Tfe Mwinda BTP 2021 Fin [PDF]

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« ETUDE DE LA CONSTRUCTION D’UN IMMEUBLE R+10 A OSSATURE METALLIQUE AVEC DALLE MIXTE A KINSHASA-Gombe »Presenté par l’Ingénieur MWINDA NGADIBA Joaslin/TFE 2020-2021

Epigraphe

1Béni

soit le nom de Dieu, d’éternité en éternité! A lui appartiennent la sagesse et la force. C’est lui qui change les temps et les circonstances, qui renverse et qui établit les rois, qui donne la sagesse aux sages et la science à ceux qui ont de l’intelligence.

1

Daniel 2 :20-21

1

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Remerciements : Embrasser les études supérieures et atteindre le stade auquel nous nous trouvons en ce jour, c’est une performance, qui n’est pas commode à réaliser. C’est pourquoi, nous tenons tout d’abord à remercier Dieu tout Puissant, Père de Jésus Christ, Maitre des temps et circonstances, pour nous avoir accordé force, santé, intelligence, sagesse, persévérance et patience.

Nous tenons à remercier le professeur MAFUTA MUTINI Eloi, chef de section BTP (Bâtiment et travaux publics) au sein de l’INBTP et L’Assistant

Célestin

KABASELE TSHISEKEDI qui ont dirigé ce travail en dépit de leurs multiples occupations.

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Dédicace : Je dédie ce mémoire :

A mon très cher Papa Jérôme MWINDA KIEKWA, et à ma très chère maman Ursule EDONO ONTIBI pour tant d’efforts, ainsi que les sacrifices consentis à mon égard afin que je devienne ce que je suis en ce jour.

A mes frères et sœurs : Tabitha MWINDA, Felya MWINDA, Elie MWINDA, Marth MWINDA ainsi que mes frères cadets et jumeaux Michaux et Bastino MWINDA pour avoir partagé avec moi les souffrances, l’amour et la joie.

A mes compagnons de lutte : Ir Aggrey BISENGO, Ir Jethro PALATA, Ir Jean BAKOMITO, Ir Moise MUZEZE, Ir Manu BWAMBU, Ir Alain NGONGA, Julda DINDEMBOLO, Laurent BISENGO, Croutshe MUMBONGO, Ir Merveil PIKAZIO, Ir Daniel KADIBANGA, Ir Josué NGUNGU.

Que ce travail soit pour vous une récompense aux efforts, que nous avons fournis ensemble et un fruit délicieux pour la confiance que vous avez porté à mon égard.

Nos remerciements s’adressant aussi bien à d’autres personnes qui, de près ou de loin, nous ont apporté soutien tout au long de notre cursus ici à l’INBTP.

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LISTE DES NOTATIONS A Anet Aw

Section brute d’une pièce Section nette d’une pièce Section de l’âme

Ct

Coefficient de topographie

Cr

Coefficient de rugosité

Cp,net Coefficient de pression nette Ce

Coefficient d’exposition

Cd

Coefficient dynamique

E

Module d’élasticité longitudinale de l’acier

F

Force en générale

G

Module d’élasticité transversale de l’acier

G

Charge permanente

I

Moment d’inertie

K

Coefficient d’encastrement ou de Rigidité poteaux/Poutre

K0

Coefficient de flambement

K

Facteur de déformée modale

KT

Facteur de terrain

L

Longueur

M

Moment sollicitant en générale

MSd

Moment fléchissant

MRd

Moment résistant par unité de longueur dans la plaque d’assise

MPl

Moment plastique

MCr

Moment critique

Msd

Valeur de calcul du moment fléchissant

Mb,Rd

Valeur de calcul de la résistance au déversement

NSd

Effort normal

Nt sd

Effort normal de traction

Nc sd

Effort normal de compression

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Npl

Effort normal plastique

Pk

Poids total de la structure

Q

Charge d’exploitation

R

Coefficient de comportement de la structure

S

Surface

Vréf

Vitesse de référence du vent

W

Pression aérodynamique

Wpl

Module de résistance plastique

Wel

Module de résistance élastique

H

Hauteur d’une pièce

z

Hauteur au-dessus du sol

z0

Paramètre de rugosité

eq

Hauteur équivalente

zmin

Hauteur minimale



coefficient de réduction pour le mode de flambement approprié

Coefficient de pondération fonction de la nature et de la durée de la charge d’exploitation w

Facteur de corrélation

M

Facteur de moment uniforme équivalent

j

Coefficient relatif à la liaison

M

Coefficient de sécurité



Facteur d'imperfection

k

Déplacement relatif du niveau « k » par rapport au niveau « k-1 » coefficient de forme de la charge de neige

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RESUME

Il concerne en premier l’introduction et la description des éléments de la structure ainsi que les caractéristiques des matériaux utilisés (acier, béton), l'évaluation des charges, surcharges et les actions ainsi que les différentes analyses et vérifications relatives aux exigences de la construction métallique.

