Rémi JABOEUF sur INSA de Strasbourg Mémoire de Fin d'Études

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Niveau: Supérieur, Master, Bac+5
Rémi JABOEUF 1 sur 55 INSA de Strasbourg Mémoire de Fin d'Études 2008/2009 ?????? Projet?de?fin?d'études?? Génie?parasismique??Étude?comparée?du?contreventement?d'un?bâtiment?en?béton?Armé?entre?un?modèle?treillis,?et?un?modèle?en?panneaux.?? Projet?support?:?Extension?des?bâtiments?de?l'École?Nationale?d'Administration?de?Strasbourg.?????????????????????????????Tuteur?INSA?:?? C.?SCHAEFFER??Tuteur?Entreprise?:?? E.HECKMANN,?Ingénieur?génie?Civil?(ENSAIS),?assisté?par?J.MUHL?Ingénieur?génie?Civil?(ENSAIS)

  • tableau récapitulatif des données

  • voile en béton armé

  • tableau donnant les efforts dans le modèle treillis

  • principe de calcul

  • modèle en treillis

  • calcul modal

  • modèle treillis de l'ena

  • données sismiques


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 Projet
de
fin
d’études


 Génie
parasismique


Étude
comparée
du
contreventement
d’un
bâtiment
en
béton
Armé
entre
un
modèle
treillis,

et
un
modèle
en
panneaux.


Projet
support
:
Extension
des
bâtiments
de
l’École
Nationale
d’Administration
de

Strasbourg.





























Tuteur
INSA
:

 C.
SCHAEFFER


Tuteur
Entreprise
:

 E.HECKMANN,
Ingénieur
génie
Civil
(ENSAIS),
assisté
par

J.MUHL
Ingénieur
génie
Civil
(ENSAIS)
Rémi JABOEUF 1 sur 55
INSA de Strasbourg Mémoire de Fin d’Études 2008/2009
Notes
du
lecteur


Rémi JABOEUF 2 sur 55
INSA de Strasbourg Mémoire de Fin d’Études 2008/2009
Table des matières




1 Présentation de l’entreprise INGEROP ......................................................................... 10
1.1 Historique .................................................................................................................................... 10
1.2 Domaine d’activité .................................................................................................................... 11
1.2.1 Chiffres clés.............................................................................................................................................11
1.2.2 Quelques projets représentatifs.....................................................................................................13
2 Présentation du projet ....................................................................................................... 17
2.1 Introduction ................................................................................................................................ 17
2.2 Présentation du bâtiment ...................................................................................................... 17
2.2.1 Situation géographique......................................................................................................................17
2.3 La dimension architecturale ................................................................................................. 18
2.4 Caractéristiques techniques.................................................................................................. 19
3 Définition du modèle de calcul ........................................................................................ 20
3.1 Définition de la géométrique de calcul.............................................................................. 20
3.1.1.1 Détails du modèle géométrique de calcul .........................................................................................21
3.2 Définition des grandeurs sismiques à l’aide du PS 92 ................................................. 22
3.3 Modélisation du sol................................................................................................................... 26
3.3.1.1 Raideur statique ...........................................................................................................................................27
4 Phase de calcul ...................................................................................................................... 30
4.1 Le maillage de la structure..................................................................................................... 30
4.2 Détermination des modes propres ..................................................................................... 30
4.3 Détermination des cas de chargement et pondérations ............................................. 32
4.4 Les efforts de calcul .................................................................................................................. 35
5 le modèle treillis : Une alternative de calcul ? ........................................................... 41
5.1 Caractéristiques géométriques et principe de calcul................................................... 42
5.1.1 Choix des liaisons.................................................................................................................................42
5.1.2 Principe de calcul .................................................................................................................................42
RémiABOEUF 3ur2
INSAetrasbourg MémoireeFin’Études 2008/2009
5.2 1ere modélisation et la nécessité d’une structure d’étude simple.......................... 43
5.2.1 Hypothèses .............................................................................................................................................43
5.2.1.1 Géométrie ........................................................................................................................................................43
5.2.1.2 Données sismiques et chargement.......................................................................................................43
5.2.2 Résultats...................................................................................................................................................44
5.2.3 Conclusions.............................................................................................................................................45
5.3 Des données sismiques réduites sur une structure simple ....................................... 45
5.3.1 Hypothèses .............................................................................................................................................45
5.3.1.1 Géométrie et chargement.........................................................................................................................45
5.3.1.2 Démarche de calcul .....................................................................................................................................47
5.3.2 Résultats...................................................................................................................................................48
5.4 Charges sismiques complètes sur une structure simple : Ré-examen des
conclusions précédentes....................................................................................................................... 53
5.4.1 Hypothèses .............................................................................................................................................53
5.4.1.1 Géométrie et chargement.........................................................................................................................53
5.4.2 Résultats...................................................................................................................................................55
5.4.2.1 Calcul modal ...................................................................................................................................................55
5.4.2.2 Efforts et ferraillage ....................................................................................................................................57
5.4.3 Conclusion...............................................................................................................................................59
5.5 Le cas de l’extension des bâtiments de l’ENA à Strasbourg........................................ 60


