Objectif séance : L'objectif de cette séance est de déterminer si les fondations proposées pour le bâtiment sont capables de supporter les charges de la construction.

Connaissances : Utilisation de l’ordinateur, utilisation d’un tableur, rédaction des réponses

sur un document.

Domaines concernés : Architecture et construction

Pré-requis :

Support :

Porche abri piscine d’une habitation

Situation : Groupe ; 2h

Matériels : PC ; dossier

Documents à rendre : Document réponse, fichier feuille de calcul du tableur.

Sti 2d

Référence TP : Descente de charge

Nom :

Date :

Classe :

1ère STI 2D ENSEIGNEMENT TECHNOLOGIQUE COMMUN Série

Architecture et construction TP

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1 Questions de cours :

Question 1 :

Quelles sont les raisons des déformations, des chutes… des bâtiments ?

Enfoncement dans le sol d’une partie du bâtiment,

Question 2 :

Quelle partie du bâtiment doit être dimensionnée avec rigueur pour éviter ces problèmes ?

Les fondations

Question 3 :

Qu’est-ce qu’un élément porteur ?

Un élément qui reprend les charges des éléments supérieurs.

Question 4 :

Quelles sont les différentes charges qui s’exercent sur un bâtiment ?

Charges permanentes : poids propre de l’ouvrage. Charges d’exploitation : poids piétons, voitures, Charges climatiques : vent, neige…

Question 5 :

Chercher une définition du vocabulaire dans le cadre des constructions d’ouvrages (bâtiments, routes, ponts…) :

Structure porteuse: Infrastructure : Superstructure :

Assemblage d'éléments structuraux, c'est-à-dire porteurs, qui assure l'intégrité d'une construction et le maintien des éléments non structuraux (équipements, garnissage…). Un élément est dit structural s'il a pour fonction de transférer les charges mécaniques apportées par les éléments supportés.

L'infrastructure est un ensemble d'éléments structuraux interconnectés qui fournissent le cadre pour supporter la totalité de la structure.

Dans le monde de la construction, la superstructure d'un bâtiment regroupe l'ensemble des organes situés au-dessus de terre et composant l'ouvrage, c'est-à-dire les poteaux, les voiles, les poutres, les consoles ou encore les planchers

Question 6 :

Dans quel but sont calculés et vérifiés les dimensionnements des fondations ?

Afin de garantir la stabilité, la solidité, et la non-déformation.

Question 7 :

Sur l’image ci-contre, indiquer par des flèches les descentes de charge (la taille des flèches doit être significative). Dans une autre couleur, indiquez les réactions du sol.

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Question 8 :

D’après la carte de France des valeurs de garde de gel, quelle est la profondeur règlementaire des fondations pour la région de limoges ?

Haute vienne : 60 cm

2 Activité pratique

Un propriétaire souhaite installer un local piscine à coté de son habitation. On donne le plan de masse et de situation du projet p1 et p2 du dossier ressources. Sur les plans suivants (p5 à p11), nous avons les détails de la construction.

2.1 Déroulement de l’activité pratique Le travail consiste à trouver les efforts au niveau des fondations de façon à vérifier si leurs dimensions est satisfaisante pour assurer la stabilité de la nouvelle construction. Pour cela, nous allons déterminer les charges dues aux éléments climatiques (neige), puis les poids des éléments constitutifs du local, les charges dues à la couverture et les charges dues à la charpente. A partir des efforts appliqués à un poteau de reprise de charge, nous allons déterminer si la taille de la fondation est suffisante pour ne pas créer de contraintes supérieures à celles que peut supporter le terrain. Cette partie se fera à l’aide d’un tableur (logiciel de calcul).

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2.2 Relevé des valeurs importantes Notre zone d’étude est entourée sur l’image ci-contre. Le local repose sur un poteau et un mur à l’une de ses extrémités. Nous allons déterminer la zone d’influence de ce poteau pour trouver la surface de reprise de charge. (Voir cours sur les descentes de charges).

