Mémoire de Master Trinational en Génie Civil

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MEMOIRE DE MASTER EN GENIE CIVIL
AGRANDISSEMENT ET
TRANSFORMATIONS D’UNE VILLA
Sion, le 31 juillet 2015
Etudiant Master Trinational : Jean-René Tesser
Directeur de mémoire : Prof. Dr.-Ing. Jan Akkermann

Agrandissement et transformations d’une villa – 2/120 –
Mémoire de Master Trinational en Génie Civil
Hochschule Karlsruhe - CERT ingénierie sa Jean-René Tesser

Remerciements
« Celui qui dans la vie est parti de zéro pour n’arriver à rien dans l’existence n’a de
merci à dire à personne. »
Pierre DAC (Dac, 1972)
Comme je ne suis pas parti de zéro et que je suis arrivé à terminer ce mémoire, je
voudrais remercier sincèrement les personnes suivantes.
Tout d’abord, je tiens à remercier Claude Raymond DUBUIS de m’avoir donné un cadre
idéal pour réaliser ce beau projet. Son engagement dans mon mémoire et son soutien ont
été essentiels.
Je remercie vivement mon directeur de mémoire, M. Dr. Prof. Jan AKKERMANN, pour ses
directives et conseils.
Je tiens aussi à remercier M. Dr. Prof. Eugen BRÜHWILER pour son implication et
contribution exceptionnelle.
J’adresse ensuite mes vifs remerciements à Quentin SCHITTLI pour ses observations
toujours avisées.
Je tiens à remercier tous mes collègues de CERT ingénierie sa avec qui j’ai toujours plaisir à
travailler.
Enfin, je remercie chaleureusement ma famille et mes amis de m’avoir écouté et soutenu
tout au long du mémoire.
Un remerciement particulier à Marie qui a supporté mes doutes et mes sauts d’humeur.
J’adresse ma profonde reconnaissance à toutes les personnes qui ont su m’encourager.

Table des matières
1. Présentation du projet .................................................................................................... 6
1.1 Situation générale ................................................................................................... 7
1.2 Plan d’ensemble...................................................................................................... 8
1.3 Description du projet ............................................................................................... 9
1.3.1 Système structural choisi ................................................................................. 9
1.3.2 Milieu et exigences de tiers .............................................................................. 9
1.3.3 Besoins de l’exploitation et de la maintenance ................................................10
2 . Base pour l’élaboration................................................................................................12
2.1 Les Normes............................................................................................................13
2.2 Logiciel...................................................................................................................13
2.3 Les Matériaux.........................................................................................................14
2.3.1 Béton ..............................................................................................................14
2.3.2 Acier................................................................................................................15
3 . L’extension de la villa ..................................................................................................16
3.1 Stabilité des fouilles................................................................................................16
3.1.1 Paroi berlinoise ...............................................................................................17
3.1.2 Méthode CHS..................................................................................................18
3.1.3 Comparaison des coûts...................................................................................19
3.2 Etude statique de la toiture en lames BFUP ...........................................................20
3.2.1 Cas de charges...............................................................................................23
3.2.2 Efforts .............................................................................................................29
3.2.3 Calcul de dimensionnement ............................................................................30
3.2.4 Schéma d’armature.........................................................................................49
3.2.5 Assemblages...................................................................................................50
3.3 Etude thermique de l’extension ..............................................................................62
3.3.1 Calcul de la résistance au feu des poutres BFUP............................................63
3.3.2 Etude de l’isolation thermique de l’extension...................................................68
3.4 Etude de coût et du montage des Lames BFUP.....................................................69
3.4.1 Etude de coût de fabrication des Lames BFUP ...............................................70
3.4.2 Etude de coût du transport des Lames BFUP..................................................72
3.4.3 Etude du montage des Lames BFUP ..............................................................73
3.5 Etude du cadre et du mur d’appui supportant les lames BFUP...............................79
3.5.1 Dimensionnement du cadre d’appui en béton armé ........................................80
3.5.2 Dimensionnement du mur d’appui côté Nord........... Erreur ! Signet non défini.
4 . Les aménagements extérieurs ...................................................................................93

4.1 Fondations du bassin .............................................................................................94
4.1.1 Les actions......................................................................................................94
4.1.2 Dimensionnement des micropieux...................................................................96
4.2 Bassin extérieur .....................................................................................................98
4.2.1 Présentation....................................................................................................98
4.2.2 Base pour l’élaboration....................................................................................99
4.2.3 Les efforts .....................................................................................................101
4.2.4 Dimensionnement de la paroi........................................................................102
4.2.5 Dimensionnement du radier ..........................................................................108
4.3 Dallage extérieur en béton drainant......................................................................111
4.3.1 La composition..............................................................................................111
4.3.2 Les avantages...............................................................................................111
4.3.3 La mise en œuvre .........................................................................................112
4.3.4 Comparaison des prix ...................................................................................112
5 Phasage des travaux...................................................................................................113
6 Conclusions.................................................................................................................114
7 Bibliographie ...............................................................................................................119
8 Annexes ......................................................................................................................120

1. Présentation du projet

1.1 Situation générale
Le présent projet a pour but d’ériger une extension de villa dans la commune de
Savièse, située proche de la ville de Sion dans le canton du Valais en Suisse.
La parcelle a la particularité d’être sur un terrain pentu et difficile d’accès. La problématique
du transport sera donc étudiée en détail pour tous les éléments constructifs.
Les travaux consistent à supprimer une partie de l’actuelle villa et d’y apporter une extension
ainsi que divers aménagements tels que qu’un bassin extérieur et des jardins en terrasse.
Commune de Savièse, (VS), Suisse
Altitude moyenne : 730.00 m

1.2 Plan d’ensemble
Figure 1 : Plan de Rez supérieur
Figure 2 : Façades Sud
Partie de la villa
à transformer
Partie de la villa
à tranformer
Création
d’un bassin
extérieur
Partie
transformée de
la villa
bassin
extérieur
1 m 5 m

1.3 Description du projet
1.3.1 Système structural choisi
L’ouvrage sera construit en béton armé. Les dalles reposeront sur des murs. La
stabilisation au vent et au séisme se fera par les murs en béton armé. Le toit est constitué de
lame en béton fibré ultra haute performance (BFUP) et s’appuiera sur le mur côté Nord de la
villa et sur un sommier en béton armé reposant sur deux murs en béton armé côté Sud.
La longueur de l’extension est de 14 m pour 7 m de large environ et une hauteur
totale d’environ 3.5 m. Au rez-de-chaussée supérieur, une partie rectangulaire de 21 m2
de
l’ancienne salle à manger est supprimée, remplacée par une salle à manger de 42 m2
ainsi
qu’une terrasse. Le toit architectural de l’extension sera réalisé à l’aide de « lames » en
béton fibré ultra haute performance (BFUP) qui prendront appuis sur le mur côté Nord de
l’extension au Rez supérieur et sur un cadre constitué d’un sommier et de murs en béton
armé côté Sud. Des places de parc sont prévues contre le mur de la salle à manger, abritées
par le toit en porte-à-faux constitué des « lames » BFUP.
La toiture sera donc constituée de 7 lames BFUP espacés chacune de 1.06 m, sur
lesquelles viendra se fixer une toiture en bois.
Le rez-de-chaussée inférieur passera de 150 m2
à une surface de 200 m2
environ.
La durée de service des structures porteuses est de 50 ans, alors que tous les éléments de
construction remplaçables (étanchéité, revêtements, joints, …) ont une durée de service de
25 ans.
Les façades de l’extension seront recouvertes d’une isolation extérieure.
Il est prévu de réaliser un bassin extérieur avec une longueur de 12 m et de 4 m de large.
La réalisation d’un atelier de forme trapézoïdale de 46 m2
est prévue à environ 10 m au Nord
de la villa.
1.3.2 Milieu et exigences de tiers
1.3.2.1 Contexte
La villa se situe sur une parcelle résidentielle pentue à proximité directe avec d’autres
résidences.
L’extension de la villa se situe près d’une route d’accès à l’Est et le bassin extérieur est situé
contre un bâti existant à l’Ouest. Des jardins en palier se situent au Sud.
La route à l’Est qui possède une seule voie doit pouvoir être empruntée durant toute la durée
du chantier. Les tassements seront limités en rapport avec les bâtiments voisins.

1.3.2.2 Environnement
Géotechnique
Il n’y a pas d’études géotechniques. Nous émettrons donc une hypothèse conservatrice. Le
sol est de type Morainique.
Nappe phréatique et inondation
L’ouvrage ne présente pas de risques d’inondation.
Equipements existants et futurs
Les conduites, canalisations et équipements existants
- Eau potable (ESR) : déplacement et modifications dans le périmètre du projet à
prendre en compte, particulièrement à l’Ouest, pour la construction du bassin
extérieur
1.3.2.3 Exigence des tiers
Bâtiments voisins
- Constat de l’état existant des ouvrages
1.3.3 Besoins de l’exploitation et de la maintenance
1.3.3.1 Généralités
Les matériaux de constructions et les détails constructifs seront choisis afin de faciliter au
maximum l’entretien et la maintenance de l’ouvrage.
Les exigences à la fissuration seront respectées pour le dimensionnement de l’armature
horizontale dans les murs. Cela n’empêchera pas la fissuration, mais permettra de mieux la
contrôler et d’assurer une microfissuration.
Un plan avec les exigences sur l’aspect et le rendu souhaité pour les bétons sera établi en
collaboration avec les architectes.
1.3.3.2 Etanchéité des bassins
- Système constructif d’étanchéité choisi : cuve blanche
- Classes d’étanchéité choisies (selon SIA 272 :2009) :
Classe 1, « complètement sec » : bassin extérieur
- Les murs et radier du bassin extérieur sont conçus selon le principe de la cuve
blanche.
Caractéristiques :
γk = 20 kN/m3
c’k = 0 kN/m2
φk = 30 °

1.3.3.3 Résistance au feu
Le bâtiment sera dimensionné et conçu pour une résistance au feu R30.
1.3.3.4 Risque sismique
Dimensionnement au séisme selon les normes SIA 260 à 267.
Le secteur de Savièse se situe en zone 3B d’aléa sismique. Sur la carte des sols de
fondation selon SIA261, la parcelle se situe sur des sols de fondation de type E.
La classe d’ouvrage est la classe CO I, bâtiment d’habitation (SIA 261, 16.3).

2. Base pour l’élaboration

2.1 Les Normes
Les principales normes utilisées, pour le dimensionnement des structures porteuses, sont les
suivantes (normes en vigueur au 01.04.2015) :
- SIA 260 : Bases pour l’élaboration des projets de structures porteuses
- SIA 261 : Actions sur les structures porteuses
- SIA 261/1 : Actions sur les structures porteuses – spécifications complémentaires
- SIA 262 : Construction en béton
- SIA 262/1 : Construction en béton – spécifications complémentaires
- SIA 263 : Construction en acier
- SIA 263/1 : Construction en acier – spécifications complémentaires
- SIA 267 : Géotechnique
- SIA 272 : Etanchéité
- SIA 2052 : Cahier Technique sur le Béton fibré ultra-performant (BFUP)
2.2 Logiciel
- Le logiciel utilisé pour les calculs statique en barre est statik-5 de CUBUS.
- Le logiciel utilisé pour calculer les dalles est Cedrus-5 de CUBUS.
- Le dimensionnement au séisme se fera selon la méthode des forces de
remplacement.
- Le logiciel utilisé pour le calcul aux éléments finis est R-FEM de Dlubal.