Mots clés : Structure en construction métallique

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LISTE DES FIGURES Figure I-1 : Plan Masse de la zone/satellite. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Figure I-2 : Composition de la toiture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Figure I-3 : Dalle mixte à tôle profilée. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 20 Figure I-4 : Les assemblages dans les constructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Figure I-5 : Types d’assemblages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Figure I-6 : Assemblage mixte avec plaque de contact . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 25 Figure I-7 : Portée de déformation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Figure I-8 : déformation du portique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Figure II-1 : Epaisseur de la dalle . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . ………………..37 Figure II-2 : Plancher terrasse inaccessible … . . . . . . . . . . . . .. . . . . . ... . . . . . . . 40 Figure III-1 : Mécanisme de rupture/solive. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 Figure III-2 : Représentation statique du sommier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Figure III-3 : montage poutre /dalle. . . . . . . . ………... . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . ..51 Figure III-2 : Valeurs des contraintes de flexion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Figure III-3 : Les Goujons……………... . . . . . . . ………... . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . ..55 Figure III-3 : présentation des Goujons. . . . . . . . …... . . . .. . … . . . . . . . . . . . . . ..57 Figure IV-1 Profilé laminé HEM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58 Figure IV-2 : Latérale de la structure sur ROBBOT STRUCTURAL . . . . . . . . . . . . . . 59 Figure IV-3 : Perspective de la structure sur ROBBOT STRUCTURAL. . . . . . . . . . . 60 Figure IV-4 stabilité contreventement en palées en X. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Figure IV-5 : Escaliers en charpente métallique . . . . . . . . . . . . . . 63 Figure IV-6 : Charges appliqués sur 1 limon métallique. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Figure V-1 Les vues de l’assemblage sommier-poteau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Figure V-2 : Disposition constructive de l’assemblage sommier-poteau. . . . . .70 Figure V-3 : Raidisseurs de l’assemblage sommier-poteau. . . . . . . …….. . . . 72 Figure V-4 : les vues de l’assemblage poteau-solive . . . . . . . . . . . . . . 74 Figure V-5 : les vues de l’assemblage sommier-solive. ……... . . … . . ………. . . 75 Figure V-4 dispositions de l’assemblage sommier-solive. . .. . . . . . . . . . . . . . . 76 Figure VI-6 : plan de ferraillage de la semelle. . . .. . . . . . . . . . ……..….. . . . . . . 82

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LISTE DES TABLEAUX Tableau I-1 : Caractéristiques des nuances d’acier . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Tableau I-2 : Caractéristiques de la nuance S355 (Fe 510) . . . . .. . . . . . . . . . . . .16 Tableau I-3 : Caractéristiques et symboles des boulons les plus utilisés . . . . . . . 17 Tableau I.4 : Vitesse du vent (valeurs normales et extrême). .. . .. . . .. . . . . . . . .26 Tableau I-5 : Effet de la région/vent. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Tableau I-6 : Effet du site/vent . . . . .. . . .. .. . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . .27 Tableau I-7 : Méthode simplifiée de la période/vent. . . . . . . . . . . . . 29 Tableau I-8 : Coefficient de la hauteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .29 Tableau I.9. Combinaisons d’actions à L’ELS . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .. 33 Tableau I.10. Valeurs limites des déformations . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .19 Tableau II -1 : Charge permanente pour terrasse. .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . .40 Tableau II -2 : Charge permanente d’un plancher courant.. . . . . . . . . . . .. . . .40 Tableau III-1 : Caractéristiques du profile IPE 220. .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . .43 Tableau III-2 : Caractéristiques du profile IPE 240. .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . .45 Tableau III-3 : Caractéristiques du profile IPE 450. .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . .47 Tableau IV -1 : Valeurs retenues dans le pré dimensionnement. . . . . . . . .. . . .61

