l’augmentation des quantités de
matériaux lors du passage des trames de 7,20 m à 7,50 m. De ce fait, j’en ai conclue
que la zone de sismicité dans laquelle se trouve le bâtiment n’influe pas sur cette
augmentation.
 L’augmentation des quantités de matériaux est la même pour les dalles, les poutres
et les poteaux lors du passage des trames de 7,20 m à 7,50 m que le bâtiment soit
parasismique ou non.
 L’augmentation des quantités de matériaux pour les fondations lors du passage des
trames de 7,20 m à 7,50 m dépend du bâtiment étudié. En effet, l’esprit de
dimensionnement des fondations change complètement lorsque le bâtiment est
parasismique ou non.
35/44
4 Etude de l’impact des règlements parasismiques
Après avoir étudié l’impact du changement de trames, j’ai étudié l’impact des règlements
parasismiques sur le bâtiment.
4.1 Comparaison des bâtiments non parasismique et parasismique
4.1.1 Non parasismique et NF P 06-013 (PS 92)
Dans ce paragraphe, j’ai étudié l’impact du règlement PS 92. Voici les résultats obtenus :
Comparaison des bâtiments non parasismique
et parasismique selon le PS 92
Volume de béton [m3]
5 000
4 000
3 000
Non parasismique Trame 7,50 m
2 000
PS 92 Trame 7,50 m
1 000
PS 92 Trame 7,20 m
0
Masse d'acier [kg]
300 000
250 000
200 000
150 000
100 000
PS 92 Trame 7,50 m
50 000
PS 92 Trame 7,20 m
0
Figure 22 : comparaison des bâtiments non parasismique et parasismique selon le PS 92
Les deux histogrammes m’ont permis de mettre en évidence les éléments contribuant à la
stabilité sismique du bâtiment. En effet j’ai pu constater :
 Une augmentation considérable des quantités de béton et d’acier constituant les
voiles et les fondations ; et
 Une stabilité des quantités de béton et d’acier constituant les dalles, poutres et
poteaux.
36/44
4.1.2 Non parasismique et NF EN 1998-1 (EC 8)
Dans ce paragraphe, j’ai étudié l’impact du règlement EC 8. Voici les résultats obtenus :
Comparaison des bâtiments non parasismique
et parasismique selon l'EC 8
5 000
4 000
3 000
2 000
EC 8 Trame 7,50 m
1 000
EC 8 Trame 7,20 m
0
Masse d'acier [kg]
300 000
250 000
200 000
150 000
100 000
EC 8 Trame 7,50 m
50 000
EC 8 Trame 7,20 m
0
Figure 23 : comparaison des bâtiments non parasismique et parasismique selon l’EC 8
Comme précédemment les deux histogrammes ci-dessus mettent en évidence :
 Une augmentation considérable des quantités de béton et d’acier constituant les
voiles et les fondations ; et
 Une stabilité des quantités de béton et d’acier constituant les dalles, poutres et
poteaux.
L’évolution subie par la structure pour que le bâtiment satisfasse aux normes
parasismiques implique des modifications considérables au niveau de la quantité des
voiles et des dimensions des fondations. Ces modifications se retrouvent que se soit
pour le PS 92 ou pour l’EC 8.
37/44
4.1.3 NF P 06-013 (PS 92) et NF EN 1998-1 (EC 8)
Après avoir comparé l’impact des règlements parasismiques sur le bâtiment, je me suis
intéressé aux différences qu’entrainent les deux règlements PS 92 et EC 8 sur le bâtiment.
Pour cela j’ai gardé strictement les mêmes dimensions des éléments de structure hormis
celles des fondations qui évolue de la façon suivante :