2.3 Les Matériaux
2.3.1 Béton
Sous-sol, murs et dalles
Type
Classe de résistance à la compression :
Classe d’exposition :
Diamètre maximal des granulats :
Classe de teneur en chlorures :
Classe de consistance :
NPKC
C 30/37
XC4, XF1
Dmax 32
Cl 0.10
C3
Masse volumique ρc [kg/m3
] 2’500
Valeur de calcul de la résistance à la compression fcd [N/mm2
] 20.0
Valeur de calcul de la contrainte limite de cisaillement τcd
[N/mm2
]
1.10
Ecm [N/mm2
]
27'000
(kE = 8'000)
Coefficient de résistance γc 1.50
Enrobage
Selon classe
d’exposition, min
30 mm.
Cuve blanche (Bassins intérieur et extérieur)
Type
Classe de consistance :
NPKC
C 30/37
XC4, XD2, XF4
Dmax 32
Cl 0.10
C3
] 2’500
Valeur de calcul de la résistance à la compression fcd [N/mm2
] 20.0
[N/mm2
]
1.10
Ecm [N/mm2
]
27'000
(kE = 8'000)
Enrobage
Selon classe
d’exposition, min
30 mm.
Exigence supplémentaire Etanche.

Lame en BFUP
Type
Rapport E/C :
Ductal®
> 150 N/mm2
XC4, XF1
< 1mm
0.10
0.15 – 0.25
] 2’750
Valeur de calcul de la résistance à la compression fUcd [N/mm2
] 77.0
[N/mm2
]
2.53
EUm [N/mm2
] 48’000
Enrobage 15 mm
Volume de fibres d’acier 3%
2.3.2 Acier
Acier d’armature passive B500B
Masse volumique ρa [kg/m3
] 7850
Limite d’écoulement fsd [N/mm2
] 435
Allongement sous charge ultime ≥εuk [%] 5.0
Coefficient de résistance γs 1.15

3. L’extension de la villa
3.1 Stabilité des fouilles

3.1.1 Paroi berlinoise
La stabilité des fouilles est en règle générale la première chose dont l’ingénieur doit
s’assurer afin de réaliser la suite du chantier.
Pour ce projet, la stabilité a été particulièrement étudiée pour réaliser le bassin extérieur dont
la hauteur de fouilles peut atteindre 3.5 mètres.
Dans un premier temps la réalisation d’une paroi berlinoise fut étudiée. Mais du fait de la
proximité de la parcelle voisine, nous n’avions pas l’espace suffisant pour la réaliser. De
plus, cela aurait nécessité la venue de machine de forage de grande taille qu’il n’est pas
possible de prévoir sur ce chantier situé sur un coteau à 800 mètres d’altitude.
Figure 3 : Schéma Paroi berlinoise

3.1.2 Méthode CHS
Nous nous sommes tournés vers la méthode de
consolidation du sol par injection, appelée méthode CHS
pour Compactage Horizontal Statique ou Compacting
Grouting. Il s’agit d’injecter sous pression dans le sol un
mortier de consistance raide à plastique. Le mortier
s’expanse de manière homogène dans le sol et augmente
sa compacité. La portance du sol se trouve ainsi améliorée.
De plus cette méthode nécessite seulement une machine de
petite taille pour réaliser les forages.
Un étayage à l’aide de buttons est nécessaire pendant la
phase des travaux. L’injection se fera à l’aide de tube PVC
perforés de 4 mètres de profondeur et tous les 50 cm.
Figure 4 : Principe de consolidation par injection

3.1.3 Comparaison des coûts
Voici une comparaison de coût pour un mur de soutènement de 15 mètres pour une hauteur
de fouille de 3.5 mètres.
Prix unitaire Détails Paroi berlinoise Méthode CHS
Somme HT 43’500 Fr 32’500 Fr
En plus d’être d’une plus grande flexibilité, la méthode par injection se révèle moins
coûteuse. La machine de forage pourra être aussi utilisée pour forer les micropieux
nécessaires aux fondations du bassin extérieur. On économisera ainsi les coûts de transport
et d’installation.

3.2 Etude statique de la toiture en
lames BFUP

Description
Figure 5 : Vues en perspective de l'extension architecturale
La toiture de l’extension de la villa est soutenue par 7 poutres en béton fibré ultra performant.
Les appuis, dans le plan de la poutre, seront considérés comme encastré en pied de poteau
et comme glissant avant le porte-à-faux. Le sommier en béton armé ne permet pas d’avoir
une condition d’appui encastré parfait. Pour cette raison le calcul de la déformée sera réalisé
avec un appui rotule en pied de poteau.
Le modèle sera représenté en barres, ce qui donne la structure en deux dimensions
suivante :
Figure 6 : Structure 3D en barres

Figure7:Présentationdelastructure

3.2.1 Cas de charges
3.2.1.1 Actions Verticales
3.2.1.1.1 Actions permanentes
Désignation Description Charge
 Poids Propre
Béton BFUP ρc = 27.5 kN/m3
 Surcharges
Finition
(Plaquage, Lambrissage,
lattage, sous couverture…)
0.9 kN/m2
x 1.06 m 1 kN/m
Isolation 0.3 kN/m2
x 0.96 m 0.3 kN/m
Panneau OSB + Cornière 0.7 kN/m2
x 1.06 m 0.7 kN/m
Chevron 0.25 kN
3.2.1.1.2 Actions variables
 Vent :
qp = ch * qpo
avec :
ch = 1.6 * [(
𝑧
𝑧 𝑔
)
∝
+ 0.375]
2
= [(
4
450
)
0.23
+ 0.375]
2
= 0.51 (eq. (12) SIA 261)
qpo = 0.9 kN/m2
(annexeE, SIA 261)
Charge horizontale :
qpk = 0.9 * 0.51 = 0.49 kN/m2
Charge verticale :
qek = cpe * qp* ebarres
ebarres : distance entre deux poutres, 1.06 m.

cpe1 = 0.55
cpe2 = 0.49
qek1 = 0.27 kN/m
qek2 = 0.24 kN/m
Tableau 31
Tableau 57a
(Annexe C SIA 261)
cpe3 = -0.55 qek3 = -0.27 kN/m Tableau 57a
(Annexe C SIA 261)
 Neige : 1.8 kN/m (alt. 730m)
Sk = (1 + [
ℎ0
350
]
2
) ∗ 0.4 kN/m2
Sk = (1 + [
730
350
]
2
) ∗ 0.4 kN/m2
Sk = 2.14 kN/m2
qk = µ * Sk
qk = 1.2 * 2.14 kN/m2 * 1.06 m = 2.7 kN/m

3.2.1.2 Actions Horizontales
Figure 8 : Cas de charges horizontales (valeurs caractéristiques)
qd = qpk * Aef
qd1 = 0.49 kN/m2
* 0.63 m = 0.31 kN/m 0.63 m : hauteur de la poutre
qd2 = 0.49 kN/m2
*
3.5 𝑚
2
m = 0.86 kN/m
3.5 m : hauteur d’étage, où le vent s’applique
sur la baie vitrée
qd3 = 0.49 kN/m2
* 0.53 m = 0.26 kN/m 0.53 m : hauteur de la poutre

3.2.1.3 Combinaison des cas de charges
3.2.1.3.1 Sécurité structurale (ELU)
Actions permanentes
γg
Actions variables
γq , ψ
Partie d’ouvrage Poids propre Surcharge Neige1
Vent
Toiture 1.35 1.35 1.50 0.6
1.35 1.35 0.92 1.5
Neige :
Ψ0 =1-60/h0 = 1-60/730 = 0.92
3.2.1.3.2 Flèches admissibles (ELS)
Partie de
structure
Type de
contrôle
Cas de charge
Combinaison de charges
Limite de
service
Ed ψ cd
Toiture
aptitude au
fonctionne
ment
rare
- poids propre
- charge permanente
- neige
- vent
1.00
1.00
0.66*
0.0
w ≤ l/500***
(élément
fragile)
aspect
quasi
permanent
- poids propre
- charge permanente
- charge utile
- neige
1.00
1.00
0.00
0.00**
w ≤ l/300***
(Selon SIA 260, annexe A)
* : ψ0 = 1- 250/h ≥ 0.00, avec h = l’altitude du bâtiment
** : ψ0 = 1- 1000/h ≥ 0.00, avec h = l’altitude du bâtiment
*** : flèche, après déduction d’une éventuelle contreflèche
1
Uniquement sur les parties d’ouvrage ou de la neige peut se déposer.

Les cas de charges (statik-5)

Figure 9 : Enveloppes des efforts intérieurs à l’ELU
3.2.2 Efforts

3.2.3 Calcul de dimensionnement
3.2.3.1 Vérification à la sécurité structurale (ELU)
Les valeurs de dimensionnement à utiliser sont décrites dans la norme SIA 2052.
 Résistance du BFUP à la traction
fUtud =
𝜂 𝑡∗ 𝜂ℎ𝑢∗ 𝜂 𝑘∗ 𝑓 𝑈𝑡𝑢𝑘
𝛾 𝑈
(eq.(2), SIA 2052)
𝜂 𝑡 = 1.0
𝜂ℎ𝑢 = 1.0
ηk = 0.9 (comportement d’ensemble)
γU = 1.5 (BFUP armé)
fUted =
0.9∗7.7
1.5
= 4.6 MN/m2
 Résistance du BFUP à la compression
fUcd =
𝜂 𝑘 ∗ 𝜂 𝑓𝑈1∗ 𝜂 𝑓𝑈1∗ 𝑓 𝑈𝑐𝑘
𝛾 𝑈
(eq. (4), SIA 2052)
𝜂 𝑘 = 0.9
ηfU1 = 0.85
fUcd =
0.85∗0.9 ∗ 150
1.5
= 77.0 MN/m2
 Module d’élasticité
EUd = EUm = 48‘000 MN/m2
(selon Figure 4, SIA 2052 :2014 )
(Module d’élasticité caractéristique du Ductal, entre 45’000 et 50'000 MN/m2
)
 Résistance au cisaillement
𝜏 𝑐𝑑 =
0.3∗ 𝜂 𝑡∗√𝑓 𝑐𝑘
𝛾 𝑀
=
0.3∗1∗√160
1.5
= 2.53 𝑀𝑁/𝑚2
(eq. (3), SIA 262)

3.2.3.1.1 Dimensionnement à la flexion
Le dimensionnement à la flexion pour une section en BFUP armé diffère d’une
section en béton armé classique par la prise en compte de la résistance à la traction en
BFUP. Selon la norme SIA 2052 :2014 (Béton BFUP) le modèle de résistance s’établit
comme suit :
Figure 10 : Modèle de résistance Béton BFUP

