chapitre 5 : contrôle de la...

Bruno QUIEVY GC5

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Chapitre 5 :

Contrôle de la superstructure

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Introduction Dans ce projet d’échange multimodal, la superstructure mise en place est une verrière

à ossature métallique précontrainte située le long de la façade de la gare SNCF et au-dessus de

la gare CTS.

Lors de l’appel d’offre, suite aux remarques formulées par SOCOTEC sur le

comportement sous séisme de la verrière, la maîtrise d’œuvre a demandé qu’une modélisation

globale sous informatique soit menée pour dimensionner cette structure métallique. C’est

pourquoi, l’entreprise SEELE, en charge de la réalisation, a créé un modèle complet à l’aide

du logiciel de calcul aux éléments finis RSTAB. La verrière étant une construction métallique

à caractère exceptionnel, la procédure ASO de SOCOTEC mise en place (Cf. Chapitre 2) a

abouti au transfert des opérations de contrôle de l’agence de Strasbourg à l’Agence Nationale

Construction. Les vérifications de dimensionnement sont donc réalisées par M. Maître,

spécialiste en construction métallique de SOCOTEC et directeur de cette Agence Nationale

Construction, l’agence de Strasbourg étant pour sa part, en charge du contrôle du montage de

la verrière sur site en tant que sous traitant de l’agence nationale.

Dans l’optique du contrôle des opérations de montage qui doivent démarrer dans le

courant de l’été 2006, mon travail s’est porté sur leur préparation en effectuant une analyse de

risques sur le mode opératoire de montage envisagé par l’entreprise et la mise en

précontrainte des éléments, puis sur des assemblages précis qui peuvent être sensibles pour la

pérennité de la structure. Pour mener à bien cela, il a été nécessaire d’étudier en détail

l’ensemble des documents justificatifs fournis par l’entreprise et de participer aux différentes

réunions de travail organisées pour que l’entreprise explique la démarche suivie par son

bureau d’étude intégré.

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I. Fonctionnement de la verrière I.1. Choix architectural La verrière est une surface complexe à double courbure positive. Il s’agit d’une portion de pseudo tore, définie par la révolution d’une courbe composée de 5 arcs de rayons variables.

Vue 3D Profil La façade classée de la gare historique doit être préservée. La verrière doit donc mettre en valeur cette façade existante et surtout en garder l’ordonnancement. Pour cela, la plus grande légèreté possible a été recherchée en privilégiant une structure composée de sections fines et de câbles. La verrière mesure 150 m de long, a une hauteur maximale de 22 m et une largeur de 19 m en son milieu. Ceci offre une surface au sol de l’ordre de 2350 m², affectée à la gare SNCF, et une surface vitrée d’environ 5000 m². La communication entre les deux ERP SNCF et CTS est réalisée par le biais de deux trémies comportant des escaliers mécaniques et des ascenseurs menant aux niveaux –1 et –2 de la gare CTS. Cf. Annexe 1 I.2. La structure La charpente est constituée d’éléments en acier, composés de sections tubulaires du commerce et de tôles d’épaisseurs variables soudées ensemble. Etant donné la taille des éléments, l’ensemble préfabriqué en Pologne est assemblé puis contrôlé sur place. Cette structure peut être décomposée en trois sous-ensembles distincts, en interaction les uns avec les autres : la structure primaire, secondaire et tertiaire.

N

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I.2.a. La structure primaire La structure primaire est définie par le profil de la courbe définissant le volume de la verrière. Il en résulte des arcs disposés environ tous les 9 mètres. Elle se compose :

• d’un arc articulé en pied et réalisé à l’aide de deux tubes reliés entre eux par des âmes en tôle.

• d’un poteau articulé en pied et en

tête le long de la façade et supportant l’arc dans sa partie haute.

• de câbles précontraints rigidifiant

l’ensemble.

En plus de la reprise des charges verticales, les éléments ainsi formés reprennent les charges dues au vent sur les façades est et ouest mais aussi les charges sismiques.

I.2.b. La structure secondaire Elles est composée de deux éléments distincts : des poutres FINK et une nappe de

tirants et câbles précontraints.

� Les poutres secondaires relient les éléments primaires entre eux et les stabilisent vis-à-vis de leur flambement hors plan. Ce sont des poutres de type FINK d’une portée de 9 mètres courant tout le long de la verrière et espacées de 4.50 mètres environ.

