Document de synthèse de projet de fin d’étude intitulé :

« Conception et calcul d’un complexe sportif : Espace Loisirs »

Dans le cadre de nos études à l’INSA de Strasbourg, en 5ème année de génie civil, nous avons effectué notre projet de fin d’études dans l’entreprise SEDIME qui est un bureau spécialisé dans les études de constructions métalliques et de charpentes bois. Nous avons intégré durant six mois l’agence de Wolfisheim de la société mulhousienne, sous la direction de Monsieur Pierre Duquesnay. Le thème du projet concerne la conception et le dimensionnement d’un complexe sportif en construction métallique pour la société Espace Loisirs qui prévoit de moderniser et d’agrandir ses locaux, actuellement situés route du Rhin à Strasbourg. Cette nouvelle construction permettra d’accueillir, toutes personnes souhaitant exercer une activité physique comme par exemple du squash, fitness, badminton et tennis ou souhaitant passer un moment relaxant dans un espace de détente.

La construction se compose d’un bâtiment principal à deux étages. A celui-ci se trouve rattaché un bâtiment annexe comprenant des salles pour effectuer des cours collectifs, ainsi qu’un bâtiment pour la réalisation d’une piscine, qui sont structurellement dépendants du bâtiment principal. Un hall de sport, qui permettra d’exercer des sports tels que le badminton et le squash, fait également l’objet de notre étude.

Il s’agit d’effectuer tout un travail de conception, à partir des plans d’architecte, dans lequel il faut définir un filaire, une géométrie de portique, étudier la stabilité des structures, faire des choix technologiques en ce qui concerne l’enveloppe du bâtiment et les planchers. Cela permet ensuite d’aboutir aux hypothèses de charges, et d’effectuer les descentes de charges. L’élaboration de la note de calcul concernant les portiques, pannes, contreventements et assemblages, fait partie intégrante de ce travail. L’étude est réalisée avec les normes NV65, CM66, Additif 80, PS92 et les réglementations au feu FA 92-702 en vigueur à l’heure actuelle. Le dimensionnement des portiques s’est fait avec l’aide du logiciel Robot Millenium.L’acier utilisé est du S275, qui se trouve de plus en plus fréquemment sur le marché et dont le prix n’est pas plus élevé que celui d’un S235.

Nous avons décidé d’utiliser l’additif 80 pour la vérification des éléments de structure. Ce règlement, qui est issu des progrès réalisés dans l’étude du comportement élasto-plastique des matériaux, adopte le critère de Von Mises et permet de mener des calculs qui se basent sur le module de plasticité des profils. Pour le calcul, l’acier est supposé avoir un comportement élasto-plastique parfait. Il est également important de signaler que l’additif 80, adopte une philosophie assez proche de l’eurocode 3. Cela permet donc de se rapprocher des règlementations qui vont être en vigueur d’ici peu. Enfin, nous avons abordé en comparaison dans certains cas précis, la démarche suivie par le CM66.

La construction étant un établissement recevant du public (ERP), une des difficultés du projet, est d’assurer une certaine durée de stabilité au feu. Il est prévu un flux journalier de 700 personnes. De ce fait, la réglementation incendie impose une contrainte importante au projet. Il est en effet nécessaire de justifier les éléments de structure à une tenue au feu d’une demi-heure. La protection se réalise en entourant les profilés d’un caisson en plâtre à trois faces pour les poutres, ou 4 faces pour les poteaux. La fixation se réalise en insérant des entretoises entre les ailes des profilés. Le hall de sport ne détient pas d’étage et présente des éléments de structures apparents. Par conséquent, la réglementation en vigueur n’impose pas de vérification vis-à-vis de la stabilité au feu.

Ce projet présente une innovation pour la région Alsace, par le choix d’utiliser un nouveau type de plancher mixte qui se dénomme Cofradal 200, proposé par la société Arval. Compte tenu des dispositions à prendre vis-à-vis de la stabilité au feu qui doit être de 30 minutes, nous avons décidé de faire porter le plancher sur 6 mètres c’est-à-dire sur une travée complète. Une solution classique, de type bacs collaborants nous aurait amené dans une telle situation un poids de plancher de 400 kg/m², contrairement au Cofradal 200 qui en pèse 200 kg/m² et reprend les 400kg/m² de charges d’exploitations qui sont imposées par la norme NF P 06-001 pour les salles de sport. Le Cofradal 200 se compose d’un plateau de bardage dans lequel on pose un isolant en laine de roche ; la partie supérieure se compose de 6 cm de béton. C’est donc un produit qui optimise parfaitement la matière, avec en partie inférieure l’acier sollicité en traction et une dalle de béton comprimée. Par ailleurs, ce produit à bénéficié d’un avis technique du CSTB qui atteste la conformité du comportement du plancher au feu.

La construction se situe en région sismique 1b de la carte définie par le PS92, et figure en classe C. Le bâtiment étant sur plusieurs étages, les masses qui oscillent lors d’un tremblement de terre amènent des efforts considérables dans la structure. Cet aspect confirme donc, l’intérêt de mettre en œuvre le plancher Cofradal 200 qui permet de réduire par deux les masses permanentes des planchers par rapport à une solution classique.

La stabilité est assurée par des croix de Saint-André dans le sens longitudinal. La justification de la structure vis-à-vis du séisme, nous oblige à prendre en compte des efforts importants. Par conséquent, l’éventualité de réaliser d’autres types de contreventements comme par exemple en K, a été écartée afin d’éviter tout effort de compression dans les éléments de stabilité qui amèneraient des sections plus importantes à cause de phénomène de flambement.

Pour ce qui est de l’enveloppe du bâtiment, nous avons en toiture un bac support d’étanchéité avec un isolant en panneaux de laine de roche rigide. Le complexe d’étanchéité est réalisé en multicouches composées de feutres et de bitume. Sur les façades nous avons d’une part, du bardage double peau qui se compose d’un plateau de bardage, d’une isolation en laine de roche et d’un bardage. Les plateaux disposent d’une rigidité qui leur permet de porter sur 6 m. Cela nous dispense donc de la mise en place de potelets intermédiaires. La mise en œuvre

d’écarteurs est nécessaire pour la pose horizontale du bardage, et permet par ailleurs de réduire les ponts thermiques. Cette solution nous offre un degré pare flamme de 30 minutes. D’autre part, les façades se composent également de vitrage fixé sur des châssis en Aluminium.

Cette construction dispose également d’une singularité par son brise-soleil qui recouvre entièrement le bâtiment piscine.

En ce qui concerne les charges climatiques, nous avons effectué au courant des dernières semaines, un comparatif pour le cas du hall de sport, entre le NV65 et l’eurocode (1-3 pour la neige, 1-4 pour le vent). Cela a permis en confrontant ces deux normes, de comparer les résultats et d’en tirer les écarts obtenus entre les valeurs des charges. Suite à cette analyse, nous en avons déduit une légère simplification de la réglementation pour les accumulations des charges de neiges, malgré la simplicité de la réglementation en vigueur à l’heure actuelle. Cependant en ce qui concerne les actions du vent, l’eurocode a compliqué la détermination des charges ainsi que la distribution des coefficients de pression sur l’enveloppe des bâtiments.

Une variante en treillis du hall de sport a fait l’objet d’une étude complémentaire, dans le cas où le poteau central du bâtiment devait être supprimé, en raison d’activités sportives qui demanderaient plus d’espace comme par exemple du football en salle. Cette variante est réalisée avec des poutres treillis.