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Étude de Structures de Conception

Le cœur du travail d’un bureau d’étude d’ingénierie structure pourrait se résumer à bien dimensionner la structure d’un ouvrage, pour qu’il soit solide et pérenne. La sécurité et la fiabilité d’une construction vont reposer sur les garanties qu’apporte le calcul de structures.

De quoi parle-t-on ? Il s’agit pour faire simple, de calculer ce qu’il faut de matière, de renforts, de poutres, mais sans non plus tomber dans l’excès inverse. Pour l’ingénierie structures, le « plus » est l’ennemi du bien. On ne prend pas un scaphandre pour faire trois brasses sous l’eau. Ça n’est pas confortable pour le nageur, c’est trop complexe, trop coûteux. Dans la même veine, une construction doit avoir une structure parfaitement dimensionnée. Sinon, ça ne serait pas économiquement jouable et l’esthétique du projet s’en ressentirait sans doute aussi.

Ainsi, tout l’enjeu va donc être de partir d’une hypothèse raisonnable de dimensionnement de la structure. On comprend aisément pourquoi le métier d’ingénierie structures est au cœur de la réalisation technique et économique de toutes nouvelles constructions.

Et au cœur de cet enjeu, l’étude de structure de conception c’est un peu .. le cœur du métier… Là où va se définir le modèle structurel.

Comment dimensionner une structure pour que l’ouvrage futur soit solide ; quelles sont les différentes étapes ?

Concrètement, il va s’agir de concevoir les ouvrages structuraux en tenant compte des recommandations énoncées lors de l’étude préalable et en réduisant au mieux l’impact potentiel des risques identifiés et jugés importants.

La conception va définir les adaptations nécessaires du projet et les dispositions constructives à mettre en œuvre, si nécessaire, à l’exécution et qui seront précisées dans l’étude et le suivi structurel d’exécution. Elle est à la charge du maître d’ouvrage ou de son mandataire.

Travailler avec la maîtrise d’œuvre


Pour que tout fonctionne bien, la conception doit être réalisée en collaboration avec la maîtrise d’œuvre ou intégrée à celle-ci. Elle commence dès le début de l’APD (Avant-projet Détaillé) ou du PRO (Projet). Cela demande que le travail du bureau d’ingénierie structures soit étroitement lié et coordonné avec celui des autres acteurs du projet de construction.

Ce travail de l’étude de conception devra être synchronisées avec celui de la conception générale de l’ouvrage. On mesure ici l’importance d’une relation de qualité entre le bureau d’étude et l’architecte. Il n’est pas étonnant que les bureaux d’études engagés dans un travail de qualité s’appliquent à constituer des équipes stables, en phase avec la manière de travailler de chaque client, architecte ou maitre d’ouvrage. La clé du succès se situe souvent dans cette entente, nourrie d’une bonne compréhension et du respect des rôles et responsabilités de chacun.

Trois phases pour l’étude de structure de Conception

1) La phase Avant-projet

Elle contribue à la mise au point de l’APD de l’ouvrage pour la part des ouvrages structuraux. Elle s’inscrit dans la parfaite continuité de l’étude de structure préalable.
Elle permet d’une part de définir le modèle structurel et les contraintes environnementales et liées à l’utilisation de l’ouvrage, d’autre part de mieux identifier, en fonction de l’ouvrage projeté, les risques et de réduire les conséquences des risques importants en cas de survenance.
Elle définit :

  • Les hypothèses environnementales prisent en compte au stade de l’avant-projet.
  • Le type des matériaux envisagés.
  • Le prédimensionnement des principaux éléments de structures (éléments verticaux et planchers).
  • Les différents chargements variables pris en compte, lors de sa phase de service.
  • Les Dispositions générales vis-à-vis des nappes et des avoisinants suivant les recommandations des études géotechniques et hydrogéologiques.

A ce stade, les différents livrables sont :

  • La réalisation de plans 2D à l’échelle 1/100ème pour chaque zone et/ou étage (en vue de chantier type « plancher haut »). Sur ces plans, sur lesquels les dimensions des différents éléments qui composent l’ouvrage et la nature des matériaux sont indiquées
  • Une note technique synthétisant les principales hypothèses et caractéristiques du projet.
  • Un métré quantitatif des principaux matériaux du projet non détaillés par éléments et type d’ouvrage sur demande si cette mission n’est pas réalisée par l’économiste.
  • Une analyse du bilan GES global de l’ouvrage et si nécessaire, des recommandations de choix constructifs moins émissifs.

2) La phase Projet.

