Détails du sujet
ANALYSE COMPARATIVE STRUCTURALE ET ÉCONOMIQUE D’UN PLANCHER EN BÉTON PRÉCONTRAINT ET UN PLANCHER MIXTE ACIER-BÉTON :
Cas d’un plancher à usage de parking à Goma
Résumé
Auteur : MAGENE SEMU
Niveau: TECH2
Département: Genie civil
Année Ac: 2021-2022 , | 2023-04-03 16:30:33
Mots clés
Plancher, précontrainte, post-tension, mixte, acier-béton, économique, environnemental.
Intérêt
Le choix porté à ce sujet n’est pas fortuit ; il tire source de l’observation de la carence, dans la ville de Goma, des ouvrages de stationnement d’abord, puis du souci de proposer une solution assortie techniquement et économiquement, ensuite.
On y tire un intérêt double :
premièrement, un grand intérêt d’ordre scientifique en ce sens qu’il met à la disposition des constructeurs, un ensemble de données pour guider le choix du type de plancher à utiliser, et aux chercheurs, un nouveau champ de recherche dans le choix de matériaux de construction adapté à cette région ;
deuxièmement, sur le plan socio-économique, il est un pas obligé dans l’analyse technique et économiques des parkings publics dans la ville de Goma, ouvrages qui permettront d’abord d’éviter bien de désordres de stationnement occasionnant des accidents et embouteillages et ensuite la sécurité des personnes, des véhicules et des biens. Il permet aussi d’éviter toutes les pertes financières et environnementales que pourrait occasionner un choix hasardeux de plancher.
Problématique
1.1 Contexte
Les structures de stationnement sont devenues des éléments importants dans l’environnement urbain et suburbain d’aujourd’hui. On a réalisé que les services de stationnement représentent la première et dernière impression qu’un visiteur reçoit d’une installation, et cela peut être le facteur déterminant lorsque les consommateurs décident où faire les affaires, lorsque les visiteurs décident du lieu de leur visite ou même le touriste de sa destination [1].
Le béton reste toujours le matériau le plus employé, dans le monde pour construire les bâtiments et les ouvrages de Génie civil [2].
D’ordinaire, il est fort en compression mais faible en traction. Même le béton armé, où des barres d'acier sont utilisées pour supporter la tension à laquelle le béton ne peut pas résister, est sujet à la fissuration et, par la suite, à la corrosion sous de faibles charges [3].
Ce comportement a conduit les ingénieurs, à des recherches qui ont abouties à d’autres matériaux composites, dont, plus couramment, deux solutions sont envisagées :
- le béton précontraint et
- la construction mixte acier-béton.
D’une part, par rapport au béton armé classique, le béton précontraint comporte un ajout de câble permettant de retarder la fissuration de sorte que les charges de service sont supportées principalement par le béton non fissuré. Cela permet de réaliser des structures beaucoup plus légères, donc de très grande portée, là où le béton armé se serait écroulé sous son propre poids [4].
D’autre part, l’acier et le béton, deux matériaux essentiellement différents, sont complètement compatibles et complémentaires vis-à-vis l’un de l’autre. En fait, ce qui est tout à fait particulière du fonctionnement d’un élément mixte, c’est l’association mécanique de deux matériaux, acier et béton, par l’intermédiaire d’une connexion située à l’interface des matériaux. Cela permet d’accroître à la fois la rigidité et la résistance de l’élément [5].
Or, dans la charte de l’éthique de l’ingénieur (IESF), parlant de l’ingénieur et de ses missions, il est dit : « l’ingénieur cherche à atteindre le meilleur résultat en utilisant au mieux les moyens dont il dispose ; il est rigoureux dans le choix de la solution en intégrant les dimensions humaine, économique, financière, sociale et environnementale » [6].
C’est pourquoi, si ces matériaux composites offrent des plus amples libertés sur le plan de confort, d’économie et même environnemental que le béton armé ; la mission de l’ingénieur alimentera, par la suite, le désir de découvrir, lequel entre l’utilisation du béton précontraint et de la structure mixte permettrait encore plus de gain sur un plan ou un autre.
C’est dans ce contexte que ce mémoire s’organise.