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TABLE DES MATIERES AVANT PROPOS ...................................................................................................................... 12 INTRODUCTION ....................................................................................................................... 13 INTERET DU SUJET ................................................................................................................. 13 HYPOTHESE .......................................................................................................................... 13 METHODOLOGIE ADOPTEE................................................................................................ 13 OBJECTIF DU SUJET ............................................................................................................. 14 DELIMITATION DU SUJET...................................................................................................... 14 SUBDIVISION DU TRAVAIL ................................................................................................... 14 CHAPITRE I : GENERALITE........................................................................................................ 16 1-1. SITUATION GEOGRAPHIQUE ....................................................................................... 16 1-2. DESCRIPTION DU SITE................................................................................................... 17 1-2-1 MODE D’OCCUPATION DU TERRAIN ................................................................... 17 1-1-2 DONNEE TOPOGRAPHIQUE ................................................................................. 17 1-1-3 DONNEE GEOTECHNIQUE ET TOPOGRAPHIQUE ............................................... 17 1-3. DESCRIPTION DE L’OUVRAGE .................................................................................... 19 1-3-1. DU POINT DE VU STRUCTURAL ............................................................................. 19 1-3-2 CARACTERISTIQUE DES MATERIAUX..................................................................... 19 1-3-2. DU POINT DE VU ARCHITECTURALE .................................................................... 23 1-4 LA NOTION SUR LA DALLE MIXTE ................................................................................. 24 1-5 NOTION SUR LES ASSEMBLAGES .................................................................................. 25 1. Introduction ................................................................................................................. 25 2. FONCTIONNEMENT DES ASSEMBLAGE ..................................................................... 26 1-6 EFFET DU VENT ............................................................................................................... 31 1-7 NOTION DE PREDIMENSIONNEMENT .......................................................................... 36 Introduction ..................................................................................................................... 36 CHAPITRE II : LA DALLE ........................................................................................................... 41 2.1. Etude de la dalle. ........................................................................................................ 41 2.1.1. Calcul des efforts intérieurs. ................................................................................ 42 2.1.2. Actions à prendre en compte............................................................................ 44 2.1.3. EVALUATION DES CHARGES ................................................................................ 44 Vérification au stade de construction. ........................................................................ 45 Vérification ...................................................................................................................... 46 CHAPITRE III. LE PLANCHER .................................................................................................... 48

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III.1. PLANCHER COURANT ................................................................................................. 48 3.1. LE SOLIVE ...................................................................................................................... 48 3.1.1. PLAN DE POUTRAISON.......................................................................................... 48 3.1.2. PREDIMENSIONNEMT ............................................................................................ 48 3.1.3. CARACTERISTIQUE DU PROFILE ........................................................................... 48 3.1.4. EVALUATION DES CHARGES SUR LA SOLIVE ...................................................... 48 3.2. LE SOMMIER (POUTRE PRINCIPALE) ........................................................................... 51 3.2.1. PREDIMENSIONNEMENT ........................................................................................ 52 3.2.2. EVALUATION DES CHARGES SUR LE SOMMIER .................................................. 52 3.3. ETUDE DE PLANCHER MIXTE ........................................................................................ 55 Introduction : ................................................................................................................... 55 III.3-1 Calcul de plancher mixte :.................................................................................. 55 3.3.2 Calcul des contraintes de flexion : ..................................................................... 57 3-3.3 L’effort tranchant : ................................................................................................ 58 3.3.4 Contraintes additionnelles de retrait : ................................................................ 58 III.I. PLANCHER TERRASSE.................................................................................................... 59 1. Dalle : HT= 14 cm ............................................................................................................ 59 2. Solive : IPE200 .................................................................................................................. 59 3. Sommier : IPE360 ............................................................................................................. 59 3-4 Etude des connecteurs : ............................................................................................. 60 3-4.1 Définition : ............................................................................................................... 60 3-4.2 Choix des connecteurs ........................................................................................ 60 CHAPITRE IV : CALCUL DE PORTIQUE .................................................................................... 63 4.1. CALCUL DU POTEAU.................................................................................................... 63 4.1.1. Pré dimensionnement du poteau en série H.................................................... 63 4.2. CALCUL DU VENT ......................................................................................................... 63 4.2.1. Vérification des contraintes du poteau ............................................................ 64 4.2.1. Vérification au flambement du poteau ........................................................... 64 4.3. ETUDE DES CONTREVENTEMENTS ............................................................................... 66 I.

