Soutenance mémoire
CONSOLIDATION DES DIFFERENTES STRUCTURES AVEC DE L’ACIER
INTRODUCTION
La structure du palais des sports de Nanterre peut être renforcée afin de permettre un fonctionnement sans façade et une extension de ce complexe sportif tout en assurant une certaine stabilité. A noter :
Que la structure est actuellement endommagée.
Qu’il faut trouver une solution pérenne et rapide à mettre en œuvre.
Qu’il faut procéder à une réparation en urgence.
Grâce à sa rapidité d’exécution, sa facilité de montage et sa légèreté, l’acier peut répondre à toutes ces exigences, c’est pour cela que dans ce chapitre, on va concevoir plusieurs solutions en acier à ce sinistre.
PROPOSITION DES SOLUTIONS DE RENFORCEMENT
Suite aux résultats que nous avons obtenus dans le chapitre antécédent, il faut procéder à un renforcement en urgence. Pour cela, trois propositions de renforcement ont été conçues :
1- Reprises de la toiture à l’aide d’un portique en treillis positionné sous la poutre de rive endommagée ;
2- Reprise de la toiture en utilisant un portique en treillis sur la toiture et appuis intermédiaires haubanés ;
3- Reprise de la toiture à l’aide d’une poutre en treillis sur la poutre caisson reliée aux suspentes.
Ces trois solutions sont présentées, de manière sommaire, comme suit :
Reprises de la toiture à l’aide d’un portique en treillis positionné sous la poutre de rive endommagée :
En ce qui concerne la première solution, un portique sous la poutre de rive a été proposé pour supporter les charges de la toiture, assurer la stabilité horizontale et diminuer la flèche causée lors de la suppression de la façade. Ce portique permets d’assembler de manière continue les arbalétriers et les poteaux et sont constitués d’éléments en treillis tubulaires et cela est bien montré dans la figure 4.1. La flèche mesurée au niveau de la poutre de rive est de 6,70 cm.
Reprise de la toiture en utilisant un portique en treillis sur la toiture et appuis intermédiaires haubanés :
Cette solution consiste à mettre en œuvre un système de portique en treillis positionné sur la poutre de rive endommagée reliée grâce à des câbles à haubans afin de remettre la toiture à sa position initiale, ce qui a engendré une diminution de la flèche dont la valeur est de 5,8 cm.
Reprise de la toiture à l’aide d’une poutre en treillis sur la poutre caisson reliée aux suspentes :
Vu que le système d’appui élastique par câbles est distant par rapport à la poutre de rive fissurée, on remarque que cette solution n’est pas assez efficace car la valeur de la flèche n’est pas admissible : elle est de 19,2 cm.
MODELISATION DE LA STRUCTURE DE RENFORCEMENT
En étudiant les trois propositions de renforcement, notre choix a opté sur le premier qui nous semble plus efficace, discret, économique et nécessitant un minimum d’opérations directes sur la structure. La figure 4.6présente la modélisation sur le logiciel SAP2000 du portique utilisé pour renforcer le palais des sports.
Poteaux en treillis
La modélisation des deux poteaux a été faite en commençant par l’arbalétrier et l’entrait en tube puis le treillis qui est constitué de montants et de diagonales en croix de saint André.
Après plusieurs simulations numériques et dimensionnement, on opte pour les sections suivantes : les tubes des membrures supérieure et inférieure (colonnes) sont des tubes carrés (300x300x16) et les tubes des montants et diagonales sont des tubes carrés (180x180x10).
Poutre en treillis (Pratt)
La modélisation a débuté par la poutre qui est constituée d’une membrure supérieure, d’une
membrure inferieure en tubes et d’un treillis constitué de montants et de diagonales en N. Après plusieurs simulations numériques et dimensionnement, on opte pour les sections suivantes : les tubes des membrures supérieure et inférieure sont des tubes carrés (300x300x16) et les tubes des montants et diagonales sont des tubes carrés (180x180x10).
DIMENSIONNEMENT DE LA STRUCTURE DE RENFORCEMENT
Le choix des sections
Dès la phase conceptuelle du portique, il y’a eu une certaine précision au niveau du choix des types de profils pour les membrures, montants et diagonales. Pour que ces derniers puissent assurer une certaines resistance et participent au renforcement de la structure sinistré et en mème temps un interet esthetique. Pour cela, on a du choisir des sections tubulaires de type carré assemblés directement entre eux par soudure sans utilisation de goussets ou de raidisseurs.Quelques avantages des profils creuxsont cités ci-dessous :
– Une meilleur résistance par rapport aux problèmes d’instabilité (flambement et déversement).
– Esthetique : l’utilisation rationnele des profils creux donne des structures elegantes et spacieuses, des poteaux esthétiques et élancés. Dans notre cas la structure de renforcement est visible, c’est pour cela quil est préférable de choisir des éléments tubulaires ; ce qui permet de nous éviter le revètement de ce portique.
– Légèreté : les tubes carrés sont utilisés pour la beauté de leur forme et exprimer la legereté grace au vide interne.
– Protection contre la corroion : la corrosion dans le vide interne est presque innexistante car la surface des profils creux est 30% plus petite que les profils ouverts.
– Dimmensions : il existe une variante nombreuse des epaisseurs et dimensions possibles.
Après plusieurs calculset vérifications, le portique en treillis est composé donc de :
– Une poutre a treillis type Pratt :
La poutre a une portée de 45 m et une hauteur de 2,32 m.
L’arbalétrier (membrure haute) et l’entrait (membrure basse):Tube 300x300x16
Les montants et les diagonales : Tube 180x180x10
2 poteaux à treillis en croix de saint André
Les poteaux ont une hauteur de 11,63 m et une largeur de 2,5 m.
L’arbalétrier (membrure haute) et l’entrait (membrure basse) : Tube 300x300x16
Les montants et les diagonales : Tube 180x180x10
Verification de la resistance des élements de la structure de renforcement
Les éléments qui constituent le portique en treillis sont sollicités en flexion et compression axiale en même temps (flexion composée).
On retrouve les caractéristiques des profils creux utilisés, dans le tableau 4.1.
Vérifications de la résistance des éléments de la poutre en treillis :
Les tubes 300x300x16 et 180x180x10 sont de classe I, et sont considérés comme des éléments comprimés et fléchis. Ces profils creux sont soumis aux sollicitations qui sont représentés ci dessous dans le tableau 4.2.
Analyse de la structure après renforcement
Lors de la mise en œuvre du portique métallique de confortmenent, on remarque une grande amélioration des comportementsde la structure. Quand il y a eu la démolition de la façade, la toiture avait pris une fléche de 22,4cm. Pour cela, il fallait procéder à un renforcement d’où le portique metallique avec lequel la toiture a repris sa position initiale avec une flècheplus faible de 6,70cm.
En comparant la flèche du coté de la façade déposée avantet après consolidation, il s’est avéré que la valeur de la flèche de la poutre de rive a diminué de plusieurs centimètres et est passée de 22,4cm à 6,7cm ce qui pourrais nous amener à conclure que le système de consolidation choisi,c’est-à-dire le portique en treillis, est très efficace car il a permis à la toiture de remonter à sa position initiale tout en offrant une stabilité. Par contre sur le coté de la façade non déposée, on ne remarque pas de changement sur la valeur de la flèche maximale.
(2) La valeur de la contrainte au niveau des poutres de rives sur la partie piscine est presque la même avant et après consolidation du palais. La poutre de rive au droit de la façade déposée avant consolidation est très sollicitée contrairement aux contraintes relevées après consolidation qui sont logiquement acceptables car on revient quasiment à l’état initial.
(3) Après la consolidation du palais des sports, on remarque que les efforts normaux de compression dans les potelets métallique HEA120 ne dépassent pas la capacité portante de ces éléments métalliques existants (Nmax= 108,57kN<Npl,rd = 540,5 kN)
VERIFICATION DES ASSEMBLAGES
Un calcul correcte des assemblages permet à la structure un bon fonctionnement et assure une forte résistance de pièces entre elles dans le domaine de la construction metallique. Parmis toutes les téchniques d’assemblages qui existent, la soudure est favorisée lors d’un assemblage de montants et diagonales en tube carré avec les membrures hautes et basses.
Caclcul de l’assemblage par soudure au niveau de la poutre en treillis
L’assemblage entre les montants et diagonals avec les membrures hautes et basses de la poutre en treillis se fait par la soudure, afin d’assembler les tube 180x180x10 aux tubes 300x300x16.