1.2 Identification et formulation du problème
La difficulté, dans la démarche pour effectuer un choix optimal des solutions, est souvent due au fait que la notion de portée économique, qui a souvent eu le privilège de servir de principe directeur, ne permet pas d’aboutir à un choix plus précis.
En effet, elle n’offre pas des directives absolues mais seulement des alternatives ; ainsi, pour une même portée, on trouve divers choix convenables. Ensuite, elle est une variable dépendant des facteurs comme la disponibilité des matériaux et la disponibilité des technologies : elle devrait varier d’une région à une autre. Bref, son emploi à l’aveugle conduit souvent l’ingénieur dans l’erreur.
C’est pourquoi des recherches portant sur des études comparatives pour le choix des matériaux ont été abondamment développées ces dernières années, notamment associées aux ouvrages d’art, plus particulièrement aux ponts de grandes portées, aux ouvrages haubanés, ou aux structures exceptionnelles de bâtiment.
Toutes ces constructions ont pour particularité de faire appel à des systèmes dont la mise en œuvre complexe requiert des moyens importants. Malheureusement cela a occulté l’utilisation de ces matériaux dans les bâtiments courants dont le parking public.
Aussi faut-t-il souligner que ces études ont souvent porté sur des comparaisons entre la structure en béton armé et, soit la structure précontrainte, soit la mixte acier-béton ; études aboutissant à des conclusions laissant paraître les avantages, qu’offrent le choix de l’utilisation de la structure mixte acier-béton ou précontrainte en lieu et place du béton armé. On observe alors que le champ de comparaison, entre les structures mixte acier-béton et précontrainte, est souvent oublié alors qu’il devrait constituer l’étape suivante.
1.3 Question de recherche
Lors de la conception d'un ouvrage, les principales préoccupations qui intéressent le maitre d'ouvrage, avant sa prise de décision, peuvent être de nature diverses : techniques, économiques, environnementales, fonctionnelles, etc.
Ainsi la préoccupation majeure au cœur de cette étude est de comprendre comment pourraient être conciliés, pour ces deux variantes c'est-à-dire celle en béton précontraint et celle en mixte acier-béton, la qualité, le coût et l’impact sur l’environnement, afin de guider les décideurs dans leur prise de décisions.
Spécifiquement :
- quelle serait la variante de plancher la plus avantageuse sur le plan économique, lorsqu’il est à usage de parking public ?
- de deux variantes, la quelle serait la plus avantageuse sur le plan environnemental ? Plan provisoire
Déjà à son terme. Hypothèses
Des quastions sus-évoquées dans la problématique, les hypothèses suivantes ont été émises :
- pour un confort optimal, le plancher précontraint serait la variante la plus économique ;
- le plancher précontraint serait en même temps la variante la plus environnementale par rapport à la variante mixte acier-béton. Méthodes
Pour atteindre les objectifs énumérés précédemment, il a été nécessaire de :
rassembler une littérature enfouie dans les documents par la technique d’analyse documentaire ;
procéder à l’analyse structurale et dimensionnement des différentes variantes de planchers par une méthode analytique et une méthode numérique : à l’aide du programme 103_Dalle_BP de Henry THONIER pour le calcul du plancher précontraint, du logiciel BIM Master ec4 pour le calcul de la dalle mixte et du logiciel ArcelorMital Beams Calculator pour l’analyse de la poutraison du plancher mixte acier-béton ;
faire finalement une confrontation par la méthode comparative.
En outre, dans cette étude, pour la conception nous avons utilisé la réglementation NF P 91.100 et les Eurocodes pour les calculs.
Minutieusement, la norme NF P 91.100 a servi pour la définition des dimensions à observer pour un parc de stationnement public, l’EC1 pour définir les différentes actions sur les structures, l’EC2 pour les différentes vérifications du plancher précontraint et enfin l’EC4 pour les vérifications du plancher mixte acier-béton. Bibliographie
[1] G. Force, Precast prestressed concrete parking structures : Recommended practice for design and construction, Chicago: The precast/prestressed concrete institute PCI, 1997.
[2] J. Perchat, Traité de béton armé selon Eurocode 2, vol. II, Paris: Editions le Moniteur, 2017.
[3] P. Bhatt, Prestressed concrete design to Eurocodes, University of Glasgow: Taylor & Francis group, October 2010.
