RAPPORT DE STAGE INGENIEUR -JUILLET et AOUT 2010-
CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT D’UN BATIMENT R+4 A USAGE D’HABITATION
Réalisé par :
HMADOUCH MOHAMED AALIL ISSAM
Encadré par :
Mr. ALAOUI MDAGHRI (ingénieur BETEC)
Ecole Hassania des Travaux Publics
SOMMAIRE Sommaire :…………………………………………………………………………….2 Remerciements :………………………………………………………………….…....4 Introduction…............................................... Introduction….......................... ....................................... .................................... ....................................5 ..................5 I. Présentation de l’entreprise d’accueil :…………………………………… 6 II. Présentation de l’ouvrage :……………………………………………………7 1. Caractéristiques géométriques ……………………………………..….7 2. Description de l’ossature………………………………………………..7 l’ossature………………………………………………..7 3. Hypothèses de calcul ………………………………………………..…. ………………………………………………..…. 8 4. Caractéristiques des matériaux : …………………………………….. 8 III. Conception de la structure …………………………………………………..12 1. Contraintes architecturales …………………………………………...12 2. Portes à faux …………………………………………………..………...12 3. Configuration des nœuds ………………………………………………13 IV. dimensionnement de la structure-calcul statique statique manuel ………………14 1. Prédimensionnement des éléments structuraux……………………..14 1-1. Plancher…………………………………………………………….14 1.2. Poutres………… …………………………………………………...16 1.3. Escaliers ………………………………………....................... ………………………………………..............................17 .......17 2. dimensionnement de la structure ……………………………………...19 2.1. descente de charge……………………………………………..19 2.1.1. Définition des charges…………………………………..19 charges…………………………………..19 2.2. Calcul de l’effort NU au pied de chaque poteau type………………………………………………………………….22 2.3. Ferraillage longitudinal et transversal des poteaux……………31 2.4. Dimensionnement des poutres……………………………………..39 2.4.1. Etude de la poutre isostatique I 9_13……………………..39 2.4.1.1. Calcul de ferraillage longitudinal……………… .41 2.4.1.2.Calcul de ferraillage transversal…………………..43 2.4.2. Etude de la poutre continue File G………………………...45 2.5. Dimensionnement des escaliers…………………………………….53 2.6. Calcul des dalles……………………………………………………..56 2.6.1. Dalle pleine support d’escalier…………………………….56 2.6.2 Dalles de compression………………………………………..58 V.
ETUDE DES FONDATIONS :
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SOMMAIRE Sommaire :…………………………………………………………………………….2 Remerciements :………………………………………………………………….…....4 Introduction…............................................... Introduction….......................... ....................................... .................................... ....................................5 ..................5 I. Présentation de l’entreprise d’accueil :…………………………………… 6 II. Présentation de l’ouvrage :……………………………………………………7 1. Caractéristiques géométriques ……………………………………..….7 2. Description de l’ossature………………………………………………..7 l’ossature………………………………………………..7 3. Hypothèses de calcul ………………………………………………..…. ………………………………………………..…. 8 4. Caractéristiques des matériaux : …………………………………….. 8 III. Conception de la structure …………………………………………………..12 1. Contraintes architecturales …………………………………………...12 2. Portes à faux …………………………………………………..………...12 3. Configuration des nœuds ………………………………………………13 IV. dimensionnement de la structure-calcul statique statique manuel ………………14 1. Prédimensionnement des éléments structuraux……………………..14 1-1. Plancher…………………………………………………………….14 1.2. Poutres………… …………………………………………………...16 1.3. Escaliers ………………………………………....................... ………………………………………..............................17 .......17 2. dimensionnement de la structure ……………………………………...19 2.1. descente de charge……………………………………………..19 2.1.1. Définition des charges…………………………………..19 charges…………………………………..19 2.2. Calcul de l’effort NU au pied de chaque poteau type………………………………………………………………….22 2.3. Ferraillage longitudinal et transversal des poteaux……………31 2.4. Dimensionnement des poutres……………………………………..39 2.4.1. Etude de la poutre isostatique I 9_13……………………..39 2.4.1.1. Calcul de ferraillage longitudinal……………… .41 2.4.1.2.Calcul de ferraillage transversal…………………..43 2.4.2. Etude de la poutre continue File G………………………...45 2.5. Dimensionnement des escaliers…………………………………….53 2.6. Calcul des dalles……………………………………………………..56 2.6.1. Dalle pleine support d’escalier…………………………….56 2.6.2 Dalles de compression………………………………………..58 V.
