SEDENO Florent Elève ingénieur de 5 e année INSA de Strasbourg Spécialité Génie Civil

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1 SEDENO Florent Elève ingénieur de 5 e année INSA de Strasbourg Spécialité Génie Civil 1

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3 Remerciement La réalisation de ce stage et l aboutissement de mon étude n aurait jamais été possible sans les nombreuses personnes qui ont su m encadrer durant ces nombreuses semaines. Je tenais donc à leur dédier ces quelques lignes afin qu ils puissent se reconnaitre dans la suite de ce mémoire. Je souhaitais tout d abord remercier mes deux tuteurs, entreprise et scolaire. Cyrille CHAZALLON, enseignant à l INSA de Strasbourg et maitre de conférence, a accepté de suivre ce projet avec intérêt et a su me conseiller intelligemment dans des moments d hésitation. Jean-Marc BERQUIN, directeur des Etudes GTM Grands Projets, m a accordé sa confiance pour réaliser ce stage au sein de son service. Il a également toujours cherché à m investir dans des missions instructives et formatrices afin de rendre le stage enrichissant techniquement et humainement. Son suivi m a été indispensable. Je remercie également l ensemble de l équipe GTM Grands Projets ainsi que leurs proches collègues du Pôle Construction, de GTM Bâtiment ou encore de Vinci Construction France et autres entreprises. Je pense alors particulièrement à Jean-Philippe GIRAUD, Chef de service, ainsi que Vincent DERUDDER, Xavier BERTOIA, Nadège LABORDA et Flavien MUSCOLINI, ingénieurs et techniciens Etudes avec qui j ai eu la chance de partager l Etude d un chantier très riche, mais je pense également aux bureaux des Méthodes Sogea Caroni et à Mr PHEULPIN du bureau Structure Somete, qui m ont laissé découvrir leur expertise et partager leur expérience. Je n en oublie pas moins Margaux LEQUEU, Mélanie VIQUERAT, David MIRANDA, Emilie MALNAR, Willy FAIDER, Clotilde SEMMAM, Carole BERREBI et bien d autres collègues chaleureux. Toutes ces personnes m ont permis une intégration si facile au sein de l équipe, tout comme mes deux compagnons Guillaume PENAUD et Morgane LAPEDRA, stagiaires chez GTM Grands Projets durant cette même période. Pour terminer, je remercie à titre plus personnel ma famille et mes amis grâce à qui j ai toujours eu la chance de m épanouir au travail comme en dehors. Ces plusieurs semaines ont été remplies de rencontres et de discussions passionnantes. N ayant surement pas réussi à citer toutes les personnes qui le mérite, j espère que celles-ci sauront se reconnaitre à travers ces derniers paragraphes. 3

4 Résumé GTM Bâtiment, leader parisien en réhabilitation, possède un centre d activité spécifique rattaché au Pôle Construction : GTM Grands Projets. Cette équipe est spécialisée dans les projets d envergure. Lors de ces opérations, il n est donc pas rare de réaliser des travaux de restructuration lourde. Qu il s agisse de bâtiments de grande hauteur, de tours, d hôtels de luxe, les travaux qui sont réalisés nécessitent une étude particulière et une expertise différente de celles des travaux de réhabilitation ou de constructions neuves. C est pour cette raison que l équipe GTM Grands Projets souhaite, à travers ce projet de Fin d Etude, que je crée un référentiel en restructuration lourde au sein de leur service. Pour répondre à leur besoin, j ai donc dans un premier temps identifié les points clés d une restructuration lourde et ainsi ciblé mon étude préliminaire sur la descente de charges des structures, leur fondation ainsi que le contreventement de ces bâtiments. J ai ensuite recherché les méthodes de réalisations adaptées à la restructuration lourde, c est-à-dire des techniques et procédés qui s adaptent aux contraintes de bâtiments déjà existants, en zone urbaine pour la plupart. Pour terminer, j ai présenté une étude de cas, afin d illustrer de manière plus concrète les recherches et analyses réalisées précédemment. Elle concerne le projet du 10 boulevard de Grenelle, locaux de bureaux situés dans le 15 e arrondissement de Paris. L ensemble de ce projet a pour objectif final de faciliter l insertion d un nouveau profil dans l équipe GTM Grands Projets en lui apportant les bases indispensables à avoir dans une étude de restructuration lourde et en présentant de manière succincte le déroulement d une opération en Etude de prix, équipe à laquelle j étais rattaché durant ce projet. Il pourra également servir de support lors de formation interne du personnel Vinci Construction France. MOTS CLES : Restructuration Lourde Etudes Méthodes Solutions Grands Projets. 4

5 Abstract GTM Bâtiment, Parisian leader in rehabilitation, has a specific subsidiary: GTM Grands Projets. This team is specialized in large-scale project. They study high building, luxury hotel or specific projects. For this king of operations, it is not thus rare to work on heavy restructuration. The construction needs some good skills and a different expert view comparing to rehabilitated or new building. That is why the team of GTM Grands Projets wants me to do a reference source of heavy restructuration. To get the objectives, I realized a preliminary part which focuses on the principal point of the building structure and its stability. I select the load-bearing skeleton, the foundations and bracing structure. I continue the project with the presentation of different methods that engineers could consider for heavy restructuration. To finish, I opt for studying a specific case: 10 boulevard de Grenelle, in the 15 th district of Paris. This operation is about the restructuration of high buildings with office local. The final aim of my project will be to make easier the recruitment of a new profile in the team. It will expose the principal and basic knowledge that people needs to be efficiently introduced in this activity sector. Moreover, my study could be used for intern formation in Vinci Construction France. KEYWORDS: Heavy restructuration Improvement Methods Solutions Large-scale projects 5

6 Sommaire Remerciement... 3 Résumé... 4 Introduction... 9 L entreprise LE GROUPE VINCI GTM BATIMENT Historique et organisation Le Pôle Construction L équipe Grands Projets Présentation du Projet SUJET ET OBJECTIFS INTRODUCTION A LA RESTRUCTURATION LOURDE DEMARCHE GLOBALE DU PROJET Etude préliminaire PORTEURS ET DESCENTE DE CHARGES VERTICALE Stabilité et squelette d un bâtiment Etude comparative des types de planchers Notion de dimensionnement LE CONTREVENTEMENT Illustration du contreventement avec la Croix de Saint André Palée de stabilité et contreventement vertical Diaphragme rigide et poutre au vent horizontale Mise en œuvre et utilisation des contreventements Récapitulatif des procédés de contreventement LES FONDATIONS Type de sols et de fondations Les fondations profondes

7 3.3. Les fondations superficielles Le radier, principe et fonctionnement Des Méthodologies particulières LA REPRISE EN SOUS ŒUVRE Exécution de fouilles à proximité d un ouvrage La paroi berlinoise et lutécienne La paroi parisienne et moscovite La paroi moulée Remarques sur les parois de soutènement Puits blindés Travaux par passes alternées Travaux sous bâtiment existant Terrassement en taupe Le chevalement RENFORCEMENT DES FONDATIONS Etude comparative sur les fondations profondes Le renforcement de sol Les colonnes ballastées sèches Deep Mixing Soil (DMS) Le Jet Grouting Compactage Hydraulique Statique (CHS) Cas particulier d association de fondations profondes et superficielles CREATION D OUVERTURE DANS UN PORTEUR VERTICAL Moisage de poutre en acier et béton Ouverture de baie et création de linteau Etude de cas, 10 boulevard de Grenelle L APPROCHE ORCHESTRA L AFFAIRE DU 10 BOULEVARD DE GRENELLE Intervenants principaux sur l opération Le 10 Grenelle, un chantier type Stratégie de réponse et outils de chiffrage Conception du planning et installation de chantier Solutions et outils de chiffrage

8 3. LA RESTRUCTURATION LOURDE DU 10 GRENELLE La reprise en sous œuvre du bâtiment C R+T Description de l opération Spécificité des travaux de restructuration lourde Solution 1 : Changement d altimétrie du radier Solution 2 : Liaison future des radiers C R+T et mitoyen Solution 3 : Stabilité provisoire du radier mitoyen Solution 4 : Blindage des fouilles des passes alternées Solution 5 : Vérification des tirants Optimisation des renforts de fondations Description de l opération Spécificité des travaux de restructuration lourde Solution 1 : Vérification des renforcements mis en place Solution 2 : Mode constructif des renforcements Solution 3 : Dimensionnement des groupes de micro-pieux Récapitulatif des optimisations Création d un complexe poteau-poutre sous mur existant Description de l opération Spécificité des travaux de restructuration lourde Solution 1 : Contreventement et stabilité provisoire du bâtiment C R+17+T Solution 2 : Optimisation des délais Conclusion

9 Introduction Actuellement étudiant à l INSA de Strasbourg, ma formation inclut un Projet de Fin d Etude. Ce stage a pour objectif de répondre aux besoins d une entreprise grâce à des recherches théoriques et pratiques au sein de l équipe concernée. Ce présent rapport vise donc à exposer au mieux l étude que j ai effectuée chez GTM Bâtiment, cellule Grands Projets. Elle concerne la mise en place d un référentiel de restructuration lourde avec pour objectif une introduction complète à sa pratique. Aujourd hui, la restructuration lourde est un sujet clé dans l économie du Bâtiment. En effet, la période de crise fait fortement diminuer les budgets alloués à l activité ainsi que les investissements privés. Pour limiter les coûts, la construction neuve laisse donc place à la réhabilitation et restructuration, en particulier sur des projets d envergure. Ce phénomène est d autant plus vrai qu en région parisienne le réseau urbain est déjà très dense et le Code de l Urbanisme rigidifié. Les nouvelles règlementations telles que la RT 2005 puis 2012 intensifient également cette volonté de restructuration, dans le Haussmannien par exemple. Des études ciblées dans ce domaine semblent donc judicieuses pour GTM Bâtiment, leader Ile-de-France en Réhabilitation, et pour moi-même, étudiant et futur ingénieur. La démarche choisie dans ce rapport sera dans un premier temps d identifier l entreprise et le groupe dans lequel elle se trouve. Il est en effet important de connaitre ses collègues et collaborateurs pour pouvoir répondre au mieux à leurs questions et besoins. La seconde partie visera à expliquer précisément en quoi consiste le projet de fin d étude, en donnant une problématique précise et les principaux axes de recherche ainsi que la démarche générale de ces 20 semaines d étude. La troisième partie fera office d introduction au sujet de restructuration lourde proprement dit. Cette étude préliminaire servira de mise au point et de base pour la suite des recherches, en détaillant les principaux acteurs de la stabilité d un bâtiment en Génie Civil. Un quatrième point se concentrera sur les méthodes propres à la restructuration lourde. Il s agira, suite à cela, d avoir des possibilités diverses à envisager dans chaque travail de restructuration. Enfin, la dernière partie exposera une simulation sur l affaire du 10 boulevard de Grenelle, afin de mettre en pratique les recherches, tout en comprenant la démarche globale d une réponse à appel d offre. 9

10 L entreprise Cette première partie est consacrée à la présentation succincte de l entreprise et de l environnement de travail de ce stage de fin d étude. 1. LE GROUPE VINCI Afin de ne pas surcharger ce rapport, l Annexe 1 offrira une présentation de l organisation du groupe mondiale Vinci qui saura répondre à votre curiosité. 2. GTM BATIMENT 2.1. Historique et organisation En 1981, la Société des Grands Travaux de Marseille (GTM) est créée par les milieux d affaires marseillais pour construire un réseau moderne d égouts dans la cité phocéenne. Un an plus tard, GTM et Entrepose fusionnent, donnant naissance à GTM Entrepose En 1986, Dumez prend participation dans GTM Entrepose puis en 1990 Dumez fusionne avec La Lyonnaise des Eaux et fait entrer GTM dans ce nouveau groupe. En 1997, GTM Entrepose devient Groupe GTM. Le groupe exerce ses activités dans le monde entier dans 4 domaines : les concessions, la route, l industrie ainsi que l ingénierie et l immobilier. En 2000, Le Groupe SGE devient indépendant et change de nom pour devenir VINCI. VINCI fusionne avec Groupe GTM et donne naissance au numéro un mondial de la Construction et des Services Associés. Le groupe GTM devient GTM Construction, composé de Directions régionales et filiales. En 2001, GTM Bâtiment est créée, filiale de GTM Construction pour l Ile-de-France. Jean-Yves COJEAN, aujourd hui Président de GTM Bâtiment, faisait déjà partie de la Direction en En 2007, SOGEA Construction et GTM Construction se rapprochent dans une nouvelle entité : VINCI Construction France. GTM Bâtiment devient une filiale de VINCI Construction France. GTM Bâtiment compte : Plus de 70 chantiers par an Un Chiffre d Affaire de 300 millions d euros en 2010 Plus de 700 professionnels répartis sur toute l Ile-de-France 26 nationalités 21% de femmes, soit deux fois plus que dans la profession 10

11 2.2. Le Pôle Construction GTM Bâtiment s articule autour de quatre métiers dont la construction neuve et la restructuration complexe représentés par le pôle Construction. Les équipes de ce même pôle sont ensuite spécialisées par type d'ouvrage : GTM Habitat regroupe les logements et les bâtiments résidentiels ; GTM Ouvrages Fonctionnels gère l'immobilier d'entreprise, les bâtiments scolaires, industriels et commerciaux ; GTM Grands Projets, comme son nom l'indique, s'occupe des projets d'envergure, des projets de restructuration complexe mais aussi des établissements de santé. C est au sein de cette agence que j ai effectué mon stage. FIGURE 1.4 : ORGANIGRAMME GTM BATIMENT, POLE CONSTRUCTION 11

12 2.3. L équipe Grands Projets L équipe au sein de laquelle j ai effectué mon stage (GTM Bâtiment Grands Projets) a la spécificité de s intéresser à des projets complexes. Ainsi, elle a participé à de nombreuses études de tours (tour Générali, tour Granite, tour EDF, restructuration de la tour AXA, D² ), de centres hospitaliers (Argenteuil, Eaubonne, Caen, Evreux, ), de bureaux (Kléber, Vendôme, Cambon Capucines, Général Foy, Nanterre Zac des Guilleraies, Cardinal ), d hôtels (Ritz, Mandarin Oriental, Shangri-lâ, Plaza Athénée ). IMAGE 3D DU MANDARIN HOTEL Afin de profiter de l expertise du groupe et de limiter les risques financiers d opérations importantes, il n est pas rare de trouver des partenariats au sein de Vinci Construction France (le projet de la tour D² est mené par un groupement VCF : GTM Bâtiment, Bateg, Dumez, le chantier du Mandarin a été est réalisé avec Lainé Delau, etc..). PHOTO DE LA TOUR GRANITE IMAGE 3D DE LA TOUR D² 12

13 Quelques projets et réalisations de GTM Bâtiment Grands Projets : Galeries Lafayette Maison - Paris 9ème Construction d un nouveau pôle sportif & centre nautique de l INSEP Montant travaux : K HT Maître d'ouvrage : Ministère de la jeunesse, des sports et de la vie associative Durée : 20 Mois Cambon Capucines Paris 1er Réhabilitation et restructuration d un ensemble immobilier de m² situé places Vendôme 1-23 rue de les Capucines et rue Cambon. Montant marché : K HT Maître d Ouvrage : French Property Management, SNC Galaxie Vendôme Durée : 56 mois La Fondation d Entreprise Louis-Vuitton La construction de la Fondation d Entreprise Louis-Vuitton pour la Création (groupe LVMH) a été attribuée à VINCI Construction France et est actuellement réalisée par un groupement de filiales composée de Petit, mandataire et chef de file, GTM Bâtiment et DODIN. Elle est destinée à l art contemporain et à l accueil du public. 13