Vérification section h=45cm, section sur appui
 Equilibre des forces
FUcd = Futd + Fsud
Ici :
𝑥 = 0.122 𝑚 = 122 𝑚𝑚
𝑓𝑈𝑡𝑢𝑑 = 4.6 𝑀𝑁/𝑚2
𝑓𝑈𝑐𝑑 = 77 𝑀𝑁/𝑚2
h d
b
h = 450 mm
d = 394 mm
b = 60 mm
As = 308 mm2
(3xΦ 14mm)
As

 Moment résistant
Calcul du Moment résistant selon le modèle :
MUrd = FUtd * zUt + FsUd * zsU
Ici :
MUrd = 0.0814 MN * 0.262 m + 0.201 MN * 0.353 m
MUrd = 0.0213 MNm + 0.0710 MNm = 0.0923 MNm
= 92.3 kNm > Med = 75.36 kNm
ZUt
ZsU
Partie fibres
Métalliques
= 25 %
Partie Acier
passif
= 75 %
X

Vérification section h=63cm, section sur appui
 Equilibre des forces
𝑥 = 0.114 𝑚 = 114 𝑚𝑚
 Moment résistant
MUrd = FUtd * zFU + Fsud * z
MUrd = 0.1283 MN * 0.360 m + 0.1340 MN * 0.552 m
MUrd = 0.0462 MNm + 0.0740 MNm = 0.1201 MNm
= 120.1 kNm > Med = 51.18 kNm
Partie fibres
Métalliques
= 38 %
Partie Acier
passif
= 62 %
h d
b
h = 630 mm
d = 530 mm
b = 60 mm
As = 308 mm2
(2xΦ 14mm)
As

3.2.3.1.2 Dimensionnement aux efforts tranchants
La valeur de dimensionnement de la résistance à l’effort tranchant superpose la
résistance à l’effort tranchant du BFUP et celle de l’armature d’effort tranchant, selon
l’équation suivante :
Vrd = VrdU + Vrd,s (eq. 11, SIA 2052 :2014)
Résistance du béton BFUP :
Vrd, U =
𝑏 𝑤∗𝑧∗0.5∗(𝑓𝑈𝑡𝑒𝑑+𝑓𝑈𝑡𝑢𝑑)
tan 𝛼
Pour h=63 cm
Vrd, U =
0.06∗0.55∗0.5∗(4.6+4.2)
tan30
= 251 kN >> Ved = 23.77kN
Pour h=45 cm
Vrd, U =
0.06∗0.35∗0.5∗(4.6+4.2)
tan30
= 160 kN >> Ved = 43.89 kN
Dans notre cas l’effort tranchant maximal est égal à 43.89 kN, il n’est donc pas nécessaire
d’avoir recours à une armature d’effort tranchant.

3.2.3.2 Vérification à la stabilité de la structure
3.2.3.2.1 Contrôle au déversement de l’ensemble poteau-poutre (selon SIA 263)
La toiture assure le contreventement des cadres par l’intermédiaire de solives,
distantes de 60 cm entre elles, et fixées par des cornières aux poutres BFUP. La vérification
à la stabilité concernera donc uniquement la partie « visible » des lames BFUP, c’est-à-dire
le poteau et la partie d’environ 3.5 m de la poutre. La longueur totale pour le calcul du
déversement est donc égale à 7.2 m. Les appuis autorisent la rotation dans la direction
perpendiculaire au plan. Ils seront donc considérés comme rotulés.
Selon la norme SIA 2052, « la défaillance par instabilité des structures pourra être étudiée
par analogie avec les méthodes de la construction métallique, selon la norme SIA 263 ».
Dans notre cas, la poutre en béton pourrait être dimensionnée selon la classe de section 3,
selon laquelle nos efforts sont dimensionnés selon la méthode élastique ainsi que la
résistance (méthode EE).
Le contrôle à la stabilité se réalise avec la formule (50) de la SIA 263, comme les sections 1
et 2, à la différence que les résistances sont calculées selon la méthode élastique.
𝑁𝐸𝑑
𝑁𝑘,𝑅𝑑
+
𝜔 𝑦
1 −
𝑁𝐸𝑑
𝑁𝑐𝑟,𝑦
∗
𝑀 𝑦,𝐸𝑑
𝑀 𝐷,𝑅𝑑
+
𝜔 𝑧
1 −
𝑁𝐸𝑑
𝑁𝑐𝑟,𝑧
∗
𝑀𝑧,𝐸𝑑
𝑀𝑧,𝑅𝑑
≤ 1.0
Selon le paragraphe 5.1.10.3, les poteaux et barres libres latéralement peuvent être
employés à titre approximatif avec ω égal à 1.
Figure 11 : Partie à considérer pour le
déversement

Moment résistant au déversement:
Selon le paragraphe 5.1.10.3, les poteau et barres libres latéralement peuvent être
employées à titre approximatif avec ω égal à 1. En faisant ce choix, nous sommes du côté
de la sécurité.
𝑀𝑧,𝐸𝑑 = 5 𝑘𝑁𝑚
𝑀 𝑦,𝐸𝑑 = 51.98 𝑘𝑁𝑚
𝑁𝐸𝑑
𝑁𝑘,𝑅𝑑
+
𝜔 𝑦
1 −
𝑁𝐸𝑑
𝑁𝑐𝑟,𝑦
∗
𝑀 𝑦,𝐸𝑑
𝑀 𝐷,𝑅𝑑
+
𝜔 𝑧
1 −
𝑁𝐸𝑑
𝑁𝑐𝑟,𝑧
∗
𝑀𝑧,𝐸𝑑
𝑀𝑧,𝑅𝑑
=
0.0285𝑀𝑁
0.185𝑀𝑁
+
1
1 −
0.0285𝑀𝑁
38.9𝑀𝑁
∗
0.052𝑀𝑁𝑚
0.157𝑀𝑁𝑚
+
1
1 −
0.0285𝑀𝑁
0.104𝑀𝑁
∗
0.005𝑀𝑁𝑚
0.019 𝑀𝑁𝑚
= 0.84 < 1
Selon l’équation (50) de la SIA 263, il n’y a pas de risque de déversement.

3.2.3.2.2 Contrôle de l’ensemble poteau-poutre selon la Méthode des Eléments
Finis.
Afin d’effectuer un second contrôle de cet élément spécial, c’est le logiciel R-FEM de Dlubal
qui calculera les contraintes dans le matériau à l’aide de la méthode des éléments finis.
 Modélisation de l’élément poteau-poutre
Cotation de l'élément poteau-poutre à analyser
Dimensions du modèle :
Section : 0.63 m x 0.06 m
Lpoteau = 3.65 m Lpoutre = 3.35 m
Type de modèle : solide
Type d’appui : rigide (en pied de poteau et sur la tranche de la poutre)
Excentricité : L’ensemble a été décalé en pied de poteau de 0.191° ce qui
correspond à un décalage en haut du poteau de 12 mm (l/300),
qui serai due à une imperfection.
Matériau : BFUP (E= 48'000 MPa, ɣc = 27.5 kN/m3
)
Maillage des éléments finis : l = 0.30 m

 Les charges
Les valeurs des efforts internes obtenus avec le logiciel Statik de Cubus ont été
reportées dans le logiciel R-FEM.
Une charge ponctuelle, qui correspond, à l’effort normal dans le poteau, de 23.09 kN a été
rajoutée.
Une charge répartie correspondant au poids propre a été rajouté sur la poutre :
Fd = 0.63*0.06*27.5 kN/m3
= 1.04 kN/m
De plus, une charge horizontale, appliquée sur les faces latérales des poutres, due au vent
de 0.49 kN/m2
a été créé et orientée dans la direction la plus défavorable.
Charges agissant sur l'ensemble poteau-poutre
Efforts obtenu lors de
l'analyse statique
Charges horizontales dues au vent

 Les résultats
Défomations
Les déformations maximales
Les déformations maximales trouvées par le modèle sont de l’ordre de 2.6 mm, ce qui
correspond à une déformation de l/1000, donc négligeable.

Contraintes
On remarque que les zones foncées, celles qui correspondent à une tension dans le
béton BFUP supérieure à la limite de dimensionnement en traction du BFUP (futd = 4,6
N/mm2
) sont situées dans les zones supérieurs du noeud, là où les armatures passives
reprennent la traction.
La contrainte maximale dans le BFUP en compression est égale à 17.1 N/mm2
, largement
inférieur à la limite de dimensionnement en compression du BFUP (fucd = 77 N/mm2
). Donc
l’ensemble ne présente pas de risque d’instabilité face au déversement.
contraintes σx
+
(kN/m2
) contraintes σy
+
(kN/m2
)
contraintes σx
-
(kN/m2
) contraintes σy
-
(kN/m2
)

3.2.3.2.3 Stabilité face au contreventement
Description des éléments reprenant les charges horizontales
La stabilité des poutres entre elles, sollicitées par les charges horizontales, est assurée par
le panneau OSB fixé sur les poutres par la face supérieure.
Résistance toiture OSB
Figure 12 : Vue en plan de la toiture
Résistance caractéristique à la pression latérale:
𝑓ℎ,𝑘 = 50 ∗ 𝑑−0.6
∗ 𝑡0.2
= 50 ∗ 10−0.6
∗ 250.2
= 23.9 𝑁/𝑚𝑚2
(Tableau 31 SIA265/1)
Panneau OSB de contreventement
Solives en bois

Rd,HWS = min 1.0 * 1.0 * 3700N =3.7 kN
2
3
∗
0.9
1.2
∗ 23.9 ∗ 10 ∗ 25=2987N =2.9 kN > Fed = 2.37 kN

3.2.3.3 Conception parasismique de la structure
Pour la stabilité générale, l’ensemble de la toiture sera fixé le long du mur de la maison à
l’aide d’un LNP scellé dans le mur grâce à des goujons, sur lequel viendra se fixer le
panneau OSB. Ce mur sera un sommier en béton armé de 18 cm de large, qui s’appuiera
d’un côté sur la dalle existante et de l’autre côté sur un poteau en béton armé à créer.
 Calcul du spectre de dimensionnement
Sd = 0.27

 Calcul des sollicitations horizontales dues au séisme
L’hypothèse de répartition des charges est la suivante :
La partie orange est reprise par l’encastrement dans le sommier, la partie verte est celle
reprise par la toiture OSB fixé contre le mur de la villa à l’aide d’un profil LNP et enfin on
admet que la partie jaune est reprise par le mur de la cuisine.
 Calcul de la résistance de la toiture OSB :
Résistance de la toiture :
FRd = 22 * 2.13 kN
= 46.9 kN > FHEd = 27.7 kN
0.25 m
Vis de fixation (OSB/LNP) Φ 5 mm

3.2.3.4 Dimensionnement à l’état limite de service (ELS)
3.2.3.4.1 Vérification à l’aptitude au service (ELS)
Med (ELS) = 52.2 kNm
 Vérification des contraintes de traction selon le modèle :
Une analyse en section est réalisée sur la section mixte pour connaître le moment maximale
qui peut être appliqué afin que les contraintes limites ne soient pas dépassées.
Un module de déformation apparent du BFUP écrouissant est estimé et utilisé pour l’analyse
en section.
Eu,app = 10'000 MN/m2
La hauteur de l’axe neutre, x, est calculée en fixant la déformation à la fibre supérieure du
BFUP écrouissant égale à :
𝜀 𝑈𝑡 =
𝑓𝑢𝑡𝑒𝑘
𝐸 𝑢,𝑎𝑝𝑝
=
7.0 𝑀𝑃𝑎
10′000𝑀𝑃𝑎
= 0.7 ‰
Le béton et l’acier restent dans le domaine élastique.