Les palées en X ........................................................................................................ 66

4.3.1. PREDIMENSIONNEMENT DES CONTREVENTEMENTS ......................................... 66 4.3.2. SECURITE STRUCTURALE DE LA DIAGONALE ...................................................... 67 4.4. ETUDE DES ESCALIERS .................................................................................................. 68 4.4-1 Etude des escaliers................................................................................................ 68 CHAP V. ETUDES DES ASSEMBLAGES .................................................................................... 71

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5.0. Introduction :................................................................................................................ 71 5.1. Classification des assemblages. ............................................................................... 71 5.2. Assemblages Sommier- Poteau ............................................................................... 72 5.2. Assemblage poteau – solive (Sommier– solive) ...................................................... 78 5. 3. Assemblage poutre – solive (sommier-solive) ........................................................ 79 5.4. Assemblage du pied de poteau Articulé................................................................ 80 5.5. Assemblage poteau – poteau .................................................................................. 83 5.6. Système de repérage et Détails des pièces ........................................................... 84 CHAPITRE VI : ETUDE DES FONDATIONS ................................................................................ 86 6.1 Introduction................................................................................................................... 86 6.2 Choix du type des fondations ................................................................................ 86 6.3 Pré dimensionnement de la semelle ..................................................................... 86 CONCLUSION .......................................................................................................................... 90 Bibliographie ....................................................................................................................... 91

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AVANT PROPOS

C’est à travers ce projet que nous avons eu l’opportunité d’approfondir les connaissances théoriques et pratiques dans le domaine de la construction métallique. Ceci permet également de rentrer dans la vie active et de découvrir plus précisément le milieu professionnel. L’élaboration de ce présent travail a pour principale source nos connaissances acquises tout au long de notre formation académique et de nos recherches personnelles. D’une manière rigoureuse nous avons essayé de suivre une méthode de calcul simple de chaque partie de la structure en tenant compte des facteurs techniques nécessaires liés aux exigences de la structure.

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INTRODUCTION Le calcul des ouvrages en génie civil nécessite des vérifications à la fois de portance et de service, le cas d’un bâtiment à usage d’habitation à plusieurs niveaux nécessite aussi ces vérifications en tenant compte des techniques et règlements en vigueur. Ce travail de fin d’études consiste à dimensionner et à vérifier un bâtiment R+10 à ossature métallique avec dalle mixte et une toiture non accessible aux publics en dalle mixte aussi. Il est judicieux de savoir que toute étude liée aux structures donne des précisions sur les valeurs des éléments des structures prêtes à la mise en œuvre. De ce fait, ce travail dispose les différentes étapes indispensables pour une étude complète d’un bâtiment en construction métallique. Nous avons procédé avec les calculs de manière descriptive afin d’expliciter de façon claire les détails d’élément par élément de structure. Ce travail peut être considéré comme un guide de calcul structural pour les ossatures métallique dans les bureaux d’études ou entreprises. Il est destiné aux étudiants, aux futurs ingénieurs techniciens aux calculs de structure et aux chercheurs.

INTERET DU SUJET Le présent document a pour intérêt d’explicité brièvement les démarches à suivre pour l’étude d’un projet de construction métallique. Il fournit les notions et les éléments nécessaires l’analyse d’un projet.

HYPOTHESE Ce travail, qui consiste à dimensionner une structure métallique de R+10, serons-nous capable respecter les différentes règles de calcul en vigueur ? Notons que cet ouvrage sera encré sur une fondation en semelle isolées en béton armé.

METHODOLOGIE ADOPTEE Afin de pouvoir mener à bien et à terme notre projet, nous avons procédé de la manière suivante : Conception architecturale Collection des documents nécessaires (Cfr Bibliothèque INBTP) Consultation des différentes entreprises

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Echantionnage des essaies au laboratoire (Office des routes) Rassemblement des données et rédaction du travail

OBJECTIF DU SUJET Il est indéniable de constater que dans la ville province de Kinshasa, la plupart des constructions à plusieurs niveaux sont en béton armé. Alors elles prennent beaucoup de temps et certaines d’entre elles subissent l’inachèvement faute de plusieurs acrobaties liées à l’exécution. Ce travail apporte à la ville une structure métallique moderne avec une mise en œuvre rapide et efficace avec des faibles risques d’exécution tout en respectant les règles environnementales.

DELIMITATION DU SUJET Pour ce travail, nous nous sommes focalisés uniquement sur les calculs et vérifications des éléments porteurs du bâtiment (toiture terrasse, poutres, poteaux, ascenseur, escalier dalle mixte et fondation)

SUBDIVISION DU TRAVAIL Ce travail se subdivise en deux parties hormis l’introduction et la conclusion 2e Partie : ANALYSE STRUCTURALE SUR ROBOT STRUCTURAL Ce chapitre comporte le dimensionnement des éléments après avoir fait le choix des éléments structuraux et la modélisation par ROBOT STRUCTURAL.