RémiABOEUF 4ur2
INSAetrasbourg MémoireeFin’Études 2008/2009
Table
des
figures


Figure 1 : implantation d’INGEROP en France ...................................................................... 10

Figure 2 : implantation d’INGEROP dans le monde............................... 10

Figure 3 : répartition des société du groupe INGEROP.......................... 10

Figure 4 : répartition des ressources humaines du groupe INGEROP..... 10

Figure 5 : musée d’art et d’industrie de Roubaix..................................................................... 11

Figure 6 : synchrotron soleil à Saclay...................................................... 11

Figure 7 : tramway de Marseille.............................. 12

Figure 8 : viaduc de l’Anguienne............................. 12

Figure 9 : ligne LGV Perpignan - Figueras ............................................................................. 12

Figure 10 : implantation urbaine du site du projet de l’ENA.................. 13

Figure 11 : vue aérienne de l’ENA à Strasbourg..... 14

Figure 12 : vue aérienne du l’ENA à Strasbourg et implantation du projet ............................ 14

Figure 13 : photographie réaliste du projet de l’ENA à Strasbourg ........................................ 14

Figure 14 : caractéristiques de la structure 1 sur 2................................... 15

Figure 15 : caractéristique de la structure 2 sur 2.... 15

Figure 16 : vue globale du modèle informatique la structure .................................................. 16

Figure 17 : modélisation de l’inertie des poutres de rive......................... 16

Figure 18 : détail d’un exemple de poutre échelle................................................................... 17

Figure 19 : voiles caractéristiques du système de contreventement........ 19

Figure 20 : coefficients de comportement des bâtiments de hauteur n’excédant pas 28 m.
(extrait PS92) ................................................................................................................... 20

Figure 21 : cartographie des contraintes sous radier................................ 22

Figure 22 : tableau fournit par le bureau de sol en vue de la détermination de la raideur du sol
.......................................................................................................... 23

Figure 23 : boucle de détermination des modes propres.......................................................... 24

Figure 24 : tableau récapitulatif des données extraites du logiciel de calcul........................... 29

Figure 25 : tableau des données utiles à l’étude sismiques...................... 29

Figure 26 : schéma récapitulatif des grandeurs utiles au ferraillage d’un voile en béton armé
.......................................................................................................................................... 31

Figure 27 : modèle d’articulation des barres de contreventement remplaçant les voiles B.A. 35

Figure 28 : sens positif des efforts dans les barres... 35

Figure 29 : schéma représentant le modèle treillis retenu pour la modélisation, et position des
voiles qu’il remplace........................................................................................................ 36

Figure 30 : tableau comparatif des efforts dans le modèle voile et dans le modèle treillis de
l’ENA............................................................... 37

erFigure 31 : structure simple et chargement (1 cas) – modèle en treillis 39

erFigure 32 : structure simple et chargement (1 cas) – modèle en panneaux ........................... 39

