Conception et Calcul dune salle Omnisport

SOMMAIREREMERCIEMENT4ABSTRACT5RESUME6INTRODUCTION7DESCRIPTION DU PROJET8SITUATION DU PROJET9CONTEXTE GEOTECHNIQUE10CONCEPTION GENERALE11I-Conception de la toiture12II-Conception des gradins:15III-Conception des tours:17Hypothses des calculs191-1 Etude de la neige et du vent211-1-1Effet de la neige21a-Charge de la neige en fonction de la rgion21b-Charge de la neige en fonction de laltitude22c-Charge de la neige en fonction de la forme de la toiture221-1-2 Effet du vent23a-Pression dynamique de base23b-Effet de la hauteur au-dessus du sol24c-Effet du site24d-Coefficient de rduction dynamique24f- Calcul de Ce-Ci271-2 Calcul des pannes:361-2-1 Dtermination des sollicitations361-2-2 Dimensionnement des pannes381-2-3 Ca lcul des liernes451-2-4 Calcul des fermes treillis462-1 Pr-dimensionnement772-1-1 Pr-dimensionnement des gradins772-1-2 Pr-dimensionnement de la tribune officielle782-1-3 Pr-dimensionnement des poteaux782-2 Mthode de Caquot792-2-1 Principe de la mthode792-2-2 Application de la mthode79a- Moment sur appuis:80b-Effort tranchant:80c- Moment de flexion maximal en trave:80d- Poutre inertie variable par trave802-3 Flexion simple802-3-1 Moment ultime rduit u802-3-2 Dtermination de la section dacier812-4 ETUDE SISMIQUE852-4-1 Hypothse de calcul852-5 Dimensionnement des lments rsistants dans les gradins922-5-1 Les Poutres secondaires922-5-2 Poutre de dimensions 50*100932-5-3 Dimensionnement des poutres principales942-5-4 Dimensionnement du poteau952-5-5 Poutre de redressement1002-5-6 Dimensionnement dune semelle isole sous un poteau l ELU:1062-5-6 Dimensionnement dune semelle avec moment de flexion1083-1 Analyse sismique1113-2-1Longueur de flambement1173-2-2Dtermination des armatures117a-Calcul des armatures verticales de flexion120b-Ferraillage transversal minimal122c-Justification aux sollicitations tangentes.122d-Dimensionnement du voile1253-3 Dimensionnement semelle filante type:1283-2-3Pr dimensionnement de la semelle:1283-3-2 Ferraillage de la semelle130CONCLUSION132BIBLIOGRAPHIE133Listes des figures134Liste Des tableaux:135ANNEXES

REMERCIEMENT

Au terme de ce travail, Nous tenons exprimer notre immense gratitude, et

prsenter nos remerciements les plus sincres Mr ROCHDI Abdelmajid directeur du BET

Rochdi Projets et enseignant au MSGEGC qui nous a offert lopportunit deffectuer ce

projet de fin dtude et qui a eu lamabilit dassurer notre encadrement durant la priode de

ralisation de notre travail en nous fournissant une aide prcieuse.

Nos vifs remerciements sadressent galement Mr OUJIDI Mustapha, notre

encadrant au sein de la facult, pour son soutien et ses conseils pour llaboration de ce

rapport.

Nous tenons remercier aussi, Mlle Chehlafi Amal et Mr Bouazzaoui Chafik, davoir pris le

soin dexaminer notre rapport, ainsi tout le corps enseignant du MSGEGC pour les efforts

dploys afin dassurer notre formation.

ABSTRACT

This present memory is about the conception and dimensioning of a structure in reinforced concrete with metal roof.The project is an indoor arena located in the region of Oujda.

A study of the effects of snow and wind over a seismic conception will be

conducted in accordance with the rules.

The first part of our work involves the design and the exposure hypothesis considered.

The calculation part is presented in three chapters:

The first treat the calculation of elements of the metal roof;

The second and third are devoted to the calculation of reinforced concrete structural

elements, respectively, stands and towers.