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1e Partie : ANALYSE STRUCTURALE CHAPITRE I : GENERALITES Ce chapitre donne une description globale de la structure et des généralités nécessaires du projet. CHAPITRE II : LES DALLES Les différentes hypothèses de calcul des dalles dans son ensemble ainsi que les vérifications nécessaires. CHAPITRE III : LE SOLIVE, LE SOMMIER & ETUDES DE PLANCHER Le calcul des différentes charges permanentes et d’exploitation a fait l’objet de ce chapitre afin de déterminer les sollicitations et les contraintes ainsi que le pré dimensionnement des éléments de la structure cités. Chapitre IV : CALCUL DU PORTIQUE Une étude du poteau, des escaliers et de vent ainsi que leur vérification fait l’objet de ce Chapitre. CHAPITRE V : ETUDE DES ASSEMBLAGES Etude des différents assemblages permettant une cohérence et solidarité des différentes pièces de cette structure. CHAPITRE VI : ETUDE DES FONDATIONS Ce dernier chapitre comporte une analyse de choix et de calcul d’une fondation convenable à cette structure.

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CHAPITRE I : GENERALITE 1-1. SITUATION GEOGRAPHIQUE La commune de la Gombe est l’une de 24 communes de la ville Province de Kinshasa, qui est doublement résidentielle et d’affaires. Elle est située face à Brazzaville. 2Altitude

: 340 m ; Superficie : 2 933 ha=29,33 Km2 Le lieu d’exécution du bâtiment se situe sur l’avenue LOKELE n° 31 dans la commune de la Gombe, dans la ville province de Kinshasa en République démocratique du Congo. 

Au nord par l’avenue LOKELE



Au sud par un hangar



A l’est par une parcelle qu’on trouver une construction.



A l’’Ouest par un bâtiment de R+4.

Fig I.1. Plan Masse de la zone/satellite (commune de la Gombe) 2

Google hearth

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1-2. DESCRIPTION DU SITE 1-2-1 MODE D’OCCUPATION DU TERRAIN Actuellement, le terrain est occupé par une ancienne maison de R+1en béton armé utilisée pour les activités commerciales. Précisons que cette maison sera totalement démolie afin de laisser tout l’espace de la parcelle pour la construction de notre ouvrage dont nous étudions dans ce travail. (Voir Plan satellite)

1-1-2 DONNEE TOPOGRAPHIQUE Le terrain ne présente pas une inclinaison dans son espace (surface). Il est considérablement estimé tout plat.

1-1-3 DONNEE GEOTECHNIQUE ET TOPOGRAPHIQUE Avant de passer à l’exécution d’un projet de construction d’un ouvrage important , à des sollicitations considérables, il est judicieux de connaitre en amont les caractéristiques mécaniques du sol d’assise et les risques géologique qui pourraient menacer la structure avec le temps . L’étude géotechnique permet de connaître les comportements du sol face aux sollicitations. Tous ces facteurs orientent l’ingénieur dans le choix des types de fondation à utiliser. Pour ce faire, le laboratoire de mécanique des sols de la faculté polytechnique de KINSHASA a été sollicité par le bureau d’étude de l’entreprise « MANAJ Corporation » afin de réaliser une étude de reconnaissance de sols du site. En effet, nous avons procédé comme suit : 



Des essais dits de pénétration dynamique, qui ont consisté à mesurer les résistances des différentes couches de sols traversés au moyen du pénétromètre dynamique. Une prospection géophysique électrique en vue de déterminer la lithologie probable de la surface à la roche consolidée.

Le rapport explique avec tous les détails les essais effectués. Cependant, dans cet ouvrage, nous allons juste présenter la synthèse des résultats ainsi que la conclusion des essais.

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3CONCLUSION

DES ESSAIS

Au vu des résultats des différents essais réalisés, nous relevons ce qui suit : I.

Nous rencontrons la nappe phréatique à 2,10m de profondeur ;

II.

En place, nous rencontrons comme stratification : un remblai des briquaillons entre 0,00m et 0,50m de profondeur, une argile sableuse grise entre 0,50m et 0,60m de profondeur, un sable fin entre 6,00m et 15,10m de profondeur et un sable fin peu argileux entre 15,10m et 22,90m de profondeur , un sable fin moyen plus débris de grés polymorphes altérés entre 22,90m et 31,00m de profondeur ;

III.