La position de l’axe neutre est trouvée par itération :
1ere Itération : X = 150mm et en postulant à l’équilibre des forces
ε (°/oo) A (mm2) σ d (MN/m2) Fd (kN) d (mm) md (kNm)
BFUP en traction 0.70 13500 7.00 94.50 350 33.1
As 0.85 462 175.07 80.88 394 31.9
BFUP en
compression
à x/3 -0.35
6750
-16.80
-113.40 50 -5.7
max -0.53 -25.20
∑ Forces int. 61.98 Mrd = 59.3
2eme Itération : X = 180mm
ε (°/oo) A (mm2) σ d (MN/m2) Fd (kN) d (mm) md (kNm)
BFUP en traction 0.70 12150 7.00 85.05 360 30.6
As 0.83 462 170.61 78.82 394 31.1
BFUP en
compression
à x/3 -0.47
8100
-22.40
-181.44 60 -10.9
max -0.70 -33.60
∑ Forces int. -17.57 Mrd = 50.8
3eme Itération : X = 174mm
b 60 mm
h 450 mm
X 174 mm
Zs 220 mm
Zut 184 mm
Zuc 116 mm
ε (°/oo) A (mm2)
σ d
(MN/m2) Fd (kN) d (mm) md (kNm)
BFUP en traction 0.70 12420 7.00 86.94 358 31.1
As 0.84 462 171.58 79.27 394 31.2
BFUP en
compression
à
x/3 -0.44 7830 -21.18 -165.86 58 -9.6
max -0.66 -31.77
∑ Forces int. 0.35 Mrd = 52.7
La somme des forces internes est presque égale à 0, l’axe neutre est donc assez
précisément à 174mm.
Vérifications :
- BFUP traction : σut = 7.0 MN/m2
= futek = 7.0 MN/m2
O.K.
- acier d’armature : σs = 171.6 MN/m2
<< fsd = 435.0 MN/m2
- béton (en compression) : σc = 31.8 MN/m2
< fcd = 77.0 MN/m2
- Moment résistant : Mrd = 52.7 kNm > Med (ELS) = 52.2 kNm
Les vérifications sont satisfaites et les dimensions sont donc validées.

3.2.3.4.2 Fluage et retrait
Le fluage du BFUP est essentiellement influencé par l’âge de mise en charge, ainsi que la
durée et l’intensité de la sollicitation.
Flèche admissible selon SIA 261 :
Wadm = L / 500 = 10.8 m /500 = 21.6 mm
La flèche due au fluage peut être estimée avec la relation suivante :
wUφ = wUel * ( 1 + φU ( t, t0)) (éq. (7) SIA 2052 :2015)
Le coefficient de fluage est déterminé de la manière suivante :
φU (t , t0) = φU,∞ (t∞, t0) *
( 𝑡−𝑡0 ) 𝑎
( 𝑡−𝑡0) 𝑎 + 𝑏
t0 : âge en jours du BFUP au début de la sollicitation
t : durée de la sollicitation
a = 0.6
b = 3.2
 Flèche totale théorique
Wtot = wUφ(neige) + wUφ(PP+Surcharges) = 13.93 + 7.0 = 20.93 mm < 21.6 mm
Remarque : On constate que le BFUP est fortement moins soumis au phénomène de fluage
et de retrait. La flèche théorique est deux fois moins importante qu’un béton ordinaire
environ : Le facteur de fluage est ici de 2,2 alors que pour un béton classique, la valeur
usuelle est de 4.

3.2.4 Schéma d’armature

3.2.5 Assemblages
Du fait de la difficulté à bétonner un tel produit sur le chantier, la fabrication des lames en
BFUP se fera en atelier de préfabrication.
Pour pallier à la problématique de transport et de montage, la lame sera réalisée en 3
parties.
Les assemblages suivants ont fait l’objet d’une attention particulière.
Figure 13 : Les différents assemblages des lames BFUP
Liaison 1 : sommier/poteau
Liaison 2 : poteau/poutre
Liaison 3 : poutre/poutre

3.2.5.1 Liaison 1 : sommier d’appui / poteau BFUP
Les lames BFUP reposent sur un sommier côté Sud. Ce sommier sera bétonné sur
place, il sera donc nécessaire d’avoir des réservations afin de venir mettre en place les
poteaux, que l’on viendra ensuite remplir avec du mortier auto-plaçant. Ces lames
s’appuieront sur un étayage provisoire pendant la mise en place de la poutre et des
contreventements.
Figure 14 : Liaison sommier / poteau
Nous utiliserons donc des armatures de liaison à haute-performance comme les « Tiranox®-
ancre de traction » d‘ Ancotech, Type TWE, par exemple. L’ancrage est de 10 fois le
diamètre.
La résistance en traction pour une ancre :
Nz, Rd = 136.7 kN
Le moment résistant de cet assemblage peut être contrôlé comme ceci :
MRd = Nz, Rd * e = 136.7 kN * 0.2 m = 27.34 kNm > MEd = 25.37 kNm

3.2.5.2 Liaison 2 : poteau/poutre
Figure 15 : Liaison poteau / poutre
L’assemblage poteau/poutre devait être le moins visible possible, car le plus exposé. On a
donc choisit un assemblage par collage. Deux armatures type Ancotech Baron seront donc
laissées en attente au bas de la poutre. Deux réservations seront réalisées lors du
bétonnage du poteau à l’aide de gaine torsadée pour une meilleure adhérence. Lors du
montage, la poutre va venir se placer au-dessus du poteau et les armatures en attente vont
venir se glisser dans les réservations préalablement remplies de scellement chimique type
Hilti HIT RE 500.
Une réservation sera aussi prévue sur le dessus du poteau
pour permettre à l’encoche réalisée de s’insérer. (Voir détail
ci-contre).

3.2.5.3 Liaison 3 : poutre/poutre
Description
Cette note de calcul va donc porter sur la vérification de l’assemblage n° 3 qui joint les deux
parties de la poutre pour une longueur totale de 15 m.
Elévation de la lame BFUP

Détail de l'assemblage n°3

Les normes
SIA 263
SIA 262
SIA 2052
Guide européen des ancrages ETAG 001
Les matériaux
Les actions
ELU
ELS
MzEd 1.0kN m
Acier, classe de résistance 4.6 :
Béton BFUP :
fub 400
MN
m
2

 M2 1.25
fy 235
MN
m
2

fUtd 4.6
MN
m
2

cd 2.53
MN
m
2

VEd 28kN
MyEd 5.21 kN m
MyEd 3.86 kN m

Vérification de l’assemblage aux ELU
 Vérification du béton :
Sollicitations aux efforts tranchants :
On admet que tout l'effort tranchant est repris par l'encoche crée
entre les deux poutres.
> à Ved = 28 kN
 Vérification de la plaque en acier :
Actions selon l'axe fort y
Résistance de la plaque :
> À Med = 5.21 kNm
Actions selon l'axe faible z
Résistance de la plaque :
> à Med = 1.0 kNm
hencoche 300mm
bencoche 30mm
fUted 4.6
MN
m
2

 45°
VRdencoche
0.9 hencoche bencoche 0.5 fUted fUtd 
tan ( )
37.26 kN
 M1 1.25
MRd
fy
t h
2

6

 M1
60.912m kN
MRd
fy
t b
2

6

 M1
1.692m kN
b 60mm
t 15 mm
h 360mm
t 15mm

 Vérification de l’assemblage collé
Résistance SANS préparation de la
surface de béton à coller
Colle sikadur_30 :
Valeur conservatrice, sans préparation
de la surface à coller
Plaque métallique FLA 450x360x15
Hypothèse conservatrice : seulement 1/3 de la surface de la plaque reprend la
force de traction
supérieur à
ftdh 1.7
MN
m
2

 b 1.5
Frdcolle
1
 b
ftdh
L
2

1
3
 h 30.6kN
Mrd Frdcolle h
1
3
h






 7.344kN m
MEd 5.21kNm
t 15 mm
L 450mm
h 360 mm
Schéma de principe de l’assemblage n°3

Colle sikadur_30 :
Valeur avec préparation de la surface à coller
(projection d’abrasif ou ponçage).
Plaque métallique FLA 450x360x15
Hypothèse conservatrice : seulement 1/3 de la surface de la plaque reprend la
force de traction
Résistance AVEC préparation de
la surface de béton à coller
supérieur àMrd Frdcolle h
1
3
h






 12.96kN m MEd 5.21kN m
Frdcolle
1
 b
ftdh
L
2

1
3
 h 54kN
 b 1.5
t 15mm
L 450mm
h 360mm
ftdh 3.0
MN
m
2


Vérification de l’assemblage aux ELS
La vérification réalisée ici concerne la sécurité structurale qui reste en situation accidentelle
lorsque, par exemple, il y a un incendie et que la liaison n'est plus assurée que par les boulons.
Assemblage n°3, avec 4 tiges M16
Matériaux :
fckcube 150
BFUP
Vérification réalisée selon le guide européen des ancrages ETAG 001
 Résistance des boulons
résistance au cisaillement :
Boulon M16
> Fed = 13.79 kN
MN
m
2
As16 
16mm
2






2
 201.062mm
2

FvRd16 0.6
fub As16
 M2
 38.604 kN
FEd
MyEd
p1
13.786 kN
p1 280 mm
MyEd 3.86 kN m
Fed
Fed=
𝑴𝒆𝒅
𝒑 𝟏
p1
MyEd
Schéma de principe
Eq (73) SIA 263

Rupture du béton par effet de levier du côté opposé à la direction de la charge (ETAG 001)
Paragraphe 5.2.3.3 (ETAG 001)
 Résistance du béton : Rupture du béton par effet de levier
Ici :
car pas d'effet de groupe
hypothèse conservatrice de béton fissuré
Supérieur à Ved = 13,79 kN
hef 40 mm
k 1 hef 60if
2 otherwise

VRkcp k NRkc NRkc
NRkc N0Rkc
AcN
A0cN
 sN reN ecN ucrN N0Rkc
N0Rkc 7.2 fckcube hef
1.5
 2.231 10
4
 N( )
ScrN 2 hef 16mm
A0cN ScrN ScrN 9.216 10
3
 mm
2

AcN ScrN ScrN 9.216 10
3
 mm
2

sN 0.7 0.3
c
ccrN







0.7 0.3
c
ccrN
 1if
1 otherwise

reN 0.5
hef
200
 0.7
ecN 1
ucrN 1
NRkc N0Rkc
AcN
A0cN
 sN reN ecN ucrN 1.562 10
4
 N( )
VRkcp k NRkc 1.562 10
4
 N( )
ccrN hef 40 mm
hef 40
c 90mm
c1 175 mm
hef 40mm