RESUME

Le prsent rapport consiste faire la conception et le dimensionnement dune structure en bton arm avec une toiture mtallique.Louvrage est une salle omnisport situ dans la rgion dOujda. Une tude des effets de la neige et du vent plus un calcul parasismique seront mens conformment aux rgles en vigueur.Le premier volet de notre travail porte sur la conception ainsi que lexposition des hypothses prisent en compte. La partie calcul est prsente en trois chapitres:Le premier traite le calcul des lments de la toiture mtallique;Le deuxime et troisime sont consacrs au calcul bton arm des lments structuraux respectivement des gradins et des tours.

INTRODUCTION

Grce ses avantages, la charpente mtallique est un mode de construction qui se dveloppe de plus en plus dans le monde, surtout pour les grands projets tels que les grandes usines, les super marchs et les salles de sport. Vu ses facilits de ralisation quelle offre pour tous les aspects esthtiques ainsi que les dlais dexcution qui sont sensiblement moindres par rapport au bton arm.Un autre avantage dterminant qui favorise la construction mtallique par rapport aux autres techniques cest quelle permet de franchir de grandes portes du fait de la grande rsistance de lacier la traction. Malgr tous ces avantages le bton arm garde toujours son importance dans les projets du gnie civil vu son cot moins lev que la charpente. Dans notre projet on a essay de mixer les avantages de ces deux modes de construction pour obtenir un ouvrage durable, rsistant et qui satisfait les exigences esthtiques imposes par le maitre douvrage.

DESCRIPTION DU PROJET

La salle couverte omnisports SAR le Prince Hritier Moulay El Hassan, ralise pour un investissement global de 49,35 millions de dirhams (MDH).L'inauguration de cette salle omnisports s'inscrit dans le cadre du souci permanent de SM le Roi de permettre la jeunesse de disposer des infrastructures ncessaires pour exercer et valoriser ses talents dans toutes les disciplines sportives. Cette ralisation vient aussi confirmer les marques de la Haute sollicitude royale pour le dveloppement du sport national, d'une part, et pour le renforcement des infrastructures sportives dans les diffrentes villes et rgions du Royaume, d'autre part. Ralise sur une superficie couverte de 5.000 m2. La nouvelle structure sportive comprend un terrain polyvalent, des gradins d'une capacit de 2.000 places, une tribune officielle, des salles d'arobic et fitness, de massage, de musculation, de formation et de runion. Fruit d'un partenariat entre la wilaya de la rgion de l'Oriental et le ministre de la Jeunesse et des Sports, cette salle dispose galement d'un muse de sport, d'un local anti-dopage, de locaux de presse, de vestiaires pour joueurs et arbitres, d'une salle d'accueil, d'une infirmerie, de deux panneaux d'affichage, et d'autres dpendances administratives et sanitaires.

SITUATION DU PROJET

Figure: Situation du projet

CONTEXTE GEOTECHNIQUE

Le laboratoire public dessai et dtude CTR de loriental a procd ltude technique du site du projet.Cinq sondages de reconnaissances on t t ralis sur une profondeur de 2.50m 2.80m. La coupe lithologique du terrain homogne est constitue des formations suivantes:-couverture de terre vgtale (limon argileux dpaisseur 0.40 0.70m)-couche sous-jacente constitue dun limon marron a beige a inclusion de nodule calcaire se prsentant en place dans un tat compact et indur; son paisseur varie de 0.40 0.69m.Formation inferieur constitue de tuf calcaire encrout et dencroutement calcaire semi-rocheux son paisseur na pas t limit par des sondages ralis.Il est signaler que lors de la reconnaissance du terrain aucune trace de nappe deau na t dcele dont les sondages. Les essais de laboratoire raliss en consistaient en lidentification des sols rencontrs au moyen de:-analyse granulomtrique-dtermination des limites dAtterberg.-mesure de densit avec teneur en eau naturel.

Les fondations prendront assise sur la formation semi rocheuse constitue des encroutements calcaire.La contrainte admissible du sol dassise est value la valeur qa=2.0 bars