En admettant un coefficient de sécurité de 15 : Une contrainte admissible de 0,61Kg/cm2 devra être considérée pour le calcul de fondations exécutées entre 2,20m et 3,40m de profondeur ; Une contrainte admissible de 1,69Kg/cm2 devra être considéré pour le calcul de fondations exécutées entre 3,60m et 4,00m de profondeur ; Une contrainte admissible de 2,25Kg/cm2 devra être considérée pour le calcul de fondations exécutées entre 4,20m et 4,60m de profondeur ; Une contrainte admissible de 3,17Kg/cm2 devra être considéré pour le calcul de fondations exécutées entre 4,80m et 5,20m de profondeur ; Une contrainte admissible de 3,99Kg/cm2 devra être considéré pour le calcul de fondations exécutées entre 5,40m et 6,20m de profondeur ; Une contrainte admissible de 5,19Kg/cm2 devra être considérée pour le calcul de fondations exécutées entre 6,40m et 7,00m de profondeur ; Une contrainte admissible de 6,73Kg/cm2 devra être considéré pour le calcul de fondations exécutées entre 7,20m et 9,80m de profondeur ;

3

MANAJ Corporation Sarl

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1-3. DESCRIPTION DE L’OUVRAGE 1-3-1. DU POINT DE VU STRUCTURAL A. COMPOSITION DE LA TOITURE Notre toiture sera réalisée en toiture terrasse avec dalle mixte. La composition est illustrée avec la figure ci-dessous :

Fig. I.2. Composition de la toiture

1-3-2 CARACTERISTIQUE DES MATERIAUX Les structures de construction sont soumises à des actions envisagées, qui sont permanentes ou variables dans le temps, statiques ou dynamiques, de nature mécanique ou thermique. Les matériaux utilisés visent à satisfaire certains critères faces à ces actions. Parmi lesquelles, nous avons : Sa sécurité relative, sa résistance, son équilibre et sa stabilité doivent être assurés avec une probabilité assez exacte Sa performance ; son fonctionnement et son confort associé doivent être garantis pour une durée déterminée Sa durabilité : la dégradation et la ruine dans la structure doivent être limitées et maitrisées pour satisfaire les deux premiers critères Son esthétique et son économie A. CHOIX DE MATERIAU Plusieurs matériaux ont une provenance locale, raison pour laquelle nous avons porté notre choix principalement sur le Métal (certains éléments porteurs serons mixte : métallique et béton armé (EX : Dalle, etc.))Et ils doivent répondre aux critères ci-dessus.

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B. CARACTERISTIQUES MECANIQUES 1. ACIER Il est un matériau obtenu par alliage de fer et du carbone (le carbone est de l’ordre de 0,2 à 1%) 

Module d’élasticité longitudinale : E=210000MPa ; coefficient de poisson ; v=0,3



Module d’élasticité transversale 𝐺 = 2(1−𝑣) = 81000𝑀𝑃𝑎

𝐸

 Densité : ρ=78,5 KN/m3  Coefficient thermique : λ=11,10-6  Contrainte limite élastique de cisaillement pur (Von Miss) 1. a. Nuance et qualité d’acier 4L’acier

est désigné par une formulation à trois composantes du type E24-2 dans les anciennes normes françaises et S23R-JR dans l’actuelles norme européenne que nous allons utiliser dans ce travail. E et S désignent le matériau Acier et 24 ou 235 correspond aux caractéristiques mécaniques de l’acier. La qualité désignée par 2 ou JR correspond au degré de fiabilité du produit. o S235 : Utilisée dans la majorité de cas ; o S275 et S355 : Pour les ouvrages d’art spéciaux qui correspondent aux exigences du calcul en plastique. 1. a.1. Les limites élastiques fy (MPa) en fonction de l’épaisseur nominale : Aciers Epaisseur (mm) Nuance D’acier

t ≤40mm fy(N/mm²)

fu(N/mm²)

fy(N/mm²)

fu(N/mm²)

Fe 360

235

360

215

340

Fe 430

275

430

255

410

Fe510

355

510

355

490

40mm < t ≤100mm

Tableau I.1. Caractéristiques de Nuance D’acier

Avec fu = la résistance de rupture des aciers Fy = la limite élastique des aciers

4

CALCUL DES STRUCTURES METALLIQUES selon l’Euro code 3, Jean Morel

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1. b. Avantages et inconvénients de l’acier 5PRINCIPAUX

AVANTAGES

industrialisation total : il est possible de fabriquer intégralement des bâtiments en atelier avec une grande précision et une grande rapidité. Le montage sur site par boulonnage est d’une grande simplicité ; transport aisé : en raison d’une mince dimension et du poids peu élevé, qui permet de transporter à une longue distance, en particulier à l’exportation ; Résistance mécanique :  La grande résistance de l’acier à la traction permet de franchir de grandes portées ;  La possibilité d’adaptation plastique offre une grande sécurité  La tenue au séisme est bonne du fait de la ductilité, qui résiste grâce à la formation des rotules et du fait que la résistance en traction de l’acier est équivalente à sa résistance en compression en compression. Ce qui permet de prendre en compte les moments imprévus. Modification : les transformations, l’adaptation en élévation ultérieure des ouvrages sont aisément réalisables ; Possibilités architecturales sont beaucoup plus étendues qu’en béton.