14 Présentation du Projet Le Projet de Fin d Etude a pour objectif de répondre à un besoin particulier d une entreprise sur un domaine technique et de recherche. En tant qu élève ingénieur de l INSA de Strasbourg, j ai pour mission, durant ce stage de vingt semaines, de répondre aux objectifs fixés avec Jean-Marc BERQUIN, tuteur de ce stage et Directeur des Etudes de l agence Grands Projets de GTM Bâtiment. 1. SUJET ET OBJECTIFS Sur un accord tripartite, école entreprise étudiant, voici donc le sujet et la démarche générale du projet de recherche. SUJET : «Etablissement d un référentiel de Restructuration Lourde au sein de GTM Grands Projets» Objectif général : Compilation des travaux réalisés par GTM Bâtiment ces dernières années Inventaire des méthodes employées en restructuration lourde Analyse économique sur un chantier type (coût, ratios, autres) Retour d expérience du chantier mis à disposition de l intranet GTM Bâtiment et VCF La cellule Grands Projets à laquelle je suis rattaché est spécialisée dans les opérations d envergure, et donc par ce biais dans des projets importants de restructuration lourde. L objectif de ce stage est donc de comprendre les enjeux et les contraintes très particulières de ce domaine, d en chercher les méthodes et procédés d exécution utilisables. A partir de cela, la création du référentiel en restructuration lourde permettra la formation et ainsi l introduction rapide de nouveaux profils dans l équipe. La mission est ainsi de créer une base solide des connaissances à avoir pour une étude, avant de pouvoir les compléter par l expérience du milieu et l évolution des techniques. Une étude de cas conclura le projet et fournira une application concrète de ces recherches. Le travail permettra par la suite de mettre en place des sessions de formation interne à l intention des jeunes ingénieurs travaux, des compagnons et du personnel du service. 14

15 2. INTRODUCTION A LA RESTRUCTURATION LOURDE Pour commencer, la restructuration lourde se définit par une réorganisation de l espace ou une réhabilitation des lieux, ayant pour conséquence une modification de descente de charges, via un surpoids, des démolitions de porteurs ou tout autre phénomène. Les projets consistent généralement à démolir une grande partie de bâtiment pour le reconstruire de manière plus ou moins différente. De plus, la cellule Grands Projets s occupe de chantiers d envergure, il n est donc pas rare de trouver des tours et bâtiments classés IGH (Immeuble Grande Hauteur). C est pour toutes ces raisons que chaque chantier reste très singulier malgré des méthodes et procédés proches. Historiquement parlant, la construction a toujours évolué en fonction de la société et de l économie. Dans les années 60 débute une «politique des villes nouvelles françaises». Afin de ne pas sur-peupler les métropoles, il est question de créer des nouveaux pôles attractifs. Sur neufs villes françaises, cinq sont en Ile-de-France, dont Cergy-Pontoise ou Marne-la- Vallée. La construction neuve est à la mode chez les français du BTP. Aujourd hui, le projet du grand Paris ou du grand Lyon met en lumière les projets de réorganisation du territoire. Il faut alors chercher des solutions pour revaloriser des zones déjà denses en habitations, en commerces, en transport. De plus, tous ces travaux devront désormais respecter des normes nouvelles et de plus en plus strictes. On parle de Plan Local d Urbanisme (PLU), qui règlemente la construction d une zone particulière, de RT2005 puis RT2012, normes environnementales, ou encore de Label Haute Qualité Environnementale (HQE), Leadership in Energy and Environmental Design (LEED), Building Research Establishment Environmental Assessment Method (BREEAM). Ces nouvelles règlementations et labels nécessitent alors de lourdes modifications des locaux. En architecture, le temps transforme également les envies et besoins. On recherche alors une ouverture des espaces pour permettre la mobilité des cloisons et l interchangeabilité des locaux. On demande une hauteur sous plafond maximale et une luminosité optimale. Les bâtiments restructurés changent parfois de fonction, conduisant encore une fois à des transformations importantes dans la structure. Enfin, il est connu qu en période de crise économique, il faut recycler. Il en va de même en construction. Lorsque les investissements dans le neuf deviennent difficiles, la restructuration et réhabilitation lourde offre des prix intéressants pour des espaces déjà existants. 15

16 3. DEMARCHE GLOBALE DU PROJET Répondant à l origine à un besoin d entreprise, il est primordial de comprendre les raisons et causes de cette demande de recherche, pour mieux en cibler les objectifs. Jean- Marc BERQUIN a très correctement résumé la situation lors de notre premier entretien en expliquant la complexité et l unicité des chantiers de GTM Grands Projets. L enjeu de ma recherche sera donc, dans un premier temps, de savoir expliquer simplement ce qu est une restructuration lourde et quels en sont les points clés. L étude préliminaire ciblera la descente de charge dans les bâtiments, les règles de contreventement ainsi que les différents types de fondations, tout ceci de manière assez générale. Dans un second temps, il faudra cibler la recherche sur différentes techniques propre à chaque chantier, conducteur de travaux, bureau des Méthodes et de Structure, ou ingénieur Etude pour en tirer des informations utilisables lors des prochaines réalisations de projet. Il faudra partir à la rencontre de profils aux expériences différentes pour enrichir la base de données. Des témoignages et recherches personnelles permettront de sélectionner les procédés courants de restructuration lourde. Dans un dernier temps, l étude de cas du 10 boulevard de Grenelle, chantier type de restructuration lourde, permettra la mise en application des recherches effectuées. Mon étude consistera alors à répondre à un dossier d appel d offre, Lot Gros Œuvre, en optimisant les coûts de réalisation et en cherchant des solutions pertinentes pour le chantier à venir. Pour cela, je me servirai des recherches précédentes. Ce rapport détaillera les étapes clés et solutions finalement retenues. 16

17 Etude préliminaire La restructuration lourde consiste à transformer un bâtiment de manière structurelle. Ce bâtiment sera très souvent soumis à une réorganisation de l espace, induisant une répartition des descentes de charge ou des porteurs différente. L ingénieur remanie alors le squelette du bâtiment et ainsi perturbe sa stabilité. Des études sont nécessaires en Bureau Structure mais également Géotechnique suivant les nouveaux efforts repris en fondation. Lors de cette restructuration, les éléments clés de l étude sont dans un premier temps les éléments porteurs du bâtiment, qui conditionnent la descente de charge de la toiture vers les étages bas. Les fondations transmettront ensuite ces contraintes au sol, elles doivent également retenir notre attention. Enfin, le contreventement joue un rôle de stabilité face aux efforts horizontaux extérieurs. Il devient d autant plus indispensable que les projets sont de grande hauteur. Une étude préliminaire est proposée pour ces trois axes principaux afin de comprendre leur utilité et fonctionnement dans le cycle de vie d un bâtiment (construction, utilisation, démolition ou restructuration). L objectif de cette étude est finalement de pouvoir poursuivre le projet proprement dit avec une pleine compréhension et appréhension des problématiques mises en jeu. 1. PORTEURS ET DESCENTE DE CHARGES VERTICALE 1.1. Stabilité et squelette d un bâtiment En Génie Civil, et plus généralement d après les principes fondamentaux de la Statique et de la Dynamique, un Bâtiment ou Ouvrage quelconque devra être dans un état d équilibre par rapport aux efforts extérieurs pour être considéré stable à l instant t. Ainsi, quelque soit le bilan des actions externes ou internes au système, celui-ci saura l équilibrer. De plus, un effort ne se dissipe pas, il se transmet ou se transforme en une énergie différente. La descente de charge d un bâtiment consiste donc, pour un point d application quelconque, à étudier la transmission de l effort vers un autre système, ici le sol. Le bâtiment sera constitué d un quadrillage plus ou moins dense d éléments résistants dans le sens horizontal et vertical. 17

18 Eléments porteurs verticaux : Afin de permettre la descente des charges vers les fondations, chaque étage d un bâtiment sera porté par des poteaux et des murs. Les poteaux reprendront et transmettront des efforts de manière ponctuelle. Ils pourront être de formes géométriques divers (carré, rond plein, rond creux, en L, en T ) mais devront toujours posséder une inertie suffisante pour résister aux efforts. C est généralement la résistance au flambement qui limitera les dimensions de l élément. Le matériau utilisé pour la réalisation de ces poteaux aura également un rôle essentiel sur son fonctionnement. On trouve couramment des profilés métalliques, des poteaux en bois, en béton armé. Les murs permettent quant à eux de reprendre des efforts de façon linéique mais réduisent par la même occasion la possibilité d ouverture. Ils peuvent être en béton coulé en place, suite à un ferraillage préliminaire entre des banches ou préfabriqués. On trouve également différents types de briques et parpaings, en béton cellulaire, terre cuite et autres qui assurent la transmission des efforts par superposition et chainages intérieurs d éléments. Eléments porteurs horizontaux : Lorsque les efforts ne s appliquent pas directement sur les poteaux et murs, un réseau d éléments horizontaux transmettra les efforts du point d applications jusqu à ces porteurs. Dans le cas d une exploitation courante, des efforts verticaux s appliqueront sur une surface de plancher. Ces dalles auront alors pour but de transmettre ces efforts de manière horizontale vers les poutres et poutrelles qui la soutiennent puis vers les poteaux ou les murs porteurs. Ces poutres et poutrelles sont généralement constituées en bois, profilés métalliques ou béton armé, tout comme les poteaux. Elles seront la plupart du temps sollicitées et dimensionnées en flexion simple ou composée. Ayant une utilité variée et des procédés de mise en œuvre nombreux, il est intéressant de détailler les différents types de planchers existants, ou du moins les plus courant dans une étude plus précise Etude comparative des types de planchers Le plancher permet de reprendre pour chaque étage tous les efforts qui ne sont pas transmis directement à la structure verticale. Nous verrons également par la suite qu il peut constituer un diaphragme rigide contreventant l étage. Voici les types de planchers courant que l on peut retrouver dans le Bâtiment ainsi que leur utilisation : 18

19 Porteurs horizontaux : planchers et poutres, mise en œuvre Type de porteurs Utilisation Avantages Inconvénients Planchers creux : - Entrevous - Poutrelles - Hourdis Dalles BA coulées en place Dalles pleines préfabriquées Dalles alvéolaires précontraintes Dalles nervurées Planchers mixtes Maison individuelle, bâtiment d habitation, petit bâtiment Tout type de bâtiment courant Tout type de bâtiment courant Locaux demandant de grandes surfaces sans appuis Structure poteaux-poutres Tertiaire, commerces, scolaire Tout type de bâtiment à ossature béton ou acier Mise en œuvre facile, avec très peu de levage et pas de coffrage Plancher léger et isolant (air dans les creux d entrevous) Taille et forme quelconque Pas toujours besoin de gros matériel de levage (selon accès) Procédé économique Mise en œuvre simple et rapide Pas de coffrage utilisé Pas d étaiement Cadence de pose élevée Portée importante, jusqu à environ 20 mètres sans hourdis Peu d armatures complémentaires Charges d exploitation élevées Contreventement du bac acier dès sa pose Diminution des armatures du hourdis béton Souplesse des formes Légèreté de la dalle mixte Epaisseur importante pour des portées limitées à 7 mètres environ Mise en œuvre longue avec beaucoup de manutention Pas de souplesse de forme et de taille Mise en œuvre longue Utilisation de nombreux matériels de coffrage Portées et charges limitées Moyen de levage important Traitement de joint nécessaire Portée relativement limitée Calepinage et positionnement des réservations Cout élevé Multiplicité des joints Levage de forte puissance Trame plus ou moins imposée Problème de fixations ultérieur Mise en œuvre longue Besoin d un plafond Poids important du plancher Protection anti-incendie Nécessité d un plafond 1.3. Notion de dimensionnement Afin d établir la dimension des efforts et donc des éléments porteurs qui reprendront ceux-ci, des hypothèses sont posées quant aux sollicitations extérieures maximales, suivant la région, l emplacement et le poids des éléments, et autres facteurs. Ils sont regroupés notamment dans des DTU (Documents Techniques Unifiés) en France ou même dans les récentes règlementations européennes que sont les Eurocodes. Ceci permet, par le biais d études poussées et d essais laboratoire en amont, de ne plus considérer tous les efforts possibles et imaginables en même temps mais plutôt les combinaisons d actions envisageables sur la structure. Ils ont également pour objectif de globaliser la conception et la mise en œuvre de produits certifiés. 19

20 Le dimensionnement du bâtiment et le positionnement des éléments porteurs seront ensuite réalisés selon ces charges en question. En restructuration lourde, l ingénieur touche à ces porteurs, créant ainsi une faille dans la descente des efforts. A chaque démolition, puis reconstruction, des procédés et techniques sont donc obligatoires pour permettre une stabilité de l ensemble à toutes les phases (préparation, provisoire, mise en service, ). Le dimensionnement des nouveaux porteurs, qu ils soient provisoires ou définitifs, devient autant voir plus important que le dimensionnement de l existant. 20

21 2. LE CONTREVENTEMENT Un système de contreventement représente l ensemble des éléments structuraux d un bâtiment, qui ont pour objectif d assurer la descente des charges horizontales. La plupart du temps, ces charges sont représentées par un cas défavorable sismique ou due au vent, plus rarement à une explosion ou autres actions exceptionnelles. Tout comme le cas des descentes de charges verticales, le contreventement doit pouvoir stabiliser le bâtiment contre ce type d actions et d efforts horizontaux à tout moment. Pour ce faire, il en existe de différentes natures, selon les ouvrages et les contraintes architecturales notamment Illustration du contreventement avec la Croix de Saint André Afin de bien saisir le principe de contreventement des éléments, il est pertinent de commencer par la très utilisée Croix de Saint-André. Adaptable à tout type de construction (béton, acier, bois), cette croix permet, en reliant d autres poutres ou poteaux, de verrouiller un système vis-à-vis de ses degrés de liberté et des déformations possibles du système. DISPOSITIF SOUMIS A UN EFFORT HORIZONTAL, AVEC ET SANS CROIX DE SAINT ANDRE Sans Croix de Saint-André, le système possède une faible résistance vis-à-vis de l effort horizontal, car il s appuie uniquement sur ses quatre assemblages rotules. Le portique se déforme très facilement suivant son plan. Dans le second cas, l effort se diffusera dans les diagonales, tendues ou comprimées, sans pour autant déformer le système. C est le principe même du contreventement, qu il soit dans un plan horizontal ou vertical. Ce type de contreventement, dit triangulé, s étend vers d autres formes de diagonales tendues. Lorsqu il est réalisé étage par étage, ceci limite les ouvertures possibles. Il n est donc pas rare d envisager cela sur plusieurs niveaux. OUVERTURE DE BAIE ENTRE CONTREVENTEMENT TRIANGULE 21