Figure 33 : Efforts aux appuis sous charges permanentes -................... 41

Figure 34 : Efforts aux appuis sous charges permanentes - modèle en treillis........................ 41

Figure 35 : Résultats modaux pour le modèle de contreventement en voiles.......................... 41

Figure 36 : Résultats modaux pour le modèle de contreventement en treillis......................... 41

Figure 37 : tableau donnant les efforts dans le modèle en voiles ............................................ 42

Figure 38 : tableau donnant les efforts dans le modèle treillis................ 42

Figure 39 : tableau comparatifs des sections théoriques d’acier dans les voiles pour les deux
modèles ............................................................................................................................ 42

Figure 40 : tableau comparatif de valeurs représentatives du ferraillage des deux modèles –
valeurs théoriques ............................................................................................................ 43

Rémi JABOEUF 5 sur 55
INSA de Strasbourg Mémoire de Fin d’Études 2008/2009
Figure 41 : tableau comparatif de valeurs représentatives du ferraillage des deux modèles –
valeurs réelles................................................................................................................... 43

Figure 42 : terme de couplage α (avec j>i)........... 44
i ;j
ièmeFigure 43 : structure simple et chargement (2 cas) – modèle en treillis ............................. 46

ièmeFigure 44 cas) – modèle en panneaux........................ 46

Figure 45 : tableau des combinaisons donnant les charges sismiques..................................... 47

Figure 46 : résultats du calcul modal – modèle en treillis ....................................................... 48

Figure 47 – modèle en panneaux.................. 48

Figure 48 : tableau des rapports des fréquences propres du modele en treillis........................ 49

Figure 49 : tableau des rapports des fréquences du modèle en panneaux ............................... 49

Figure 51 : tableau comparatifs des sections théoriques d’acier dans les voiles pour les deux
modèles ............................................................................................................................ 50

Figure 50 : tableau récapitulatif des efforts dans les voiles pour le deux modèles.................. 50

5Figure 53 : tableau comparatif de valeurs représentatives du ferraillage des deux modèles –
valeurs théoriques ............................................................................................................ 51

Figure 52 : graphique donnant l’évolution des sections théoriques des aciers de flexion en
fonction de l’étage............ 51

Rémi JABOEUF 6 sur 55
INSA de Strasbourg Mémoire de Fin d’Études 2008/2009
Table
des
annexes



Annexe
1
:

 PLANS
DE
STRUCTURE
DE
L’EXTENSION
DE
L’ENA
À
STRASBOURG



Annexe
2
:

 RÉSULTATS
DES
CALCULS
MODAUX
POUR
LA
STRUCTURE
DE

L’EXTENSION
DE
L’ENA



Annexe
3
:

 VUE
EN
ELEVATION
ET
COUPES
DECRIVANT,
DANS
LE
MODELE
EN

PANNEAUX
DE
L’ENA,
LA
POSITION
DES
VOILES
MODELISES
PAR

UN
SYSTEME
TREILLIS



Annexes
4
:

 ANALYSE
MODALE
DU
MODELE
DE
L’ENA
PARTIELLEMENT
MODELISE

EN
TREILLIS.
 
 K =120
MPa
Z;DYN


Annexe
5
:

 ANALYSE
MODALE
DU
MODELE
DE
L’ENA
ENTIEREMENT
MODELISE

EN
PANNEAUX.
 K =120
MPA Z;DYN


Annexe
6
:

 NOTE
D’HYPOTHESES
SISMIQUES



Annexe
7
:

 NOTE
DE
CALCULS
SISMIQUES



Annexe
8
:

 RESULTATS
SISMIQUES
DANS
LES
BARRES
TREILLIS
DE
LA
STRUCTURE

DE
L’ENA
PARTIELLEMENT
MODELISEE
PAR
UN
SYSTEME

TREILLIS
 
 (PAGE
1
A
12
SUR
235)