PRINCIPAUX INCONVENIENT

Susceptibilité aux phénomènes d’instabilité élastique et au voilement en raison de la minceur des profilés ; Mauvaise tenue au feu, exigeante des mesures de protection onéreuses ; Nécessité d’entretien régulier des vêtements protecteurs contre la corrosion pour assurer la pérennité de l’ouvrage.

5

CALCUL DES STRUCTURES METALLIQUES selon l’Euro code 3, Jean Morel

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1. c. Boulons  CARACTERISTIQUES MECANIQUES DES ACIERS POUR BOULONS Boulons

Classe de résistance

De charpente

4.5 5.6 8.8 10.9

A haute résistance

𝑵 𝒇𝒚𝑩( ) 𝒎𝒎𝟐 240 300 640 900

𝑵 𝒇𝒖𝑩( ) 𝒎𝒎𝟐 400 500 800 1000

Tableau I.2. Caractéristiques mécaniques des aciers pour boulons

Les boulons de charpente métallique s’emploient couramment pour réaliser les assemblages faiblement sollicités des halles et des bâtiments. Les boulons à haute résistance s’utilisent en général pour les assemblages de ponts ainsi que pour de ceux, qui sont fortement sollicités ou soumis à des efforts dynamiques. Pour ce faire, nous allons utiliser les boulons à haute résistance dans notre projet à cause de nos sollicitations.  CONDITION DU JEU NORMALE ENTRE LA TIGE DU BOULON ET LE TROU DES PIECES ® do=d+1mm pour d ≤ 14mm ® do=d+2mm pour d ≤ 24mm ® do=d+3mm pour d ≥ 14mm  CARACTERISTIQUES ET SYMBOLES DES BOULONS LES PLUS UTILISES M12 M16 M20 M24 Diamètre de la tige d (mm) 12 16 20 24 Diamètre du trou d (mm) 14 18 22 26 Section de la tige A (mm) 113 201 314 452 Section résistance As (mm2) 84 157 245 353

M27 25 30 573 459

Tableau I.3. Caractéristiques et symboles des boulons les plus utilisés

2. BETON ARME Poids spécifique de B.A : 25KN/m3 Poids sp2cifique du béton non armé et réduit : 22KN/m3 Dosage utilisé : 350 Kg/m3 Résistance à la compression du béton après 28 jours : fc28=25MPa Résistance caractéristique à la traction à 28 jours ƒt28=0,6+0,06ƒt28=1,8MPa

:

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1-3-2. DU POINT DE VU ARCHITECTURALE 1. DIMENSION DU BATIMENT Suivant la vue en plan (Voir ANNEXES), les dimensions de la structure sont : ® ® ® ® ® ®

Largeur en plan: 18.20 m. Longueur en plan : 27.40 m. Hauteur totale du bâtiment (sans acrotère): 37.00 m. Hauteur du RDC: 5.00 m. Hauteur d'étage courant: 3.20 m. La circulation en élévation dans le bâtiment est assurée par deux escaliers et deux ascenseurs. ® La terrasse inaccessible avec un acrotère en béton armé de 60 cm de hauteur. 2. DESCRIPTION DU BATIMENT A. Au rez-de-chaussée : o Deux maisons commerciales (m2) o Hall de contrôle pour l’accès (m2) o Espace pour parking véhicules (m2) B. Etages (1-10e) :      

Séjour et espace à manger (m2) Terrasse de repos (Avec vue extérieure) (m2) Cuisine (m2) 3 chambres à coucher (m2) 2 salles de bain (m2) Hall et corridor

C. Terrasse inaccessible aux publics 

Zone d’entretien et autres emplacements

3. PLAN DE STRUCTURE (Voir ANNEXES) L’ouvrage est en ossature portante. Il contient des éléments verticaux (colonne, voile et contreventement) et horizontaux (poutre et dalle), qui jouent

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le rôle de porteur tandis que les murs de remplissage (blocs, verre, etc.) jouent le rôle fermeture des travées. 4. VENTILATION La structure sera entièrement ventilée car il est prévu quasiment dans chaque pièce de baie et/ou une gaine de ventilation pouvant permettre l’air de circuler librement et de façon continue à chaque niveau. 5. AERATION L’air a une facilité de pénétrer et de circuler librement dans notre bâtiment. Nous avons ajouté à cela de la machinerie de la climatisation. 6. ENSOLEIMENT La conception de cet ouvrage, étant faite par la norme architecturale, nous avons veillé sur la disposition de nos baies (fenêtres) à tel enseigne qu’elles ne puissent pas être exposées par le soleil. De façon éventuelle, pour lutter contre l’ensoleillement, nous pensons prévoir de brise-soleil, vibrage pare-soleil surtout aux endroits positionnés vers l’EST et l’OUEST.