Fig. 5.1 : Structures primaire et secondaire Des tirants de sous-tension distribuent les efforts sur toute la poutre afin d’obtenir une homogénéisation des efforts et une réduction des moments de flexion. Les poutres FINK permettent donc de reprendre les efforts qui leurs sont appliqués tout en restant relativement « fines » pour en limiter l’impact visuel.

arc

tirant

moyeu

tirant arrière

poteau

Structure primaire Structure secondaire

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Fig. 5.2 : Poutre FINK

� La stabilisation transversale de la structure est assurée par une série de barres précontraintes et de câbles précontraints se croisant au droit des intersections entre la structure primaire et secondaire. Ils permettent la stabilisation de la structure dans sa longueur, notamment sous l’action de charges sismiques.

Fig. 5.3 : Contreventement longitudinal

I.2.c. La structure tertiaire La structure tertiaire supporte le vitrage de la verrière. Elle est constituée de poutres verticales en Té reposant sur la structure secondaire (poutres FINK).

Fig. 5.4 : Structure tertiaire

Structure primaire

(Arc)

Structure primaire

(Arc)

Membrures Tirants

Structure tertiaire

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I.3. Les contraintes du site Comme expliqué dans le chapitre précédent concernant en partie les fondations de cette verrière, cette dernière doit être conçue en tenant compte d’un certain nombre de contraintes liées à sa géométrie et à son environnement extérieur :

• Construction en zone sismique 1b (accélération nominale : 2 m/s2). • Présence de fondations massives supportant la façade de la gare SNCF. • Construction au-dessus de la galerie à l’en-verre. • Construction à cheval sur les joints de dilatation de la gare CTS. • Phénomènes de dilatation importants. • Grandes surfaces vitrées.

Les choix techniques présentés ci-dessous intègrent les remarques faites par

SOCOTEC sur le projet en phase APS, présentées dans le chapitre 3.

I.3.a. Fondations le long de la façade Les fondations des piliers de la façade actuelle de la gare SNCF ont été renforcées lors de la construction de la galerie à l’en-verre dans les années 90. Dans le projet initial où les poteaux des arcs de la verrière étaient collés à la façade, il aurait fallu traverser plusieurs mètres de béton pour réaliser les fondations de ces poteaux sur des micropieux. Cf. chapitre 4. Pour éviter cela, un décalage des poteaux a été effectué, mais provoquant par la même occasion un porte-à-faux à l’arrière de l’arc.

Fig. 5.5 : Décalage des poteaux

Ce décalage a permis de positionner les poteaux suivant une ligne continue parallèle à celle formée par les pieds d’arc et donc, en cas de dilatation de l’ensemble (température par exemple), de diminuer les déformations différentielles qui peuvent être nuisibles pour la peau en verre.

arc

tirant

moyeu

tirant arrière

poteau

recul Façade SNCF

Porte-à-faux

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I.3.b. Construction sur les joints de dilatation Les fondations des arcs de la verrière sont situées à cheval sur les différents blocs de la gare CTS. Il faut donc que la verrière puisse suivre les déformations différentielles engendrées par cette disposition sans subir de trop fortes contraintes. La solution retenue est celle d’un point central fixe avec des appuis glissants à la base des arcs sur une poutre sablière tout le long de la verrière, les poteaux le long de la façade travaillant pour leur part en flexion.

Légende :

Point fixe (axe V8)

Pieds d’arc sur appuis glissants

Poteaux travaillant en flexion

Déplacement des arcs

Joints de dilatation de la gare CTS

Fig. 5.6 : Fonctionnement des appuis

Conclusion Bien que d’apparence complexe, la verrière a un fonctionnement structurel simple, proche de celui d’un bâtiment parallélépipédique composé d’une série de portiques parallèles contreventés, reliés entre eux par des éléments secondaires et dont la stabilité transversale est assurée par un contreventement en croix surfacique. Le contreventement est composé de deux systèmes distincts :

- Le contreventement radial de chaque arc assurant la stabilité transversale. - Le contreventement surfacique assurant la stabilité longitudinale. Tous les éléments du système de contreventement sont précontraints pour maintenir en

permanence une tension dans ces éléments, notamment en cas de séisme. Ceci pour éviter des chocs et des chutes d’éléments de la structure, mais aussi pour s’assurer des fréquences de résonance de la structure qui pourraient varier dans le cas contraire.

A priori, d’après l’entreprise, l’ensemble du contreventement est très redondant, ce qui est à la fois un avantage puisque la structure supporte bien la ruine ou la baisse de tension d’un élément, mais aussi un inconvénient puisque ce système, très hyperstatique, sera difficile à mettre en précontrainte. Nota : Conforment à la notice de sécurité, une étude est menée actuellement pour vérifier le critère suivant : la rupture d’un élément ne doit pas entraîner un effondrement en chaîne.