Rémi JABOEUF 7 sur 55
INSA de Strasbourg Mémoire de Fin d’Études 2008/2009






 INTRODUCTION


La construction parasismique est l’art de construire de manière telle que les bâtiments,
même endommagés ne s’effondrent pas. Les dispositions constructives permettant d‘assurer
la sécurité des biens et des personnes face à des évènements sismiques nécessitent une bonne
compréhension des phénomènes physiques, déterminant le choix d’un modèle de calcul. Le
règlement PS 92 permet de déterminer de nombreux coefficients utiles à la modélisation des
phénomènes. Ils dépendent notamment de la nature de la structure, de ses caractéristiques
géométriques, et de la situation géographique du site. Leur détermination peut se révéler assez
délicate.
D’autre part, si les règlements donnent des méthodes directes de calculs pour des
structures relativement régulières, bien souvent la géométrie des projets impose une étude
sismique plus complète. C’est le cas du projet d’extension des locaux de l’École Nationale
d’Administration à Strasbourg. Sa situation géographique impose une étude sismique, et
l’importance du choix de la modélisation géométrique de la structure prend ici tout son sens
car la géométrie très irrégulière et l’envergure du bâtiment imposent la conception d’un
modèle informatique de toute la structure.
Bien que les règlements permettent de déterminer de façon sûre le meilleur moyen
d’appliquer le chargement à la structure, l’analyse modale et la répartition des efforts
dépendent largement du modèle choisi. Ainsi pour une structure dont le contreventement
parasismique est assuré par des voiles en béton armé, il est courant d’utiliser une modélisation
par des éléments « panneaux » : cet outil permet de reprendre façon fidèle la géométrie de la
structure et apparaît comme le moyen le plus fiable pour rendre compte de l’interaction entre
les éléments porteurs. Toutefois, les temps de calculs sont importants et il est courant que les
ingénieurs modélisent leurs projets par des barres « treillis ». Les temps de calcul sont alors
considérablement réduits.
Dans cette étude nous chercherons à répondre aux deux questions suivantes : cette
méthode qui apparaît à priori comme une bonne alternative fournit-elle des résultats
permettant de mettre en sécurité les biens et les personnes ? Les résultats obtenus sont-ils
similaires à ceux obtenus par une modélisation plus fidele à la géométrie réelle de la
structure ?
L’étude est articulée autour de deux grands axes. Sa première partie explique la
détermination des grandeurs physiques modélisant le site, la géométrie, et le chargement du
projet support de ce travail qui est l’extension des locaux de l’ENA à Strasbourg. Nous
présenterons ici étape par étape ce qui a mené à l’obtention des résultats modaux pour
l’extension de l’ENA.
La deuxième partie de ce rapport présente la démarche suivie pour mener l’étude
comparée entre un modèle de contreventement sismique par des panneaux, et son équivalent
par un système en treillis. Les résultats obtenus seront présentés tout au long de ce document.



Rémi JABOEUF 8 sur 8
INSA de Strasbourg Mémoire de Fin d’Études 2008/2009
1 Présentation de l’entreprise INGEROP :
1.1 Historique
:

INGÉROP
est
née
en
1992
du
regroupement
d’INTER
G
et
de
SEEE,
deux
sociétés

d’ingénierie
technique
au
parcours
original
et
complémentaire
:


●
 INTER
 G,
 l’une
 des
 toutes
 premières
 ingénieries
 privées
 indépendantes

françaises,
a
été
créée
en
1945,
au
lendemain
de
la
deuxième
guerre
mondiale.
Animée
par

Jean
Commelin,
Ingénieur
des
Mines,
puis
par
Michel
Destribats,
INTER
G
se
développe
dans

le
domaine
des
centrales
thermoélectriques,
hôtels,
hôpitaux,
et
participe,
à
partir
des

années
80,
à
la
nouvelle
génération
de
tramway
en
France
pour
la
dynamique
ville
de

Grenoble,
 ainsi
 qu’à
 l’implantation
 de
 Hewlett
 Packard
 sur
 son
 nouveau
 site
 de
 l’Isle

d’Abeau
près
de
Lyon.
En
1984,
la
société
est
reprise
par
le
groupe
constructeur
GTM
–

Grands
Travaux
de
Marseille
–
avec
l’ambition
de
développer
son
activité
clé
en
main
dans

les
domaines
d’expertise
d’INTER
G.