Cône de béton schématisé pour un arrachement en bord de dalle
Rupture du béton en bord de dalle
car situé en coin
doit être < 1
doit être > 1
Car l'angle α est égal à 0°
Car pas d'effet de groupe
Cas défavorable de béton fissuré
Supérieur à Ved = 13,79 kN
VRkc V0Rkc
AcV
A0cV
 sV hV V ecV ucrV V0Rkc
V0Rkc 0.45 dnom
lf
dnom






2
 fckcube c1
1.5
 2.673 10
5
 N( )
A0cV 2 1.5 c1 1.5 c1 1.378 10
5
 mm
2

AcV 1.5 c1 c2  h 2.415 10
4
 mm
2

sV 0.7 0.3
c2
1.5 c1
 0.86
hV
1.5 c1
h






1
3
1.636
V 1.0
ecV 1.0
ucrV 1.0
VRkc V0Rkc
AcV
A0cV
 sV hV V ecV ucrV 6.589 10
4
 N( )
h 60mm
c2 140mm
c1 175mm
c1 175
lf 40
dnom 18
mm
mm
mm

3.3 Etude thermique de l’extension

3.3.1 Calcul de la résistance au feu des poutres BFUP
La résistance définit dans la convention d’utilisation est R30. C’est-à-dire que la sécurité
structurale de l’extension doit être maintenue pendant 30 min minimum après le début
d’incendie pour permettre aux personnes d’évacuer les lieux.
3.3.1.1 Paramètres
Le logiciel utilisé sera Fagus 7 de CUBUS, avec le module d’analyse de section.
Définition de la section
Les paramètres sont ainsi configurés dans le logiciel:
Paramètres d'analyse Fagus – 7

3.3.1.2 Résultats
La courbe d’incendie utilisée est la courbe normalisée ISO 834.
Résultats d’analyse : température des armatures à 30, 60, 90 min
Courbes des températures à t=30 min

Le logiciel a calculé la résistance de la section à 30 min (le temps de ruine est déterminé à
42 min) :
MRd (30 min) = 56.4 kNm > MEd (incendie) = 30.4 kNm
3.3.1.3 Vérification selon la méthode de décomposition des forces internes
Facteur de réduction de l'acier en fonction de la température
Résistance de l'acier
fsk 500
MN
m
2

As1 154mm
2

Fsd1 ks1 As1 fsk
ks1 0.42s1 620.87 °
Etat limite de la section jusqu’à la ruine

Réduction de la section de béton armé
encore effectif à t=30 min, déterminée
par le tableau ci-dessous :
Position de l'axe neutre :
As2 154mm
2

As3 154mm
2

Fsd1 32.34 kN
Fsd2 63.14 kN
Fsd3 64.68 kN
Fsd Fsd1 Fsd2 Fsd3 160.16 kN
bfi b 2 az
fck 150
MN
m
2

h 450 mm
 0.8
az 10 mm
b 60 mmd 394 mm
ks3 0.84s1 462.61°
ks2 0.82s1 487.80°
w est la demi-largeur de poutre,
ici :
w = 60mm/2 = 30 mm

Facteur de réduction du béton en fonction de la température
Donc d’après le graphique :
On constate que la condition de non-effondrement à t=30 min est remplie.
De plus un revêtement en plaques de plâtre sera installé au plafond donc la sécurité des
poutres BFUP sera renforcée.
Bras de levier z :
Moment résistant
> Med = 30.4 kNm
c 500°C
x
Fsd
 bfi fck kc
58.538 mm
z d
 x
2
 0.371m
MRd z Fsd 59.353 kN m
kc 0.57

3.3.2 Etude de l’isolation thermique de l’extension
Apports de chaleur
Mois Δ T(°C) Qt (MJ/m2)
Qv
(MJ/m2)
Qi
(MJ/m2)
Qs
(MJ/m2) Total ng
Qh
(MJ/m2)
Janvier 19.5 62.8 12.1 6.3 22.1 28.4 1 46.5
Fevrier 15.7 50.8 9.8 5.7 35.3 41 0.98 20.4
Mars 12.8 41.5 8 6.3 52.9 59.2 0.79 2.7
Avril 9.5 30.2 5.8 6.1 57.8 63.9 0.56 0.2
Mai 4.8 15.6 3 6.3 64.5 70.8 0.26 0.2
Juin 2.0 6.7 1.3 6.1 65.3 71.4 0.11 0.2
Juillet 0.1 0.3 0.1 6.3 68.9 75.2 0 0.4
Août 0.7 1.9 0.4 6.3 65.9 72.2 0.03 0.1
Septembre 4.6 15.1 2.9 6.1 54.1 60.3 0.3 -0.1
Octobre 9.5 30.3 5.8 6.3 41 47.3 0.74 1.1
Novembre 14.6 47.5 9.1 6.1 22.5 28.6 1 28.0
Décembre 18.8 60.0 11.5 6.3 15.9 22.3 1 49.2
Total 362 69.8 74.2 566.2 640.6 _ 148.9
Qh (148.9 MJ/m2) inférieur à Qh,lim (159 MJ/m2), la déperdition thermique est donc
acceptée.

3.4 Etude de coût et du montage des
Lames BFUP

3.4.1 Etude de coût de fabrication des Lames BFUP
3.4.1.1 Informations sur le BFUP
Lors de la phase initiale du projet, plusieurs options ont été étudiées pour ce qui
concerne la matérialisation (BFUHP, bois lamellé collé, aluminium extrudé). En considérant
tous les aspects économiques (coûts de production et d’entretien), techniques (complexité
des détails constructifs), exécutifs (facilité de montage et possibilité d’assurer les délais), de
durabilité et architecturaux, l’option en BFUP a été retenue.
Du fait de la relative difficulté à bétonner un produit comme le BFUP, une entreprise
de préfabrication devra réaliser ces poutres. D’autant plus que le rendu de ces poutres très
architecturales devait être parfait, d’où l’utilisation d’un coffrage métallique possible
seulement dans une entreprise de préfabrication. C’est l’entreprise MFP Préfabrication
basée dans le canton de Neuchâtel qui réalisera ces poutres en BFUP, notamment du fait de
leur grande expérience dans l’utilisation de ce produit très particulier. Le BFUP s’apparente
quasiment à de l’acier de par ses performances mécaniques, donc la réalisation et pose
devra se faire au millimètre.
Les BFUP sont très spéciaux à réaliser, ils sont vendus sur le marché sous forme de
« prémix » qui présente des granulats très fins (< 1 mm), une granulométrie optimale, un fort
dosage en ciment et une porosité très réduite. Lors du bétonnage les fibres métalliques d’un
diamètre de 1mm et d’une longueur de 20 mm sont incorporées dans le malaxeur. Sur le
marché les prémix sont vendus par quelques entreprises : le BSI® d’Eiffage, le Ductal® de
Lafarge et le Holcim 707.
Les BFUP sont très sensibles aux conditions de réalisation, comme l’écoulement du
BFUP dans le coffrage par exemple qui tend à orienter les fibres dans le sens de
l’écoulement. L’emploi d’adjuvants tels que les plastifiants-réducteurs d’eau et fluidifiants
permettent au BFUP d’afficher un rapport E/C très bas. Les quantités d’eau sont
particulièrement bien surveillées (eau d’ajout, eau des granulats, eau des adjuvants). Une
hauteur de chute dans le coffrage de plus de 50 cm n’est pas recommandée due au risque
de ségrégation des fibres. La résistance à l’effort tranchant apportée par les fibres peut
permettre de ne pas mettre d’armatures transversales.
La longévité du BFUP peut s’expliquer par une cicatrisation des microfissures par une
condensation capillaire et formation d’hydrates. Des essais ont par ailleurs montrés que les
BFUP étaient particulièrement efficaces à maintenir un pH nécessaire à la passivation des
aciers.2
Quelques points sont encore à éclaircir concernant le processus de malaxage, transport et
l’écoulement à l’état frais. Des recherches sont en cours sur la mise au point d’un outil de
contrôle d’orientation des fibres. Un important champ de réflexion reste encore ouvert sur la
conception des assemblages et clavages entre éléments afin de garantir des performances
cohérentes, comme nous avons pu le constater lors du dimensionnement des poutres.
2
((AFGC), 2002)

3.4.1.2 Coût de la préfabrication et de la livraison
Coût total, environ 80'000 –CHF.

3.4.2 Etude de coût du transport des Lames BFUP
Ce chantier a la particularité d’être situé sur un coteau avec un accès difficile. Les poutres
ayant une longueur de 15 m, il n’était pas possible de les amener par camion jusqu’au
chantier. Il ne restait que deux solutions : soit les faire venir par hélicoptère, soit couper la
poutre en deux parties.
Une rapide comparaison (basée sur des travaux déjà réalisés par le bureau par hélicoptère)
a permis d’opter pour la seconde option.
Prix Hélicoptère Grue mobile
Somme HT 29’950 Fr 9’500 Fr

3.4.3 Etude du montage des Lames BFUP
Afin de bien détailler toutes les étapes de montage à tous les intervenants, un protocole de
montage a été réalisé.
3.4.3.1 Plan d’installation de chantier
Le plan d’installation de chantier pour le montage et le levage des Lames préfabriquées en
BFUP est à valider par l’entreprise de maçonnerie et l’entreprise de levage.
Les autorisations pour l’utilisation de la voie d’accès pendant le grutage seront demandées
par l’entreprise de maçonnerie.
Dans cette configuration, la distance de grutage lors de la pose des lames est d’environ 39
m. Le poids maximal d’une lame BFUP (avec les LNP pour fixation du solivage) est de 1,1
tonnes.
Plan d’installation de chantier

3.4.3.2 Etapes de montage
 Etayage
Le montage des lames en BFUP commence par la mise en place des étais puis d’un
platelage selon proposition de l’entreprise.
Plan d’étayage
Élément A
Élément B
Élément C

 Préparation des poutres
Au déchargement, les poutres sont posées sur la zone de dépôt située au nord de la maison,
sur des poutres en bois et stabilisées par des équerres.
Les profilés LNP sont fixés sur chaque poutre et sur le mur de la villa.
LNP à fixer, sur les poutres posées au sol et sur le mur de la villa

 Structure
Etape 1 : Pose des appuis élastomères sur le mur de la cuisine.
Pose des appuis élastomères
Etape 2 : Levage et pose des éléments A (poteaux).
Les éléments Ancotech sont vissés aux tiges filetées en attente dans le poteau puis
l’ensemble est mis en place dans la réservation prévue dans le sommier en béton armé. Voir
détail assemblage n° 1 sur plan d’armature des lames BFUP.
La partie haute des éléments A sont appuyés sur les étais.
Etape 3 : Assemblage n° 1 : mise en place du mortier sans retrait dans les
réservations.
Etape 4 : Préparation assemblage n° 2
Mise en place du produit Hilti HIT-500 RE dans les réservations prévues dans les éléments
préfabriqué A (poteaux). Voir détail assemblage 2 sur les plans d’armature des lames BFUP.
Fixation des éléments Ancotech pendant le levage des éléments B.