[4] W. D. e. H. Hamilton, Prestressed concrete building, design and construction, Cham: Springer, 2019.
[5] K. Nassim, La Construction Mixte (Acier -Béton) "Cours et Exercices Corrigés", Saida: University of Saida & Université de Béjaïa, Septembre 2016.
[6] P.-Y. Ollivier, La conception des structures : matériaux, dimensionnement et aspects constructifs, Lyon: Dunod, 2017.
[7] H. Thonier, Conception et calcul des structures des bâtiments, vol. 2, Paris: Presse de l'école nationale de Ponts et chaussées, 1993.
[8] A. H. e. M. C. Manfred, Traité de Génie civil de l’École polytechnique fédérale de Lausanne Vol.11 : Charpentes métalliques/conception et dimensionnement des halles et bâtiments, Lausanne: Presses polytechniques et universitaires Romandes, 2001.
[9] H. Thonier, Conception et calcul des structures des bâtiments, vol. 1, Paris: Presse de l'école nationale de Ponts et chaussées, 1992.
[10] A. H. e. M. C. Manfred, Traité de Génie civil de l’École polytechnique fédérale de Lausannes vol.10 : Construction métallique/notions fondamentales et méthodes de dimensionnement, vol. Nouvelle édition revue et adaptée aux nouvelles normes de structures, Lausanne: Presses polytechniques et universitaires Romandes, Janvier 2006.
[11] R. &. C. J.-L. (. l. d. d. Lacroix, Propriétés des bétons armés et précontraints, Paris: Hermès Science Publications, 2002 .
[12] C. &. F. I. Pascal, Béton précontraint, Paris: Presses de l’Ecole nationale des ponts et chaussées, Décembre 2007.
[13] B. &. a. Pierre, la précontrainte dans le bâtiment : les nouvelles règles de calcul, leurs conséquences économiques et environnementales, Cluses: SEDIP.
[14] S. &. M. W. Khan, Post-tensioned concrete floors, Oxford: Butterworth-Heinemann, 1995.
[15] C. AFNOR, Eurocode 4 - Construction mixte acier-béton: Calcul des structures mixtes acier-béton- Partie 1.1 : Règles générales et règles pour les bâtiments. – AFNOR, Saint-denis: Afnor, 2004.
[16] P. Aymeric, Conception de structures mixtes et en béton précontraint : Développement de la méthodologie des calculs aux Eurocodes, Paris: Ellipse, 2021.
[17] e. a. Groupe de travail « bâtiment » de CIMBÉTON, Parkings aériens : Le béton, la solution à votre projet, Clichy: CIMBÉTON.
[18] ICH, Cours d'Introduction à la technologie du bâtiment Tome 1, Normes parcs de stationnement, Paris: ICH.
[19] C.F.N., NF P 91-100 : Parcs de stationnement accessibles au public, règles d’aptitude à la fonction, conception et dimensionnement, Paris: Afnor, Mai 1994.
[20] N. Ernst, Les éléments des projets de construction 10 Edition française revue et augmentée, Paris : Dunod , 2010.
[21] H. Thonier, Le béton précontraint aux états limites, Paris: Presse de l’école nationale des Ponts et chaussées, 1985.
[22] H. Thonier, Conception et calcul des structures des bâtiments TOME 7 : L’Eurocode 2 pratique, Paris: Presse de l'école nationale de ponts et chaussées, 1998.
[23] C. AFNOR, Eurocode 2 - Calcul des structures en béton - Partie 1.1 : Règles générales et règles pour les bâtiments, Saint-Denis: Afnor, Avril 2004.
[24] C. AFNOR, Eurocode 4 - Calcul des structures mixtes acier-béton - Partie 1.2 Règles générales- comportement au feu, Saint-Denis: Afnor, Septembre 1994.
[25] C. AFNOR, Eurocode 2-Calcul des structures en béton-Partie 1-2 : Règles générales : Calcul du comportement au feu, Afnor, 2001.