Bloc 1 Bloc 2 Bloc 3 Bloc 4 Bloc 5

V8

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II. La note de calculs Comme il a été précisé dans l’introduction, c’est l’Agence Nationale Construction qui

est en charge du contrôle de la note de calculs fournie par l’entreprise. Cependant, pour faire une bonne analyse des risques et donc pour cibler les points importants à contrôler en phase exécution, l’agence de Strasbourg a participé aux différentes réunions techniques organisées entre l’ANC, la maîtrise d’œuvre et l’entreprise.

Les différents points exposés ci-dessous retranscrivent dans les grandes lignes les sujets abordés lors de ces réunions. II.1. La modélisation D’après l’entreprise, et pour obtenir un résultat final théorique le plus proche possible de la réalité, la modélisation est très poussée. Les excentrements, la position et la géométrie des pièces ont été décrits avec plus de précision que nécessaire pour réaliser le dimensionnement de la structure. � Le logiciel RSTAB :

Quand le problème du respect du projet vis-à-vis des règles PS92 est apparu, il a été demandé qu’une modélisation globale soit faite. Le bureau d’études intégré de l’entreprise allemande qui a remporté l’appel d’offre utilise un logiciel de calcul aux éléments finis très répandu outre-rhin mais peu connu en France : RSTAB. Dans ce contexte, la première démarche pour SOCOTEC a donc été, il y a plusieurs mois, de valider l’utilisation de ce logiciel pour réaliser le modèle de la verrière. � Les repères :

Le logiciel permet de fixer un repère global ou des repères locaux pour chaque élément modélisé. Il est nécessaire de vérifier, pour les éléments structuraux importants comme les arcs, les tirants de précontrainte ou les poutres en Té, la bonne orientation de ces repères. Ceci notamment pour s’assurer du bon fonctionnement des appuis glissants de chaque arc qui sont situés le long d’une ligne courbe continue. � Les assemblages :

Etant donné la non connaissance du logiciel utilisé et notamment de son principe de représentation des appuis, des liaisons, des excentrements, etc…, il était nécessaire que l’entreprise explique au bureau de contrôle et à la maîtrise d’œuvre les principes de représentation. Ceci permet alors à SOCOTEC de vérifier la justesse de la modélisation des assemblages importants comme les pieds d’arc, les pieds et têtes de poteaux ou encore les raccords entre les arcs et les poutres Fink.

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II.2. Le référentiel Les différentes réunions ont permis de mettre au jour quelques problèmes concernant la justification des éléments. En effet, les normes citées dans la note de calculs ne sont pas toutes françaises. Mais conformément à la loi du 4 janvier 1978, SOCOTEC doit s’appuyer sur un référentiel reconnu (Cf. chapitre2) : le règlement CM66 additif 80 dans le cas de ce projet.

La structure primaire a été vérifiée au CM66. Cependant, pour d’autres éléments structuraux comme les tirants précontraints, les poutres en Té et les points d’attache des câbles, l’entreprise allemande a eu des difficultés à trouver les justifications dans la réglementation française. C’est pourquoi, le flambement des tirants et des câbles précontraints a été justifié à l’aide de l’Eurocode 3, les poutres supports de vitrage en Té avec une norme anglaise BS (British Standard) et les assemblages suivant les normes allemandes DIN (Deutsche Institut für Normung).

SOCOTEC ne peut normalement retenir que des normes françaises pour émettre ses avis, cependant, pour des raisons évidentes de futur standard européen et dans le cas particulier du flambement, les vérifications à l’Eurocode 3 sont acceptables.

En ce qui concerne les vérifications suivant les normes DIN et BS, le problème est plus délicat. Afin de résoudre cela, l’entreprise s’est engagé à fournir des informations sur ces normes (coefficients, valeurs limites,…) pour permettre de faire un rapprochement avec les standards français. A l’heure actuelle et dans l’attente de justificatifs, aucun avis n’a été donné par SOCOTEC sur ces points. Il est important de noter que, en l’absence de réponse de l’entreprise sur ces points, un avis défavorable sera formuler. II.3. Les charges La définition des cas de charge et de leurs combinaisons est un point essentiel pour le dimensionnement de la verrière. Suite aux réunions organisées avec l’entreprise, l’Agence Nationale Construction a décidé de s’attarder sur les points suivants :

- La dernière descente de charge fournie il y a quelques mois et qui a servi à dimensionner les fondations indiquait des valeurs de charges beaucoup plus élevées qu’elles ne sont aujourd’hui : vérification de l’influence d’une structure plus légère sur le gros œuvre.