CONCEPTION GENERALE

On peut considrer la salle comme tant une vraie forteresse, avec notamment quatre tours dans chaque coin. Ces tours dlimitent les gradins, sous les gradins se trouvent les diffrents locaux et laire des jeux est situe au centre. La complexit gomtrique est claire, nous avons plac donc des joints de rupture afin de sparer les tours des gradins et obtenir ainsi des formes rectangulaire simple.Ces joints permettront aussi dallger la structure porteuse des tribunes puisque nous avons dcid de porter la toiture sur les poteaux des tours. Limplantation des poteaux faisait partie galement des taches quon a faites, puisque leur emplacement ne figuraient pas dans le plan (gnralement larchitecte impose leurs emplacement), de ce fait nous les avions plac de tel manire ne pas modifier laspect esthtique et architectural du projet et ceci en essayant:-Dancrer les poteaux dans les murs (mur couloir )-Dviter de les placer au milieu des pices ou des entres de la salle mme si des fois on se retrouvait avec des grandes portes (exemple lentre au dessous de la tribune officielle o la longueur de la trave tait de 12.85m)

I-Conception de la toiture Le premier problme quon devait rsoudre tait: avec quel matriau doit-on raliser la toiture?Vu les dimensions et la destination du btiment, nous avons pens deux variantes:-Une toiture en bois.-Une toiture mtallique. Sur le plan conomique lacier est nettement moins cher que le bois. Le prix du mtre carr dune toiture mtallique est au voisinage de 2000dh, alors quen bois cest peu prs 5000dh (lacier est deux fois moins cher). En ce qui concerne la mise en uvre, lacier prsente plus de maniabilit (soudure, faonnage... ),De plus vu les dimensions et la forme de la toiture, on aurait besoin dune poutre en bois de 30m, ce qui est quasi impossible de trouver un fournisseur ou un convoi de transport au Maroc. Sur le plan esthtique le bois lemporte sur lacier, aussi le bois prsente un autre avantage qui est la lgret.Nous avons fait intervenir deux autres critres dans notre analyse.-Le premier: en ralit la toiture de salle est construite en bois, une toiture mtallique donnera plus doriginalit et de crdibilit notre projet de fin dtude.-Le deuxime: dun point de vue pdagogique, nous navons pas eu de cours de charpente mtallique, alors nous nous sommes dit que cest loccasion idale pour en apprendre un peu. En faisant cette analyse multicritres nous avons choisi lacier comme matriau de toiture.Le deuxime problme tait comment assurer la forme dcrite par larchitecte?Pour cela nous avons pens mettre en place deux treillis en plan dispos diagonalement, outre videment porter la grande partie de la toiture et les autres fermes.

Figure1: forme de la toiture

Chaque faade une forme de voute, des treillis plan en arc vont assurer cette forme.Les fermes ou les treillis seront lis moyennant des pannes, ces derniers vont porter la couverture. Les fermes se trouvant au dessus des gradins seront poses sur les poteaux en bton arm des tours, lespacement entre ces fermes est conditionn par lemplacement des poteaux, tandis que celle qui au dessus du terrain seront accroches dans les fermes diagonales, celles-ci vont transmettre toutes les charges vers les 4 poteaux sur lesquels elles seront poses. Puisque les barres des deux fermes (Pignon, long pan) seront accroches dans la ferme diagonale, il faut quelles saccrochent dans le mme point et que ce point soit un nud de la ferme diagonale, du coup il nous a fallu chercher un rapport gomtrique entre les trois treillis. Ce rapport va conditionner le pas entre les nuds des trois treillis.

Ferme Pignon

Ferme diagonale

PannePoteau

Figure2: disposition des lments de la charpente

II-Conception des gradins: Le profil de la tribune a t conu suivant une pure de visibilit, elle est compose de huit ranges de gradin de dimensions 40cm * 80cm entre les altitudes +3.50m et 6.70m.Les gradins sont munis de deux couloirs haut et bas sur une largeur respectivement de 1.00m et 1.45m.La tribune officielle a t amnag au milieu stalant sur une longueur de 12.85m, elle est dote de deux range, la deuxime prsente un porte faux de 0.65m, leurs altitudes varient de +3.50m et +4.90m. En dessous des gradins se trouvent les diffrents locaux dont les vestiaires des joueurs, un couloir et autres Nous avons opt pour une structure en portique auto-stable qui se rsume ainsi:Des dalles en bton arm qui vont recevoir les siges spectateurs.Ces dalles prendront appui sur des poutres secondaires longitudinales.Ces poutres secondaires reposeront sur des poutres principales ou crmaillres disposes transversalement. Finalement, le tout sera port sur des poteaux en bton arm.Nous avons gard le mme systme porteur pour la tribune officielle, seules les dimensions des poutres et des dalles changent en raison de lnorme porte. Quant au contreventement, il sera assur par portique Les figures 3 illustrent ces systmes:

Figure3: coupe de la tribune officielle

Figure4: coupe des gradins

Nous avons adopt des fondations superficielles en semelle isol. Les semelles excentres situes prs des joints de rupture seront solidarises par des longrines de redressement qui vont reprendre le moment d lexcentricit de la semelle.III-Conception des tours: Elles sont accessibles que de lintrieur de la salle, elles contiennent une buvette, une salle de runion, des WC (1er et 2me tage) ainsi que dautres locaux rservs au personnel.Comme nous lavons dj soulign, cest les poteaux des tours qui porteront lensemble de la couverture.La partie saillante circulaire sera ralise en voile. Le contreventement est assur par les voiles. Nous avons ajout un 3me voile pour diminuer la charge sismique sur les deux autres dun cot, et pour rapprocher le centre de masse et de torsion dun autre cot. Pour les fondations, on ralisera des semelles isoles sous les poteaux et des semelles filantes sous les voiles.

Figure5: forme des tours

Hypothses des calculsLa conception et le calcul de notre structure sont rgis par la norme CM66.Les matriauxBton : B25Acier pour bton arm : fe500Acier pour charpente mtallique : Fe E 235La portance du sol :Daprs ltude gotechnique, le sol travaille 2 bars.

Les charges permanentes Les charges permanentes sont essentiellement des actions susceptibles dagir tout au long de la vie dun ouvrage ; la variation de leur valeur en fonction du temps est ngligeable. Ces charges permanentes sont composes du poids propre des lments (ossatures et autres lments) et des poids des quipements et installations susceptibles de demeurer durant toute la vie de louvrage. Les diffrentes charges permanentes :Couverture + isolation 19 DAN/mPoids des pannes 10,4 Kg/mlPoids des lments des treillis300*300*6.00: 54,70Kg/ml200*200*8.00:46,50 Kg/ml80*80*3.20:7,07 Kg/mlSiege spectateurs:0.15KN/mVitrages:0.70 KN/mMurs:2.44KN/mPlanchers accessibles des tours: 7.30KN/mPlanchers inaccessibles tours: 7.62KN/m

Les charges dexploitation Les charges dexploitation sont gnralement celles qui rsultent de lusage des locaux. Dans notre cas, Les diffrentes charges dexploitation :Dalles gradins + planchers accessibles: 5KN/mPlanchers inaccessibles des tours:1KN/mCharges dentretien: 100 DAN applique 1/3 et 2/3 de la porte.

CHAPITRE I: TOITURE METALLIQUE1-1 Etude de la neige et du vent Dans le calcul des structures mtalliques il est impratif de tenir comptes des effets de la neige et du vent.En labsence dun rglement spcifique au Maroc, on se rfre au Rglement Neige et Vent franais (RNV).1-1-1Effet de la neige a-Charge de la neige en fonction de la rgion Le rglement envisage dans les calculs une charge normale et une charge extrme, de plus il y a lieu de procder une vrification supplmentaire sous une charge accidentelle (sauf pour la zone A1)La valeur de la charge accidentelle est indpendante de l'altitude de la construction. Elle est prendre en compte si elle est plus dfavorable que la valeur de la charge extrme corrige en fonction de l'altitude. Elle remplace alors la charge extrme.Le tableau suivant donne les valeurs de ces charges en fonction de la zone:Tableau1: valeurs des charges de la neige en fonction de la zoneNiveau de chargeZones

1A1B2A2B34

Charge normale.no (daN/m2)353545455580

Charge extrmeno (daN/m2)6060757590130

Charge accidentelle.no (daN/m2)8080108108144

tant donn quOujda est simul une zone A1 il en ressort:La charge normale= 35 danN/mLa charge extrme = 60 daN/m b-Charge de la neige en fonction de laltitude Au-del de 200 m d'altitude et jusqu' 2 000 m, les charges normales et extrmes doivent tre majores comme indiqu dans le tableau suivant Tableau2: majoration des charges en fonction de laltitudeAltitudeCharges

Normales n(daN/m)extrmes no(daN/m)