Directeur & Encadreur
Directeur: BARAKA Olivier MUSHAGE
Encadreur: KUBUYA Patient BINWA
Status
Décision ou observation:
Feu vert:
Déposé : NO
Défendu: NO
Finalisé:
ANALYSE COMPARATIVE STRUCTURALE ET ÉCONOMIQUE D’UN PLANCHER EN BÉTON PRÉCONTRAINT ET UN PLANCHER MIXTE ACIER-BÉTON : Cas d’un plancher à usage de parking à Goma
Résumé
Auteur : MAGENE SEMU
Niveau: TECH2
Département: Genie civil
Année Ac: 2021-2022 , | 2023-04-03 16:30:33
Mots clés
Plancher, précontrainte, post-tension, mixte, acier-béton, économique, environnemental.Intérêt
Le choix porté à ce sujet n’est pas fortuit ; il tire source de l’observation de la carence, dans la ville de Goma, des ouvrages de stationnement d’abord, puis du souci de proposer une solution assortie techniquement et économiquement, ensuite.On y tire un intérêt double :
premièrement, un grand intérêt d’ordre scientifique en ce sens qu’il met à la disposition des constructeurs, un ensemble de données pour guider le choix du type de plancher à utiliser, et aux chercheurs, un nouveau champ de recherche dans le choix de matériaux de construction adapté à cette région ;
deuxièmement, sur le plan socio-économique, il est un pas obligé dans l’analyse technique et économiques des parkings publics dans la ville de Goma, ouvrages qui permettront d’abord d’éviter bien de désordres de stationnement occasionnant des accidents et embouteillages et ensuite la sécurité des personnes, des véhicules et des biens. Il permet aussi d’éviter toutes les pertes financières et environnementales que pourrait occasionner un choix hasardeux de plancher.
Problématique
1.1 ContexteLes structures de stationnement sont devenues des éléments importants dans l’environnement urbain et suburbain d’aujourd’hui. On a réalisé que les services de stationnement représentent la première et dernière impression qu’un visiteur reçoit d’une installation, et cela peut être le facteur déterminant lorsque les consommateurs décident où faire les affaires, lorsque les visiteurs décident du lieu de leur visite ou même le touriste de sa destination [1].
Le béton reste toujours le matériau le plus employé, dans le monde pour construire les bâtiments et les ouvrages de Génie civil [2].
D’ordinaire, il est fort en compression mais faible en traction. Même le béton armé, où des barres d'acier sont utilisées pour supporter la tension à laquelle le béton ne peut pas résister, est sujet à la fissuration et, par la suite, à la corrosion sous de faibles charges [3].
Ce comportement a conduit les ingénieurs, à des recherches qui ont abouties à d’autres matériaux composites, dont, plus couramment, deux solutions sont envisagées :
- le béton précontraint et
- la construction mixte acier-béton.
D’une part, par rapport au béton armé classique, le béton précontraint comporte un ajout de câble permettant de retarder la fissuration de sorte que les charges de service sont supportées principalement par le béton non fissuré. Cela permet de réaliser des structures beaucoup plus légères, donc de très grande portée, là où le béton armé se serait écroulé sous son propre poids [4].
D’autre part, l’acier et le béton, deux matériaux essentiellement différents, sont complètement compatibles et complémentaires vis-à-vis l’un de l’autre. En fait, ce qui est tout à fait particulière du fonctionnement d’un élément mixte, c’est l’association mécanique de deux matériaux, acier et béton, par l’intermédiaire d’une connexion située à l’interface des matériaux. Cela permet d’accroître à la fois la rigidité et la résistance de l’élément [5].
Or, dans la charte de l’éthique de l’ingénieur (IESF), parlant de l’ingénieur et de ses missions, il est dit : « l’ingénieur cherche à atteindre le meilleur résultat en utilisant au mieux les moyens dont il dispose ; il est rigoureux dans le choix de la solution en intégrant les dimensions humaine, économique, financière, sociale et environnementale » [6].
C’est pourquoi, si ces matériaux composites offrent des plus amples libertés sur le plan de confort, d’économie et même environnemental que le béton armé ; la mission de l’ingénieur alimentera, par la suite, le désir de découvrir, lequel entre l’utilisation du béton précontraint et de la structure mixte permettrait encore plus de gain sur un plan ou un autre.
C’est dans ce contexte que ce mémoire s’organise.