- Vérification de l’exhaustivité des cas de charges étudié.

- Analyse des cas de charges sous séisme car ils semblent être déterminants pour le

dimensionnement de la précontrainte des éléments.

- Analyse du mode de détermination du cas de charges prépondérant pour la vérification au flambement des éléments.

L’ensemble des points entrevus dans cette partie est actuellement en cours de vérification au sein de l’Agence Nationale Construction.

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V8 V7 V6 V5 V4 V3 V2 V1 V0

V17 V16 V15 V14 V13 V12 V11 V10 V9

III. Le mode opératoire de montage Après une rapide présentation des différentes phases de montage, cette partie énumère les quelques points généraux importants qu’il sera opportun de surveiller pendant le montage III.1. L’ordonnancement des travaux 1. La charpente :

Les travaux de montage de la charpente s’effectuent en deux phases pour permettre de suivre la réalisation du gros œuvre et pour conserver un accès à la gare SNCF par le public. Les travaux doivent débuter à la fin juin 2006, chacune des deux phases devant durer environ 3 mois en fonction des conditions climatiques.

• Phase 1 : Sud

Montage des arcs v8 à v1 (arc v0 monté ultérieurement)

• Phase 2 : Nord

Montage des arcs v9 à v16 (arc v17 monté ultérieurement) 2. La mise en précontrainte :

Le réglage définitif de la mise en précontrainte de la structure s’effectue en trois étapes successives:

- Réglage de la précontrainte dans les arcs.

- Réglage de la précontrainte de la nappe de tirants et de câbles. - Réglage de la précontrainte des poutres FINK.

- Montage de la grue à tour

- Nivelage des consoles

- Soudage des arcs

- Erection des arcs

- Mise en place du contreventement

- Montage de la grue à tour

- Nivelage des consoles

- Soudage des arcs

- Erection des arcs

- Mise en place du contreventement

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Ces trois opérations s’effectuent suivant un protocole précis qui sera abordé plus tard dans la partie traitant de la précontrainte. 3. La pose du vitrage :

Une fois la mise en précontrainte réalisée, les cadres en aluminium sont fixés aux profilés verticaux en Té. La mise en place des panneaux en verre s’effectue simultanément de l’axe v8 vers les axes v0 et v17. Les éléments de toits sont mis en place sur toute la longueur, puis vient le tour des éléments de façade. Un avis suspendu a été formulé sur l’étanchéité qui doit être réalisée à l’aide de joints en silicone. Ce point doit faire l’objet d’un ATEX de la part du CSTB pour être accepté par SOCOTEC. La pose est effectuée à l’aide d’une grue automotrice pour porter l’élément et d’une nacelle ou d’un échafaudage suivant l’endroit pour le guidage et la fixation. III.2. L’assemblage des arcs Les arcs, composés de tubes et de tôles planes, sont fabriqués par un sous traitant de l’entreprise SEELE, puis sont acheminés par camion jusqu’à Strasbourg. Leurs dimensions ne permettent pas de les transporter d’un seul tenant. C’est pourquoi ils sont réalisés en trois éléments indépendants qui sont soudés sur place. Les segments d’arc sont positionnés dans un gabarit de montage qui permet de régler précisément la géométrie. L’entreprise a mis en place le protocole de soudage suivant :

- Contrôle de la géométrie par mesure électronique à l’aide de points de mesure fixés sur l’acier et sur le gabarit.

- Soudure des segments suivant un déroulement défini en tenant compte des déformations engendrées grâce à des essais préalables en usine.

- Contrôle de la géométrie de l’arc réalisé.

Fig. 5.8 : Arc primaire – Gabarit de montage

variable

Fig. 5.7 : Coupe - Arc primaire

Segment

Gabarit

Arc

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L’entreprise devra fournir l’intégralité de ses rapports d’autocontrôle à la Maîtrise d’œuvre et à SOCOTEC pour l’ensemble des arcs assemblés. Une attention toute particulière devra être portée à l’étude de ces rapports pour s’assurer que tous les arcs ont exactement la géométrie demandée.