Mise en place des deux barons Ancotech lors du levage
Mise en place des poutres au millimètre.
Etape 5 : Levage et pose des éléments B (poutres inclinées)
Une à une les poutres sont posées puis contreventées provisoirement selon le plan de
contreventement provisoire.
Déformation en mm de la poutre BFUP lors du grutage
Etape 6 : Préparation assemblage n° 3
Les faces à coller des poutres BFUP et des plaques FLA de l’assemblage n° 3 (voir détail
sur les plans d’armature des Lames BFUP) sont recouvertes d’une résine.

Etape 7 : Levage et pose des éléments préfabriqués C.
Les poutres seront contreventées par les doubles LNP permanents et le panneau multiplis.
Etape 8 : Fixation assemblage n° 3
Réglage grâce aux trous oblongs puis serrage des boulons pour plaquer les deux poutres au
maximum.
Etape 9 : Pose du solivage, calage de toutes les solives et mise en place du
mortier sans retrait sur appui glissant.
Mise en place du mortier sans retrait pour caler les poutres sur appuis glissant
Etape 10 : Démontage contreventement provisoire et pose du panneau
multiplis.
Le contreventement provisoire sera retiré au fur à mesure de la pose du panneau multiplis.
La première croix de contreventement est retirée puis le panneau mutltiplis est posé à la
place.
La seconde croix est retirée seulement ensuite, lorsque le panneau multiplis est posé.
Etape 11 : Pose complète de la toiture.
Etape 12 : Démontage des étayages et du platelage après la prise du mortier
sans retrait (8 jours).

3.5 Etude du cadre et du mur d’appui
supportant les lames BFUP

3.5.1 Dimensionnement du cadre d’appui en béton armé
3.5.1.1 Présentation de la structure
Cadre d'appui des lames BFUP
Ce cadre d’appui est situé côté Sud de la villa, il va servir d’appui de Lames BFUP. Pour des
raisons esthétiques, il aura cette forme oblique et viendra « cacher » le balcon existant.
Coupe des lames BFUP avec cadre d’appui en béton armé

Modélisation du cadre sur statik 5 (cubus)

3.5.1.2 Les cas de charges
Poids propre du cadre
Poids propre et surcharges des lames BFUP

3.5.1.3 Les combinaisons
Neige sur les lames BFUP et sur le sommier

3.5.1.4 Les efforts
N
V
M

3.5.1.5 Dimensionnement du sommier
 Calcul section d’armature
As =
𝑀𝑒𝑑
0.9∗𝑑∗𝑓𝑠𝑑
=
83.19∗10−3
0.9∗0.54.435
= 393 𝑚𝑚2
Choix 3 Φ 18 , As = 762 mm2
 Calcul Moment résistant
0.85x =
𝐴𝑠∗𝑓𝑠𝑑
𝑏∗𝑓𝑐𝑑
=
762∗10−6 𝑚2∗435
0.46∗20
= 0.036𝑚
z = d −
0.85𝑥
2
= 0.54 −
0.036
2
= 0.522 𝑚
Mrd = As * fsd * z = 762 * 10-6
*435 * 0.522 = 173 kNm > Med = 83.09 kNm
 Calcul section des étriers
asw =
𝑉𝑒𝑑
𝑓𝑠𝑑∗𝑧∗cot 𝛼
=
149.3∗10−3
435∗0.9∗0.54∗
cos 45
sin 45
= 706 𝑚𝑚2
avec α = 45 °
Choix 2x Φ 10 , e = 15 cm, As = 1046 mm2
Vrds = asw * fsd * 0.9 *d *
cos 45
sin45
= 221 kN > Ved = 149.3 kN
Section de béton effective
Données :
Acef = 0.46m x 0.58m = 0.267m2
Beton NPK C: C 30/37
cnom = 3 cm
Acier B500B

 Résistance béton
Vrdc = bw * z * kc * fcd *cos α *sin α = 0.46*0.9*0.54*0.8*20*cos 45 *sin 45 =1'788 kN
> Ved = 149.3 kN
 Armature minimale
1046𝑚𝑚2
1000𝑚𝑚 ∗ 460𝑚𝑚
= 0.23 % > 0.2 % 𝑂𝐾
 Schéma d’armature

3.5.1.6 Dimensionnement des murs
Vue en plan mur d'appui
 Calcul section d’armature longitudinale
Meds = Med – Ned * zs1 avec zs1 = d – h/2 =31.5 – 35/2 = 0.14m
= 130 kNm – ( – 150 kN) * 0.14 m
= 151 kNm
As =
1
𝑓𝑠𝑑
∗ (
𝑀𝑒𝑑𝑠
𝑧
+ 𝑁𝑒𝑑) =
1
435
∗ (
0.151
0.9∗0.315
− 0.150) = 880 𝑚𝑚2
Choix 4 Φ 18 ( As = 1016 mm2
)
 Résistance
0.85x =
𝐴𝑠∗𝑓𝑠𝑑−𝑁𝑒𝑑
𝑏∗𝑓𝑐𝑑
=
1016∗ 10−6∗435−(−0.150)
0.4∗20
= 0.074 𝑚 = 7.4 𝑐𝑚 ≤
𝒅
𝟐
= 𝟏𝟓. 𝟕𝟓 𝒄𝒎
z = d -
0.85𝑥
2
= 0.315 -
0.074
2
= 0.278 m
Mrds = ( As * fsd – Ned ) * z = (1016 * 10-6
*435 – ( - 0.150)) * 0.278
= 164.5 kNm > Med = 151 kNm
 Armature minimale (élément comprimé)
As min = 0.6 % * Ac = 0.006 * 0.35 * 0.4 = 840 mm2
< As choisi = 1016 mm2
Section de béton effective
Données :
Epaisseur mur : 35 cm
Acef = 0.40m x 0.35m = 0.140m2
Beton NPK C: C 30/37
cnom = 3 cm
Acier B500B

 Armature horizontale :
Ved = 89.1 kN
asw =
𝑉𝑒𝑑
𝑓𝑠𝑑∗𝑧∗cot 𝛼
=
89.1∗10−3
435∗0.278∗cot 45
= 737 mm2
/ m
Choix 2 Φ 10, e = 15cm ( As = 1046 mm2
/m)
 Calcul section minimale pour éviter une défaillance fragile lorsque fctd est atteint
(SIA 262, 4.4.1.3)
t =
ℎ
3
=
0.35𝑚
3
= 0.117 𝑚
kt =
1
1+0.5∗𝑡
=
1
1+0.5∗0.117
= 0.947
fctd = kt * fcteff = 0.947 * 2.9 MN/m2
= 2.74 MN/m2
Mcr = fctd * Wc = 2.74 *
1.0𝑚∗0.352
6
= 56.0 𝑘𝑁𝑚
As =
𝑀 𝑐𝑟
0.9∗𝑧∗𝑓𝑠𝑑
=
56.0∗10−3
0.9∗0.31∗435
= 461
𝑚𝑚2
𝑚
Choix Φ 12, e = 15cm (As = 754 mm2
/m)

 Schéma d‘armature :

3.5.1.7 Dimensionnement des fondations
 Description
 Les actions
Med longitudinal = Ned(BFUP) * e = 160 kNm * 1.2m = 192kNm
Med transversal = 53 kNm (logiciel)
Ned = Ned (BFUP) + Ned (poids propre du mur)
= 160 kN + 0.35m * 2.9m * 2.35m * 25kN/m3
= 220 kN
 Calcul des aciers inférieurs
Ned = 160 kN
295 kN/m2
313 kN/m2

Med =
(313
𝑘𝑁
𝑚2
+295
𝑘𝑁
𝑚2
)
2
∗ 0.50𝑚 ∗ 1𝑚 ∗
0.50𝑚
2
= 46 𝑘𝑁𝑚
As =
𝑀𝑒𝑑
0.9∗𝑑∗𝑓𝑠𝑑
=
46∗10−3
0.9∗0.36∗435
= 326
𝑚𝑚2
𝑚
Choix Φ 12, e = 15 cm (As = 754 mm2)
 Schéma d’armature

Capacité portante d'une fondation (sol)
Ouvrage Mur appui BFUP Résumé
Partie d'ouvrage Fondation côté route D imensions Largeur 1.3 m
Section ELU OK Longueur 2.4 m
sécurité 1.07 Epaisseur 0.40 m
pas de nappe Prof. appui 1 m
Sollicitations
Moment transv (larg) Med 53 kNm
Moment long (long) Med 192 kNm Excentricité trans 0.211 m gamma gsup 1.35
Eff. tranchant transv Ved 0 kN gamma tg(phi) 1.2
Eff. tranchant long. Ved 0 kN Inclinaison résult. trans 0.00 ° gamma c 1.5
Effort normal (Ned) 220 kN Excentricité longitudinale 0.76 m Coef global 1.4 Coef pour calcul contr. effectives
Poids propre fondation 31.2 kN
Effort normal total Ned 251.2 kN Inclinaison result longit. 0.00 °
Fondation
Largeur 1.3 m
Longueur 2.4 m calcul par m' (O/N) n
Epaisseur 0.4 m
Profondeur d'appui 0.7 m
Largeur effective 0.88 m
Longueur effective 0.87 m
Aire effective A' 0.77 m2 Contrainte sous A' 328 KN/m2
.
Sol
angle de frottement int. caract 30 ° Valeur utilisée 30.00 °
cohésion caractéristique 0 KN/m2 Nq Nc N
angle de frottement interne dim 25.7 ° de dimensionnement rad 0.4484341 11.47 21.77 Lisse 9.07
cohésion de dimensionnement 0.00 KN/m2 13.73 26.47 Rugeux 12.25
Masse volumique sous fond. 20 KN/m3 -> déjaugé : 20
Masse volumique remblai 20 KN/m3 20
Lisse / rugeux 0 1 = lisse; 0 = rugueux Valeurs retenues 13.73 26.47 12.25
Niveau de la nappe 2 (0=surface, 1=surf.app 2: pas)
sol compact
Module d'élasticité 4.00E+04 KN/m2 Contr. effect. niv. fond 14 KN/m2
Coef. de Poisson 0.35
Souple ou rigide S (S ou R) Termes cohésion profondeur largeur
Rapport L/B 1.84615385 0.0 276.3 75.1
Coef. Cf 1.46 Souple
Paramètres
sq 1.44
sgamma 0.70 Transversal Rd/A' 351.3 kN/m2 308 KN/m'
sc 1.47
Longitudinal Rd/A' 351.3 kN/m2 306 KN/m'
iq transversale 1.00
igamma transversal 1.00 Rd/A' 351.3 kN/m2
ic transversal 1.00
iq longitudinal 1.00 NRd 269 KN OK
igamma longitudinal 1.00
ic longitudinal 1.00
Calcul élastique (traction +)
J fl transv 0.4 m4 W trans 0.7 m3
J fl long 1.5 m4 W long 1.2 m3
s 1 -5 KN/m2
s 2 152 KN/m2
s 3 -156 KN/m2
s 4 -313 KN/m2
Tassements probables 9.21E-03 m
(charges verticale centrée !) 9 mm
larg
long
1
2 3
4
M trans
M long