ETUDE DES FONDATIONS :
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1. 2. 3.
VI. 1. 2.
Introduction : …………………………………………………………59 Choix du type de fondation :………………………………………...59 Calcul des fondations :………………………………………………63
CALCUL NUMERIQUE DE LA STRUCTURE …………………………70 Modélisation de bâtiment sur CBS PRO…………………………………..70 Modélisation de bâtiment sur Robot bat…………………………………76
ANNEXES……………………………………………………………………………85 Conclusion…………………………………………………………………………...88 Références bibliographiques ……………………………………………………...89 ……………………………………………………...89
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REMERCIEMENTS Nous tenons tout d’abord à exprimer nos chaleureux remerciements à tous ceux qui ont participé de près ou de loin dans le bon déroulement de notre stage d’ingénieur. Nous remercions particulièrement, M. EL AOULI, le président directeur général de BETEC et M. TARZI, le directeur général, pour nous avoir offert l’opportunité d’effectuer ce stage dans les meilleures conditions. Notre attention se portera plus particulièrement sur notre encadrant Mr ALAOUI MDAGHRI Otmane, ingénieur structure à BETEC, qui n’a épargné ni temps ni effort pour nous aider et répondre à nos questions, nous lui adressons notre profonde reconnaissance pour son bon encadrement et pour les conseils fructueux qu’il n’a cessés de nous prodiguer. Enfin, nous tenons à remercier aussi tous les membres du jury pour leur bienveillance à vouloir évaluer notre travail.
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INTRODUCTION : L’ingénierie civile est une panoplie d’activités qui contribue au développement du pays en édifiant des infrastructures et des superstructures selon les règles d’art. Ainsi ce secteur requiert des acteurs ayant acquis les connaissances, les compétences et les outils nécessaires pour faire un travail fructueux et aboutir à des constructions et des édifices de bonne qualité et de long rendement, c’est la mission des ingénieurs génie civil. Pour ceci l’école Hassania des Travaux Publics a prévu un parcours estudiantin où l’élève ingénieur est amené à passer un stage estival lui permettant d’intégrer le milieu professionnel et de concrétiser ses connaissances théoriques. Après un stage d’initiation professionnelle l’an dernier, le stage ingénieur prévu à la fin de la deuxième année vient renforcer ceci. Pendant six semaines, l’élève ingénieur doit participer à l’élaboration d’un projet réel de génie civil. Dans ce cadre, on a eu l’opportunité de passer notre stage ingénieur au sein du bureau d’étude «BETEC », et durant lequel on nous a confié la tache de concevoir et dimensionner un bâtiment d’habitation à quatre étages, avec une initiation à l’étude sismique de la structure. Nos objectifs de ce stage sont : Intégrer
le milieu de travail des ingénieurs en respectant les contraintes. Apprendre à manipuler les logiciels de calcul. Justifier et défendre ses choix.