La fabrication des segments d’arc par un sous-traitant de l’entreprise SEELE est soumise au contrôle interne de l’entreprise et les différents certificats de qualification de soudeurs ont été transmis à SOCOTEC. Cependant, si cela s’avère nécessaire, cette phase de montage des arcs pourrait être mise à profit pour effectuer un contrôle visuel ou par radioscopie des soudures des tubes et des plaques composant les segments d’arc. Une fois les soudures réalisées, les câbles de précontrainte sont mis en place lorsque l’arc est encore sur le gabarit avant sa mise en place définitive. Une analyse de cette mise en précontrainte sera effectuée plus tard. III.3. La mise en place des arcs Une fois précontraints, les arcs sont positionnés sur leurs appuis définitifs suivant l’ordre précisé auparavant. Lors de cette opération, il est important de vérifier si les points d’accroche définis par l’entreprise sont respectés. En effet, le positionnement de ces points à fait l’objet de calculs pour définir les contraintes subies par l’arc pendant la manutention. Un décalage pourrait engendrer des déformations plastiques ou des phénomènes de déversement qui seraient inacceptables étant donné le degré de précision demandé.

Fig. 5.9 : Manutention des arcs primaires

1

2

3

1 2

3

4

1. Décrochage de la tête d’arc.

2. Câble de levage tendu.

3. Levage de l’arc.

1. Câble de levage tendu..

2. Câble de levage tendu.

3. Décrochage du pied d’arc.

4. Levage de l’arc.

Phase 1 Phase 2

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En tant que bureau de contrôle, SOCOTEC n’a pas à vérifier la manutention des éléments sur le chantier. Cependant, cette phase peut être déterminante pour l’obtention de la géométrie finale souhaitée. C’est pourquoi, une attention particulière devra être portée sur la l’analyse des fiches d’autocontrôle de l’entreprise pour ce point du montage lors des visites sur le chantier. De plus, SOCOTEC assistera certainement au montage du premier arc pour s’assurer de la bonne réalisation de ces travaux. Une fois les arcs positionnés sur leurs points d’appui (poteau et platine), ils doivent être stabilisés à l’aide de câbles et de palans pour garantir leur stabilité en attendant la mise en place de l’arc voisin et la pose des poutres Fink. Dans ce cas, l’entreprise doit s’assurer que, conformément aux dispositions annoncées, la tension des câbles de stabilisation ne dépasse la limite de 40 KN pour éviter toute déformation hors plan de l’arc.

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IV. La précontrainte

Comme précisé précédemment, il n’est pas question ici de contrôler les valeurs de précontrainte choisies par l’entreprise pour les arcs et le contreventement longitudinal puisque ceci est réalisé par M. Maître sur le modèle informatique global fourni par l’entreprise. Néanmoins, il s’agit de repérer les points à risques qui peuvent apparaître lors de l’étude des documents fournis sur le cheminement de mise en précontrainte des éléments et donc sur lesquels l’agence de Strasbourg devra, en plus des points notifiés par M. Maître, porter son attention pendant le montage. Nota : Pour des raisons pratiques de mise en place des éléments, différentes valeurs de précontrainte sont appliquées en fonction de l’avancement du chantier. Dans le cadre de sa mission, SOCOTEC s’attachera uniquement aux valeurs finales requises. IV.1. Mesure de la précontrainte La mesure de la précontrainte dans les câbles et tirants se fait par l’intermédiaire d’un fréquencemètre de la manière suivante :

- Installation de récepteurs d’accélération au milieu du tirant. - Mise en oscillation du tirant ou du câble grâce à une impulsion dans son champ

médian.

- Détermination de la fréquence propre de l’élément sollicité.

- Détermination de la force de précontrainte de l’élément.

D’après l’entreprise, ce procédé permet la mesure de la précontrainte avec une précision de 5%. Le tableau ci-dessous présente les tolérances de précontrainte que l’entreprise a fixées pour son contrôle la structure.

Autres causes d’erreur :

1) Décalage entre le modèle et la réalité 2) Erreurs humaines au cours des mesures

3) Influences des câbles avoisinants 4) Inexactitude dans les câbles non vérifiés

L’entreprise assure que les écarts de précontrainte peuvent être réduits si les mesures

sont répétées plusieurs fois pour l’ensemble des éléments précontraints.

Autres causes d’erreur Autres causes d’erreur

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arc

araignée

moyeu

tirant arrière

poteau

Les fiches d’autocontrôle de mesure de la précontrainte devront être fournies à SOCOTEC pour l’ensemble des câbles et des tirants précontraints. Pour la formulation de ses avis sur le niveau de précontrainte des câbles et des tirants, SOCOTEC retiendra une tolérance de 5% par rapport aux valeurs finales exigées.

Une attention particulière sera portée sur les tirants arrières des arcs primaires qui reprennent une grande partie de la précontrainte et sur certains tirants de la nappe précontrainte pour qui les contraintes subies sont très proches des valeurs admissibles. (Voir ci-dessous) IV.2. La précontrainte dans les arcs

Les arcs sont précontraints de telle sorte qu’au final, la charge globale de la construction constituée du poids propre, de la précontrainte et du poids du verre n’entraîne quasiment aucune déformation des arcs et donc que la géométrie réelle soit très proche de celle voulue en théorie.