Les efforts sollicitants les plus défavorables extraits par le logiciel(SAP2000) sont donnés cidessous :
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Table des matières
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des notations
INTRODUCTION GENERALE
I. NOTIONS ET REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
I.1 INTRODUCTION
I.2 NOTIONS
I.2.1 La réhabilitation
I.2.2 Entretien et maintenance
I.2.3 La rénovation
I.2.4 La conservation
I.2.5 La restauration
I.2.6 La consolidation
I.3 CONSOLIDATION DES DIFFERENTES STRUCTURES AVEC DE L’ACIER
I.3.1 Consolidation de structures en bois avec de l’acier
I.3.2 Consolidation de structures en béton armé avec de l’acier
I.3.3 Consolidation de structures en acier avec de l’acier
I.4 LES CARACTERISTIQUES DE L’ACIER DE CONSOLIDATION
I.5 LES ELEMENTS METALLIQUES UTILISES EN CONSOLIDATION
I.5.1 Les barres et les profils acier disponibles
I.5.2 Bacs en acier, parements métalliques et éléments d´ossature légères disponibles
I.5.3 Composants en acier pour la consolidation et la réhabilitation
I.5.4 Produits complémentaires de l´acier pour la réhabilitation et consolidation
I.6 EXEMPLES DE RENFORCEMENT DE BATIMENTS EN ALGERIE
I.6.1 Bâtiment de la banque nationale d’El Maleh
I.6.2 Restauration de la caserne «MILOUD»
I.7 CONCLUSION
II. PRESENTATION DE L’OUVRAGE
II.1 INTRODUCTION
II.2 HISTORIQUE
II.3 DESCRIPTION DE L’OUVRAGE
II.3.1 Description de la toiture
II.3.2 Description de la poutre centrale
II.3.3 Données géométriques de l’ouvrage
II.3.4 Localisation et données concernant le site
II.4 MATERIAUX UTILISE
II.4.1 Béton existant
II.4.2 Acier existant
II.5 DESCENTES DES CHARGES
II.5.1 La charge permanente
II.5.2 Surcharges d’exploitation
II.6 REGLEMENTS UTILISE
II.7 CONCLUSION
III. ANALYSE DE LA STABILITE DU BATIMENT
III.1 INTRODUCTION
III.2 ETAPES DE MODELISATION
III.2.1 Introduction
III.2.2 Poutre caisson
III.2.3 Toiture plissée
III.2.4 Poutres de rive
III.2.5 Poteaux principaux
III.2.6 Potelets métallique des façades
III.3 VERIFICATIONS DE LA STABILITE GENERALE
III.3.1 Structure existante avant travaux
III.3.2 Structure existante après dépose partielle de la façade
III.3.3 Récapitulatif des résultats
III.4 SYNTHESE
III.5 CONCLUSION
IV. RENFORCEMENT DE LA STRUCTURE
IV.1 INTRODUCTION
IV.2 PROPOSITION DES SOLUTIONS DE RENFORCEMENT
IV.2.1 Reprise de la toiture à l’aide d’un portique en treillis sous la poutre de rive
IV.2.2 Reprise de la toiture en utilisant un portique en treillis sur la toiture
IV.2.3 Plancher métallique supportant la toiture du coté de la façade déposée
IV.3 MODELISATION DE LA STRUCTURE DE RENFORCEMENT
IV.3.1 Poteaux en treillis
IV.3.2 Poutre en treillis (Pratt)
IV.4 DIMENSIONNEMENT DE LA STRUCTURE DE RENFORCEMENT
IV.4.1 Le choix des sections
IV.4.2 Vérification de la de résistance des éléments de la structure de renforcement
IV.4.3 Analyse de la structure après renforcement
IV.5 VERIFICATION DES ASSEMBLAGES
IV.5.1 Calcul de l’assemblage par soudure au niveau de la poutre en treillis
IV.5.2 Calcul de l’assemblage par soudure au niveau des poteaux en treillis
IV.5.3 calcul de l’assemblage par boulonnage au niveau des deux poteaux en treillis
IV.6 PROGRAMME DE CONSOLIDATION
IV.7 TRAITEMENT DE LA FISSURE SUR LA POUTRE DE RIVE
IV.8 CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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