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- Etude du centre de tri postal d’Eclépens (suisse) -

PROJET DE FIN D'ETUDES -

Centre de tri Eclépens Maître de stage : Tuteur :

Fernand DION (Chef de groupe travaux, Losinger Construction). Claude SCHAEFFER (Professeur, INSA Strasbourg).

INSA de Strasbourg – Spécialité Génie Civil 5ème année BECHTOLD Hervé

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SOMMAIRE 1.

INTRODUCTION ...............................................................................................................................4

2.

PRÉSENTATION DE L’ENTREPRISE .............................................................................................5 2.1 2.2

3.

UNE ENTREPRISE SUISSE :...........................................................................................................5 UN MEMBRE DE BOUYGUES : .......................................................................................................5

PRÉSENTATION DU PROJET.........................................................................................................6 3.1 GÉNÉRALITÉS .............................................................................................................................7 3.2 LES DIFFÉRENTS INTERVENANTS ..................................................................................................8 3.3 QUELQUES CHIFFRES ..................................................................................................................8 3.4 PARTICULARITÉS .......................................................................................................................11 3.4.1. Exigences du client ........................................................................................................11 3.4.2. Plans des charges..........................................................................................................12

4.

ETUDE DES FONDATIONS ...........................................................................................................13 4.1 GÉNÉRALITÉS ...........................................................................................................................13 4.1.1. Documents géotechniques ............................................................................................13 4.1.2. Charges de dimensionnement .......................................................................................14 4.1.3. Les règlements : SIA 267 (Suisse) ................................................................................15 4.2 QUELQUES VARIANTES ..............................................................................................................16 4.2.1. Etude des pieux longs....................................................................................................16 4.2.2. Etude des pieux courts ..................................................................................................16 4.2.3. Solution colonnes à modules mixtes..............................................................................16 4.2.4. Comparatif des différentes solutions constructives .......................................................16

5.

ETUDE DU PLANCHER DU RÉZ...................................................................................................16 5.1 GÉNÉRALITÉS ...........................................................................................................................16 5.1.1. Hypothèses ....................................................................................................................16 5.1.2. Les normes suisses .......................................................................................................16 5.2 ETUDE DU PLANCHER AU-DESSUS DU SOUS-SOL .........................................................................16 5.2.1. Hypothèses ....................................................................................................................16 5.2.2. Pré-dimensionnement des poteaux. ..............................................................................16 5.2.3. Les différentes variantes................................................................................................16 5.2.4. Comparatif......................................................................................................................16 5.3 DALLAGE ..................................................................................................................................16 5.4 DALLE SUR VIDE SANITAIRE ........................................................................................................16 5.4.1. Hypothèses ....................................................................................................................16 5.4.2. Les différentes variantes................................................................................................16 5.4.3. Comparatif......................................................................................................................16

6.

CHOIX CONSTRUCTIFS DE L’ENTREPRISE ..............................................................................16

7.

ETUDE DES CHOIX DE L’ÉTUDIANT ...........................................................................................16

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- Etude du centre de tri postal d’Eclépens (suisse) 7.1 DALLE DESSUS SOUS-SOL..........................................................................................................16 7.1.1. Mise en œuvre ...............................................................................................................16 7.1.2. Méthodologie de mise en œuvre ...................................................................................16 7.1.3. Résultats du calcul .........................................................................................................16 7.2 DALLE SUR VIDE SANITAIRE ........................................................................................................16 7.2.1. Méthodologie de mise en œuvre ...................................................................................16 7.2.2. Résultats du calcul (cf. annexes) ...................................................................................16 8.

CHIFFRAGE DALLE SUR VIDE SANITAIRE ................................................................................16

9.

CONCLUSION ................................................................................................................................16

10.

REMERCIEMENTS.....................................................................................................................16

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1.

Introduction

Un des buts premier d’une entreprise est de générer des bénéfices. Afin d’en réaliser le maximum certains peuvent avoir recours à la malfaçon. D’autres en revanche tentent de satisfaire le client en proposant des variantes adaptées à leur besoin qui sont plus viables économiquement (pour les deux parties), c’est le cas de Losinger. Le but de ce projet a été d’établir plusieurs variantes : le rapport portera sur l’étude de fondations type pieux et l’étude des dalles afin de valider ou non les choix de l’entreprise. Bien qu’important, le facteur économique n’est pas le seul argument pour la validation d’une solution, en effet d’autres paramètres sont en jeux comme le temps de réalisation, la complexité et les dangers en cours de mise en œuvre par-exemple. Au cours de ce projet, mes missions ont été ardues ; ma première tâche a été de découvrir un nouveau projet de construction dans un autre pays puis une nouvelle norme. La grande majorité du prédimensionnement de mes variantes a été réalisée à la main ou sur des feuilles de calcul tableur programmées par moi ou par des personnes de l’entreprise. J’ai alors dimensionné les variantes les plus adaptées avec le programme de dimensionnement aux éléments finis Cedrus-5 (Cubus). Ainsi je traiterai dans l’ordre l’étude des différentes variantes de fondations et des dalles en relation avec le système de fondation. Suite à une évaluation des avantages de chaque solution, l’étude détaillée sera menée sur les cas les plus judicieux. Enfin le sujet finira par une méthodologie de mise en œuvre de chacun d’entre-elles.

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2.

Présentation de l’entreprise

2.1

Une entreprise suisse :

En 1917 les frères Losinger fondaient un bureau d’ingénieurs à Berthoud dans le canton de Berne. C’est en 1965 que Losinger fit ses débuts en tant qu’entreprise générale. En 1990 Bouygues devint principal actionnaire de cette entreprise. En 1998 la quinzaine de sociétés détenues par Losinger était ramené à 4 sociétés et en 2001 la structure Bouygues Deutschland avait été rattachée à Losinger. Aujourd’hui cette entreprise est active dans différents secteurs de la construction tant en bâtiment qu’en génie civil et ouvrages d’arts. En 2005 la société accusait près de 850 collaborateurs et un chiffre d’affaire de 715 millions de CHF (Résultat net de 22 millions de CHF).

2.2

Un membre de Bouygues :

Aujourd’hui, Bouygues est un groupe diversifié, animé par une forte culture d’entreprise dont les métiers s’organisent autour de deux pôles : la Construction avec Bouygues Construction (BTP et Electricité), Bouygues Immobilier et Colas (Routes), et les Télécoms-Médias avec TF 1 et Bouygues Telecom. Implanté dans 80 pays, le Groupe Bouygues compte plus de 113’300 collaborateurs et a réalisé, en 2004, un chiffre d’affaires de 23,4 milliards d’euros, dont 6,4 milliards à l’International. Losinger est un des membres de BYEFE (Bouygues Entreprises France-Europe) ellemême une filiale de Bouygues Bâtiment.

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3.

Présentation du projet

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3.1

Généralités

Le projet consiste en la réalisation de deux centres de tri postaux dont le maitre d’ouvrage est la Poste suisse. Ces réalisations s’inscrivent dans le cadre du remaniement des traitements postaux appelé Projet REMA (Reengineering Mailprocessing). Ces nouveaux centres se situent à Härkingen et à Eclépens. Ces deux bâtiments ainsi qu’un troisième existant permettront un premier tri des courriers. Près de 8 trains et 1200 véhicules seront attendus par jour.

Chacun abritera des chaines de tri automatisés très lourds et relativement sensibles aux déformations du sol (le client impose une charge utile de 20 kN/m2 dont une moitié en charge quasi-permanente et des conditions de planéité et de déflection très rudes).

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3.2

Les différents intervenants

Maitre d’ouvrage : La poste suisse Assistant au M.O.: Bonnard & Gardel Bureau d’étude (Ingénieurs conseils) Entreprise totale : Losinger SA Bureaux d’études : Henauer Gugler AG SRIG-MONOD Architecte :

3.3

Wenger Partner AG

Quelques chiffres

Ce bâtiment a pour dimensions 217m de longueur pour 109m de largeur et plus de 10m de hauteur. Il est composé d’un niveau souterrain d’une superficie de 11’000m2, d’un rez-de-chaussée de 23’600m2 et de quelques pièces à l’étage. Le clos couvert est prévu en charpente métallique. Les portiques en treillis ont une portée de 36m pour un espacement de 12m, les pannes sont espacées de 3m. Son contreventement et sa tenue aux séismes sont en partie assuré par un noyau en béton de près de 20m de large par 40m de long pour 12m de haut. (Ce noyau servira au stockage des enveloppes). Toutes les structures internes seront réalisées en béton et comprennent : Au sous-sol : Un radier en béton de 30cm avec des sur-profondeurs allant jusqu’à 80cm Des murs périphériques d’une épaisseur de 30 cm Un réseau de poteaux de 5m de hauteur avec une trame de 9 x 12m Des cloisonnements en béton et en maçonnerie (agglos) Au rez-de-chaussée Une dalle sur sommier de 35cm d’épaisseur Un dallage de 24cm d’épaisseur Un silo à lettre de 800m2 dont les murs ont une épaisseur de 35cm. BECHTOLD Hervé

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- Etude du centre de tri postal d’Eclépens (suisse) Ce bâtiment s’intègre dans un terrain d’une superficie de 71’500 m2 qui comprend un bassin de rétention, un quai ferroviaire, de 46 quais de déchargement pour poids lourds, un parking de 300 places et des espaces verts.

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3.4

Particularités

3.4.1. Exigences du client Le client a des exigences particulières, en effet les surcharges de calcul au rez-dechaussée sont de deux types : Soit une surcharge répartie de 20 kN/m2 (Type 1) Soit une surcharge répartie de 12 kN/m2 additionnée à une charge ponctuelle de 288 kN tous les 6m. Cette charge est transmise par une platine de 0,20 x 0,20m (Type 2) Les autres besoins du client sont une totale adaptabilité et des exigences très fortes en matière de réalisation, de déformation et de fissuration. Ainsi la dalle du rez doit avoir une horizontalité telle que la différence d’altitude en tout point n’excède pas deux centimètres sur des longueurs de 200m. La flèche due à une surcharge quasi-permanente de 10 kN/m2 ne doit pas dépasser 1cm pour une surface de 6 x 6m soit une flèche maximum de L/850. Quant au critère d’adaptabilité, il a fixé les importantes portées précédemment écrites mais force l’entreprise à réaliser de nombreuses cloisons non porteuses et les ingénieurs à considérer les surcharges ponctuelles mobiles sur toute la surface.

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3.4.2.

Plans des charges

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4.

Etude des Fondations

4.1

Généralités

4.1.1.

Documents géotechniques

Plusieurs campagnes d’essais ont été réalisées sur ce terrain. Les résultats dénotent une hétérogénéité du sol en place. Cependant certaines valeurs peuvent être supposées constantes dans le cadre du dimensionnement. 4.1.1.1.

Coupe géologique :

La couche superficielle de limons (Co) est constante et vaut environ 5m. La seconde couche de graviers (Ag) varie fortement et atteint un minimum de 4,60m sous le rezde-chaussée et environ 2m sous le sous-sol. La troisième couche d’argiles (Aa) peut atteindre 14m sous le sous-sol. On peut en revanche la supposer constante et d’épaisseur 10-12m. Enfin la dernière couche à 22m de profondeur est composée de sable (As). Une coupe géologique est donnée à l’annexe A.4.1.01 4.1.1.2.

Résultats d’essais

Plusieurs essais ont été réalisés sur ce sol. Les valeurs sont répertoriées ci-dessous :

Essais de laboratoire

Essais en place 1ère campagne

Couche

[kN/m3]

'[°]

c' [kN/m2]

Couche

Pl* [MPa]

Nspt

Co

21

32

3

Co

0.75

16

Ag

22

36

0

Ag

1

23

Aa

21

33

1

Aa

0.9

30

Pf

Pl*

2ème campagne Couche

'

c'

Couche

Nspt

Co

19

23 à 28

10

Co

11

Ag

20

30 à 35

0

Ag

34

Aa

21

25 à 30

10 à 20

Aa

1

1.5

32

As

21 à 22

30 à 35

5 à 20

As

2

>3

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- Etude du centre de tri postal d’Eclépens (suisse) De plus ces rapports proposent également des valeurs de dimensionnement : Portance

Couche

[kN/m2]

Co

100

Ag

350

Pieux battus qs [kN/m2]

qp [kN]

Pieux forés qs [kN/m2]

75

qp [kN]

50

Aa As

80 à 120

3300 + 350 × E

100 à 150

5000 + 450 × E

A noter que ces valeurs restent des garde-fous et les valeurs de frottements sont une moyenne prenant en compte les trois couches (étude des pieux longs).

4.1.2.

Charges de dimensionnement

Dans la suite, les fondations seront pré-dimensionnées aux ELU en admettant comme coefficient γ =

pour le facteur entre la charge de service des poteaux de

charpente métallique et la charge en sécurité structurale (moyenne entre 1,35 et 1,5 et des charges essentiellement permanentes). Pour des raisons pratiques on admettra que toutes ces charges sont identiques et valent 1450 kN x 1,4 = 2030 kN. Le plancher du rez-de-chaussée (hors dalle sous-sol) a une surface de 15' 000 m2. Afin de tenir compte des irrégularités pour le pré-chiffrage des fondations on ajoute arbitrairement 10% de la surface à savoir 1' 500 m2. Ce plancher est soumis à la fois à une charge d’exploitation uniforme de 20 kN/m2 et à une charge permanente d’environ 10 kN/m2 pour la structure en béton (dalle plus éléments porteurs).

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4.1.3.

Les règlements : SIA 267 (Suisse)

Dans le cadre de la vérification de la sécurité structurale les états limites suivants seront analysés, dans la mesure où ils sont déterminants: L’état limite type1 (Ra) concerne la stabilité globale de la structure, basculement, tendance à flotter comme un corps rigide). L’état limite type2 (Ri) concerne la capacité portante de la structure ou de l’une de ses parties (défaillance par rupture ou par déformation excessive). Les états limites type 3 et 4 concernent la stabilité ainsi que la résistance à la fatigue du terrain.

Les états limites de l’aptitude au service se rapportent aux exigences d’utilisation de l’ouvrage, conformément à la convention d’utilisation. On obtient les relations suivantes :

=

η × γ

, avec Ra,k

de résistance ultime du pieu

γ

=η ×

: Valeur caractéristique extérieure

=

: Pieux soumis à la compression

η ≤

: Détermination par le calcul

η ≤

: Détermination par l’expérience

, avec

: valeur caractéristique de la résistance ultime

η =

=

Dans le cas du béton

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η × γ

avec η

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≤ et γ =

=

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4.2

Quelques variantes

4.2.1.

Etude des pieux longs

Hypothèses : On suppose que la charge est verticale et centrée, que les remblais éventuels ne provoquent pas de frottement négatif et que la nappe est statique. Les pieux seront forés et auront une hauteur minimale de 25m. Deux diamètres seront étudiés : Pré-dimensionnement : Chiffrage : Longueur de pieu

Diamètre de pieu

Résistance unitaire

Surface utile*

Qualité de béton

(m)

(mm)

(kN)

(m2)

(MPa)

25

700

2860

65

14

30

700

3760

86

35

700

4650

25

800

30 35

Nombre total

Prix total

Prix unitaire

(SFR)

(SFR)

377

2 820 000

7 484

19

308

2 789 000

9 055

106

23

266

2 799 000

10 522

3440

79

13

329

3 180 000

9 667

800

4520

103

17

271

3 173 000

11 708

800

5600

128

21

236

3 213 000

13 614

*surface de dalle pouvant être reprise par un seul pieu

Comparatif : On constate une nette différence de prix entre les deux variantes. D’autres paramètres entrent également en jeu. Ainsi en résumé : Diamètre 700: Avantages :

Inconvénients :

Prix global et stabilité du prix Transfert de charge dans le sol de fondation Poids de la structure porteuse BECHTOLD Hervé

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Délais de réalisation Résistance du béton

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4.2.2.

Etude des pieux courts

4.2.2.1.

Hypothèses

On suppose que la charge appliquée aux fondations est verticale et centrée, que l’effet de groupe est nul, qu’il n’y a pas de frottement négatif qui s’applique aux pieux et que la nappe est statique. Les pieux seront préfabriqués et mis en œuvre par battage. Deux diamètres seront considérés. 4.2.2.2.

Pré-dimensionnement

4.2.2.2.1. Chiffrage Longueur de pieu

Diamètre de pieu

Valeur de calcul

Surface utile

(m)

(mm)

(kN)

(m2)

Nombre total

Prix global

Prix unitaire

(SFR)

(SFR)

7

400

600

14

1493

1 630 000

1 090

7.5

400

645

15

1366

1 560 000

1 145

8

400

695

16

1273

1 520 000

1 200

7

500

860

20

1057

1 700 000

1 610

7.5

500

925

21

993

1 675 000

1 690

8

500

990

23

924

1 630 000

1 770

4.2.2.2.2. Comparatif A l’inverse des pieux longs, mieux vaut privilégier les pieux de diamètre élevés. En effet, le prix total est faussé notamment par la non prise en compte des semelles pour les poteaux, plus grandes dans le cas de pieux de dimensions inférieurs. De même les pieux de diamètre élevés apportent une plus grande souplesse quant aux variations des charges et la mise en place des éléments porteurs de la dalle est plus aisée et rapide (la charge ponctuelle du type 2 peut apporter à elle seule la moitié de la capacité portante des pieux diamètre 400mm). Bien que le prix soit faussé, la solution en diamètre 400mm peut coûter jusqu’à 200' 000 SFR de moins, le coût de chaque pieu est moindre donc le prix est plus stable. Ainsi les deux solutions peuvent se valoir.

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4.2.3.

Solution colonnes à modules mixtes

Les colonnes à modules mixtes sont un produit Keller. Il s’agit d’une association entre une inclusion rigide et une colonne ballastée. L’inclusion en béton non armé de faible classe de résistance s’ancre dans la couche de graviers. Elle mesure environ 6m et a un diamètre de 34cm. Une tête en colonne ballastée est ensuite réalisée au-dessus de chaque inclusion, cette tête a pour diamètre 70cm et pour hauteur approximativement 1,00m. Ces colonnes ne sont pas considérées comme des pieux malgré l’inclusion mais bien comme un renforcement de sol au même titre que les colonnes ballastées. Ainsi l’écartement de ces colonnes et leur hauteur déterminent une capacité portante du nouveau sol. (c.f. coupe type). Afin d’obtenir les caractéristiques suffisantes, l’entreprise Keller a déterminé la trame des colonnes avec précision mais pour le chiffrage de cette solution on considèrera l’écartement fixe et égal à 2.50m. On estime également que pour chaque poteau métallique il faut 3 colonnes de renforcement. La longueur de chaque colonne est de 7,5m et son prix unitaire estimé à 450 SFR/col. (60 SFR/ml). Chiffrage : Colonnes sous poteaux

Colonnes sous plancher

264

3040

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Prix unitaire

Prix total

450.00

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1 486 800.00

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4.2.4.

Comparatif des différentes solutions constructives

4.2.4.1.

Classement

Seront mis en avant plusieurs critères pour comparer ces trois solutions. Ainsi le prix et ses aléas, les délais de réalisation, la mise en œuvre des autres lots et enfin l’adaptabilité seront estimés et notés sur un barème de 1 (mauvais) à 4 (très bon). Cette note est estimée par l’étudiant. Prix

Aléa prix

Délai

Autres lots

Adaptabilité

TOTAL

Pieux courts

3

3

3

3

2

14

Pieux longs

1

1

3

2

4

11

CMM

4

3

3

3

2

15

4.2.4.2.

Choix de l’entreprise

L’entreprise a choisi la solution des colonnes à modules mixtes pour son prix et dans un cadre écologique de réemploi des matériaux présents. Cette solution a été dimensionnée par des bureaux d’ingénieurs et sera présentée par la suite puis comparée au choix de l’étudiant. 4.2.4.3.

Choix de l’étudiant

Le choix de l’étudiant se porte sur la solution des pieux courts. Le coût global de cette solution peut s’avérer meilleur car la différence entre la solution pieux courts et celle des CMM est très grande puisque l’un aboutit à un dallage et l’autre à un vide sanitaire.

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5.

Etude du plancher du réz

5.1

Généralités

5.1.1.

Hypothèses

L’étude préliminaire, contrairement à celle des fondations, se fera à la fois à l’aptitude au service et à la sécurité structurale. Ainsi la flèche maximale du plancher est de L/850 pour une charge de poids propre additionné à une surcharge fréquente ou quasi-permanente de 10kN/m2. On suppose que le local est de type entrepôt Chacune de ces études correspond à un type particulier de fondation. A noter que le dimensionnement de la dalle sur sous-sol est figé par le client et équivalent à des fondations profondes (piliers de trame 9m×12m) pour des questions d’adaptabilité de l’ouvrage.

5.1.2.

Les normes suisses

Principe de vérification aux ELU : Ed ≤ Rd

Avec Ed la sollicitation de la structure et Rd la résistance du matériau

Coefficients de sécurité sur les charges :

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5.2

Etude du plancher au-dessus du sous-sol

5.2.1.

Hypothèses

La trame est fixée à un poteau tous les 9m dans un sens et tous les 12m dans l’autre sens. La présence de quelques murs porteurs est négligée dans cette préétude.

5.2.2.

Pré-dimensionnement des poteaux.

Les poteaux doivent reprendre une surcharge aux ELU de (30+13,5) × (9×12) = 43.5×108 = 4660 kN. En négligeant les effets du flambement (armatures longitudinales en fonction du flambement) et en prenant du béton C30/37, on arrive à une surface de : S=

5.2.3.

Rd 4660 = = 0,24m 2 Soit un poteau de 0,50 × 0,50ml f cd 20000

Les différentes variantes

Plusieurs possibilités sont envisageables. Les différentes solutions analysées sont : une dalle pleine en béton (type dalle champignon) une dalle en T en mixte une dalle en T en béton une dalle sur un réseau de poutres principales et secondaires.

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- Etude du centre de tri postal d’Eclépens (suisse) 5.2.3.1.

Dalle champignon

5.2.3.1.1. Poinçonnement de la dalle : En supposant que l’effort de 4660kN se diffuse à 45° dans la dalle et que l’appui a pour dimension 0,50ml de coté, la hauteur de dalle nécessaire (sans armatures) vaut plus de 90cm !! Cette solution est inenvisageable tel quel. Il faudra donc s’affranchir du problème de poinçonnement en mettant en œuvre une armature particulaire ou autre. 5.2.3.1.2. Sécurité structurale et aptitude au service : En utilisant un programme de pré-dimensionnement selon BAEL 91 et en supposant que la dalle travaille comme une série de poutres de 1,00ml de largeur, le ferraillage inférieur nécessaire pour une dalle de 60cm est d’un lit 34 / 20cm en longitudinal et d’un lit de 22 / 15cm dans le sens transversal. Le calcul de la flèche élastique avec un programme aux éléments finis donne 7,3mm (surcharge rare). Après le seul fluage, la flèche limite est dépassée. (Idem pour surcharge fréquente ou quasi-permanente). Afin de résoudre ce problème, plusieurs solutions sont possibles : Augmenter l’épaisseur de la dalle Pré-flécher la dalle (solution inenvisageable) Encastrer les bords de dalle aux murs périphériques. Cette dernière solution fait passer la flèche élastique à 3,4mm maximum. Le ferraillage correspondant à la flèche limite est en inférieur est de 22,8 cm2/ml soit par exemple du 20 et 22 alternés tous les 15cm. Chiffrage : Désignation

Quantité

Fourniture et mise en place béton C30/37 Fourniture et pose acier Coffrage du fond y-c étayage grande hauteur Coffrage des joues y-c étayage grande hauteur

4 800 260 000 8 000 230

PU

m3 kg m2 m2

Montant

210.00 1.30 40.00 50.00

1 008 000.00 338 000.00 320 000.00 11 500.00

TOTAL

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1 677 500.00

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Dalle mixte

Le problème majeur de cette solution est sa mauvaise tenue au feu qui doit être assurée sur une grande partie du sous-sol. Etant donné les portées pouvant paraître « faibles » pour ce type de matériau (12m), l’étude ne sera pas menée. 5.2.3.3.

Dalle sur sommier

5.2.3.3.1. Hypothèses On considère que la charge de 20 kN/m2 est dimensionnant et que le poids propre de la dalle est de 10 kN/m2. Le dimensionnement se fera à la sécurité structurale et sera vérifié à l’aptitude au service avec le logiciel CEDRUS. D’après un calcul rapide au poinçonnement (diffusion à 45°) avec une charge de 2880kN (charge type 2) sur une platine de 0,20ml de coté, la hauteur de la dalle doit être de 25 cm minimum (pour des questions d’évolutivité, un ferraillage particulier au droit des pieds n’est pas envisageable). 5.2.3.3.2. Pré-dimensionnement Dalle : Comme pour le cas de la dalle champignon, le poteau aura une section de 0,50×0,50ml. On réalisera donc des sommiers de cette largeur, ainsi la portée de cette dalle est de 8,50ml. On suppose que cette dalle est une série de poutres accolées de 1m de largeur. Comme cette dalle ne travaille plus que dans un seul sens le ferraillage transversal sera faible donc négligé dans cette étude qualitative. Pour une épaisseur de dalle de 40cm, le ferraillage nécessaire en travée est minimal en supérieur et il faut disposer de 22/26 alternés tous les 15cm. Sommier : La charge appliquée à la poutre est 13,5 + (30+13.5) × 9 = 405 kN/ml. Etant donné cette charge et la portée de 11,5ml, la hauteur de la poutre devrait être de 1,60ml pour une largeur de 60cm ce qui est énorme et implique tout de même un fort taux d’armatures (130cm2 en longitudinal).

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Pour des questions d’exploitation, la hauteur devra se limiter à 1,00m. On estime la largeur correspondante de cette poutre à 1,00m. Ce changement de largeur implique une réduction d’épaisseur de la dalle de 5cm. Les nouvelles charges de dimensionnement sont donc (1×1×25) + (30+0,35×25×1,35) × 9 = 401 kN/ml. Avec cette configuration la hauteur de la poutre passe à 1,40ml pour un ferraillage identique (celui de la dalle reste également inchangé). Dans le cas d’une poutre continue cette hauteur passe à 1,10m. Cette hauteur peut encore être réduite si on encastre les deux bords. Dans tous les cas le ferraillage est identique. Le programme aux éléments finis sous une surcharge de 10kN/m2 nous donne une flèche élastique de 7,3mm au bord dans la première travée. En procédant comme précédemment, à savoir en encastrant les bords aux murs périphériques, cette flèche maximale ne dépasse pas 4,0mm. Afin de respecter la condition de flèche, il faudra mettre en place une armature de 20/20cm. 5.2.3.3.3. Chiffrage Désignation

Quantité

PU

Montant

Poutre : Fourniture et mise en place béton C30/37 Fourniture et pose acier Coffrage y-c étayage grande hauteur

670 180 000 2 300

m3 kg m2

210.00 1.30 50.00

140 700.00 234 000.00 115 000.00

2 800 186 000 7 500

m3 kg m2

210.00 1.30 40.00

588 000.00 241 800.00 300 000.00

Dalle : Fourniture et mise en place béton C30/37 Fourniture et pose acier Coffrage y-c étayage grande hauteur

TOTAL

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1 619 500.00

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5.2.3.4.

Dalle sur poutres principales et secondaires

5.2.3.4.1. Hypothèses On considère que la charge dimensionnant est 20 kN/m2. Le dimensionnement se fera à la sécurité structurale et sera vérifié à l’aptitude au service avec l’aide d’un logiciel. Comme précédemment l’épaisseur minimale de la dalle est 25cm. 5.2.3.4.2. Pré-dimensionnement Dalle : La charge à la sécurité structurale induite par une dalle de 25cm est de 38,5 kN/m2. Toujours en considérant la dalle comme une série de poutres de 1,00ml de largeur et en considérant un ferraillage raisonnable (30cm2/ml), le moment limite en travée vaut 140 kNm ce qui correspond à une dalle de portée L = 5,40ml. Poutre secondaire : La portée de la poutre est de 8,00ml. On détermine arbitrairement la largeur de cette poutre à 0,60ml (largeur importante) pour avoir la portée de dalle de 5,40ml. La charge de dimensionnement vaut 240kN/ml d’où un moment en travée de 100kNm (partiellement encastré). Cette charge impose une hauteur de 65cm donc une retombée de 40cm. Après un nouveau calcul des charges, le ferraillage longitudinal se monte à 30cm2 en inférieur et jusqu’à 40cm2 en supérieur. Sommier : La charge appliquée à la poutre est 1910 kN en milieu de travée plus une charge linéaire de 68 kN/ml. Le moment en travée de rive qui en résulte est de 4400 kNm. Ce moment de dimensionnement nous impose une hauteur de poutre de 1,10ml avec un ferraillage longitudinal de 110cm2. En encastrant les extrémités, le moment chute à 3500kNm. La hauteur nécessaire passe alors à 1,00ml pour un ferraillage identique de 110cm2 en inférieur et 140cm2 en supérieur. Le programme aux éléments finis sous une surcharge de 10kN/m2 nous donne une flèche élastique de 3,6mm. La compatibilité avec l’exigence du client est largement réalisée avec l’armature de la poutre secondaire.

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- Etude du centre de tri postal d’Eclépens (suisse) 5.2.3.4.3. Chiffrage Désignation

Quantité

PU

Montant

Dalle : Fourniture et mise en place béton C30/37 Fourniture et pose acier Coffrage y-c étayage grande hauteur

2 000 200 000 6 400

m3 kg m2

210.00 1.30 40.00

420 000.00 260 000.00 256 000.00

280 85 000 2 250

m3 kg m2

210.00 1.30 50.00

58 800.00 110 500.00 112 500.00

660 120 000 2 200

m3 kg m2

210.00 1.30 50.00

138 600.00 156 000.00 110 000.00

TOTAL

1 622 400.00

Poutre secondaire : Fourniture et mise en place béton C30/37 Fourniture et pose acier Coffrage y-c étayage grande hauteur Sommier : Fourniture et mise en place béton C30/37 Fourniture et pose acier Coffrage y-c étayage

5.2.4.

Comparatif

5.2.4.1.

Classement

Afin de comparer ces différentes solutions plusieurs critères seront mis en avant. Le prix, la facilité de mise en œuvre, les délais de fabrication, l’impact sur les fondations et la mise en œuvre des autres lots seront évalués. Prix

Mise en œuvre

Délais

Poids

Autres lots

TOTAL

Champignon

1

3

2

1

4

11

Sommier

4

2

2

2

3

13

Réseau de poutres

4

1

1

4

2

12

5.2.4.2.

Choix de l’entreprise et de l’étudiant :

D’après cette évaluation rapide, la solution de la dalle sur sommier elle la plus judicieuse. Cette solution peut éventuellement être optimisée en utilisant du béton précontraint. C’est également une solution qui peut laisser place à une réalisation en préfabriqué. Pour mémoire cette solution peut correspondre également à une solution de fondations profondes.

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5.3

Dallage

D’après les résultats du bureau d’étude, le dallage à mettre en œuvre sur un remblai de qualité (Me=600 MPa) est de h = 24cm armé à 130 à 135 kg/m3.

Chiffrage Désignation Fourniture et mise en place béton C30/37 Fourniture et pose acier

Quantité 3 550 480 000

PU

m3 kg

Montant

210.00 1.30

745 500.00 624 000.00

TOTAL

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1 369 500.00

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5.4

Dalle sur vide sanitaire

5.4.1.

Hypothèses

La trame fixée par l’étude des fondations sur pieux courts est de 15m2 et 21m2 en moyenne selon le diamètre. Cela peut correspondre à un pieu tous les 3m par 5m (diamètre 400mm) et à un pieu tous les 3m par 7m (diamètre 500mm). La descente de charge des poteaux métalliques se fait de façon disjointe avec les charges de la dalle. Dans cette étude, compte tenu des portées inférieures à 6m, la charge dimensionnant sera du deuxième type à savoir une surcharge répartie de 12kN/m2 plus une charge ponctuelle de 288kN. A noter que l’épaisseur minimale de la dalle vaut 25cm pour des questions de poinçonnement.

5.4.2.

Les différentes variantes

Plusieurs possibilités sont envisageables. Les différentes solutions analysées sont : une dalle pleine en béton (dalle champignon) une dalle en T en béton La solution de dalle sur un réseau de poutres principales et secondaires est inutile puisque la dalle seule suffit (portée de 3m).

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5.4.2.1.

Dalle champignon

5.4.2.1.1. Poinçonnement de la dalle : En estimant que les efforts se diffusent à 45° dans la dalle et que l’appui a pour dimension un diamètre de 400 ou 500mm, l’épaisseur nécessaire de la dalle est de 37cm pour un poteau diamètre 400mm et 39cm dans l’autre cas. En remarque, afin de réduire cette épaisseur, on peut procéder soit à un élargissement en tête de pieu (progressif ou non), soit à un ferraillage particulier. 5.4.2.1.2. Sécurité structurale et aptitude au service : En utilisant un programme de pré-dimensionnement selon BAEL 91 et en supposant que la dalle travaille comme une série de poutres de 1,00ml de largeur, le ferraillage nécessaire en inférieur pour une dalle de 40cm est d’un lit de 26 tous les 20cm en longitudinal et d’un lit de 22 tous les 20cm dans le sens transversal dans les deux cas. Le calcul de la flèche avec un programme aux éléments finis nous donne une flèche élastique de 2mm sans fissuration d’où une flèche à long terme de 9mm avec certaines conditions de ferraillage. Avec ce programme, l’armature est revu à la baisse avec 16/20cm en transversal et 22/20cm en longitudinal. Dans le cas de la dalle de 3x5, la flèche élastique maximale est de seulement 0,5mm et n’impose aucun ferraillage particulier (en terme de flèche). 5.4.2.1.3. Chiffrage : Désignation

Quantité

PU

Montant

m3

210.00

1 243 200.00

625 000

kg

1.30

812 500.00

14 800

m2

40.00

592 000.00

200

m2

50.00

10 000.00

Fourniture et mise en place béton C25/30

5920

Fourniture et pose acier Coffrage du fond y-c étayage grande hauteur Coffrage des joues y-c étayage grande hauteur

TOTAL

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2 657 700.00

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Dalle sur sommier

5.4.2.2.1. Hypothèses La dalle a une épaisseur minimale de 25cm. La portée de la dalle est de 2,50m entre nu d’appui. La charge de dimensionnement sera celle de type 2. 5.4.2.2.2. Pré-dimensionnement Dalle : En considérant la charge de 288kN mobile et en la diffusant sur des poutres de 1m de largeur on arrive à l’épaisseur minimale de 25cm. Un ferraillage longitudinal de 20 tous les 20cm en inférieur convient. En utilisant le logiciel de calcul, on aboutit à 18/20cm (longitudinal) et 14-16/20cm (transversal) dans chacun des cas. Sommier : Les charges appliquées sont : 85 à 87 kN/ml + 432 kN. L’optimisation des sections nous donne une poutre 0,50 × 0,55ml armé à 20cm2 dans le cas de pieux diamètre 400mm et 0,50 × 0,65 armée à 25cm2 dans l’autre cas. La vérification à l’aptitude au service à l’aide de formulaires nous donne une flèche élastique comprise entre 1 et 2mm selon le cas ( flim = 7ou9mm). Le programme aux éléments finis sous une surcharge de 10kN/m2 donne 0,6mm pour les sommiers de 5m (f < 2mm après fluage) et autant pour les sommiers plus longs. 5.4.2.2.3. Chiffrage Quantité

Designation

PU

Montant

Poutre : Fourniture et mise en place béton C30/37 Fourniture et pose acier Coffrage y-c étayage

700 180 000 8 000

m3 kg m2

210.00 1.30 40.00

147 000.00 234 000.00 320 000.00

3 700 221 000 12 400

m3 kg m2

210.00 1.30 35.00

777 000.00 287 300.00 434 000.00

Dalle : Fourniture et mise en place béton C30/37 Fourniture et pose acier Coffrage y-c étayage

TOTAL

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2 199 300.00

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5.4.3.

Comparatif

En comparant les deux solutions, la dalle sur sommier s’en sort très nettement en termes de prix. Le gros problème de la solution dalle pleine est une nécessité de coffrer en place (pas de possibilité de préfabrication). Cela implique un large surcoût de coffrage du fait que cette solution consistera en un vide sanitaire de hauteur variable (0 à 3m). C’est pourquoi la préfabrication « autoportante » est une solution avantageuse tant en termes de rapidité que de simplicité d’exécution. Ainsi la seule solution plausible dans ce cas est une dalle sur sommier.

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6.

Choix constructifs de l’entreprise

L’entreprise a choisi de réaliser un dallage. Il est très difficile de quantifier le bilan de cette solution en étude. Cette solution a été prise en évaluant les plus et les moins. En effet chaque solution a ses avantages et ses inconvénients.

Avantages

Dallage

Dalle portée (grandes portées)

Dalle portée (petites portées)

Inconvénients

Coût direct

Remblayage de qualité nécessaire

Simplicité d' exécution

Chargement du sol de fondation

Rapidité d' exécution

Poussée des terres sur murs sous-sol

Fondations minimales

Lourds travaux préliminaires

Pas de remblayage

Solution très lourde

Réalisation des canalisations plus aisées

Nécessité d' isoler Possibilité de préfabrication mais avec gros moyens de levage

Pas de remblayage

Nécessité d' isoler

Réalisation des canalisations plus aisées

Nombreuses manipulations et clavetage

Possibilité de préfabrication sans gros moyens de levage

Fondations plus lourdes

Moins de charges sur le sol de fondation

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7.

Etude des choix de l’étudiant

7.1

Dalle dessus sous-sol

Il est choisi d’étudier la solution des réseaux de poutres principales et secondaires pour la dalle au-dessus du sous-sol. Cette variante se place en deuxième position derrière la solution de sommiers seuls. D’après l’étude préliminaire, les sections des éléments porteurs sont : Dalle : 25cm Poutres secondaires : 0,60x0,65ht Poutres principales : 1,00x1,00ht. L’armature sera déterminée sur une partie de la dalle, la mise en œuvre de la variante sera étudiée puis chiffrée. Enfin par la suite le projet sera comparé à la solution de l’entreprise. Cette dalle sera modélisée sur le logiciel de calcul CEDRUS (Version 5). Il s’agit d’un logiciel de calcul aux éléments finis.

7.1.1.

Mise en œuvre

Afin de simplifier au maximum la mise en œuvre de cette variante, on procèdera de la manière suivante : Le sommier sera coffré en place puis ferraillé, les cages d’armatures auront 6 ou 12m de long. Afin de rationaliser le coffrage on prévoira éventuellement un fruit sur les joues afin de simplifier le décoffrage et réemployer celui-ci. On pourra donc préfabriquer des tables sur-mesure d’une longueur de 5,40ml et les réutiliser plusieurs fois. La poutre secondaire sera préfabriquée puis posée sur le coffrage des sommiers. Un étayage minimum sera éventuellement envisagé si l’auto-portance est impossible ou que la condition de flèche et les contraintes internes sont trop grandes pour le service de la dalle. Enfin la dalle se fera en prédalles avec un certain étayage selon la nécessité. L’appui sur les poutres sera suffisant afin de s’affranchir d’étais au bord.

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dessin de principe

7.1.2.

Méthodologie de mise en œuvre

La réalisation de la dalle suivra le phasage suivant : Mise en place du fond de coffrage du sommier Mise en place de l’armature dans le sommier Coffrage des parois du sommier Pose des poutres préfabriquées Bétonnage du sommier Décoffrage des tables coffrantes Puis dans un deuxième temps, Pose des prédalles Mise en place des armatures complémentaires Bétonnage de la dalle

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On se fixe comme durée d’étape 2x 3 jours. La première phase de 3 jours comprendra : décoffrage des tables et mise en place d’un étayage léger (1/2 jour) coffrage du sommier (1/2 jour) pose des armatures et des poutres préfabriquées (1/2 jour) bétonnage des sommiers (1/2 jour) attente un jour avant décoffrage des tables (On admet que la première fois la mise en place du coffrage prendra un jour entier et que cette étape est compensée par la non nécessité de décoffrer les tables) La deuxième phase de 3 jours comprendra : mise en place de l’étayage (1/2 jour) pose des prédalles (1 jour) mise en place des armatures complémentaires (1/2 jour) bétonnage de la dalle (1 jour) Cette solution impose à l’entreprise d’avoir un coffrage de sommier « tampon » pour la pose des poutres secondaires et plusieurs étais et tours puisque le décoffrage de la dalle n’est permis qu’après 28jours. Il parait évident que les tâches peuvent se chevaucher pour diminuer la durée de réalisation de l’ensemble mais on restera tout de même sur ces durées d’étapes pour évaluer les dimensions de chaque tranche, la quantité de matériel et le nombre d’hommes nécessaires (l’emploi permanent de tout le matériel est recherché). La journée inoccupée pourra être utilisée pour exécuter la longrine périphérique et/ou réaliser la dalle.

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7.1.3.

Résultats du calcul

Afin de rationaliser la mise en œuvre, un ferraillage type a été réalisé. Les deux types de chargements ont été étudiés. Seul le quart supérieur gauche de la dalle, à savoir la zone A1, a été dimensionné. En premier lieu on constate que la flèche admissible est atteinte mais non dépassée, d’où une compatibilité avec les exigences du client. 7.1.3.1.

Dalle :

Ratio d’armatures : 150 kg/m3 C’est un ratio élevé pour une dalle. L’explication vient du fait que les portées restent importantes (9m x 5.4m) et que les charges ponctuelles apportent une sur-armature puisque cette charge n’est pas transmise au sol par la totalité de la dalle mais par une « poutre » qui se forme au sein de la dalle. Cette armature aurait pu être diminuée en augmentant l’épaisseur mais ce n’était pas économiquement rentable. Malheureusement la prédalle n’intègre que partiellement l’armature inférieure. (Economie d’armature, simplicité : pas de sens de pose ; et ratio trop important) 7.1.3.2.

Sommier :

Poutre de bord : Poutre courante :

180 kg/m3 160 kg/m3

Même constatation que précédemment, le taux d’armature est élevé étant donné la dimension de cet élément. Dans ce cas, le ratio ne pouvait pas être diminué en augmentant les dimensions à cause du gabarit demandé par le client. 7.1.3.3.

Poutre secondaire :

Poutre de bord : Poutre courante :

200kg/m3 140 kg/m3

.

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7.2

Dalle sur vide sanitaire

Après avoir modélisé la dalle sur le logiciel cedrus-5, il est apparu que la charge admissible par un pieu pouvait être dépassée pour des cas de charges précis, aussi il fallu changer la trame. Le nouvel écartement de 2,80m permet d’utiliser des prédalles de largeur standard (les armatures seront dépliées sur chantier dans le cas d’une préfabrication extérieure). La longueur de 6m a été choisie pour éviter des armatures de couture en milieu de travée. Toute l’armature supérieure des sommiers sera posée en place. C’est pourquoi on met en œuvre des étriers et non des cadres.

7.2.1.

Méthodologie de mise en œuvre

La réalisation de la dalle suivra le phasage suivant : Mise en place du coffrage autour du pieu recepé Pose des sommiers préfabriqués et des armatures complémentaires Clavetage et bétonnage de la jonction Décoffrage Puis dans un deuxième temps, Pose des prédalles Mise en place des armatures complémentaires Bétonnage de la dalle On se fixe comme durée d’étape 2x 2 jours. La première phase de 2 jours comprendra : décoffrage et coffrage des têtes de pieu (1/2 jour) pose des sommiers préfabriqués (1/2 jour) pose des armatures complémentaires, clavetage et bétonnage (1/2 jour) attente de plusieurs jours avant décoffrage des têtes de pieux (Le coffrage pourra être réalisé à l’avance par un menuisier et l’étayage de la poutre pourra être assuré par des éléments se fixant directement sur le pieu). La deuxième phase de 2 jours comprendra : pose des prédalles (1/2 jour) mise en place des armatures complémentaires (1/2 jour) bétonnage de la dalle (1 jour) BECHTOLD Hervé

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La pose des prédalles sera très rapide car il n’y a pas d’étayage et les réglages lors de la pose seront faibles voir inexistants. Cette solution apporte uniquement des contraintes logistiques à l’entreprise et ne nécessite que peu de matériel. Les inconvénients majeurs sont la nécessité d’isoler la dalle et la durée d’attente entre le bétonnage de la structure et celui de la dalle. Le poids des éléments sont de 3t pour les prédalles et 2,5t pour les poutres

7.2.2.

Résultats du calcul (cf. annexes)

La condition de flèche ainsi que la condition de charge sur appui est respectée. Cette trame est donc correcte. 7.2.2.1.

Dalles

Dalle courante : 101kg/m3 C’est une valeur moyenne qui peut être légèrement augmentée en fonction du choix d’armature (treillis ou barres). Dalle bord latéral : 115kg/m3 Dalle bord supérieur : 105kg/m3 On constate que le ratio d’armature de la dalle de bord supérieur est très voisin de celui de la dalle courante. Cela vient du fait que la dalle est sur trois appuis et que la longueur est réduite. A noter que les armatures de coutures sont les seules barres inférieures à poser.

7.2.2.2.

Sommiers

Sommier courant : 135kg/m3 Sommier de bord : 150kg/m3

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8.

Chiffrage dalle sur vide sanitaire

Le chiffrage de cette variante est difficile à réaliser. Cela dépend de nombreux paramètres, en revanche l’ordre de grandeur est déterminable. En prenant des prix moyens de coffrage, bétonnage et ferraillage, on arrive à un prix global qui est de 490’000SFR pour la zone C1. En réalisant à-présent un chiffrage du dallage lui-même, on peut sortir un prix plus ou moins avantageux : Les fondations correspondant à cette solution sont nettement moins cher que les pieux courts battus. En revanche le prix de la stabilisation du matériau excavé ou l’apport de terre extérieure peut fortement varier. Il est entièrement dépendant du sol, de sa teneur en eau etc.…. En faisant un rapide chiffrage, on arrive à un total de 488’000SFR soit « seulement » 2’000SFR d’écart pour un quart de la surface concernée. Bien que ce dallage dépende fortement du temps (stabilisation impossible par temps de pluie), la balance penche tout-de-même en faveur du dallage : D’une part, la sécurité au sol est meilleure qu’en l’air ; d’autre part l’isolation de cette dalle n’a pas été prise en compte dans le prix. Enfin il y aura surement des excédents en terre à évacuer à la décharge.

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9.

Conclusion

La solution des poutres principales et secondaires s’avère finalement non adaptée dans ce cas présent à cause de cette énorme charge ponctuelle. Le bilan est donc plutôt bon pour l’entreprise, elle a su faire les bons choix malgré la pression du client et des concurrents. Cette étude conforte donc l’entreprise dans ses décisions et ses choix. Pour ma part, grâce à ce projet je sais à-présent ce à quoi peut ressembler le métier d’ingénieur dans un bureau technique, tant en méthode qu’en chiffrage ou encore en dimensionnement pur. C’est un environnement que je ne connaissais pas et qui pourrait un jour m’intéresser. Aujourd’hui grâce à ce stage en entreprise, je suis plus expérimenté dans la façon d’armer une structure en béton. J’ai eu énormément de chance de pouvoir effectuer ce stage en Suisse ; hormis l’aspect technique j’ai découvert une région qui m’est très attractive et je pense que c’est une expérience valorisante (et valorisée) pour ma carrière. En résumé ce stage m’aboutit en tant qu’étudiant et m’intègre dans le monde du travail.

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10.

Remerciements

Je remercie cordialement toute l’équipe des grands travaux à savoir Luc BRUNGARD, Fernand DION, Didier BOURQUI, Céline VEUVE, Faustino FERNANDEZ, Franck CARPENTIER,… ainsi que toute l’équipe du chantier de La Poste et du service technique de Genève en particulier Benoît BAZIN pour leur aide et pour leur amabilité. Enfin je remercie Claude SCHAEFFER de l’INSA de Strasbourg pour son aide dans le bon déroulement du projet.

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