Le raidissement des arcs se fait par l’intermédiaire de « l’araignée » précontrainte et par le tirant arrière qui est relié à la base du poteau. La géométrie de ces tirants doit être ajustée de telle sorte que toute la précontrainte de l’arc soit, au final, exclusivement effectuée par le tirant arrière. Pour cela, le pré-réglage des câbles de « l’araignée » doit être très précis. IV.2.a. Fixation des câbles de l’araignée Les câbles qui servent à raidir l’arc sont fixés quand ce dernier est encore dans le gabarit. Cette étape est réalisée de la manière suivante :

� Mise en place des câbles 1 à 5 :

Cette étape consiste en la fixation des câbles 1 à 5 et éventuellement 6 à l’arc et au moyeu central.

Fig. 5.10 : Fixation des câbles 1 à 5

Moyeu central

Arc

câble 1

câble 2

câble 3

câble 4 câble 5 câble 6

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Nota : Pour information, les moyeux centraux (non représentés ici) sont des pièces en acier d’environ 1,50 m de long pour un poids de 500kg. Chaque moyeu central est spécifique à chaque arc et a sa géométrie propre.

� Mise en place des câbles 7 à 9 :

Cette étape consiste en la fixation des câbles 7 à 9 et éventuellement 6 à l’arc et au moyeu central.

Fig. 5.11 : Fixation des câbles 7 à 9

Cette deuxième phase de fixation des câbles est assez délicate. En effet, pour obtenir de la précontrainte, l’entreprise a choisi de fabriquer des câbles plus courts que la longueur finale calculée. La difficulté est donc ici de fermer le système avec des éléments trop petits. Pour faciliter cela, il est envisagé dans un premier temps de soulever la tête de l’arc pour profiter du poids de l’acier et ainsi diminuer un peu la distance entre les points d’attache et le moyeu central. Si cela ne suffit pas, l’entreprise souhaite tout simplement utiliser un vérin pour pousser la tête de l’arc. Si la première solution ne pose pas de problème, en revanche, la deuxième présente certains risques : une mauvaise utilisation du vérin (trop de force � déplacements trop importants) peut provoquer des déformations plastiques dans l’arc. Sur ce point, les fiches d’autocontrôle concernant la géométrie des arcs et la précontrainte des câbles devront être fournies par l’entreprise à SOCOTEC et la MOE. IV.2.b. Fixation du tirant arrière Une fois l’arc positionné sur ses appuis et stabilisé à l’aide d’élingues, le tirant arrière est mis en place et précontraint. Un premier contrôle est réalisé par l’entreprise pour vérifier la géométrie de l’arc et pour s’assurer que les efforts présents dans les différents câbles soient en cohérence avec les valeurs finales souhaitées. Un contrôle final est ensuite fait après la mise en place de tous les éléments. Les fiches d’autocontrôle de l’entreprise devront également être transmises à SOCOTEC pour cette phase des travaux.

câble 7

Arc

Moyeu central

câble 6

câble 8

câble 9

Levage

Vérin

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IV.3. La précontrainte surfacique

Le contreventement surfacique de la structure est assuré d’une part à l’aide d’une nappe de tirants et de câbles précontraints et d’autre part avec des poutres Fink situées entre les arcs.

IV.3.a. Les poutres Fink

Les poutres Fink sont montées

et réglées en usine avant transport jusqu’au site de la gare et ne nécessitent donc pas de montage particulier auquel il faudrait prêter attention. Toutefois, les fiches d’autocontrôle devront être transmises et des contrôles ponctuels pourraient être organisés pour s’assurer de la bonne mise en précontrainte des éléments.

Les poutres sont mises en place entre deux arcs après que ces derniers soient érigés et que le tirant arrière soit mis en place. Elles permettent de stabiliser la structure dès la phase construction et donc de supprimer quelques élingues qui peuvent gêner l’avancée des travaux.