22 2.2. Palée de stabilité et contreventement vertical Le contreventement peut être assuré par des palées de stabilité. Ces palées sont des éléments de structure inscrits dans un plan vertical, capable de s opposer à une force horizontale parallèle à ce plan. Parmi cette famille, nous trouverons notamment les portiques munis de Croix de Saint- André et autres systèmes triangulaires de blocage. Le portique simple pourra également contreventer un bâtiment dans certains cas, grâce à des nœuds très rigides. Alors il permettra la circulation et l ouverture dans le plan mais nécessitera une technicité plus complexe dans la recherche de raideur et de rigidité des assemblages. Plus courant, nous pourrons aussi parler de mur plein, maçonné et chainé ou en béton armé. Les forces peuvent être reprises par le mur, qui diffusera les efforts jusqu à son pied grâce à son remplissage et aux armatures qui le constituent Diaphragme rigide et poutre au vent horizontale Les palées de stabilité constituent donc le contreventement vertical du bâtiment. Horizontalement, ce sont les planchers qui agissent en diaphragmes rigides. Ce diaphragme est défini lorsque le comportement du plancher devient assimilable à celui d une poutre. Tout comme cette poutre, les appuis de ce plancher devront alors bloquer trois degrés de liberté pour que la stabilité soit possible. On utilisera pour ce faire les palées de stabilité précédemment décrites. Pour faire simple, le principe du diaphragme rigide pourrait se modéliser par le couvercle d une boite en carton. On identifie ainsi rapidement son utilité dans un étage courant, face à des efforts horizontaux extérieurs. ILLUSTRATION PAR LA BOITE EN CARTON Lorsque la rigidité n est recherchée que dans une des deux directions du plan, le principe de poutre au vent est une alternative intéressante. A partir d un fonctionnement similaire aux palées de stabilité, une zone du plancher sera assimilée à une poutre rigide qui contreventera l étage suivant la direction de son axe élancé. Pour ce faire, la méthode la plus courante sera la succession de Croix de Saint-André (réalisation d une poutre treillis horizontale) ou pour les structures plus petites, une poutre simple en diagonale (utilisée notamment en charpente bois de petite envergure). 22

23 2.4. Mise en œuvre et utilisation des contreventements Les diaphragmes rigides ainsi que les palées de stabilité constituent le complexe de contreventement dans le bâtiment. Pour que le maillage soit efficace, certaines règles sont à respecter. Tout d abord, en l absence de contreventement horizontal, c'est-à-dire de diaphragme, toutes les files longitudinales et transversales doivent être équipées d au moins une palée de stabilité. SCHEMA D UN CONTREVENTEMENT CORRECT VERTICAL Lorsque le plancher devient rigide, on peut alors éviter cette mesure systématique. Il suffit de trois palées de stabilité non concourantes et non parallèles toutes les trois (il faut ici comprendre qu elles peuvent l être deux à deux). SCHEMA DE CONTREVENTEMENTS INCORRECT (ASSOCIATION HORIZONTALE ET VERTICALE) L utilisation de cette association diaphragme rigide et palées de stabilité en mur plein est très courante pour la création de cages, ou noyaux de contreventement. Les murs respectent alors les critères de parallélisme et de concourance. Jouant souvent le rôle de cage d escaliers ou d ascenseurs, ces noyaux fonctionnent alors comme une console reliée 23

24 aux fondations du bâtiment qu ils stabilisent. Ce système est très efficace et donc très utilisé dans les ouvrages de grande hauteur. Il peut être associé à d autres techniques de contreventement mais sera quoiqu il arrive au cœur de notre étude, lorsqu il s agira de tours et d immeuble IGH. Les portiques sont un cas particulier à ces règles déjà citées. En effet, lorsque le contreventement est réalisé à l aide de ses éléments, le diaphragme rigide n aura une utilité que dans la direction longitudinale. Dans le sens transversal, les poutres du portique transmettront directement les efforts aux poteaux (cas de portiques de portées suffisantes). Une palée de stabilité unique sera suffisante (deux dans la pratique afin de limiter la torsion) pour verrouiller correctement le système de portique. Les efforts seront alors transmis vers cette palée par l intermédiaire de poutres au vent. Ce complexe très spécifique sera notamment mis en place dans des structures mixtes ou métalliques, demandant de grands espaces sans appui intermédiaire : établissement scolaire, gymnase, entrepôt industriel Récapitulatif des procédés de contreventement Contreventement, techniques et utilisation Type de contreventement Utilisation Avantages Inconvénients Contreventement horizontal Poutre au vent Diaphragme rigide type : - Dalle BA - Poutre+Hourdis Toiture Etage courant et toiture type terrasse accessible Choix de la direction à contreventer Permet d éviter une dalle en toiture Rôle multiple (contreventement, descente de charges verticale, acoustique, thermique ) Généralement, uniquement un rôle de contreventement. Création d assemblages multiples pour Crois St-André. Epaisseur des planchers et résistance des armatures importantes Contreventement vertical Palée de stabilité avec diaphragme rigide Palée de stabilité sans diaphragme Noyaux de contreventement Portiques de grande portée Immeubles IGH et tours Industriel, gymnase, établissement scolaire Participe également à la descente de charge verticale Eléments moins épais que pour des noyaux (limitation de la torsion) Participe également à la descente de charges verticale Concentration géographique des murs de contreventement. Participe également à la descente de charge verticale Pas d appui intermédiaire Liberté architecturale Gabarit intérieur important Résistance importante des éléments indispensable Limitation des ouvertures et efforts importants aux linteaux Limitation de la liberté architecturale dans l étage Limitation des ouvertures et efforts importants aux linteaux Résistance importante des éléments indispensable Luminosité et ouverture (exclusivement cage d ascenseur, d escalier ou locaux annexes) Technicité de la rigidité des nœuds et épaisseur des éléments béton ou acier Cout élevé 24

25 3. LES FONDATIONS Les fondations permettent de transmettre et de répartir les charges d un bâtiment dans le sol. C est la dernière «marche» des descentes de charge. Selon la capacité portante du sol, l intensité des charges et les tassements admissibles, différents types de fondations sont utilisés, allant des fondations superficielles aux fondations profondes, ce suivant les types de sols en présence Type de sols et de fondations Des fondations sont dites profondes lorsque leur hauteur d encastrement est supérieure à 5 fois leur largeur et est supérieure à 3 m. Ce critère a été fixé en fonction de la dimension de la vague de refoulement créée par la fondation en question lors de son introduction dans le sol. Lorsque cette vague est considérée négligeable, nous parlerons de fondations superficielles. Une fondation profonde est donc une fondation élancée. On distingue trois grands types de fondations profondes : les pieux, les puits et les barrettes. Les fondations superficielles se différencient quant à elles par leur emprise au sol. Nous trouvons les semelles isolées, filantes et les radiers. SCHEMA DE DIFFERENCIATION DES FONDATIONS PROFONDES ET SUPERFICIELLES Les fondations ont un mode de fonctionnement différent selon leur nature. Les fondations profondes utiliseront par exemple leur ancrage dans un sol résistant, dit de bonne qualité, et le frottement vertical créant une résistance au déplacement à chaque interface entre la fondation et le sol. Les fondations superficielles profiteront quant à elles de leur assise sur un sol non compressible afin d utiliser la portance du sol comme réaction d appui, suffisante pour équilibrer les descentes de charges sur cette fondation. Pour résumer simplement, le rôle de la fondation étant de transmettre des efforts plus ou moins 25

26 important au sol, il sera question d utiliser le meilleur sol possible de la zone de travaux, qu il soit en profondeur ou non, pour équilibrer la structure entière. Il reste donc à savoir ce que l on nomme bon ou mauvais sol. Ces appellations sont très subjectives puisque chaque bâtiment ne nécessite pas les mêmes qualités et performances d un sol et chaque région possède ses propres caractéristiques géologiques issues d une histoire et d une constitution du terrain unique. Des tests existent pour identifier les sols et leurs caractéristiques. Parmi eux, le test pressiométrique permettra, à l aide de cellules injectés dans le sol après forage de calculer le module pressiométrique et la pression limite (p l ) du sol à différentes profondeurs. Le deuxième également très utilisé est le test pénétrométrique. Celui-ci permettra lors de l introduction par vérin d une tige métallique de calculer le coefficient de pointe (q c ) et de frottement latéral du sol étudié. Il est alors possible de classer les sols suivant les résultats trouvés sur le terrain. Argiles, Limons Sables, Graves Craies Marnes, marno-calcaire Roches Nature des terrains Pressiomètre p l (Mpa) Pénétromètre q c (Mpa) A Argiles et limons mous < 0,7 < 3,0 B Argiles et limons fermes 1,2-2,0 3,0-6,0 C Argiles et limons fermes à durs > 2,5 > 6,0 A Lâches < 0,5 < 5,0 B Moyennement compacts 1,0-2,0 8,0-15,0 C Compacts > 2,5 > 20,0 A Molles < 0,7 < 5,0 B Altérées 1,0-2,5 > 5,0 C Compactes > 3,0 A Tendres 1,5-4,0 B Compacts > 4,5 A Altérées 2,5-4,0 B Fragmentées > 4,5 Ces données permettront ainsi d avoir une idée plus claire des couches de sols successives en présence et de choisir et dimensionner les fondations utilisées selon les charges qui leur sont appliquées. Ce dimensionnement est notamment encadré par le fascicule 62 titre V et les DTU 11 à 13, Reconnaissance des Sols, Terrassement et Fondations Les fondations profondes Les fondations profondes sont utilisées lorsque la qualité des couches supérieures du sol n est pas suffisante pour reprendre les efforts imposés par l ouvrage. Elles permettent de reporter les charges sur des couches situées plus en profondeur ayant de meilleures caractéristiques mécaniques et de créer des efforts de frottements latéraux sur leur hauteur d encastrement. On désigne par tête la partie supérieure de la fondation, par pointe sa partie inférieure et par fût celle comprise entre la tête et la pointe. 26

27 Les dimensions des fondations profondes peuvent être très variables. Typiquement, un pieu a un diamètre compris entre 25 cm et 1,5 m pour une profondeur allant de quelques mètres à, par exemple, des profondeurs de 85 m pour le barrage de Wolf Creek aux Etats- Unis. Pour des diamètres inférieurs à 25 cm, on parle de micro pieux, ces derniers pouvant atteindre 20 à 25 m de longueur. Un puits a un diamètre allant de 1 m à 2,5 m pour une profondeur allant jusqu à 8 m. Une barrette a une largeur de 40 cm à 1,50 m et peut atteindre 125 m de profondeur comme dans le cas des fondations des tours Petronas à Kuala Lumpur. On distingue deux principaux types de pieux, suivant leur méthode de mise en œuvre : Les pieux mis en place par refoulement du sol : o Pieux battus o Pieux vissés Les pieux mis en place par excavation du sol o Pieux forés et barrettes o Puits Ce tableau fixe les différents procédés et techniques de fondations profondes et pourra ainsi être utilisé lors de l étude comparative de restructuration lourde, dans le cas où les fondations profondes sont réalisables. Il se base sur l étude de Guillaume PENAUD, étudiant des Mines de Nancy et stagiaire au sein de la cellule Grands Projets de GTM Bâtiment : Fondations profondes, les différents procédés de mise en œuvre Type de pieux Terrains Avantages Inconvénients Pieux mis en place par refoulement Sols granulaires sans cohésion (au dessus ou sous nappe), silts, argiles, marnes tendres et craies. Réalisation soignée et contrôlée, Mise en place par refoulement du sol, pas de déblais. Connaissance de la taille du pieu à l'avance, aire de stockage des pieux, pas adaptés aux terrains hétérogènes et compacts, difficile à mettre en œuvre pour D>20m. Pieux métalliques battus Pieux préfabriqués en béton Pieux battus enrobés Sols granulaires sans cohésion (au dessus ou sous nappe), silts, argiles, marnes tendres et craies. Sols granulaires sans cohésion (au dessus ou sous nappe), silts, argiles, marnes tendres et craies. Sols granulaires sans cohésion (au dessus ou sous nappe), silts, argiles, marnes tendres et craies. Facile à mettre en œuvre. Facile à mettre en œuvre, bonne protection contre la corrosion. Augmentation des frottements latéraux. Corrosion de l'acier, bruits et vibrations Difficile à mettre en œuvre pour des grandes longueurs, bruit et vibrations Peu adaptés au passage d obstacles enterrés. 27

28 Pieux battus injectés Pieux battus moulés Pieux vissés Pieux mis en place par excavation Pieux forés simples Pieux forés à la boue Sols granulaires sans cohésion (au dessus ou sous nappe), silts, argiles, marnes tendres et craies. Sols granulaires sans cohésion (au dessus ou sous nappe), silts, argiles, marnes tendres et craies. Sols granulaires sans cohésion (au dessus ou sous nappe), silts, argiles, marnes tendres et craies. Tout type de sol. Sol cohérent hors nappe, ancrage dans sol rocheux. Sols cohérents, granulaire et sableux, sous nappe, ancrage dans sol rocheux. Augmentation des frottements latéraux. Amélioration de la portance du pieu. Facile et rapide à mettre en œuvre, travaille également en traction. Adaptation de longueur facile, limitation des risques pour les ouvrages voisins, absence d'aire de préfabrication. Rapide à mettre en œuvre, sans nuisances sonores et sans vibrations. Forages profonds dans des types de sols variés. Peu adaptés au passage d obstacles enterrés. Technique bruyante et provoquant des vibrations importantes risquant notamment d'endommager les pieux voisins. Sensible aux roches dures d'où une difficulté d atteindre une profondeur dans le sol garantissant un refus solide soutenant de grandes charges. Frottements latéraux moins importants. Forage hors nappe pouvant limiter la profondeur.. Nécessite une aire de production de boue, environnement de travail sale, cadence de forage faible. Pieux forés tubés Sols cohérents, granulaires et sableux, sous nappe, ancrage dans sol rocheux. Forages profonds dans des types de sols variés. Nuisances sonores et vibrations, valeurs de frottement latéraux plus faibles si le tube est laissé en place. Pieux forés à la tarière creuse Procédé Starsol Les Puits Micro pieux Barrettes Sols fins et sols granulaires, ancrage dans roches tendres. Sols fins et sols granulaires, ancrage dans roches tendres. Sols cohérents, granulaires, fins et sableux, sous nappe, ancrage dans sol rocheux. Sols fins et sols granulaires, ancrage dans roches tendres ou dures. Sols cohérents, granulaire et sableux, sous nappe, ancrage dans sol rocheux. Rapide à mettre en œuvre, sans nuisances sonores et sans vibrations, bonnes valeurs de frottements latéraux, très utilisé en France. Rapide à mettre en œuvre, sans nuisances sonores et sans vibrations, très bonnes valeurs de frottements latéraux, très utilisé en France. Peu chers, possible de creuser dans beaucoup de types de sols, reprennent des efforts axiaux importants Forte adaptabilité, nécessite des engins peu encombrants, possibilité de réaliser des fondations inclinées, peu couteux et rapides à mettre en œuvre. Sols granulaires et sableux (peu cohérents) et sous nappe. Forages profonds et dans des sols variés. Ne peut creuser dans des roches dures d'où un problème de faux refus possible. Ne peut creuser dans des roches dures d'où un problème de faux refus possible. Difficile à réaliser sous nappe, sol d'assise à faible profondeur. Nécessite un grand nombre de pieux pour reprendre les charges importantes. Nécessite une aire de production de boue, environnement de travail sale. 28

