La Galerie Enrico Navarra Rudy Ricciotti Architecte Romain Ricciotti Ingénieur Lamoureux & Ricciotti Ingénierie Patrick Mazzacane Resp. Développement BFUP Bonna Sabla Résumé La Galerie Enrico Navarra est couverte par une toiture en BFUP (Ductal FM) de 40 m de long par 9,25 m de large. Le porte-à-faux de la toiture sur 7,8 m, les performances structurelles du BFUP et son étanchéité permettent de réaliser un ouvrage ultra mince dans la forêt de chênes. La durée de chantier et le montant des travaux sont optimisés. Keywords: BFUP, préfabrication, couverture, étanchéité 1. Présentation générale La construction de la Galerie Enrico Navarra est née de la rencontre entre le marchand d art Enrico Navarra et l architecte Rudy Ricciotti. Il s agit, à travers une commande privée, de créer un lieu modulable entre habitat et exposition d art. La galerie se situe au Muy, dans le Var. La toiture en BFUP a été livrée en Mai 2007. Les acteurs du projet sont les suivants : - la maîtrise d ouvrage, la Galerie Enrico Navarra - l architecte, Rudy Ricciotti - le bureau d études structure, Lamoureux & Ricciotti Ingénierie - l entreprise de préfabrication, Bonna Sabla - l entreprise générale, Ortunio Entreprise - le bureau de contrôle, Setra-Cete, Jacques Resplendino Le contexte est totalement sauvage, perdu dans la forêt de chênes du Massif des Maures. L objectif architectural est de créer un ouvrage qui disparaît dans la pente de la colline. Dans ce but, deux éléments vont tenter de dissimuler l ouvrage, en reflétant la forêt, sans discontinuité sur 40 m de longueur : le bassin dans le plan horizontal, et dans le plan vertical, le vitrage. La création d un plan de vitrage sans discontinuité implique de mettre en place une toiture en porteà-faux, sur une emprise de 9,2 m par 40 m. 1
Designing and Building with UHPFRC : State of the Art and Development L emploi du béton classique armé ou précontraint est trop lourd. Celui d une couverture en charpente métallique légère représente un empilement de couches structurelles puis d étanchéité qui ne correspond pas à une recherche de simplicité constructive. Tout aussi léger mais beaucoup plus simple, l emploi du BFUP apporte une solution radicale et efficace. Contrairement aux peaux métalliques, une seule épaisseur est utilisée pour résoudre cette équation multiple : structure primaire, structure secondaire, platelage, étanchéité, peau architectonique. La toiture est donc réalisée en 17 panneaux nervurés et identiques en Ductal FM. Les panneaux mesurent 2,35 m de large par 9,25 m de long, dont 7,8 m de porte-à-faux. Ils sont préfabriqués en atelier de préfabrication par Bonna Sabla. La pose est réalisée par assemblage des éléments sur le gros œuvre en béton armé, par Ortunio Entreprise, en une semaine. Les défis technologiques sont présentés et détaillés dans les paragraphes suivants. Ils concernent, notamment : - le dimensionnement structurel de l ouvrage - la conception du moule - la nature des matériaux utilisés et leur validation expérimentale - la méthodologie de coulage - les procédés de levage, de fixation et de réglage - les essais de fonctionnement 2. Dimensionnement structurel La volonté architecturale passe par la création d un grand porte-à-faux. Le corollaire est principalement la recherche d une structure optimisée à 100%, de manière à ne proposer que du poids propre structurel. Dans ces conditions, les caractéristiques géométriques et mécaniques de la couverture sont les suivantes : - les panneaux nervurés, en section transversale, sont structurés en forme de U d inertie variable - ils comprennent de façon monolithique : o les jambes du U (les nervures) forment la structure primaire, travaillant dans le sens de la flexion longitudinale : 2
la forme de la nervure est un demi I de hauteur variable hauteur : 50 cm sur appuis et 3 cm en bout de porte-à-faux o la traverse du U forme la structure secondaire : travaillant en plaque, principalement dans le sens de la flexion transversale épaisseur 3 cm la plaque en bout de console est ajourée afin d alléger la structure et de créer un brise soleil horizontal - deux poutres latérales de répartition sont disposées au droit des files d appui à l arrière du bâtiment Les appuis formant l encastrement au début de porte-à-faux à l arrière du bâtiment sont les suivants : - quatre appuis par panneaux - deux appuis arrière extérieurs, transmettant des efforts de traction, par tiges d ancrage et contre-platine acier, scellées par résine chimique dans des fourreaux laissés en insert dans le gros œuvre - deux appuis arrière intérieurs, transmettant des efforts de compression, avec répartition des contraintes par platines de néoprène Les charges appliquées sont, en plus du poids propre, les surcharges d exploitation réparties (150 dan / m²) ou ponctuelles (100 dan sur les brises-soleil), et les surcharges climatiques (neige, vent, dilatation thermique, gradient thermique). En phase provisoire de manutention ou de pose et réglage, les panneaux sont dimensionnés en situation accidentelle statique et en dynamique avec un coefficient d amplification de 2. Le BFUP est calculé conformément aux Recommandations 2002 de l AFGC. Les calculs sont menés de deux façons : BFUP seul, puis BFUP armé, de manière conservative, sur la base d un modèle aux éléments finis 2D. Les flèches sont évaluées à partir du modèle en inertie non-fissurée. 3
Designing and Building with UHPFRC : State of the Art and Development Jacques Resplendino et Sébastien Bouteille du SETRA, ont assuré le rétro-contrôle du dimensionnement de l ouvrage, avec un modèle ST1. Elles ont été vérifiées par chargement équivalent (sable) en atelier, puis par mesure (été-hiver) des déplacements sous gradient thermique. La mise en place d un isolant en sous-face, nécessaire par ailleurs, permet de limiter ces mouvements différentiels. 3. Préfabrication 3.1. Moule Le moule est en acier mécanosoudé, réalisé avec une grande précision, permettant un moulage à l envers, c'est-à-dire les ailes du «U» vers le bas. Cette solution a permis d obtenir une surface parfaite de la partie extérieure exposée, la partie en sous face étant couverte par un isolant. 3.2. Préparation du Ductal Cette opération a été réalisée à l usine Bonna Sabla de Vendargues dont le malaxeur a été validé en collaboration avec Lafarge sur des bétons de convenances et le prototypage d éléments similaires. Le matériau a été approvisionné en vrac dans nos silos. Comme pour toutes les opérations en Ductal FM, un essai de convenance et un plan de contrôle très strict a été mis en place pour la validation de chaque étape de la fabrication, avec notamment, les contrôles de type mesure des étalements de chaque gâchée et de la T par exemple qui restent des éléments clés pour la garantie de la non ségrégation des fibres. Tous les essais de caractérisation du matériau ont été également faits en collaboration avec le laboratoire central de Lafarge qui opère en fait un contrôle externe. 3.3. Procédures de coulage Le mode de coulage a été mis au point en collaboration avec les techniciens de Lafarge notamment pour le bon mariage des différentes gâchées, et pour l orientation des fibres en fonction de l écoulement du matériau. 3.4. Finition / cure A la fin du coulage, le moule a été protégé par une «cloche» permettant de conserver un environnement le plus saturé en eau. Une cure sur 24 heures environ est assurée avant le démoulage. Des sondes placées dans le produit permettent de contrôler la température pour valider le délai d attente avant démoulage. Parallèlement des éprouvettes ont été prélevées lors des fabrications et ont été placées dans les conditions identiques de cure du produit de manière à réaliser des essais de compression avant démoulage et valider ce dernier. 4
3.5. Démoulage et traitement thermique : Après démoulage, un temps d attente de 24 heures a été respecté. Puis, après application de la protection hydrofuge, le produit a été transporté sur le poste de traitement thermique. Le produit a reçu un traitement thermique avec maintien de température à 90 pendant 48 heures en ambiance saturée. L énergie mise en œuvre a été de la vapeur vive pilotée par une régulation. La manutention des produits a été réalisée à partir d inserts placés aux points calculés pour opérer cette manutention à jeune âge. Un palonnier spécifique a permis un levage supprimant les efforts parasites aux directions de traction directe. L ensemble des éprouvettes prélevées à la fabrication pour les tests de compression et flexion, sont traitées dans les mêmes conditions aux postes de traitement. Le produit après ce traitement thermique est stocké. A noter que l ensemble des inserts est en inox pour éviter toute sujétion de protection ultérieure. 4. Mise en œuvre sur chantier L entreprise Ortunio a réalisé la réception, le levage, l assemblage puis le réglage des panneaux nervurés BFUP en toiture. La manutention est réalisée à l aide d un palonnier fixé au panneau à l aide de douilles placées lors du coulage. La pose est assurée par une grue mobile. Les points de suspension sont disposés de manière à créer des efforts compatibles malgré l inertie variable des nervures dans le sens du porte-à-faux. 5
Designing and Building with UHPFRC : State of the Art and Development Une tour d étaiement est positionnée à 1,50 m du bout de porte-à-faux. Les panneaux sont prépositionnés en poutre isostatique sur deux appuis : un appui à l arrière et un appui sur la file d étais. Les éléments sont ensuite ripés latéralement les uns aux autres. La fixation arrière est réalisée par une tige acier fixée à travers la poutre latérale dans le gros œuvre par scellement chimique. Les fixations sont doublées. Le réglage anti-pianotage des éléments est assuré par des systèmes de tenons mortaises reprenant les douilles de levage, disposé le long de la fibre neutre de la poutre. Le BFUP est un support étanche, dans des conditions d utilisation mécanique adaptées. Les nervures forment les relevés au droit de chaque joint de fractionnement. Les nervures se conjuguent et sont coffrées de manière à recevoir une étanchéité complémentaire en remplissage du joint. 6
5. Chiffres Longueur 40 m Largeur 9,25 m Porte-à-faux Poids propre de la toiture 7,80 150 m dan / m² Volume total de BFUP 23 m3 Préfabrication 2,5 mois Préparation du site Pose 1 1 semaine semaine Montants des travaux de toiture 0,2 M 6. Conclusion La réalisation de la toiture Navarra représente des performances particulières et nouvelles. Le porte-à-faux et l utilisation du BFUP sont ici une réponse au questionnement architectural sur l insertion dans le site. Il permet d écrire en toiture une ligne très fine favorisant la disparition de l ouvrage dans la pente et dans la forêt. L utilisation du BFUP donne une résolution monolithique du thème de la couverture étanche, tout en évitant la multiplication des gestes et couches constructives. La durée de chantier et le prix final apportent également la preuve que ces solutions sont compétitives. 7