De la conception à la modélisation de bâtiments

Victor DAVIDOVICI
Titre	De la conception à la modélisation de bâtiments
Date	Edition septembre 2001 (I)

La démarche de conception, de modélisation, de projet d’exécution et enfin
de la réalisation d’une construction est un processus continu. Dans
cette démarche, il convient à chaque instant de croiser les exigences
fonctionnelles et structurelles pour réaliser des bâtiments adaptés qui
façonnent les espaces à construire.

Les exigences fonctionnelles dépendent de la destination du bâtiment :
logements, écoles, bureaux, hôpitaux, salles de réunions, halls
industriels, etc.

Les exigences structurelles doivent prendre en compte bien entendu la
nature des actions : charges permanentes, charges d’exploitation,
interaction sol-structure (fondations, poussées de sol statiques et
dynamique, instabilité de pente, etc.), vent normal, vent extrême (site
exposé, cyclonique, etc.), charges dynamiques (nuisances vibratoires),
séismes, etc.




La sanction de l’expérience, la prise en compte de l’évolution des
connaissances, de la réglementation, du développement technologique et
les enseignements obtenus après séismes « essais de bâtiments en vraie
grandeur », sont autant de facteurs dont l'impact est permanent dans ce
processus de construction.

Enpartant du vieil adage « qui peut plus, peut moins », on exposera les
exigences spécifiques à la prise en compte de l’action sismique et à
l’interaction du bâtiment avec son environnement telle que la réaction
du sol et la présence d’autres bâtiments.

Si dans les réflexions communes le sol intervient naturellement, il
est par contre courant (implicite) de considérer chaque bâtiment comme étant parfaitement isolé.

Pour illustrer l’interaction de la structure et du sol, considérons
tout d’abord la structure parfaitement rigide. En cas de tassement d’un
élément de fondation cette rigidité intervient spontanément pour
reporter la charge appliquée aux éléments qui tendent à se dérober sur
les éléments voisins plus stables.

Dans ce cas, l’adaptation réciproque des deux systèmes mécaniques
couplés qui constituent la structure et le sol d’assise se ramène à une
adaptation du sol aux conditions imposées par la structure. Le seul
risque qu’encourt cette dernière est celui d’un déversement général
plus ou moins prononcés affectant sa verticalité.

En pratique ce cas est celui de beaucoup des bâtiments avec des
infrastructures caissonnées réalisées par des voiles suivant les deux
directions principales qui présentent, du fait de leur monolithisme,
une rigidité considérable. Ces types de bâtiment ne sont donc exposés
aux effets de tassements différentiels qu’en ce qui concerne leur
aplomb et c’est ce souci et celui du tassement d’ensemble qui
conditionneront la recherche du mode de fondation.

Après le séisme de Mexico de 1985, beaucoup des bâtiments tours avaient
un faux-aplomb de 0,20 à 2,00 m.


Considérons
cette fois une structure constituée par des portiques en charpente
métallique, donc parfaitement souple. Dans cette situation et sur un
sol mou, du fait de sa souplesse, l’adaptation sol-structure se ramène
à l’adaptation de la structure aux conditions imposées par le sol.

Ces exemples montrent bien que la détermination judicieuse du système
de fondation et de la structure, exigent qu’on considère à la fois le
sol et l’ensemble de la structure.

Cette remarque est d’autant plus importante quand il s’agit d’assurer
la stabilité sous l’action sismique (forces essentiellement
horizontales) qui s’applique à l’ensemble du bâtiment.

La stabilité sous l’action sismique est obtenue par un système
structural qui résulte de l’assemblage d’un certain nombre des
structures élémentaires.Plus précisément, la résistance d’une structure
aux forces latérales (vent ou séisme) est assurée par une série de
sous-structures verticales (murs, cages d’escaliers ou d’ascenseurs,
portiques), d’éléments plans ou linéaires fonctionnant à la manière de
consoles encastrées à leur base (contreventements élémentaires).