Comparaison du volume de béton dans
les éléments selon le PS 92 et l'EC 8
3 900
3 800
3 700
PS 92 Trame 7,50 m
3 600
EC 8 Trame 7,50 m
3 500
PS 92 Trame 7,20 m
3 400
EC 8 Trame 7,20 m
3 300
3 200
Fondations
Figure 24 : comparaison du volume des fondations suivant le règlement parasismique
Par conséquent, seule la quantité d’acier varie dans le dimensionnement des éléments. Pour
mieux apprécier l’impact du changement de règlement parasismique, j’ai séparé la
comparaison des éléments. Les résultats obtenus sont les suivants :
22 500
150 000
22 000
140 000
Masse d'acier [kg]
Masse d'acier [kg]
Comparaison de la quantité d’acier dans les
éléments selon le PS 92 et l’EC 8
21 500
21 000
20 500
130 000
120 000
110 000
100 000
20 000
Poteaux
Voiles
38/44
Masse d'acier [kg]
275 000
270 000
265 000
260 000
255 000
Fondations
Figure 25 : comparaison de la quantité d'acier suivant le règlement parasismique
Grâce à cette comparaison, j’ai pu constater que l’impact de l’EC 8 est moins important que
celui du PS 92. En effet, cette tendance se retrouve sur les quatre histogrammes ci-dessus.
Pour quantifier cette tendance j’ai dressé le tableau suivant :
PS 92
EC 8
Trame 7,50 m Trame 7,20 m Trame 7,50 m Trame 7,20 m
Béton
Acier
Fondations [m3]
3 858
3 760
Voiles
[kg]
142 656
131 844
Poteaux
[kg]
22 197
20 954
Fondations [kg]
274 431
269 953
3 542
-8%
131 297
-8%
21 822
-2%
271 396
-1%
3 461
-8%
120 082
-9%
20 757
-1%
264 217
-2%
Tableau 21 : comparaison des deux règlements parasismiques
Lorsque l’EC 8 est appliqué, j’ai pu constater de nombreuses diminutions par rapport aux
quantités de matériaux nécessaires avec le PS 92. Dans les points suivants, j’ai expliqué
certaines causes de ces évolutions :
 Les diminutions du volume des fondations et de la masse d’acier dans les voiles
s’expliquent par une réduction des efforts sismiques.
 La quasi-stabilité de la quantité d’acier dans les fondations s’explique par le fait que
la plupart des fondations sont dimensionnées de façon à empêcher le soulèvement
ou le basculement. Par conséquent, j’ai joué sur le poids propre de la semelle en
modifiant son épaisseur sans modifier le panier d’armatures noyé dans celle-ci.
Le changement de règlement parasismique a entrainé les diminutions du volume
des fondations et de la quantité d’acier dans les voiles qui sont dues à la réduction
des efforts sismiques.
39/44
4.1.4 Comparaison financière des trois dimensionnements
Dans les paragraphes précédents, j’ai mis en évidence les fluctuations de quantités de béton
et d’acier suivant le règlement utilisé pour le dimensionnement. Après avoir fait une
estimation financière j’ai comparé le ratio €/m² de chaque bâtiment. Pour cela, j’ai appliqué
les prix suivants qui sont toujours les mêmes jusqu’à la fin de l’étude7 :
Désignation
Unité
Volume de béton pour dalles, voiles et fondations
Volume de béton pour poutres et poteaux
Masse d’acier
Surface de coffrage des dalles
Surface de coffrage des poutres
Surface de coffrage des voiles
Surface de coffrage des poteaux
Surface de coffrage des joues de longrine
[m3]
[m3]
[kg]
[m2]
[m2]
[m2]
[m2]
[m2]
Prix Unitaires
[€ HT]
190 €
200 €
2,35 €
55 €
50 €
40 €
45 €