1.2 Identification et formulation du problème
La difficulté, dans la démarche pour effectuer un choix optimal des solutions, est souvent due au fait que la notion de portée économique, qui a souvent eu le privilège de servir de principe directeur, ne permet pas d’aboutir à un choix plus précis.
En effet, elle n’offre pas des directives absolues mais seulement des alternatives ; ainsi, pour une même portée, on trouve divers choix convenables. Ensuite, elle est une variable dépendant des facteurs comme la disponibilité des matériaux et la disponibilité des technologies : elle devrait varier d’une région à une autre. Bref, son emploi à l’aveugle conduit souvent l’ingénieur dans l’erreur.
C’est pourquoi des recherches portant sur des études comparatives pour le choix des matériaux ont été abondamment développées ces dernières années, notamment associées aux ouvrages d’art, plus particulièrement aux ponts de grandes portées, aux ouvrages haubanés, ou aux structures exceptionnelles de bâtiment.
Toutes ces constructions ont pour particularité de faire appel à des systèmes dont la mise en œuvre complexe requiert des moyens importants. Malheureusement cela a occulté l’utilisation de ces matériaux dans les bâtiments courants dont le parking public.
Aussi faut-t-il souligner que ces études ont souvent porté sur des comparaisons entre la structure en béton armé et, soit la structure précontrainte, soit la mixte acier-béton ; études aboutissant à des conclusions laissant paraître les avantages, qu’offrent le choix de l’utilisation de la structure mixte acier-béton ou précontrainte en lieu et place du béton armé. On observe alors que le champ de comparaison, entre les structures mixte acier-béton et précontrainte, est souvent oublié alors qu’il devrait constituer l’étape suivante.
1.3 Question de recherche
Lors de la conception d'un ouvrage, les principales préoccupations qui intéressent le maitre d'ouvrage, avant sa prise de décision, peuvent être de nature diverses : techniques, économiques, environnementales, fonctionnelles, etc.
Ainsi la préoccupation majeure au cœur de cette étude est de comprendre comment pourraient être conciliés, pour ces deux variantes c'est-à-dire celle en béton précontraint et celle en mixte acier-béton, la qualité, le coût et l’impact sur l’environnement, afin de guider les décideurs dans leur prise de décisions.
Spécifiquement :
- quelle serait la variante de plancher la plus avantageuse sur le plan économique, lorsqu’il est à usage de parking public ?
- de deux variantes, la quelle serait la plus avantageuse sur le plan environnemental ?
Plan provisoire
Déjà à son terme.Hypothèses
Des quastions sus-évoquées dans la problématique, les hypothèses suivantes ont été émises :- pour un confort optimal, le plancher précontraint serait la variante la plus économique ;
- le plancher précontraint serait en même temps la variante la plus environnementale par rapport à la variante mixte acier-béton.
Méthodes
Pour atteindre les objectifs énumérés précédemment, il a été nécessaire de : rassembler une littérature enfouie dans les documents par la technique d’analyse documentaire ;
procéder à l’analyse structurale et dimensionnement des différentes variantes de planchers par une méthode analytique et une méthode numérique : à l’aide du programme 103_Dalle_BP de Henry THONIER pour le calcul du plancher précontraint, du logiciel BIM Master ec4 pour le calcul de la dalle mixte et du logiciel ArcelorMital Beams Calculator pour l’analyse de la poutraison du plancher mixte acier-béton ;
faire finalement une confrontation par la méthode comparative.
En outre, dans cette étude, pour la conception nous avons utilisé la réglementation NF P 91.100 et les Eurocodes pour les calculs.
Minutieusement, la norme NF P 91.100 a servi pour la définition des dimensions à observer pour un parc de stationnement public, l’EC1 pour définir les différentes actions sur les structures, l’EC2 pour les différentes vérifications du plancher précontraint et enfin l’EC4 pour les vérifications du plancher mixte acier-béton.
Bibliographie
[1] G. Force, Precast prestressed concrete parking structures : Recommended practice for design and construction, Chicago: The precast/prestressed concrete institute PCI, 1997.[2] J. Perchat, Traité de béton armé selon Eurocode 2, vol. II, Paris: Editions le Moniteur, 2017.
[3] P. Bhatt, Prestressed concrete design to Eurocodes, University of Glasgow: Taylor & Francis group, October 2010.