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I. PRÉSENTATION DE L’ENTREPRISE D’ACCUEIL: Domaines d’activités
B E T E C - SARL BUREAU D’ETUDES TECHNIQUES
• •
Aménagement des espaces Infrastructure :(voirie – assainissement - électricité – eau Potable - Ouvrage hydraulique – Téléphone
Date Création : 1973
et Aménagement extérieurs)
SIEGE SOCIAL : 5 Bd. ABDELLAH • Bâtiment tous corps d’état
BEN YACINE = CASABLANCA =
Complexes : - immobiliers- Hôteliers - Hospitaliers - Sportifs - Scolaires et universitaires- …
TEL :( 0522) 30-48-26 / 30-44-47 / •
30-48-47; FAX : 30-99-75
Ensembles industriels et grands ouvrages de Génie Civil
E-mail :
[email protected]
PROJETS REALISES Bet.betec
mail.com
- Grand stade de Foot Ball de Marrakech (45000 places)
CAPITAL : 500.000 00 DHS
- Grand stade de Foot Ball de Tanger (45000 places)
CHIFFRE D’AFFAIRES MOYEN
- Complexe sportif – « Régie des Tabacs » à Casablanca
9.000.000,00 DHS
- Hôtel grand Standing Amanjenna à Marakkech EMPLOYES PERMANENTS :
- Hôtel Kenza à Marrakech
40 PERSONNES
- 10 Cadres Supérieurs
- Casablanca Marina : 6 tours sur le littorale atlantique de 156000 m² de surface couverte, repartis comme suit : Parkings (32500 m²), bureaux (64700 m²), logements (73700 m²)
- 12 Techniciens Supérieurs
- Théâtre de M’Diq (Pour Al Omrane de Tanger)
- 10 Techniciens:
- Piscine olympique couverte à Fnideq (Pour Al Omrane de Tanger)
Dont :
- Divers : 8 MOYENS MATERIELS CONSEILLERS PERMANANTS 5
•
-
PERSONNES :
- 4 Ingénieurs experts - 1 Technicien supérieur CONSULTANTS ET EMPLOYES NON
•
PERMANENTS : En
complément
permanent
un
de
notre
nombre
personnel
important
de
consultants et de spécialistes dans les techniques de pointe sont à notre disposition pour mener à bien des projets spécifiques.
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-
Un réseau Informatique très développé qui comprend :
24 Ordinateurs 10 Imprimantes LASER 1 Traceur 1 Scanner 1 Machine de tirage 2 Photocopieurs 1 Machine à écrire Des logiciels de Calcul et de Dessin Logiciel de calcul éléments finis gamme Béton armé et charpente métallique ROBOT BAT (CBS PRO 23) et ROBOT Millenium (4 licences, Version 23) Logiciel de calcul de structure Béton armé et charpente métallique ARCHE EFFEL (1 licence) SPOT – CACT – MOSAIQUE – TANGO – PIST – SEWER – PIPE + - COVADIS AUTOCAD 2002 – 2004 – 2008
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II. PRESENTATION DE L’OUVRAGE : Le présent projet fait partie du Projet Yasmine qui entre dans l’opération NASSIM réalisé dans la commune de LISSASFA. Il consiste en l’étude d’un bloc composé de deux bâtiments identiques (R+4) à usage d’habitation. Les deux rez-de-chaussée sont séparés par une terrasse permettant le bon fonctionnement des deux magasins que contient chacun. Mais à partir du premier étage, la technique des débords supportés par des poteaux a permis de gagner de l’espace. Chaque bâtiment comporte trois logements par étage. L’étude portera sur un seul bâtiment vu la symétrie du bloc.
1.
Caractéristiques géométriques :
Le bâtiment à étudier a les dimensions suivantes:
Hauteur des étages courants ……………………………… 2.72m.
Hauteur du réz-de chaussée ……………………………… 4.12 m.
Hauteur totale du bâtiment sans acrotère……………… 15 m.
2.
Description de l’ossature :
Plancher: Nous avons optés pour des dalles en corps creux, pour les raisons suivantes : Facilité de réalisation, sans coffrage. Les portées de notre projet ne sont pas grandes. Raison économique. Légèreté du plancher. Isolation thermique améliorée.