41 €
Tableau 22 : récapitulatif des prix unitaires utilisés
Avec les prix ci-dessus j’ai obtenu les ratios suivants :
Récapitulatif
Non Parasismique Prix total [€ HT] Surface dalles [m2] RATIO [€/m2]
trame 7,50 m
3 539 932 €
16 790
211 €
trame 7,20 m
3 257 345 €
15 509
210 €
PS 92
Référence pour la
comparaison des
trames de 7,50 m
Idem pour celles
de 7,20 m
Prix total [€ HT] Surface dalles [m2]
trame 7,50 m
5 233 469 €
16 716
313 €
50%
trame 7,20 m
4 908 445 €
15 439
318 €
51%
307 €
45%
EC 8
trame 7,50 m
5 138 280 €
16 716
4 807 622 €
15 439
311 € 48%
Tableau 23 : comparaison des ratios €/m2 suivant le règlement parasismique utilisé
trame 7,20 m
Voici les conclusions que j’ai pu tirer du tableau ci-dessus :
 L’application de l’EC 8 est légèrement moins pénalisante que celle du PS 92 ;
 Le ratio €/m2 du bâtiment dimensionné avec un règlement parasismique est plus
faible pour des trames de 7,50 m. Ceci s’explique par le fait que son élancement est
plus faible. En effet, la hauteur des bâtiments est identique par contre la longueur et
la largeur varie suivant les trames.
7
Les différents prix unitaires ne reflètent pas forcement les prix actuel du marché car ils datent de 2008. Pour
que la comparaison soit possible avec la première étude j’ai dû garder ces prix.
40/44
5 Étude comparative des deux systèmes constructifs
Cette partie est consacrée à la comparaison des systèmes constructifs poteau-poutre et
plancher-dalle. Pour que la comparaison soit possible, il faut étudier le bâtiment avec la
même longueur de trames et le même règlement parasismique. Ici l’étude a été faite avec :
 Des trames de 7,20 m ;
 Le règlement PS 92.
Cependant, comme les deux structures sont différentes j’ai dû les comparé en faisant des
ratios €/m2.Voici les résultats obtenus :
Récapitulatif
PS 92
Prix total [€ HT] Surface dalles [m2] RATIO [€/m2]
Poteau-poutre
trame 7,20 m
4 908 445 €
15 439
318 €
-4%
Estim. n°1
Plancher-dalle
trame 7,20 m
27 252 229 €
82 450
331 €
Tableau 24 : comparaison des ratios €/m² des deux types de structure
A première vue la solution de la structure poteau-poutre est 4% moins chère. Cependant,
il faut modérer ce résultat. En effet, à cause des retombées de poutre, la hauteur libre sous
poutre est inférieure de 30 cm à la hauteur libre sous dalle. Pour garder la même hauteur
libre pour les deux solutions, il faut augmenter la hauteur des étages de 30 cm soit 7%.
Pour avoir une première idée de l’impact de cette augmentation, je l’ai répercuté sur les
voiles et les poteaux, par une règle de proportionnalité ce qui a entrainé une plus value de
1,9%. Voici les nouveaux ratios :
Récapitulatif
PS 92
Prix total [€ HT] Surface dalles + dallage [m2] RATIO [€/m2]
Poteau-poutre
trame 7,20 m
4 998 016 €
Estim. n°1
Prix total [€ HT]
Plancher-dalle
15 439
324 € -2%
Surface dalles [m2]
trame 7,20 m
27 252 229 €
82 450
331 €
Tableau 25 : comparaison des ratios €/m² avec la même hauteur libre
Cette modification ne prend en compte que l’augmentation des quantités de matériaux dans
les voiles et les poteaux alors que le bâtiment subi d’autres changement :
 Augmentation de la hauteur des planchers et donc des masses excitées ;

Augmentation de l’élancement du bâtiment ;

Augmentation des efforts sismiques horizontaux ;

Augmentation des quantités de matériaux dans les éléments sismiques primaires et
les fondations ;
41/44
Pour bien estimer ce changement, il faudrait relancer une modélisation ainsi que les calculs
sismiques sur le nouveau bâtiment pour prendre en compte les points ci-dessus.
En plus de cette modification structurelle s’ajoute aux changements précédents ceux des
autres corps d’états. En effet, cette augmentation va s’accompagner :
 D’une augmentation de 1,50 m, soit 7,5%, sur toutes les réseaux verticaux ;
 D’une augmentation de la surface de façade.
Au final, la solution poteau-poutre qui semblait légèrement avantageuse au niveau
structurel, doit être à nouveau étudiée avec cette augmentation de hauteur et avec
l’augmentation des quantités des autres lots avant d’affirmer quoique ce soit. Il est fort
probable que les deux solutions soient équivalentes sur le plan financier. A présent voyons
les avantages et les inconvénients de la structure plancher-dalle par rapport à la structure
poteau-poutre :
 Avantages :
o Pas de retombées de poutres donc facilité de mise en place des réseaux ;
o Bâtiment plus compact pour une même hauteur libre, donc les masses
excitées sont plus basses, donc les efforts sismiques plus faible ;
o Meilleure gestion du retrait car la dalle est ferraillée dans les deux sens ;
o L’épaisseur de la dalle améliore l’effet diaphragme ;
o L’épaisseur de la dalle améliore l’acoustique ;
o Bâtiment coulé en place donc pas de transport d’éléments préfabriqués, mais
consommation importante de béton qui nécessite une centrale sur chantier.
 Inconvénients :
o Difficile de réaliser des réservations à proximité des poteaux pour les gaines
techniques, les colonnes de désenfumage et les canalisations qui ne peuvent
pas descendre facilement le long des poteaux ;
o L’épaisseur de la dalle augmente les masses donc les efforts sismiques ;
o Difficulté de réalisation sur place des nœuds poteau-dalle ;
o Technique de construction moins répandue donc moins maitrisée et par
conséquent qui risque d’être surévaluée par les entreprises si elles ne sont
pas spécialisées.
42/44
Conclusion
Ce Projet de Fin d’Etudes de vingt semaines au sein de l’entreprise SIRR Ingénierie a été
ma première expérience avec le monde de l’ingénierie. L’étude que j’ai menée dans le cadre
de ce projet avait pour support le nouveau Centre Hospitalier de Belfort-Montbéliard. Pour
mener à bien cette étude de long terme, il m’a fallu organiser et gérer le projet de façon
autonome. Cette étude m’a également permis de découvrir les nouveaux règlements
Eurocodes pour le calcul de dimensionnement des structures ainsi que d’approfondir ma
connaissance des logiciels de calculs comme Robot. Toutes ces nouveautés m’ont permis
de mettre en exergue mes capacités d’adaptation au contact d’un nouvel environnement de
travail. Cette adaptation a ensuite contribué au bon déroulement du PFE.
L’objectif principal de mon étude était de mettre en évidence et de quantifier l’impact des
règlements parasismiques PS 92 et EC 8 sur des bâtiments hospitaliers courants de trame
7,20 m et 7,50 m.
Ma première approche a été de comparer le dimensionnement du bâtiment en fonction des
dimensions de sa trame. Cette étude a mis en évidence une augmentation des quantités de
matériaux qui concorde avec l’augmentation de la longueur de la trame. Pour compléter
cette approche, je me suis intéressé à la même comparaison mais cette fois-ci sur les
bâtiments parasismiques. Le but de ce complément est de savoir si le calcul parasismique
influait sur l’augmentation des quantités de matériaux. Les résultats obtenus m’ont permis de