200 < A < 500no + (A-200)/10no+ (A-200)/6

500 < A < 1500no+30+ (A-500)/4no+50+ (A-500)/2.4

1500 < A < 2000no+280+ (A-1500)/2.5no+467+ (A-1500)/1.5

A: est laltitude de la construction Daprs le lev topographique A = 573m do 500 < A < 1500En appliquant les formules du tableau on obtient:n= 83.25 daN/mno= 140.41daN/mc-Charge de la neige en fonction de la forme de la toiture Les valeurs des charges de neige dfinies sont appliquer la surface projete de la toiture tant que sa pente ne dpasse pas 25. Au-del de 25, les valeurs doivent tre rduites de2 % par degr d'inclinaison supplmentaire lors que rien ne s'oppose au glissement de la neige. Dans notre projet la pente de la toiture ne dpasse pas 25 donc on nappliquera aucune rduction Les charges retenues pour les calculs sont n= 83.25 daN/mno= 140.41daN/m

1-1-2 Effet du vent Les actions dues au vent se manifestent par des pressions exerces normalement aux surfaces (qui, pour des constructions basses sont souvent admises uniformes). Ses pressions peuvent tre positives (surpression ou pression) ou ngatives (dpression ou succion).On dfinit par pression dynamique, la pression quexerce le vent sur un lment plac normalement par rapport la direction de lcoulement dairLa pression sexerant prendre en compte dans les calculs est donne par :Q= qh10*Ks*Kh***(ce-ci)Avec:qh10: pression dynamique de base 10 mKh: est un coefficient correcteur du la hauteur au dessus du sol.Ks: est un coefficient qui tient compte de la nature du site ou se trouve la construction considre. : est un coefficient de rduction des pressions dynamiques.: est un coefficient damplification dynamique.Ceet Ci: sont les coefficients de pression extrieure et intrieure.a-Pression dynamique de base Chaque rgion est caractrise par une pression dynamique de base, qui reprsente une valeur de pointe, mesure 10m au dessus du sol.Le tableau ci-dessous indique les valeurs normales et extrmes de la pression dynamique de base.Tableau3: valeurs normales et extrmes de la pression dynamique de baseZone 1Zone 2Zone 3Zone 4Zone 5

pression dynamique de base normale (daN/m)50607590120

pression dynamique de base extrme (daN/m)87.5105131157.5210

La rgion dOujda est classe comme zone 4:Qh10n = 90 daN/mQh10e = 157.5 daN/m

b-Effet de la hauteur au-dessus du solLes valeurs des pressions de base donnes dans le tableau sont valables 10 m au-dessus du sol et sont dnommes q10, une hauteur H au-dessus du sol:Kh= 2.5*((H+18)/(H+60))Pour notre projet H= 15.70mKh= 1.11c-Effet du site La nature du site d'implantation en comparaison avec celui des relevs mto peut conduire une diminution ou une augmentationde la vitesse du vent.Le RNV considrent trois types de site :-site protg : par exemple, fond de cuvette borde de collines sur tout son pourtour ou site urbain dense ;-site normal : par exemple, plaine de grande tendue avec des dnivellations peu importantes, de pente infrieure 10 % ;-site expos : par exemple, littoral en gnral sur une profondeur de 6 km, sommet des falaises, les ou presqu'les troites, valles troites.En fonction du site, les pressions de base normales et extrmes doivent tre pondres par un coefficient de site ks donn par le tableau:Tableau4: coefficient de site kszone 1zone 2zone 3zone 4zone 5

site protg0.80.80.80.8

site normal1.001.001.001.001.00

site expos1.351.31.251.201.2

Le projet est situ dans une zone 4 et dans site normal alors:Ks=1d-Coefficient de rduction dynamique Ce coefficient est donn par labaque suivant

Figure6: coefficient de rduction dynamique (RNV)

-Pour le long pan:l = 0.74-Pour le pignon:p =0.78e-Coefficient damplification dynamique:Pour les charges normales ce coefficient vaut:n = (1 + ) avec:coefficient de rponse fonction de la priode T du mode fondamental doscillation de la structure donn sur le diagramme suivant:

Figure7: coefficient de rponse en fonction de la priode T (RNV)

coefficient de pulsation dtermin en fonction de sa hauteur H au-dessus du sol etdonn par lchelle fonctionnelle de la figure:

Coefficient global dpendant du type de construction et prenant les valeurs := 0,7 pour Hs