●
 SEEE,
fondée
en
1962
par
le
même
groupe
GTM,
en
est,
à
l’origine,
son

département
d’études
techniques
pour
les
ouvrages
d’art
et
les
structures
complexes.
SEEE

est
alors
animée
par
Francis
Germain,
Ingénieur
des
Ponts
et
Chaussées,
et
bénéficie
de

l’expertise
de
Jean
Courbon,
professeur
à
l’École
Nationale
des
Ponts
et
Chaussées.
Plusieurs

réalisations
importantes
ont
jalonné
l’histoire
de
SEEE
avec
sa
maison
mère
:
caissons
de

confinement
 en
 béton
 précontraint
 pour
 les
 premières
 centrales
 nucléaires
 françaises,

barrage
de
Cahora
Bassa
sur
le
fleuve
Zambèze
au
Mozambique,
pont
sur
la
Severn
en

Angleterre,
Stade
de
France,
pont
Rion‐Antirion
sur
le
détroit
de
Corinthe
en
Grèce.
Au
fil

des
ans,
SEEE
dépasse
largement
son
rôle
de
services
d’études
pour
sa
maison
mère,
fait
son

apprentissage
de
la
maîtrise
d’œuvre
de
grandes
infrastructures
linéaires,
et
se
développe

dans
les
domaines
du
bâtiment
et
de
l’installation
industrielle.
En
1992,
GTM

confie
à

Christian
Delage,
Ingénieur
des
Arts
et
Métiers,
qui
avait
succédé
à
Francis
Germain
à
la
tête

de
SEEE
en
1988,
la
mission
de
regrouper
INTER
G
et
SEEE.
La
nouvelle
entité
prend
le
nom

d’INGÉROP.

●
 Fin
2000,
alors
que
son
actionnaire
GTM
est
absorbé
par
VINCI,
les
cadres

dirigeants
d’INGÉROP,
prennent
l’initiative
du
rachat
de
leur
société
au
travers
d’un
LMBO,

avec
l’appui,
à
hauteur
de
25%
des
parts
de
la
société,
du
fonds
d’investissement
de
la

Banque
Crédit
Lyonnais.
INGÉROP
rassemble
alors
1100
collaborateurs.

●
 Cinq
ans
plus
tard,
fin
2005
les
effectifs
d’
INGÉROP
ont
progressé
de
1100
à

1340,
dont
plus
de
200
à
l’international,
avec
un
ancrage
confirmé
dans
plusieurs
pays

d’Europe
 et
 du
 reste
 du
 monde
 et
 son
 chiffre
 d’affaires
 est
 de
 128.5
 M€.
 Un
 LMBO

secondaire
est
alors
organisé
et
souscrit
par
de
nombreux
ingénieurs
seniors
qui
reprennent

les
parts
de
la
société
appartenant
à
la
Banque.


Aujourd’hui
INGÉROP
est
entièrement
détenue
par
plus
de
160
cadres
seniors
et
par

un
Fonds
Commun
de
Placement
d’Entreprise,
ouvert
à
l’ensemble
de
ses
salariés.



Rémi JABOEUF 9 sur 55
INSA de Strasbourg Mémoire de Fin d’Études 2008/2009
1.2 Domaine
d’activité

1.2.1 Chiffres
clés

En
tant
que
groupe,
INGEROP
est
constitué
de
plusieurs
sociétés
implantées
partout

dans
le
monde
et
ayant
des
activités
variées.
Les
deux
schémas
ci‐dessous
montrent
d’une

part
la
répartition
des
activités
du
groupe,
et
d’autre
part
les
implantations
d’INGEROP
en

France
et
dans
le
monde.






















Figure 2 : implantation d’INGEROP dans le monde Figure 1 : implantation d’INGEROP en France
















 Figure 4 : répartition des ressources humaines du
Figure 3 : répartition des société du groupe INGEROP 
 groupe INGEROP

Rémi JABOEUF 10 sur 55
INSA de Strasbourg Mémoire de Fin d’Études 2008/2009