Etude statique et dynamique de la structure et des fondations du Plateau technique du CHU de

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Niveau: Supérieur
Mémoire de PFE Etude statique et dynamique de la structure et des fondations du Plateau technique du CHU de Grenoble Auteur : ZACHAROPOULOS Constantin INSA Strasbourg, Spécialité Génie Civil, Option CO Tuteur en entreprise : ANTOINET Sébastien Ingénieur structure, INSA de Strasbourg, O.T.E Tuteur INSA Strasbourg : SIEFFERT Jean-Georges Professeur des universités Juin 2008

  • détermination des porteurs

  • structure en béton

  • structure béton armé

  • dimensionnement des porteurs et des fondations

  • appuis élastiques de raideur équivalente

  • dimensionnement de l'ouvrage

  • efforts sismiques sur appuis

  • spectre de dimensionnement


Publié le : dimanche 1 juin 2008
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Source : eprints2.insa-strasbourg.fr
Nombre de pages : 53
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 Mémoire de PFE   Etude statique et dynamique de la structure et des fondations du Plateau technique du CHU de Grenoble    
  Auteur:
 
 
 Tuteur en entreprise :  
 
 Tuteur INSA Strasbourg :  
 Juin 2008
 
ZACHAROPOULOS Constantin   INSA Strasbourg, Spécialité Génie Civil, Option CO
ANTOINET Sébastien Ingénieur structure, INSA de Strasbourg, O.T.E
SIEFFERT Jean-Georges Professeur des universités 
  
   
 
 
Remerciements 
 
 
Je tiens à remercier M. SIEFFERT, mon tuteur de projet de fin d’étude à l’INSA, qui
m’a suivi tout au long de cette période et m’a conseillé sur l’orientation que celui-ci devait
prendre.
 
Par ailleurs je remercie M. STOLL, Chef du département Génie Civil de O.T.E.
Ingénierie et responsable de mon projet, ainsi Mme HOFFER, Directrice des Ressources
humaines qui m’ont permis d’effectuer mon stage au sein du groupe.
 
Je remercie fortement Sébastien ANTOINET, qui m’a suivi et guidé durant ces vingt
semaines et m’a transmis la passion du métier. De plus, je voudrais remercier Sandrine
LINGELSER pour ses nombreux conseils qui m’ont été très utiles.
 
Enfin, je tiens à remercier tous les ingénieurs, projeteurs, économistes et stagiaires
pour leur aide et le temps qu’ils ont partagé avec moi.
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Mémoire de Projet de Fin d’Etudes
 
 Résumé
 
 
  Le PFE porte sur l’étude statique et sismique du Plateau technique « satellite » du CHU de Grenoble. La structure en béton armé et les fondations profondes sont prédimensionnées en phase APD.  L’étude statique comprend la descente de charge, le dimensionnement des porteurs et des fondations. Dans un premier temps cette tâche a été effectuée manuellement puis assistée par ordinateur grâce aux logiciels GRAITECArche OssatureetEffel Structure.  La modélisation représente une part importante de l’étude : afin de mieux rendre compte de l’interaction sol/structure j’ai étudié et comparé des modèles appuis fixes et sur appuis élastiques de raideur équivalente à celle du sol.  Différents critères de comparaison tendent à montrer que l’étude des bâtiments sur appuis élastiques donne des résultats plus proches de la réalité et plus acceptables pour le dimensionnement de l’ouvrage que des modèles sur appuis fixes.     Abstract  
 The End-of-studies Project deals with the static and seismic study of the Technical platform of the Hospital of Grenoble. Both the size of the structure made of the reinforced concrete and the foundation piles are examined at a pre-project stage.  The static study includes the determination of the loads, of the size of the bearing elements, as well as the dimensions of the piles. I carried out this task once manually, and then thanks to GRAITEC’s civil engineering softwaresArche OssatureandEffel Structure.  Modelling is an important phase of the study: in order to take into account the ground/foundation interaction, I have studied and compared models lying on fix supports and elastic supports with a ground equivalent stiffness.  Various criteria of comparison lead to the conclusion that studying buildings as models on elastic supports gives a better representation of reality and more acceptable results for the design of the structure.  
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Mémoire de Projet de Fin d’Etudes
 
 Sommaire  
 
 
Introduction ......................................................................................................... 6 
Présentation de lentreprise................................................................................8 
LAffaire...............................................................................................................9 
1. Descente de charge ..................................................................................... 11 
1.1.  ................................................................................... 11Données et hypothèses 1.1.1. Matériaux ......................................................................................................... 11 1.1.2. Hypothèses et détermination des porteurs........................................................ 11 1.1.3. Détermination des charges ............................................................................... 11
1.2. Descente de charge......................................................................................... 12 1.2.1. Charpente métallique........................................................................................ 12 1.2.2. Structure en béton............................................................................................. 13
2.  .................................................................................. 14Etude de la structure 
2.1. Prédimentionnement de la structure............................................................... 14 2.1.1. Combinaisons d’actions ................................................................................... 14 2.1.2. Vérification des dalles ...................................................................................... 14 2.1.3. Prédimensionnement des poutres en flexion simple (ELUR) .......................... 15 2.1.4. Vérification des poteaux................................................................................... 15
2.2. Etude de Porte -à-faux.................................................................................... 16 2.2.1. Etude du porte-à-faux ouest ............................................................................. 16 2.2.2. Etude du porte-à-faux nord .............................................................................. 19
3. des fondations profondes en statique ............................................Etude  22 
3.1.  ................................................................................... 22Données et hypothèses 3.1.1. Données ............................................................................................................ 22 3.1.2. Résultats et analyse des sondages .................................................................... 22 3.1.3. Positionnement des pieux................................................................................. 23
3.2. Prédimensionnement des pieux en statique ................................................... 24 3.2.1. Contrainte du béton .......................................................................................... 24 3.2.2. Predimensionnement ........................................................................................ 24 3.2.3. Effet de groupe ................................................................................................. 26
4. Modélisation ................................................................................................ 27 
4.1. 
4.2. 
4.3. 
Présentation des logiciels ............................................................................... 27 
Hypothèses de modélisation et d’exportation ................................................ 27 
Comparaison des descentes de charges.......................................................... 28 
4.4. Modélisation des appuis élastiques ................................................................ 29 4.4.1. Compression..................................................................................................... 30
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Mémoire de Projet de Fin d’Etudes
5. 
4.4.2. 4.4.3.
    Arrachement ..................................................................................................... 30 Efforts horizontaux........................................................................................... 30
Etude sismique ............................................................................................ 34 
5.1. Paramétrage sismique .................................................................................... 34 5.1.1. Données générales............................................................................................ 34 5.1.2. Spectre de dimensionnement (calcul) .............................................................. 35 5.1.3. Combinaisons de Newmark ............................................................................. 36 5.1.4. Combinaisons d’actions ................................................................................... 36 5.1.5. Sécurité à l’ELUA ............................................................................................ 37
5.2. Modélisation et vérification ........................................................................... 37 5.2.1. Modèles ............................................................................................................ 37 5.2.2. Intégration Modale Spectrale ........................................................................... 37
5.3. Etude des déplacements ................................................................................. 41 5.3.1. Validation des modèles .................................................................................... 42 5.3.2. Déplacements différentiels ............................................................................... 43 5.3.3. Joints de dilatation............................................................................................ 43
5.4. Efforts sismiques sur appuis .......................................................................... 44 5.4.1. Efforts verticaux ............................................................................................... 44 5.4.2. Efforts horizontaux........................................................................................... 46 5.4.3. Ferraillage minimal .......................................................................................... 47
5.5. Ferraillage d’un voile de contreventement......................................................... 47 5.5.1. Ferraillage statique ................................................................................................. 48 5.5.2. Ferraillage sismique ............................................................................................... 49
Conclusion .......................................................................................................... 50 
Annexes...............................................................................................................51 
Bibliographie......................................................................................................53 
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Mémoire de Projet de Fin d’Etudes
 
 
 
 
 
