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22/05/2013

Construction du bâtiment de la fondation Jérôme Seydoux-Pathé : OMNIS Bâtiment témoigne...

GRAITEC la Expozitia IPS 2013

Depuis 2006, la société OMNIS Bâtiment (Optimisations, Modélisations Numériques et Ingénierie Sismique pour le Bâtiment) est spécialisée dans le calcul de structures complexes ou situées en zone sismique. Son équipe d’ingénieurs, dévouée aux bureaux d’études et entreprises de gros-œuvre, réalise des études approfondies de bâtiments, en conception et surtout en phase d’exécution. Anciennement équipée avec Effel, OMNIS Bâtiment travaille dorénavant avec Advance Design, digne successeur d’Effel en termes de calcul aux éléments finis.

Alexandre Jennan, Ingénieur associé, nous parle de ce projet d’envergure

Quel est le contexte de ce projet de construction ?

Ce bâtiment est destiné à devenir le nouveau siège de la fondation Jérôme Seydoux-Pathé. Situé au 73 avenue des Gobelins dans le XIIIème arrondissement de Paris, l’ouverture est prévue au second semestre 2013. Conçu par l’architecte Renzo Piano, il conservera et mettra en valeur la façade sculptée par Rodin qui verra se dresser derrière elle une coque de cinq étages au milieu d’un jardin, surmontée d’une verrière.
Le bâtiment, d’une superficie d’environ 2 200m², regroupera les bureaux de la Fondation, les archives, un centre de documentation et de recherches, une DVD thèque, un espace dédié aux expositions et une salle de projection.
La construction du 4ème étage a été engagée et le gros œuvre devrait être terminé en mars 2013. Au printemps, les travaux sur la verrière et la façade débuteront.

Les différents intervenants pour les études du projet sont :

  • Le cabinet d’architecture Renzo Piano Building Workshop (RPBW).
  • VP&Green pour la conception technique et la maîtrise d’œuvre.
  • Le bureau d’études RBS, pour les calculs de charpente métallique et la coordination des études d’EXE.
  • Le bureau AD Structures pour toutes les études béton armé autre que la coque.
  • Paul Sabia, projeteur indépendant, qui a produit les plans de ferraillage en 3D pour la coque.
  • OMNIS, qui a réalisé la modélisation d’ensemble et tous les calculs béton armé de la coque.

Pouvez-vous nous donner les particularités techniques du projet ?

OMNIS Bâtiment témoigne

L’élément marquant du projet est sa façade « coque béton 3D », avec des courbures très prononcées et des formes suggérant une liaison vers chacun des bâtiments voisins. Cette coque ne descend pas jusqu’au RDC, elle est globalement portée par les structures intérieures. A notre connaissance, il s’agit de la seconde coque béton armé entièrement suspendue construite en France après celle du théâtre de l’Archipel de Perpignan, également étudiée par nos équipes.

Dans ce projet singulier, la coque d’épaisseur 22 cm a un fonctionnement mécanique très variable. A un étage donné, les planchers (métalliques) intérieurs sont par endroits complètements suspendus par la coque en périphérie, laquelle se comporte alors comme une poutre-voile courbe en 3D… Jusqu’à rejoindre des zones où les porte-à-faux de planchers deviennent assez raides pour supporter la coque. Ensuite, au gré des étages on voit varier la répartition entre ces zones porteuses et zones portées.

Au total, il existe une centaine de points de connexion entre la coque et les poutres métalliques de planchers, environ un point tous les 5 m² de coque. Ils sont les nœuds d’une sorte de macro-maillage de la coque, les efforts en ces « nœuds » permettant en effet de bien caractériser le comportement d’ensemble de la coque sous les diverses sollicitations, gravitaires et thermiques. Certains points ont une réaction positive, d’autres une réaction négative, et tout cela est à priori éminemment variable. Pour la pérennité de l’ouvrage, sa bonne constructibilité (et déconstructibilité), nous avons opéré un tri itératif parmi tous les points de contacts possibles en se fixant comme objectif que chacun garde un fonctionnement constant et homogène à son environnement : pas de variation importante entre un point et ses voisins (limitation des contraintes internes), signe constant de la réaction en un point quelles que soient les variations de surcharges des planchers intérieurs (archives).

Quelle a été votre démarche pour ce projet et quels bénéfices retirez-vous de l'utilisation d'Advance Design ?

Notre démarche s’est faite en 3 étapes décrites ci-dessous :

1/ Modélisation de la coque en 3D :

Au départ, Il s’agissait d’un projet « Rhino » qui a été exporté en DXF 3D puis importé dans Advance Design. Plus de 10 000 mailles (facettes) ont été créées avec le fichier DXF comme support afin de pouvoir modéliser au plus près la géométrie complexe de cette coque.

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Pour des raisons de délais, 3 ingénieurs ont travaillé simultanément sur 3 modèles Advance Design différents, pour la modélisation de la coque. Grâce à l’import/export d’une partie de structures en bibliothèques, nous avons pu consolider le travail de ces 3 ingénieurs afin d’obtenir le modèle complet de la coque en 3D. Les sous-sols et structures intérieures ont ensuite été importées depuis un modèle Arche Ossature.