Conception structurale: Il s’Il s’agit de l’ossature portique en béton armé. Maçonneries: La maçonnerie du bâtiment est réalisée en briques creuses :
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Les murs extérieurs et les murs séparant les logements sont constitués en double
parois de briques (10cm et d’épaisseur) séparés par une lame d’air de 5cm d’épaisseur. Les murs intérieurs sont constitués d’une seule paroi de briques d’épaisseur 10cm.
Terrasse: La terrasse du bâtiment est inaccessible.
3.
Hypothèses de calcul :
L’étude de cet ouvrage est effectuée conformément aux règlements ci-après : Le règlement BAEL 91(Béton Armé aux Etats Limites) : basé sur la théorie des états
limites ultimes (ELU) et Etats limites de service (ELS). Le règlement RPS2000 : Il
présente un recueil d’exigences minimales de
conception et de calcul ainsi que certaines dispositions constructives à adopter.
4.
Caractéristiques des matériaux :
Le matériau essentiel utilisé pour la construction de cet ouvrage est le béton armé, constitué de béton et d’acier. a)
Béton : 3
La composition courante d’ 1m de béton est la suivante :
350 kg de ciment de CPJ 35/CPJ45
400 L de sable DS < 5 mm
800 L de gravillon 5 mm < Dg < 25 mm
175 L d’eau de gâchage
Caractéristiques physiques et mécaniques du béton: Masse volumique : pour le béton non armé, elle est prise dans notre présente 3
étude égale à 2.5 t/m . Résistances caractéristiques : lors de notre étude on a pris une valeur de 25
MPa pour f c28 , et par conséquent : f t 28 = 0,6 + 0,06 f c 28 = 2,1 MPa. Stage ingénieur Juillet et Aout 2010
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Un contrôle régulier sur chantier est exigé. Contraintes limites :
1. à l’ELU : est notée f bu tel que : f bu
Avec :
γ b=1,15 en cas de
γ b=1,50 en cas de
=
0,85 γ b
f c 28
situation accidentelle.
situation durable ou transitoire.
σ bc
f bu
ε bc 2‰
3,5‰
Diagramme contraintes-déformations du béton à L'ELU.
2. à l’ ELS : la contrainte limite est donnée par σ bc
= 0,6f c 28
σbc
0.6f c28
εbc
Diagramme contraintes-déformations du béton à l’ELS. Module de déformation longitudinal du béton :
Ils existent deux modules de déformation déterminés d’après le BAEL 91. Le module de déformation instantanée : Pour des charges d’une durée d’application inférieur à 24 heurs on a ;
E ij = 1100 3 f cj Donc : E i 28 = Stage ingénieur Juillet et Aout 2010
32164,2 MPa Page 9
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Le module de déformation différée : Pour des charges de longue durée d’application on a ;
E vj = 3700 × 3 f cj
Donc :
E v 28 = 10721,4 MPa
Coefficient de Poisson: Ce coefficient étant le rapport des déformations transversales et des déformations
longitudinales noté "ν ". Conformément au règlement BAEL 91: à l’ELU : ν =0
⇒
à l’ELS : ν =0,2
calcul des sollicitations (béton fissuré).
⇒
calcul des déformations (béton non fissuré).
b) Acier: L’acier est un alliage fer carbone en faible pourcentage, son rôle est d’absorber les efforts de traction, de cisaillement et de torsion. Son module d’élasticité longitudinal est pris égal à :
E s =200 000 MPa.
La caractéristique mécanique la plus importante des aciers est la limite élastique fe.
Contraint limite de l'acier :
Contrainte à ELU :
On adopte le diagramme contrainte-déformation suivant, avec : fe : contrainte limite élastique. ε s : déformation (allongement) relative de l’acier.
es=fe/g(Es) σ s : contrainte de l’acier. γ s : coefficient de sécurité de l’acier. γ s =1.15 en cas de
situations durables ou transitoires.