4. Les aménagements
extérieurs

4.1 Fondations du bassin
4.1.1 Les actions
La piscine est située sur un coteau, longitudinalement dans le sens de la pente. Pour assurer
sa stabilité (tassements différentiels) nous avons eu recours à des fondations sur
micropieux.
Vue en plan du bassin extérieur et coupe des micro-pieux
Coupe de du bassin extérieur
P1 P2
P3
P4 P5
P6

Descente de charges sur les micropieux :
P1 : Qk = (3.25 m x 2.1 m x 0.25 m + (3.25+2.1) x 0.25 m x 1.7 m) x 25 kN/m3
+ 10 kN/m3
x 3.25 m x 2.1 m x 1.7 m
= 100 kN + 116 kN
Qd = 1.35 x (100 + 116) = 292 kN
P2 : Qk = (6.25 m x 2.1 m x 0.25 m + 6.25m x 0.25 m x 1.7 m) x 25 kN/m3
+ 10 kN/m3
x 6.25 m x 2.1 m x 1.7 m
= 148 kN + 223 kN
Qd = 1.35 x (148 + 223) = 501 kN
P3 : Qk = (3.25 m x 2.1 m x 0.25 m + (3.25 + 2.1) x 0.25 x 1.7 + 1.15 x 2.85 x 0.25 ) x
25 kN/m3
+ (3.25 m x 2.1 m x 1.7 m + 0.9m x 0.5 m x1.85 m) x 10 kN/m3
= 120 kN + 125 kN
Qd = 1.35 x (120 + 125) = 331 kN
P4 : Qk = 216 kN + (2.0 m x 3.25 m x 0.25 m) x 25 kN/m3
Qd = 1.35 x (216 kN + 41 kN) = 347 kN
P5 : Qk = 148 kN + 223 kN + (2.0m x 6.25 m x 0.25 m) x 25 kN/m3
Qd = 1.35 x (148 + 223 + 78 kN) = 607 kN
P6 : Qk = 120 kN + 125 kN + 41 kN
Qd = 1.35 x (120 + 125 + 41 kN) = 386 kN

4.1.2 Dimensionnement des micropieux
Le micropieu est une fondation
profonde qui a pour but de
reprendre les charges des
fondations superficielles. Ces
pieux fonctionnent uniquement
par frottement avec le sol. Dans
un premier temps le forage tubé
est réalisé puis le tube est
introduit, ensuite un remplissage
est mis en place puis on injecte le
coulis de ciment à l’intérieur du
tube.
Les micropieux utilisés ont un
diamètre externe de 18 cm, ce
qui correspond au diamètre de
forage.
Micro-pieux situés au centre (Fdmax = 607 kN)
Les tubes à utiliser pour les pieux situés au centre seront du type N80 (ancien tube pétrolier),
de diamètre 88.9 mm et d’épaisseur 9.5 mm. Ils auront une profondeur de 17 m, car les
forces de frottements du premier mètre du tube sont considérées comme nulles.
Ned, max 607 kN
Diamètre Surface frot.Surface Pointe Frottement Pointe Longueur R
cm m2/m m2 kN/m2 kN/m2 m kN de (m) a (m)
18
18 0.5655 125 16 1131 1 17
Rs (kN)
Pointe (Rb) 18 0.0254 0 0
Ra,k kN 16 1131
Essai
statique
1 Expérience 0.9 Calcul 0.7
Comp. Trac. Comp. Trac. Comp. Trac.
1.3 1.6 1.3 1.6 1.3 1.6
Ra,d kN 870 707 783 636 609 495
Terrain
Type
Moraine
Facteur de
convertion
Coeff. de résistance
Frottement
(Rs)
Facteur de convertion :
Résistance externe :
Base de calcul :
Selon SIA 267 chap. 9,5
Composition d'un micro-pieux

Micro-pieux situés aux extrémités (Fdmax = 386 kN)
Les micropieux situés aux extrémités auront donc une longueur de 11 m.
Ned, max 386 kN
Diamètre Surface frot.Surface Pointe Frottement Pointe Longueur R
cm m2/m m2 kN/m2 kN/m2 m kN de (m) a (m)
18
18 0.5655 125 10 707 1 11
Rs (kN)
Pointe (Rb) 18 0.0254 0 0
Ra,k kN 10 707
Essai
statique
1 Expérience 0.9 Calcul 0.7
Comp. Trac. Comp. Trac. Comp. Trac.
1.3 1.6 1.3 1.6 1.3 1.6
Ra,d kN 544 442 489 398 381 309
1.05
0.8
A fsk Fyk Ri,d
mm2 MN/m2 kN kN
Kuchler
R38/17 848.2 433 330
R38t 520 480 366
R51/28t 950 950 724
R51/28 1258 640 488
R76/63t 1300 1250 952
R76/59t 1742 1620 1234
R76/55t 2119 1950 1486
Tecsoil
R38N 770 400 305
R51N 1070 630 480
T76N 2120 1200 914
Ischebeck
Titan 40/20 726 430 328
Tube Tube D (mm) 88.9
88.9x9.5 2370 560 1327 1011 Tube type N80 e (mm) 9.5
A (mm2) 2370
Gewi
63.5 3187 1593.5 1214
Terrain
Type
Moraine
Selon SIA 267 chap. 9,5 & SIA 263 chap. 4.4
Facteur de
convertion
Coeff. de résistance
Valeurs des différents produits sur le marché :
Facteur de résistance
Facteur de convertion
Résistance interne :
SIA 263 /4.4.1.1
SIA 267 / 9.5.2.4.1
Frottement
(Rs)
Facteur de convertion :
Résistance externe :
Base de calcul :
Selon SIA 267 chap. 9,5

4.2 Bassin extérieur
Le bassin extérieur sera dimensionné selon le principe de la cuve blanche, donc le béton
sera conçu comme étanche car aucune autre étanchéité ne sera prévue.
(Selon SIA 272 : Etanchéités et drainages d'ouvrages enterrés et souterrains)
4.2.1 Présentation
Un bassin doit être construit au sud-ouest de la maison en bordure de parcelle.
Vue en plan de la villa et ses aménagements extérieurs

4.2.2 Base pour l’élaboration
La classe d’étanchéité applicable pour une piscine est soit la classe n°1 soit la classe n°2
selon la convention d’utilisation. (SIA 272, Tableau 3, 2.2.9)
La classe d’étanchéité choisit ici est la n°1, soit complétement sec, aucune tache d’humidité
n’est tolérée à l’intrados de l’ouvrage. (SIA 272, Tableau 2)
Selon SIA 272, 3.1.3.4, la largeur de fissure utilisée pour les calculs doit être comprise entre
0.1 mm et 0.2 mm pour la classe d’étanchéité 1.
L’épaisseur des murs et du radier sera de 25 cm, conformément aux exigences de la norme
(SIA 272, 3.1.3.3).
La classe d’exposition est XC4, cela implique d’utiliser un béton C 30/37 et de porter
l’enrobage cnom à 40 mm (tableau 18, SIA 262).
Vue en coupe du bassin extérieur
Les sollicitations extérieures :
La hauteur maximale d’eau dans le bassin est de 2 m.
La hauteur maximale de la poussée des terres est de 2.5 m.

Les matériaux
Béton : Type : C 30/37
Classe d'exposition : XC 4
Enrobage minimum : 40 mm
Acier : Type : B500B
fcd 20
MN
m
2

fck 30
MN
m
2

fctm 2.9
MN
m
2

fsd 435
MN
m
2

fyk 500
MN
m
2


4.2.3 Les efforts
Pour une largeur de mur de :
Poids propre
car action favorable
Poussée de l'eau
moment :
effort tranchant :
Poussée des terres
moment :
= 0.33
effort tranchant :
lc 1m
 c 25
kN
m
3

bc 0.25m
hc 2m
NGk  c bc hc lc
NGk 12.5 kN
 G 1.0
 w 10
kN
m
3

hw 2m
MQk  w hw lc
hw
2

hw
3

MQk 13.333 kN m
VQk  w hw lc
hw
2
  Q 1.5
VQk 20 kN
 t 20
kN
m
3

k 30
ht 3m
Ka tan 45
30
2







2

MQk 29.7 kN m
VQk 29.7 kN
 Q 1.5VQk Ka  t ht lc
ht
2

MQk Ka  t ht lc
ht
2

ht
3

Ka 0.33

4.2.4 Dimensionnement de la paroi
4.2.4.1 Aux actions externes
Flexion due à la poussée
CAS N°1 : Piscine remplie d’eau, fouilles ouvertes
Poussée de l'eau
h = 250 mm
Cnom = 40 mm
Φsv = 12 mm
D'après la table de dimensionnement :
Section d'armature :
CHOIX: ϕ 12 e = 15, As = 754mm2 / m
MQk 13.333 kN m
VQk 20 kN
dv 204 mm
Asv 209.968 mm
2

Asvchoisi 754mm
2

Asv
 b dv fcd
fsd
NEd
fsd

NEd NGk  G
 1 1 2 2 0.025
2 0.03062 0.5
1 0.02031 0.5
Eds
MEds
b dv
2
 fcd
0.025
MEds MQk  Q NGk  G zs 20.983 kN m
zs dvv
h
2
 79 mm
dv h cnom
 sv
2


CAS N°2 : Piscine vide, poussée des terres
CHOIX: ϕ 12 e = 15, As = 754mm2 / m
D'après la table de dimensionnement :
Section d'armature :
Asvchoisi 754mm
2

dv h cnom
 sv
2

dv 204 mm
zs dv
h
2
 79 mm
b lc
MEds MQk  Q NGk  G zs 45.538 kN m
Eds
MEds
b dv
2
 fcd
0.055
1 0.0515
2 0.0621
 1 1 2 2 0.057
NEd NGk  G
Asv
 b dv fcd
fsd
NEd
fsd

Asv 504.009 mm
2

2 0.5
1 0.5
 sv 12mm
cnom 40mm
h 250mm

Armature minimale :
Résistance du béton à l’effort tranchant
As min = 350 mm
2
/m
Ved = 1.5 * 29.7 = 44.55 kN
>
OK
dh bc cnom  sh
 sv
2

Mcr fctm W 30.208 kN m
zII 0.9 dh 172.8 mm
aSmin
Mcr
zII fyk
349.633 mm
2

k 1
200
dH







1
200
dH
 2if
2 otherwise

k 2.015
l
Asvchoisi
lc dv
0.37 %
Ac lc bc 0.25m
2

scp
NEd
Ac
0.05
MN
m
2

VRDC 0.1 k 100 L fCK 
1
3





 0.12 sCP





 lC dHH





 0.096
VRdc 96kN
VEd 44.55 kN
L 0.0037
sCP 0.05
dHH 0.21
lC 1
fCK 30
W
b h
2

6
0.01m
3

dh 192 mm
 sh 12mm

4.2.4.2 Aux efforts internes
Limitation des fissures :
Exigences : élevées (classe d'étanchéité 1)
Cas de charges : fréquents
Armature horizontale
Ouverture de fissure autorisée:
Graphique cours "Weisse Wanne"
kc 1.0
hcr bc 0.25m
dh 0.192m
sh°  sh
2.9
MN
m
2
fcteff









 sh
2.9
MN
m
2
fcteff
  sh
8 hcr dh 
kc K hcr

2.9
MN
m
2
fcteff
if
 sh
8 hcr dh 
kc K hcr

2.9
MN
m
2
fcteff









otherwise

sh° 24 mm
d1 bc dh
Act lc
bc
2
 0.125m
2

bc
d1
4.31
eff 2.4
K 0.8
fcteff 0.5 fctm
d1 58 mm
wk 0.2mm

Valeur donnée par Tableau cours "Weisse Wanne" :
CHOIX : Φ 12, e = 12.5 cm ( As = 905 mm2)
hceff eff d1  eff d1
bc
2
if
bc
2
otherwise

hceff 0.125m
Aceff lc hceff 0.125m
2

s sh 170
MN
m
2

AsminH kc K fcteff
Act
ssh







kc K fcteff
Act
ssh

fcteff Aceff
ssh
if
fcteff Aceff
ssh
fcteff Aceff
ssh
fcteff Aceff
ssh
K fcteff Act
fyk
if
K fcteff Act
fyk
otherwise
if otherwise

AsminH 852.941 mm
2


Armature verticale :
Ouverture de fissure autorisée:
D'après le graphique cours "Weisse Wanne"
supérieur à OK
Asvchoisi 754 mm
2

ssv
FEd
Asvchoisi
188.116
MN
m
2

 svmax sv°
fctm
2.9
MN
m
2









sv°
fctm
2.9
MN
m
2
 sv°
ssv Asvchoisi
4 bc dv  lc 2.9
MN
m
2







if
sv°
ssv Asvchoisi
4 bc dv  lc 2.9
MN
m
2
















otherwise

sh 12mm
sv 12mm svmax 21 mm
sv ° 21mm
wk 0.2 mm
FEd
MEd
0.9 dv
141.839 kN
MEd MQk 26.042 kN m

4.2.5 Dimensionnement du radier
Base pour l'élaboration :
selon le graphique cours "Weisse Wanne"
doit être inférieur à :
donc :
Longueur du radier
Coefficient de rugosité du sol : pas de couche de
glissement
Pression exercée sur le sol:
Calcul des efforts en traction dans le radier:
Coefficient de sécurité pour le frottement:
Coefficient de sécurité aux ELS :
h
d1
4.31
 2.2
h
2
12.5cm
fctef 0.5 fctm 1.45
MN
m
2

qk hw 10
kN
m
3
20
kN
m
2

s0 h 25
kN
m
3
qk 26.25
kN
m
2

nctd  R 0  ct s0
Lmax
2
 332.404
kN
m

act h 1 m 0.25m
2

kc 1
nctef k kc fctef act 290m
kN
m

k 0.8
 ct 1.0
 R 1.35
0 1.4
Lmax 13.4 m
hcef
h
2
0.125m
hcef  d1 12.76cm
h 25cm
d1 4.0cm 1.2cm 0.6cm 5.8cm
cnom 4.0cm
wk 0.1mm

Diagramme de Mayer pour la limitation de fissuration
supérieur à
Donc est déterminant
inférieur à :
D'après le diagramme de Mayer :
Données prédéfinies du diagramme:
nctd
nctd b 1m
actef 2.hcef 1 0.25m
1
m
2

sctd
nctd
actef
1.33
MN
m
2
 fctef 1.45
MN
m
2

kzt1
sctd
fctm
0.458
ds 12mm
hb 0.25 m
wkD 0.15 mm
cnomD 30mm
k ztD 0.5
ncteff

D'après le diagramme :
Armature minimale :
As choisi est égal à 2 (sup. et inf.) x ϕ 12, e=15 ( As = 2 x 754 = 1508 mm2/m )
asD 9.7
cm
2
m

as asD
kzt1 cnom wkD
kztD cnomD wk
 13.136
cm
2
m


4.3 Dallage extérieur en béton drainant
Un dallage extérieur doit être réalisé en guise de terrasse. Celui-ci devait être en béton
armé classique. Mais au vu de la surface importante, 200 m2
, et une installation d’évacuation
de l’eau de pluie conséquente, l’option du béton drainant a été étudiée. Une comparaison
des deux variantes a permis de faire le choix du béton drainant. L’excavation aura une
hauteur de 50 cm.
4.3.1 La composition
Le béton drainant est un matériau comportant un réseau de vides communicants entre eux
et avec l’extérieur. Ces vides, d’une taille suffisante, permettent à l’eau d’y être stockée
temporairement, d’y circuler et d’être évacuée de façon durable. Pour obtenir ces vides de
façon permanente, on utilise des granulométries fortement discontinues et on limite la
proportion du mortier. Ces vides sont le fait de la composition du béton et non d’un
compactage insuffisant.
Le béton drainant est composé :
 d’une faible quantité de sable 0/2 mm : 60 à 120 kg/m3 ;
 de gravillons concassés : 6/10 ou 10/14 ou 10/20 ;
 de ciment CEM I ou CEM II de classes 32,5, 42,5 ou 52,5 avec un dosage de l’ordre
de 300 à 400 kg/m3 ;
 de l’eau : 70 à 100 l/m3 ;
 de l’adjuvant entraîneur d’air ;
 de l’adjuvant type super plastifiant ou colloïde pour améliorer l’adhérence du mortier
sur les granulats pendant le transport et la mise en œuvre.
Avec une telle formulation, la porosité du béton drainant peut être d’environ 15 à 20 %. La
fabrication de ce matériau ne pose aucun problème particulier. Elle peut se faire en centrale
de malaxage de chantier ou d’usine de béton prêt à l’emploi. Le transport du matériau se fait
en général en camions-bennes.3
4.3.2 Les avantages
Le béton drainant se pose directement sur le sol, parfois sur une chape, pour de multiples
usages grâce à son revêtement perméable qui permet un confort important :
 absence de flaques et de ruissellement grâce à une infiltration instantanée de l’eau
de pluie dans le sol
 abaissement de la température du revêtement grâce à une ventilation naturelle
 granulométrie douce permettant un confort pieds nus
 ne glisse pas par temps humide
 ne suinte pas donc ne colle pas aux pieds ou aux pneus de voiture
 Éco-responsable, ce matériau respecte le cycle naturel de l’eau et n’engorge pas les
réseaux d’évacuation des eaux des municipalités
 Le béton drainant peut être utilisé sur les allées, les terrasses, le tour des piscines...
3
Cahier Technique T57- Béton drainant

4.3.3 La mise en œuvre
Une différence très importante par rapport au
béton traditionnel qu’on lisse, le béton drainant se
claque, avec des raquettes chaussées aux pieds,
par exemple. Le claquage permet de conserver la
perméabilité du support.
On ne peut pas utiliser un pervibrateur, comme
pour un béton classique, car cela conduit, du fait
de la porosité élevée, à une ségrégation
importante du mortier, provoquant la fermeture
totale du matériau en bas de couche et sa
disparition totale en haut de couche. Il est
préférable d’utiliser un matériel serrant le matériau
soit par compactage soit par vibration
superficielle. Toutes ces étapes sont très
spécifiques et complexes à réaliser, le plus
souvent réalisé par un professionnel.
4.3.4 Comparaison des prix
Variante 1 : Béton Armé
Coût
Somme HT 18'740.- HT
Variante 2 : Béton Drainant
Coût
Somme HT 14'300.- HT
Exemple de béton drainant "claqué".

5 Phasage des travaux

6 Conclusions

Conclusion relative à l’utilisation de BFUP
Le BFUP est un matériau relativement nouveau, encore peu connu et peu utilisé car
encore extrêmement cher pour des applications courantes. Néanmoins, il est d’une efficacité
toute démontrée dans le renforcement d’ouvrage existant.
Dans l’application que l’on a étudiée dans ce mémoire, les rares exemples déjà réalisés,
comme le musée du CIO à Lausanne, confirme tout de même l’aptitude du BFUP à remplir
les critères esthétiques et mécaniques nécessaire à une toiture architecturale de longue
portée. Comme précisé précédemment, l’emploi du BFUP peut être judicieux lorsque que
l’on considère tous les aspects : durabilité, fabrication, montage, esthétisme et entretien. Un
aspect reste encore à améliorer pour une application plus rependue, celui de l’assemblage
entre deux éléments de BFUP. Dans les applications pour des passerelles de longues
portées, par exemple, le problème est moindre du fait de la précontrainte qui permet
d’assembler les pièces par serrage. Le BFUP ayant des caractéristiques se rapprochant de
l’acier, seul une connexion à l’aide d’éléments en acier semble judicieuse. Mais un
assemblage boulonné analogue à celui réalisé en charpente métallique, bien qu’efficace,
reste très difficile dans la mise en œuvre due à la précision au millimètre qu’il faudrait
atteindre. Un assemblage BFUP avec une colle à armature et une plaque métallique semble
plus adapté. La colle à armature est la même que celle utilisée pour la fixation des de
lamelles en fibres de carbone pour le renfort de dalle ou murs.
Peut-être que dans l’avenir un simple « collage » optimisé avec encoche dans les éléments
BFUP sans plaque d’acier sera possible.

Conclusion générale
Ce projet donne un bon aperçu de ce que peut être le métier d’ingénieur civil : un
domaine de compétence très vaste, avec notamment la construction en béton armé (lame en
BFUP), métallique (assemblage), en bois (contreventement toiture OSB), qui peut être aussi
souterrain (piscine, micropieux) que en hauteur (Lames de la toiture) et aussi bien de
conception nouvelle que reprise des constructions existantes. Il faut aussi apprendre à gérer
énormément de paramètres extérieurs comme les délais, le transport, le montage, les
coûts... Ce métier est aussi très évolutif, avec sans cesse de nouvelles découvertes aussi
bien dans les matériaux que dans leurs applications, comme il fut le cas ici, avec le BFUP.
Ce projet a aussi mis en avant le partage de connaissance qu’il y a entre tous les acteurs
propre à la construction de génie civil entre ingénieurs (CERT), professeurs (HSKA, EPFL),
élèves et les différents spécialistes, sans lequel les grandes réalisations ne pourraient pas se
faire.

Notations
agd accélération du sol
c’k valeur caractéristique de la cohésion effective d’un sol
d hauteur statique
EUm Module d’élasticité du BFUP
Ecm Module d’élasticité du béton
fcd résistance à la compression du béton
fsd limite d’écoulement de l’acier dans le béton
fctm limite de contrainte en traction moyenne du béton
fUcd résistance à la compression du BFUP
fUtud résistance du BFUP en traction
fsUd limite d’écoulement de l’acier dans le BFUP
𝜏 𝑐𝑑 contrainte limite de cisaillement du béton
lcr longueur de flambage
LD longueur de déversement
γc facteur de sécurité du béton
γs facteur de sécurité de l’acier
γG facteur de sécurité des charges permanentes
γQ facteur de sécurité des charges variables
γk masse volumique caractéristique du sol
γM facteur de résistance
ρa masse volumique de l’acier
ρc masse volumique du béton
φk valeur caractéristique de l’angle de frottement
χD coefficient de déversement
ωy , ωx coefficient relatif à la flexion
σx,y
-
contraintes en surface (côté inférieur selon axe z)
σx,y
+
contraintes en surface (côté supérieur selon axe z)
ηw ,ηt facteur de réduction selon assemblage pour construction en bois

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