La souplesse et la puissance de la modélisation, la possibilité de consolider des parties d’ouvrages ont rendu possible ce travail collaboratif.

2/ Prise en compte des nombreuses phases intermédiaires

Il a fallu prendre en compte les différents états intermédiaires correspondant aux phases de construction avec étaiements provisoires et désétaiements par niveau. L’objectif constructif était d’obtenir une déformation progressive, d’abord pour maîtriser au mieux la géométrie 3D finale dont la tolérance d’exécution était très fine, ensuite pour s’affranchir de variations brutales de fonctionnement pouvant être préjudiciables à l’ouvrage. L’objectif calculatoire a alors été de suivre au mieux la répartition des efforts aux différentes phases, ainsi que la suffisance du ferraillage.

Cela représente au total une dizaine de modèles différents ayant une interaction les uns avec les autres. Nous avons donc récupéré les charges de certains modèles pour les réinjecter dans d’autres modèles, en fonction des phases de construction.

« Pour cela, nous avons usé et abusé d’une fonction particulièrement intéressante d’Advance Design qui permet d’importer des actions via un fichier texte. Cette fonctionnalité nous a été d’une aide précieuse et nous a apporté un gain de temps important ».

Nous avons également utilisé cette fonction d’import de charges en fichier texte pour pouvoir intégrer dans le modèle Advance Design la complexe descente de charges de la verrière.

Nous nous sommes par ailleurs beaucoup servi de la possibilité de mise à jour des vues graphiques d’exploitation des résultats lors du calage des différents modèles. Encore une fois, nous avons gagné un temps important en automatisant ces tâches répétitives puisque la définition des scénarii d’exploitation ne se fait qu’une seule fois et se remet ensuite à jour automatiquement.

3/ Justification et maitrîse de la fissuration conformément à l'EC2

Un autre point qui était primordial sur ce projet portait sur la maîtrise de la fissuration. Nous avions sur ce projet une ouverture maximum des fissures fixée à Wmax= 0.3mm. La maîtrise de la fissuration a ici été réalisée par calcul direct de l’ouverture de fissure et non par l’utilisation des valeurs tabulées plus pessimistes et entrainant une quantité d’armatures plus importante.

L’implémentation exigeante et pointue des Eurocodes dans Advance Design nous a beaucoup aidés sur ce point :

OMNIS Bâtiment témoigne
  • Nous avons pu justifier les critères d’ouverture des fissures en exploitant directement les fonctionnalités d’Advance Design :
    1. 1er calcul d’armatures théoriques pour connaître le niveau de fissuration.
    2. 2ème calcul en imposant un ferraillage réel dans les éléments surfaciques (avec un ferraillage mini #HA10 e=15cm par face) => nous avons pu exploiter graphiquement des régions de valeurs donnant Wk (ouverture de fissure) et repérer ainsi les zones nécessitant un renfort d’armatures complémentaire pour satisfaire au critère de maîtrise de la fissuration (avec prise en compte du fluage).
    3. Nouveaux calculs en imposant un ferraillage réel local plus important dans les zones de fortes fissurations. Advance Design a dès lors recalculé automatiquement les nouvelles ouvertures de fissures correspondantes et nous avons ainsi pu justifier la totalité de la structure (avec le ferraillage réel) en quelques itérations.
  • Ensuite nous avons estimé les inerties fissurées (rapport If/I0 proche de 0.2) et reconduit tous les calculs avec prise en compte de cette inertie. Les réactions des points de connexion coque/charpente ont été prises enveloppe des calculs avec inerties fissurées / non fissurées, et également avec et sans fluage (enveloppe de 4 calculs au total, à multiplier par le nombre de phases).
  • Une particularité d’Advance Design nous a été bien utile : la possibilité d’imposer des coefficients d’accompagnement. En effet, nous avons pu modifier la valeur de ψ2 pour les cas thermiques et prendre en compte, par sécurité, ces derniers dans les combinaisons quasi-permanentes.

Avez-vous rencontré des difficultés particulières sur ce projet ?

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Grâce à la souplesse d’utilisation d’Advance Design et à l’implémentation pointue des Eurocodes, notamment de l’EC2 pour la maîtrise de la fissuration, nous avons pu mener à bien ce projet complexe.

Globalement, nous ne retirons plutôt que des points positifs de l’utilisation d’Advance Design sur ce projet.

Si nous devions, malgré tout, relever quelques points qui pourraient être améliorés dans le logiciel, nous pourrions citer :

  • L’amélioration de la fonction qui permet d’articuler les éléments surfaciques sur leurs contours.
  • Une meilleure gestion des fichiers de tailles importantes même si nous sommes passés outre cette difficulté en scindant le projet en plusieurs parties.
  • La possibilité d’imposer directement un coefficient de fluage utilisateur sur des projets complexes comme celui-ci même si le coefficient de fluage est calculé automatiquement en fonction de paramètres utilisateurs.
  • La possibilité de stocker quelque part dans le fichier du texte utilisateur, afin de décrire le contexte, les hypothèses et particularités de saisie dudit fichier.
  • L’ajout d’une forme d’assistance à la comparaison de résultats issus de nombreux calculs consécutifs !