IV.3.b. Les tirants ou câbles diagonaux surfaciques Les tirants ou les câbles (en partie basse) sont aussi mis en place dès que deux arcs sont érigés (Cf. Fig. 5.12). Cependant, contrairement aux câbles des arcs, ils ne sont pas mis en précontrainte immédiatement. Ils sont légèrement tendus pour éviter tout flottement mais, l’ensemble des câbles et tirants diagonaux est précontraint de manière définitive qu’après le montage complet de la structure et avant la pose du vitrage. Mise en place de la précontrainte dans les tirants et câbles diagonaux : C’est une étape très délicate qui demande surtout d’avoir la bonne méthodologie pour ne pas endommager la structure mais aussi pour éviter de ne pas avoir d’itération convergente et donc de ne jamais obtenir les bonnes valeurs sur l’ensemble de la structure. Ceci s’explique par le caractère hyperstatique de la structure et donc par la forte influence de tous les éléments entre eux. L’entreprise souhaite réaliser cette opération de la manière suivante : Cf. Document SEELE ci-dessous

Fig. 5.12 : Poutres Fink

Poutres Fink

Tirants diagonaux

Câble

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• 1ère étape : Mise en précontrainte à la moitié de la tension finale de l’ensemble de la structure

suivant le protocole de mise en charge ci-dessous :

• 2ème étape :

Mise en précontrainte finale en suivant le même protocole que précédemment. Cette méthode de mise en tension ne semble pas la plus adaptée pour réaliser la mise en précontrainte. En effet, en observant la nappe de tirants, on constate que dans son ensemble, elle se décompose en quadrilatères et non en bande comprise entre deux arcs. Les interactions possibles entre les tirants et les câbles des différentes bandes vont certainement provoquer des effets non souhaités. Entre autres, le fait que la mise en précontrainte d’une bande va influencer la précontrainte dans les bandes situées à côté d’elle et donc empêcher l’obtention des valeurs souhaitées pour chaque élément. C’est pourquoi, lors des différentes réunions techniques, SOCOTEC et la MOE ont jeté les bases d’un autre protocole de mise en précontrainte de la structure qui utilise mieux ses caractéristiques géométriques.

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• 1ère étape :

Mise en précontrainte à la moitié de la tension finale de l’ensemble de la structure suivant le protocole ci-dessous :

• 2ème étape : Mise en précontrainte finale en suivant le même protocole que précédemment. Il est demandé à l’entreprise de travailler sur ce nouveau principe de mise en précontrainte de la structure durant les prochains mois pour pouvoir choisir le moment venu la meilleure méthode de mise en œuvre. Contrôle de la mise en précontrainte dans les tirants et les câbles diagonaux : Une fois la mise en précontrainte réalisée, l’intégralité des fiches d’autocontrôle pour l’ensemble des éléments devra être transmise à SOCOTEC.

Suite à l’étude des efforts appliqués dans chaque tirant et câble, il a été constaté que

pour quelques éléments les efforts appliqués sont supérieurs aux efforts admissibles de l’élément. A l’heure actuelle, aucun avis de la part de l’Agence National Construction n’a été donné sur ce point mais quelque soit la solution envisagée, ces éléments devront certainement faire l’objet d’un contrôle de précontrainte de la part d’un organisme extérieur à la demande de SOCOTEC ou de la MOE en sus de l’autocontrole.

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Les dépassements sont minimes et sont même pour la plupart inférieurs à 5 %, soit la tolérance de mesure qu’impose le matériel ! Sur ce point, la démarche suivante pourrait être envisagée pour accepter ou non ces 5% d’écart : faire une analyse critique des risques encourus sur les cas de charges qui amènent ces dépassements.

Dans tous les cas, si le choix des éléments reste en l’état et pour éviter tout risque de ruine, il faudra s’assurer que la valeur indiquée par l’appareil de mesure soit exactement celle qui est demandée et non qu’elle soit comprise comme pour les autres éléments entre +5% et –5 % de plus ; Il sera nécessaire de répéter plusieurs fois ces mesures.

Vue de Face

Vue en plan

+ 0,36 % + 3,70 %

+ 3,20 % + 5,80 %

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V. Les appareils d’appui V.1. Pied d’arc axe V8 Comme cela a été précisé précédemment, l’arc axe V8 est le seul arc de la structure à avoir une liaison fixe en pied. Il reprend les efforts longitudinaux de la verrière en fonction des différentes sollicitations. V.1.a. Fonctionnement (Cf. Annexe 10) Les efforts des autres arcs sont transmis à l’appui via les sablières disposées de part et d’autre de ce dernier. L’encastrement est réalisé à l’aide de deux bêches coulées dans le gros œuvre de la station tram. Quatre séries de deux goujons M30-8.8 vissés dans la masse de ronds pleins noyés préalablement dans le béton empêchent le soulèvement de l’appui (Voir photos Chapitre 4 § II.2 page 63) V.1.b. Points à contrôler Lors de la mise en place du pied d’arc (zone jaune Annexe 10), il sera nécessaire de contrôler plusieurs points importants :

- L’implantation de la platine support (zone orange Annexe 10) de la part de PERTUY en X, Y et Z. Un jeu de 2 cm est prévu pour palier les écarts possibles.