1-4 LA NOTION SUR LA DALLE MIXTE 6Une

dalle mixte est un élément de construction constitué d’une tôle d’acier profilée à froid, recouverte de béton comportant un treillis d’armature. Une telle dalle repose sur la structure porteuse du bâtiment composée de poutrelles métalliques.

Dalle ce type de dalle, la tôle profilée a plusieurs fonctions. Elle sert notamment : 

De plate-forme de travail pendant la construction de l’ouvrage ;



De coffrage lors du bétonnage de la dalle ;



D’armature inferieur de la dalle mixte.

Traité de Génie civil de l’école polytechnique fédérale de Lausanne (Volume 10), CHARPENTES METALLIQUES, Conception et dimensionnement des halles et bâtiments. Manfred A. Hirt et Michel Crisinel 6

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Fig. I.3 Dalle mixte à tôle profilée

1-5 NOTION SUR LES ASSEMBLAGES 1. Introduction Un assemblage est un dispositif qui permet de réunir et de solidariser plusieurs pièces entre elles, en assurant la transmission et la répartition des diverses sollicitations entre les pièces, sans générer de sollicitation parasites notamment de torsion. Pour réaliser une structure métallique, on dispose de pièces individuelles, qu’il convient d’assembler : -

Soit bout à bout (éclissages, raboutages).

-

Soit concourantes (attaches poutre/poteau, treillis et systèmes réticulés).

Pour conduire les calculs selon les schémas classiques de la résistance des matériaux, il y a lieu de distinguer, parmi les assemblages : -

Les assemblages articulés, qui transmettent uniquement les efforts normaux et tranchants.

-

Les assemblages rigides, qui transmettent en outre les divers moments.

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2. FONCTIONNEMENT DES ASSEMBLAGE Les principaux modes d’assemblages sont :  Le rivetage  Le boulonnage  La soudure  Le collage Nous avons trois fonctionnements : 1. Fonctionnement par obstacle C’est le cas des boulons ordinaire, non précontraints, dont les tiges reprennent les efforts et fonctionnent en cisaillement.

2. Fonctionnement par adhérence Dans ce cas, la transmission des efforts s’opère par adhérence des surfaces des pièces en contact. Cela concerne la soudure, le collage, le boulonnage par les boulons HR.

Fonctionnement mixte C’est le cas du rivetage (et dans les cas extrêmes, des boulonnages HR), à savoir que les rivets assurent la transmission des efforts par adhérence des pièces jusqu’à une certaine limite, qui lorsqu’elle est dépassée, fait intervenir les rivets par obstacle, au cisaillement. 3. ASSEMBLAGES MIXTE Un Assemblage mixte est un assemblage entre des membres ou des éléments mixtes dans lequel les armatures sont supposées contribuer à la résistance et à la rigidité de l'assemblage. Le comportement des assemblages influe directement sur le comportement global de la construction d’où l’intérêt de leur caractérisation sous forme de courbe de comportement (M -φ). Le comportement semi-rigide des assemblages fait appel à des nouvelles méthodes et à une modélisation plus raffinée pour bien décrire le comportement de l’assemblage et pour avoir des résultats plus proches de la réalité.

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Trois configurations d’assemblages mixtes type poutre-poteau souvent utilisés :

1. Assemblage mixte avec plaque de contact. 2. Assemblage mixte boulonné avec platine d’extrémité limitée. 3. Assemblage mixte boulonné avec platine d’extrémité non débordante.

3.1 Description des assemblages mixtes Les assemblages mixtes en bâtiment sont généralement de type solive-poutre, poutre-poutre, pied du poteau et des assemblages de type poutre-poteau.

Figure I.4 : Les assemblages dans les constructions

 Assemblages bout à bout C’est un assemblage par soudure de deux plaques en position à plat. Le soudage à plat présente une économie de métal d’apport et une facilité d’exécution.

a) Bords droit pour les plaques dont l’épaisseur est supérieure ou égale à 2mm mais inférieure à 5mm. 2mm≤E