[4] W. D. e. H. Hamilton, Prestressed concrete building, design and construction, Cham: Springer, 2019.
[5] K. Nassim, La Construction Mixte (Acier -Béton) "Cours et Exercices Corrigés", Saida: University of Saida & Université de Béjaïa, Septembre 2016.
[6] P.-Y. Ollivier, La conception des structures : matériaux, dimensionnement et aspects constructifs, Lyon: Dunod, 2017.
[7] H. Thonier, Conception et calcul des structures des bâtiments, vol. 2, Paris: Presse de l'école nationale de Ponts et chaussées, 1993.
[8] A. H. e. M. C. Manfred, Traité de Génie civil de l’École polytechnique fédérale de Lausanne Vol.11 : Charpentes métalliques/conception et dimensionnement des halles et bâtiments, Lausanne: Presses polytechniques et universitaires Romandes, 2001.
[9] H. Thonier, Conception et calcul des structures des bâtiments, vol. 1, Paris: Presse de l'école nationale de Ponts et chaussées, 1992.
[10] A. H. e. M. C. Manfred, Traité de Génie civil de l’École polytechnique fédérale de Lausannes vol.10 : Construction métallique/notions fondamentales et méthodes de dimensionnement, vol. Nouvelle édition revue et adaptée aux nouvelles normes de structures, Lausanne: Presses polytechniques et universitaires Romandes, Janvier 2006.
[11] R. &. C. J.-L. (. l. d. d. Lacroix, Propriétés des bétons armés et précontraints, Paris: Hermès Science Publications, 2002 .
[12] C. &. F. I. Pascal, Béton précontraint, Paris: Presses de l’Ecole nationale des ponts et chaussées, Décembre 2007.
[13] B. &. a. Pierre, la précontrainte dans le bâtiment : les nouvelles règles de calcul, leurs conséquences économiques et environnementales, Cluses: SEDIP.
[14] S. &. M. W. Khan, Post-tensioned concrete floors, Oxford: Butterworth-Heinemann, 1995.
[15] C. AFNOR, Eurocode 4 - Construction mixte acier-béton: Calcul des structures mixtes acier-béton- Partie 1.1 : Règles générales et règles pour les bâtiments. – AFNOR, Saint-denis: Afnor, 2004.
[16] P. Aymeric, Conception de structures mixtes et en béton précontraint : Développement de la méthodologie des calculs aux Eurocodes, Paris: Ellipse, 2021.
[17] e. a. Groupe de travail « bâtiment » de CIMBÉTON, Parkings aériens : Le béton, la solution à votre projet, Clichy: CIMBÉTON.
[18] ICH, Cours d'Introduction à la technologie du bâtiment Tome 1, Normes parcs de stationnement, Paris: ICH.
[19] C.F.N., NF P 91-100 : Parcs de stationnement accessibles au public, règles d’aptitude à la fonction, conception et dimensionnement, Paris: Afnor, Mai 1994.
[20] N. Ernst, Les éléments des projets de construction 10 Edition française revue et augmentée, Paris : Dunod , 2010.
[21] H. Thonier, Le béton précontraint aux états limites, Paris: Presse de l’école nationale des Ponts et chaussées, 1985.
[22] H. Thonier, Conception et calcul des structures des bâtiments TOME 7 : L’Eurocode 2 pratique, Paris: Presse de l'école nationale de ponts et chaussées, 1998.
[23] C. AFNOR, Eurocode 2 - Calcul des structures en béton - Partie 1.1 : Règles générales et règles pour les bâtiments, Saint-Denis: Afnor, Avril 2004.
[24] C. AFNOR, Eurocode 4 - Calcul des structures mixtes acier-béton - Partie 1.2 Règles générales- comportement au feu, Saint-Denis: Afnor, Septembre 1994.
[25] C. AFNOR, Eurocode 2-Calcul des structures en béton-Partie 1-2 : Règles générales : Calcul du comportement au feu, Afnor, 2001.
Directeur & Encadreur
Directeur: BARAKA Olivier MUSHAGEEncadreur: KUBUYA Patient BINWA
Status
Décision ou observation:Feu vert:
Déposé : NO
Défendu: NO
Finalisé: