amann gc5 - synthèse

8/17/2019 Amann Gc5 - Synthèse

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INS STR S OURG – SPÉCI LITÉ GÉNIE CIVIL

PROJET DE FIN D’ÉTUDES

SYNTHÈSE

LES HAUTS DE MALAGNOU

ANALYSE DE LA STRUCTURE PORTEUSE D’UN BÂTIMENT DE LOGEMENT

AUTEUR: ALRICK AMANN

TUTEUR ENTREPRISE: LORENZO LELLI – INGÉNIEUR CIVILINGENI S.A. - 12 RUE DU PONT-NEUF – 1227 CAROUGE – GENÈVE (CH)

TUTEUR INSA: DUQUESNAY PIERRE – INGÉNIEUR CIVIL – DIRECTEUR D’AGENCESEDIME – 50 RUE DES VIGNES – 67202 WOLFISHEIM (F)

GENÈVE, LE 1ER JUIN 2010


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Janvier- Juin 2010 - Projet de Fin d’Etudes – Synthèse – Les Hauts de Malagnou

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ésumé

Le projet de fin d’études porte sur l’analyse structurale d’un bâtiment de logement, « Les Hauts de

Malagnou », de huit niveaux (six hors-sols, deux sous-sols), implanté sur la commune de Chêne-Bougeries, dans la périphérie genevoise (CH). Le bâtiment sera entièrement réalisé en béton armé et leprédimensionnement des éléments a déjà été effectué pendant la phase d’avant-projet.

L’étude de la stabilité verticale de l’ouvrage consiste au dimensionnement des dalles, des poteaux et duradier. Pour ce faire, un calcul manuel de descente de charge a été réalisé, sur la base de plans fournispar le bureau d’architecture Luscher basé à Lausanne. L’ensemble des calculs a été réalisé sur la basedes normes de dimensionnement suisses SIA et les normes européennes Eurocodes.

La stabilité horizontale de l’ouvrage est assurée par des voiles de contreventement en béton armé. Uneanalyse dynamique, basée sur la méthode des forces de remplacement et sur la méthode des spectresde réponse, a permis de déterminer les efforts sollicitants les voiles. Ceux-ci ont été dimensionnés encapacité, en considérant un système de consoles verticales sollicitées en flexion.L’étayage temporaire de la fouille en phase d’exécution a fait l’objet d’un dimensionnement. La stabilitéhorizontale a été analysée en prenant en compte d’une part les efforts apportés par le sol et d’autre partl’apport des déformations thermiques empêchées sur les efforts appliqués aux butons.

Une étude des divergences entre les normes et méthodes suisses et françaises a été effectuée. Celle-ciporte principalement sur les différences observées dans les méthodes d’exécution dues aux habitudesde travail différentes entre les deux pays.

bstract

This final project assignment deals with the structural analysis of a housing project, « Les Hauts deMalagnou », consisting of eight levels (six above-ground, two underground) located in Chêne-Bougeries,close to Geneva (CH). The building will be made of reinforced concrete and the concept and preliminarydesign phases have been already accomplished.

The analysis of the vertical stability consists in designing the inner and outer slabs, the columns and theraft. To that end, an analysis of the loads based on the architect’s plans has been realised. Thecalculations have been based on the Swiss design codes SIA and the European codes.

The horizontal stability is provided by the reinforced-concrete bracing walls. A seismic analysis, based onthe replacement forces method and on the response spectrum analysis method, leads to thedetermination of the loading forces in the walls. These have been designed using the capacity designmethod, considering vertical cantilevers submitted to the seismic horizontal forces. The temporaryshoring of the excavation during the execution phase has been designed. The horizontal stability of thediaphragm walls has been analysed considering on one hand the loads of soil and on the other hand thecontribution of the thermal restrained deformations on the axial force of the trench shoring.

A study of the divergences between the design approaches currently used in Switzerland and France hasbeen carried out. This analysis mainly deals with the differences observed in the construction methods,due to different working habits between the two countries.


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Synthèse

1.1 Contexte :

Le présent mémoire met en avant les travaux réalisés lors de ce projet de fin d’études. L’objectif de ceprojet consistait en l’analyse de la structure porteuse d’un bâtiment du complexe des Hauts deMalagnou, un bâtiment de logement de 8 niveaux situé à Genève, en Suisse. Le complexe comporte 5bâtiments (A-B-C-D-E) reliés entre eux par un sous-sol de deux niveaux. Les bâtiments B et E étudiésproposent une surface habitable de plus de 5000 m² (6 niveaux hors sol, 2 niveaux en sous-sols)destinée à accueillir des logements et des locaux administratifs. L’ensemble de l’ossature porteuse estréalisé en béton armé. La stabilité verticale du bâtiment est assurée par des dalles reposants sur desvoiles en béton armé. La stabilité horizontale de l’ouvrage repose sur un système de refends en bétonarmé traversant l’intégralité du bâtiment du premier sous-sol jusqu’à la toiture. Etudier l’intégralité de lastructure, aussi bien statiquement que dynamiquement, a permis d’aborder un grand nombre deproblématiques différentes.