2.2.1 Résistance du sol

Relever dans le document descriptif local piscine (CCTP) la valeur de la contrainte maximum admissible par le sol. Cette valeur sera à saisir dans le tableur.

Question 9 :

La résistance du sol est de :……….… MPa ou …………..kg/cm² Remarque : 1daN/cm² = 1kg/cm²

Valeur maximum admissible par le sol : 3 daN/cm² ou 0.3 Mpa

2.2.2 Zone d’influence de la charge

Le poteau reprend une partie du poids de la toiture. Vous allez déterminer quelle surface de la toiture repose sur le poteau.

Question 10 :

Sur la figure ci-dessous, repérez la zone d’influence de la charge de la toiture sur le poteau.

Les dimensions sont en cm.

Repérez dans cette vue la zone d’influence du

poids de la toiture sur le poteau.

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Détail des éléments qui transmettent leurs poids aux éléments porteurs jusqu'à la fondation.

2.3 Calcul de la charge de la couverture

2.3.1 Surface de la zone d’influence de la couverture

Nous allons calculer la surface de la couverture exerçant une charge sur le poteau. On suppose que seulement ¼ de la surface de la couverture du porche exerce une charge sur le poteau.

Question 11 :

Déterminer la surface de la couverture. Scouverture= ……………….x ………………=……………………. m²

Scouverture=3.2*2.225 = 7.12 m²

Surface d’influence de la couverture

Surface d’influence de la couverture

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2.3.2 Détermination de la charge de la couverture.

En vous aidant des documents ressources « charges des couvertures ». Et en sachant que la couverture est constituée de :

un support de couverture en volige (planche) de sapin de 19 mm de tuiles : type « Romane LD» de chez TBF

Question 12 :

Recherchez les masses surfaciques des composants en cherchant dans les documents ressources (valeurs de charges propres.pdf) et remplissez le tableau.

Remarque : poids = masse x g P = m.g Avec g=9,81 m/s², généralement arrondi à 10 m/s²

Question 13 :

Calculez la masse des tuiles. Mtuiles = ms x S Mtuiles =……………………kg

Mtuiles = 43.2*7.12 = 307.584 kg

Question 14 :

Calculez le poids des tuiles. Ptuiles = Mtuiles x g Ptuiles =……………………… N

Ptuiles = 307.584 * 10 = 3075.84 N = 3.07 kN

Question 15 :

Calculez le poids du support de couverture. Psup couv = ps x S Psup couv =…………….………N

Psup couv = 0.1 * 7.12=0.712 kN

Question 16 :

Calcul du poids total de la couverture: PTotal = Psup couv + Ptuiles = ……….. + ………..… PTotal = ………………………………..N =…………………kN

PTotal = 3.075 + 0.712 = 3.787 kN = 3787 N

MASSES SURFACIQUES poids surfaciques en kN/m² : ps masses surfaciques en kg/m² : ms

Tuiles Romane : 43.2

Support de couverture : 0.1

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2.4 Calcul de la charge de la charpente

2.4.1 Surface de la zone d’influence de la charpente

On suppose que ¼ de la surface de charpente du porche exerce une charge sur le poteau.

Question 17 :

Calculez la surface de charpente S =………………m²

S = 2.92 * 2.225 = 6.497 m²

2.4.2 Recherche de la masse surfacique

Question 18 :

Compléter le tableau à l’aide du document «valeurs de charges propres.pdf» dans le tableau charpente bois traditionnelle (ferme, panne, chevron).

Question 19 :

Calcul du poids total de la charpente: P = ms x S P = …………………………N

P = 0.6 * 6.497 = 3.8982 kN

MASSES SURFACIQUES ms : masses surfaciques en kN/m²

charpente 0.6

Surface d’influence de la charpente

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2.5 Calcul de la charge de neige

2.5.1 Surface d’influence de la charge de neige

Elle représente ¼ de la couverture en projection Horizontale

Question 20 :