29 3.3. Les fondations superficielles Une fondation superficielle est donc définie comme ayant une assise peu profonde, créant ainsi une vague de refoulement des terres négligeable. Le sol doit alors avoir une portance suffisante dès les premiers mètres de sol. Dans cette famille, plusieurs géométries permettent de remplir différentes fonctions. Tout d abord, les fondations isolées sont généralement de forme carrée ou ronde et reprennent une charge concentrée. Leur assise au sol est faible et la contrainte admissible généralement peu élevée, à moins que le sol soit de très bonne qualité. Les fondations filantes permettront quant à elles de répartir cette charge sur une surface plus importante et linéique, grâce à leur élancement sur le sol. Elles seront utilisées sous des murs par exemple, ou pour relier des semelles isolées afin de consolider la structure et stabiliser le bâtiment en cas de séisme notamment (longrines). Le maillage que permet de réaliser les fondations isolées et filantes jouera donc le même rôle que les porteurs en étage courant lors de la transmission des efforts vers le sol. L ingénieur aura pour but de les disposer et dimensionner convenablement, en fonction de la qualité du sol (portance, cisaillement ) et de la descente de charge précédemment calculée. Dans des grands projets, le cas particulier du radier n est pas rare non plus. Etant étudié dans la partie suivante, consacré au 10 Grenelle, nous accorderons une explication plus spécifique à ce type d assise par la suite. Cette étude nous permettra également d exposer la méthode des bielles en béton comprimé, utile pour la descente de charge dans le béton armé Le radier, principe et fonctionnement Le radier est également une fondation dite superficielle. Il amplifie ce phénomène de distribution des efforts puisqu il recouvre toute l emprise de l ouvrage. Cette technique se justifie lorsque l emprise de fondations isolées et filantes aurait représenté plus de la moitié de la surface totale au sol. Il est alors intéressant de positionner la structure sur radier. Il sera notamment utilisé lorsque le sol est de faible portance, que les charges sont élevées, que la réalisation de pieux est difficile ou encore que la trame de l ossature est serrée. 29

30 Le fonctionnement des fondations est très particulier puisqu elles sont soumises d une part à la descente de charge, d autre part à la réaction du sol et aux forces ascendantes de celui-ci (sous-pressions et autres phénomènes). Leur conception sera donc différente. Comme l indique le croquis joint, le fonctionnement est inverse à celui d un plancher courant, le ferraillage le sera également. Les zones tendues sont situées en partie supérieure des travées et en partie inférieure des appuis. Les armatures sont placées en zone tendue, nous les retrouvons en pointillé sur le même croquis. SCHEMA DE FONCTIONNEMENT D UN RADIER Dans le bâtiment, les planchers sont considérés comme des semelles. La transmission des efforts se fait par une bielle de béton comprimé, à l équilibre grâce aux réactions d appui et aux armatures tendues qui coupent cette bielle. C est ainsi que la descente de charge est possible (schéma de principe associé). L acier travaille ainsi correctement en traction et le béton en compression. SCHEMA, METHODE DE LA BIELLE DE BETON COMPRIME Le radier, en plus de fonctionner dans le sens inverse (ce qui ne change pas le principe d équilibrage des efforts), est plus épais qu une semelle classique, et parfois constitué de béton plus résistant. Si l on veut réellement approcher le comportement du radier, il faut donc également considérer les efforts que le béton exerce sur la bielle considérée. Toute la quantité de béton autour de cette bielle aura tendance à participer à cette résistance. Plus simplement, le radier s appuie sur lui-même dans le sens horizontal, ce qui ajoute une résistance supplémentaire qu un plancher classique n aurait pas. Toutes ces informations seront par la suite utiles dans la compréhension des problèmes évoqués sur le chantier sélectionné. 30

31 Enfin, lors de la réalisation de fondations, une attention particulière sera portée sur l uniformité des charges appliquées, l homogénéité du sol, l importance des forces de souspressions. Ces quelques points pourraient, dans le cas contraire, faire l objet de basculement du bâtiment ou de fissurations dans la fondation. Cela est dotant plus vrai pour le radier qui couvre des surfaces plus importantes. Afin de limiter les phénomènes, le joint de dilatation n aurait pas grand intérêt puisqu il a pour rôle la prise en compte de déformations thermiques du bâtiment. On utilise alors des joints de rupture ou de tassements, qui autorisent les déplacements altimétriques entre deux blocs, dans la mesure du possible. 31

32 Des Méthodologies particulières Nous avons bien compris qu en restructuration lourde, les enjeux et contraintes n étaient pas les mêmes que pour le Neuf. Pour ces raisons, il en va de même pour les méthodologies et procédés utilisés lors des travaux. Suite à l étude préliminaire qui a mis en exergue les points importants à prendre en considération, à savoir la descente des charges, le contreventement et les fondations du bâtiment, cette partie se consacre à l explication de plusieurs procédés utilisés en restructuration lourde. Les techniques permettront ici toutes de répondre à des contraintes propres à ce domaine. 1. LA REPRISE EN SOUS ŒUVRE «Se dit en sous œuvre tout travail neuf ou de reprise effectué sous des parties portantes d une construction, celles-ci étant dûment soutenues pendant l opération», dictionnaire Larousse. Comme l indique cette définition, une reprise en sous œuvre est un exemple parfait de restructuration lourde dans un bâtiment. Il s agit de réaliser une nouvelle opération pour transformer une structure, tout en stoppant la descente de charge initiale du bâtiment, au moins pendant la période provisoire. Ces travaux peuvent être de nature très variée mais nécessiteront toujours des précautions et opérations préliminaires annexes Exécution de fouilles à proximité d un ouvrage Dans ce premier cas est abordé la construction d une nouvelle structure, sous-sol ou autre, à proximité d un bâtiment existant mitoyen. Les charges appliquées par le mitoyen sur le sol à l interface des travaux réalisés sont souvent importantes. L ouverture d une fouille peut alors entrainer un éboulement de ses parois ou un affaissement des avoisinants. Afin d éviter ce phénomène, il est fortement conseillé de respecter une pente entre chaque fondation de 2/3 maximum. Si cela n est pas possible, plusieurs méthodes sont utilisées. La mise en place de parois de soutènement permet par exemple de réaliser la fouille d aplomb. Plusieurs types de parois existent. 32

33 La paroi berlinoise et lutécienne L introduction et l ancrage, sous le fond de fouille définitif, de profilés métalliques en H permettent par la suite la mise en place de palplanches intermédiaires ou de madriers et planches de bois. Ce complexe servira de soutènement pour les terres voisines et pourra être butonné ou tiranté pour plus de résistance. Les profilés sont mis en place avant réalisation de la fouilles tandis que les planches seront introduites à l avancement des travaux. Cette technique connait une variante intéressante, la paroi lutécienne. Toujours à l aide de profilés en H, la liaison sera réalisée par des murs en béton projeté La paroi parisienne et moscovite SCHEMA ET PHOTO D UNE PAROI DE TYPE BERLINOISE Très proche de la berlinoise, la paroi parisienne utilise quant à elle le matériau béton. Des poteaux en béton armé seront ainsi coulés directement dans le sol, à la manière de pieux forés. On peut d ailleurs utiliser des pieux forés moulés, la paroi sera alors dite moscovite. Après terrassement, un mur sera coulé en place à l aide d un coffrage une face, également à l avancement des travaux de terrassement. PHASAGE D UNE MISE EN ŒUVRE DE PAROI PARISIENNE 33

34 Ces précédentes techniques nécessitent néanmoins une qualité de sol correcte puisqu une partie de leur réalisation se fait à l avancement des travaux. Dans le cas contraire, il est possible de réaliser la paroi entière avant le terrassement de la zone La paroi moulée Cette paroi est donc mise en place avant terrassement, ce qui permet un travail sur des sols de moins bonne qualité. Le forage sera effectué longitudinalement à l aide d une benne à câble, afin de pouvoir y introduire un ferraillage pré-soudé. On utilisera couramment le principe de la boue bentonite pour forer le sol. Il s agit alors d introduire une boue qui remplace le sol extrait et se liquéfie par vibration dans le sol. Il est ensuite possible d y introduire des armatures. Le béton sera par la suite injecté sous le niveau de bentonite et permettra par sous-pression la remontée et récupération de la boue en surface. Il faut noter que ce procédé courant nécessite des précautions particulières pour la propreté du chantier, notamment au niveau des gaines et tuyaux d injection de la boue ou de sa centrale de stockage. SCHEMA DE PHASAGE D UNE MISE EN ŒUVRE DE PAROI MOULEE Remarques sur les parois de soutènement Ces méthodes de soutènement fonctionnent alors à la manière d une console verticale, par ancrage à leur base. Il est également possible de s en servir pour la suite comme élément porteur du futur bâtiment, à condition qu elles aient été dimensionnées de la sorte. Pour pouvoir réaliser des fouilles sur de grande profondeur ou pour des contraintes élevées, il est également possible d utiliser des butons et tirants qui seront fixés sur les profilés métalliques ou poteaux en béton, ou encore dans le mur de la paroi. Le tableau suivant présente succinctement les avantages et inconvénients de chacune de ces deux techniques afin de pouvoir choisir intelligemment la meilleure solution pour un chantier. 34

35 Butonnage Tirantage - Encombrement de la zone de travail - Limité pour des fouilles profondes - Nécessité de moyen de levage - Chantier indépendant des mitoyens - Coût relativement faible - Mise en place rapide - Problème juridique en milieu urbain - Coût de réalisation élevé - Fouille libre aux activités en tout genre - Possibilité de mise en place à l avancement - Possibilité de tirants actifs (qui travaillent sans que le mur ne soit encore sollicité) Puits blindés Le puits blindé est un type de fouille bien précis qui permet de réaliser des travaux très localisés sur un terrain. Le principe consiste à ouvrir la fouille et consolider tout son contour, généralement en utilisant des systèmes en acier et bois, en béton voir en maçonnerie suivant les dimensions du puits. La méthodologie repose alors sur un soutènement mis en place à l avancement, qui propose au fur et à mesure une plateforme de travail (fond du puits) sécurisée, très souvent ronde ou rectangle. La réalisation de travaux en tout genre est alors possible, quelque soit la profondeur de la fouille. Lors de reprise en sous œuvre, le puits blindé pourra par exemple permettre de descendre des porteurs ou fondations d un bâtiment avant d en terrasser les zones principales. Il peut également simplement garantir un passage vers des structures enterrées. PHOTO DE PUITS BLINDES Travaux par passes alternées D autres techniques consistent à opérer les travaux en plusieurs phases, identiques les unes par rapport aux autres. On nomme ce procédé la passe alternée. Ainsi, lorsqu une zone est en travaux, le reste du terrain assurent toujours un soutènement des avoisinants. C est pour cette raison que les travaux par passes alternées dépassent rarement les 3 mètres de longueur, par phase. On considère ainsi que la stabilité est suffisante pour une phase provisoire. Dans le cas contraire, des possibilités de renforcement sont également possibles, notamment par butonnage, utilisation de géotextile ou autres méthodes de confortement de sol. 35

36 Lorsque l on utilise le procédé de passes alternées, il est possible de réaliser le terrassement général de toute la zone avant ou après les travaux de reprise en sous œuvre. S il est réalisé avant, une banquette et un talus sera laissé en place le long des mitoyens. La banquette devra respecter une largeur minimum d un mètre pour une pente de talus de 45 degrés. Dans le cas contraire, la pente sera mise en place dans le sens opposé de manière classique et sans précaution particulière si ce n est le passage de machines et d hommes sur celle-ci. La réalisation par passes alternées sera ensuite opérée à l aide de fouilles blindées, c'està-dire une fouille d aplomb qui comprend un soutènement de chaque côté de la tranché. Ces tranchés permettront alors d accéder directement à la zone de reprise en sous œuvre. La plupart du temps, la reprise en sous œuvre est réalisée en béton armé banché. En effet, le mur jouera mieux son rôle de buton vis-à-vis des terres voisines, tout en reprenant les efforts verticaux qui lui seront appliqués. Le mur en maçonnerie sera néanmoins possible sur de faible hauteur (pas plus d un étage). Ces mêmes terres voisines devront par la même occasion être soutenues, par un film polyane si le sol est suffisamment cohérent, par un coffrage perdu ou un plaque de béton armé préfabriqué dans le cas contraire. Pour un mur en béton armé, le coulage se fera par le haut à l aide d un bec particulier et nécessitera généralement un matage de la zone supérieure au mortier. SCHEMA DU COFFRAGE ET COULAGE BETON EN SOUS OEUVRE Toutes ces techniques exposées précédemment permettent donc des reprises en sous œuvre en restructuration lourde. Mais elles sont également très utilisées dans le neuf en milieu urbain, puisque la densité des constructions est importante. Le mitoyen n est alors jamais très loin. C est le cas notamment dans Paris et sa proche banlieue Travaux sous bâtiment existant En restructuration lourde, les contraintes d un bâtiment existant ne permettent pas toujours de bénéficier d un gabarit important pour la réalisation des travaux. En effet, la reprise en sous œuvre peut se situer sous un étage déjà existant, laissant ainsi une hauteur de dalle à dalle généralement proche des 3 mètres. Tous les procédés présentés précédemment ne sont alors pas toujours opérationnels. Voici quelques méthodes couramment développées dans le cas de reprise en sous œuvre sous un bâtiment existant. 36

37 Terrassement en taupe Le terrassement en taupe est effectivement un procédé qui permet de réaliser des travaux sous un bâtiment existant, et même souvent sous un second chantier en cours. Ce terrassement nécessite des phases préliminaires. En premier cas, il est possible de mettre en place des pieux ou des parois enterrés, qui serviront par la suite d éléments porteurs aux étages. Une fois le bâtiment correctement stabilisé par ces premiers porteurs, une plateforme sera créée afin que des engins puissent travailler sous le bâtiment. A partir de cette plateforme, les mini-pelles et autres machines effectueront le terrassement des futurs étages en commençant par le haut. A chaque étage, le plancher et de nouveaux porteurs seront mis en place avant d opérer le niveau inférieur. Pour que cela soit possible, le phasage du terrassement sera réalisé de demi-niveau à demi-niveau. L opération se répètera jusqu au niveau de fond de fouille définitif. Une seconde méthode, moins utilisée car plus complexe et onéreuse, consiste à opérer les travaux de terrassement en taupe par bande. Ainsi, un tunnel sera creusé sous l existant et stabilisé par le terrain alentour, toujours en place. Des renforts et soutènement seront nécessaires lors des travaux pour éviter l effondrement des terres. Ce procédé permet alors de libérer une plateforme de travail qui servira ensuite à la mise en place de porteur et de reprise en sous œuvre dans cette bande. Une fois la première phase terminée, elle se réitèrera sur d autres zones, futures files d éléments porteurs. Petit à petit, les éléments porteurs remplacent le sol initialement présent pour stabiliser le bâtiment, jusqu à ce que tout le terrain en place puisse être évacué. La stabilité étant un point relativement complexe et technique durant ces travaux, la méthode ne sera généralement mise en place que sur peu d étages et la première méthode exposée lui sera préférée. Le terrassement en taupe possède néanmoins quelques contraintes. Parmi elles, l absence de grue pour réaliser les travaux nécessitera une utilisation permanente de coffrage manu-portable, souvent en panneaux de bois. Les travaux étant réalisés en lieu fermé, un éclairage et un système de renouvellement d air seront également indispensables. Beaucoup plus onéreuse qu un terrassement classique, de par le matériel utilisé et les difficultés d accès et de manœuvre, elle permet néanmoins d opérer deux chantiers en même temps : l infrastructure du haut vers le bas, la superstructure du bas vers le haut. Ce gain en termes de délai est considérable. On sait que lors d un chantier, les coûts de location de matériel mais aussi l indisponibilité des locaux du client représentent d importantes sommes journalières. Cette économie de temps permet donc d équilibrer voir de diminuer le prix entre une technique traditionnelle et un terrassement en taupe, et ce dans un délai de chantier réduit. 37

38 Le chevalement PHOTOS REPRESENTANT LE PHASAGE SOMMAIRE D UN TERRASSEMENT EN TAUPE La reprise en sous œuvre touche toujours une zone de descente de charge de la structure existante. La méthode dite par chevalement consiste alors à transformer la descente de charge du bâtiment en diffusant les efforts sur des étaiements provisoires. Ainsi, les porteurs ne le sont plus. Il est possible de les supprimer ou de les transformer lors de la phase provisoire des travaux. Pour ce faire, la reprise des efforts appliqués sur le poteau se fera grâce à des systèmes d étaiements disposés sous la poutre existante, liée à ce même poteau. Si nécessaire, des poutrelles et autres renforts de planchers seront réalisés au haut et au bas du système de chevalement, généralement à l aide de profilés métalliques, rapide à mettre en œuvre. La résistance et le nombre d étais mis en place sous les profilés ou poutres en béton détermineront la quantité d effort qu ils peuvent équilibrer. En cas de charge importante, l étaiement dit lourd, souvent assuré par des tours d étaiement, des profilés métalliques ou des rondins positionnés verticalement, peut facilement reprendre 40 tonnes par appuis. Leur dimensionnement sera réalisé par un bureau Structure, ou par le constructeur lui-même (fiche Technique), et généralement limité par le phénomène de flambement. 38

39 Ces étais reposeront à leur base sur d autres longrines, qui permettront de distribuer les efforts de façon linéique au sol ou sur le plancher des travaux. On peut également envisager la mise en place de massifs en béton, qui constitueraient l ancrage des étaiements dans l étage bas. CROQUIS D UNE MISE EN ŒUVRE DE CHEVALEMENT SUR POTEAU EXISTANT Ce procédé peut être facilement mis en place dans les fondations, puisque la reprise des efforts sera facilement assurée par le sol ou le radier en présence. On peut également utiliser la méthode en étage courant. Des précautions seront alors à prendre vis-à-vis des nouveaux points d appuis. Les efforts devront être suffisamment répartis, à moins que l étaiement ne soit assuré de l étage en question jusqu aux fondations. La descente de ces charges se ferait alors par le système d étaiement uniquement et seul le phénomène de poinçonnement des planchers sera à considérer. Lorsque l élément porteur est un mur, cela revient à ouvrir une brèche dans celui-ci pour pouvoir dégager la zone de travail. Ce procédé est appelé moisage. Il sera étudié dans la partie «Création d ouverture». 39

40 2. RENFORCEMENT DES FONDATIONS Lorsque des travaux sont opérés dans un bâtiment existant, il est possible que la descente de charge ou le poids global de la structure soient modifiés. Lorsque c est le cas, des vérifications doivent être effectuées en amont, d une part sur la capacité du sol à reprendre ces efforts nouveaux, d autre part sur le dimensionnement initial des fondations. Il sera parfois nécessaire de renforcer les fondations existantes, que ce soit pour reprendre un nouveau point d appui au sol ou pour consolider une zone déjà fondée. Cette partie aura pour objectif d identifier les procédés de fondations profondes pertinents à chaque chantier et de connaitre les méthodes de renforcement de fondations superficielles couramment utilisées Etude comparative sur les fondations profondes L étude préliminaire a permis d identifier les différents types de mise en œuvre, leurs avantages ainsi que leurs inconvénients. Le tableau suivant sert donc, suite à l identification de différents critères sur chantiers, à conseiller lors de l Etude une mise en œuvre particulière. Les notes sont fixées les unes par rapport aux autres. Critères Type de pieu Micro-pieux Pieux tubés battus injectés Pieux vissés Pieux forés à la boue Pieux tarière creuse Pieux battus moulés Reprise de charges concentrées importante Tassement différentiel Resistance aux efforts latéraux Resistance à la traction Chantier sensible aux vibrations Chantier sensible au bruit Obstacles enterrés Grande profondeur Exécution sous eau Exécution sous hauteur réduite Idéal +3 A conseiller +2 Adapté +1 Moins adapté -1 A déconseiller -2 Pas applicable -3 A l aide de ces résultats, pour chaque chantier, il sera possible d identifier les quelques techniques pertinentes qui se présentent. Lorsque plusieurs restent possibles, le prix du sous-traitant, les délais d exécution et le matériel utilisé (parfois disponible dans le parc Vinci) seront déterminants. 40

41 On note néanmoins qu en restructuration lourde, il est fréquent que l accessibilité aux locaux en travaux soit très réduite, sachant qu une hauteur d étage est généralement proche des 3 mètres. Le mat de guidage des pieux, la foreuse, louvoyeuse et autres engins ont généralement des gabarits de hauteur minimale proche des 10 mètres. C est pour cette raison que les micro-pieux et pieux tubés battus injectés seront très fréquents. Leur machines pouvant aller jusqu à un minimum de 2.5 mètres de hauteur, la réalisation devient possible sous un étage courant. Dans les autres cas, la mise en place de fondations profondes profitera des saignés réalisées dans le bâtiment existant ou s opèrera dans un cas de restructuration lourde assimilable à de la construction neuve, c'est-à-dire sans structure existante supérieure Le renforcement de sol Nous avons beaucoup parlé de qualité de sol en abordant les enjeux des fondations. C est en effet le support et la continuité de la structure dans la descente de charge. Le rôle des fondations est donc de chercher un sol de qualité optimale pour pouvoir s y reposer ou s y ancrer. Le renforcement des fondations d un bâtiment peut donc également passer par le renforcement du sol en présence. Pour ce faire, différentes techniques existent, pour la plupart inventées par les professionnels des fondations tels que Soletanche Bachy, Keller Fondations et autres. En voici certaines, sélectionnées pour leur intérêt en Restructuration Lourde Les colonnes ballastées sèches Cette première méthode permet, par l utilisation de matériau type granulats expansés, d augmenter la portance d un sol et d en diminuer sa compressibilité, c'est-à-dire ses tassements éventuels. Cette technique permet ainsi de fortifier les couches supérieures de sol pour poursuivre par un travail de fondations superficielles. C est une bonne alternative face à des complexes pieux, dalle portée ou fondations semi-profondes de type puits. Cette technique utilisée sur des zones très localisées d un chantier pourra être mis en place pour de la reprise en sous œuvre ou après carottage d un radier par exemple mais sera néanmoins couramment utilisé sur des terrains n ayant pas de structure existante. La mise en place des colonnes ballastées sèches débute par un forage préalable par vibration et poussée de pointe. L outil, remplit de granulats comprimés, utilisera ensuite la technique «bottom feed», expansion latérale et longitudinale du matériau par pression d air. Cette phase se répète de bas en haut, jusqu à atteindre la plateforme de travail. Ayant déjà fait ses preuves dans le domaine géotechnique, les colonnes ballastées sont très utilisées pour leur délai de mise en œuvre court et l absence de déblai ou de liant lors des travaux. 41

42 Des variantes de cette techniques existent déjà, avec des colonnes de matériaux divers, notamment en béton mais aussi des colonnes dites à Modules Mixtes (CMM), qui complètent la colonne ballastée par une inclusion rigide en partie inférieure, c'est-à-dire une colonne de béton introduite dans le sol après forage. SCHEMA D UNE MISE EN ŒUVRE DE COLONNES BALLASTEES PHOTO D UN ENGIN POUR COLONNES BALLASTEES Deep Mixing Soil (DMS) Cette seconde méthode d amélioration des sols utilise le mélange du sol avec un liant ciment. Il va également être question de réaliser des colonnes grâce à un outil qui, dans un premier temps permet la perforation du sol par tarière ou dents, sans pour autant extraire le sol, et dans un deuxième temps réalise le mélange du sol déstructuré et du liant ciment grâce à des pales de malaxage. Grâce à ce procédé proche des colonnes ballastées, cette méthode permettra également un renforcement du sol localisé qui, par maillage deviendra global. TARIERE ET PALES DE MALAXAGE Il est également possible d utiliser le DMS afin de réaliser des parois de soutènement étanches ou encore un mur poids en augmentant sa densité dans le sol. Les deux techniques présentées nécessitent des engins de réalisation à fort gabarit. Il est donc difficile de les mettre en place dans un bâtiment déjà existant avec hauteur sous plafond faible. Il est néanmoins intéressant de connaitre ces procédés car, contrairement à d autres techniques de renforcement de sol comme le vibrocompactage (vibration du sol) ou 42

43 le Compactage dynamique (poids lâché en hauteur pour compactage), le Deep Mixing Soil et les colonnes ballastées ne produisent ni tassement de terrain, ni vibrations importantes dans le sol en présence. Il est donc possible de les mettre en place proche de bâtiments mitoyens ou sous une fondation existante, comme c est souvent le cas en restructuration lourde. En cas de planchers supérieurs existants et zones difficiles d accès, les techniques suivantes sont également très intéressantes Le Jet Grouting Le Jet Grouting est un procédé mis en place depuis les années 80 uniquement. La technique utilise également un mélange de «béton de sol», c'est-à-dire de sol et de coulis de ciment, obtenu par malaxage hydraulique sous forte pression. La première phase consiste à réaliser un petit forage, entre 80 et 120 mm pour y introduire une buse d injection. Une fois à l altimétrie désirée, l injection se fera par rotation de la buse. Le Jet Grouting peut être simple, double ou triple. Cette appellation dépend de la mise en place du coulis. Le simple jet utilise uniquement la pression hydraulique pour introduire et mélanger le coulis au sol en place. Le double Jet projette également de l air sous forte pression pour déstructurer le sol. Les spoils (volume en excès du mélange sol-ciment) remonte plus facilement vers la surface et rend ainsi le Jet Grouting plus performant. Enfin, le triple jet utilise les jets d eau et d air pour toujours plus d efficacité. SCHEMA REPRESENTANT LE PHASAGE D UN JET GROUTING Le Jet Grouting connait de nombreux avantages dans la Construction. Tout d abord, la buse d injection, sa rotation et la pression hydraulique dégagée permettent à l utilisateur de choisir la forme finale que prendra le mélange (colonne, demi-colonne, lamelles ) et le diamètre de celle-ci, qui pourra atteindre jusqu à 3.50 mètres. De plus, le gabarit de la foreuse permet l utilisation de la méthode dans des zones difficiles d accès (hauteur d

44 mètre en transport et environ 3.50 mètres en travail). Enfin, le Jet Grouting est applicable à tout type de travaux, que ce soit sous, contre ou dans l existant (réalisation de parois de soutènement étanches sous existant, ancrage d une fondation profonde existante, augmentation de portance d un sol sous fondations superficielles, autres). PHOTO DE TETE DE COLONNES REALISEES AU JET GROUTING PHOTO DE L ENGIN UTILISE, AVEC GABARIT REDUIT On peut également aborder ici la technique de Compensation Grouting, dérivée du Jet Grouting qui n utilise cette fois que quelques veines pour y insérer du coulis de ciment. Ces veines dans le sol sont également réalisées par forte pression appliquée au sol à l aide de trou localisé le long du tube d injection. L amélioration de sol sera alors moindre et les domaines d application limités Compactage Hydraulique Statique (CHS) Le Compactage Hydraulique Statique est différent du Jet Grouting car le produit injecté est un solide. Ce mortier est ainsi disposé de manière beaucoup plus localisée. L injection se fait pour un volume ou pour une pression donnée. En repoussant le sol alentour, le CHS permet une consolidation des sols. Il pourra donc être utilisé autour d un pieu, pour y augmenter les frottements latéraux, à la place d un micro-pieu ou encore sous une fondation superficielle pour permettre au sol de reprendre des charges plus importantes, et de manière plus générale dans une couche quelconque de sol peu résistant pour augmenter ses caractéristiques mécaniques. 44

45 Tout comme le Jet Grouting, cette méthode devient rependue en Europe car utilisable dans des lieux à accès limité. Le tube de forage qui permet l injection à sa tête est en réalité une succession de tubes assemblés, ce qui permet de limiter le gabarit de l engin de forage. PHOTOS D ENGINS DE CHS DE DIFFERENTES TAILLES ET SCHEMA DE MISE EN ŒUVRE DIAGRAMME REPRESENTANT LE DOMAINE D UTILISATION DES COULIS ET TECHNIQUES DE RENFORCEMENT UTILISES Ce graphe représente, en fonction des types de sols, les procédés utilisables sur chantier. On note par exemple que le Jet Grouting ne sera économiquement et techniquement pas conseillé en milieu rocheux tandis que la méthode CHS sera moins efficace dans un sol argileux. 45

46 2.3. Cas particulier d association de fondations profondes et superficielles Dans certains cas, une association entre fondations superficielles et profondes peut être astucieuse ou nécessaire. Chacune jouera alors un rôle différent. En effet, les fondations superficielles reprendront par compression la descente de charges du bâtiment vers le sol tandis que les fondations profondes travailleront en traction, pour équilibrer notamment des travaux de sous-pressions ou des moments de contreventement dans le bâtiment. On trouve parfois cette possibilité dans les immeubles de grande hauteur, à proximité d un cours d eau ou de nappe phréatique proche de la surface. Lorsqu aucune fondation n est encore présente, en reprise en sous œuvre par exemple, les tirants (pieux ou micro-pieux) seront implantés et réalisés avant les fondations superficielles. Une fois les pieux coulés, leur tête sera correctement recépée (démolition du «mauvais» béton contenant des résidus de sol suite à la réalisation du pieux). Une platine est disposée en tête de pieu afin d augmenter son adhérence avec la future fondation superficielle à moins que des armatures d attente puissent être mises en place (selon procédé de réalisation du pieu ou micro-pieu). La réalisation du radier sera ensuite particulière. En effet, le tassement entre les fondations profondes et superficielles n étant pas les mêmes, la liaison entre le tirant et le radier sera réalisée par joint de tassement. Pour cela, un massif en tête de pieux sera mis en place autour de la platine. PHOTO DE FERRAILLAGE D UN MASSIF DE PIEUX Dans le cas d une fondation superficielle déjà existante, la technique sera plus spécifique. En effet, selon l épaisseur et le ferraillage du radier, il sera possible de le scier ou, plus simplement d effectuer un carottage de celui-ci en place du futur tirant. On trouve très souvent l utilisation de micro-pieux dans ces conditions. Le carottage ne dépassera donc généralement pas 30 cm de diamètre. Le tirant pourra ensuite être mis en place à l aide de solutions diverses et variées, et notamment à l aide d engins pouvant accéder dans des zones réduites. Un radier est souvent très dense en armatures. Il est donc difficile d assurer correctement la continuité de celles-ci afin de sceller le tirant dans la fondation existante. Si la possibilité du massif en tête de pieu est difficilement envisageable, il sera possible d utiliser un mortier spécial, à haute résistance et adhérence, qui assure le scellement entre le béton du radier et celui du pieu en place. Ce type de mortier, dit «de scellement» est généralement utilisé pour ses hautes propriétés mécaniques, sa forte adhérence au béton et à l acier, ainsi que son effet anticorrosif sur les armatures en présence. Mais c est avant tout sa prise rapide et son retrait compensé qui permettent le scellement de la tête de pieux et de ses armatures. 46

47 3. CREATION D OUVERTURE DANS UN PORTEUR VERTICAL 3.1. Moisage de poutre en acier et béton Le moisage est une technique très utilisée dans les constructions en bois. Nous les retrouverons ici en structure béton armé ou profilés métalliques. La méthode consiste à renforcer une poutre primaire porteuse, parfois même issue de la démolition d une partie de mur. Des poutrelles sont alors mises en place parallèlement à cette poutre. Dans le bois, la technique utilisera des encoches, des rivets ou des boulons classiques pour lier les systèmes. En construction béton, il est possible d associer à la poutre primaire un renfort en béton armé ou des profilés métalliques. Dans ces deux derniers cas, la première phase consistera à traverser la poutre primaire avec des armatures qui lieront les deux systèmes, l existant et le neuf. Le but de ce ferraillage sera d assimiler les trois poutres (une principale et deux de renfort) à un unique bloc travaillant de manière homogène. Dans le cas de profilés métalliques, les armatures pourront être remplacées par des platines ou des soudures. La seconde phase sera ensuite différente selon le matériau utilisé pour créer les renforts. SCHEMA REPRESENTANT LE PROCEDE DE MOISAGE AUTOUR D UN MUR EXISTANT Lorsque le renfort se fait par béton armé, la continuité des armatures doit être assurée partout. Des tiges d armatures sont donc fixées dans le mur ou dans la poutre perpendiculaire et ancrées dans ces nouvelles poutrelles de renfort. Ainsi, la continuité est faite entre les trois poutres mais également entre les poutres et porteurs qui leur sont concourants. Le reste de la réalisation est assimilable à la mise en œuvre d une poutre en béton armé. La prise en compte des contraintes de la zone nous donnera néanmoins la nature du coffrage, de la benne à béton et autres, suivant l accessibilité de cette zone. 47

48 Lorsque le renfort se fait par profilés métalliques, plusieurs méthodes existent pour solidariser ces renforts avec les porteurs transversaux. Dans un premiers temps, si le mur perpendiculaire est de bonne qualité, il sera possible d y fixer des chevilles. Elles seront ensuite utilisées pour ancrer des équerres, elles-mêmes soudées ou boulonnées aux profilés. Si le mur en béton armé est friable ou de mauvaise qualité, on utilisera la technique dite par «empochement». Elle consiste à creuser une partie du mur pour y insérer un nouveau bloc de béton armé, dit sommier d appui. Des platines de scellement seront ensuite associées à ce bloc béton pour y fixer les profilés métalliques. Enfin, un calfeutrement, ou matage, servira de finition au mur existant. CROQUIS D UNE MISE EN PLACE D EMPOCHEMENT DANS UN MUR PERPENDICULAIRE AU MOISAGE Le moisage permet donc, par un renfort de poutre ou de mur existant, de démolir des éléments porteurs afin d appliquer des modifications au bâtiment. On peut notamment parler de la création de poteaux à la place d un mur, ou tout simplement d ouverture de baie dans un étage. Grâce à cette méthode, la mise en place des poutrelles supplémentaires permet de ne démolir qu une partie de mur, et ce en ayant déjà assuré la stabilité provisoire (pas d étaiement nécessaire). Prenant en compte les contraintes de l existant, le moisage est une méthode très répandue en restructuration lourde. 48

49 3.2. Ouverture de baie et création de linteau Pour modifier l espace d un bâtiment, il peut également être nécessaire de créer des linteaux, partie supérieur d une fenêtre ou d une porte par exemple, ou des réservations servant à faire passer une nouvelle gaine. Des méthodes sont là aussi très utilisées en restructuration lourde. La création de linteaux est un procédé très proche du moisage, on utilise des poutres dites sur tabouret. En effet, il est question, dans un mur existant, d en démolir une première partie afin d y introduire un profilés métalliques. Ce profilé sera ancré dans les murs ou poteaux voisins de la même manière que les poutrelles de moisage, par empochement ou par ancrage de chevilles. Après calage au mortier sans retrait, le mur existant pourra alors se reposer sur ce premier profilé, tandis que sa seconde moitié sera démolie pour reproduire la première phase. Afin d assurer la stabilité provisoire de cette opération, des étaiements seront utilisés aux alentours. A l état final, ce sont les deux nouveaux profilés qui récupéreront les charges anciennement appliquées au mur. Ils auront donc été, avant projet, dimensionnés en fonction de ces efforts et de l épaisseur du mur existant. Un remplissage pourra ensuite être effectué avec du plâtre afin d homogénéiser l apparence du mur. On note que ce procédé, tout comme les poutres moisantes, s opèrera sur une travée pouvant aller jusqu à 4 mètres. PHASAGE D UNE MISE EN ŒUVRE DE POUTRE SUR TABOURET La création de réservation dans un plancher courant utilisera les techniques de démolition ou de sciage de béton ainsi que de scellement d acier. 49

50 Pour démolir une zone de plancher, deux solutions sont souvent utilisées, selon l épaisseur du plancher notamment et les travaux à entreprendre sur celui-ci. Il est possible de démolir une partie du plancher à la masse dans le cas de plancher très fin, de type nervurés (dalle de 5cm d épaisseur avec chape éventuelle). Si son épaisseur ne le permet pas, un engin de démolition sera utilisé. Actuellement, le BROKK est l un des plus performants. Le gabarit de ses plus petits modèles et leur guidage automatisé permettent de travailler dans des étages, sous hauteur réduite et parfois même de circuler dans des escaliers. Le bras articulé du BROKK est muni d un outil de démolition pour ce plancher, le plus couramment utilisé étant le Brise-Roche Hydraulique (BRH). Le BRH permettra la démolition du béton tandis que les armatures seront sectionnées à la pince. La seconde méthode consiste à scier le plancher. Le sciage doit néanmoins s accompagner d une démolition au BRH, afin de casser la partie sciée pour coltinage et évacuation. Cette technique permet d éviter de sectionner les armatures à la pince mais elle élimine également la répercussion des vibrations créées par le BRH puisque la zone démolie est désolidarisée de l existant. Néanmoins, cette pratique relativement couteuse par rapport à une démolition plus classique sera utilisée dans des cas souvent bien particulier (sciage de radier ou plancher très épais, reprise en sous œuvre sur mitoyen ). PHOTOS D UN ENGIN BROKK MUNIS DE BRH ET D UN SCIE DE GROS DIAMETRE Notons qu en démolition, il est très fréquent d utiliser des systèmes d étaiement en phase provisoire. Ce sera le cas pour l ouverture d une réservation. 50

51 Enfin, de nouveaux aciers seront scellés dans le plancher existant. Pour cela, des trous seront effectués à la perceuse traditionnelle puis rebouchés par un mortier de scellement, encore mou, afin d y introduire rapidement les armatures de diamètres choisis (selon dimensionnement préliminaire). Des armatures secondaires formeront par la suite un cadre autour de cette réservation afin d assurer la reprise des efforts transversaux et longitudinaux de cette zone. Un coffrage manu-portable classique sera enfin utilisé pour réaliser le coulage du béton aux extrémités de la réservation. SCHEMA DE MISE EN ŒUVRE D UNE OUVERTURE DE RESERVATION DANS UN PLANCHER 51

52 Etude de cas, 10 boulevard de Grenelle Après avoir exposé les points clés à considérer dans un projet de restructuration lourde ainsi que plusieurs méthodes couramment utilisées dans ce domaine, nous allons appliquer ces méthodes à un chantier type, et d actualité chez GTM Grands Projets : l immeuble du 10 boulevard de Grenelle, Paris 15 e. Cette étude aura pour but, en utilisant les recherches précédentes, de sélectionner les meilleures solutions possibles pour répondre à l offre de la Mondiale Immo, Maitrise d Ouvrage sur cette opération en phase d Avant Projet Sommaire (APS). 1. L APPROCHE ORCHESTRA Cette étude de cas a pour objectif d appliquer les précédentes recherches effectuées. Néanmoins, il se classe dans la globalité d un projet effectué au sein de l entreprise GTM Bâtiment, Vinci Construction France, et dans l équipe Etudes de Prix Grands Projets. Il est nécessaire d expliquer cette approche Orchestra adoptée par l entreprise, qui transforme et réinvente presque le métier d Etude de Prix. L objectif de toutes entreprises est l optimisation, qu elle soit obtenue dans les délais, dans les coûts, dans la performance des études, dans la sécurité. Ceci passe donc par des outils réfléchis et des «bonnes pratiques». Orchestra regroupe tous ces aspects dans le but d orienter les différents services de Vinci Construction France vers une démarche commune et novatrice. L étude d une affaire se représente suivant la roue Orchestra, présentée ciaprès. La préparation de chaque étape conditionne le bon fonctionnement de la suivante et ainsi de suite. L évolution d un métier qui pouvait initialement s apparenter à du chiffrage simple parait évidente. L étude de prix d une opération regroupe suivant cette roue Orchestra des aspects Techniques et de Structure, une appréhension des modes opératoires, l établissement d un budget suivant un plan d installation de chantier et des charges de grues déjà calculées. Afin d appliquer ce cycle, on parle désormais plutôt d équipe Etudes, qui regroupe toutes ces compétences et non plus d Etude de Prix. 52

53 CYCLE ORCHESTRA PRESENTE PAR VINCI CONSTRUCTION FRANCE, ETUDE DE PRIX Nous verrons dans l affaire du 10 boulevard de Grenelle que cette politique de réflexion est respectée grâce à chaque acteur. L étude de cas suivante confondra également une approche Méthode, Structure et Optimisation des coûts, désormais indissociables. 53

54 2. L AFFAIRE DU 10 BOULEVARD DE GRENELLE 2.1. Intervenants principaux sur l opération Nous rappelons que cette opération est suivie en phase d Avant Projet Sommaire (APS) et dans le cadre d une étude centrée sur le Lot Gros Œuvre (les autres lots ayant également fait partie de la remise d offre, ils ne concernent néanmoins pas l étude de la Restructuration Lourde réalisée dans ce rapport). Une maitrise d ouvrage et assistant à maitrise d ouvrage sont présent en amont, et ont déjà travaillé le projet avec une équipe de Maitre d œuvre. Ainsi, un Dossier de Consultation d Entreprise (DCE) est rédigé et diffusé aux entreprises souhaitant répondre, GTM Bâtiment notamment. Acteurs principaux dans ce dossier : MAITRISE D OUVRAGE Maitre d Ouvrage Maitre d Ouvrage Délégué AG2R LA MONDIALE ALIUTA MAITRISE D ŒUVRE Maitre d œuvre d exécution Maitre d œuvre, BET Structure CALQ ARCHITECTE TERRELL INTERNATIONAL REPONSE A L APPEL D OFFRE Entreprise générale mandataire Entreprise générale associée Service Méthode associé BET Structure associé GTM BATIMENT LAINE DELAU SOGEA CARONI SOMETE SARL 2.2. Le 10 Grenelle, un chantier type Site historique, le 10 boulevard de Grenelle sait faire parler de ses anecdotes. Cet angle entre la rue Nélaton et le boulevard de Grenelle a connu de multiples métamorphoses. Vestige de la Galeries des Machines (Exposition universelle de 1889), le site fut réaménagé par l architecte Gaston Lambert pour donner place au Vélodrome d Hiver. Très connu pour 54

55 ses courses cyclistes entre les années 1910 et 1930, il le fut malheureusement encore plus après la rafle du Vel d Hiv, lorsque juifs furent retenus captifs le 16 et 17 juillet A sa démolition, dans les années 60, de nouveaux bâtiments immobiliers accueillirent un des complexes du Ministère de l Intérieur. La délocalisation de ces locaux entraine aujourd hui le propriétaire des lieux, AG2R La Mondiale, à envisager un projet important de valorisation du complexe. En tant que site phare de La Mondial et lieu historique, l objectif de cette opération est de représenter l agence et ses valeurs, tout en montrant l exemple, que ce soit dans un design et une valorisation des espaces contemporaines ou par des critères environnementaux très relevés (HQE Très performant et BREEAM outstanding souhaités). Ce projet a été choisi pour illustrer le rapport et être la cible de l étude de cas car c est une référence en termes de restructuration lourde. D une part, la zone parisienne impose de nombreuses contraintes pour chaque chantier, par l intermédiaire d une proximité quasi permanente de la Seine, d une densité urbaine très élevée, d un Plan Local d Urbanisme stricte. C est notamment pour ces raisons qu aucun élément porteur de façades ne devra être démolis lors des travaux et que la réalisation de saignés sur celles-ci est interdite. A cela s ajoute les conséquences historiques de la zone, notamment la présence d un mémorial de la rafle du Vel d Hiv qui devra être conservé en phase travaux et déplacé à la fin de ceux-ci, ou encore une structure directement issue des procédés des années 60, avec un radier très épais, des planchers nervurés, un concept de sécurité incendie ancien. On retrouve enfin la notion de réorganisation et d ouverture de l espace ainsi que la mise aux normes incendies, acoustiques, environnementales de chaque bâtiment. Tous ces aspects et contraintes regroupés autour du même projet du 10 boulevard de Grenelle en font un chantier type, intéressant et pertinent d étudier dans ce projet de recherche. L état existant de la surface du 10 boulevard de Grenelle (proche de la Seine, dans le 15 e arrondissement de Paris) se compose de quatre bâtiments différents : deux bâtiments R+1, un R+10 et un R+16, tous deux considérés IGH (immeuble de grande hauteur). L ensemble des bâtiments repose sur deux niveaux d infrastructure et abrite des bureaux, un amphithéâtre, des places de parking et quelques autres locaux. Le projet consiste: - à la démolition complète des deux bâtiments R+1 pour la construction d un bâtiment A en R+2 et celle d un D en R+4 - la restructuration lourde des bâtiments B (R+10) et C (R+16) 55

56 De plus, l infrastructure ne comportera qu un niveau. Le second sera ainsi rattaché à la superstructure. En d autres termes, le R-1 existant devient Rez-de-chaussée du projet, et ainsi le bâtiment B devient R+11 et le C, R+17. Afin de pouvoir se repérer simplement et rapidement, nous utiliserons ces codes pour identifier les zones du projet : PLAN DE MASSE DU 10 BOULEVARD DE GRENELLE, AVEC REPERAGE DES ZONES Le récapitulatif suivant permet ensuite de comparer l état existant de l état futur, et ce suivant les zones identifiées. Zone Existant Travaux et Projet Bâtiment C R+16+T avec 2 niveaux de sous-sol Bâtiment B R+10+T avec 2 niveaux de sous-sol Bâtiment B R+1+T avec 2 niveaux de sous-sol Zone du bâtiment C R+1 avec 2 niveaux de sous-sol (le R+1 ne couvre pas toute la zone) Espace vert avec deux niveaux de sous-sol Parvis Nélaton, deux niveaux de sous-sol Entrée principale, Amphithéâtre en sous-sol Restructuration lourde du Bâtiment qui devient le C R+17+T avec un niveau de sous-sol Restructuration lourde du Bâtiment qui devient le B R+11+T avec un niveau de sous-sol Démolition total de la zone et reconstruction d un Bâtiment D R+4+T avec un niveau de sous-sol Démolition total de la zone et reconstruction d un bâtiment A R+2+T avec un niveau de sous-sol (le A ne couvre pas toute la zone) Démolition totale de la zone et reconstruction d un Bâtiment C R+T avec un niveau de sous-sol (RIE) Démolition totale de la zone et reconstruction d Espaces verts délocalisation du Mémorial, un niveau de sous-sol Démolition totale de la zone et reconstruction d Espaces verts et rampe d accès parking 56

57 La volonté première du client, à travers ces travaux, est de revaloriser l entrée principale dans un premier temps. Actuellement rue Nélaton, la nouvelle entrée se fera par le boulevard de Grenelle, beaucoup plus exposé, par le nouveau bâtiment A qui accueillera un hall d entrée haut standing, un amphithéâtre, un escalier ornemental et autres. Les bâtiments B et C devront quant à eux offrir de larges plateaux en étage, permettant ainsi la mise en place de cloisons amovibles et ainsi une modularité interchangeable en fonction des demandes locatives. En accord avec les nouvelles normes, notamment incendies, les escaliers actuellement situés sur les ailes seront centralisés dans chaque noyau de bâtiment, tout comme les ascenseurs. Leur nombre devra également s adapter à des contraintes d unités de passage et de temps de déplacement du personnel. Les spécificités alentours notables de ce chantier sont quant à elles la présence de règles IGH à respecter, et notamment la mitoyenneté de plusieurs bâtiments dont un R+16 proche du bâtiment B, la proximité de la Seine ainsi que du métro aérien parisien, la présence du Mémorial du Vel d Hiv, contre la zone 4. De plus, les bâtiments sont amiantés. Une phase préparatoire, en lot Variable, est donc associée au chantier mais n interviendra pas dans le cadre de l étude de restructuration lourde. Le planning quant à lui sera influencé. Les annexes 2 et 3 présentent respectivement le plan de masse du projet du 10 boulevard de Grenelle, ainsi que les plans architectes futurs d un étage courant sur bâtiment B et C Stratégie de réponse et outils de chiffrage Afin de réaliser au mieux cette étude de cas, j ai pu être au cœur de l étude, sur le Lot Gros Œuvre en collaboration avec Vincent DERUDDER et Xavier BERTOIA, ingénieurs Etudes Grands Projets et supervisés par le Directeur Etudes et tuteur de stage Jean-Marc BERQUIN. Comme le rappelle la roue Orchestra, le lancement de projet est conditionné par la compréhension du projet et les moyens qui lui sont alloués. Nous devions donc appréhender les enjeux et contraintes de ce chantier, les attentes du client et les points clés de l étude avant de mettre en place notre stratégie de réponse sur le lot Gros Œuvre. Pour ce faire, nous pouvions demander conseils à nos partenaires Méthode et Structure, Sogea Caroni et Somete SARL Conception du planning et installation de chantier Le Dossier de Consultation des Entreprises (DCE) que nous avons reçu nous a permis d identifier un délai conseillé à 27 mois, Tous Corps d Etat. Le planning général était néanmoins libre. En période de chantier, la mobilisation de matériel ainsi que l occupation des lieux ne sont pas seulement contraignantes mais aussi et surtout onéreuses. Il sera donc généralement question d optimiser les délais de réalisation par un planning aussi court que possible. Ceci passera alors par une réflexion importante sur un plan d installation de chantier pertinent et un enchainement des travaux optimal. 57

58 Ce chantier particulier du 10 boulevard de Grenelle est en réalité une double opération. En effet, les bâtiments A et D sont démolis et reconstruits tandis que deux IGH B et C sont restructurés. Nous avons identifié que la réalisation de ce chantier de bâtiments neufs ne constituait pas d important problème de planning ou d installation. Il peut être réalisé pendant les périodes creuses des bâtiments B et C. De plus, en raison des travaux à effectuer et du nombre d étage, l immeuble C constitue le point critique de ce chantier, et par la même le bâtiment le plus intéressant pour l étude. Les travaux devant être réalisé étage par étage en raison de la conservation des façades et de la stabilité provisoire des structures, le travail répétitif augmente considérablement les délais de réalisation. Le bâtiment C sera long à réaliser. Sa grande hauteur rend également l accès difficile pour une grue en zone 5, bâtiment C R+T. Nous nous attarderons donc sur ce bâtiment lors de l étude approfondie de restructuration lourde qui suit. Afin d optimiser ces délais et ce problème d accessibilité, la solution de deux tours à flèches relevables a été choisie. La première grue, en façade du bâtiment C, pourra donc exclusivement gérer le bâtiment C R+17 et C R+T, point critique du chantier. L approvisionnement des bâtiments B, dont les travaux sont moins complexes, ainsi que A et D sera principalement assuré par la seconde grue. Le rayon de giration de chacune est néanmoins calculé pour que les deux grues, en plus d avoir un accès aux zones de stockage et déchargement, aient une emprise maximale sur l ensemble du chantier. Enfin, les flèches relevables permettent une interaction plus simple des deux grues relativement proches, et un pilotage plus aisé autour de bâtiments de grande hauteur. Une fois le choix de ces grues effectué, nous avons mis en place avec l aide du bureau des Méthodes un phasage général et un plan d installation de chantier (disponible en Annexes 4 et 5). Ce même bureau a pu par la suite effectuer un diagramme de charge de grue et une courbe de main d œuvre, qui permettent ainsi de définir un planning sur tous les travaux de grue (approvisionnement en matériel, déchargement quelconque, travaux de façades, autres). PLAN D INSTALLATION DE CHANTIER 3D 58

59 Solutions et outils de chiffrage En parallèle, l étude avance également sur le choix des solutions et sur les optimisations possibles sur le DCE initial. L étude n est pas uniquement un chiffrage de procédés. En effet, lors de la remise d offre au client, les choix doivent être justifiés et les incohérences du DCE résolues. C est pour ces raisons que certaines études porteront sur la faisabilité de procédés sur le chantier en question, d autres sur une vérification de l utilité de techniques et matériel mis en œuvre, ou encore un chiffrage simple de solutions DCE jugées correctes et pertinentes. Dans tout les cas, c est aux ingénieurs Etude de Prix de localiser les problèmes, d envisager des solutions et de sélectionner, sous les conseils et le travail expert des bureaux Méthode et Structure, celle qui semble la plus juste. C est justement cette démarche que nous retrouverons lors de l étude de restructuration lourde proprement dite du 10 boulevard de Grenelle. Plusieurs outils de chiffrage sont ensuite disponibles au sein de l équipe. Dans le cadre de cette étude, nous nous servons d un fichier Excel, avec macros. Il permet à travers un programme Excel et des bibliothèques de données de rentrer les prix de chaque prestation, en y détaillant les quantités de matériaux mais également les taux horaires de main d œuvre lorsque la tâche à accomplir n est pas sous traitée. Dans le cas contraire, la main d œuvre et généralement la pose du matériau sont inclus dans le prix obtenu. L utilité de cet outil est bien sûr le gain de temps lors de la saisie. Ainsi, l automatisation permet la réalisation de fiches récapitulatives, de fiches de vente et de calcul de prix totaux suivant des prix unitaires renseignés. Nous parlons ici de fiche de vente car en effet, après chiffrage, un ajustement du prix global est effectué. On peut ajouter un pourcentage aux différents lots, notamment pour équilibrer les charges d entreprises, ou encore appliquer des rabais aux prestations, en supposant que le chiffrage pourra être optimisé en phase d exécution. Finalement, nous disposons d un déboursé, prix bruts et détaillés de chaque lot, d une fiche de vente qui ajuste les prix pour la proposition finale, et enfin de bordereaux qui seront directement remis au client. L outil et la base de données utilisés lors du chiffrage sont mis à jour au fur et à mesure. C est ainsi que, lors de l opération du 10 Grenelle, nous avons mis en place, Vincent DERUDDER et moi-même, un onglet «Variante», qui permet de comparer deux fiches récapitulatives pour différents choix effectués (un prix de base et une variante). Nous obtenons grâce à cela le résultat des optimisations réalisées sur l étude. Celles-ci seront ainsi présentées au client avec des chiffres précis. 59

60 3. LA RESTRUCTURATION LOURDE DU 10 GRENELLE Nous avons vu que ce projet se décomposait en plusieurs étapes et travaux. Parmi eux, du neuf, de la démolition, de la restructuration lourde, des bâtiments de grande et petite hauteur, des infrastructures, superstructures. Nous nous attarderons dans cette partie à l étude de trois points clés de la restructuration lourde du 10 boulevard de Grenelle. L analyse sera de plus concentrée sur le bâtiment C (zone 1 et 5), qui représente le point critique du projet en terme de délai et de hauteur, d accessibilité et qui subira les travaux de restructuration les plus importants. Les trois points de l analyse n auront pas toujours les mêmes axes d étude. En effet, dans le cadre de la reprise en sous œuvre, il était question de chercher des méthodologies d exécution pour des travaux remettant en cause la stabilité de bâtiment voisin. Le renforcement et la vérification des fondations quant à eux mettront en avant la volonté d optimisation dans un dossier et une opération qui a déjà fait l objet d une pré-étude en amont. Pour terminer, la réalisation de poteaux poutres en place de murs porteurs est l occasion de rappeler un procédé d exécution répandu en restructuration lourde, d en faire le chiffrage, le phasage et d en appréhender le délai La reprise en sous œuvre du bâtiment C R+T Description de l opération Dans le cadre du projet de l immeuble du 10 Grenelle, brièvement décrit précédemment, la zone 5, bâtiment C R+T fait l objet de travaux de reprise en sous-œuvre. Initialement, cette zone est constituée de deux sous-sols, qui font office de parking dans l ensemble immobilier. Le projet prévoit la démolition de toute la zone, suivi d un terrassement jusqu à la côte finie de NVP (soit 2.33 mètres sous le niveau fini existant). Il sera ensuite reconstruit un nouveau radier tiranté supportant un étage de locaux techniques et un étage RIE (Restaurant Inter Entreprise) surplombé d une terrasse végétale avec patios intégrés. On note que les tirants sont présents car le poids du nouveau radier n est pas très important (40 cm d épaisseur de béton armé). On s assure un travail en traction supplémentaire de ces tirants pour éviter le soulèvement du radier suite aux sous-pressions hydrostatiques provoquées par les crues de la Seine. Cette partie fera l objet d une vérification dans la partie «optimisation et méthodologie». Les travaux nécessite un décaissé dans le radier de l ensemble immobilier du 10 Grenelle. Il faut également savoir que ce radier atteint pour l existant 87.5 cm d épaisseur, valeur conséquente pour ce type de structure. Les actions et pressions mises en jeu à ces altimétries sont donc très importantes. De plus, la reprise en sous œuvre se situe à la 60

61 retombée de la descente de charge des poteaux de façade du Bâtiment C d une part et au droit de deux niveaux de sous-sol mitoyen d autre part. Plusieurs problèmes et spécificités retiendront notre attention. L annexe 6 présente une coupe du radier existant, extrait du Dossier des Ouvrages Exécutés (DOE) des travaux de Il servira donc de base de travail pour les coupes à venir Spécificité des travaux de restructuration lourde Dans un cas de figure classique, il s agirait de détruire le radier concerné par les travaux et d effectuer le terrassement nécessaire pour atteindre le niveau de fond de fouille. Mais lors de la construction en 1960, l ensemble immobilier comprenait également d autres bâtiments et infrastructures voisins. Un seul et même radier a donc été mis en œuvre entre la zone 5, futur C R+T et l immeuble mitoyen. Au contraire, un joint de rupture est présent entre les fondations du bâtiment C R+17+T et celle de la zone C R+T. Les plans de ferraillage du radier sont fournis par la phase DOE des travaux de On peut donc vérifier qu au joint de rupture entre le bâtiment C R+17+T et C R+T, les armatures de chaque radier sont indépendantes et dimensionnées en fonction, pour reprendre les charges descendantes des bâtiments en bout de radier (ancrage d épure d arrêt de barre et bielle d about de compression). La seule précaution à prendre dans cette zone sera donc vis-à-vis de la stabilité des terres lors du décaissement, en raison du poids important appliqué au droit des travaux. En zone mitoyenne, le problème est tout autre. En effet, le radier est continu. La descente des murs du parking est donc considérée comme appuis intermédiaires sur celui-ci, les armatures sont disposées de manière à reprendre ces appuis (pas d ancrage courbe notamment). On ne peut alors pas détruire uniquement une partie du radier sans lui assurer une continuité des armatures ou opérer une reprise en sous œuvre spécifique de l ensemble. De plus, ce problème n est pas uniquement à considérer en phase définitive mais également lors de la stabilité provisoire du radier et des charges qu il reprend. Il est important de noter en préliminaire que le mur mitoyen existant est conservé. Néanmoins, il est totalement indépendant de notre structure puisqu il repose sur une zone de radier que nous ne démoliront pas. Le butonnage de cette zone n est pas indispensable. Nous évitons ainsi un coût inutile ainsi qu un encombrement de la zone en travaux. 61

62 Solution 1 : Changement d altimétrie du radier Les problèmes ayant été identifiés, l objectif principal reste de trouver une solution optimale en termes de coût mais aussi de délai, qui saura avant tout assurer la stabilité de tous les bâtiments à n importe quelle phase du chantier. Dans un premier temps, nous avons constaté que la hauteur de dalle à dalle du dernier sous-sol était de 5.11 mètres. En effet, le sous-sol est constitué de locaux techniques particuliers qui nécessitent parfois la mise en place de matériels encombrants. Néanmoins, après vérification, seul les locaux GE (Groupe Electrogène) et CPCU (Chaleur Urbaine) ont besoin d autant de hauteur et donc devront rester à la côte finie NVP. Nous concluons à cela que les autres locaux de la zone 5 pourra et sera ajustée, de la côte NVP projet à la côte NVP en optimisation. Ce gain en termes de travaux de terrassement (1138 m 3 de terre en conservés) est surtout très important dans la résolution du problème de stabilité des terres, du côté du Bâtiment C R+17+T. En effet, sur toute cette longueur du bâtiment, la circulation des locaux techniques sera elle aussi définie à NVP soit 1 mètre de moins que le niveau fini du bâtiment C R+17+T au lieu de 2.20 mètres au projet initial. La différence de fond de fouille entre les deux radiers n est plus que de 15 cm. Dans la zone mitoyenne, le changement d altimétrie du projet permet également un gain en stabilité mais ne résout néanmoins pas la totalité du problème. Il faudra de plus distinguer la zone mitoyenne à NVP (local GE et CPCU) de celle à NVP. L annexe 7 repère, à l aide d une vue en plan, les différentes zones de fondation C R+T. Les annexes 8 et 9 représentent les coupes du radier entre le bâtiment C R+17+T et C R+T ainsi qu entre mitoyen et le C R+T. Les états existant et projet y sont dessinés. Il est également possible de localiser la continuité des aciers, expliquée ci-après Solution 2 : Liaison future des radiers C R+T et mitoyen Enfin, dans son état futur, le radier sera de nouveau continu, malgré la différence altimétrique des deux zones. Pour ce faire, la reprise en sous œuvre consiste à créer un mur de soutènement qui sera ancré aux deux radiers de hauteurs différentes. L ancrage se fera par tiges d armatures dans le radier existant conservé et via des armatures d attente dans le radier du projet. La continuité des armatures sera ainsi assurée. Récupérant les contraintes dans les bielles d about de béton comprimé du radier à la côte NVP, les armatures transmettront correctement les efforts jusqu au sol de niveau NVP (fond de fouille de la zone C R+T) Solution 3 : Stabilité provisoire du radier mitoyen Il est question de trouver une méthodologie astucieuse pour exécuter les travaux de reprise en sous œuvre en conservant une stabilité permanente du radier mitoyen. De plus, rappelons que ce radier est, au début des travaux, solidaire de celui que l on démolit en zone 5. 62