conclure que l’augmentation de la longueur de la trame a le même impact avec ou sans
calculs parasismiques.
Ma deuxième approche a été de quantifier les différences qui existent entre un bâtiment
dimensionné avec le PS 92 et le même bâtiment dimensionné avec l’EC 8. Pour cela j’ai
comparé les bâtiments possédant des trames de même longueur mais dimensionnés sans
règlement parasismique puis avec chacun des deux règlements parasismiques. Bien
évidemment, les différences entre un bâtiment non parasismique et parasismique sont
importantes. En effet, la différence qui existe sur la quantité des voiles et les dimensions des
fondations est importante. En revanche celle-ci s’estompe entre le PS 92 et l’EC 8. Le
passage de la première à la seconde entraine une diminution légèrement inférieure à 10%
sur la quantité de matériaux dans les voiles et les fondations.
Pour finir j’ai appliqué mes résultats pour comparer une structure poteau-poutre et plancherdalle. Le résultat de cette comparaison montre que les deux structures sont équivalentes sur
le plan financier, reste donc à considérer les avantages et les inconvénients de chacune
pour faire son choix.
Sur un plan personnel, ce stage a conforté mon projet professionnel qui est de travailler dans
le domaine de la structure. Il m’a permis de faire évoluer mes compétences dans plusieurs
domaines techniques mais aussi organisationnels et m’a donner envie d’en approfondir
d’autres qui me seront utiles pour mes futures expériences professionnelles.
43/44
Bibliographie
PAILLE, Jean-Marie. EUROCODE – Calcul des structures en béton, Eyrolles, 2009, 620p.
ROUX, Jean. EUROCODE Ŕ Pratique de l’Eurocode 2, Eyrolles, 2009, 667p.
Les normes utilisées :
-
-
-
NF EN 1990 Ŕ Eurocodes structuraux : bases de calcul des structures
NF P 06-100-2 Ŕ Eurocodes structuraux : bases de calcul des structures Ŕ annexe
nationale de la NF EN 1990.
NF EN 1991-1-1 Ŕ Eurocode 1 : actions sur les structures Ŕ actions générales Ŕ poids
volumiques, poids propres, charges d’exploitation des bâtiments.
NF P 06-111-2 Ŕ Eurocode 1 : actions sur les structures Ŕ actions générales Ŕ poids
volumiques, poids propres, charges d’exploitation des bâtiments Ŕ annexe nationale
de la NF EN 1991-1-1.
NF EN 1991-1-3 Ŕ Eurocode 1 : actions sur les structures Ŕ actions générales Ŕ
charges de neiges.
NF EN 1991-1-3/NA Ŕ Eurocode 1 : actions sur les structures Ŕ actions générales Ŕ
charges de neiges Ŕ annexe nationale.
NF EN 1991-1-4 Ŕ Eurocode 1 : actions sur les structures Ŕ actions générales Ŕ
charges du vent.
NF EN 1991-1-4/NA Ŕ Eurocode 1 : actions sur les structures Ŕ actions générales Ŕ
charges vent Ŕ annexe nationale.
NF EN 1992-1-1 Ŕ Eurocode 2 : calcul des structures en béton Ŕ règles générales et
règles pour les bâtiments.
NF EN 1992-1-1/NA Ŕ Eurocode 2 : calcul des structures en béton Ŕ règles générales
et règles pour les bâtiments Ŕ annexe nationale.
NF EN 1998-1 Ŕ Eurocode 8 : calcul des structures pour leur résistance aux séismes
Ŕ règles générales, actions sismiques et règles pour bâtiments.
NF EN 1998-1/NA Ŕ Eurocode 8 : calcul des structures pour leur résistance aux
séismes Ŕ règles générales, actions sismiques et règles pour bâtiments Ŕ annexe
nationale.
NF P 06-013 Ŕ Règles de construction parasismique applicables aux bâtiments.
44/44

Etude structurelle de l`impact des règles PS 92 et Eurocode 8 sur

Transcription

Documents pareils

Groupe de parole sur la douleur

Téléchargez le plan d`accès à l`UFR SLHS

Voie Verte du canal du Rhône au Rhin Eurovélo6

La construction parasismique

3.3-Les règles de construction parasismique

COLOMBIER LE CARDINAL - Les Perrines

Le mobilier parasismique - Architectes de l`urgence

CHU, Centre Hospitalier / 97232

Aides CROUS (0,01Mo)