Introduction      Mon Projet de fin d’études porte sur l’étude d’une structure béton armée et de ses fondations profondes en statique et en dynamique. Le bâtiment en question est le Plateau technique « satellite » du CHU de Grenoble. Le choix de cet édifice pour mon projet a été motivé par les nombreuses contraintes d’étude dues aussi bien à la région (sismicité), au site (terrain argileux), qu’à son architecture. L’étude se déroule au sein de l’entreprise O.T.E. située à Illkirch.  L’objectif final du projet est de me mettre en situation réelle d’ingénieur structure ayant des contraintes physiques, esthétiques et économiques à respecter afin d’acquérir méthode et rigueur. Analyser des résultats, valider les hypothèses, faire des choix et savoir les justifier, tel est le but que je me suis fixé.  La première étape du projet est l’étude statique générale du bâtiment, autrement dit un prédimensionnement des différents éléments de la structure et des fondations profondes dans l’optique d’une modélisation sur un logiciel de calcul. Les objectifs de cette phase sont nombreux. Dans un premier temps elle a comme but de me faire découvrir le bâtiment et les diverses particularités du projet. En effet, celui-ci recèle de nombreuses singularités nécessitant une attention particulière. Dans un second temps elle me permettra de faire le point sur certains principes de calcul en béton armé et quelques aspects des règlements non abordés ou non approfondis pendant le cursus universitaire. La seconde étape est l’étude de l’hôpital en dynamique. Celle-ci comprend une phase importante de modélisation des bâtiments sur les logicielsArcheet Effel. de rendre Afin l’étude plus intéressante on essayera prendre en compte l’interaction sol/structure en modélisant des appuis élastiques. L’étude sera donc axée sur la comparaison de modèles sur appuis rigides et sur appuis élastiques. On jugera ensuite leur validité selon certains critères tels les déplacements et les efforts développés sur les appuis.  Le rapport présente cinq parties détaillant le travail que j’ai effectué et les résultats obtenus durant les vingt semaines de mon projet de fin d’étude. Les trois premières parties sont axées sur l’étude statique de la structure en béton et des fondations profondes. La quatrième partie quant à elle s’attache à la modélisation de la structure. Enfin, la cinquième partie concerne l’étude des bâtiments en sismique.       
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Mémoire de Projet de Fin d’Etudes
 
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Mémoire de Projet de Fin d’Etudes
 
 
 
  Présentation de l’entreprise
 
 
  La sociétéOmnium Technique Européen (O.T.E.), est un bureau d’ingénierie pluridisciplinaire axé sur la Maîtrise d’œuvre dans le domaine du bâtiment. D’un capital de 1.000 k€, elle dégage durant l’exercice 2007 un CA d’environ 16.500 k€.  Reconnue dans le Nord-Est de la France pour la construction et la réhabilitation de bâtiments publics, tertiaires et industriels, ses compétences englobent l’Economie de projet, la Direction de projets, l’Etude technique et la Direction de travaux (OPC, CSPS). L’Etude regroupe les départements de Génie civil, Génie électrique, Génie thermique, Economie de la Construction, Voiries et Réseaux Divers, l’Environnement et sécurité.  Créée en 1962, son siège social de situe à Illkirch-Graffenstaden (67). O.T.E emploie 200 personnes dont 105 cadres et ingénieurs répartis dans ses agences de Strasbourg (67), Colmar (68), Mulhouse(68), Metz (57), Paris (75) et Nantes (44). Le groupe OTE rassemble plusieurs structures telles queR2A, maître d’œuvre en région Lorraine,Iteco, Ensemblier, Otelio,conseil et Assistance à la Maîtrise d’ouvrage H.Q.E.    
 
 
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Mémoire de Projet de Fin d’Etudes
 L’Affaire
 
 
 