Elle contribue à la mise au point du PRO (=projet) de l’ouvrage pour la part des ouvrages structuraux.
Elle définit :

  • Les hypothèses environnementales prisent en compte au stade du projet.
  • La classification de la construction (CD/CC/CF/NS/CPE)
  • Les caractéristiques et classes des matériaux (résistance, exposition, fabrication)
  • Les notes techniques justifiant les choix constructifs des ouvrages et des matériaux employés.
  • Les valeurs seuils et coefficients partiels des matériaux.
  • Les coefficients de sécurités appliqués aux sollicitations prisent en compte.
  • Les quantités de matériaux nécessaires et/ou ratios par type d’ouvrage.
  • Les différents chargements variables pris en compte, lors de sa phase de service et de construction.
  • Les différentes surcharges permanentes prisent en compte pour l’étude.
  • Le prédimensionnement des éléments de structures éléments verticaux, planchers, poutres, fondations, acrotères, linteaux…
  • Si nécessaire, elle donne les principes de maintenance et d’entretien des ouvrages.
  • Les hypothèses accidentelles prisent en compte (séisme, incendie, neige, nappe).
  • Dispositions contre les effets thermiques retenues.
  • Les hypothèses géotechniques retenues en conformité avec les études de sols.
  • Les critères les valeurs seuils de déformations des éléments.
  • Les critères et les valeurs seuils des tassements différentiels admissibles totaux et relatifs.
  • La nécessité de prise en compte des effets du second ordre sur les structures élancées.
  • Les classes d’expositions des matériaux
  • Recommandations vis-à-vis des interactions sol-structure
  • Recommandations vis-à-vis du confort pour les structures sensibles aux vibrations

À scruter cette liste, on aura vite compris un point essentiel et vital Le calcul des structures et la conception va devoir tenir compte de tout l’environnement. Le sol, les matériaux, la maintenance, les risques d’accidents… Bon on comprend que ça ne va pas suffire. Car il va falloir tenir compte des autres corps de métiers qui eux aussi vont avoir un certain nombre de contraintes.

C’est la raison pour laquelle la mise en place d’une cellule de synthèse entre les différents BET est incontournable.

3 – La phase de synthèse.

Elle est enclenchée dès le démarrage de l’étude de structure de conception et se déroulera jusqu’à la fin de la phase Projet.
Elle consiste à prendre en compte les différentes contraintes des Bureau d’études fluides MEP et corps d’états techniques pouvant impacter la structure. Ces contraintes doivent être identifiées et traitées par des adaptations structurelles directes et/ou indirectes, ou par des mesures conservatoires préventives qui permettrons leurs prises en compte en phase exécution, sans modification de la conception de l’ouvrage ni augmentation des coûts de réalisation (études et travaux). La réussite de cette phase dépend principalement du démarrage simultané des études Tout Corps d’état.
Dans le cas où la cellule de synthèse n’aurait pas été créée – ou si les contraintes des autres corps d’états ne sont pas communiquées – la responsabilité du bureau Études ne pourra pas être engagée.

Les livrables sont les suivants :

  • La réalisation de plans 2D à l’échelle 1/50ème sur lesquels sont définis les dimensions, la position des différents éléments qui composent l’ouvrage et la nature des matériaux.
  • Les coupes et détails sur les parties de l’ouvrage complexes.
  • Une note technique complète synthétisant les hypothèses et caractéristiques du projet.
  • Un métré quantitatif des matériaux du projet détaillés par éléments avec leurs ratios moyens.
  • Une analyse du bilan GES global de l’ouvrage avec préconisations d’optimisations moins émissives.
  • La descente de charges sur les fondations de l’ouvrage.
  • Un récapitulatif des études de synthèse TCE réalisées.
  • Une maquette 3D du modèle structurel au format ifc avec propriétés de matériaux vierges.
  • Une charte de modélisation BIM à destination des équipes en charges études d’exécution.

Ainsi constitué, le dossier produit à l’issue de cette phase définit techniquement les ouvrages structuraux.
Il sert de base à l’élaboration du DCE.

Intégration au DCE et à l’ACT

L’étude de structure de conception est incluse à l’établissement du Dossier de Consultation des Entreprises de l’ouvrage (DCE) pour la part des ouvrages géotechniques. Cette étude s’intègre à l’Assistance pour l’établissement des Contrats de Travaux (ACT) avec le ou les entrepreneurs retenus pour réaliser les ouvrages structuraux.

Le Bureau missionné participe de fait à la rédaction des documents techniques nécessaires à la consultation des entreprises et à leurs études de réalisation des ouvrages structuraux (dossier de la phase Projet avec plans, notices techniques, cahier des charges techniques particulières, cadre de bordereau des prix et d’estimatif, planning prévisionnel).

Elle assiste le maître d’ouvrage ou la maîtrise d’œuvre pour la sélection des entreprises, dont elle analyse les offres techniques (projet de base et variantes éventuelles) et elle participe à la finalisation des pièces techniques définitives des contrats de travaux concernés par les ouvrages structuraux.

Ces pièces techniques servent ainsi de données d’entrée pour les Études structures de réalisation.

En résumé

L’étude de Structures de Conception va établir le dimensionnement de la structure avec une prise en compte du projet dans toute sa complexité et avec la multiplicité des éléments à prendre en compte. La bonne coordination avec les études Tous Corps d’état est fortement souhaitable. Le travail de synthèse produit tout au long des phases (APS APD ET et PRO) par une cellule constituée à cet effet, permet la bonne prise en compte des contraintes réduisant fortement le risque de mauvaise surprises en aval lors de l’exécution. L’étude de Structure de conception sera intégrée au DCE et à ACT pour les appels d’offres en direction des entreprises de construction.