63 La mise en place de soutènement en fouille est obligatoire à partir d 1.30 mètre pour des raisons de sécurité (ensevelissement de la poitrine de l ouvrier au fond de la fouille audelà de cette valeur). Aucun soutènement ne sera donc nécessaire sur toute la partie à NVP, soit la majorité de la zone 5. En ce qui concerne la zone à (1.90 mètre de profondeur en fouille), deux solutions s offrent alors à nous. Il est possible de procéder par passes alternées autour de ce radier afin que les parties non démolies assurent la stabilité provisoire du mitoyen, ou de directement procéder à un renforcement du radier mitoyen en sous œuvre avant même de démolir celui de la zone 5. Le renforcement de sol ou encore la mise en place de paroi de soutènement sont des procédés plus complexes et onéreux. Ces techniques sont souvent utilisées dans les travaux de grande profondeur (paroi) ou afin d éviter la démolition d éléments (amélioration de sol), lorsque des méthodes plus classiques ne sont plus assez performantes. Or la fouille ne fera que 1.90 mètre de hauteur et le radier zone 5 devra quoiqu il arrive être détruit. Pour assurer la stabilité permanente de la zone mitoyenne au projet zone 5, les travaux de reprise en sous œuvre seront donc réalisés par passes alternées le long du parking voisin. Le sciage du radier permettra une désolidarisation des deux zones C R+T et parking voisin, avant d exécuter une reprise en sous œuvre qui permettra d équilibrer la structure en phase définitive. Cette désolidarisation ne sera pas préjudiciable au radier existant conservé, grâce à cette méthodologie par passes alternées. A tout moment des travaux, une partie du radier de la zone C R+T sera conservée ou déjà reconstruite afin de soutenir l existant conservé. De plus, par cette méthodologie, aucun matériel supplémentaire ne sera nécessaire, puisque la démolition du radier et le terrassement doivent avoir lieu dans la zone. L annexe 10 propose un phasage de la reprise en sous œuvre par passes alternées. Il est ainsi possible de visualiser les différentes étapes de réalisation Solution 4 : Blindage des fouilles des passes alternées Enfin, dans la zone à NVP fini, la fouille étant peu large, nous utiliserons un blindage modulaire. Ce matériel spécialement conçu pour des fouilles étroites, généralement lors de travaux urbains, est mis en place à la main. Nous savons déjà que l accessibilité de la grue en zone 5 n est pas simple. Il sera alors possible, en diminuant la charge de grue durant cette phase, de minimiser le délai des travaux. De plus, le blindage modulaire sera moins onéreux que des palplanches, mise en place par vibration dans le sol, ou des panneaux coulissants qui nécessitent des poteaux 63

64 primaires. La possibilité de boisage, mise en place de blindage bois sur mesure, est également intéressante mais nécessite un savoir faire particulier. Notons que le blindage modulaire à deux faces sera complété par un coffrage perdu sur la troisième face (situé directement sous le radier mitoyen, où le mur de reprise en sous œuvre sera coulé). La reprise en sous œuvre s effectuera donc par passes alternées, sans blindage pour la zone à NVP fini, avec blindage modulaire pour la zone à NVP fini Solution 5 : Vérification des tirants Pour terminer ces optimisations, nous avons vérifié l intérêt des tirants dans le radier. En effet, ces micro-pieux sont mis en place afin de travailler en traction contre les poussées hydrostatiques (le contreventement n a pas lieu d être dans ce bâtiment, on parle donc uniquement des eaux). Mais il s agit alors de vérifier que le poids simple du bâtiment et de son radier ne suffisent pas à équilibrer ces efforts. L annexe 11 est la note de calcul que j ai effectuée afin de confirmer la nécessité de ces tirants. Dans un second temps, notre bureau structure a poursuivi l étude en calculant les charges de soulèvement par rapport aux charges du bâtiment. L annexe 12 présente les conclusions du bureau. Il a été démontré que les tirants sont inutiles sous les porteurs car la descente des charges permet l équilibre local du radier, mais qu ils seront nécessaires sur les autres zones pour reprendre des charges de soulèvements allant jusqu à 60 tonnes. Pour conclure cette étude, une fiche de prix de cette reprise en sous œuvre est disponible en Annexe Optimisation des renforts de fondations Description de l opération Lors du projet du 10 Grenelle, une partie des fondations sera conservée tandis qu une autre sera reprise en sous œuvre. Dans cette étude, nous nous intéressons plus particulièrement au radier conservé en zone 1 et 2, c'est-à-dire sous les bâtiments B et C. Lors de la restructuration, la descente des charges varie souvent, tout comme le contreventement de la structure. Une première étude a été réalisée par la Maitrise d œuvre, bureaux Structure Terrell International, à ce sujet afin de renforcer le radier localement. L objectif est donc dans un premier temps d apporter des solutions constructives puis d optimiser ces travaux du mieux possible. 64

65 La méthodologie sera la même pour les bâtiments B et C. Nous n exposerons ici que le bâtiment C, c est en effet le plus intéressant de par son poids supérieur, sa plus grande superficie exposée au vent et les changements de porteurs en noyau central. Selon le DCE remis, ce bâtiment devrait être consolidé par : - 12 blocs de 6 micro-pieux φ20-4 pieux φ90-32 pieux φ80-2 pieux φ60 Ces pieux seront sollicités en traction et non en compression. Ils sont présents afin d équilibrer une éventuelle poussée hydrostatique mais surtout des moments de contreventement mis en jeu en phase définitive, sur la structure du bâtiment. La prise au vent du bâtiment C se fait sur une surface d environ 3000 m² (face la plus grande) pour une hauteur de 57 mètres. L emplacement des pieux est visible en annexe 14, sous différents éléments porteurs et de contreventement. De plus, ces pieux sont situés directement sous ces murs et poteaux, qu ils soient existants ou nouvellement créés. Le radier est prévu démolis ou scié pour la réalisation de massifs et semelles en tête de pieux Spécificité des travaux de restructuration lourde Encore une fois, ce projet de restructuration lourde connait son lot de contraintes. Parmi elles, on trouve la conservation de certains planchers et l impossibilité de démolir plusieurs étages en même temps. Il est alors très difficile et couteux, voir impossible de réaliser certains pieux selon le DCE établi. Les machines à pieux ont des gabarits importants (supérieurs à 10 mètres pour les plus petites, soit plus de 3 étages) et ne peuvent donc pas opérer en zones encombrées. De plus, la réalisation de pieux sous un mur ou poteaux existant nécessiterait d importants travaux de reprise en sous œuvre, une démolition partielle ou totale des éléments ainsi qu une phase provisoire de soutènement et stabilisation des efforts en infrastructure. Chaque travail parait lourd dans cette zone. Il faut donc les optimiser en cherchant des vérifications plus poussées ou des variantes constructives intéressantes Solution 1 : Vérification des renforcements mis en place Le projet dans le bâtiment C du 10 boulevard de Grenelle n induit pas une augmentation de poids de la structure. Au contraire, afin de pouvoir assurer une charge d exploitation de 350 kg/m², les planchers non démolis seront curés afin de retirer la chape béton existante de 5 cm d épaisseur. Cette charge appelée poids mort, puisque la chape ne 65

66 participe pas à la résistance du plancher, sera ainsi récupérée pour l exploitation des étages (100kg/m²). De plus, le changement de descente de charges et de contreventement est localisé. Nous allons donc vérifier l utilité de chaque pieu établi par le DCE Terrell. Dans un premier temps, le bureau d étude Structure a réalisé une étude des descentes de charge et du contreventement du bâtiment. Il est ainsi possible de localiser les futures zones du radier qui seront sollicitées, en compression par la descente de charge ou en traction pour le contreventement. Une fois ces informations regroupées, une vérification est réalisée sur le radier. Par les mêmes méthodes que lors de la reprise en sous œuvre, on constate que les poussées hydrostatiques sont largement équilibrées par le poids du bâtiment haut de 20 étages (soussol et superstructure). Néanmoins, le contreventement a ici une influence non négligeable. Les murs de contreventement du bâtiment seront donc plus ferraillés que les autres et auront un renforcement de leur fondation par pieux ou micro-pieux. La deuxième vérification concerne la sollicitation en compression du radier, via les descentes de charges des éléments porteurs. Nous supposons au départ que le radier est assimilable à une semelle, dont nous connaissons l épaisseur et le ferraillage (ces informations sont disponibles dans le DOE 1960). Un radier résiste mieux qu une semelle classique car au-delà de la zone sollicitée, il se repose sur la quantité de béton alentour. Cette hypothèse est donc justifiable puisqu elle minimise la contrainte admissible dans les matériaux. A partir des efforts qui lui sont appliqués et de sa constitution, nous calculons selon le BAEL et la méthode de bielle de béton comprimé la dimension minimum de semelle nécessaire pour équilibrer les descentes de charge. Le bureau des structures a ainsi pu vérifier, annexe 15, que cette zone est disponible pour les différents porteurs. Si c est le cas, aucun renforcement ne sera nécessaire pour reprendre la descente de charge. L annexe 16 présente également l implantation des pieux ou micro-pieux définitifs, ainsi que le résumé de l analyse du contreventement sur la face exposée du bâtiment C Solution 2 : Mode constructif des renforcements Chaque vérification a été réalisée, nous savons désormais à quels endroits la mise en place de pieux ou micro-pieux sera nécessaire et pour quels efforts. Le choix du mode constructifs peut ensuite être choisi. Pour ce faire, nous utiliserons le tableau comparatif présenté dans l étude des fondations profondes. Il est ainsi possible d identifier les moyens de mise en œuvre les plus adaptés aux contraintes du chantier. Dans le cadre du projet 10 Grenelle, nous devrons impérativement rechercher une exécution sous hauteur réduite, et une résistance efficace à la traction. Les deux procédés qui s offrent à nous sont donc la réalisation de micro-pieux ou de pieux tubés battus injectés. 66

67 Importance Faible Critères Type de pieu Micro-pieux Pieux tubés battus injectés Reprise de charges concentrées importante -3-2 Moyenne Tassement différentiel Idéal +3 A conseiller +2 Faible Resistance aux efforts latéraux Haute Resistance à la traction Adapté +1 Moins adapté -1 Moyenne Chantier sensible aux vibrations Moyenne Chantier sensible au bruit A déconseiller -2 Pas applicable -3 Faible Obstacles enterrés +3-2 Faible Grande profondeur Moyenne Exécution sous eau Haute Exécution sous hauteur réduite TABLEAU COMPARATIF DES DEUX PROCEDES DE RENFORCEMENT DE FONDATIONS COMPATIBLES De plus, il sera préférable d éviter des vibrations trop importantes dans une zone où les mitoyens sont nombreux et proches, d éviter des tassements différentiels afin de limiter le déplacement d un bâtiment par rapport au reste du complexe immobilier. Les micro-pieux semblent donc être la solution la plus judicieuse dans notre cas. En effet, quelque soit le procédé, les deux présentés ne sont pas performants en termes de reprise de charges concentrées importantes, il faudra quoiqu il arrive certainement utiliser des groupes de pieux pour récupérer correctement les efforts Solution 3 : Dimensionnement des groupes de micro-pieux La profondeur n est pas un facteur clé puisque le sol est de bonne qualité. Les essais de sol réalisés par BOTTE Sondages identifient une couche de Marne de Meudon très dur à partir de 18 mètres jusqu à 25 mètres. L ancrage sera donc possible entre ces altimétries. De plus, la couche supérieure, fausses glaises et argiles plastiques, est de qualité variable, avec des zones de sables très compactes, d autres relativement molles. Les frottements latéraux seront donc variables et l ancrage peu sur. L annexe 17 est extraite de ces sondages et prouve par essai pressiométrique la dureté du sol dans cette couche. Enfin, il est possible de dimensionner ces pieux en fonction de la profondeur d ancrage et des contraintes à reprendre. Ces calculs ont été réalisés par notre bureau Structure, Somete. Un pré-dimensionnement rapide permet de dire qu un groupe de quatre micro-pieux de diamètre 20 cm sera suffisant pour équilibrer les efforts mis en jeu. Ce groupe permet par la même occasion de ne pas réaliser directement les pieux sous les éléments porteurs. On évite alors la nécessité de chevalement, procédé onéreux surtout en cas de charges importantes mais souvent inévitable lorsque l on veut effectuer une reprise en sous œuvre sous porteur existant. 67

68 Enfin, la constitution d un massif commun parait difficile. En effet, le radier peut atteindre 1.27 mètre d épaisseur et le ferraillage y est dense (un voir deux lits d armatures au moins tous les 25 cm). La destruction au BRH ou par sciage localisé est possible mais long et la continuité des armatures entre le massif en tête de micro-pieux et le radier existant serait très complexe. Une seconde solution permettrait d éviter cela, grâce à un scellement du micro-pieu dans le radier lui-même. Après carottage du radier, le micro-pieu sera coulé dans les couches successives par tubage. Un mortier spécial de type CLAVEX viendra sceller directement le pieu au radier grâce à ses hautes caractéristiques mécaniques. Les efforts sont directement transmis du pied du porteur vers la tête du pieu en passant par la couche supérieure du radier et sans craindre la désolidarisation radier/pieux. Une coupe en annexe 20 permet de visualiser le processus. COUPE DE L IMPLANTATION DE MICRO PIEUX DANS LE RADIER, PAR SCELLEMENT AU MORTIER SPECIAL Récapitulatif des optimisations Successivement, les opérations réalisées consistent à n utiliser que des micro-pieux afin de proposer des solutions constructives adaptées au chantier, changer l implantation initial de ces pieux afin de pouvoir travailler autour des éléments existants sans les détériorer puis dans un dernier temps sceller le micro-pieux au radier pour que la transmission des efforts reste continue. Le sciage du radier pour la mise en place de massifs de tête de pieux est ainsi évité. Finalement, les vérifications et optimisations permettent une mise en œuvre de groupe de quatre micro-pieux par simple carottage et scellement dans le radier existant. De plus, leur nombre diminue à 60 micro-pieux de diamètre 20 grâce aux vérifications effectuées. Une fiche de prix est disponible en annexe 18. Elle mettra notamment en avant l économie réalisée sur cette technique grâce à l étude présente. 68