γ s =1.00 en cas de
situations accidentelles.
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σs σs =
0
10 /00
εs =
f e γ s
f e γ Es εs =
Raccourcissement
f e γ E s
10 0/00
εs
Allongement
diagramme contraintes déformations
Contrainte à ELS:
Cette contrainte dépend de la nature des fissures dans le béton, on détermine : 1. Fissuration peu préjudiciable : pas de vérification. 2. Fissuration préjudiciable : σ s =Min (2/3fe ; 150η ) (MPa) 3. Fissuration très préjudiciable : σ s =Min (1/2fe ; 110η ) (MPa)
Avec η : coefficient de fissuration. η =1 pour les aciers ronds lisses. η =1,6 pour les aciers à
haute adhérence (HA).
Coefficient d’équivalence:
E s n = =15 Le coefficient d’équivalence noté η est le rapport suivant : E b
avec :
n : coefficient d’équivalence. E s : module de déformation de l’acier. E b : module de déformation du béton.
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III. CONCEPTION DE LA STRUCTURE : 1. Contraintes architecturales : Il s’agit d’adapter la conception à l’architecture technique en tenant en compte les exigences de stabilité et de résistance, et aux contraintes architecturales de sécurité et d’esthétique. La conception se fait en collaboration avec l’architecte. On a pris en considération les conditions suivantes : Eviter d’avoir des poteaux qui débouchent au hasard dans les magasins du rez-dechaussée. Eviter de grandes retombées pour les poutres. Aligner les poteaux le plus possible. Eviter d’avoir des poteaux extérieurs proches des murs.
2. Portes à faux : Plusieurs variantes sont possibles : Console
avec outre en torsion :
Consoles longues :
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Consoles
avec poutres :
C’est la variante choisie car elle permet des porte-à-faux plus importants.
3. Configuration des nœuds : On a procédé de façon à avoir les axes des poteaux et des poutres dans un même plan afin d’avoir plus de fiabilité et plus de facilité de mise en œuvre.
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IV. DIMENSIONNEMENT DE LA STRUCTURE-CALCUL STATIQUE MANUEL : 1.
Prédimensionnement des éléments structuraux:
Avant d’entamer tout calcul, il est plus pratique d’estimer l’ordre de grandeur des éléments de la structure, ce qui permet d’avoir des dimensions économiques et éviter d’avoir un sur plus de béton et d’acier. Pour cela les règlements en vigueur notamment le BAEL 91 et le RPS 2000 donnent des fourchettes pour un pré dimensionnement à la fois sécuritaire et économique. 1.1. Plancher : Les planchers sont des plaques minces dont l’épaisseur est faible par rapport à leurs dimensions en plan, ils séparent deux étages d’un bâtiment et supportent les charges. Les planchers doivent répondre aux critères suivants : Résistance et stabilité : - Supporter les charges - Limitation des flèches - Durabilité Etanchéité et protection - A l’air - Au feu Isolation thermique et acoustique : Fonction architecturale : Aspect décoratif en sous face Fonction technique : - Facilité de la mise en œuvre - Réservations pour gaines (eau, électricité) Pour notre structure, on a choisi des planchers à corps creux au lieu d’un plancher dalle pleine pour les raisons suivantes : Mise en œuvre facile, ne nécessite pas de coffrage. Ne nécessite pas des gros engins de levage Isolation thermique assurée Planchers légers donc diminuer le poids propre de la structure Les charges sont modérées. Description de fonctionnement des planchers corps creux :
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Les planchers à corps creux sont composés de trois éléments : Les corps creux ou « entrevous » qui servent de coffrage perdu Des poutrelles en béton armé ou précontraint qui assurent la tenue de l’ensemble et reprennent les efforts de traction grâce à leurs armatures. Une dalle de compression ou « hourdis » coulée sur les entrevous et qui reprend les efforts de compression.