1.2 Analyse statique :

Après avoir établi la descente de charges, nous avons procédé au prédimensionnement et audimensionnement des éléments porteurs selon les normes suisses SIA et les normes européennesEurocodes. L’étude des dalles à travers différentes méthodes de calcul (théorie élastique des plaques,méthode des bandes, méthode des lignes de rupture) a permis de discerner l’intérêt de chacune d’entreelles. La méthode élastique des plaques s’est avérée particulièrement adaptée pour l’étude des dalles àla géométrie complexe. Au contraire, la méthode des bandes est plus intuitive et mieux adaptée à desgéométries régulières et peut être réalisée sans l’aide d’un logiciel de calcul. Cependant, cette méthode àtendance à surdimensionner la section, car elle ne prend que sommairement en compte la répartition

élastique des champs de contrainte dans le sens perpendiculaire à la portion étudiée. La méthode deslignes de rupture est difficilement applicable à des géométries complexes, mais s’est révélée trèsperformante dans l’étude de la capacité portante ultime des structures existantes en permettant dediminuer de manière considérable l’armature de flexion. Ces méthodes de calcul ont été appliquées dansle cadre de l’analyse d’une portion de dalle de l’abri antiatomique, où la capacité portante ultime estprépondérante par rapport à la déformabilité du système.

L’étude des fondations et du système de soutènement a grandement été influencé par les contraintestechniques du site. Nous avons procédé à une analyse des contraintes géotechniques et géomécaniquesdu sol, ce qui a permis le dimensionnement du radier à la flexion, à l’effort tranchant et aupoinçonnement. Le manque de place, la présence d’arbres à conserver et la localisation du site ontfavorisé la mise en uvre de parois moulées plutôt qu’une solution de type terrassement général, dontl’emprise des talus aurait fortement limité l’aire de chantier. Ceci permet une réduction du volume de

terres mise en décharge et réduit grandement les nuisances sonores engendrées par la circulation descamions. L’étude du blindage de l’excavation a été l’opportunité d’analyser les effets des déformationsthermiques empêchées sur les efforts sollicitants le système de butonnage. L’étude à mis en avantl’importance de la géométrie de l’étayage sur l’intensité des efforts générés. Dans le cas de la solutionretenue, les déformations empêchées dans l’étayage engendrent un surplus d’efforts axiaux à hauteur de55%, ce qui n’est pas négligeable lors du dimensionnement. La prise en compte du gradient thermiqueappliqué au butonnage s’est donc avérée essentielle à la sécurité structurale, alors que ce phénomèneest souvent négligé lors des études.


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1.3 Analyse dynamique :

L'analyse dynamique a permis de montrer l'intérêt d'un calcul manuel des efforts dans les refends par laméthode des forces de remplacement, particulièrement dans le cas de bâtiments à la géométrierégulière. Les efforts ainsi déterminés sont donc légèrement plus importants que ceux déterminés avec laméthode du spectre de réponse effectuée à l'aide d'un logiciel de calcul aux éléments finis, en raison del'utilisation du seul mode fondamental lors de l'analyse monomodale. Une analyse multimodale a permisde mettre en avant des résultats similaires, compte tenu de la régularité en plan et en élévation del’ouvrage et de la symétrie des refends. Le dimensionnement en capacité des refends a permis d'aborderla notion de rotule plastique dans des ouvrages en béton armé. Les refends ont été considérés commedes consoles verticales sollicitées en flexion composée. Ainsi, une disposition adéquate des armaturespermet d’imposer la localisation de la plastification en pied du refend, afin d’assurer la dissipation del’énergie sismique au niveau de la rotule plastique tout en assurant la capacité portante de la structureface aux charges verticales.

1.4 Divergences entre la Suisse et la France dans la construction :

La réalisation de ce projet de fin d’études en Suisse a été l’occasion de constater les divergences entrece pays et la France en matière de construction. Les différences observées entre les systèmes suisses etfrançais reposent à la fois sur un contexte industriel et sur la législation différents. Depuis quelquesannées, l’important développement de l’industrie de la préfabrication en France entraîne une utilisationmassive d’éléments préfabriqués sur mesures (prédalles, prémurs, cages d’armature, treillis soudés,poutres précontraintes). Ceci a pour conséquence une diminution du besoin de main-d’uvre sur leschantiers et une réduction des délais de réalisation. Le marché de la préfabrication en Suisse estbeaucoup moins étendu et seuls certains éléments standardisés ou de petites tailles (poteaux, escaliers,parements en façade) sont préfabriqués en usine. Ainsi, la quasi-totalité des ouvrages en béton estcoulée en place. Ceci a pour conséquence la nécessité d’une main-d’uvre plus qualifiée, capable deréaliser des coffrages de toute sorte et des ferraillages complexes sur chantier à partir de simples barres

d’armature.Une autre différence importante entre les deux pays concerne le contrôle des études et des travauxd’exécution. La législation suisse n’impose pas la supervision des projets par un bureau de contrôle, cequi rend le rôle de l’ingénieur différent entre les deux pays. L’ingénieur suisse voit sa responsabilité et sonautonomie augmentées, ce qui entraîne généralement un gain de temps et d’argent pour le bureaud’études. Au contraire, le bureau d’ingénierie français verra sa responsabilité partagée en cas de sinistre,en dépit de contrôles parfois chronophages. Néanmoins, le bureau de contrôle permet d’avoir un autreregard sur le projet et limite les risques de sinistre en soulignant directement les points sensibles del’ouvrage. Ce regard extérieur sur projet peut faire défaut à l’ingénieur suisse qui se retrouve ainsi commele seul garant de la sécurité structurelle de l’ouvrage.

1.5 Bilan des acquis :

Au terme de ce projet de fin d’études, le bilan des connaissances et des compétences acquises mepermet de conclure que cette expérience au sein du bureau INGENI à Genève a été riche enenseignements. J’ai ainsi pu acquérir de nouveaux concepts de calcul au sein d’une équipe soudée ettoujours disponible. Cette expérience m’a permis d’amorcer le métier d’ingénieur civil, qui ne consistepas seulement à appliquer des méthodes éprouvées, mais tend vers une constante remise en questionde la technique et des connaissances, en s’adaptant en fonction des problématiques structurales etéconomiques.

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