Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg

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Niveau: Supérieur, Master, Bac+5
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 Fabien TOUZELLIER INSA Strasbourg, Génie Civil, 5ème 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

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  • excitation sismique

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  • insa de strasbourg

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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 Fabien TOUZELLIER
èmeINSA Strasbourg, Génie Civil, 5 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 2/44
Centre Hospitalier de Belfort Montbéliard. Étude structurelle de l’impact des règles PS 92 et Eurocode 8 sur des trames de bâtiments hospitaliers courants.




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.

Mémoire de Projet de Fin d’Etudes 3/44
Centre Hospitalier de Belfort Montbéliard. Étude structurelle de l’impact des règles PS 92 et Eurocode 8 sur des trames de bâtiments hospitaliers courants.
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 dues à la neige ................................................................ 16
1.2.3 Charges dues au vent ................................... 17
1.2.4 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


Mémoire de Projet de Fin d’Etudes 4/44
Centre Hospitalier de Belfort Montbéliard. Étude structurelle de l’impact des règles PS 92 et Eurocode 8 sur des trames de bâtiments hospitaliers courants.
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 ε (t) pour une dalle de 25 cm 14 cs
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


Mémoire de Projet de Fin d’Etudes 5/44
Centre Hospitalier de Belfort Montbéliard. Étude structurelle de l’impact des règles PS 92 et Eurocode 8 sur des trames de bâtiments hospitaliers courants.
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
Mémoire de Projet de Fin d’Etudes 6/44
Centre Hospitalier de Belfort Montbéliard. Étude structurelle de l’impact des règles PS 92 et Eurocode 8 sur des trames de bâtiments hospitaliers courants.
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
Mémoire de Projet de Fin d’Etudes 7/44
Centre Hospitalier de Belfort Montbéliard.
Marc SAVARY
Président
Direction des Direction
Ressources Administrative et Gérard HERTER
Valérie MARX Humaines Financière Laëtitia CAPECCI
Direction Direction
Développement Développement
François TRICART André GABEL SNC LAVALIN SANTE POLE INDUSTRIE
Bâtiments Publics et Bâtiments Industriels
Santé et Logistiques
STRASBOURG STRASBOURG LYON METZ
ILLKIRCH ILLKIRCH
David FITOUSSI Yves PERNET Patrick HATTON Cyril MASSE
CHEFS DE TRAVAUX
PROJETS
ADMINISTRATION
Christine KLEIN
Responsable
EXPERTISES
BATIMENT ECONOMIE STRUCTURE FLUIDES ELECTRICITE
Fabien ZAGO Daniel BRUNI Francis BRAUN
Responsable département Responsable département Responsable département

Norbert SYLLAS
Calculateur
Sébastien ARNOLD
Projeteur
Claude JACQUES Florent VINCENT
Projeteur Projeteur
Maurice CANTY Blandine VOGEL
Projeteur Projeteur

Fabien TOUZELLIER
Stagiaire Étude structurelle de l’impact des règles PS 92 et Eurocode 8 sur des trames de bâtiments hospitaliers courants.
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 Cson sans règl 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.


Mémoire de Projet de Fin d’Etudes 9/44
Centre Hospitalier de Belfort Montbéliard. Étude structurelle de l’impact des règles PS 92 et Eurocode 8 sur des trames de bâtiments hospitaliers courants.
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
Mémoire de Projet de Fin d’Etudes 10/44
Centre Hospitalier de Belfort Montbéliard.