Les engins utilisés pour le levage des poutrelles sont les palonniers ou les élingues à chaque extrémité. Pour le prédimensionnement de ce type de plancher, on utilisera la condition de flèche suivante :
Où : ht : la hauteur totale de plancher L : la portée de la poutrelle entre nus d’appuis déterminée par : L= min [Lmax (sens x) ; Lmax (sens y)] = 3,40 m ht= 0,15 m On adopte donc un plancher (12+4), soit une épaisseur de 16cm : entrevous de 12 et une dalle de compression de 4cm 1.2. Poutres : Les poutres de notre bâtiment sont des éléments en béton armé de section rectangulaire b
, elles transmettront aux poteaux les efforts dus aux chargements verticaux ramenés
par les planchers.
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Les
poutres seront pré dimensionnées selon les formules empiriques données par
BAEL91 et vérifiées par la suite selon le RPS2000. D’après le livre » Pratique de BAEL » (page317), les relations de pré dimensionnement Sont : Pour une travée isostatique. Pour une travée continue , on prendra b=0,4h Où L est la portée de la poutre.
h
b
Remarque : On a pris la même section pour toutes les travées d’une poutre continue. Pour respecter le RPS2000, le bmin sera de 20cm.
Le tableau suivant résume les sections prises :
Poutre A 3_4 A 10_11 B 4_6 B 5_7 D 3_4 D 10_11 E 4_8 F 3_4 F 10_13 G 1_13 H 5_9 I 9_13 J 6_13 Stage ingénieur Juillet et Aout 2010
Section (cm2) 20*30 20*30 20*35 20*35 20*30 20*30 20*25 20*30 20*35 20*25 20*45 20*50 20*35 Page 16
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1 F_G 2 D_F 3 A_D 4 A_G 5 E_H 6 C_E 6 I_J 7 C_E 8 E_G 9 G_J 10 A_G 11 A_D 12 D_F 13 F_G 14 G_I
20*35 20*30 20*35 20*35 20*35 20*25 20*30 20*25 25*55 20*25 20*25 20*35 20*35 20*35 20*30
1.3. Escaliers : L’escalier est un ouvrage constitué d’une succession de gradins permettant de passer à pieds d’un niveau à un autre. Il est déterminé par les paramètres suivants : • La marche : est la partie horizontale là où l’on marche. • La contre-marche : est la partie verticale. • Giron : largeur d’une marche. • La paillasse : supporte les marches et les contres-marche. • La volée : longueur utile de chaque marche. • Le palier : la partie horizontale d’un escalier, aboutit à chaque étage de l’escalier à un palier d’arrivée qui en même temps palier de départ. • La cage d’escalier : le volume important à l’escalier. Pour notre structure, nous avons un escalier à paillasse. Cet escalier est constitué de deux volées et un palier e repos intermédiaire posé sur une poutre BA appelée « poutre palière ».
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1,0m
2,10m
1 2m
0 16m
1 1m
Caractéristiques techniques :
Pour étage courant :
Hauteur à monter=2,72m. Emmarchement= 1,10m pour la première volée et 1,20m pour la deuxième. Giron : g=30cm 17 contre marches et 16 marches, la hauteur de la marche est h=17cm (à noter qu’en pratique h doit être compris entre 14 et 20cm) On a donc 2h+g=64cm Stage ingénieur Juillet et Aout 2010
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Remarque : Ces dimensions donnés par les plans architecturaux vérifient bien la relation de
Blondel qui impose que 2h+g doit être compris entre 60 et 65cm. ((condition qui assure une utilisation facile des escaliers). Inclinaison de la paillasse (α) et épaisseur de palier (e) : Tgα = H/L (H : hauteur de la volée=153 cm et L sa longueur=210cm) donc
=36,08°
α
La longueur de la paillasse est : Lp=H/ sin α soit
Lp=260cm
L'épaisseur de la paillasse est telle que : Lp/30