- Le remplissage au mortier des réservations servant à ancrer les bêches.

- La longueur de filetage des goujons (vert) engagés dans les platines.

- Le serrage des écrous M30.

- L’horizontalité du pied d’arc.

Les fiches d’autocontrôle des entreprises devront être fournies à SOCOTEC sur ces points. De plus, des contrôles sur site sont à envisager pendant la réalisation des travaux. V.2. Pied d’arc axe V0-V7 et V9-V17 Mis à part pour l’axe V8, tous les autres pieds d’arc ne sont pas bloqués en translation. Cette disposition permet d’éviter la formation de contraintes locales trop importantes et de transmettre les efforts au point central fixe en V8.

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V.2.a. Fonctionnement (Cf. Annexe 11)

Le pied d’arc peut translater tangentiellement à la courbe formée par la limite de la verrière. Une platine encastrée à l’aide de deux bêches sert de support glissant au pied d’arc. Des goujons M30-8.8 vissés dans la masse de ronds pleins noyés préalablement dans le béton empêchent le soulèvement de l’appui Des trous oblongs à travers la platine autorisent le déplacement de l’ensemble pied d’arc + arc. V.2.b. Points à contrôler

Lors de la mise en place des pieds d’arc (zone jaune Annexe 11), il sera nécessaire de contrôler plusieurs points importants :


- L’implantation de la platine SEELE (zone rose Annexe 11). - Le remplissage au mortier des réservations servant à ancrer les bêches.


- La mise en place de la couche de glissement en polytétrafluoréthylène (PTFE).


- L’horizontalité du pied d’arc.

Les fiches d’autocontrôle des entreprises devront être fournies à SOCOTEC sur ces points. De plus, des contrôles sur site sont à envisager pendant la réalisation des travaux.

V.3. Pied de poteau Pour l’ensemble des arcs, les poteaux sont articulés en pied et en tête. Ils travaillent en flexion pour suivre les déformations d’ensemble de la structure.

V.3.a. Fonctionnement (Cf. Annexe 12) Le poteau vient se fixer au pied de poteau via une liaison rotulée. Les pieds de poteaux reposent sur des platines noyées dans le béton reposant sur des micropieux (Cf. chapitre 4).

Le pied de poteau contient le système d’ancrage du tirant arrière précontraint des arcs. Le tirant traverse le pied de poteau et est fixé à l’aide d’un écrou M45 reposant sur une rondelle à portée sphérique. Ce détail est très important car il permet de ne pas « pincer » le tirant en cas de déplacement de l’arc vis-à-vis de l’appui et donc d’éviter la formation de nouvelles contraintes qui pourraient être préjudiciables.

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V.2.b. Points à contrôler

Lors de la mise en place des pieds de poteau (zone jaune Annexe 11), il sera nécessaire de contrôler plusieurs points importants :


- Le remplissage au mortier des réservations servant à ancrer les tubes carrés.



- L’horizontalité de poteau.

- La fixation du tirant arrière.

- Le passage du tirant à travers le pied d’arc (éviter tout frottement).

Les fiches d’autocontrôle des entreprises devront être fournies à SOCOTEC sur ces points. De plus, des contrôles sur site sont à envisager pendant la réalisation des travaux.

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Conclusion Le montage de la verrière est une opération délicate qui va demander beaucoup d’attention pour s’assurer de la qualité du résultat final. Le soudage et le montage des arcs, la mise en précontrainte, la réalisation des appareils d’appuis sont autant de points pour lesquels SOCOTEC devra : obtenir les fiches d’autocontrôle, faire des contrôles sur site ou encore, demander que des contrôles soient réalisés par des organismes extérieurs. Et ceci principalement pour les points suivants :

- Assemblage des arcs

- Mise en place des rayons des arcs

- Précontrainte des rayons des arcs

- Positionnement des appareils d’appui

- Manutention des arcs

- Mise en place des tirants arrières

- Précontrainte des tirants arrières

- Mise en place des poutres Fink

- Précontrainte des tirants diagonaux

Dans le cadre de la préparation du contrôle du montage de la verrière, l’identification

de ces points à risques permet de créer une première grille de suivi de sa construction qui complète celle réalisée en phase conception et qui sera complétée par la suite en fonction de documents non étudiés à ce jour (pose du vitrage par exemple), des demandes de l’Agence Nationale Construction qui vérifie la note de calculs et des difficultés rencontrées durant le montage.

chapitre 5 : contrôle de la...

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