Quelle est la surface a prendre en compte ? S0 = ………….. m²

S0 = 2.92 * 2.225 = 6.497 m²

2.5.2 Détermination de la charge de neige

Données locales : Département de la construction 87 Haute-vienne Altitude du site < 200 m Analyse des vents vents dominants d'Ouest

vent de type modéré

Charpente couverture pente du toit : = 21.80 °

Formule de calcul charge de neige par m² de toiture en projection horizontale. 𝑺 = charge de neige par m² de toiture en projection horizontale

𝑪𝒆 : coefficient d’exposition au vent: pour un cite normal (pas de balayage de la neige par le vent) : 𝑪𝒆 = 𝟏

𝑪𝒕 : Coefficient thermique pour les toitures opaques 𝑪𝒕 = 𝟏 𝑺𝒎𝒂𝒋 : majoration pour faible pente. Pour une pente supérieure à 5% 𝑺𝒎𝒂𝒋 = 𝟎

𝝁𝒊 : coefficient de forme il dépend de : de la forme de la toiture, donc de la valeur de l'angle de la toiture de la présence ou non d'arrêts de neige de l'orientation du versant (protégé ou non du vent) 𝝁𝒊 = 𝟎. 𝟗𝟓

2.5.3 Recherche de 𝑺𝒌 : charge de neige « au sol ».

Question 21 :

Relever les valeurs sur le document : « Régions de neige Eurocode 1.pdf » (Voir document annexe) Région de neige : …………………….. Charge de neige au sol (Sk) =……………………kN/m²

Région de neige : A2 Charge de neige : 0.45 kN/m²

𝑺 = 𝝁𝒊 × 𝑪𝒆 × 𝑪𝒕(𝑺𝒌 + 𝑺𝒎𝒂𝒋)

Surface d’influence de la neige

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2.5.4 Détermination de S : charge de neige surfacique.

Question 22 :

Calculez la charge de neige S S0= …………………kN/m²

S0 = 0.95*0.45 = 0.4275 kN/m²

Question 23

Calculez le poids dû aux charges climatiques. P = S x S0 P = ……….…..kN =………………………..

P = 6.497 * 0.4275 = 2.7746 kN

3 Saisie sur tableur Dans cette partie, le tableur Excel va calculer (avec les formules que vous lui donnez), les valeurs des efforts sur les semelles de fondations. Si les efforts des descente de charges sont supérieures a la valeur de résistance du sol que vous avez trouver a la question 1 alors, la construction s’enfonce dans le sol et s’effondre. Il faut donc garantir que les fondations sont suffisamment larges pour recevoir les efforts des descentes de charges.

3.1 Les données de descentes de charges

3.1.1 Saisie des valeurs dans Excel

Vous allez saisir les valeurs dans le tableau Excel : « descente_charge_1.xlsx ». Cette feuille de calcul comporte des zones en jaune clair. Ce sont ces zones qu’il faut remplir avec les valeurs que vous avez trouvé à la partie précédente.

Pour saisir la valeur, cliquez dans la cellule et entrez la valeur attendue. Il faut parfois entrer une formule de calcul. Pour entrer une formule de calcul, taper d’abord le signe égal (=) puis votre formule.

𝐒𝟎=0.95×1×1×(Sk+0)

Cellules à remplir

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Ex : Pour faire une multiplication = 60 *60 Pour faire une multiplication de cellules Voir la vidéo : « formule_excel.avi»

Question 24 :

Pour une semelle de 60 * 60 cm, est-ce que la contrainte sur le sol est inférieure à la contrainte maximale

admissible par le sol (<sol) ?

On trouve F/S = 0.4 <<< 3daN/cm² --- ca tient le coup !!

Question 25 :

Pour une semelle de 30 * 30 cm, est-ce que la contrainte sur le sol est inférieure à la contrainte maximale

admissible par le sol (<sol) ?

On trouve F/S = 1.59 < 3daN/cm² --- ca tient le coup !!

Question 26 :

Quelle est votre choix pour réaliser les fondation du poteau porteur de la charpente du porche du local piscine ?

Pour de raisons économique on peut prendre des semelles de 30*30 cm, pour des raisons pratiques et d’habitude ou prend généralement des semelles de 50*50 car les godets de terasseemnt des mini pelles font 50 cm de large.

FIN