Les éléments structuraux d’un bâtiment (fondations, poteaux, poutres,
voiles, dalles) sont solidaires les uns des autres d’une manière
directe ou indirecte. Il est donc normal que la stabilité d’un bâtiment
soit envisagée de façon globale par l’assemblage d’un certain nombre
des structures élémentaires et non pas élément par élément ou par
macro-élément (cages d’ascenseurs, cages d’escaliers, etc.).

Ces éléments en béton armé (voiles ou portiques) en charpente
métallique (portiques associés parfois à des voiles) fonctionnent comme
des consoles encastrées à leur base, sur des fondations superficielles
ou de groupes de pieux, ce qui suppose que l’effort normal provenant
des charges verticales est suffisant pour que le centre des pressions
reste dans la section droite.








On
est parfois obligé pour cela à mobiliser des charges verticales
complémentaires, correspondant à des ancrages dans le sol (pieux ou
barrettes travaillant à l’arrachement), ou correspondant à d’autres
parties de la structure en prévoyant des poutres ou des voiles de
transfert.










Plusieurs contreventements élémentaires doivent donc être associés dans leur
fonction de résistance globale d’un bâtiment à l’action sismique par
des diaphragmes horizontaux (planchers) et par la continuité de la
structure jusqu’au niveau de l’infrastructure.

La modélisation d’un bâtiment peut ou non être suivie d’un calcul sur
ordinateur. Gardons présents à l’esprit que la force d’origine sismique
représente seulement un pourcentage de la masse totale du bâtiment (15
à 40 %). Ce pourcentage varie en fonction de l’accélération nominale aN
(zone sismique et classe de l’ouvrage), de la qualité du sol et de la
régularité du bâtiment (coefficient de comportement, torsion d’axe
vertical, etc.).

Quoi qu’il en soit, la modélisation ne peut et ne doit être qu’une
démarche visant à vérifier la qualité de la conception initiale. Cette
conception qui reflète fidèlement la collaboration étroite entre
l’architecte et l’ingénieur se doit d’intégrer toutes les exigences de
la maîtrise d’ouvrage (quelle tâche difficile….).

Une question se pose alors : pourquoi faut-il quand même modéliser ?

Plusieurs raisons incitent à cette démarche de modélisation en phase de projet d’exécution :

tout d'abord cela force l’ingénieur à établir clairement et
à estimer les interrelations sous-jacentes,

[/size] ensuite au-delà d’une appréciation de la stabilité globale,
la confiance aveugle dans l'intuition, surtout dans le domaine de la dynamique, peut amener à une mauvaise appréciation du vrai comportement d’une structure complexe sous l'action sismique,

de plus, l'interaction avec le sol, avec le voisinage, avec les éléments
non-structuraux, donc des relations "marginales" qui ne sont que
quelques éléments d'un modèle global, doivent être testées et validées,
afin d'apprécier leur véritable incidence,

enfin, il est nécessaire de fournir, en même temps que la modélisation,
une mesure de confiance. Celle que l’ingénieur peut avoir de la fiabilité
du modèle après une interprétation approfondie des résultats.

Enfin il ne faut pas perdre de vue qu’on peut se trouver, pour une même
opération, en présence de plusieurs blocs d’où l’évidant intérêt
d’assurer la stabilité globale par une liaison continue au niveau de
l’infrastructure.

le site à consulter

http://www.graitec.fr/expert/15_09_2001_vd.asp

trés bien rachid.
merci beaucoup.

agui a écrit:trés bien rachid.
merci beaucoup.

DE RIEN ABDELKADER

super, j'espère qu'on pourra beaucoup échanger pour montrer que Graitec aussi bon voir mieux que son cousin....Rob.... surtout avec advance beton

merci

merci

Merci Rachid. La stabilité des structures (Shapes) est très importante, plus que le dessin du matériel. Les architectes doivent lire ce type de document

dalhmi a écrit:merci

de rien

kistidi a écrit:merci

de rien

ehard a écrit:Merci Rachid. La stabilité des structures (Shapes) est très importante, plus que le dessin du matériel. Les architectes doivent lire ce type de document

au japôn ; l'architecte est obligé de faire une année en plus pour assurer le minimum de bagage structural