 Grenoble est le chef-lieu du département de l’Isère. En terme de population, Grenoble est la 16èmeville intra-muros de France et son agglomération la 12ème. Sa population atteint 560 222 habitants en 2008. Le projet porte sur l’étude du bâtiment satellite du CHU de Grenoble, situé à La Tronche à l’Est de la ville. Il s’agit d’un ERP de 8 niveaux (R+6 avec Sous-sol) qui sert de plateau technique à l’hôpital Michallon, et dont la construction s’inscrit dans un objectif de modernisation du patrimoine hospitalier.Fig.0.1 Vue aérienne du CHU de Grenoble   Le projet se trouve en phase Avant Projet Détaillé. Ouvrage d’un montant d’environ 50M€, il a subit de nombreuses modifications depuis l’Esquisse, notamment l’ajout d’un niveau supplémentaire (Niv+4) et d’une piste pour hélicoptères en toiture.  Les différents acteurs de ce projet sont :  Maîtrise d’Ouvrage : CHU de Grenoble Maîtres d’Œuvre :  - Architectes : P.BEAU & R.VANHAECKE - Bureaux d’études OTE INGENIERIE (Structure béton)  C&E (Charpente métallique) - Economiste : DAL Bureau géotechnique : FONDASOL Bureau de Contrôle : VERITAS Coordination Sécurité Santé : SOCOTEC   La surface du bâtiment en phase APS à été réévaluée à 22.257 œuvre dans contrairement à 15.719  enEsquisse. La façade principale faite de baies vitrées épouse la courbe de la ligne de tram tandis qu’à l’arrière on trouve deux bâtiments quasi identiques sur poteaux formant un portique de contreventement. D’un point de vue structurel, l’ouvrage présente trois porte-à-faux, à l’ouest, à l’est et au nord. Il est relié à l’hôpital Michallon par six passerelles.  
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Mémoire de Projet de Fin d’Etudes
    Nor    Central     Ouest Est     Sud Ouest Sud Est     i .2 Vue e   nF g.0 plan du bâtiment satellite (RDC Haut)   Doté au niveau R+6 d’une hélistation de 463m2 permettant un accès plus rapide vers les salles d’opération, il comprend aux niveaux inférieurs des Unités de soin (Niv+1), de Réanimation (RDC Haut et Niv+3) et de Soin intensifs (Niv+3), ainsi que deux étages dédiés aux locaux techniques (Niv+2 et Niv+4). Mis à part l’hélistation, le niveau+5 (R+6) est occupé par des locaux techniques et un hangar pour hélicoptères. Le plateau technique « satellite » d’une longueur d’environ 100 m est découpé -pour une question de retrait du béton- en 6 bâtiments ne dépassant pas les 38 mètres.  La région de Grenoble étant une zone sismique (zone 1b) et le bâtiment de classe élevée (classe D) nous garderons à l’esprit durant l’étude que nos choix devront favoriser le maintient de la structure en dynamique. Pour cela on favorisera des voiles de contreventement à certains endroits clés de l’ouvrage afin d’éviter les effets néfastes de la torsion. De plus de nombreux éléments seront vérifiés en statique (valeurs minimales) avant d’être dimensionnés en dynamique.  Concernant l’assise, les études géotechniques menées par FONDASOL ont montré que le sol est de qualité médiocre. Les fondations seront donc des pieux. Aucun substratum rocheux n’a été trouvé jusqu’à 35 mètres de profondeur ce qui signifie que la majeure partie de la charge sera reprise par frottement latéral des pieux.            
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Mémoire de Projet de Fin d’Etudes
    1. Descente de charge  La descente de charge est une phase essentielle de l’étude puisqu’elle permet par la suite le dimensionnement de tous les éléments de la structure. Cette descente de charge sera effectuée à la main. On présentera tout d’abord les données et hypothèses de calcul puis les résultats pour la charpente métallique et la structure en béton.  1.1. Données et hypothèses  1.1.1. Matériaux  Les matériaux utilisés par défaut sont du béton à résistance limitefc28 = 25MPa (C25/30[1]) et de l’acierHAde résistancefe= 500MPa(FeE500). Cependant, on utilisera éventuellement du C35/45 pour les porteurs des étages inférieurs lorsque les sollicitations dépassentfbu:  fbu10,85.fΧc2810,125,855.114,17MPa (1.1) b Les fondations (pieux forés-tubés) seront coulées en C25/30.  1.1.2. Hypothèses et détermination des porteurs  Il est important dès le début du projet de définir les éléments porteurs et non-porteurs de la structure. En effet, en phase APD la structure n’est pas totalement arrêtée et certaines modifications sont encore possibles. Les seuls murs considérés comme porteurs seront les voiles en béton, ceux en maçonnerie étant non-porteurs. Ils seront pris à 25cmd’épaisseur pour des raisons d’élancement, et pourront être augmentés à 30cmpour le parasismique . Le sens de portée des dalles et la trame des dalles sont déterminés par rapport à la position des poteaux donnée par l’architecte. L’objectif est de diminuer les portées et par là-même les flèches afin d’avoir des épaisseurs de dalles et des hauteurs de poutres minimales.  1.1.3. Détermination des charges  Les charges que l’on prendra en compte dans la descente de charges sont détaillées ci-dessous.  1.1.3.1. Les charges permanentes :  Le poids propre du béton P 25kN/m3 = Le poids des cloisons légères : 1kN/m² Afin de ne pas trop se pénaliser et surdimensionner la structure, nous prendrons la liberté de ne pas inclure les charges de cloisons lorsque les charges d’exploitation sont supérieures au DTU NFP 06-001[2](ex : les chambres).  1.1.3.2. Les charges d’exploitation :  Les charges d’exploitation pour de locaux hospitaliers ont été définies par la maîtrise d’ouvrage dans le programme. Elles sont en moyenne supérieures de 1 à 2kN/m² aux charges normatives et non inférieures à 3,5kN/m². 
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